劉家國

（深圳地質(zhì)建設(shè)工程公司，廣東 深圳 518023）

1 引言

基坑支護(hù)中的預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)由于周邊環(huán)境、工程地質(zhì)等條件限制，其使用逐漸減少甚至不被允許，而內(nèi)支撐體系大量被采用。內(nèi)支撐平面布置可采用角撐、對(duì)撐、圓環(huán)撐等形式，或根據(jù)需要對(duì)其進(jìn)行多種平面組合，而圓環(huán)支撐有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，得到較為廣泛的應(yīng)用；內(nèi)支撐主要采用鋼筋支撐體系和鋼支撐體系[1],而前者更為普遍。

內(nèi)支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算包括水、土壓力作用下的平面內(nèi)計(jì)算和豎向力作用下的平面外計(jì)算；也可將圍護(hù)體、支撐以及立柱作為一個(gè)整體進(jìn)行空間模型分析，因其計(jì)算復(fù)雜，應(yīng)用上存在不足，大部分仍采用相對(duì)簡(jiǎn)便的平面計(jì)算模型進(jìn)行分析。

支撐平面內(nèi)的內(nèi)力和變形計(jì)算是將圍檁和支撐桿件從支護(hù)體系中脫離出來，形成一個(gè)平衡體系，在周邊的圍檁上添加適當(dāng)?shù)募s束進(jìn)行求解；對(duì)于長(zhǎng)度較長(zhǎng)的支撐，宜適當(dāng)考慮溫度變化對(duì)支撐內(nèi)力的影響。

支撐體系自重和支撐梁頂面或施工堆載平臺(tái)的施工活荷載等豎向力作用下，支撐的內(nèi)力和變形可近似按多跨連續(xù)梁進(jìn)行分析；基坑開挖施工過程中，相鄰立柱隆起或沉降有差異時(shí)，支撐會(huì)產(chǎn)生次應(yīng)力，應(yīng)予以考慮并適當(dāng)加強(qiáng)。

鋼筋圓環(huán)內(nèi)支撐的圍檁、冠梁與支撐構(gòu)件等采用整體澆筑，以確保其支撐剛度和可靠性，使連接節(jié)點(diǎn)為剛接，支座彎矩可適當(dāng)折減，跨中彎矩宜相應(yīng)增加。

土壓力計(jì)算是一個(gè)涉及很多因素的復(fù)雜問題，內(nèi)支撐體系與支護(hù)樁、土體共同作用，加之受溫度、地下水、施工荷載、差異沉降等因素的影響，內(nèi)支撐設(shè)計(jì)計(jì)算較為復(fù)雜，本文在簡(jiǎn)化計(jì)算的基礎(chǔ)上，通過對(duì)平面內(nèi)的分析計(jì)算進(jìn)行設(shè)計(jì)，平面外的計(jì)算進(jìn)行校核。

2 鋼筋圓環(huán)內(nèi)支撐的特點(diǎn)

2.1 圓環(huán)結(jié)構(gòu)受力合理

圓環(huán)內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)中，水、土壓力通過基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)傳遞給腰梁與邊桁架腹桿、輻射撐等，再集中傳至圓環(huán)，充分利用材料的受壓性能改善對(duì)撐、角撐等支護(hù)結(jié)構(gòu)中桿件復(fù)雜的受力狀態(tài)；圓環(huán)支撐剛度大、穩(wěn)定性好、變形小，確?；蛹爸苓吔ǎ?gòu)）筑物、環(huán)境安全的效果好，適用于超大面積以及多種平面形式的基坑[2],特別適用于方形、多邊形基坑支護(hù)[3，4]。

2.2 便于土方挖運(yùn)及地下結(jié)構(gòu)施工

圓環(huán)支撐結(jié)構(gòu)可在基坑平面上形成較大面積的無支撐區(qū)域，尤其當(dāng)塔樓處于圓環(huán)內(nèi)、在圓環(huán)區(qū)域布置出土坡道或棧橋后，樁基礎(chǔ)和地下室施工十分方便，可以盆式開挖基坑，相較于對(duì)撐、角撐支撐梁下出土，形成開闊的工作面，大幅度提高了土方開挖速度。

2.3 經(jīng)濟(jì)效益明顯

因圓環(huán)支撐方便土方和地下結(jié)構(gòu)施工，工效大大提高，尤其在面積較大的基坑支護(hù)中，通常具有普通內(nèi)支撐無法比擬的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，可節(jié)約投資、加快總體施工進(jìn)度，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

2.4 合理安排地下結(jié)構(gòu)施工節(jié)奏，可順利地進(jìn)行拆換撐

圓環(huán)支撐因其依靠圓環(huán)結(jié)構(gòu)受力，要求拆換撐時(shí)，應(yīng)確保肥槽的回填對(duì)稱、均衡，在地下結(jié)構(gòu)施工時(shí)，需合理安排施工工序，確保拆換撐的順利實(shí)施。

3 圓環(huán)內(nèi)支撐的平面布置形式

基坑平面近似方形或多邊形時(shí)，可采用一個(gè)圓環(huán)支撐；窄長(zhǎng)形基坑，可采用兩個(gè)或多個(gè)圓環(huán)或與其他支撐進(jìn)行組合。

4 工程實(shí)例

4.1 工程概況

項(xiàng)目位于寶安大道東側(cè)、大洋路與橋和路交會(huì)處西北角，場(chǎng)地為濱海潮間帶地貌，后經(jīng)填土后整平。設(shè)3 層地下室，基坑北側(cè)東段有1 棟6 層建筑，周邊地下管線密布；基坑面積約14 520 m2，深15.15 m，支護(hù)安全等級(jí)為一級(jí)。

4.2 工程地質(zhì)概況

（1）素填土：松散，稍濕；主要以黏性土混砂堆填，含有少量建筑垃圾及生活垃圾，層厚1.8～5.10 m，平均3.35 m。

（2-1）淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土：流塑～軟塑狀，飽和，含少量有機(jī)質(zhì)和砂粒，層厚0.8～4.5 m，平均2.17 m。

（2-2）粉質(zhì)黏土：可塑，不均勻，含石英質(zhì)砂粒，含量約為10%～30%。層厚0.9～10.1 m，平均4.77 m。

（2-3）中砂：飽和，松散～稍密，砂為石英質(zhì)，含黏性土約25%，層厚0.8～9.4 m，平均5.26 m。

（3）粉質(zhì)黏土：可塑～硬塑，系混合巖風(fēng)化殘積而成，含少量石英質(zhì)砂粒，層厚0.5～6.1 m，平均3.57 m。

（4）早震旦系大紺山組混合巖，灰色、灰黑色，變余結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造，巖芯表面可見白色條帶，主要成分為黑云母，石英，長(zhǎng)石，風(fēng)化程度不等。

4.3 水文地質(zhì)條件

場(chǎng)內(nèi)地下水有上部第四系松散地層孔隙潛水和下部基巖裂隙水，強(qiáng)～中風(fēng)化混合巖裂隙發(fā)育，其富水性及透水性較強(qiáng)，是地下水賦存和運(yùn)移的較好空間?？辈炱陂g測(cè)得混合穩(wěn)定水位埋深為0.8～1.9 m，地下水位受季節(jié)及降雨影響，其變化幅度為1.0～2.0 m。

4.4 基坑支護(hù)方案

經(jīng)多方案比選，基坑西北角和東南角采用咬合樁、其余部位采用旋挖灌注樁+兩層鋼筋圓環(huán)內(nèi)支撐支護(hù)，圓環(huán)直徑111.2 m。支護(hù)咬合樁葷樁和素樁樁徑1.2 m，樁間距2.0 m，咬合0.2 m，嵌固深度8.0m，支護(hù)平面如圖1 所示。鋼筋圓環(huán)支撐梁強(qiáng)度等級(jí)為C30，冠梁1.0 m×1.2 m，腰梁1.0 m×1.0 m，第一層和第二層徑向支撐梁、角撐梁及聯(lián)系梁分別為0.8 m×1.0 m、1.0m×1.0 m，第一層（標(biāo)高-1.50 m）和第二層圓環(huán)撐梁（標(biāo)高-6.50 m）分別為1.0 m×1.6 m、1.0 m×1.8 m。支護(hù)樁為樁徑1.2 m，樁間距1.8 m，樁間設(shè)置兩根雙管高壓旋噴樁與支護(hù)樁共同形成截水帷幕，旋噴樁與支護(hù)樁同長(zhǎng)，如圖1、圖2 所示。

圖1 基坑支護(hù)平面圖

圖2 基坑支護(hù)平面圖

場(chǎng)內(nèi)地下孔隙水主要賦存于第四系地層中，屬潛水，受大氣降水及地表水補(bǔ)給，水位變化因季節(jié)而異，基坑采用咬合樁、支護(hù)樁加樁間高壓旋噴樁截水；基坑頂和坑底設(shè)排水明溝，坑底設(shè)集水井，排入相鄰市政管網(wǎng)。從經(jīng)濟(jì)、土方開挖的便利性考慮，在坑內(nèi)設(shè)超前集水坑，排除坑內(nèi)土體中的地下水。

4.5 基坑設(shè)計(jì)計(jì)算

內(nèi)支撐計(jì)算基于線彈性體平面桿系有限單元法。獨(dú)立進(jìn)行水平面受荷變形分析和豎直面內(nèi)受荷變形分析，計(jì)算中不考慮計(jì)算結(jié)果的相互影響[5，6]。豎直平面內(nèi)分析中除特殊截面構(gòu)件，均自動(dòng)計(jì)算構(gòu)件的自重荷載。

基坑頂?shù)某d、圍護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)水、土壓力等通過支護(hù)樁傳遞給內(nèi)支撐體系來平衡，支護(hù)體起到擋土、截水的作用，并將水平力通過豎向抗彎的方式全部傳遞給內(nèi)支撐。將第一層、第二層支撐水平荷載（分別為367 kN/m、539 kN/m）施加在冠梁和腰梁上，求得支撐系統(tǒng)的變形和內(nèi)力。

計(jì)算得到支護(hù)樁的最大計(jì)算彎矩為845.5 kN·m，樁的最大位移發(fā)生在支護(hù)樁頂以下約5.5 m，為6.7 mm。圓環(huán)支撐梁最大變形為7.8 mm，冠梁最大變形發(fā)生于基坑北側(cè)中部，為9.3 mm，圓環(huán)形梁和支撐均呈壓應(yīng)力狀態(tài)，滿足設(shè)計(jì)要求。

立柱樁按所承受的最大豎向力進(jìn)行計(jì)算，相關(guān)參數(shù)為：支撐梁重度25 kN/m3；鋼立柱質(zhì)量為331 kg/m，長(zhǎng)度按14.75 m計(jì)算。

立柱抗壓承載力標(biāo)準(zhǔn)值為：

立柱樁抗壓標(biāo)準(zhǔn)值：

立柱樁長(zhǎng)12 m，樁徑1.2 m，樁側(cè)土體為粉質(zhì)黏土厚3.7 m、全風(fēng)化巖厚4.2 m、強(qiáng)風(fēng)化巖厚4.1 m，側(cè)摩阻力特征值分別為35 kPa、70 kPa、100 kPa，樁的極限端阻力特征值取1 500 kPa。立柱樁承載力特征值為：

抗壓滿足要求。

4.6 咬合樁施工

咬合樁采用搓管鉆機(jī)分兩序施工，一序樁（素樁）采用超緩凝，緩凝時(shí)間控制在初凝60 h，終凝時(shí)間70 h，強(qiáng)度等級(jí)為C15；二序樁（葷樁）為鋼筋樁，在相鄰的一序樁終凝之前進(jìn)行施工，強(qiáng)度等級(jí)為C30。

4.7 土方開挖施工

充分利用大直徑圓環(huán)支撐形式，為快速開挖出土創(chuàng)造有利條件，在圓環(huán)支撐內(nèi)設(shè)置縱坡坡率為1∶6、橫坡坡率為1∶1.25、寬8 m 的出土坡道，土方車輛直接進(jìn)出基坑。坑內(nèi)土方分3 層開挖：第一層土方挖至第一道支撐梁底，第二層土方挖至第二道支撐梁底，第三層土方挖至基坑底，土方開挖前對(duì)坑內(nèi)地下水分層進(jìn)行降水后，其開挖作業(yè)面能夠滿足挖機(jī)挖土及泥頭車裝運(yùn)土方，可減少土方在坑內(nèi)二次倒運(yùn)，大幅度提高土方挖運(yùn)施工效率。

4.8 基坑監(jiān)測(cè)

對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)、周邊建（構(gòu)）筑物、周邊道路及地下管線的沉降位移等進(jìn)行監(jiān)測(cè)?；娱_挖前，測(cè)初始值不少于兩次；基坑開挖過程中，每2 d 觀測(cè)一次，基坑開挖結(jié)束至地下室底板澆筑完成后每5 d 觀測(cè)一次，以后每7 d 觀測(cè)一次，直至±0.00 為止；雨天加密監(jiān)測(cè)。除支撐軸力和樁身內(nèi)力的預(yù)警值為允許值的65%外，其他各項(xiàng)指標(biāo)的預(yù)警值為允許值的80%。

構(gòu)件承載能力設(shè)計(jì)值分別為第一道支撐梁9 000 kN，環(huán)撐梁18 000 kN；第二道支撐梁12 000 kN，環(huán)撐梁26 000 kN。監(jiān)測(cè)最大支撐軸力第一道支撐梁7 214 kN，環(huán)撐梁12 389 kN；第二道支撐梁9 461 kN，環(huán)撐梁18 607 kN。

監(jiān)測(cè)表明，因設(shè)計(jì)計(jì)算及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法、測(cè)試元器件等綜合影響，實(shí)測(cè)值與計(jì)算值有一定差異；各支撐軸力實(shí)測(cè)值均在設(shè)計(jì)預(yù)警值以內(nèi)，圓環(huán)內(nèi)支撐受力狀態(tài)、規(guī)律基本與計(jì)算結(jié)果相近，

4.9 換撐及拆撐施工

地下室采用單邊支模工藝，換撐采用地下室結(jié)構(gòu)梁板方式。支撐梁分區(qū)對(duì)稱采用繩鋸切割拆除。

5 結(jié)語

軟土地層基坑，若周邊環(huán)境復(fù)雜，對(duì)變形和沉降較為敏感，控制基坑的整體剛度和變形尤為重要；土方開挖和塔樓工期緊的項(xiàng)目，采用鋼筋圓環(huán)內(nèi)支撐，受力合理，整體剛度大，支護(hù)結(jié)構(gòu)變形小，保護(hù)周邊環(huán)境效果好；基坑圓環(huán)中部可提供大面積的無撐區(qū)域，通常可避讓塔樓部位，土方挖運(yùn)十分便捷，可加快主體結(jié)構(gòu)施工進(jìn)程；結(jié)合單邊支模工藝，確保了拆換撐工序的有效實(shí)施；在軟土基坑中的成功實(shí)施，說明大直徑鋼筋圓環(huán)內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)是一種安全且較為經(jīng)濟(jì)的支護(hù)方案。