圆形内支撑支护在软土深基坑中的应用
时间：2023-06-19 18:40:05 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
蓝 媚，张保志，蓝 威
（1、清远市建设工程综合服务站清远市人才储备中心 广东清远 511500；
2、广东泓瓴建筑工程有限公司 广东清远 511500）
随着高层建筑和城市地下空间的开发利用，深基坑工程越来越多，其开挖深度和面积也越来越大，基坑所处的地质及周边环境也愈加复杂，保证基坑周边环境的稳定和基坑工程的正常运营具有重要的现实意义［1-2］。圆形内支撑支护形式是近些年伴随着基坑发展趋势而出现的一种新的深大基坑内支撑形式［3］，圆形内支撑凭借其可适用于狭小场地施工、受力性能合理、施工作业空间大、节省材料等优势［4-5］，广泛应用于上海、天津、广东等诸多高层建筑施工中［6-7］。本文以某医院为例，介绍了圆形内支撑支护体系在软土深基坑中的应用。基坑在开挖支护施工及使用期间，基坑支护结构变形、周边建（构）筑物沉降、土体深层水平位移、支撑轴力等处于可控范围，整个基坑支护达到了预定功能要求，为同类工程提供参考依据。
本工程总建筑面积115 150.11 m2，其中地上86 081.09 m2，地下29 069.02 m2，基坑开挖深度9.7～12.5 m，周长676 m，形状不规则。基坑周边场地环境复杂，其北侧距离既有办公楼3.5～11.2 m，东侧与市政道路最近距离为12.4 m，南侧距离排洪渠9.2 m，西南侧距离儿科楼6～11 m，西侧与高压氧仓最近距离为13 m，基坑开挖范围内及基坑支护范围外分布有大量的管线，正式施工前应对基坑内管线进行移除或截断废除。按照《建筑基坑支护技术规程：JGJ 120—2012》［8］及《建筑基坑支护工程技术规程：广东省标准DBJ/T 15-20—2016》［9］要求，基坑支护设计安全等级为一级，以基坑变形控制为主，主要采用“放坡+钻孔灌注桩+环梁支撑+搅拌桩止水支护”形式。基坑支撑平面为两个相互连接又相对独立的圆环，其平面布置如图1所示。
图1 基坑支撑平面布置Fig.1 Floor Plan of Supporting Structure in Deep Excavation
根据地质勘察报告，场地内地质起伏较大，基坑周边有3.5 m 厚淤泥质土，基坑坑底位于粘土〈2-1〉、粉质粘土〈2-2〉及〈3〉中，地层分布情况及支护设计参数如表1所示。
表1 地层分布情况及基坑支护设计参数Tab.1 Distribution of Strata and Design Parameters of Struts For Foundation Pit
场地地下水主要赋存于素填土层中的上层滞水、溶洞中的岩溶水。场地浅层属上层滞水，水量较小，它的补给来源主要为大气降水，通过蒸发或向隔水底板的边缘下渗排泄。岩溶水主要赋存于石灰岩溶洞及溶蚀裂隙中，岩溶水赋存条件受岩溶发育程度、形态特征、规模大小以及裂隙充填情况等因素影响，富水性和渗透性及涌水量变化较大。
本工程开挖深度较深，地质起伏较大，局部存在较厚淤泥，临近基坑周边有市政道路、高压氧仓、排水渠及多层民用建筑。若基坑支护及止水措施不当，基坑开挖将产生较大变形，给周边建（构）筑物及市政道路的稳定带来不利影响。本工程采用“放坡+钻孔灌注桩+环梁支撑+搅拌桩止水”支护，放坡高度3 m，坡率1∶1，在坡面上布设φ48×3.0 mm、水平间距1 m 的钢花管；
止水搅拌桩桩径550 mm，桩间距300 mm，桩长8.1～11.0 m，进入基坑底不小于2 m；
支护桩为桩径1 200 mm，桩间距1 400 mm，桩长11.3～15.1 m，嵌固深度不小于6～7 m 的钻孔灌注桩；
设一道混凝土环梁内支撑，内支撑杆类型有圆环撑、冠梁、辐射撑、拉结梁、连系梁及拉结板，所有辐射撑延长线必须都经过圆环撑圆心。
2.1 圆形支撑的特点
⑴受力性能合理。利用圆形内支撑和支护桩结构体系，充分发挥环形支撑梁的拱形效果，将基坑周边产生的土压力通过辐射撑和拉结板大部分转化为轴压力，有效利用混凝土材料的抗压特性，同时降低支护结构的体量［10-11］。
⑵施工作业空间大。采用圆形内支撑结构，在基坑平面形成的无支撑面积达到70%左右，为挖运土的机械化施工提供了良好的多点作业条件，挖土速度可成倍提高，极大缩短了基坑暴露时间和挖土工期［10］。
⑶节省材料，经济效益显著。与各类支撑结构相比，软土深基坑施工中采用圆形内支撑结构不但节省了大量钢材和水泥，而且较大幅度减少单位土方开挖费用，整个支撑体系总费用降低约20%～30%，经济效益显著［10］。
2.2 圆形支撑的变形及内力计算
采用理正深基坑计算软件建立三维整体模型，四边地面超载为均布荷载20 kPa，土层均按水土合算考虑。计算所得结构最大位移为37.4 mm，发生在圆环支撑与基坑中部位置，采用400 mm厚拉结板整体浇筑加强，其位移如图2所示。圆环支撑最大轴力约12 760 kN，最大弯矩约2 329 kN·m，最大剪力约1 265 kN。支护结构最大水平位移18.84 mm，整体稳定安全系数1.485，可见该结构设计安全、合理且可行。
图2 支护结构变形Fig.2 Deformation of
为增加基坑支护结构整体稳定性，在局部支撑梁之间浇筑混凝土强度等级C35、厚度400 mm 的拉结板。考虑到钢筋混凝土支撑跨度较大，共布设58根竖向支撑钢构柱缩短支撑跨度，钢构柱采用热轧等肢角钢4×L160×16 焊接而成，钢构柱基础采用灌注桩，桩径为1 200 mm，插入灌注桩钢筋笼内长度3 m，灌注桩嵌入基坑底不少于8.0 m且进入强风化岩不少于1.0 m。
2.3 坑内被动区加固设计
由于基坑G～N 轴局部存在较厚淤泥，为了减少基坑开挖后支护桩的变形，对淤泥部位采取以下加固措施：
⑴G～L 轴部位的淤泥采用换填级配碎石处理，开挖换填时止水搅拌桩不得拆除，基坑换填部位采用旋喷桩进行加固，桩长10 m。
⑵L～N 轴部位的淤泥采用双管高压旋喷桩进行坑内加固（加固部位不换填），坑内加固旋喷桩直径700 mm，间距600 mm，桩长10 m，且进入粉质粘土层不小于6 m。旋喷桩坑内加固部位及支护剖面如图3～图4所示。
图3 旋喷桩平面布置Fig.3 Floor Plan of Jet Grouting Pile （mm）
图4 旋喷桩支护剖面Fig.4 Supporting Section of Jet Grouting Pile （mm）
根据《建筑地基基础设计规范：GB 50007—2011》［12］、《建筑变形测量规范：JGJ 8—2016》［13］、及文献［8］等要求，该基坑监测内容主要包括周边建（构）筑物沉降、土体深层水平位移、支撑轴力、支护结构顶部水平位移、立柱沉降、建筑物顶部竖向位移、地表沉降等。考虑到施工范围、监测仪器布设和周边环境等因素，具体监测点布设为：周边建（构）筑物沉降布置监测点20 个，土体深层水平位移4 个，支撑轴力14 个，支护结构顶部水平位移22 个，立柱沉降及支护桩侧向变形各8个。
基坑开挖期间，开挖侧每1～3 天观测一次，非开挖期间每5～7 天观测一次，当变形超限时应加密观测。对于基坑周边地面的建（构）筑物，在基坑围护结构施工前，要求先进行第三方的房屋及既有构筑物检测及技术鉴定，为施工过程中的监测、抢险及可能产生的纠纷提供必要的依据。
监测资料显示，基坑开挖至回填期间，其周边建（构）筑物沉降、土体深层水平位移、支撑轴力、立柱沉降、建筑物顶部竖向位移、地表沉降及支护桩侧向变形均小于其报警值、控制值，具体数值如表2 所示；
支护结构顶部水平位移累计最大值为36.1 mm，超过控制值1.1 mm，但由基坑支护结构顶部各水平位移观测点数据可知其变形保持稳定，说明各项监控指标基本控制在设计要求范围内，深基坑工程取得了圆满成功。基坑支护结构顶部各水平位移观测点如图5所示。
图5 基坑支护结构顶部各水平位移观测点Fig.5 Observation Points of Horizontal Displacement at the Top of Supporting Structure of Foundation Pit
表2 监测结果汇总Tab.2 Summary of Monitoring Results
该基坑工程施工实践证明，在深厚软土地基上采用圆形内支撑支护体系是一种成功、合理的支护技术体系。圆形内支撑支护体系不仅能有效控制基坑、基坑周边建（构）筑物、地下管线变形，并能在基坑中形成较大的施工作业空间，节省大量钢材和水泥，提高土方开挖速度，具有较好的经济、社会效益，为类似工程实践提供借鉴参考。
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