大直徑圓環(huán)桁架內(nèi)支撐深基坑支護(hù)技術(shù)分析

陳軍

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院集團(tuán)第十市政設(shè)計(jì)院有限公司，甘肅 蘭州730000）

當(dāng)下隨著我國高地下空間開發(fā)利用率的提升，促使基坑開挖深度逐漸加大，但是與此同時(shí)基坑開挖所引發(fā)的相關(guān)工程事故發(fā)生概率也逐漸增加，業(yè)內(nèi)相關(guān)人士針對深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)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(hù)技術(shù)相關(guān)指南的發(fā)布，其對于基坑安全的有效控制提出了更高要求，相關(guān)指南對于基坑支護(hù)當(dāng)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(huán)桁架內(nèi)支撐深基坑支護(hù)技術(shù)的研究對促進(jìn)該技術(shù)的使用有著重要作用。

1 基坑支護(hù)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(yōu)勢是此設(shè)計(jì)方案目前區(qū)域成熟，并且存在著明確的支撐傳力途徑。但是，該項(xiàng)方案也存在一定的不足，比如由于內(nèi)支撐的存在對施工人員的實(shí)際工作造成較大困擾，需要使用小型挖土機(jī)和長臂挖機(jī)合作將土運(yùn)至地面。不僅如此，在實(shí)際工程中該方案對地下水池施工也會(huì)受到影響，可能會(huì)造成延長施工工期問題發(fā)生。同時(shí)，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(huán)桁架內(nèi)支撐深基坑支護(hù)技術(shù)。該方案設(shè)計(jì)有著以下幾方面優(yōu)勢：第一，基坑圓環(huán)內(nèi)徑為127m，基坑內(nèi)徑范圍內(nèi)無其它支撐困擾，以此有效簡化了出土和機(jī)構(gòu)施工。第二，此設(shè)計(jì)方案的棧橋直接打到深基坑內(nèi)部，施工時(shí)可直接將汽車和挖掘機(jī)開到基坑內(nèi)部完成土方挖運(yùn)工作，以此有效提升了工作效率。第三，該方案極大減少了實(shí)際支撐數(shù)量，這對于節(jié)約成本有著重要作用，同時(shí)減少支撐后也會(huì)減少建筑垃圾，符合文明施工。綜上分析，大直徑圓環(huán)桁架內(nèi)支撐深基坑支護(hù)技術(shù)有著明顯優(yōu)勢。

2 工程概況

本工程為地下污水廠項(xiàng)目，此項(xiàng)目地下分為兩層，地下2 層為污水處理區(qū)，地下1 層為操作區(qū)，地下工程總面積5.1m2，深基坑?xùn)|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(cè)與既有排架結(jié)構(gòu)的廠房相鄰，南側(cè)與供水管、電力系統(tǒng)管線相鄰，該基坑工程安全等級設(shè)定為2 級[1]（基層西側(cè)管線立面如圖1 所示）。

3 工程與水文地質(zhì)條件

3.1 工程地質(zhì)條件

本工程基坑支護(hù)深度所影響范圍的土層分布和性質(zhì)如下：

圖1 基層西側(cè)管線立面圖

3.1.1 素填土：本土層主要為黏性土質(zhì)，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(zhì)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(qū)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(zhì)粉質(zhì)黏土：該土層主要呈現(xiàn)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(zhì)黏土：該土層主要呈現(xiàn)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(zhì)黏土：該土層主要呈現(xiàn)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(zhì)黏土：該土層主要呈現(xiàn)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(zhì)粉土：該土層主要呈現(xiàn)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(zhì)黏土：該土層主要呈現(xiàn)出可塑狀,該土層的干強(qiáng)度經(jīng)檢測后為中等,工程力學(xué)性質(zhì)較好、埋藏較深。

3.2 水文地質(zhì)條件

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

4 基坑支護(hù)具體設(shè)計(jì)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(hù)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(jī)對坑內(nèi)土進(jìn)行暗墩式加固。為了確保達(dá)成施工設(shè)定目標(biāo)，施工人員在基坑中使用了兩道鋼筋混凝土圓環(huán)形桁架進(jìn)行內(nèi)支撐，平面呈現(xiàn)出了同心圓布置，內(nèi)部圓直徑為127m，外部圓直徑為147m。另外，內(nèi)部支撐沿著豎向方向設(shè)置2 層，間距為5m（如圖2 所示）。

圖2 基坑圍護(hù)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(nèi)進(jìn)行充分加固。壓密后進(jìn)行注漿工作，同時(shí)對坑內(nèi)隔構(gòu)進(jìn)行柱樁，且降水井同步施工，施工中局部地區(qū)進(jìn)行鋼筋混凝土棧橋架設(shè)。施工概況2：利用象限劃分對基坑平面分為四個(gè)區(qū)域，分別是ABCD,A 區(qū)開挖到第一層環(huán)撐墊層底標(biāo)高為-3000m，A 區(qū)第1 層圓環(huán)桁架鋼筋混凝土支撐, 另外不對中心島土方進(jìn)行開挖，嚴(yán)格按照1:2 比例進(jìn)行放坡。施工概況3-4：針對BC 兩區(qū)采用同時(shí)開挖，直到第1 層環(huán)撐墊層，底標(biāo)高為-3000m，施工相應(yīng)區(qū)域的第1 層進(jìn)行圓環(huán)桁架鋼筋混凝土支撐。施工概況5：針對剩余棧橋結(jié)構(gòu)進(jìn)行繼續(xù)施工，棧橋標(biāo)高范圍-0.300-0.6500m。施工概況6-7：對第二層圓環(huán)桁架及土方開挖平面均分為8 個(gè)象限，每一個(gè)頂角所對應(yīng)的兩個(gè)區(qū)域劃分為一個(gè)區(qū)，命名為EFGH。按照順時(shí)針的順序進(jìn)行土方開挖，直到第二層，標(biāo)高為-8.000m。施工所對應(yīng)相應(yīng)區(qū)域第二層進(jìn)行層圓環(huán)桁架鋼筋混凝土支撐，另外不對中心島土方進(jìn)行開挖，島面標(biāo)高-3.000m，中心島平面呈現(xiàn)出八角形，嚴(yán)格按照1:2 比例進(jìn)行放坡。施工概況8：中心島標(biāo)高-3.000 開挖至-8.000m。后續(xù)施工：按照施工概況8 對中心島標(biāo)高-8.000m 開挖至-11.000m，對開挖平面及地下室筏板共計(jì)分為4 個(gè)區(qū)域，同時(shí)分區(qū)時(shí)留出中心島位置。土方開挖時(shí)主要采用順時(shí)針的方向?qū)ΨQ開挖，隨后澆筑筏板，最后對中心島土方開挖，同時(shí)迅速澆筑中心島筏板，直到地下室筏板封閉。

5 施工要點(diǎn)

由于環(huán)形支撐量直徑相對較大，因此在進(jìn)行實(shí)際施工過程中要充分保證圓環(huán)的圓心位置以及圓環(huán)線形具有高度準(zhǔn)確性，目的是為了保證圓環(huán)拱效應(yīng)具有安全性和可靠性。同時(shí)，在圓心位置放置全站儀進(jìn)行定點(diǎn)放樣，每一個(gè)環(huán)梁與環(huán)系梁交點(diǎn)需要根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙計(jì)算出相應(yīng)的方位角[4-5]。另外，支撐體系平面具有著外剛度角弱的現(xiàn)象，因此相關(guān)工作人員需要保證實(shí)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(xiàn)外失穩(wěn)問題。在進(jìn)行土方開挖過程中，需要工作人員嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)工程概況進(jìn)行分層和對稱，保證支撐受力均勻，有效規(guī)避支撐體系整體位移現(xiàn)象出現(xiàn)。

6 監(jiān)測結(jié)果分析

在針對圍護(hù)樁點(diǎn)水平和垂直位移等多項(xiàng)施工進(jìn)行監(jiān)測后發(fā)現(xiàn)，最終所獲取的監(jiān)測數(shù)據(jù)符合最初設(shè)計(jì)要求，雖然煤氣管線出現(xiàn)4 毫米位移，但是其在合理控制范圍內(nèi)。支撐軸力實(shí)測值為設(shè)計(jì)值的50%到80%左右，并且隨著開挖工程概況的變化，支撐結(jié)構(gòu)體系根據(jù)有著良好的安全可靠性[6]。需要值得注意的是，基坑當(dāng)中的中部格構(gòu)立柱出現(xiàn)的隆起現(xiàn)象，并且靠近坑中心位置隆起更大，達(dá)到40 毫米。

6.1 圓環(huán)桁架深基坑支護(hù)體系有著便捷施工和縮短施工工期的特點(diǎn)，本工程中車輛在通過棧橋開行到基坑取土高峰期時(shí)每天出土量達(dá)到1.2 萬m3，另外中心圓環(huán)范圍內(nèi)不會(huì)對支撐造成干擾，并且中心圓環(huán)范圍內(nèi)的地下室結(jié)構(gòu)可以進(jìn)行先施工，這在一定程度上有效縮短了施工工期。

6.2 圓環(huán)桁架結(jié)構(gòu)需要工作人員在實(shí)際工作中嚴(yán)格控制圓環(huán)形線以及多種圓環(huán)的同心度，目的是為了能夠充分保證拱效應(yīng)的可靠性。

6.3 圓環(huán)桁架結(jié)構(gòu)平面的外剛度相對較弱，因此施工人員在實(shí)際工作過程中需要保證平面精度。

6.4 圓環(huán)桁架結(jié)構(gòu)支護(hù)體系需要對取土進(jìn)行嚴(yán)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(shè)計(jì)進(jìn)行細(xì)化，同時(shí)做到嚴(yán)格執(zhí)行，規(guī)避不良現(xiàn)象發(fā)生。

6.5 在軟弱地質(zhì)條件下對深基坑進(jìn)行開挖過程中所出現(xiàn)的坑底隆起現(xiàn)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(huì)越大，這一現(xiàn)象的出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致圓環(huán)桁架結(jié)構(gòu)平面度出現(xiàn)不足。因此，相關(guān)工作人員在進(jìn)行開發(fā)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(huán)梁結(jié)構(gòu)標(biāo)高預(yù)先采用降低的方式，出現(xiàn)隆起后再與基坑邊支撐結(jié)構(gòu)持平。

7 結(jié)論

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