摘要：在基坑设计中，经常会出现“坑中坑”的现象，目前对坑中坑的支护形式主要的中采用支护桩加深、增加锚索等方法完成。本文针对坑中坑靠近基坑边的形式，提出了采用工程桩作为主要水平承力构件的基坑支护模式，既节省了支护结构的费用，也节省了工期，值得在后续的工程中推广。
关键词：坑中坑；水平支撑；工程桩
1.工程项目背景
在高层建筑设计中，电梯井通常作为塔楼的剪力墙使用，该处承台通常比其余地下室底板低3~4m，特别是高速电梯的使用，其位置比地下室底甚至低4~6m，或者由于地下室消防水池、集水池或者污水池的建设，需要在基坑底开挖出面积较小，但是深度较大的小基坑，从而形成“坑中坑”的现象[1]。因此必须在坑中坑内设置1~2道锚索或者水平支撑才能满足坑中坑支护的需要。
目前，在基坑支护工程中，一般采用混凝土灌注排桩+预应力锚索或内支撑结构来对基坑进行支护[2]。但是一般而言，坑中坑的平面尺寸较小，无法满足锚杆机械作业的要求。如需要施工锚杆，则必须进一步开挖坑中坑土方，预留出施工作业面，这样，则造成开挖和回填土方的浪费，增加了施工成本，延长施工工期；越到基坑底部，地下水压力较大，锚杆成孔的难度增大，且成孔速度较慢，而且，还需要等待注浆体达到设计强度才能进行锚杆张拉锁定及检测，其工期较长，成本也高，难以满足建设单位的要求。当然，若为了节省工期，在坑中坑处不设置锚杆，这样，支护桩的弯矩会很大，则需要采用大直径的支护桩作为水平支撑结构[3]，相对应地，支护桩直径与配筋都需要非常大，增加成本；另外，在实际施工过程中，锚杆的质量较难控制，容易给施工带来较大的安全隐患。
2.工程桩作为坑中坑水平支撑结构
为了解决水平支撑的问题，利用在坑底已经施工完毕的工程桩作为水平承力构件，并通过腰梁、支撑梁将支护桩与工程桩连接起来，将土压力通过腰梁和支撑梁传递到工程桩上，所需工程桩的数量根据计算所得。（如图2-1及图2-2所示）该方法充分利用了工程桩的水平承载力，基坑回填后，基坑作用于工程桩的水平力将消失，不影响工程桩在主体结构中的使用。而且避免了在土方的大量开挖、在基坑底下继续施工锚杆的作业方式，缩短了工期。由于不需要锚杆作为水平承力构件，避免了由于锚杆施工质量问题可能带来的隐患，同时也大大节省了成本。
图2-1坑中坑水平支撑示意图
1.腰梁；2.支护桩；3.坑中坑；4.水平支撑；5.工程桩
（1）工程桩水平抗力计算
工程桩水平承载力是本方法中的核心问题，支护桩的水平承载力可采用《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）推荐的公式：
χ0a——工程桩桩顶允许位移，mm；
因此工程桩选取的数量和位置均受到工程桩位移的限制，位移限制越严格，工程桩能提供的水平抗力越小，需要的工程桩就越多，因此我们应可能选择大直径和地层条件较好的工程桩。
（2）该方法的实现过程研究
待基坑开挖至地下室底板标高，且工程桩施工完毕之后。根据坑中坑开挖的深度计算水平支撑在竖向上的位置，然后计算出水平推力大小，据此确定工程桩的数量，然后根据基坑内工程桩实际的位置选择坑中坑旁边的桩，以不影响坑中坑承台的施工为宜。选定工程桩之后根据腰梁和支撑的平面布置计算出腰梁和支撑的尺寸及配筋。根据计算在需要布置腰梁和支撑梁的竖向位置上，分别在工程桩和支护桩上植筋，支护桩上的植筋需要满足对腰梁重量的支撑和对腰梁的锚固，工程桩上的植筋则根据支撑梁所需的钢筋的数量确定，应将支撑的钢筋全部植入到工程桩中。然后绑扎腰梁和支撑的钢筋，支模、并浇筑混凝土。经过养护，混凝土腰梁就牢牢地和灌注桩连接起来形成一个整体，桩后的土压力通过支护桩传递到腰梁上，并通过腰梁和支撑传递到工程桩上，解决了超挖部分基坑的水平支撑问题。这样的工艺避免了在坑中坑内施工锚杆时大挖大填的作业方式，也避免了锚索施工工期长，造价高的问题，既节省了成本又节省了工期，具有较大的经济效益。
3.工程实例
某基坑位于深圳市侨香路和香蜜湖路交叉口的东南角，周长约538m，北侧长177m，东侧长82m，南侧长130m，西侧长148m。基坑深度9.9-13.0m。基坑侧壁土层如表3.1所示
表3.1基坑侧壁土层参数表
地层代号及岩性 天然重度 （KN/m3） 粘聚力C （kPa） 内摩擦角φ （度） Qml 杂填土（①） 18.3 5 10 Qal+pl 淤泥质粉细砂（②-1） 20.2 0 15 粘土（②-2） 19.4 20 15 细砂（②-3） 20.6 0 26 砂卵石（②-4） 20.8 0 32 Qel 砾质粘性土（③） 18.3 25 20 γ53（1） 全风化花岗岩（④-1） 19.1 30 25 强风化花岗岩（④-2） 20.5 - - 中风化花岗岩（④-3） 21.7 - - 微风化花岗岩（④-4） 23.6 - -
由于电梯井建设，坑中坑的水平尺寸约7×3m，深度5m，由于宽度较小，若采用锚杆作为水平承力构件，空间不足，且桩的嵌固深度不够。由于电梯井在桩基施工之后开挖，具备采用工程桩作为水平承力构件的条件。设计中采用了四条工程桩作为水平支撑桩，通过腰梁和支撑将支护桩的水平力传到工程桩上。通过监测，工程桩的水平位移值最大只有3mm，支护桩的内力也得到了控制，有效地解决了基坑局部超挖的坑中坑支护问题。
4.结论及建议
（1）利用工程桩作为水平承力构件解决坑中坑的水平支撑问题，既充分利用了工程桩的水平承载力，又减少了额外设置水平支撑构件（如锚索），节省了成本；
（2）利用工程桩作为水平支撑结构，大大节省了工期；
（3）如果可行伸展考虑利用墩基础或者筏板基础作为水平承力构件，解决坑中坑的水平支撑问题。
参考文献：
[1]李金青坑中坑基坑支护设计变形计算影响因素分析[D]2012；
[2]吕彦菲排桩内支撑支护基坑的变形研究及优化[D]2013；
[3]李志刚朱亚伟大直径钻孔灌注桩在深基坑围护中的应用《岩土工程师》1996.1
论文作者:王小湖
论文发表刊物:《基层建设》2015年11期
论文发表时间:2017/8/24
标签：基坑论文; 工程论文; 水平论文; 工期论文; 构件论文; 锚杆论文; 承载力论文; 《基层建设》2015年11期论文;