大直径双圆环支撑在超大深基坑工程中的应用

摘 要：本文介绍了一超大深基坑围护体系选型和支撑选型分析及工程特点难点，并对该超大深基坑的设计方案进行简要说明。同时，结合基坑施工信息化监测总结报告，将用启明星深基坑计算分析软件的计算结果与实际监测结果进行比较分析。最后，针对本工程的施工设计情况，总结了一些工程经验。

关键词：双圆环支撑；支撑选型；超大深基坑；斜抛撑换撑

0 引 言

随着我国经济的快速发展，土地使用成本的增加，开发商以及城市规划部门对地下空间的开发愈来愈重视，基坑深度愈来愈深，地下室单层的面积很多已经达到几万甚至十几万平方米，这对广大基坑工作者来说，既是一个机遇又是一个挑战。超大深基坑一方面可以提升整个行业的技术水平，另一方面具有一定的风险性。大直径圆环支撑方法具有很多优点，通过在每道支撑平面内设置闭合钢砼圆环，大大增强支撑体系的整体受力性能，该形式相对减少了支撑系统的工程量，且便于土方施工。同时亦可在圆环靠边位置设置施工平台，由平台设置一斜坡栈桥与基坑分层开挖面衔接，施工车辆通过栈桥直接到达土方开挖面，大大加快基坑的施工进度；该平面布置还可采用岛式挖土，极大地减少基坑开挖对周围环境影响。

1 工程概况

龙盛国际商业广场位于上海市闵行区，基坑东侧为都市路，基坑南侧为金都路，基坑西侧为小区道路，基坑北侧为小区道路。龙盛国际商业广场主要由1栋21层宾馆（1号楼）、2栋14层高层商业（2号楼、3号楼）、3～4层配套商业及裙房、2层地下室及门卫等辅助建筑组成。宾馆和高层商业为框剪结构，配套商业及裙房为框架结构，地下均设两层地下室；基础形式均为桩筏基础，工程桩均采用PHC管桩。基坑面积约为35600m2，基坑周长约750m，基坑开挖深度约为10.0m，属超大型深基坑工程，根据上海地区相关规范，基坑安全等级和环境保护等级均为二级。

根据勘察报告，拟建场地位于上海市闵行区，地貌类型属滨海平原，地貌形态单一，位于古河道区域。基坑开挖影响范围内的土层主要为粘性土和粉性土。

2 围护方案设计

2.1 工程特点及难点

（1）开挖深度和面积都较大

（2）工程地质条件特点

浅部地层主要以软弱的粘性土为主，对围护变形控制不利。

第③1夹层处于基坑开挖范围内，透水性较好。若降水和止水措施不当，极易产生流砂、管涌等不良地质现象；此外灌注桩施工时容易出现孔壁坍塌、灌注桩局部夹泥的现象，对围护结构的施工质量会产生不利影响。

（3）周围环境条件较为复杂

基坑四周地下市政管线较多，基坑围护设计及施工中应确保周边环境的安全。

（4）施工场地狭小

2.2 围护体系

根据地区经验和本工程自身特点，经综合分析比较，本工程挡土体系采用钻孔灌注桩结合三轴搅拌桩止水帷幕，支撑体系采用两道混凝土圆环支撑。

围护结构采用钻孔灌注桩，灌注桩混凝土设计强度等级为水下C30，桩径850mm，桩间净距为200mm，桩端入土深度21.6～25.1m。钻孔灌注桩外侧采用单排Φ850@1200三轴搅拌桩作为止水帷幕，桩端入土深度19m，水泥掺入量20%。止水帷幕内侧与灌注桩外边线相距150mm。由于浅层土体砂性较重，施工单位应采取措施保证围护桩的顺利实施。

根据本工程基坑的形状，可考虑采用以下两种支撑平面布置形式：

“圆环支撑”：通过在每道支撑平面内设置闭合钢砼圆环，大大增强支撑体系的整体受力性能，该形式相对减少了支撑系统的工程量，且便于土方施工。同时亦可在圆环靠边位置设置施工平台，由平台设置一斜坡栈桥与基坑分层开挖面衔接，施工车辆通过栈桥直接到达土方开挖面，大大加快基坑的施工进度；该平面布置还可采用岛式挖土，极大地减少基坑开挖对周围环境影响。

“边桁架+对撑”：该种平面布置较为常规，施工难度低，支撑体系受力明确，对围护变形控制良好，但本基坑开挖面积较大，该种平面布置势必导致对撑及边桁架杆件过长，降低的支撑系统的安全度，同时在施工便利性方面不及圆环支撑，如施工有要求，可能需结合第一道支撑设置施工栈桥，增加工程造价且对工期进度有较大影响。

通过以上分析，本方案拟采用钢砼圆环支撑体系，同时，由于本工程周边环境保护要求较高，每一道水平支撑内的圆环设置为双环系统，大大增加支撑体系的整体刚度。

基坑内共设置两道钢筋混凝土支撑。支撑平面布置主要采用环形支撑+角撑的形式，圆环支撑内径160m，外径198m，结合场地条件，在第一道支撑设置挖土平台；支撑杆件截面尺寸及中心标高如表1所示：

3 现场施工情况介绍

3.1 施工顺序

（1）围护桩施工，并养护

包括：钻孔灌注桩、三轴水泥土搅拌桩、立柱及立柱桩、坑底加固等。

（2）施工井点，并降水

（3）降水到设计要求后，开挖至第一道支撑底，施工第一道围檩及支撑

（4）第一道围檩及支撑养护到设计强度后，分层开挖至第二道支撑底，并施工第二道围檩及支撑

（5）第二道围檩及支撑养护到设计强度后，分层开挖至坑底，及时施工垫层、底板、传力带

（6）底板、传力带强度达到设计要求后，拆除第二道支撑

（7）对于常规区域，施工地下二层及传力带，待地下二层顶板及传力带达到设计强度后，拆除第一道支撑；对于局部中楼板缺失区域，待型钢斜抛撑换撑施工完毕且钢筋砼支座且达到设计强度后，方可拆除第一道支撑

（8）施工地下一层，回填基坑

3.2 主要施工時间节点

该项目采用的环形支撑内环直径达160m，外环直径198m，该工程自2011年10月开始施工围护桩，于2012年4月19日开始浇筑第一道环形支撑的混凝土，于2012年7月15日第一块（西北角）开挖至坑底，于2012年8月7日开始浇筑第一块底板（西北角），于2012年9月30日底板顺利浇筑完毕，于2012年10月10日开始拆除第二道支撑，于2012年10月27日将第二道支撑拆除完毕，目前本工程已经竣工投入使用。现场施工的实景照片见图2：

4 实际监测值与计算值对比

4.1 围护桩位移

1）由于有两道钢筋混凝土支撑的支护，测斜孔发生位移较大的深度集中在测斜管孔口向下5～7m左右位置。

2）监测孔的位移主要发生在基坑开挖阶段内，在底板浇筑后虽然也有一定程度的发展，但其变化量占总变形量的比重较小，在顶板浇筑后位移数据变化越来越小，基本趋于稳定。

3）围护桩水平位移的计算值和实测值差别较大，笔者经分析认为这可能是由于计算的假定条件与实际情况、施工质量等有所差别造成的。

4.2 支撑轴力

不论是第一道支撑还是第二道支撑，支撑轴力的计算值均比实测值要高很多；而且内环撑的轴力要比外环撑的轴力大。

5 结 语

（1） 本工程采用的钻孔灌注桩结合三轴搅拌桩止水帷幕+两道双圆环支撑围护体系，可以满足基坑自身稳定性和环境保护控制要求；从本工程现场实际施工情况来看，圆环支撑大大提高了挖土和出土的速度，缩短了工期，降低了围护工程总造价。

（2）本工程采用的圆环支撑内径达160m，外径198m，为今后大直径圆环支撑提供了一个经典案例，具有一定的借鉴意义。

（3）围护桩水平位移的计算值和实测值差别较大，笔者经分析认为这可能是由于计算的假定条件与实际情况、施工质量等有所差别造成的。

（4）不论是第一道支撑还是第二道支撑，支撑轴力的计算值均比实测值要高很多；而且内环撑的轴力要比外环撑的轴力大。

参考文献：

[1] 刘国彬， 王卫东. 基坑工程手册[M]. 北京： 中国建筑工业出版社， 2009.

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[5]尹骥，管飞，李象范.直径210m超大圆环支撑基坑设计分析[J].岩土工程学报，2006.第28卷.

[6]徐東宇.龙盛国际商业广场桩基与基坑施工信息化监测总结报告，2013.03.

作者简介：郭代培（1984– ），男，硕士，主要从事基础设计、桩基及基础优化咨询和基坑围护方面的工作。