環形支撐在天津南港軟土地區深基坑中的應用

□文/陳 功 張苗苗

環形支撐在天津南港軟土地區深基坑中的應用

□文/陳 功 張苗苗

以天津南港地區某工程為例，對其所在區域的場地條件、周邊環境及工程地質條件進行了具體的分析，提出灌注樁加環形支撐的支護方案，充分發揮了環形支撐將所受外力大部分轉化為軸力的優勢，有效控制了支護體系的變形并對支護結構具體參數進行了比選，通過對現場施工的跟蹤證明了支護方案的合理性。

基坑；支撐體系；軸力；變形

天津濱海新區普遍存在深厚的淤泥質粘土層，厚度5～11 m，流塑狀態，高壓縮性及觸變性，給深基坑支護設計、施工帶來了很大難度，因此，選擇合理的支護形式對基坑安全性、經濟性及施工工期尤為重要。深基坑支護結構體主要通過支擋結構承擔坑外水平水土壓力，環形支撐能夠將作用于支撐體系的外力轉化為軸力，同時充分利用混凝土抗壓性能優勢，有效地減小支撐數量，加大了施工空間，同時也減小了基坑位移。

1 工程概況

主體總長38.95 m，總寬 27.2 m，見圖1，基坑深度11.9 m。基坑東側距現狀路58 m；南側距現狀路距離為80 m，其余方向為空地，無現狀建（構）筑物。

工程地質參數見表1。

表1 土性參數

主要軟弱土層巖性特征：①3近期沖填土，灰色，流塑狀態；土質不均，夾粘土薄層，含有機質，局部夾粉土薄層，分布穩定；⑥2淤泥質粘土，灰色，流塑狀態，土質不均，夾淤泥質粉質粘土、粘土薄層，含貝殼碎片，分布穩定。

勘察期間測得場區地下水穩定水位埋深為0.5～1.6 m，變幅在0.50～1.00 m/a左右。

2 支護方案選型

2.1 基坑特點

根據前述主體外形、環境及地質情況，總結該基坑具有以下特點：

1）周圍環境簡單，距現狀建（構）筑物較遠，有局部放坡開挖場地；

2）基坑開挖深度范圍存在6.5 m厚淤泥質粘土層，抗剪強度較低；

3）基坑外形的長寬比較小。

2.2 支護樁型選型

根據該基坑規模及環境特點，結合天津地區常用基坑支護型式，適宜的基坑支護樁類型主要有鋼板樁、SMW工法樁、灌注樁3類。

1）鋼板樁。基坑深度11.9 m，表層土為沖填土，流塑狀態、抗剪強度低，不適宜深度放坡，因支護深度大，開挖深度范圍為淤泥質土層且樁嵌入范圍內土層較軟弱，抗剪強度低，計算支護樁嵌入深度大，采用常用的12 m樁長遠不能滿足基坑整體穩定性要求；另外，由于鋼樁剛度小、變形大，拔樁時易擾動主體地基引起構筑物沉降，故不適宜于本工程。

2）工法樁。同時具有支護及止水帷幕功能，但其剛度相對較小，存在拔樁擾動主體地基的問題，同時，由于工程量小，工法樁進場費用相對較高，所以不適用于本工程。

3）灌注樁。可根據受力及變形要求選擇合適的樁徑、間距及配筋，剛度較大，承擔土壓力能力較強，變形較小，無拔樁工況，不會擾動主體地基，故適用于本工程。

2.3 支撐選型

由于主體構筑物外形長寬比較小，基坑外形可選矩形及圓形兩種，結合工程具體情況并通過計算，兩種基坑形狀皆可行，但各有優缺點。

1）矩形基坑。占地面積小，支護樁用量相對較少，需設腰梁和內支撐，增加了鋼筋混凝土量，為保證施工操作面，盡量加大支撐間距，導致腰梁彎矩偏大，配筋量高；同時，由于支撐長度大，為保證支撐受壓穩定，需設立柱，施工操作面小。

2）圓形基坑。占地面積稍大，支護樁用量較矩形多，不需設支撐，僅設環形冠梁和環形支撐即可，使施工場地開闊，減小了施工周期。另外，由于環形將外力基本都轉化為軸力，故環形冠梁、支撐基本為軸心受壓構件，可充分利用混凝土抗壓強度高的優勢，故配筋量低。

兩類基坑形狀特點及經濟性比較，在不考慮施工周期優勢的前提下，圓形基坑較方形基坑節省投資約10%，同時，結合本工程場地開闊的有利條件，采用放坡減載、灌注樁加環形冠梁、環形支撐的支護方案，見圖2和圖3。

3 降水措施

由表1可知，基坑影響深度范圍的地基土為不透水或微透水層，對施工降水的影響根據JGJ 120—2012《建筑基坑支護技術規程》進行了驗算，結果表明，降水井影響半徑約為7.0～8.0 m，同時，工程無臨近現狀建（構）筑物，故采用敞開式降水方案，在支護樁內側設降水井，基坑外側設截水井，并在開挖前進行預降水，減小了施工難度，節省了止水帷幕的投資，由于提前降水促進了軟土的固結，從而增加了支護結構的安全系數。

4 施工跟蹤及監測結果

工程實施過程中從基坑開挖至基坑回填期間對環形冠梁、支撐軸力，支護樁位移及坑底隆起等參數進行了監測，見表2。

表2 計算數據與監測數據比較

結果表明，環形支護結構水平位移開挖至坑底時達到最大并保持穩定且小于理論豎向計算數值；環形冠梁、支撐基本為軸心受壓構件，實際發生軸力小于計算值；坑底隆起量集中發生在基坑開挖至基底高程初期1～2 d內，后期無繼續發展。

5 結論

1）支護樁型中灌注樁工程適應性好，剛度大，適用于軟土地基及變形控制嚴格的基坑支護工程。

2）主體構筑物長寬比較小的情況下，圓形基坑從支撐受力、增大施工作業面及經濟性等方面由于方形基坑。

3）開挖深度范圍存在深厚淤泥質土的情況下，不采用止水帷幕而采用預降水的措施是可行的。

4）環形基坑的實際水平位移值較理論計算小，內力以軸力為主，環形基坑施工中應注意周邊挖土高度及荷載的對稱性。

［1］劉建航，侯學淵．基坑工程手冊［M］．北京：中國建筑工業出版社，1997.

［2］劉國寶．大直徑環形內支撐體系的優化設計與計算方法研究［J］．現代交通技術，2010，（6）：73-75.

［3］王建中，周光熙．對基坑環形支撐系統的幾點探討［J］．地基基礎工程，2008，（9）：40-43.

□張苗苗/天津城建設計院。

TU753

C

1008-3197（2013）05-19-02

10.3969/j.issn.1008-3197.2013.05.007

2013-04-08

陳 功/男，1975年出生，高級工程師，天津開發區建設工程管理中心，從事工程施工及監督管理工作