三圓環(huán)支撐體系在深基坑施工中的應(yīng)用

上海建工一建集團有限公司 上海 200120

近年來隨著深基坑工程的逐漸增多，深基坑支護技術(shù)也有了很大的發(fā)展。在軟土地區(qū)的深基坑工程中，常采用鉆孔灌注樁、鋼板樁、SMW工法樁和地下連續(xù)墻等樁板式支護體系作為圍護體系，坑內(nèi)設(shè)置現(xiàn)澆鋼筋混凝土或型鋼水平支撐。支撐體系的布置形式一般有直交式對撐、垂直對撐、角撐體系和邊桁架支撐體系。但常規(guī)的支撐方式對基坑土方開挖和地下結(jié)構(gòu)的施工造成極大不便，從而導(dǎo)致施工工期延長、經(jīng)濟效果差等影響。若采用環(huán)形支撐替代常規(guī)對撐方式，發(fā)揮其受力合理、有效利用施工空間、結(jié)構(gòu)工程量小，可以獲得較高的經(jīng)濟效益[1]。

目前，環(huán)梁支撐的平面形式已經(jīng)由最初的單圓形環(huán)梁發(fā)展為橢圓形環(huán)梁、格構(gòu)式環(huán)梁、雙圓形環(huán)梁等型式。鄧永恒[2]采用了單環(huán)內(nèi)支撐結(jié)合地下連續(xù)墻在軟土地質(zhì)建筑密集區(qū)應(yīng)用施工。李象范等[3]在上海綠洲中環(huán)中心基坑工程采用了鋼筋混凝土單圓環(huán)桁架支撐系統(tǒng)。龔昕等[4]論述了雙圓環(huán)形支撐在基坑工程中的布置原則，并分析了雙圓環(huán)形支撐受力合理性及工程適用性。李煜等[5]探討了圍護結(jié)構(gòu)平面采用雙圓環(huán)支撐體系的選型依據(jù)與思路，并著重討論了支撐體系的分析和計算。姜忻良等[6]討論了基坑開挖過程中環(huán)梁結(jié)構(gòu)受力的特點以及對周圍環(huán)境的影響。

本文主要以實際工程為例，對三圓環(huán)支撐施工技術(shù)措施進行了探討，為解決實際工程中相應(yīng)問題提供了施工依據(jù)和解決方法。

1 工程概況

本工程位于上海市浦東新區(qū)浦明路浦電路交叉口、北靠1-7地塊、南近1-10地塊（圖1）。工程分為A、B兩個基坑區(qū)域。其中A區(qū)由3 幢17～21 層的辦公樓與地下3 層車庫組成。占地約37 015 m2，總建筑面積為166 237 m2。

圖1 周邊環(huán)境示意

2 基坑特點分析

（a）施工場地：工程東側(cè)為世貿(mào)濱江花園，距基坑約38 m；西側(cè)距離黃浦江約38 m；北側(cè)為新鴻基在建工地；南側(cè)為正在進行圍護工程施工的海航工地。

（b）周邊管線情況：供電管和雨水管分布于靠浦明路一側(cè)，煤氣管線分布于靠黃浦江濱江綠化帶一側(cè)，離基坑較近。

（c）基坑特點：場地呈南北向長方形，東西寬約125 m，南北長約270 m。本工程±0.00 m相當于絕對標高+5.45 m，場地自然地坪絕對標高為+4.50 m，基坑深度約為17.5 m。

（d）工程地質(zhì)情況：場地原有煤渣堆場，內(nèi)無明浜、暗浜或塘分布，淺層雜填土普遍較厚，最厚達4.7 m，含大量混凝土塊、磚塊、煤渣等建筑垃圾。場地中部分布有東西走向的古河道。

3 基坑圍護結(jié)構(gòu)概況

基坑采用鉆孔灌注樁+三軸攪拌樁的擋土止水體系，圍護采用“兩墻合一”的地下連續(xù)墻，墻厚800 mm。坑底局部采用三軸水泥攪拌樁和高壓旋噴樁進行加固。

基坑豎向設(shè)3 道圓形臨時鋼筋混凝土支撐，其中兩圓環(huán)之間設(shè)置1 道棧橋。三圓環(huán)半徑分別為35 m、35 m和45 m，其中第1道支撐混凝土強度為C30，第2、3道強度采用C40。支撐中心相對標高分別為：－2.45 m、－7.95 m和－12.45 m。支撐平面如圖2所示。

圖2 基坑支撐平面示意

4 工程重點

（a）土方量較大，施工現(xiàn)場日出土能力較小，主基坑底板完成節(jié)點工期緊張。工程主基坑土方量約為440 000 m3，但本工程僅有2 個現(xiàn)場出入口，根據(jù)以往施工經(jīng)驗，日出土能力在3 000～4 000 m3左右，因此需要一種合理的支護形成保證出土量。

（b）塔樓主體結(jié)構(gòu)封頂節(jié)點工期緊張。根據(jù)業(yè)主工期節(jié)點目標要求，±0.00 m混凝土澆筑時間在開工后510 d完成，且要求1#、2#塔樓同3#塔樓同時完成，因此必須采取塔樓先行施工的流程，在±0.00 m完成前就提前進行塔樓上部結(jié)構(gòu)施工，才能確保塔樓上部結(jié)構(gòu)能如期封頂。

（c）本工程由于地下室面積較大，為了能滿足業(yè)主的售樓要求及工程工期需要，必須減少主樓及其配套設(shè)施的建設(shè)時間。而通常施工順序為完成地下室后才進行主體結(jié)構(gòu)施工，其間又需要進行支撐拆除，這樣就大大地增加了總體工期。

為兼顧業(yè)主售樓要求，工程對支撐布置形式，主體結(jié)構(gòu)施工進度以及交叉施工作業(yè)形式進行了合理布置，最終確立了三圓環(huán)支撐形式，并采用先施工主樓區(qū)域，同時進行周邊大地下室施工的工序，減少了支撐拆除的工期影響。

5 施工工藝要點

5.1 施工準備

為了確保基坑支護、降水支護工程盡快開工，結(jié)合業(yè)主要求及現(xiàn)場場地條件，應(yīng)做好以下各項準備工作：

（a）施工前做好施工現(xiàn)場總平面方格網(wǎng)的測量工作，施工現(xiàn)場的自然地貌的測量方格網(wǎng)必須經(jīng)甲方及監(jiān)理簽字認可；

（b）積極配合業(yè)主做好現(xiàn)場周邊居民的工作；

（c）開工前完成場區(qū)內(nèi)地下管線及其他障礙物的清查；

（d）對影響施工的構(gòu)筑物進行清除或改造；

（e）為保證施工現(xiàn)場鉆孔機的正常施工及運行，施工前將施工現(xiàn)場整平。

5.2 施工總體流程

（a）首先進行圍護灌注樁施工，期間適時穿插三軸攪拌樁、高壓旋噴樁以及地下連續(xù)墻。立柱樁及格構(gòu)柱施工在圍護樁、立柱樁以及止水帷幕全部施工完成后，開始第1層土方開挖。

（b）本工程土方開挖1～3層采取中心島開挖的方式（圖3），第4層采用盆式開挖，分4層進行開挖（圖4）。

（c）A區(qū)先開挖周邊環(huán)形支撐區(qū)域土方，非支撐區(qū)域留設(shè)中心島停放挖機進行土方外運，支撐區(qū)域土方開挖完畢后再進行非支撐區(qū)域土方開挖。

（d）第1、2層土方開挖時，利用取土平臺進行運土。

（e）第3、4層土方開挖時，由挖機在基坑內(nèi)進行挖土及翻土，將土方駁運至棧橋區(qū)域旁，然后再由在棧橋上布置的長臂挖機將土方運出基坑。

（f）前3層土方均先開挖支撐區(qū)域土方，施工混凝土支撐的同時再進行非支撐區(qū)域（圓環(huán)支撐內(nèi)）土方開挖；進行第4層土方開挖時，為加快塔樓區(qū)域施工進度，先開挖非支撐區(qū)域（圓環(huán)支撐內(nèi)）土方，再開挖支撐區(qū)域土方。

（g）每一層土方開挖根據(jù)支撐位置，分為支撐區(qū)域及非支撐區(qū)域2 個施工區(qū)域。

（h）每一道支撐混凝土強度達到設(shè)計強度的80%后方可開挖支撐區(qū)域下一層土方。

圖3 第1～3層土方開挖示意

圖4 第4層土方開挖示意

5.3 施工要點

（a）支撐底模采用厚5～10 mm素混凝土墊層，上鋪油毛氈隔離材料，環(huán)形撐側(cè)模采用Φ32 mm螺紋鋼作為水平圍檁、木方作為豎向圍檁，采用M12螺栓對拉。螺栓之間間距不大于600 mm，水平距離600 mm，底部第1道螺栓離底部高度不大于300 mm。

（b）由于支撐為環(huán)形撐，采用Φ32 mm螺紋鋼按環(huán)形支撐的直徑定型彎曲后作為水平圍檁，必須注意彎曲的弧度正確，按環(huán)形撐的內(nèi)外直徑分別進行彎曲加工。

（c）混凝土澆筑時按梁中間向兩端對稱推進，由標高低的地方向標高高的地方推進。施工縫的留設(shè)位置事先根據(jù)澆搗混凝土的時間間隔和混凝土供應(yīng)情況設(shè)計。一般設(shè)置為支撐的跨度的1/3處。

5.4 主體結(jié)構(gòu)施工

根據(jù)基礎(chǔ)后澆帶位置，將基礎(chǔ)分為塔樓區(qū)域及非塔樓區(qū)域（塔樓區(qū)域基本位于圓環(huán)內(nèi)，支撐拆除不影響塔樓區(qū)域基礎(chǔ)框架施工，如圖5所示）。基礎(chǔ)底板施工完成后，拆除第3道支撐時立即進行塔樓區(qū)域地下3層框架結(jié)構(gòu)施工，塔樓區(qū)域地下2層、地下1層框架結(jié)構(gòu)施工以此類推。按以上施工流程，塔樓區(qū)域基礎(chǔ)完成時間比非塔樓區(qū)域基礎(chǔ)完成時間可提前兩個半月。

塔樓區(qū)域±0.00 m施工完畢后，將塔樓區(qū)域的基礎(chǔ)頂板作為塔樓上部結(jié)構(gòu)施工的材料堆場及加工場地，由塔吊將材料從停放在棧橋上的材料運輸車輛上吊運至塔樓區(qū)域基礎(chǔ)頂板上。

圖5 區(qū)域劃分

5.5 施工監(jiān)測

本基坑開挖深度大，工程安全等級為一級。基坑面積較大、基坑工程周期長，除需對基坑施工階段進行監(jiān)測外，還需對周邊的環(huán)境保護對象進行重點保護監(jiān)測。根據(jù)工程性質(zhì)，監(jiān)測工作主要由基坑本體監(jiān)測和周邊環(huán)境監(jiān)測兩部分構(gòu)成，其中基坑本體監(jiān)測包括了圍護體的變形監(jiān)測和受力監(jiān)測。周邊環(huán)境監(jiān)測包括周邊道路路面、地下管線、鄰近建（構(gòu)）筑物、防汛墻以及地下水位的監(jiān)測。

6 結(jié)語

本工程采用地下連續(xù)墻與環(huán)形內(nèi)支撐相結(jié)合的支護體系，合理地將支護結(jié)構(gòu)承受的側(cè)向土壓力、水壓力轉(zhuǎn)化為環(huán)形梁的軸壓力。三圓環(huán)內(nèi)支撐的支護形式既巧妙地利用了現(xiàn)場基坑的固有特點，加快了區(qū)域內(nèi)的土方開挖以及主體結(jié)構(gòu)施工，又充分發(fā)揮了環(huán)形梁受軸壓力性能優(yōu)越的特點，保證了基坑支護的穩(wěn)定，基坑的位移得到了有效的控制。基坑施工過程中，周邊的沉降位移均不算大，并未影響到周邊的建筑物以及管線。此外，該方法還提高了工效，為工程總進度節(jié)約了近2 個月，確保了在城市密集建設(shè)區(qū)中軟土地基深基坑的順利開挖，為同類工程施工提供參考依據(jù)。