考慮地下室施工的支撐體系優(yōu)化

鄭自斌

(福建省建筑設計研究院 福建福州 350001)

考慮地下室施工的支撐體系優(yōu)化

鄭自斌

(福建省建筑設計研究院 福建福州 350001)

隨著現(xiàn)代城市向地下空間的發(fā)展，基坑開挖越來越深，周邊環(huán)境越來越復雜，對變形控制的要求也越來越嚴格。因此給地下工程的設計及施工帶來了更多的難題和挑戰(zhàn)，選用合適的支護方案需要考慮的因素也越來越多。通過對支撐體系的優(yōu)化，充分考慮土方開挖和地下室施工的便利，可節(jié)省工期和工程造價。

深基坑;支撐體系;工期

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引言

近年來，伴隨著中國房地產(chǎn)行業(yè)的飛速發(fā)展，城市中心可供開發(fā)利用的空間越來越有限，使得地下空間的開發(fā)利用越來越受到重視。建筑基坑朝著大深度、大面積尺寸的方向發(fā)展，這使得基坑施工成為許多高層建筑施工中的一個極為重要的環(huán)節(jié)，而基坑支護則成為保證深基坑順利施工的關鍵。近年來深基坑支護技術已取得了長足的進步，基坑支護方式趨于多樣化。

合理的支護方案應即安全又經(jīng)濟，同時應便于土方開挖和地下室的結構施工。而如何選擇最優(yōu)的支護方式受到多種因素的影響。

1 工程概況

該項目位于福州市鼓樓區(qū)營跡路，地下室北側外墻距離營跡路約5m;場地西側距離七海花園(樁基)約10m;距離公正二村及審計廳宿舍(樁基)，約28m;東側距樹兜河約25m，河對岸為福建省僑辦大樓;場地南側為中航新村及建設中的公正新村安置房(樁基)，距離本地下室約15m;西南角為省電力局宿舍(樁基)，最近處距離約10m。該項目基坑形狀呈長方形，長約125m，寬約48m，面積約為5900m2。本工程共設三層地下室，由兩棟23層主樓(高84.7m，位于基坑中部對稱布置，如(圖5)所示)和裙樓地下室組成。基坑開挖至底板墊層的深度為11.8m，電梯井位于基坑中部，開挖深度達16.4m。

2 場地巖土工程條件

場地各地層的物理力學參數(shù)如(表1)。本場地上部地下水主要為雜填土中的上層滯水，主要受大氣降水、生活廢水的補給，以地面蒸發(fā)及滲漏方式排泄，其動態(tài)受季節(jié)影響變化較大，水量變化不大。下部含泥中砂、園角礫、碎卵石含水層地下水埋深為12.45～14.7m。

圖1 基坑周邊環(huán)境圖

3 基坑支護難點及設計方案

3.1 基坑支護難點

本工程基坑支護主要呈現(xiàn)以下特點及難點:

(1)本項目周邊環(huán)境異常復雜，且地下室邊線距離紅線、道路及周邊建筑較近。環(huán)境保護要求較高。

(2)基坑開挖深度深達11.8m，且地質條件差，流塑性淤泥(質土)厚度最厚達10.9m。

表1 場地各地層物理力學參數(shù)條件表

(3)建設單位要求的工期較緊張。如何在保證安全可靠、經(jīng)濟合理的前提下，確保施工的便利，有效的節(jié)約地下室的施工工期應作為重點考慮的因素。

3.2 基坑支護結構形式的選擇

考慮到基坑周邊環(huán)境復雜，且為三層地下室，開挖深度達11.8m，又為軟土地基，基坑支護采用Φ900 @1200排樁+內支撐的剛性支護體系。因本基坑開挖深度為11.8m，若設置三道混凝土內支撐，則支撐之間的凈距太小，土方難以開挖;且設置三道混凝土內支撐，施工工期太長，不符合業(yè)主需求。而采用兩道混凝土內支撐，使得豎向支撐梁間的垂直空間加大，便于配合鋼棧橋的設計施工，大大提高了土方開挖的工作效率。其支護剖面示意如(圖2)所示。(表2)采用三道支撐與兩道支撐時圍護結構的最大變形的對比。計算結果表明采用兩道內支撐也能滿足技術要求。

3.3 支撐體系的優(yōu)化

由于基坑形狀呈長方形，對于內支撐的平面布置先后采取了三種內支撐平面布置方案:

表2 單元計算時圍護樁最大變形

(1)方案一采用常用的兩端角撐、中間兩榀對撐的桁架體系(圖3)。該支撐梁布置受力明確，且支撐梁及立柱數(shù)量較少;

(2)方案二采用雙圓環(huán)結合對撐支撐體系(圖4)。該方案中央釋放較大的空間，且能很好的控制支護結構變形，但中間對撐梁布置較密，立柱數(shù)量較多;

(3)方案三采用邊桁架結合中間一榀對撐體系(圖5)。該方案可獲得較大的空間，特別是主樓位置。

圖2 基坑支護剖面示意圖

(表3)為基坑四周跨中位置(如圖3～5中的▲)的圍護樁的最大變形。通過計算結果可以看出三個方案變形均能滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

表3 基坑四周跨中的圍護樁最大變形

通過三種內支撐方案的對比，最終采用了方案三的內支撐體系。該方案能在保證基坑支護安全可靠、經(jīng)濟合理的前提下，為土方開挖提供更大的便利，有效的節(jié)約地下室的施工工期:

①結合本工程兩棟塔樓的分布，合理的利用邊桁架支撐體系，使得支撐體系避開了塔樓的輪廓范圍，可以讓塔樓先行施工而不需拆除支撐，支撐梁可以待其它地下室結構施工完后拆除，較傳統(tǒng)的支撐梁的拆撐方法(通常為拆除完相應的內支撐梁后方可施工相應的地下室)能有效的節(jié)約施工工期。

②便于施工棧橋的布置。采用邊桁架支撐體系后，獲得較大的敞開空間，行車棧橋的平面跨度足夠大，使得棧橋的坡度控制在10%之內(行車棧橋布置如(圖6)所示)，更方便滿足土方車及混凝土罐車等重載車輛的通行，大大的加快了土方開挖的進度。

③通過在第一道支撐梁的對撐位置設置砼板，可以作為鋼筋加工場地和材料堆放場地，可以較好的解決施工場地用地緊張的問題。

圖3 支撐平面布置示意圖(方案一)

圖4 支撐平面布置示意圖(方案二)

4 實施效果

在基坑開挖過程中，對圍護樁的變形、支撐梁應力等進行了全程監(jiān)測。基坑開挖到底時的其中圍護樁的最大變形位置的監(jiān)測結果如(圖7)所示。可以看出，本基坑支護方案是安全可行的。

本基坑工程土方開挖從2012年8月21日開始，于2012年11月22日基坑開挖到底，到2013年2月份主樓出地面。實施效果表明，采用本項目方案有效的節(jié)約了項目的工期。項目開挖到底后的施工現(xiàn)場如(圖8)所示。

圖5 支撐平面布置示意圖(方案三)

圖6 行車棧橋平面布置示意圖

圖7 圍護樁最大變形實測值

5 結論

隨著城市地下空間的不斷發(fā)展，深基坑支護越來越受到人們的重視。而隨著基坑開挖深度的不斷增加，選擇合適的支護型式成為深基坑支護設計中的關鍵環(huán)節(jié)。特別是對于復雜環(huán)境條件下的深基坑。既要確保周邊環(huán)境的安全，又要經(jīng)濟合理，同時應最大限度的滿足方便施工的要求(例如:合理的支撐布置、便于土方開挖施工等)，以盡量縮短工期。

通過本工程案例，可以得到以下有益經(jīng)驗:

(1)對于超深基坑，尤其是軟土地區(qū)的深基坑，應結合地質條件和基坑周邊環(huán)境進行認真的方案分析和對比，采用即安全又經(jīng)濟的最佳方案;

(2)內支撐體系的設計應考慮施工和土方開挖的因素。在保證安全的前提下，應盡量減少支撐道數(shù)。在配合行車棧橋通行的時候，上下道支撐梁之間的凈距應能滿足土方開挖和土方車的通行，行車棧橋的平面跨度應能夠滿足棧橋的坡度在13%以內，越緩的坡度越有利于土方車輛的行走。以加快土方開挖的速度，否則土方開挖越慢，基坑暴露的時間越長，反而對基坑的安全不利。

(3)對于塔樓在基坑中部位置分布的基坑，在設置內支撐時，在條件許可的前提下，可盡量考慮內支撐布置避開塔樓(如采取邊桁架等措施)，使得塔樓可以在支撐梁未拆除前先行施工，可大大縮短工程的總工期。

圖8 基坑支護施工現(xiàn)場圖

［1］JGJ120－2012，建筑基坑支護技術規(guī)程［S］.

［2］GB50010－2012，混凝土結構設計規(guī)范［S］.

［3］劉建航，候學淵.基坑工程手冊［M］.1997.

［4］程杰林，李玉忠，劉秀珍，等.多重大直徑同心環(huán)形支撐在超深基坑工程中的應用［J］.巖土工程學報，2014，36(1): 122－126.

Considering the basement construction of bracing system optim ization

ZHENGZibin
(Fujian Provincial Institute of Architectural Design and Research，F(xiàn)uzhou 350001)

With the developmentofmodern city to the underground space，the foundation pit is to the direction of deep foundation pitexcavation，the underground environment relations is becomingmore complex，and more strict to control the deformation.Therefore for underground engineering design and construction has brought more difficulties and challenges，how to select the appropriate supporting plan needs to considermore factors.Through optimization of supporting system，fully considering the convenient，of earthwork excavation and basement construction，the time limit for a project and the project cost can be saved.

Deep foundation pit;Bracing system;Time limit for a project

TU7

B

1004－6135(2015)11－0057－04

鄭自斌(1984.9－ )，男，工程師。

2015－09－06

鄭自斌(1984.9－ )，男，工程師，主要從事勘察、基坑與邊坡設計、監(jiān)測方面的工作。