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摘要:内支撑支护施工技术是近年来发展速度较快的一种新型施工方式，目前在城市深基坑工程施工中得到广泛的应用。本文结合工程实例，通过对深基坑工程支护方案优缺点的比较，选择最优的支护方案，并探讨了深基坑内支撑支护施工技术应用过程中的注意要点，为类似工程研究提供借鉴的价值。
关键词: 深基坑；内支撑支护；方案比选；支撑构件
中图分类号：TU74文献标识码： A 文章编号：
随着我国城市化进程的不断加快，城市高层建筑数量日益增加，许多建筑的空间开始向地下开发。由于不少工程具有施工场地紧凑、施工规模大、基坑开挖深度大和尺度大等特点，若没有采取合理的基坑支护方案，不仅会耽误了施工工期和提高施工成本，而且容易出现安全事故，严重情况下会造成人员的伤亡和财产的损失。因此，深基坑工程支护方案的设计和选择就逐渐成为了业界人士高度关注的焦点之一。本文通过对大直径悬臂桩方案、桩锚支护方案和内支撑支护方案进行深入的比较，最终选取内支撑支护结构的方案，并采取有效的措施以降低支撑结构对土方开挖和地下室施工的影响，取得了良好的效果。
1 基坑内支护的方案比选
工程基坑支护方案选择的范围较广,在现实工程项目设计时要依据基坑开挖的深浅、地质状况、场地情况、施工条件等条件的不同而谨慎选择支护方案，从而确保基坑支护方案的安全性、可行性。
1.1 工程概况
某超高层综合性建筑，建筑地上23层，地下室2层，建筑基坑平面大概呈矩形，基坑周长210m，基坑面积约为2622m2，基坑开挖的深度中间主楼部分11m左右。
1.2 工程地质和水文地质条件
岩土工程勘察报告显示，施工现场与邻近环境的地面都较为平坦，并没有较大的陡坡与大面积的洼地，整个施工现场没有不良的地质情况发生(如断裂、塌陷等)。场地的地层大部分都是属于Q4.L(第四系人工填土)、Q3.1(第四系河流冲积层)、第三系(E)湖相沉积的泥岩、Q4.H(第四系沼泽沉积层的淤泥质土)等。施工现场土质的物理學性质指标数据如表1。
表1 岩土层物理力学参数建议值
1.3 方案的选择
1.3.1 大直径悬臂桩方案
大直径悬臂桩支护结构是目前普遍采用的方案，有着比较成熟的计算理论依据，设计简单捷，基坑开挖比较简便，缺点是: ①配筋与桩身随着基坑开挖深度的增大而增大，不经济；②桩顶位移比较大，对临近的建筑与周围环境影响比较大；③嵌入基坑较深，对场地的水文条件以及土层质量的要求很高。
该工程的基坑支护架空高度大概是11m，假设采用悬臂桩方案的话，通过计算得出，需要的人工挖孔桩的桩径为1.2m，桩与桩之间的间距为2m，30φ25mm为其桩身受拉主筋的配置，基坑往下桩需要嵌入7m的深度，然而由于嵌入部分的土质原因，导致很难成孔，并且30φ25mm的主筋配置比较大，缺乏经济性。
1.3.2 桩锚支护方案
桩锚支护方案，是在基坑的四周设置一排钢筋混凝土灌注桩，同时设置几层锚杆。这个方案的优点是:嵌入基坑的深度不很大，同时对桩身材料的要求不高，因此支护桩成孔比大直径悬臂桩方案来说的难度降低。然而这种方案需要将锚杆深入临近的地方，容易导致纠纷。而且该工程四周有临近建筑物，靠近大街路边埋设有重要的地下管线，如果选择桩锚支护方案势必会加大施工难度，不能连续作业，容易误工。
1.3.3 内支撑支护体系
内撑式支护是由内支撑系统与挡土结构两个部分组成，基坑开挖所产生的土压力和水压力主要是由挡土结构来承担，同时也是由挡土结构来将这两部分侧向压力传递给内支撑，有地下水时也可防止地下水渗漏，是稳定基坑的一种临时支挡方式。一般情况下，支撑结构的布置形式有水平支撑体系和竖向斜支撑体系两种，如图1所示。
图1 支撑结构的布置形式
(1)从施工现场的地质情况分析，无论是哪种地质情况的基坑施工，内支撑支护结构都可以适用，但最适合应用内支撑支护结构的地质情况是软弱地层的基坑施工，在软弱地层中应用内支撑支护结构可以将这种支护结构的优点最大限度地发挥出来。特别是在大城市中临近施工环境有着较为密集的建筑物，内支撑支护结构可以严格控制基坑变形量。这种基坑支护的支撑构件的承载能力只与构件的材料强度、截面尺寸及形式有关，不受周围土质的制约。
(2)从基坑挖掘的深度来说，这种基坑支护的方法不受基坑挖掘深度的影响。但究竟挖掘多深、出现多大的土压力适宜采用该支护结构，则应通过技术和经济比较决定。
(3)从整个基坑的平面尺寸来说，对于平面尺寸较小的基坑施工比较适合采用内支撑支护结构。而平面尺寸较大的基坑施工需要较大的内支撑断面和长度，这就不能保证施工的经济性。
内支撑基坑支护的主要缺点:需要较大的空间，这会阻碍土方开挖施工与主体结构的施工，妨碍施工的速度，伴随着施工进度的展开，当下层的支撑结构拆除的时候，往往会导致基坑临近地层的移动。另外，内支撑的内力会受到周围环境温度的变化而变化，例如一个宽25m的基坑，如果周围温度从30℃降低到20℃，该基坑的支撑就会明显缩短，从而导致基坑的变形量增大；但是当温度重新上升到30℃的时候，这个变形量却不会得到彻底的恢复，反而会加大基坑内的支撑内力，因此在实际施工中，尤其是在夏季高温的环境下，需要对内支撑采用涂漆或者冷却等措施，减小内支撑所吸取的热量。
通过对以上3种方案的综合比较,根据工程的现实情况，我们选择了内支撑支护结构的方案，为了降低支撑结构对土方开挖和地下室施工的影响，在施工图设计时采用了相应的措施，取得了很好的施工效果。
2 在实际应用深基坑内支撑支护结构时要注意的问题
2.1 支撑构件的截面承载力计算
依据每个施工阶段内支撑结构的荷载作用效应的包络图来计算构件的截面承载力，其截面承载力表达式为:
γ0F≤R
式中，γ0为围护结构的重要性系数，对于安全等级为一级、二级和三级基坑支撑构件，分别取1.10、1.05、1.00；F为支撑构件内力的组合设计值；R为按照现行的国家有关结构设计规范确定的截面承载力设计值。
一般来说，支撑的截面承载力计算需要符合以下要求:
(1)计算时必须根据偏心受压构件来进行。截面的偏心弯矩，除了与竖向荷载所引起的弯矩有关之外，还与轴向力所引起的附加弯矩有关。对于初始偏心距，可以从支撑长度的2‰～3‰中计算得出。当钢结构的支撑大于或等于40mm，而如果是混凝土支撑应大于或等于20mm。
(2)当支撑节点与相关规范相符时，支撑的受压长度的计算则按照以下方式进行:
1)中心距由竖向平面中的两临近的立柱中得出；
2)在水平面中，选择和计量支撑相互交合的临近的横向平面支撑中心距；
3)如果是钢结构的内支撑支护结构，当横向与竖向支撑不能在同一个标高中相互交合的时候，支撑支护的受压长度就要选取和计量支撑相交的临近横向平面支撑中心距的1.5～2.0倍。
2.2 腰梁的截面承载力计算应符合以下规定
一般情况下，受弯构件的计算都是按水平方向来进行。当水平支撑和腰梁斜交时，或是弦杆由腰梁来担当时，则需要根据偏心受压构件进行计算，验证数据的准确性。
2.3 施工要点
(1)支撑结构的安装和拆除顺序应与围护结构的设计工况相一致。
(2)支撑结构的安装应符合下列规定:
1)在基坑竖向平面内严格遵守分层开挖，先支撑后开挖的原则；
2)支撑安装应与土方开挖密切配合，在土方挖到设计标高的区段内，及时安装并发挥支撑作用；
3)钢结构支撑宜采用工具式接头，并配有计量千斤顶装置。千斤顶与计量仪表应由专人使用管理，并定期校验；
4)钢结构支撑安装后应施加预应力。预应力控制值应由设计确定，通常不应小于支撑设计轴向力的50%，也不宜大于75%；
5)现浇混凝土支撑必须在混凝土强度达到设计强度80%以上，才能开挖支撑以下的土方。
(3)确定打桩秩序，要结合地形、施工场地的土质状况、桩的数量及中心距等因素一起考虑，同时要兼顾设备移动的方向。
2.4 基坑地下水控制
在该工程基坑开挖过程中地下水降幅要达到7.70m以上，并且工程周围对地基的变形都非常敏感。因此依据相关数据在基坑中布置12个排水井，具体参数见表2。
表2 排水井结构设计参数
2.5 基坑监测方案
依据相关规定，检测对象应包含基坑临近40m范围内所要求加以保护的物品。基坑检测布置如表3所示。
表3 基坑检测布置情况
3 结语
基坑支护方案的选择对确保深基坑工程施工的质量安全具有重大的意义。因此，在支护方案设计和选择过程中，施工企业应考虑到施工现场的地质条件、施工温度和基坑周围环境状况等因素，比较各种支护方案的优缺点，选取最合理经济的支护方式，以确保深基坑工程施工的达到预期效果，从而充分发挥出工程的经济效益。
参考文献
[1] 何建军.深基坑内支撑支护施工技术探讨[J].城市建设理论研究.2012年第05期
[2] 安小锐.浅谈排桩内支撑在深基坑支护中的应用[J].广西城镇建设.2010年第02期
关键词: 深基坑；内支撑支护；方案比选；支撑构件
中图分类号：TU74文献标识码： A 文章编号：
随着我国城市化进程的不断加快，城市高层建筑数量日益增加，许多建筑的空间开始向地下开发。由于不少工程具有施工场地紧凑、施工规模大、基坑开挖深度大和尺度大等特点，若没有采取合理的基坑支护方案，不仅会耽误了施工工期和提高施工成本，而且容易出现安全事故，严重情况下会造成人员的伤亡和财产的损失。因此，深基坑工程支护方案的设计和选择就逐渐成为了业界人士高度关注的焦点之一。本文通过对大直径悬臂桩方案、桩锚支护方案和内支撑支护方案进行深入的比较，最终选取内支撑支护结构的方案，并采取有效的措施以降低支撑结构对土方开挖和地下室施工的影响，取得了良好的效果。
1 基坑内支护的方案比选
工程基坑支护方案选择的范围较广,在现实工程项目设计时要依据基坑开挖的深浅、地质状况、场地情况、施工条件等条件的不同而谨慎选择支护方案，从而确保基坑支护方案的安全性、可行性。
1.1 工程概况
某超高层综合性建筑，建筑地上23层，地下室2层，建筑基坑平面大概呈矩形，基坑周长210m，基坑面积约为2622m2，基坑开挖的深度中间主楼部分11m左右。
1.2 工程地质和水文地质条件
岩土工程勘察报告显示，施工现场与邻近环境的地面都较为平坦，并没有较大的陡坡与大面积的洼地，整个施工现场没有不良的地质情况发生(如断裂、塌陷等)。场地的地层大部分都是属于Q4.L(第四系人工填土)、Q3.1(第四系河流冲积层)、第三系(E)湖相沉积的泥岩、Q4.H(第四系沼泽沉积层的淤泥质土)等。施工现场土质的物理學性质指标数据如表1。
表1 岩土层物理力学参数建议值
1.3 方案的选择
1.3.1 大直径悬臂桩方案
大直径悬臂桩支护结构是目前普遍采用的方案，有着比较成熟的计算理论依据，设计简单捷，基坑开挖比较简便，缺点是: ①配筋与桩身随着基坑开挖深度的增大而增大，不经济；②桩顶位移比较大，对临近的建筑与周围环境影响比较大；③嵌入基坑较深，对场地的水文条件以及土层质量的要求很高。
该工程的基坑支护架空高度大概是11m，假设采用悬臂桩方案的话，通过计算得出，需要的人工挖孔桩的桩径为1.2m，桩与桩之间的间距为2m，30φ25mm为其桩身受拉主筋的配置，基坑往下桩需要嵌入7m的深度，然而由于嵌入部分的土质原因，导致很难成孔，并且30φ25mm的主筋配置比较大，缺乏经济性。
1.3.2 桩锚支护方案
桩锚支护方案，是在基坑的四周设置一排钢筋混凝土灌注桩，同时设置几层锚杆。这个方案的优点是:嵌入基坑的深度不很大，同时对桩身材料的要求不高，因此支护桩成孔比大直径悬臂桩方案来说的难度降低。然而这种方案需要将锚杆深入临近的地方，容易导致纠纷。而且该工程四周有临近建筑物，靠近大街路边埋设有重要的地下管线，如果选择桩锚支护方案势必会加大施工难度，不能连续作业，容易误工。
1.3.3 内支撑支护体系
内撑式支护是由内支撑系统与挡土结构两个部分组成，基坑开挖所产生的土压力和水压力主要是由挡土结构来承担，同时也是由挡土结构来将这两部分侧向压力传递给内支撑，有地下水时也可防止地下水渗漏，是稳定基坑的一种临时支挡方式。一般情况下，支撑结构的布置形式有水平支撑体系和竖向斜支撑体系两种，如图1所示。
图1 支撑结构的布置形式
(1)从施工现场的地质情况分析，无论是哪种地质情况的基坑施工，内支撑支护结构都可以适用，但最适合应用内支撑支护结构的地质情况是软弱地层的基坑施工，在软弱地层中应用内支撑支护结构可以将这种支护结构的优点最大限度地发挥出来。特别是在大城市中临近施工环境有着较为密集的建筑物，内支撑支护结构可以严格控制基坑变形量。这种基坑支护的支撑构件的承载能力只与构件的材料强度、截面尺寸及形式有关，不受周围土质的制约。
(2)从基坑挖掘的深度来说，这种基坑支护的方法不受基坑挖掘深度的影响。但究竟挖掘多深、出现多大的土压力适宜采用该支护结构，则应通过技术和经济比较决定。
(3)从整个基坑的平面尺寸来说，对于平面尺寸较小的基坑施工比较适合采用内支撑支护结构。而平面尺寸较大的基坑施工需要较大的内支撑断面和长度，这就不能保证施工的经济性。
内支撑基坑支护的主要缺点:需要较大的空间，这会阻碍土方开挖施工与主体结构的施工，妨碍施工的速度，伴随着施工进度的展开，当下层的支撑结构拆除的时候，往往会导致基坑临近地层的移动。另外，内支撑的内力会受到周围环境温度的变化而变化，例如一个宽25m的基坑，如果周围温度从30℃降低到20℃，该基坑的支撑就会明显缩短，从而导致基坑的变形量增大；但是当温度重新上升到30℃的时候，这个变形量却不会得到彻底的恢复，反而会加大基坑内的支撑内力，因此在实际施工中，尤其是在夏季高温的环境下，需要对内支撑采用涂漆或者冷却等措施，减小内支撑所吸取的热量。
通过对以上3种方案的综合比较,根据工程的现实情况，我们选择了内支撑支护结构的方案，为了降低支撑结构对土方开挖和地下室施工的影响，在施工图设计时采用了相应的措施，取得了很好的施工效果。
2 在实际应用深基坑内支撑支护结构时要注意的问题
2.1 支撑构件的截面承载力计算
依据每个施工阶段内支撑结构的荷载作用效应的包络图来计算构件的截面承载力，其截面承载力表达式为:
γ0F≤R
式中，γ0为围护结构的重要性系数，对于安全等级为一级、二级和三级基坑支撑构件，分别取1.10、1.05、1.00；F为支撑构件内力的组合设计值；R为按照现行的国家有关结构设计规范确定的截面承载力设计值。
一般来说，支撑的截面承载力计算需要符合以下要求:
(1)计算时必须根据偏心受压构件来进行。截面的偏心弯矩，除了与竖向荷载所引起的弯矩有关之外，还与轴向力所引起的附加弯矩有关。对于初始偏心距，可以从支撑长度的2‰～3‰中计算得出。当钢结构的支撑大于或等于40mm，而如果是混凝土支撑应大于或等于20mm。
(2)当支撑节点与相关规范相符时，支撑的受压长度的计算则按照以下方式进行:
1)中心距由竖向平面中的两临近的立柱中得出；
2)在水平面中，选择和计量支撑相互交合的临近的横向平面支撑中心距；
3)如果是钢结构的内支撑支护结构，当横向与竖向支撑不能在同一个标高中相互交合的时候，支撑支护的受压长度就要选取和计量支撑相交的临近横向平面支撑中心距的1.5～2.0倍。
2.2 腰梁的截面承载力计算应符合以下规定
一般情况下，受弯构件的计算都是按水平方向来进行。当水平支撑和腰梁斜交时，或是弦杆由腰梁来担当时，则需要根据偏心受压构件进行计算，验证数据的准确性。
2.3 施工要点
(1)支撑结构的安装和拆除顺序应与围护结构的设计工况相一致。
(2)支撑结构的安装应符合下列规定:
1)在基坑竖向平面内严格遵守分层开挖，先支撑后开挖的原则；
2)支撑安装应与土方开挖密切配合，在土方挖到设计标高的区段内，及时安装并发挥支撑作用；
3)钢结构支撑宜采用工具式接头，并配有计量千斤顶装置。千斤顶与计量仪表应由专人使用管理，并定期校验；
4)钢结构支撑安装后应施加预应力。预应力控制值应由设计确定，通常不应小于支撑设计轴向力的50%，也不宜大于75%；
5)现浇混凝土支撑必须在混凝土强度达到设计强度80%以上，才能开挖支撑以下的土方。
(3)确定打桩秩序，要结合地形、施工场地的土质状况、桩的数量及中心距等因素一起考虑，同时要兼顾设备移动的方向。
2.4 基坑地下水控制
在该工程基坑开挖过程中地下水降幅要达到7.70m以上，并且工程周围对地基的变形都非常敏感。因此依据相关数据在基坑中布置12个排水井，具体参数见表2。
表2 排水井结构设计参数
2.5 基坑监测方案
依据相关规定，检测对象应包含基坑临近40m范围内所要求加以保护的物品。基坑检测布置如表3所示。
表3 基坑检测布置情况
3 结语
基坑支护方案的选择对确保深基坑工程施工的质量安全具有重大的意义。因此，在支护方案设计和选择过程中，施工企业应考虑到施工现场的地质条件、施工温度和基坑周围环境状况等因素，比较各种支护方案的优缺点，选取最合理经济的支护方式，以确保深基坑工程施工的达到预期效果，从而充分发挥出工程的经济效益。
参考文献
[1] 何建军.深基坑内支撑支护施工技术探讨[J].城市建设理论研究.2012年第05期
[2] 安小锐.浅谈排桩内支撑在深基坑支护中的应用[J].广西城镇建设.2010年第02期