考虑地下室施工的支撑体系优化

郑自斌

(福建省建筑设计研究院 福建福州 350001)

考虑地下室施工的支撑体系优化

郑自斌

(福建省建筑设计研究院 福建福州 350001)

随着现代城市向地下空间的发展，基坑开挖越来越深，周边环境越来越复杂，对变形控制的要求也越来越严格。因此给地下工程的设计及施工带来了更多的难题和挑战，选用合适的支护方案需要考虑的因素也越来越多。通过对支撑体系的优化，充分考虑土方开挖和地下室施工的便利，可节省工期和工程造价。

深基坑;支撑体系;工期

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引言

近年来，伴随着中国房地产行业的飞速发展，城市中心可供开发利用的空间越来越有限，使得地下空间的开发利用越来越受到重视。建筑基坑朝着大深度、大面积尺寸的方向发展，这使得基坑施工成为许多高层建筑施工中的一个极为重要的环节，而基坑支护则成为保证深基坑顺利施工的关键。近年来深基坑支护技术已取得了长足的进步，基坑支护方式趋于多样化。

合理的支护方案应即安全又经济，同时应便于土方开挖和地下室的结构施工。而如何选择最优的支护方式受到多种因素的影响。

1 工程概况

该项目位于福州市鼓楼区营迹路，地下室北侧外墙距离营迹路约5m;场地西侧距离七海花园(桩基)约10m;距离公正二村及审计厅宿舍(桩基)，约28m;东侧距树兜河约25m，河对岸为福建省侨办大楼;场地南侧为中航新村及建设中的公正新村安置房(桩基)，距离本地下室约15m;西南角为省电力局宿舍(桩基)，最近处距离约10m。该项目基坑形状呈长方形，长约125m，宽约48m，面积约为5900m2。本工程共设三层地下室，由两栋23层主楼(高84.7m，位于基坑中部对称布置，如(图5)所示)和裙楼地下室组成。基坑开挖至底板垫层的深度为11.8m，电梯井位于基坑中部，开挖深度达16.4m。

2 场地岩土工程条件

场地各地层的物理力学参数如(表1)。本场地上部地下水主要为杂填土中的上层滞水，主要受大气降水、生活废水的补给，以地面蒸发及渗漏方式排泄，其动态受季节影响变化较大，水量变化不大。下部含泥中砂、园角砾、碎卵石含水层地下水埋深为12.45～14.7m。

图1 基坑周边环境图

3 基坑支护难点及设计方案

3.1 基坑支护难点

本工程基坑支护主要呈现以下特点及难点:

(1)本项目周边环境异常复杂，且地下室边线距离红线、道路及周边建筑较近。环境保护要求较高。

(2)基坑开挖深度深达11.8m，且地质条件差，流塑性淤泥(质土)厚度最厚达10.9m。

表1 场地各地层物理力学参数条件表

(3)建设单位要求的工期较紧张。如何在保证安全可靠、经济合理的前提下，确保施工的便利，有效的节约地下室的施工工期应作为重点考虑的因素。

3.2 基坑支护结构形式的选择

考虑到基坑周边环境复杂，且为三层地下室，开挖深度达11.8m，又为软土地基，基坑支护采用Φ900 @1200排桩+内支撑的刚性支护体系。因本基坑开挖深度为11.8m，若设置三道混凝土内支撑，则支撑之间的净距太小，土方难以开挖;且设置三道混凝土内支撑，施工工期太长，不符合业主需求。而采用两道混凝土内支撑，使得竖向支撑梁间的垂直空间加大，便于配合钢栈桥的设计施工，大大提高了土方开挖的工作效率。其支护剖面示意如(图2)所示。(表2)采用三道支撑与两道支撑时围护结构的最大变形的对比。计算结果表明采用两道内支撑也能满足技术要求。

3.3 支撑体系的优化

由于基坑形状呈长方形，对于内支撑的平面布置先后采取了三种内支撑平面布置方案:

表2 单元计算时围护桩最大变形

(1)方案一采用常用的两端角撑、中间两榀对撑的桁架体系(图3)。该支撑梁布置受力明确，且支撑梁及立柱数量较少;

(2)方案二采用双圆环结合对撑支撑体系(图4)。该方案中央释放较大的空间，且能很好的控制支护结构变形，但中间对撑梁布置较密，立柱数量较多;

(3)方案三采用边桁架结合中间一榀对撑体系(图5)。该方案可获得较大的空间，特别是主楼位置。

图2 基坑支护剖面示意图

(表3)为基坑四周跨中位置(如图3～5中的▲)的围护桩的最大变形。通过计算结果可以看出三个方案变形均能满足现行规范要求。

表3 基坑四周跨中的围护桩最大变形

通过三种内支撑方案的对比，最终采用了方案三的内支撑体系。该方案能在保证基坑支护安全可靠、经济合理的前提下，为土方开挖提供更大的便利，有效的节约地下室的施工工期:

①结合本工程两栋塔楼的分布，合理的利用边桁架支撑体系，使得支撑体系避开了塔楼的轮廓范围，可以让塔楼先行施工而不需拆除支撑，支撑梁可以待其它地下室结构施工完后拆除，较传统的支撑梁的拆撑方法(通常为拆除完相应的内支撑梁后方可施工相应的地下室)能有效的节约施工工期。

②便于施工栈桥的布置。采用边桁架支撑体系后，获得较大的敞开空间，行车栈桥的平面跨度足够大，使得栈桥的坡度控制在10%之内(行车栈桥布置如(图6)所示)，更方便满足土方车及混凝土罐车等重载车辆的通行，大大的加快了土方开挖的进度。

③通过在第一道支撑梁的对撑位置设置砼板，可以作为钢筋加工场地和材料堆放场地，可以较好的解决施工场地用地紧张的问题。

图3 支撑平面布置示意图(方案一)

图4 支撑平面布置示意图(方案二)

4 实施效果

在基坑开挖过程中，对围护桩的变形、支撑梁应力等进行了全程监测。基坑开挖到底时的其中围护桩的最大变形位置的监测结果如(图7)所示。可以看出，本基坑支护方案是安全可行的。

本基坑工程土方开挖从2012年8月21日开始，于2012年11月22日基坑开挖到底，到2013年2月份主楼出地面。实施效果表明，采用本项目方案有效的节约了项目的工期。项目开挖到底后的施工现场如(图8)所示。

图5 支撑平面布置示意图(方案三)

图6 行车栈桥平面布置示意图

图7 围护桩最大变形实测值

5 结论

随着城市地下空间的不断发展，深基坑支护越来越受到人们的重视。而随着基坑开挖深度的不断增加，选择合适的支护型式成为深基坑支护设计中的关键环节。特别是对于复杂环境条件下的深基坑。既要确保周边环境的安全，又要经济合理，同时应最大限度的满足方便施工的要求(例如:合理的支撑布置、便于土方开挖施工等)，以尽量缩短工期。

通过本工程案例，可以得到以下有益经验:

(1)对于超深基坑，尤其是软土地区的深基坑，应结合地质条件和基坑周边环境进行认真的方案分析和对比，采用即安全又经济的最佳方案;

(2)内支撑体系的设计应考虑施工和土方开挖的因素。在保证安全的前提下，应尽量减少支撑道数。在配合行车栈桥通行的时候，上下道支撑梁之间的净距应能满足土方开挖和土方车的通行，行车栈桥的平面跨度应能够满足栈桥的坡度在13%以内，越缓的坡度越有利于土方车辆的行走。以加快土方开挖的速度，否则土方开挖越慢，基坑暴露的时间越长，反而对基坑的安全不利。

(3)对于塔楼在基坑中部位置分布的基坑，在设置内支撑时，在条件许可的前提下，可尽量考虑内支撑布置避开塔楼(如采取边桁架等措施)，使得塔楼可以在支撑梁未拆除前先行施工，可大大缩短工程的总工期。

图8 基坑支护施工现场图

［1］JGJ120－2012，建筑基坑支护技术规程［S］.

［2］GB50010－2012，混凝土结构设计规范［S］.

［3］刘建航，候学渊.基坑工程手册［M］.1997.

［4］程杰林，李玉忠，刘秀珍，等.多重大直径同心环形支撑在超深基坑工程中的应用［J］.岩土工程学报，2014，36(1): 122－126.

Considering the basement construction of bracing system optim ization

ZHENGZibin
(Fujian Provincial Institute of Architectural Design and Research，Fuzhou 350001)

With the developmentofmodern city to the underground space，the foundation pit is to the direction of deep foundation pitexcavation，the underground environment relations is becomingmore complex，and more strict to control the deformation.Therefore for underground engineering design and construction has brought more difficulties and challenges，how to select the appropriate supporting plan needs to considermore factors.Through optimization of supporting system，fully considering the convenient，of earthwork excavation and basement construction，the time limit for a project and the project cost can be saved.

Deep foundation pit;Bracing system;Time limit for a project

TU7

B

1004－6135(2015)11－0057－04

郑自斌(1984.9－ )，男，工程师。

2015－09－06

郑自斌(1984.9－ )，男，工程师，主要从事勘察、基坑与边坡设计、监测方面的工作。