支撑系统“闷拆”方案在基坑工程中的应用

赵世明

上海广联环境岩土工程股份有限公司 上海 200444

1 工程概况

上海市奉贤区某商办项目由1幢20层公寓式酒店、1幢19层综合服务大楼及7幢4～5层商业楼组成，整体设置地下1层地下室。本工程周边环境复杂（图1），基坑开挖面积约20 000 m2，总周长约580 m，基坑一般开挖深度5.00～6.75 m，根据进度计划安排，基坑总体分为示范区和非示范两个分区（图2）。

图1 基坑周边环境示意

图2 基坑示范区示意

1.1 基坑周边环境

基坑东侧开挖边线与用地红线最小距离为6.0 m，红线外为已建高层小区（小区号楼为桩基础，整体地下室挖深约3.0 m），小区室外场地比本工程场地高约3.0 m，小区地下室外墙距离本工程基坑开挖边线最近10.33 m。

基坑南侧开挖边线与用地红线最小距离为3.87 m。用地红线外南侧东部为公共停车场及简易用房。

基坑西侧开挖边线与用地红线最小距离为4.23 m，红线外为已建市政道路，且市政道路下分布有多条市政管线，包括污水管、雨水管、燃气管、路灯等，用地红线内2 m范围分布有高压线电缆沟（混凝土基础），埋深约1.0 m，距离基坑开挖边线最近2.50 m。

基坑北侧开挖边线与用地红线最小距离为3.73 m。用地红线外为已建市政道路，道路宽约60.0 m，市政道路下分布有多条市政管线，按距离基坑开挖边线由近及远依次为污水管、燃气管、雨水管、路灯等。

1.2 工程地质条件

根据岩土工程勘察报告，本工程基坑开挖影响范围内岩土工程地质有以下特点：

1）拟建场地地貌单元属三角洲冲击平原地貌类型。场地现状为空地。

2）基坑开挖深度影响范围内土层分布由上至下为：①1-1杂填土、①1-2素填土、①2浜土、②1粉质黏土、②3黏质粉土、③层淤泥质粉质黏土、④1层淤泥质黏土、④2层砂质粉土、⑤1黏土、⑤2层砂质粉土。

1.3 基坑工程特点

1）属于开挖面积较大、深度较深的基坑。

2）周边环境复杂，基坑周边邻近市政道路、市政管线、已建小区建（构）筑物及附属设施，变形控制要求较高，均需要重点保护。

3）场地条件紧张，地下室利用较为充分，开挖边线距离用地红线较近。

4）场地内分布有杂填土及暗浜，基坑开挖深度范围内局部分布第②3层砂质粉土，强渗透土层；基坑开挖深度范围内及坑底以下分布较厚的第③层、第④1层淤泥质土，呈流塑状态，对变形控制不利。

5）根据业主进度计划安排，示范区需先于其他区域出±0.00 m及结构封顶，但同时其他区域工期也相对紧张（非示范区比示范区可最多晚启动1个月），故本工程需统筹整体考虑工期要求。

6）选型控制条件较多，基坑工程围护方案的选型至关重要，不同围护方案的安全性、工期、造价以及施工便利性差异很大，尤其对于本工程而言，涉及到示范区先开挖施工的问题，如何在满足基坑安全的前提下提高经济性、节省工期以及方便施工，是工程设计的主要难点之一[1]。

1.4 基坑工程安全等级及环境保护等级

根据上海市标准DG/TJ 08-61—2010《基坑工程技术规范》[2]规定，结合基坑开挖深度及周边环境情况，确定本工程基坑安全等级为三级，环境保护等级为二～三级。

2 基坑围护设计方案选型分析

基坑围护作为一项施工措施，设计过程中主要有以下4个要点：安全性、经济性、节省工期及施工方便性。这4个方面是相互联系的，我们应根据每个工程的不同特点来取得这4个方面的最佳结合点。对于本工程而言，由于涉及到示范区先行开挖，但又不能影响非示范区工期的要求，故经济性、节省工期及施工方便性是业主最为关心的主要矛盾，也是本工程围护设计方案选型的关键节点。

结合以往类似工程经验，并经造价比选后，在挡土止水系统选型方面，本工程采用SMW工法作为挡土止水系统在造价及围护桩施工工期方面具有一定的优势。

支撑系统结构设计选型方面，需结合示范区与非示范区的范围进行布置。对应一般的工程，示范区需先开挖施工，但对非示范区的工期要求没那么严格，可以在示范区与非示范区之间增加1道围护桩，使示范区与非示范区分开作为2个独立的基坑，分区布置支撑系统，分区开挖施工，非示范区需待示范区底板及传力带施工完成，中间分隔墙处架设斜换撑后再行开挖施工。经分析，若采用分区方案，基坑围护造价增加200万元，总工期增加60 d，不能满足业主对造价、工期及施工方便性的要求。

基于分区方案的缺点，经参建各方讨论后，对于本工程而言，需统筹整体考虑支撑系统布置（包括支撑系统类型及标高）。由于本工程基坑开挖面积较大，周边环境较为复杂，场地条件较为紧张，可采用水平支撑系统，也可采用“盆式开挖＋岛式支撑”的斜抛撑系统，二者各有利弊，简要分析如下。

2.1 钢筋混凝土水平支撑系统分析

本工程采用钢筋混凝土水平支撑系统，可选用“对撑＋角撑”的平面布置形式或圆环的平面布置形式（图3、图4）。

图3 对撑+角撑支撑系统平面布置

图4 圆环支撑系统平面布置

钢筋混凝土水平支撑系统的优缺点如下：

1）整体刚度大、变形小，对减少支护体的水平位移，并保证支护体稳定具有重要作用。

2）施工适应性强，可适用于各种复杂形状和基坑面积超大的基坑工程。

3）支撑开间较大，方便挖土，尤其对于“圆环”支撑系统，空间相对较大。

4）可以根据总体进度计划，建筑物开发进度，灵活掌握开挖区域，总工期稍短。

5）总体安全度较高。

6）造价相对较高。

考虑到在造价、工期及对示范区影响方面，圆环支撑系统优势较为明显，建议选择圆环支撑系统。

2.2 盆式开挖＋岛式支撑的斜抛撑系统分析

本工程基坑面积较大，可采用盆式开挖＋岛式支撑的斜抛撑系统（图5）。盆式开挖＋岛式支撑的斜抛撑系统的优缺点如下：

图5“盆式开挖+岛式支撑”典型剖面

1）整体刚度稍小、变形稍大，若采取加强措施，可满足周边环境要求。

2）施工适应性稍差。

3）坑内土方需分2次以上挖除，机械进出场较频繁，边跨土体开挖难度较大，尤其对于本工程而言，基坑开挖边线距离用地红线较近，考虑施工围墙、管线的影响，边跨土体开挖难度极大，大大影响出土效率及开挖施工工期。

4）由于必须待中心岛的底板形成后，才能架设斜抛撑，所以边跨的施工时间相对滞后，会对总工期有所影响。

5）坑内边跨留土土坡必须按图施工，且应留足一定宽度，降水必须可靠，否则会对工程桩产生影响。

6）因边跨需要留土，故先期开挖区域有一定要求，即中心岛底板需先形成，且底板需留设施工缝，并二次浇捣，施工较为繁琐；尤其对本工程而言，示范区内分布商业楼，底板留设施工缝将商业楼底板分2次浇筑，影响商业楼施工进度；若将施工缝移至商业楼外侧，则斜抛撑长度增加，需增设立柱，增加造价。

7）斜抛撑对现场施工工序要求较为严格，且需要现场各工种交叉施工，现场管理难度较大。

8）由于支撑短，故无论支撑材料还是立柱均有减少，造价相对较低。

2.3 水平支撑与斜抛撑系统比较分析

综合考虑本工程示范区特点，圆环支撑系统与盆式开挖＋岛式支撑斜抛撑系统对比分析如下：

1）安全性：圆环支撑系统刚度相对较大，对控制周边环境更为有利，但2种支撑体系均可满足变形控制要求。

2）经济性：圆环支撑系统较盆式开挖＋岛式支撑斜抛撑系统造价高约60万元。

3）工期方面：圆环支撑系统要求整体支撑系统浇筑完成后，方可灵活开挖相应区域；盆式开挖＋岛式支撑斜抛撑系统独立性更强，可灵活开挖坑边留土以外的相应区域，但坑边留土需待斜抛撑架设完成后方可开挖，坑边留土范围施工相对滞后。对于示范区施工至±0.00 m的工期而言，盆式开挖＋岛式支撑斜抛撑系统可提前约15 d，但对整个项目的总工期而言，盆式开挖＋岛式支撑斜抛撑系统受制于边跨土挖除及边跨底板浇筑难度较大，增加约20 d。

4）施工方便性：2种支撑系统均可提供较大挖土空间，对整个场地施工布置较为有利；圆环支撑系统因对支撑整体性要求较为严格，需待整个地下室底板及传力带浇筑完成并达到设计强度的70%后方可拆除，直接影响示范区地下室顶板梁施工，进而影响整个示范区工期。其解决的方案为：结合示范区顶板梁标高，将支撑系统统一适当落低至顶板梁底标高以下，进而可考虑支撑系统后拆除，即“闷拆”方案，同时要求支撑杆件尽量避开示范区（框架结构）内的结构柱，即可在不拆除支撑体系的条件下，示范区继续向上施工。盆式开挖＋岛式支撑斜抛撑系统，中心岛底板需先形成，底板需留设施工缝，并二次浇筑，边跨土挖除较为困难，施工较为繁琐，对现场施工工序要求较为严格，现场管理难度较大。

2.4 小结

经综合比选，采用圆环支撑系统结合“闷拆”方案，其具有安全性高、对工期有保障、现场施工较为方便的特点，可满足业主对造价、工期及现场施工的要求。本方案经上海市基坑围护设计专家评审委员会评审，专家一致认为该方案较为合理可行，并在一定程度上节约了工程成本。

3 结语

本工程基坑围护设计方案较为经济、合理，在业主的精心组织与管理，以及参建各方的积极配合下，工程已经按期顺利施工完成。本工程采用的支撑“闷拆”方案值得在后续项目中加以借鉴[3-4]。

1）本工程采用SMW工法作为挡土止水系统，具有施工工效较高、环境污染少、型钢可回收、工程造价相对较低等优点，由于工法型钢按租赁期收费，故应考虑工期对型钢租赁费的影响，要求现场加强对工期的控制管理。

2）对于开挖面积较大的基坑，应重视支撑系统结构设计选型，支撑系统刚度大小，是否方便现场挖土、浇筑底板等，对工程造价、工期及基坑控制变形有较大影响。

3）支撑系统“闷拆”方案在一定程度上可以解决基坑分区施工工期长、造价高的问题，从而降低基坑围护造价，节省一定的工期。

4）支撑系统“闷拆”方案需将支撑系统标高适当落低至地下室顶板底标高以下，可能会导致首开挖工况挖深较深，若围护顶部不能放坡，需对首工况开挖设置一定的围护措施，确保周边环境安全。

5）支撑系统“闷拆”方案需避开示范区内向上施工的结构柱、剪力墙等，一般避开剪力墙较为困难，故“闷拆”方案比较适合布置在框架结构体系内，对于无法避开的结构柱，可考虑采用临时托换处理。临时托换涉及结构柱处荷载、顶板梁截面、配筋调整、临时增加的托换钢柱与底板和顶板梁连接构造，及托换钢柱下是否增设工程桩等事宜，需与结构设计院协商处理。