周边地下结构作支护体系的深大基坑施工关键技术研究

申青峰

摘 要：针对目前工程中基坑面积较大、分区众多，需做围护结构或支撑体系来进行地下结构施工的现状，提出根据新建建筑的分布形式和现场实际情况，将基坑划分成中心分区和四周分区，利用周边分区地下结构先行施工形成环形受力体系作为中心分区的支护体系，以实现中心分区基坑无围护和支撑的绿色快速施工。

关键词：基坑分区；周边地下结构；支护体系；快速施工

1 前言

近年来国内建筑开发多是大型综合体，开发规模越来越大，基坑面积普遍很大，基于对基坑变形和环境保护的考虑通常采用分期分坑施工。分坑施工即把一个大型基坑通过临时地下连续墙分隔成若干个分区，再按照合理的施工流程依次施工各分区地下结构。基于保护对象的基坑分区施工流程一般遵循“先远后近、先大后小、对称施工、间隔开挖、先顺作后逆作”的原则，先施工中间区域分坑、后施工周边区域分坑的顺序。中心分坑采用常规的做法是先做围护结构，然后支撑[1]，再开挖，这样不但需要大量支撑材料，而且相当耗时，施工速度慢。

因此，传统的深大基坑施工技术[2]难以适应项目规划多样化的发展，基于建筑群分布于基坑周边，中间区域为下沉式广场或裙房的类似典型深大基坑工程[3]，需创新性地开发新型深大基坑绿色施工关键技术，通过合理安排分区地下结构的施工顺序，利用周边结构先行支护实现某些特定形式的基坑中心分区无支撑快速开挖，在工期、成本、节能等方面取得显著效果，进一步倡导绿色施工环保理念。

2 技术原理

对于一个大型深基坑存在较多塔楼的情况，其分区可划分为存在一个中心分区被四周为分区包围的情况，四周分区有多个塔楼分布以形成较大的刚度支撑中心分区基坑无支撑和围护的快速开挖。

中心分区基坑的大小根据四周分区地下结构构成的整体的水平刚度、基坑挖深、土层性质确定；基坑分区划分确立后，利用有限元建立周边分区地下结构模型，分析周边结构作为自立式围护结构抵挡水土压力的能力，确定周边地下结构作支护体系可在不影响其正常使用情况下抵挡坑外的水土压力。

周边基坑顺作时，周边分区地下结构先行施工，四周基坑地下结构三个出地面，另外一个地下结构至少施工两层，然后将四周地下结构贯通形成环形的受力体系，作为中心区基坑开挖卸荷的支挡结构，然后顺作中心分坑。

周边基坑逆作时，施工周边区域地下一层结构，并封闭地下一层结构；在周边地下一层结构封闭后，开挖周边分区和中心分区基坑土方，周边基坑根据开挖深度留土放坡；依次施工周边基坑地下结构并封闭，然后开挖基坑，直至中心分坑开挖至基底；施工中心分区地下室底板，顺作中心分区地下结构二层以上；将中心分区地下结构与周边分区地下连接封闭，挖除周边分区基坑留土，施工地下室底板，同时完成中心分区地下结构。

3 基坑分区划分原则

基于基坑开挖的微变形控制要求，各分区的面积是按照宽深比来确定。工程实践表明，在辅以必要的施工控制措施条件下，宽深比不超过5的深大基坑能满足工程变形控制要求，但在保护要求较高的区域无法满足控制标准。因此，综合考虑工期、经济及安全性等因素，基坑分區的宽深比限值根据分区距保护对象的距离采用不同的控制标准：紧邻保护对象的保护性分区采用小分区规模，按照临界限值从严控制，即分坑尺寸一般在15m～50m左右；基坑开挖对保护对象影响较小但紧挨保护性分区且施工对该分区仍有一定影响的区域，采用中等分区规模，其宽深比控制在2.5～3，即分坑尺寸一般在50m～60m左右；在远离保护对象的区域或在满足变形要求条件下的大空间作业面要求下，基坑分区采用大分区规模，其宽深比约为5，即分坑尺寸一般在100m左右。上述最大分坑尺寸可随着基坑开挖深度进行相应调整。

4 周边基坑顺作时施工关键技术

周边分区基坑顺作时地下结构施工时，有分期墙的存在，如何保证周边独立施工的建筑连成环状整体，传力有效并形成整体刚度，将成为中间区域进行无支撑开挖绿色施工成败的关键因素。中间区域开挖前，为了增强周边结构的整体刚度，分区结构主梁贯通形成环梁体系。在周边分区之间的分隔墙与地下每层主梁相交处开洞，将结构主梁穿越分隔墙预先贯通形成整体。

为了进一步增强周边地下结构的整体水平刚度，提高基坑开挖的安全性及变形控制的精度，宜在开挖中间区域每层土方之前，在相应标高的楼板处提前设置与分隔墙可靠连接的混凝土板撑，可等间距布置，待混凝土板撑养护达标后方可进行中间区域的下一层土方开挖。

周边分区结构主梁贯通形成稳定的受力体系后，开始中心分区的基坑开挖施工。中心区域土方采用盆式开挖，遵循“分层、分段、分块、对称、平衡”开挖的原则放坡进行。在四周分区首层结构或支撑栈桥上设置四个取土点，挖土完成及时浇筑中心分区底板并回筑地下室结构。

5 结语

利用基坑分期分坑施工来减小大型地下空间开发时基坑的变形是目前工程应用较多的，尤其是在土质较差的软土且环境保护要求高的条件下。大多数项目基坑的面积都上万甚至几十万平方米，分成几个区，甚至十几个、几十个区，各基坑分区地下空间开发的合理搭接对工程安全至关重要。

提出的周边地下结构作支护体系的深大基坑施工关键技术，通过分析周边先行完成的地下结构对水土压力的承载能力，充分利用周边结构水平刚度形成的整体闭合环状结构作为自立式围护抵挡水土压力，从而完全取消中心区基坑的围护和支撑体系，实现中心分区大开口无支撑明挖顺作出土，极大的提高了出土效率，减少了大面积大体量的支撑施工及拆除，节省了工期，降低了施工成本，减少了固体废弃物的产出，实现了工程的绿色施工，可为类似工程提供借鉴。

参考文献：

[1] 陈桂松，郏存金，岳海生.深大基坑的内支撑换撑施工技术[J]. 建筑施工，2017（11）：1599～1601.

[2] 张杰.复杂环境条件下深大基坑支护技术研究[D].浙江大学， 2012.

[3] 周臻全.超大超深基坑工程中心区无支撑化顺作施工技术[J]. 建筑施工，2015（10）：1145～1147.