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环形支撑体系在不规则深基坑中的应用

发表时间：2020/10/12 来源：《基层建设》2020年第19期作者：黄楷张文博李祖毅

[导读] 摘要：文章主要是分析了一些常见的内支撑布置方式以及基础，在此基础上讲解了环形内支撑的受力特点以及力学性能，最为探讨了其在不规则形状深基坑工程中的实际应用效果，望能为有关人员提供到一定的参考和帮助。

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        摘要：文章主要是分析了一些常见的内支撑布置方式以及基础，在此基础上讲解了环形内支撑的受力特点以及力学性能，最为探讨了其在不规则形状深基坑工程中的实际应用效果，望能为有关人员提供到一定的参考和帮助。
        关键词：基坑支护；不规则基坑；支撑布置
        1常见内支撑平面布置方式
        目前，支撑系统的平面布置形式众多，从技术上，同样的基坑工程采用多种支撑平面布置形式均是可行的，但科学、合理的支撑布置形式应兼顾基坑工程特点、主体地下结构布置以及周边环境的保护要求和经济性等综合因素的和谐统一。根据基坑的具体特点，可将常见的内支撑平面布置方式归纳如下：（1）当基坑的形状为长条形时，可设置以短边方向的对撑体系、两端可设置水平角撑体系。其中短边方向的对撑体系可根据基坑短边的长度、土方开挖、工期等要求采用钢支撑或者混凝土支撑，两端的角撑体系从基坑工程的稳定性以及控制变形角度上，宜采用混凝土支撑的形式。（2）当基坑周边紧邻保护要求较高的建（构）筑物、地铁车站或隧道，对基坑工程的变形控制要求较为严格时，或者基坑面积较小、两个方向的平面尺寸大致相同时，或者基坑形状不规则，其他形式的支撑布置有较大难度时，宜采用相互正交的对撑布置方式。（3）当基坑面积较大、平面形状不规则时、同时在支撑平面中需要留设较大作业空间时，宜采用角部设置角撑、长边设置沿短边方向的对撑结合边桁架的支撑体系。该类型支撑体系由于具有较好的控制变形能力、可适应各种形状的基坑以及具有较好的经济性，因此几乎成为软土地区首选的支撑平面布置形式，近年来得到极为广泛的应用。
        2环形内支撑的特点
        大量工程实践证明，环形内支撑能确保基础施工、周边邻近建筑物和地下管网等公共设施的安全，是深基坑内支撑技术的创新形式，其主要具有以下几方面的特点。
        2.1力学性能优，受力合理
        通过对深基坑支撑结构的受力分析可知，挖土时基坑护壁结构须承受四周土体压力的作用，工程上通常设置水平向的受力构件作支撑结构，若将支撑形式设计成环形结构，从力学角度上看，土体侧压力通过护壁结构传递给围檁与边桁架腹杆，再集中传至圆环，而圆环则具有将弯矩转换为轴力的力学特征，从根本上改变了常规的支撑结构方式，这种以水平受压为主的圆环内支撑结构体系，能够充分发挥混凝土材料的受压特性，具有足够的刚度和变形小的特点，且其支撑刚度可通过配筋、调整立柱间距等措施进行调整，亦可在上面搭设堆料平台，安装施工机械，便于施工的正常进行。另外，在护壁结构的垂直方向，可设置多道圆环内支撑，其圆环的直径大小、垂直方向的间距可由基坑平面尺寸、地下室层高、挖土工况与土压力值来确定。
        2.2支撑面积小，便于挖土
        大量设计数据表明，在深基坑工程中采用圆环内支撑结构，基坑平面形成的无支撑面积达到70%左右，为挖运土的机械化施工提供了良好的多点作业条件，其中环内无支撑区域按周围环境条件与基坑面积的尺寸大小，挖土工艺以留岛式施工为主，在较小面积基坑的最后一层可用盆式挖土。挖土速度可成倍提高，极大地缩短了深基坑的挖土工期，同时有利于基坑变形的时效控制。
        2.3材料用量少，效益显著
        深基坑施工中采用圆环内支撑结构，用料节省显著，与各类支撑结构相比节省大量钢材和水泥，其单位土方的开挖费用较其他支撑相比有较大幅度的下降，施工费用节约可观，经济效益十分显著。

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        3环形内支撑的工程案例
        3.1工程概况
        白云城投总部大厦项目位于广东省广州市白云区齐富路南侧，齐富大酒店东侧，联富大厦西侧，项目占地面积16213平方米，总建筑面积71329平方米，拟建写字楼3座及公共服务中心一座，整个地块下部设置二层地下室，基坑周长约523米，考虑底板、垫层，基坑开挖深度9.55米，基坑安全等级整体为一级。
        3.2场地水文地质条件
        场地原始地貌丘陵熔岩地。场地原为白云区政府云城街道办事处，现已征地拆迁改造，场地上旧建筑物已拆除，但场地砖渣还未完全清除。地下室底板土层主要为粉质粘土，存在少量强、中风化岩层勘探期间钻孔孔口标高介于11.5米～12.6米。根据钻探揭露，场地内地层自上而下依次为：人工填土层（Qml）、粉质粘土、强风化灰岩、中风化灰岩、微风化灰岩。场地地下水按含水介质类型（含水层的空隙性质）不同可分第四系浅部土层中的孔隙水和深部基岩裂隙水。场地内、粉质粘土层为相对隔水层。勘探深度范围内，地下水主要有二层。第一层赋存于填土中，为上层滞水，富水性一般，接受大气降水补给，经地表蒸发排泄；第二层赋存于中粗砂中，为孔隙水，属于潜水，具强透水性，富水性较好，接受侧向渗透补给，经地下径流排泄。其余第四系土层，如粉质粘土层，渗透性较弱，富水性也较弱。勘察施工期间，实测钻孔内稳定水位埋深为0.10～4.10m，标高在8.38～12.11m之间。本场地地下水水位变化幅度约1.0～2.0m。
        3.3基坑支护设计方案
        本基坑工程具有如下特点：①开挖深度大，平面规模大，属深大基坑；②基坑平面形状不规则，不利于支撑体系布置；③场地土质条件差，要求支护结构有较大的刚度满足变形控制的需要；④基坑平面形状不规则，基坑土方量大，要求布置合理的支撑体系，满足基坑变形控制的需要，同时方便土方的开挖。根据本工程特点，本工程支护墙体选用钻孔灌注桩挡土、水泥土搅拌桩止水帷幕。钻孔灌注桩工艺成熟，施工队伍选择范围广，双轴水泥土搅拌桩套打施工止水效果好，适用于本场地地质条件。在支撑体系方面，考虑到本基坑平面形状不规则，若采用常规的对撑加角撑的布置形式则支撑杆件密、支撑体系受力复杂、挖土很不方便.工程造价很高；同时由于本基坑面积大，对于对撑加角撑布置方式，支撑杆件长、刚度受混凝土收缩影响大。根据本工程开挖深度、基坑面积、平面形状，本设计采用圆环支撑体系布置，由于基坑面积大，圆环直径大，本设计采用双圆环支撑体系，保证支撑体系的受力合理均匀；圆环支撑体系，支撑杆件少、立柱桩数量少。在支撑材料方面，由于钢筋混凝土内支撑具有刚度大、变形小的特点，能够减少支护结构位移，保证支护结构稳定，且钢筋混凝土支撑适应性强，可适用于各种形状基坑。因此，采用两道混凝土圆环内支撑，在满足桩身弯矩合理分配的同时考虑方便坑底土方在竖向支承系统上，由于混凝土支撑竖向荷载较大、长度长，必须设置临时支撑立柱以减少支撑的跨度，改善支撑的受力情况，同时提高支撑的竖向稳定性。支承支撑体系的立柱采用直径1000mm钻孔灌注桩，其上采用角钢格构柱。
        4结束语
        由上可知，在进行深基坑作业中采用到圆环内支撑结构的形式能满足到施工的稳定以及变形的要求，这样既能提供到宽敞的施工环境同时又能有效缩短到施工工期，减少到企业投入的成本。
        参考文献：
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        [2]刘宇.装配式预应力组合钢支撑在超深基坑中的应用[J].商情，2020，000（005）：172，180.
        [3]杨明月.基于BIM技术与有限元分析在深基坑工程设计中的研究[D].2020.
        [4]阚旭东.论钢板桩在市政工程深基坑中的应用[J].砖瓦世界，2020，000（002）：13.