大直徑圓環桁架內支撐深基坑支護技術分析

陳軍

（上海市政工程設計研究總院集團第十市政設計院有限公司，甘肅 蘭州730000）

當下隨著我國高地下空間開發利用率的提升，促使基坑開挖深度逐漸加大，但是與此同時基坑開挖所引發的相關工程事故發生概率也逐漸增加，業內相關人士針對深基坑支護設計以及施工予以了高度重視。隨著我國新版建筑工程基坑支護技術相關指南的發布，其對于基坑安全的有效控制提出了更高要求，相關指南對于基坑支護當中的施工安全提供了更加可靠的保障。本次針對大直徑圓環桁架內支撐深基坑支護技術的研究對促進該技術的使用有著重要作用。

1 基坑支護方案對比分析

第一方案：該方案主要采用的是井字形對撐法。井字形對撐法的主要優勢是此設計方案目前區域成熟，并且存在著明確的支撐傳力途徑。但是，該項方案也存在一定的不足，比如由于內支撐的存在對施工人員的實際工作造成較大困擾，需要使用小型挖土機和長臂挖機合作將土運至地面。不僅如此，在實際工程中該方案對地下水池施工也會受到影響，可能會造成延長施工工期問題發生。同時，該種方案更加適用于狹長的基坑。

第二方案：該方案主要采用大直徑圓環桁架內支撐深基坑支護技術。該方案設計有著以下幾方面優勢：第一，基坑圓環內徑為127m，基坑內徑范圍內無其它支撐困擾，以此有效簡化了出土和機構施工。第二，此設計方案的棧橋直接打到深基坑內部，施工時可直接將汽車和挖掘機開到基坑內部完成土方挖運工作，以此有效提升了工作效率。第三，該方案極大減少了實際支撐數量，這對于節約成本有著重要作用，同時減少支撐后也會減少建筑垃圾，符合文明施工。綜上分析，大直徑圓環桁架內支撐深基坑支護技術有著明顯優勢。

2 工程概況

本工程為地下污水廠項目，此項目地下分為兩層，地下2 層為污水處理區，地下1 層為操作區，地下工程總面積5.1m2，深基坑東西寬為152.5m，南北長為170m，基坑深度為11.02m，局部挖深12.6m。深基坑北側與既有排架結構的廠房相鄰，南側與供水管、電力系統管線相鄰，該基坑工程安全等級設定為2 級[1]（基層西側管線立面如圖1 所示）。

3 工程與水文地質條件

3.1 工程地質條件

本工程基坑支護深度所影響范圍的土層分布和性質如下：

圖1 基層西側管線立面圖

3.1.1 素填土：本土層主要為黏性土質，并且其中存在少許磚塊、碎石，該土層層厚最低1.40m，最高層厚為2.40m；

3.1.2 粉質黏土：該圖層存在可塑性和中壓塑性，另外該土層在本工程所處地區將其稱之為“硬殼土”，最低層厚為0.5m，最高層厚為2.10m；

3.1.3 灰色淤泥質粉質黏土：該土層主要呈現出流塑狀，最低層厚為2.5m，最高層厚為4.30m；

3.1.4 層灰色淤泥質黏土：該土層主要呈現出流塑狀,最低層厚為7.40m，最高層厚為9.50m；

3.1.5 層灰色黏質黏土：該土層主要呈現出軟塑狀,最低層厚為4m，最高層厚為13.30m；

3.1.6 層暗綠色粉質黏土：該土層主要呈現出可塑狀,存在中壓縮性,最低層厚為1.30m，最高層厚為5.80m；

3.1.7 層灰色黏質粉土：該土層主要呈現出稍密狀,存在中壓縮性，最低層厚為1.30m，最高層厚為7.00m；

3.1.8 灰色粉質黏土：該土層主要呈現出可塑狀,該土層的干強度經檢測后為中等,工程力學性質較好、埋藏較深。

3.2 水文地質條件

本工程地下水主要來源有兩個，分別是淺部潛水和土層第7層的承壓水，穩定水壓深埋最低0.700m，最高1.100m。

4 基坑支護具體設計和工程概況劃分

本工程止水帷幕主要使用φ850 三軸攪拌樁施工，樁長19m，另外支護樁主要采用的是φ900@1100 鉆孔灌注樁，樁長最長26.5m，最短24m。使用雙軸攪拌機對坑內土進行暗墩式加固。為了確保達成施工設定目標，施工人員在基坑中使用了兩道鋼筋混凝土圓環形桁架進行內支撐，平面呈現出了同心圓布置，內部圓直徑為127m，外部圓直徑為147m。另外，內部支撐沿著豎向方向設置2 層，間距為5m（如圖2 所示）。

圖2 基坑圍護剖面圖

施工概況1：鋼筋混凝土灌注樁，三軸水泥土攪拌樁止水帷幕,對水泥土坑內進行充分加固。壓密后進行注漿工作，同時對坑內隔構進行柱樁，且降水井同步施工，施工中局部地區進行鋼筋混凝土棧橋架設。施工概況2：利用象限劃分對基坑平面分為四個區域，分別是ABCD,A 區開挖到第一層環撐墊層底標高為-3000m，A 區第1 層圓環桁架鋼筋混凝土支撐, 另外不對中心島土方進行開挖，嚴格按照1:2 比例進行放坡。施工概況3-4：針對BC 兩區采用同時開挖，直到第1 層環撐墊層，底標高為-3000m，施工相應區域的第1 層進行圓環桁架鋼筋混凝土支撐。施工概況5：針對剩余棧橋結構進行繼續施工，棧橋標高范圍-0.300-0.6500m。施工概況6-7：對第二層圓環桁架及土方開挖平面均分為8 個象限，每一個頂角所對應的兩個區域劃分為一個區，命名為EFGH。按照順時針的順序進行土方開挖，直到第二層，標高為-8.000m。施工所對應相應區域第二層進行層圓環桁架鋼筋混凝土支撐，另外不對中心島土方進行開挖，島面標高-3.000m，中心島平面呈現出八角形，嚴格按照1:2 比例進行放坡。施工概況8：中心島標高-3.000 開挖至-8.000m。后續施工：按照施工概況8 對中心島標高-8.000m 開挖至-11.000m，對開挖平面及地下室筏板共計分為4 個區域，同時分區時留出中心島位置。土方開挖時主要采用順時針的方向對稱開挖，隨后澆筑筏板，最后對中心島土方開挖，同時迅速澆筑中心島筏板，直到地下室筏板封閉。

5 施工要點

由于環形支撐量直徑相對較大，因此在進行實際施工過程中要充分保證圓環的圓心位置以及圓環線形具有高度準確性，目的是為了保證圓環拱效應具有安全性和可靠性。同時，在圓心位置放置全站儀進行定點放樣，每一個環梁與環系梁交點需要根據設計圖紙計算出相應的方位角[4-5]。另外，支撐體系平面具有著外剛度角弱的現象，因此相關工作人員需要保證實際施工保持在同一水平面上，充分控制桁架平整度，避免平面出現外失穩問題。在進行土方開挖過程中，需要工作人員嚴格按照設計工程概況進行分層和對稱，保證支撐受力均勻，有效規避支撐體系整體位移現象出現。

6 監測結果分析

在針對圍護樁點水平和垂直位移等多項施工進行監測后發現，最終所獲取的監測數據符合最初設計要求，雖然煤氣管線出現4 毫米位移，但是其在合理控制范圍內。支撐軸力實測值為設計值的50%到80%左右，并且隨著開挖工程概況的變化，支撐結構體系根據有著良好的安全可靠性[6]。需要值得注意的是，基坑當中的中部格構立柱出現的隆起現象，并且靠近坑中心位置隆起更大，達到40 毫米。

6.1 圓環桁架深基坑支護體系有著便捷施工和縮短施工工期的特點，本工程中車輛在通過棧橋開行到基坑取土高峰期時每天出土量達到1.2 萬m3，另外中心圓環范圍內不會對支撐造成干擾，并且中心圓環范圍內的地下室結構可以進行先施工，這在一定程度上有效縮短了施工工期。

6.2 圓環桁架結構需要工作人員在實際工作中嚴格控制圓環形線以及多種圓環的同心度，目的是為了能夠充分保證拱效應的可靠性。

6.3 圓環桁架結構平面的外剛度相對較弱，因此施工人員在實際工作過程中需要保證平面精度。

6.4 圓環桁架結構支護體系需要對取土進行嚴格分層和對稱，這在一定程度上就需要工作人員對工程概況設計進行細化，同時做到嚴格執行，規避不良現象發生。

6.5 在軟弱地質條件下對深基坑進行開挖過程中所出現的坑底隆起現象需要予以高度重視，并且越靠近基坑中心位置隆起量就會越大，這一現象的出現會導致圓環桁架結構平面度出現不足。因此，相關工作人員在進行開發過程中需要采取必要措施，比如針對靠近基坑中心位置的環梁結構標高預先采用降低的方式，出現隆起后再與基坑邊支撐結構持平。

7 結論

目前我國在城市建設過程中深基坑逐漸增多，因此安全可靠的深基坑支護非常重要，大直徑圓環桁架內支撐深基坑支護技術能夠滿足建筑工程施工要求，同時還能做到縮短工期等，因此值得廣泛使用。