坑中坑式基坑工程内外坑围护结构变形相互影响研究

张小文,何南方,陈绪云

(铜陵学院,安徽 铜陵 244000)

0 前 言

改革开放以来,我国的城市化进程的不断加快,为了应对我国人口快速增加与城市基础设施相对落后的矛盾,城市建设规模不断增大,发展高层、超高层建筑、发展地下空间成为主流。对城市的地下空间的开发与利用,使基坑工程不断涌现,其形式也越来越复杂,坑中坑工程作为基坑工程的独特形式之一,具备传统基坑工程卸载开挖的部分特征。由于建筑物在施工和使用过程中存在着各种需求,有时需要在原有基坑内部进行再次开挖,形成能容纳地下室、承台、电梯井等结构的内部小坑,被称为内坑或坑中坑[1]。内坑的开挖对外坑底面土体竖向位移的影响,相关的研究较少[2-4]。内坑只是作为外坑的一个局部下沉,有时只需进行简易支护,对变形要求不严。现行基坑工程设计规范中未涉及坑中坑方面的问题,仍用传统的基坑支护理论指导设计和施工,往往会因诸多不确性因素导致重大工程事故。本文通过对基坑内外坑围护结构的水平位移数据分析,研究内坑开挖以及内外墙的插入比对内外坑围护结构变形的影响[5-7]。

1 数据来源

笔者通过互联网的大数据收集相关资料共查阅了27种坑中坑的工程案例并对其进行数据分析，并且收集了92种其他类型的基坑进行了数据对比。所选案例均来自软土地区的坑中坑基坑,集中分布在上海、浙江等地。

2 数据分析

2.1 开挖至外坑底和开挖至内坑底时对外坑围护结构变形

开挖外坑时基坑变形程度较大,最大水平变形为40.7 mm。在外坑开挖完成后,基坑的变形值已经趋于稳定。内坑开挖完成之后,与开挖至外坑底时相比最大侧向变形量增加6 mm左右(见图1),说明内坑开挖对外坑围护结构变形的影响较小。

图1 外坑深度与内坑深度的比值对外坑围护结构变形量的关系

2.2 内墙插入比对外坑围护结构最大侧向变形量的影响

对收集的数据参数设置为：内坑开挖深度h,内墙入土深度d,内墙插入比定义为内墙入土深度与内坑开挖深度的比值,即c=d/h。内墙插入比对外坑围护结构最大侧向变形量的影响不大,可能是由于开挖深度或支护形式不尽相同。内墙插入比变化对内墙侧移有较大的影响,内坑围护结构最大侧向变形量随内墙插入比的增大而减小(见图2)。

图2 内墙插入比与内外坑围护结构最大侧向变形量(开挖至坑底)的关系

2.3 外墙插入比对内坑和外坑围护结构最大侧向变形量的影响

对收集的数据参数设置为：外坑开挖深度H,外墙入土深度D,内墙插入比定义为内墙入土深度与内坑开挖深度的比值,即C=D/H。外坑围护结构最大侧向变形量随外墙插入比的增加有减小的趋势,外墙插入比的增加对内坑围护结构最大侧向变形量影响不大(见图3)。

图3 外墙插入比与外坑围护结构最大侧向变形量(开挖至内坑坑底)的关系

2.4 外墙插入比对内坑和外坑坑底的最大竖向位移的影响

内坑坑底的最大竖向位移如图4所示,由此可知：土体卸载产生的内坑坑底竖向位移较为明显,均超过了94 mm以上。分析原因可知,是因为内墙结构向坑内侧移产生挤压作用而形成的。由数据可知,内坑坑底的最大竖向位移稳定在96 mm左右,受外墙插入比影响较小。

图4 不同外墙插入比与内坑最大竖向位移的关系

在坑中坑开挖卸载过程中,外坑坑底介于外墙和内墙之间,作为内坑坑背,同时又是外坑坑底,对内墙则提供主动土压力作用,而对外墙提供被动土压力作用,此处土体应力路径最为复杂。外坑坑底的最大竖向位移稳定在85 mm左右,受外墙插入比的影响也比较小。

3 结 语

1)内坑开挖对外坑围护结构变形影响较小,对外坑围护结构变形产生很小的影响；外坑开挖结束,围护变形值基本稳定,主要变形集中在外坑的开挖上。外坑的水平变形主要是大基坑的外围护变形,内坑的水平变形较小。设计施工中,应重点观察外坑开挖过程的围护结构变形。

2)外墙墙身侧移受外墙插入比的影响较大,但内墙插入比对其基本无影响；而内墙墙身侧移受内墙插入比的影响较大,但外墙插入比对其基本无影响。

3)坑中坑的外坑卸载导致被动区土体竖向应力减小,内坑再次开挖卸载则使内外墙体均产生向坑内发生位移趋势,外坑围护结构最大侧向变形量随外墙插入比的增加有减小的趋势；外墙插入比的增加有利于降低外坑围护的水平变形量。内坑围护结构最大侧向变形量随外墙插入比的增加有升高的趋势,适当降低外墙插入比有利于减小内坑的水平变形量。

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