臨時圍護結構在逆作法工程中的應用實例分析

余波江 ，錢禮平 ，陳衛東

（安徽省建筑科學研究設計院，安徽 合肥 230001）

0 前言

在逆作法的深基坑工程中除常采用“兩墻合一”的地下連續墻作為主體兼作圍護結構的情況外，也可以采用臨時圍護結構作為圍護體；臨時圍護結構主要包括：鉆孔灌注樁（或結合止水帷幕）、型鋼水泥土攪拌墻以及咬合樁等。采用臨時圍護結構的逆作法工程主要有以下特點：

①在滿足變形控制的前提下，可根據計算需要靈活調整圍護體的截面尺寸厚度，實現最優化的設計；

②當主體地下室的輪廓形狀不規則時，采用臨時圍護體可根據具體位置進行改變調整圍護體的輪廓以減少圍護體的工程量；

③在開挖深度不深的基坑工程中，采用臨時圍護結構可以提高圍護體的經濟性；

④在需要分區施工的基坑工程中，采用臨時圍護結構作為隔斷，減少工程量的同時也方便后期圍護樁的鑿除。

基于以上特點，周邊臨時圍護結構結合坑內水平梁板體系代替支撐的逆作法設計一般適用于面積較大、地下室不超過3層、開挖深度小于16m的深基坑工程。本文結合某大型深基坑工程實例，介紹該工程的關鍵技術的應用情況，反映出臨時圍護結構在逆作法工程中應用的主要特點，并且采用有限元法和現場變形監測手段，通過數值模擬與現場實測數據分析相結合的方法，獲得基坑周圍臨時圍護結構在逆作法施工過程中的變形響應特征規律，評價該基坑采用臨時圍護結構方案的合理性，力求為類似逆作法深基坑工程的設計和施工提供技術參考。

1 項目概況

某大型深基坑工程位于城市中心地段，地下3層，開挖深度約16m，開挖面積近2萬m2，地上辦公樓21層、酒店23層、裙房5層。基坑與東北角6～8層煤監局辦公樓凈距約20m，與西南角25層眾悅廣場最近處15m。經反復論證，確定了“兩層逆作，上下同步”的施工方案，采用排樁作為臨時圍護，其周邊環境情況總平面圖如圖1所示。

圖1 周邊環境情況總平面圖

該場地地貌單元屬波狀平原，微地貌單元為二級階地；場地內地下水較貧乏，主要為素填土中賦存的上層滯水及基巖中的承壓水，其土層性質如表1所示。

基坑開挖土層性質 表1

2 關鍵技術的應用

2.1 “兩層逆作，上下同步”

結合現場條件和業主需求，對該項目采取“兩層逆作，上下同步”的施工方案。具體如下：臨時圍護排樁和角鋼格構柱施工完畢后，負一層土方先行開挖，順作負一層結構和負二層頂板結構；再開挖負二層土方，逆作負二層底板結構，同步順作地上一層結構；最后開挖負三層土方，逆作底板及基礎。

負一層土方先行開挖避免了全逆作蓋挖取土效率低和出土慢的缺點，既降低了成本、又加快了進度；地下二層和地上一層結構同步施工，也為項目施工縮短了工期，滿足了業主提前預售的需求。

另外，“兩層逆作”以永久樓蓋結構代替臨時內支撐，免去拆撐、換撐，節約成本，保護環境。

2.2 臨時圍護結構與主體結構的連接

采用臨時圍護結構的逆作法基坑工程中，其構造措施主要是針對臨時圍護結構與水平結構梁板之間的水平傳力體系。

臨時圍護結構與主體結構之間必須設置可靠的水平傳力支撐體系，該支撐體系的設計至關重要。水平傳力支撐一般可采用鋼支撐、混凝土支撐或型鋼混凝土組合支撐等形式，在滿足剛度要求的前提下，該支撐結構的布置比較靈活，一般應滿足以下幾點要求：①逆作法實施時內部結構周邊一般應設置通長閉合的邊環梁；②水平支撐形式和間距可根據支撐剛度和變形控制要求進行計算確定，一般應遵循水平支撐中心對應內部結構梁中心的原則；③在支撐剛度滿足的情況下，盡量采用型鋼構件作為水平傳力體系；④當對水平支撐的剛度要求較高，或主體結構出現大面積缺失時，也可以采用混凝土支撐作為水平傳力構件。

圖2 臨時圍護體與結構連接平面圖

圖3 臨時圍護體與結構連接剖面圖

圖2、圖3是本工程實例中采用臨時圍護排樁與主體水平結構連接的局部平面圖和剖面圖。采用混凝土支撐作為水平傳力構件，考慮到外墻防水的需要，后期采用分段間隔拆除臨時水平支撐，分段澆注結構外墻的方式進行，避免混凝土支撐穿越地下室外墻留下二次澆注的滲水通道。

2.3 角鋼格構柱與梁的連接

角鋼格構柱一般由4根等邊的角鋼和綴板拼接而成，角鋼的肢寬以及綴板會阻礙梁主筋的穿越，根據梁截面寬度、主筋直徑以及數量等情況，梁柱連接節點一般有鉆孔鋼筋連接法、傳力鋼板法和梁側加腋法。

圖4 角鋼格構柱大樣

圖5 角鋼格構柱與梁連接平面圖

本工程實例中采用角鋼格構柱作為支撐立柱，如圖4所示；梁柱連接節點采用鉆孔鋼筋連接法，如圖5所示。該方法在框架梁寬度小、主筋直徑較小以及數量較少的情況下適用，但由于在角鋼格構柱上鉆孔對逆作階段豎向支撐鋼立柱有截面損傷的不利影響，因此應用該法時通過了嚴格計算，確保截面損失后的角鋼格構柱截面承載力滿足設計要求，必要時還采取了增加補強角鋼的加強措施。

3 整體性能與安全評價

3.1 計算模型的建立

本工程采用理正深基坑計算軟件進行剖面和整體的綜合分析，其計算的土層參數選取如表2所示。

計算土層參數 表2

臨時圍護樁采用直徑900mm、中心間距1600mm的鉆孔灌注樁，坡頂超載為20kN/m2，已有建筑物荷載按每層15kN/m2輸入計算，其工況信息如表3所示。

工況信息 表3

3.2 計算模擬與實測結果分析

根據模擬計算結果，可以得出工況7開挖模擬完畢后，臨時圍護樁水平位移云圖如圖6所示，并提取具有特征點位置的臨時圍護樁樁頂水平位移的模擬值和實測值進行對比分析，如表4所示。

圖6 臨時圍護樁水平位移云圖

具有特征點位置的臨時圍護樁樁頂水平位移的模擬值和實測值對比（單位：mm） 表4

從表4中可以得出，各特征點位置的臨時圍護樁樁頂水平位移的模擬值和實測值比較接近，表明計算模擬較為準確。Ⅰ區東側、Ⅱ區東側為已有建筑物一側，位移值約為22mm，略大于其他無建筑物一側。

結合現場實測結果和模擬計算結果，繪制圍護樁隨深度變化的曲線，如圖7所示。從圖7中可以看出，模擬曲線與實測曲線走勢基本一致，大約在5m深位置均達到最大值；結合圖6和圖7分析，計算模擬達到最大值約為24mm，實測最大值約為25mm，數值相近且均小于其警戒值30mm，滿足規范要求。

圖7 圍護樁水平位移隨深度變化曲線

圖8 樁頂水平位移隨時間變化曲線

根據現場實測數據的監測結果，經提取特征點繪制出圍護樁樁頂位移隨時間變化的曲線，如圖8所示。從圖8中可以得出，樁頂水平位移最大增長速率約為0.1mm/d，平均增長速率約為0.05mm/d，遠小于其警戒值3mm/d；樁頂最大累積水平位移約為20mm，小于其警戒值25mm，滿足規范要求。

4 結論

①在采用臨時圍護結構的逆作法深基坑工程中，以臨時圍護結構代替地下連續墻，可起到降低施工難度、節約工期和降低成本的效果，獲得巨大的經濟效益和環境效益。

②在關鍵技術節點方面，需通過嚴格的計算，保證整個逆作支護體系的水平力和豎向力的有效傳遞。上下同步施工技術的應用，可有效節約工期，提前施工地上結構，以盡早達到商業預售的目標。

③模擬值與實測值分析的結果表明，該深基坑工程采用臨時圍護結構形式，而引起排樁的樁頂水平位移、深層水平位移以及其增長速率的大小均小于規范規定的警戒值。因此，該逆作法基坑采用臨時圍護結構的方案是合理可行的，可為類似工程的設計和施工提供借鑒。

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