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【摘 要】 武汉保利文化广场深基坑支护工程是目前湖北省民用建筑基坑中開挖深度最深的深基坑工程，其最大开挖深度达24m。工程地处城市中心地带，周边环境极为复杂。通过方案综合比选，最终确定了四层双圆环混凝土内支撑为主的支护形式。实践证明该设计方案克服了土方挖运困难以及工程用地条件紧张等不利因素的影响，有效地控制了基坑变形。该工程的顺利实施是省内在超深基坑领域的一次具有突破性的实践。
【关键词】 超深基坑;多层双圆环内支撑结构;变形控制
一、前言
随着我国经济的飞速发展，城市建设的进程也在不断的加快。在建设过程中，人们对城市土地及地下空间的开发利用的要求也越来越高。因此城市民用建筑深基坑的规模也向着更深更大的方向发展。原先在老粘土地区的深基坑通常采用的喷锚、桩锚支护体系，虽然以上支护方式施工工艺成熟，造价较低，但施工后锚杆（索）体会留存在周边地下空间内，形成障碍物，给周边地下空间的进一步开发造成困难。因此，内支撑的基坑支护结构应用越来越广泛。但就湖北省而言，开挖深度达24m，采用四层双圆环内支撑体系的民用建筑基坑，保利文化广场深基坑支护工程尚属首例。该文以武汉保利文化广场深基坑工程为例，介绍该工程的设计思路，相关理论以及施工及基坑监测的相关情况。
二、工程概况
武汉保利文化广场位于武昌洪山广场西南角武昌区民主路788号。该工程地下室在平面上大致呈“L”型，设四层地下室，基坑面积约11000m2。基坑开挖深度20.4m～24.0m。
基坑周边环境极为复杂。北为民主路，地下室边线距离规划红线最近处2.5m，红线外侧7.2m～15m范围内为人行横道，民主路为重要的市政道路。道路边分布有大量市政管网。
东侧：为中南路，地下室东侧中部边线距离规划红线最近处9.0m，红线外侧4.0m范围内为人行横道，外侧为中南路下穿通道，为重要的市政道路，道路边分布有大量市政管网。本项目建筑物东北角距离规划地铁线路轴线最近处8.5m，距离地铁保护距离最近3.2m;东南角距离规划红线5.0m，红线外6.0m为人民银行大楼，人民银行大楼设有一层地下室。
南侧：南侧东段距离规划红线最近7.2m，红线外2.3m为人民银行;南侧西段距离规划红线12.3m，红线外5.1m为白玫瑰大酒店，白玫瑰大酒店设有一层地下室。
西侧：西侧南段距离规划红线最近2.0m，红线外即为洪山商务中心，洪山商务中心设有二层地下室;西侧北侧车道部位距离规划红线不足1.0m，红线外7.9m为华夏银行，华夏银行设有一层地下室。基坑周边环境情况见图1。
图1 基坑周边环境图
三、工程地址条件和水文地质条件
拟建场地在地貌上属长江Ⅲ阶地的垅岗地带，地层概况及设计参数见表1。
场地地下水类型包括上层滞水和岩溶裂隙水。上层滞水主要赋存于（1）层素填土中，受大气降水和地表水的渗透补给;勘察期间混合水位埋深0.6m～13.00m（其中：13.00m～14.80m为灰岩裂隙水位）。岩层地下水为覆盖型岩溶区地下水，类型为脉状岩溶承压裂隙水，其地下水位埋深为13.00m，标高为20.7～18.9m，灰岩呈近东西向条带展开，上覆老粘土，主要通过两侧裸露基岩接受大气降水入渗补给，水位受季节性影响变化不大，水量较大。
表1 地层概况及设计参数
土层编号
及名称 层地埋深（m） 主要岩
性特征 重度γ
（kN/m3） 粘聚C
（kPa） 内摩擦角Ф（度） m
（Mpa/m）
1素填土 灰褐～深灰色，松散 17.3 11 17 4000
2粘土 0.2～7.2m 褐黄、硬塑～坚硬 19.9 35 16 12000
3粘土夹
碎块石 5.0～21.4m 褐黄、硬塑～坚硬碎石含量5～60% 19.5 35 18 13000
4粘土 8.5～23.2m 褐黄、硬塑～坚硬 19.6 42 17 15000
5-1强风化钙质泥岩 17.0～32.3m 浅黄～灰绿色，碎石夹粘土状，无溶蚀 19.9 18 45 20000
5-2中风化钙质泥岩 26.6～37.0m 致密坚硬，裂隙少 23.0 3000 15 300000
6-2中风
化泥灰岩 19.3～31.5m 灰紫～浅黄色，局部岩溶发育 23.0 3000 20 300000
7-1中风
化灰岩 17.3～41.4m 致密坚硬，溶洞为全填充型 25.0 10000 35 1000000
四、基坑支护设计
1、基坑特点分析及方案选择
（1）本基坑开挖面积大、开挖深度大，周边环境严峻，且距离红线较近，有多处地下室，锚杆的使用受到限制，周边不能提供足够放坡空间。
（2）基坑开挖深度范围内大部分坑壁土体为Q3老粘土，根据武昌地区大量同类工程经验粘土裂隙发育且连通性好，一旦上层滞水或地表水与其连通，该土层的强度将急剧下降。
（3）基坑开挖部分地段已揭露基岩，支护结构部分将锚固于基岩中，且下伏灰岩中存在岩溶承压裂隙水。
结合以上特点该基坑支护的重点为保证基坑安全可靠及严格控制周边场地的变形，保证周边建筑物及市政设施的安全。通过方案比选，优先采用支护桩+内支撑的支护结构形式。
2、设计方案
该基坑周边环境复杂，用地紧张，在支护方案的确定过程中应最大限度的利用可用空间并力求经济合理。由于基坑在平面上的形状不规则的“L”型，且开挖深度太大。如采用格构、桁架、对顶撑、角撑等内支撑支护，由于跨度大，支撑密集，将会给基坑土方挖运造成很大的困难。且基坑形状不规则，部分地段开挖后产生的“阳角”不易保护;支撑与围檩无法正交导致支撑受力不合理。综合以上因素，该基坑采用大小双环梁内支撑的形式以减少支撑杆件数量，方便土方挖运。利用圆拱的作用将坑壁土压力均匀扩散，以满足自身稳定和控制基坑变形的要求。其中大圆环直径72.40m，其中小圆环直径30.40m，根据地下室结构的层高和平面位置上的变化共设4道支撑，在环梁和围檩间设置放射性联系梁与环梁形成超静定桁架结构。由于基坑跨度大，且为圆环结构，其本身必须有一定得刚度保证，故支撑梁采用钢筋混凝土结构。支撑平面布置间图2。 对基坑底部“岩溶裂隙承压水”采用中深井降水，在灰岩区共設计7口降水井。
图2 基坑第一层支撑平面布置图
3、支护结构设计要点
该工程基坑支撑的计算模型按平面受力分析，支撑和围檩简化为平面封闭框架，按分层开挖计算得到弹性反力作为该平面框架周边作用的均布荷载。
（1）为减少桩深弯矩，将基坑周边桩顶1.5m～2.5m土体进行放坡处理，坡面采用土钉挂网喷面保护。
（2）支护桩采用钻孔灌注桩，根据各段地层条件及开挖深度的不同支护桩桩径设计为900mm～1100mm不等，桩长为12.8m～22.8m不等，支护桩间距为1.2～1.3m，桩身砼强度等级C30。总桩数331根。考虑到工程所处区域为Q3老粘土，且部分桩体将锚固于基岩中，且支护桩数量较大，故采用旋挖钻机与冲击钻相结合的方式进行成桩施工，节约了工期。
（3）双圆环支撑根据基坑形状分为大圆环合小圆环，其中东侧为大圆环，直径72.40m。西侧为小圆环直径30.40m。支撑体系共分上下四层，大致分6种规格断面：冠梁（冠梁兼第一道围檩）1300mm×600mm、围檩（WL）1300mm×600mm、环梁（HL）1200mm×600mm、对顶撑（DC）800mm×600mm、斜撑（XC）700mm×550mm、联系梁（LL）500mm×600mm。设计和施工时确保个层支撑中心界面在同一水平标高上。
（4）为了减少支撑的长细比，同时为了承受支撑的自重及施工误差引起的偏心而产生的弯矩，在支撑中部布设立56个立柱，其中利用支护桩作为立柱的为6个。立柱下段采用灌注桩，桩长为12m。
（5）由于基坑开挖深度太大，为基坑土方挖运需要，在大小圆环处设置出土栈桥及出土平台各一个。
五、施工过程概述
1、土方开挖至30.6m（桩顶标高以上500mm）。进行土钉挂网喷面施工及支护桩、立柱桩，降水井施工。
2、2008年4月1日，完成所有的桩施工。共完成支护桩331根、立柱桩59根、栈桥桩12根、出土平台桩4根、工程桩试桩7根、工程桩20根塔吊桩3根。
3、2008年9月3日基坑完成所有四道混凝土内支撑施工。基坑开挖至第三道内支撑标高时降水井开始启动。
4、到目前为止，工程部分地下室已施工至正负零，基坑运行状况良好。基坑开挖到底后全貌见图3。
图3 开挖到底后基坑全貌实景图
六、基坑监测情况
1、基坑共计测设监测桩3根（测斜），测设沉降监测点37个，测设边坡位移监测点29个，冠梁上位移监测点39个。
2、基坑边坡水平位移
坑边坡平均位移量约31mm，其中最大位移48mm。变形量较小。
表2 基坑边坡水平位移表（mm）
测点 BC-1 BC-2 BC-3 BC-4 BC-5 BC-6 BC-7 BC-8 BC-9 BC-10
22 18 20 19 20 24 27 31 31 27
测点 BC-11 BC-12 BC-13 BC-14 BC-15 BC-16 BC-17 BC-18 BC-19 BC-20
27 37 40 36 34 35 34 41
测点 BC-21 BC-22 BC-23 BC-24 BC-25 BC-26 BC-27 BC-28 BC-29
47 48 45 30 27 28 33 30 29
3、周边沉降监测
基坑周边地表及基坑周边建筑物沉降较稳定，最大沉降3.3mm，可以说明基坑施工对周边环境影响较小。基坑周边沉降见图4。
图4 基坑周边建筑物监测点沉降曲线图
基坑开挖对距离坡体较近的坡顶部分影响较大，其最大沉降量达129mm。基坑周边坡顶沉降见图5
图5 基坑周边坡顶监测点沉降曲线图
4、支护桩体变形很小，最大变形位置均小于20mm。其变形主要集中在深度10.0m～13.0m范围内，即在基坑开挖深度的“中部”。支护桩变形见图6
图6 支护桩测斜曲线图
七、结论与建议
1、设计方案安全可靠
基坑从支护结构施工至土方开挖至基坑底并开始运行的整个过程均采用了“信息化”施工的方法，对整个施工的过程中实施了动态监测。从监测的结果来看，支护结构及周边环境安全稳定。该工程的顺利进行为湖北省城市中心区域超深基坑的施工积累了宝贵的经验。
2、结构合理，经济效果明显
双圆环内支撑的应用，使得业主可以得到最大面积的地下空间，充分利用了城市中心有限的土地资源，增加了业主的投资回报。通过对比分析，与传统桁架结构相比，采用双圆环结构可减少近1/3的支撑杆件。本工程共设四道支撑，其直接经济效果也是不言而喻的。
3、方便施工，节约工期
圆环支撑的应用使得整个场地中部预留大面积的施工作业面成为可能。在圆环中心预留的出土栈桥（平台）使得在狭窄范围内采用大型机械开挖24m深基坑成为可能。同时使得出土位置距离各个作业面距离“最近”，大大节约了工期。
【关键词】 超深基坑;多层双圆环内支撑结构;变形控制
一、前言
随着我国经济的飞速发展，城市建设的进程也在不断的加快。在建设过程中，人们对城市土地及地下空间的开发利用的要求也越来越高。因此城市民用建筑深基坑的规模也向着更深更大的方向发展。原先在老粘土地区的深基坑通常采用的喷锚、桩锚支护体系，虽然以上支护方式施工工艺成熟，造价较低，但施工后锚杆（索）体会留存在周边地下空间内，形成障碍物，给周边地下空间的进一步开发造成困难。因此，内支撑的基坑支护结构应用越来越广泛。但就湖北省而言，开挖深度达24m，采用四层双圆环内支撑体系的民用建筑基坑，保利文化广场深基坑支护工程尚属首例。该文以武汉保利文化广场深基坑工程为例，介绍该工程的设计思路，相关理论以及施工及基坑监测的相关情况。
二、工程概况
武汉保利文化广场位于武昌洪山广场西南角武昌区民主路788号。该工程地下室在平面上大致呈“L”型，设四层地下室，基坑面积约11000m2。基坑开挖深度20.4m～24.0m。
基坑周边环境极为复杂。北为民主路，地下室边线距离规划红线最近处2.5m，红线外侧7.2m～15m范围内为人行横道，民主路为重要的市政道路。道路边分布有大量市政管网。
东侧：为中南路，地下室东侧中部边线距离规划红线最近处9.0m，红线外侧4.0m范围内为人行横道，外侧为中南路下穿通道，为重要的市政道路，道路边分布有大量市政管网。本项目建筑物东北角距离规划地铁线路轴线最近处8.5m，距离地铁保护距离最近3.2m;东南角距离规划红线5.0m，红线外6.0m为人民银行大楼，人民银行大楼设有一层地下室。
南侧：南侧东段距离规划红线最近7.2m，红线外2.3m为人民银行;南侧西段距离规划红线12.3m，红线外5.1m为白玫瑰大酒店，白玫瑰大酒店设有一层地下室。
西侧：西侧南段距离规划红线最近2.0m，红线外即为洪山商务中心，洪山商务中心设有二层地下室;西侧北侧车道部位距离规划红线不足1.0m，红线外7.9m为华夏银行，华夏银行设有一层地下室。基坑周边环境情况见图1。
图1 基坑周边环境图
三、工程地址条件和水文地质条件
拟建场地在地貌上属长江Ⅲ阶地的垅岗地带，地层概况及设计参数见表1。
场地地下水类型包括上层滞水和岩溶裂隙水。上层滞水主要赋存于（1）层素填土中，受大气降水和地表水的渗透补给;勘察期间混合水位埋深0.6m～13.00m（其中：13.00m～14.80m为灰岩裂隙水位）。岩层地下水为覆盖型岩溶区地下水，类型为脉状岩溶承压裂隙水，其地下水位埋深为13.00m，标高为20.7～18.9m，灰岩呈近东西向条带展开，上覆老粘土，主要通过两侧裸露基岩接受大气降水入渗补给，水位受季节性影响变化不大，水量较大。
表1 地层概况及设计参数
土层编号
及名称 层地埋深（m） 主要岩
性特征 重度γ
（kN/m3） 粘聚C
（kPa） 内摩擦角Ф（度） m
（Mpa/m）
1素填土 灰褐～深灰色，松散 17.3 11 17 4000
2粘土 0.2～7.2m 褐黄、硬塑～坚硬 19.9 35 16 12000
3粘土夹
碎块石 5.0～21.4m 褐黄、硬塑～坚硬碎石含量5～60% 19.5 35 18 13000
4粘土 8.5～23.2m 褐黄、硬塑～坚硬 19.6 42 17 15000
5-1强风化钙质泥岩 17.0～32.3m 浅黄～灰绿色，碎石夹粘土状，无溶蚀 19.9 18 45 20000
5-2中风化钙质泥岩 26.6～37.0m 致密坚硬，裂隙少 23.0 3000 15 300000
6-2中风
化泥灰岩 19.3～31.5m 灰紫～浅黄色，局部岩溶发育 23.0 3000 20 300000
7-1中风
化灰岩 17.3～41.4m 致密坚硬，溶洞为全填充型 25.0 10000 35 1000000
四、基坑支护设计
1、基坑特点分析及方案选择
（1）本基坑开挖面积大、开挖深度大，周边环境严峻，且距离红线较近，有多处地下室，锚杆的使用受到限制，周边不能提供足够放坡空间。
（2）基坑开挖深度范围内大部分坑壁土体为Q3老粘土，根据武昌地区大量同类工程经验粘土裂隙发育且连通性好，一旦上层滞水或地表水与其连通，该土层的强度将急剧下降。
（3）基坑开挖部分地段已揭露基岩，支护结构部分将锚固于基岩中，且下伏灰岩中存在岩溶承压裂隙水。
结合以上特点该基坑支护的重点为保证基坑安全可靠及严格控制周边场地的变形，保证周边建筑物及市政设施的安全。通过方案比选，优先采用支护桩+内支撑的支护结构形式。
2、设计方案
该基坑周边环境复杂，用地紧张，在支护方案的确定过程中应最大限度的利用可用空间并力求经济合理。由于基坑在平面上的形状不规则的“L”型，且开挖深度太大。如采用格构、桁架、对顶撑、角撑等内支撑支护，由于跨度大，支撑密集，将会给基坑土方挖运造成很大的困难。且基坑形状不规则，部分地段开挖后产生的“阳角”不易保护;支撑与围檩无法正交导致支撑受力不合理。综合以上因素，该基坑采用大小双环梁内支撑的形式以减少支撑杆件数量，方便土方挖运。利用圆拱的作用将坑壁土压力均匀扩散，以满足自身稳定和控制基坑变形的要求。其中大圆环直径72.40m，其中小圆环直径30.40m，根据地下室结构的层高和平面位置上的变化共设4道支撑，在环梁和围檩间设置放射性联系梁与环梁形成超静定桁架结构。由于基坑跨度大，且为圆环结构，其本身必须有一定得刚度保证，故支撑梁采用钢筋混凝土结构。支撑平面布置间图2。 对基坑底部“岩溶裂隙承压水”采用中深井降水，在灰岩区共設计7口降水井。
图2 基坑第一层支撑平面布置图
3、支护结构设计要点
该工程基坑支撑的计算模型按平面受力分析，支撑和围檩简化为平面封闭框架，按分层开挖计算得到弹性反力作为该平面框架周边作用的均布荷载。
（1）为减少桩深弯矩，将基坑周边桩顶1.5m～2.5m土体进行放坡处理，坡面采用土钉挂网喷面保护。
（2）支护桩采用钻孔灌注桩，根据各段地层条件及开挖深度的不同支护桩桩径设计为900mm～1100mm不等，桩长为12.8m～22.8m不等，支护桩间距为1.2～1.3m，桩身砼强度等级C30。总桩数331根。考虑到工程所处区域为Q3老粘土，且部分桩体将锚固于基岩中，且支护桩数量较大，故采用旋挖钻机与冲击钻相结合的方式进行成桩施工，节约了工期。
（3）双圆环支撑根据基坑形状分为大圆环合小圆环，其中东侧为大圆环，直径72.40m。西侧为小圆环直径30.40m。支撑体系共分上下四层，大致分6种规格断面：冠梁（冠梁兼第一道围檩）1300mm×600mm、围檩（WL）1300mm×600mm、环梁（HL）1200mm×600mm、对顶撑（DC）800mm×600mm、斜撑（XC）700mm×550mm、联系梁（LL）500mm×600mm。设计和施工时确保个层支撑中心界面在同一水平标高上。
（4）为了减少支撑的长细比，同时为了承受支撑的自重及施工误差引起的偏心而产生的弯矩，在支撑中部布设立56个立柱，其中利用支护桩作为立柱的为6个。立柱下段采用灌注桩，桩长为12m。
（5）由于基坑开挖深度太大，为基坑土方挖运需要，在大小圆环处设置出土栈桥及出土平台各一个。
五、施工过程概述
1、土方开挖至30.6m（桩顶标高以上500mm）。进行土钉挂网喷面施工及支护桩、立柱桩，降水井施工。
2、2008年4月1日，完成所有的桩施工。共完成支护桩331根、立柱桩59根、栈桥桩12根、出土平台桩4根、工程桩试桩7根、工程桩20根塔吊桩3根。
3、2008年9月3日基坑完成所有四道混凝土内支撑施工。基坑开挖至第三道内支撑标高时降水井开始启动。
4、到目前为止，工程部分地下室已施工至正负零，基坑运行状况良好。基坑开挖到底后全貌见图3。
图3 开挖到底后基坑全貌实景图
六、基坑监测情况
1、基坑共计测设监测桩3根（测斜），测设沉降监测点37个，测设边坡位移监测点29个，冠梁上位移监测点39个。
2、基坑边坡水平位移
坑边坡平均位移量约31mm，其中最大位移48mm。变形量较小。
表2 基坑边坡水平位移表（mm）
测点 BC-1 BC-2 BC-3 BC-4 BC-5 BC-6 BC-7 BC-8 BC-9 BC-10
22 18 20 19 20 24 27 31 31 27
测点 BC-11 BC-12 BC-13 BC-14 BC-15 BC-16 BC-17 BC-18 BC-19 BC-20
27 37 40 36 34 35 34 41
测点 BC-21 BC-22 BC-23 BC-24 BC-25 BC-26 BC-27 BC-28 BC-29
47 48 45 30 27 28 33 30 29
3、周边沉降监测
基坑周边地表及基坑周边建筑物沉降较稳定，最大沉降3.3mm，可以说明基坑施工对周边环境影响较小。基坑周边沉降见图4。
图4 基坑周边建筑物监测点沉降曲线图
基坑开挖对距离坡体较近的坡顶部分影响较大，其最大沉降量达129mm。基坑周边坡顶沉降见图5
图5 基坑周边坡顶监测点沉降曲线图
4、支护桩体变形很小，最大变形位置均小于20mm。其变形主要集中在深度10.0m～13.0m范围内，即在基坑开挖深度的“中部”。支护桩变形见图6
图6 支护桩测斜曲线图
七、结论与建议
1、设计方案安全可靠
基坑从支护结构施工至土方开挖至基坑底并开始运行的整个过程均采用了“信息化”施工的方法，对整个施工的过程中实施了动态监测。从监测的结果来看，支护结构及周边环境安全稳定。该工程的顺利进行为湖北省城市中心区域超深基坑的施工积累了宝贵的经验。
2、结构合理，经济效果明显
双圆环内支撑的应用，使得业主可以得到最大面积的地下空间，充分利用了城市中心有限的土地资源，增加了业主的投资回报。通过对比分析，与传统桁架结构相比，采用双圆环结构可减少近1/3的支撑杆件。本工程共设四道支撑，其直接经济效果也是不言而喻的。
3、方便施工，节约工期
圆环支撑的应用使得整个场地中部预留大面积的施工作业面成为可能。在圆环中心预留的出土栈桥（平台）使得在狭窄范围内采用大型机械开挖24m深基坑成为可能。同时使得出土位置距离各个作业面距离“最近”，大大节约了工期。