论文部分内容阅读
摘 要：简要介绍深基坑支护（采用SMW工法和钢筋砼桩加钢筋砼内支撑的支护方式）设计、施工和监测，并进行分析和总结。
关键词：深大基坑;岩土条件;SMW工法;钢筋砼桩;土方开挖;基坑变形
一、工程概况
该工程地上为2～6层购物中心，采用框剪结构，钻孔嵌岩桩基础。地下设二层（局部为三层）连体地下车库，东侧基坑开挖深度13.2m，三层地下室部分挖深14.8m，其余三面基坑开挖深度11.8～12.2m。基坑长约305.0m，宽86.0～121.0m，开挖面积约28500m2，周长800m左右。
二、工程地质和水文地质条件
该工程场地位于丘岗与长江漫滩过渡地带，岩土层变化很大。局部基岩（JK段附近）出露，其余范围为深厚的流塑状粉质粘土～淤泥质粉质粘土。该场地分布土层主要为软弱粘性土，地下水为潜水，水量小，透水性较弱，主要受大气降水、地表水的补给，稳定水位埋深0.90～1.50m，年变化幅度为0.50～1.0m。场地下部分布的石灰岩岩溶不发育，裂隙水较少。
三、设计思路
基坑开挖深度11.8～14.8m，开挖深度影响范围内绝大部分为流塑状态的淤泥质土，土质很差，且基坑三面临近主干道，东侧有文物，环境复杂，对变形控制要求较高。综合以上因素，本基坑侧壁安全等级取“一级”，即基坑重要性系数γo=1.1。
（一）支护结构选型与设计
通过分析和试算，对于二层地下室（挖深11.8～12.2m）需采用支护桩加三层支撑挡土结构，对于三层地下室（挖深14.8m）需采用支护桩加四层支撑挡土结构。如果基坑周边支护桩按常规全部采用钢筋砼桩，则安全性较好，但造价高、施工周期长;如果全部采用SMW工法，则造价低，施工速度快，但变形较大，对东侧文物保护不利。通过分析，基坑东侧因靠近静海寺和天妃宫采用刚度较大的钢筋砼桩，其余范围采用SMW工法桩。
1. LMNABCDEF段：采用SMW工法（三轴深搅桩中插型钢）加三层钢筋砼支撑作为支护结构。三轴搅拌桩为φ850mm，采用套接一孔法施工;型钢采用HN700×300×13×24，三插二设置。
2. FGHJ段：采用钻孔灌注桩加三层钢筋砼支撑作支护结构。钻孔灌注桩直径1.0m，止水采用φ700单排双轴深搅桩，搭接300mm。
3. JK、KL段：采用钢筋砼桩加四层支撑支护。其中第一～第三层为钢筋砼支撑;第四层为钢管支撑，其东端撑在支护桩上，西端撑在先浇筑的地下室底板上。JK段钻孔灌注桩直径1.1m，KL段采用冲击成孔灌注桩直径1.0m。止水采用φ700单排双轴深搅桩，搭接300mm。
表1 钢筋砼桩与型钢刚度差异与分析
参数 FGHJ段钻孔桩 ABCD段H型钢
桩径 桩径1.0m H700
间距 桩间距1.2m 平均间距0.9m
惯性矩I（m4） 0.049 0.002
EI（kN·m2） 1.25×106 0.8×105
1.2米刚度 1.25×106 0.96×105
通过以上计算，SMW工法和钢筋砼桩虽为二种不同类型，但在本设计中其刚度差异并不大。
（二）支撑与换撑设计
1. 支撑设计
本基坑宽86～121m，支撑杆件最大长度达120m，且基坑形状不规则，所以第一～第三层选用整体性好、刚度大、受压承载力高、布置灵活的钢筋砼支撑，支撑在平面布置上以角撑和对撑相结合，呈“桁架”式布置。第四层支撑为局部（地下三层部分），且杆件短，所以选用钢管支撑。在竖向标高选择上既要考虑受力合理，以减小支护桩长度和配筋，同时要考虑换撑和方便挖土，经计算1～4层支撑标高分别为-2.5m、-5.8m、-9.5m和-12.0m。
2. 立柱与工程桩的利用
立柱下部采用钢筋砼灌注桩，上部采用四根L160×14角钢组成的格构柱。
由于本基坑面积很大，支撑杆件多，立柱桩多，在支撑布置时尽可能利用工程桩（抗拔桩）兼作支撑下立柱桩，为建设单位节约了可观的工程造价，并缩短了施工周期。
3. 拆撑与换撑设计
本工程地下室负一层净高很大（7.5m），底板浇到支护桩边后，只能在负二层顶板位置（相对标高-7.5m）换撑，如将全部支撑拆除，支护桩悬臂高度在6.9～8.3m之间。经计算，此工况下桩顶最大位移达53mm，超出规范变形允许值。本设计间隔保留第一层主支撑杆件，保留支撑作穿墙处理。
三、地下水的处理
本场地土层主要为流塑状的粉质粘土～淤泥质粉质粘土，含水量大，但地下水量小，且透水性弱，基坑内主要采用“明沟加集水坑”方式排水。考虑到该基坑面积较大，施工周期长，为给挖土创造有利条件，加快施工进度，坑内共布置管井（疏干井）42口，井深20.0m。
四、基坑土方开挖
由于本基坑南北長达305米，挖土平面分区根据后浇带设置共分为四个区，挖土方向由北向南，自东向西，出土口在西侧设置4个，南侧设置1个。挖土在竖向分层上根据支撑标高分为四个大层（地下三层范围分为五大层），挖土临时坡比不陡于1：3（岩层除外），并要求每层挖土时间间隔不少于五天，以便应力释放和变形协调。地下三层部分待其周围挖到设计标高且地下室底板施工完成后再开挖。因本设计未设置挖土栈桥，挖第二层以下土体时在对撑之间坑内留设挖运土通道，通道落底标高-7.5m，坡道用建筑垃圾分层压实填筑，纵向坡度1：6，侧向坡度1：2。
因基坑面积很大，不可能等到整个基坑土方全部挖完在进行地下室施工。本设计允许挖土和土建分段施工，流水作业，分段处土体采用三级放坡，综合坡比1：4，并要求放坡范围内支撑必须浇筑。
五、基坑监测内容与结果
本基坑侧壁安全等级为“一级基坑”，监测内容包括圈梁水平位移、周边建筑物与马路沉降、土体深层水平位移、立柱沉/隆和支撑轴力等。监测工作于2007年10月26日开始，至2008年12月23日进行最后一次监测，共监测了156期。
基坑西侧ABC段（SMW工法）桩顶最大水平位移点为D7，累计位移量为32mm（图1），基坑东侧FGHJ段（灌注桩）桩顶最大水平位移点为D28，累计位移量为22mm（图2），桩顶位移均未达到0.3%H的报警值，说明支护结构很好地起到了限制土体变形的作用。
六、结语
该基坑支护自2006年11月开始，至2008年12月出地面，工程进展顺利，有效地保护了周边建筑和马路的安全。通过本工程实例说明采用不同类型且有一定刚度差异的支护结构是可行的。深大基坑中挖土与地下室流水施工也是可行的，关键是做好分段处处理。在支护设计时充分利用非梁柱下工程粧兼做支撑立柱桩不仅节省造价，且缩短施工工期。
关键词：深大基坑;岩土条件;SMW工法;钢筋砼桩;土方开挖;基坑变形
一、工程概况
该工程地上为2～6层购物中心，采用框剪结构，钻孔嵌岩桩基础。地下设二层（局部为三层）连体地下车库，东侧基坑开挖深度13.2m，三层地下室部分挖深14.8m，其余三面基坑开挖深度11.8～12.2m。基坑长约305.0m，宽86.0～121.0m，开挖面积约28500m2，周长800m左右。
二、工程地质和水文地质条件
该工程场地位于丘岗与长江漫滩过渡地带，岩土层变化很大。局部基岩（JK段附近）出露，其余范围为深厚的流塑状粉质粘土～淤泥质粉质粘土。该场地分布土层主要为软弱粘性土，地下水为潜水，水量小，透水性较弱，主要受大气降水、地表水的补给，稳定水位埋深0.90～1.50m，年变化幅度为0.50～1.0m。场地下部分布的石灰岩岩溶不发育，裂隙水较少。
三、设计思路
基坑开挖深度11.8～14.8m，开挖深度影响范围内绝大部分为流塑状态的淤泥质土，土质很差，且基坑三面临近主干道，东侧有文物，环境复杂，对变形控制要求较高。综合以上因素，本基坑侧壁安全等级取“一级”，即基坑重要性系数γo=1.1。
（一）支护结构选型与设计
通过分析和试算，对于二层地下室（挖深11.8～12.2m）需采用支护桩加三层支撑挡土结构，对于三层地下室（挖深14.8m）需采用支护桩加四层支撑挡土结构。如果基坑周边支护桩按常规全部采用钢筋砼桩，则安全性较好，但造价高、施工周期长;如果全部采用SMW工法，则造价低，施工速度快，但变形较大，对东侧文物保护不利。通过分析，基坑东侧因靠近静海寺和天妃宫采用刚度较大的钢筋砼桩，其余范围采用SMW工法桩。
1. LMNABCDEF段：采用SMW工法（三轴深搅桩中插型钢）加三层钢筋砼支撑作为支护结构。三轴搅拌桩为φ850mm，采用套接一孔法施工;型钢采用HN700×300×13×24，三插二设置。
2. FGHJ段：采用钻孔灌注桩加三层钢筋砼支撑作支护结构。钻孔灌注桩直径1.0m，止水采用φ700单排双轴深搅桩，搭接300mm。
3. JK、KL段：采用钢筋砼桩加四层支撑支护。其中第一～第三层为钢筋砼支撑;第四层为钢管支撑，其东端撑在支护桩上，西端撑在先浇筑的地下室底板上。JK段钻孔灌注桩直径1.1m，KL段采用冲击成孔灌注桩直径1.0m。止水采用φ700单排双轴深搅桩，搭接300mm。
表1 钢筋砼桩与型钢刚度差异与分析
参数 FGHJ段钻孔桩 ABCD段H型钢
桩径 桩径1.0m H700
间距 桩间距1.2m 平均间距0.9m
惯性矩I（m4） 0.049 0.002
EI（kN·m2） 1.25×106 0.8×105
1.2米刚度 1.25×106 0.96×105
通过以上计算，SMW工法和钢筋砼桩虽为二种不同类型，但在本设计中其刚度差异并不大。
（二）支撑与换撑设计
1. 支撑设计
本基坑宽86～121m，支撑杆件最大长度达120m，且基坑形状不规则，所以第一～第三层选用整体性好、刚度大、受压承载力高、布置灵活的钢筋砼支撑，支撑在平面布置上以角撑和对撑相结合，呈“桁架”式布置。第四层支撑为局部（地下三层部分），且杆件短，所以选用钢管支撑。在竖向标高选择上既要考虑受力合理，以减小支护桩长度和配筋，同时要考虑换撑和方便挖土，经计算1～4层支撑标高分别为-2.5m、-5.8m、-9.5m和-12.0m。
2. 立柱与工程桩的利用
立柱下部采用钢筋砼灌注桩，上部采用四根L160×14角钢组成的格构柱。
由于本基坑面积很大，支撑杆件多，立柱桩多，在支撑布置时尽可能利用工程桩（抗拔桩）兼作支撑下立柱桩，为建设单位节约了可观的工程造价，并缩短了施工周期。
3. 拆撑与换撑设计
本工程地下室负一层净高很大（7.5m），底板浇到支护桩边后，只能在负二层顶板位置（相对标高-7.5m）换撑，如将全部支撑拆除，支护桩悬臂高度在6.9～8.3m之间。经计算，此工况下桩顶最大位移达53mm，超出规范变形允许值。本设计间隔保留第一层主支撑杆件，保留支撑作穿墙处理。
三、地下水的处理
本场地土层主要为流塑状的粉质粘土～淤泥质粉质粘土，含水量大，但地下水量小，且透水性弱，基坑内主要采用“明沟加集水坑”方式排水。考虑到该基坑面积较大，施工周期长，为给挖土创造有利条件，加快施工进度，坑内共布置管井（疏干井）42口，井深20.0m。
四、基坑土方开挖
由于本基坑南北長达305米，挖土平面分区根据后浇带设置共分为四个区，挖土方向由北向南，自东向西，出土口在西侧设置4个，南侧设置1个。挖土在竖向分层上根据支撑标高分为四个大层（地下三层范围分为五大层），挖土临时坡比不陡于1：3（岩层除外），并要求每层挖土时间间隔不少于五天，以便应力释放和变形协调。地下三层部分待其周围挖到设计标高且地下室底板施工完成后再开挖。因本设计未设置挖土栈桥，挖第二层以下土体时在对撑之间坑内留设挖运土通道，通道落底标高-7.5m，坡道用建筑垃圾分层压实填筑，纵向坡度1：6，侧向坡度1：2。
因基坑面积很大，不可能等到整个基坑土方全部挖完在进行地下室施工。本设计允许挖土和土建分段施工，流水作业，分段处土体采用三级放坡，综合坡比1：4，并要求放坡范围内支撑必须浇筑。
五、基坑监测内容与结果
本基坑侧壁安全等级为“一级基坑”，监测内容包括圈梁水平位移、周边建筑物与马路沉降、土体深层水平位移、立柱沉/隆和支撑轴力等。监测工作于2007年10月26日开始，至2008年12月23日进行最后一次监测，共监测了156期。
基坑西侧ABC段（SMW工法）桩顶最大水平位移点为D7，累计位移量为32mm（图1），基坑东侧FGHJ段（灌注桩）桩顶最大水平位移点为D28，累计位移量为22mm（图2），桩顶位移均未达到0.3%H的报警值，说明支护结构很好地起到了限制土体变形的作用。
六、结语
该基坑支护自2006年11月开始，至2008年12月出地面，工程进展顺利，有效地保护了周边建筑和马路的安全。通过本工程实例说明采用不同类型且有一定刚度差异的支护结构是可行的。深大基坑中挖土与地下室流水施工也是可行的，关键是做好分段处处理。在支护设计时充分利用非梁柱下工程粧兼做支撑立柱桩不仅节省造价，且缩短施工工期。