带坑中坑基坑的研究现状及其平面分布类型

宋明健，丁晓波，李 铁，周 军

(中国十九冶集团有限公司，四川成都610031)

基坑工程是岩土领域研究的热点和难点之一，具有事故多发的特点［2］、［3］。

随着建筑结构的多样化，主副裙楼等建筑，尤其是高层结构的电梯井、集水井和基础设备等附属结构设施，导致绝大部分基坑坑底不是简单的平面，而是出现了大量深浅不一的带坑中坑基坑形式，如图1所示。

图1 带坑中坑基坑的工程

带坑中坑基坑不同于一般简单的坑底是平面的基坑，具有特殊而复杂的空间形式和岩土条件。由于内部基坑(简称“内坑”)，一般情况下是在外围基坑(简称“外坑”)开挖到一定深度后逐步形成的，内坑施工的工况已不同于外坑施工时的岩土状况。此外，在内坑的形成过程中，内、外坑的流场、应力场和形变场相互影响、相互制约，即内、外坑的岩土状况和力学特征之间存在一定的时空耦合关系。这种耦合关系及其影响，不仅和内、外坑的深度及场地地层有关，内、外坑之间的空间位置关系，对其影响也非常显著。因此，很有必要对内、外坑之间的空间位置关系进行分类讨论。

1 研究现状

对坑中坑基坑土压力及变形规律的认识程度，直接关系着基坑工程及后续工程的安全与稳定。另一方面，目前对坑中坑基坑的研究并不多。现有的资料中，多是对坑中坑基坑支护方法的分析和探讨。

文献［6］介绍了上海环球金融中心工程基坑工程，该坑中坑基坑面积约占大基坑面积的28%，坑体量约为1×104m3，主楼基坑开挖深度达18.35 m，坑中坑基坑开挖深度达25.89 m。工程采用直径700 mm钢管工程桩与钻孔灌注桩组合形成坑中坑围护排桩，坑中坑边坡采用1∶1放坡处理，并用配筋喷射混凝土护坡，基坑垫层厚0.2 m。金立坚［7］等人结合上海地铁一号线南站改建工程，通过深浅基坑施工先后顺序的调整，利用已完成的结构合理设置传力带和架设钢支撑，实现了对深浅不一的基坑不平衡土压力的控制。苏克忠［8］介绍了高含水量粉砂土层环境下，采用钢板桩对内坑进行支护的工程实例。吴铭炳等人［9］对坑中坑基坑的设计和监测方法，进行了分析。认为坑中坑设计，难点在于对基坑计算深度的确定，而且很难完全弄清基坑问题，需要加强监测，采用信息化施工技术。郑定芳等人［10］较为系统地介绍了坑中坑可能用到的技术，如水泥搅拌桩重力墙、松木桩加钢板桩等支护技术，认为应根据基坑平面形状、土质等信息，综合考虑适合的支护技术。

综上所述，基坑事故较为频繁，仍是岩土工程界和学术界探讨的重要方向之一［2、3、5］。随着建筑结构的多样化，主副楼群等型式、电梯井、集水井和基础设备等部位的存在，出现深浅不一的带坑中坑的基坑形式则更是必然的事。而目前对坑中坑基坑的理论研究尚少，在实际工程中，对基坑坑中坑，即内坑的影响往往低估，甚至不考虑［4］。

2 分布类型

由于土拱效应和应力集中作用的影响［5］，开挖卸荷后的坑壁走向线，在平面上若为曲线，比直线型的坑壁，具有较好的受力状态，即圆形基坑相对于矩形基坑，其坑壁具有较好的稳定性。而且，现有大部分内坑，如电梯井、集水坑等，多为矩形形式。

鉴于这一实际，以直线型坑壁的矩形基坑为研究对象进行归类。根据内、外坑的坑壁关系，将带坑中坑基坑分为5种类型。

2.1 贯穿型

该类型基坑形式如图2所示。

图2 “贯穿型”坑中坑基坑

贯穿型坑中坑基坑，其分布特征在于，内坑位于外坑内部，在一个方向上的内、外坑两侧坑壁重合在一起;在另一个方向上，内坑坑壁和同侧的外坑坑壁有一定的距离。

该类型坑中坑不常见，多为主副裙楼形式。

2.2 整边型

该类型基坑形式如图3所示。

图3 “整边型”坑中坑基坑

整边型坑中坑基坑，其分布特征在于，内坑位于外坑内部，在一个方向上内、外坑的两侧坑壁重合在一起;在另一个方向上，一侧内坑坑壁和同侧的外坑坑壁重合在一起，但另一侧的内、外坑坑壁之间有一定的距离。即内、外坑三边重合共线，仅一侧边保持有一定距离。

该类型坑中坑较为常见，多为主副裙楼形式。

2.3 正中型

该类型基坑形式如图4所示。

图4 “正中型”坑中坑基坑

正中型坑中坑基坑，其分布特征在于，内坑位于外坑内部，但内、外坑不重合，其四个方向的坑壁之间均保持有一定距离。

该类型坑中坑较为常见，多为集水坑、电梯井、设备基础坑、主副裙楼等形式。

2.4 临边型

该类型基坑形式如图5所示。

临边型坑中坑基坑，其分布特征在于，内坑位于外坑内部，内坑坑壁和外坑坑壁有一侧共边，其他三个方向的内、外坑坑壁之间均有一定距离。

图5 “临边型”坑中坑基坑

该类型坑中坑较为常见，多为设备基础坑、电梯井、集水坑等形式。

2.5 边角型

该类型基坑形式如图6所示。

图6 “边角型”坑中坑基坑

边角型坑中坑基坑，其分布特征在于，内坑位于外坑内部，内坑坑壁和外坑坑壁的两侧，即该两侧相邻交角共边重合，其他两个方向的内、外坑坑壁之间均有一定距离。

该类型坑中坑不怎么常见，多为设备基础坑、集水坑、电梯井等形式。

3 结束语

带坑中坑基坑越来越多，现有的基坑理论体系很难解释这种复杂空间结构形式下的土压力和变形的耦合效应，该耦合效应的影响因素、分布特征和变化趋势以及不同特性土层尤其是软土层可能对其的影响等，均有待深入研究。

［1］曾宪明，林润德，易平，等.基坑与边坡事故警示录［M］.北京:中国建筑工业出版社，1999

［2］刘建航，候学渊.基坑工程手册［M］.北京:中国建筑工业出版社，1997

［3］龚晓南.21世纪岩土工程发展展望［J］.岩土工程学报，2000，22(2):238－242

［4］龚晓南.关于基坑工程的几点思考［J］.土木工程学报，2005，38(9):99－104

［5］宋明健.基于开挖卸荷效应的基坑共同变形与动态支护理论［D］.中山大学，2008

［6］龚剑.上海环球金融中心主楼超大超深基础坑中坑围护施工技术［J］.建筑施工，2006，28(5):331－334

［7］金立坚，王志刚.“坑中坑”——高低跨深浅坑异形区间隧道的基坑施工技术——上海地铁一号线南站站改建工程(三)［J］.建筑施工，2005，27(9):5－7

［8］苏克忠.深基坑中局部深坑开挖的钢板桩施工技术［J］.建筑技术，2006，37(12):939－941

［9］吴铭炳，林大丰，戴一鸣，等.坑中坑基坑支护设计与监测［J］.岩土工程学报，2006(2):1569－1572

［10］郑定芳，陆晓明.地下室坑中坑的支护技术［J］.西部探矿工程，2004，16(11):45－46