支撐系統“悶拆”方案在基坑工程中的應用

趙世明

上海廣聯環境巖土工程股份有限公司 上海 200444

1 工程概況

上海市奉賢區某商辦項目由1幢20層公寓式酒店、1幢19層綜合服務大樓及7幢4～5層商業樓組成，整體設置地下1層地下室。本工程周邊環境復雜（圖1），基坑開挖面積約20 000 m2，總周長約580 m，基坑一般開挖深度5.00～6.75 m，根據進度計劃安排，基坑總體分為示范區和非示范兩個分區（圖2）。

圖1 基坑周邊環境示意

圖2 基坑示范區示意

1.1 基坑周邊環境

基坑東側開挖邊線與用地紅線最小距離為6.0 m，紅線外為已建高層小區（小區號樓為樁基礎，整體地下室挖深約3.0 m），小區室外場地比本工程場地高約3.0 m，小區地下室外墻距離本工程基坑開挖邊線最近10.33 m。

基坑南側開挖邊線與用地紅線最小距離為3.87 m。用地紅線外南側東部為公共停車場及簡易用房。

基坑西側開挖邊線與用地紅線最小距離為4.23 m，紅線外為已建市政道路，且市政道路下分布有多條市政管線，包括污水管、雨水管、燃氣管、路燈等，用地紅線內2 m范圍分布有高壓線電纜溝（混凝土基礎），埋深約1.0 m，距離基坑開挖邊線最近2.50 m。

基坑北側開挖邊線與用地紅線最小距離為3.73 m。用地紅線外為已建市政道路，道路寬約60.0 m，市政道路下分布有多條市政管線，按距離基坑開挖邊線由近及遠依次為污水管、燃氣管、雨水管、路燈等。

1.2 工程地質條件

根據巖土工程勘察報告，本工程基坑開挖影響范圍內巖土工程地質有以下特點：

1）擬建場地地貌單元屬三角洲沖擊平原地貌類型。場地現狀為空地。

2）基坑開挖深度影響范圍內土層分布由上至下為：①1-1雜填土、①1-2素填土、①2浜土、②1粉質黏土、②3黏質粉土、③層淤泥質粉質黏土、④1層淤泥質黏土、④2層砂質粉土、⑤1黏土、⑤2層砂質粉土。

1.3 基坑工程特點

1）屬于開挖面積較大、深度較深的基坑。

2）周邊環境復雜，基坑周邊鄰近市政道路、市政管線、已建小區建（構）筑物及附屬設施，變形控制要求較高，均需要重點保護。

3）場地條件緊張，地下室利用較為充分，開挖邊線距離用地紅線較近。

4）場地內分布有雜填土及暗浜，基坑開挖深度范圍內局部分布第②3層砂質粉土，強滲透土層；基坑開挖深度范圍內及坑底以下分布較厚的第③層、第④1層淤泥質土，呈流塑狀態，對變形控制不利。

5）根據業主進度計劃安排，示范區需先于其他區域出±0.00 m及結構封頂，但同時其他區域工期也相對緊張（非示范區比示范區可最多晚啟動1個月），故本工程需統籌整體考慮工期要求。

6）選型控制條件較多，基坑工程圍護方案的選型至關重要，不同圍護方案的安全性、工期、造價以及施工便利性差異很大，尤其對于本工程而言，涉及到示范區先開挖施工的問題，如何在滿足基坑安全的前提下提高經濟性、節省工期以及方便施工，是工程設計的主要難點之一[1]。

1.4 基坑工程安全等級及環境保護等級

根據上海市標準DG/TJ 08-61—2010《基坑工程技術規范》[2]規定，結合基坑開挖深度及周邊環境情況，確定本工程基坑安全等級為三級，環境保護等級為二～三級。

2 基坑圍護設計方案選型分析

基坑圍護作為一項施工措施，設計過程中主要有以下4個要點：安全性、經濟性、節省工期及施工方便性。這4個方面是相互聯系的，我們應根據每個工程的不同特點來取得這4個方面的最佳結合點。對于本工程而言，由于涉及到示范區先行開挖，但又不能影響非示范區工期的要求，故經濟性、節省工期及施工方便性是業主最為關心的主要矛盾，也是本工程圍護設計方案選型的關鍵節點。

結合以往類似工程經驗，并經造價比選后，在擋土止水系統選型方面，本工程采用SMW工法作為擋土止水系統在造價及圍護樁施工工期方面具有一定的優勢。

支撐系統結構設計選型方面，需結合示范區與非示范區的范圍進行布置。對應一般的工程，示范區需先開挖施工，但對非示范區的工期要求沒那么嚴格，可以在示范區與非示范區之間增加1道圍護樁，使示范區與非示范區分開作為2個獨立的基坑，分區布置支撐系統，分區開挖施工，非示范區需待示范區底板及傳力帶施工完成，中間分隔墻處架設斜換撐后再行開挖施工。經分析，若采用分區方案，基坑圍護造價增加200萬元，總工期增加60 d，不能滿足業主對造價、工期及施工方便性的要求。

基于分區方案的缺點，經參建各方討論后，對于本工程而言，需統籌整體考慮支撐系統布置（包括支撐系統類型及標高）。由于本工程基坑開挖面積較大，周邊環境較為復雜，場地條件較為緊張，可采用水平支撐系統，也可采用“盆式開挖＋島式支撐”的斜拋撐系統，二者各有利弊，簡要分析如下。

2.1 鋼筋混凝土水平支撐系統分析

本工程采用鋼筋混凝土水平支撐系統，可選用“對撐＋角撐”的平面布置形式或圓環的平面布置形式（圖3、圖4）。

圖3 對撐+角撐支撐系統平面布置

圖4 圓環支撐系統平面布置

鋼筋混凝土水平支撐系統的優缺點如下：

1）整體剛度大、變形小，對減少支護體的水平位移，并保證支護體穩定具有重要作用。

2）施工適應性強，可適用于各種復雜形狀和基坑面積超大的基坑工程。

3）支撐開間較大，方便挖土，尤其對于“圓環”支撐系統，空間相對較大。

4）可以根據總體進度計劃，建筑物開發進度，靈活掌握開挖區域，總工期稍短。

5）總體安全度較高。

6）造價相對較高。

考慮到在造價、工期及對示范區影響方面，圓環支撐系統優勢較為明顯，建議選擇圓環支撐系統。

2.2 盆式開挖＋島式支撐的斜拋撐系統分析

本工程基坑面積較大，可采用盆式開挖＋島式支撐的斜拋撐系統（圖5）。盆式開挖＋島式支撐的斜拋撐系統的優缺點如下：

圖5“盆式開挖+島式支撐”典型剖面

1）整體剛度稍小、變形稍大，若采取加強措施，可滿足周邊環境要求。

2）施工適應性稍差。

3）坑內土方需分2次以上挖除，機械進出場較頻繁，邊跨土體開挖難度較大，尤其對于本工程而言，基坑開挖邊線距離用地紅線較近，考慮施工圍墻、管線的影響，邊跨土體開挖難度極大，大大影響出土效率及開挖施工工期。

4）由于必須待中心島的底板形成后，才能架設斜拋撐，所以邊跨的施工時間相對滯后，會對總工期有所影響。

5）坑內邊跨留土土坡必須按圖施工，且應留足一定寬度，降水必須可靠，否則會對工程樁產生影響。

6）因邊跨需要留土，故先期開挖區域有一定要求，即中心島底板需先形成，且底板需留設施工縫，并二次澆搗，施工較為繁瑣；尤其對本工程而言，示范區內分布商業樓，底板留設施工縫將商業樓底板分2次澆筑，影響商業樓施工進度；若將施工縫移至商業樓外側，則斜拋撐長度增加，需增設立柱，增加造價。

7）斜拋撐對現場施工工序要求較為嚴格，且需要現場各工種交叉施工，現場管理難度較大。

8）由于支撐短，故無論支撐材料還是立柱均有減少，造價相對較低。

2.3 水平支撐與斜拋撐系統比較分析

綜合考慮本工程示范區特點，圓環支撐系統與盆式開挖＋島式支撐斜拋撐系統對比分析如下：

1）安全性：圓環支撐系統剛度相對較大，對控制周邊環境更為有利，但2種支撐體系均可滿足變形控制要求。

2）經濟性：圓環支撐系統較盆式開挖＋島式支撐斜拋撐系統造價高約60萬元。

3）工期方面：圓環支撐系統要求整體支撐系統澆筑完成后，方可靈活開挖相應區域；盆式開挖＋島式支撐斜拋撐系統獨立性更強，可靈活開挖坑邊留土以外的相應區域，但坑邊留土需待斜拋撐架設完成后方可開挖，坑邊留土范圍施工相對滯后。對于示范區施工至±0.00 m的工期而言，盆式開挖＋島式支撐斜拋撐系統可提前約15 d，但對整個項目的總工期而言，盆式開挖＋島式支撐斜拋撐系統受制于邊跨土挖除及邊跨底板澆筑難度較大，增加約20 d。

4）施工方便性：2種支撐系統均可提供較大挖土空間，對整個場地施工布置較為有利；圓環支撐系統因對支撐整體性要求較為嚴格，需待整個地下室底板及傳力帶澆筑完成并達到設計強度的70%后方可拆除，直接影響示范區地下室頂板梁施工，進而影響整個示范區工期。其解決的方案為：結合示范區頂板梁標高，將支撐系統統一適當落低至頂板梁底標高以下，進而可考慮支撐系統后拆除，即“悶拆”方案，同時要求支撐桿件盡量避開示范區（框架結構）內的結構柱，即可在不拆除支撐體系的條件下，示范區繼續向上施工。盆式開挖＋島式支撐斜拋撐系統，中心島底板需先形成，底板需留設施工縫，并二次澆筑，邊跨土挖除較為困難，施工較為繁瑣，對現場施工工序要求較為嚴格，現場管理難度較大。

2.4 小結

經綜合比選，采用圓環支撐系統結合“悶拆”方案，其具有安全性高、對工期有保障、現場施工較為方便的特點，可滿足業主對造價、工期及現場施工的要求。本方案經上海市基坑圍護設計專家評審委員會評審，專家一致認為該方案較為合理可行，并在一定程度上節約了工程成本。

3 結語

本工程基坑圍護設計方案較為經濟、合理，在業主的精心組織與管理，以及參建各方的積極配合下，工程已經按期順利施工完成。本工程采用的支撐“悶拆”方案值得在后續項目中加以借鑒[3-4]。

1）本工程采用SMW工法作為擋土止水系統，具有施工工效較高、環境污染少、型鋼可回收、工程造價相對較低等優點，由于工法型鋼按租賃期收費，故應考慮工期對型鋼租賃費的影響，要求現場加強對工期的控制管理。

2）對于開挖面積較大的基坑，應重視支撐系統結構設計選型，支撐系統剛度大小，是否方便現場挖土、澆筑底板等，對工程造價、工期及基坑控制變形有較大影響。

3）支撐系統“悶拆”方案在一定程度上可以解決基坑分區施工工期長、造價高的問題，從而降低基坑圍護造價，節省一定的工期。

4）支撐系統“悶拆”方案需將支撐系統標高適當落低至地下室頂板底標高以下，可能會導致首開挖工況挖深較深，若圍護頂部不能放坡，需對首工況開挖設置一定的圍護措施，確保周邊環境安全。

5）支撐系統“悶拆”方案需避開示范區內向上施工的結構柱、剪力墻等，一般避開剪力墻較為困難，故“悶拆”方案比較適合布置在框架結構體系內，對于無法避開的結構柱，可考慮采用臨時托換處理。臨時托換涉及結構柱處荷載、頂板梁截面、配筋調整、臨時增加的托換鋼柱與底板和頂板梁連接構造，及托換鋼柱下是否增設工程樁等事宜，需與結構設計院協商處理。