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摘要：对于超大面积和深度的基坑采用大直径钢筋混凝土圆环桁架水平支撑系统，可以充分利用圆环桁架系统整体刚度大、结构变形小的特点，在均匀土压力的作用下，环梁桁架结构主要表现为轴力，弯矩很小，极大的发挥了混凝土的抗压性能，可减少支撑梁配筋及截面尺寸，与传统的满堂对撑相比可以大量节约工程造价，且环梁支撑方便挖土，利于施工，可以明显缩短工期。
Abstract: for the large area and depth of foundation pit with large diameter reinforcement loop truss bracing system, can make full use of circular truss system integral stiffness, structure the characteristics of small deformation, in homogeneous soil under the action of the pressure, ring beam truss structure is mainly manifested as the axial force, bending moment is small, played a great concrete compressive property, can reduce the support beam reinforcement and section size, and traditional full to support can be compared to save construction cost, and is convenient for ring beam supporting excavation, construction, can shorten the time limit for a project.
关键词：大直径、钢筋混凝土圆环桁架、水平支撑、土方开挖、监测、造价、工期
Key words: large diameter, reinforcement loop truss, a horizontal support, earth excavation, monitoring, cost, time limit for a project
中图分类号：TU375文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
前言
近年来，随着城市建设的发展，高层建筑的迅速崛起，地下空间的开发利用已成为城市建设的重要内容，由此促进了深基坑支护技术的发展，各地在深基坑开挖和支护技术方面积累了丰富的设计和施工经验，新技术、新结构、新工艺不断涌现，但是，现在的城市建筑间距很小，有的基坑边缘距已有建筑仅十几米、甚至几米，给基础工程施工带来很大的难度，给周围环境带来极大威胁，也相应地增加了施工工期和施工费用。部分原有的深基坑支护结构的设计理论、设计原则、运算公式、施工工艺等，已不符合深基坑开挖与支护结构的现有实际情况。
因此，合理的基坑支护技术是保障建筑物安全施工的关键，在软土地基和城市密集地区的条件下，面临超大面积和深度的地下建筑施工中，必须开发和创新新的围护结构形式和施工方法。
1、工程概况
南京新城科技园国际研发总部园工程，位于河西泰山路以东、奥体大街以北，该工程由3栋24层、1栋16层（局部5层）、1栋20层（局部5层）、1栋3层的创意廊组成，总建筑面积392352m2，其中地下二层102352m2，本工程基坑总面积约53980m2，总延长米约935m，基坑为边长近240m左右的方形，环形支撑梁内径202m，普遍区域挖深分别为8.5m、9.0m，1号、2号、3号楼主楼下挖深分别为10.00m、11.10m、11.80m、14.50m等，4号楼主楼下挖深分别为10.80m、11.30m、11.80m、12.05m、13.60m等，5号楼主楼下挖深分别为10.00m、10.70m、11.60m、12.80m等。
2、工程地质状况
本工程±0.000相当于绝对标高±7.700m，自然地坪相对标高约为-0.950、-0.450二种。场地岩土层分布如下：①～1杂填土、①～2素填土、①～2a淤泥质填土、②～1粉质粘土、粘土、②～2粉质粘土、淤泥质粉质粘土、②～3淤泥质粉质粘土、粉质粘土、②～4粉细砂、②～4a淤泥质粉质粘土、②～5粉细砂、②～5a淤泥质粉质粘土，粉质粘土夹粉土、⑤～1强风化泥岩、⑤～2中风化泥岩。
长江漫滩是南京地下水最为丰富的地段，勘探深度范围内所揭示的地层均为含水层。地下水的水理特征绝大部分属于潜水性质，但由于场地含水层中上部①层填土、②～1、②～2、②～3层粘性土和下部②～4、②～5层砂性土渗透性差异大，呈典型的二元结构特征，下部砂性土中的地下水具弱承压性。
3、基坑支护方案
本基坑工程重要性等级为一级，根据场地土层性质以及基坑基坑周边环境保护要求，围护体采用Ф900@1100、Ф1100@1300以及Ф1200@1400钻孔灌注桩，结合外侧采用单排双轴深搅桩挡土止水，深搅桩叶片直径Ф700，间距@500，钻孔灌注桩混凝土设计强度等级为C30，水平方向設计两道钢筋混凝土支撑，采用圆环支撑体系，支撑的中心标高分别为-2.05、-5.75m，设计水平支撑混凝土强度为C35。
两道水平支撑上各设置两道支撑封板，支撑封板板厚300mm，混凝土强度为C35，配筋为双层双向C18@150,支撑封板中心标高与水平支撑中心标高相同。
第一道支撑梁上再设置一道钢筋混凝土栈桥板，栈桥板厚为300mm，混凝土强度为C35，配筋为双层双向C18@150，栈桥板面标高同水平支撑标高。
第一道钢筋混凝土水平支撑（含圈梁）截面尺寸（宽×高）：
第二道钢筋混凝土水平支撑（含圈梁）截面尺寸（宽×高）：
混凝土浇筑采用跳仓法施工，具体施工顺序为：第二施工段→第五施工段→第八施工段→第三施工段→第六施工段→第一施工段→第四施工段→第七施工段，共划分八个施工段（详见下图）：
工程特点、技术关键以及创新
本工程基坑面积53980m2，项目占地面积大，总体体量大，周边场地狭窄，周围环境复杂，地下管线多，单体工程多，施工交叉工序多，周期长是该基坑工程的特点。
对于边长近240m的方形基坑，整个施工过程如采用常规支撑围护方案和施工手段，势必导致造价高，工期长，鉴于基坑支护工程施工技术要求高，其主要施工技术关键是：
基坑面积超大，如何研究采用经济合理的基坑围护结构内支撑方案是本次基坑工程成败的关键。
该基坑工程不仅面积大，且单体工种多，施工面广，交叉施工复杂，因此选用合理新颖的基坑支护，同时解决垂直运输、基坑降水，主体交叉流水作业、组织合理的土方开挖是该大型基坑工程安全、文明施工和加快施工进度，降低工程成本的重要问题。
基坑开挖体量大，土方开挖量近50万m3，由于周边是居民小区，交通干道，施工过程中对环境保护是重点环节。因此，除采用合理的开挖方式和技术措施外，应采用信息化手段做好基坑内以及周边环境监测工作。
合理划分施工区、段，充分利用环撑内的施工工作面，对各施工区、段劳动力、材料、设备组织进行周密策划和部署，采用合理的土方开挖、基坑降水施工方案。
加强施工工艺、施工质量的控制，在实施过程中，应确保圆环的圆度，使圆环四周受力尽量均匀，确保水平支撑的垂直支撑施工质量，将水平支撑垂直变形和相邻垂直支撑变形差的尺寸控制在较小范围，进而防止水平支撑平面外失稳，也是施工中的重要内容和技术关键。
鉴于以上实际情况，本工程选择圆环桁架支撑结构体系作为一种基坑支护创新手段，圆环桁架支撑在均匀土压力的作用下，支撑梁结构主要表现为轴力，弯矩很小，因此极大的利用了钢筋混凝土支撑的抗压性能。
由于圆环桁架水平支撑的内环直径以内留置出很大的空间，在超大体积的地下空间基坑的土方施工中，发挥了重要作用，创造出至少占整个基坑2/3面积投影的深基坑土方大开挖，有利于大规模土方挖掘、外运，与采用传统基坑支护工程土方开挖相比工期至少提前3个月。
基坑监测
为了发挥钢筋混凝土圆环桁架水平支撑能正常有效的发挥作用，避免平面外失稳等异常情况发生，确保特大深基坑的施工安全以及施工过程中周围道路和地下管线的正常营运，采用严密的信息化全方位监测手段管理必不可少，本工程制定以下监测内容：1、圈梁顶部水平位移监测；2、圈梁顶部垂直位移监测；3、围护桩墙测斜监测；4、支撑结构钢立柱沉降观测；5、环梁水平支撑轴力监测；6、环梁支撑变形监测；7、坑内外地下水位观测；8、周边道路沉降观测；9、周围地下管线监测；10、邻近重要建筑物监测。
应确保监测数据的准确性和及时性，对采集到的数据及时进行归纳、整理并按技术要求进行数值分析，加强对监测点的保护工作，增强数据的可靠性，真实反映基坑支护结构及周边环境变化情况，并根据工况变化调整监测频率，结合工况分析监测数据，速率变化是监测单位报警的重要依据，一旦发现数据异常，立即采取加密监测频率，如果变化速率有超常规现象，应立即报警，报告各有关单位，组织专家对情况进行分析，以确保基坑施工安全。
经济评价、社会评价与环境评价
由于参建各方的共同参与探索，内径近202m的大直径钢筋混凝土圆环支撑系统在本基坑工程成功得到了应用，在施工过程中，总结了适应于大型基坑工程施工成套地下空间降水及开挖技术经验，取得较好的经济效益、社会效益及环境效益。
与传统满堂对撑或局部留置空间+对撑相比，节约钢筋混凝土约22000m3，由此产生的直接经济效益达2600万元，极大的节约了基坑支护临时性工程的造价。
在土方开挖过程中，采用将平面分块、分段、对称、均衡的开挖，立面分层分次，先四周后中间，由栈桥出土的方法，不仅保证了圆环桁架支撑系统受土压力荷载均匀，使得支撑安全有效，更由于环梁内径提供了较大的施工空间，采用连续的土方开挖技术，使其与同类工程相比，提前工期3个月。
成套的地下空间降水与土方开挖技术，使得每个施工段土方开挖任务明确，出土路线清楚，采用全封闭式渣土车装土外运，建筑材料的水平运输和垂直运输路线明确，混凝土泵车泵管定址设置，材料定点堆放，施工道路通畅，整个施工现场路清、气清，体现了有条不紊的文明施工场面，得到了有关主管部门的好评。
结束语
深基坑支护工程虽属临时性工程，但其施工方案的可靠性及施工质量将直接影响地下室主体施工的结构和作业工人人生安全，且其施工的技术复杂性，有的却远甚于永久性的基础结构或上部结构，稍有不慎，不仅将危及基坑本身安全，还会殃及临近的构筑物和各种地下设施，造成巨大损失。建筑基坑的开挖与支护结构是一个系统工程，涉及工程地质、水文地质、工程结构、建筑材料、施工工艺和施工管理等多方面。它是集土力学、水力学、材料才学和结构力学等于一体的综合性学科。支护结构又是由若干具有独立功能的体系组成的整体。正因如此，无论是结构设计还是施工组织都应当从整体功能出发，将各组成部分协调好，才能确保它的安全可靠、经济合理。
通过大直径钢筋混凝土圆环桁架支撑体系在本工程的再次成功应用，使我们认识到在特大深基坑中应用钻孔桩或SMW工法、地下连续墙的围护结构，选用钢筋混凝土大直径圆环桁架支撑作为基坑的内支撑结构，方案可行，经济效益明显。
参考文献:
[1]赵帆、郭强《建筑基坑支護工程安全性影响因素分析》科技资讯2007（4）
[2]陶聿君《对深基坑工程支护技术的论述》四川建材2006(4)
[3]余志成《建筑基坑支护技术规程》中国建筑工业出版社 1998（7）
[4]裘宝华 王永泉 李建明 谢国春 张文键 《大直径钢筋混凝土圆环桁架支撑系统施工技术》 中国建筑工业出版社 2006（4）
Abstract: for the large area and depth of foundation pit with large diameter reinforcement loop truss bracing system, can make full use of circular truss system integral stiffness, structure the characteristics of small deformation, in homogeneous soil under the action of the pressure, ring beam truss structure is mainly manifested as the axial force, bending moment is small, played a great concrete compressive property, can reduce the support beam reinforcement and section size, and traditional full to support can be compared to save construction cost, and is convenient for ring beam supporting excavation, construction, can shorten the time limit for a project.
关键词：大直径、钢筋混凝土圆环桁架、水平支撑、土方开挖、监测、造价、工期
Key words: large diameter, reinforcement loop truss, a horizontal support, earth excavation, monitoring, cost, time limit for a project
中图分类号：TU375文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
前言
近年来，随着城市建设的发展，高层建筑的迅速崛起，地下空间的开发利用已成为城市建设的重要内容，由此促进了深基坑支护技术的发展，各地在深基坑开挖和支护技术方面积累了丰富的设计和施工经验，新技术、新结构、新工艺不断涌现，但是，现在的城市建筑间距很小，有的基坑边缘距已有建筑仅十几米、甚至几米，给基础工程施工带来很大的难度，给周围环境带来极大威胁，也相应地增加了施工工期和施工费用。部分原有的深基坑支护结构的设计理论、设计原则、运算公式、施工工艺等，已不符合深基坑开挖与支护结构的现有实际情况。
因此，合理的基坑支护技术是保障建筑物安全施工的关键，在软土地基和城市密集地区的条件下，面临超大面积和深度的地下建筑施工中，必须开发和创新新的围护结构形式和施工方法。
1、工程概况
南京新城科技园国际研发总部园工程，位于河西泰山路以东、奥体大街以北，该工程由3栋24层、1栋16层（局部5层）、1栋20层（局部5层）、1栋3层的创意廊组成，总建筑面积392352m2，其中地下二层102352m2，本工程基坑总面积约53980m2，总延长米约935m，基坑为边长近240m左右的方形，环形支撑梁内径202m，普遍区域挖深分别为8.5m、9.0m，1号、2号、3号楼主楼下挖深分别为10.00m、11.10m、11.80m、14.50m等，4号楼主楼下挖深分别为10.80m、11.30m、11.80m、12.05m、13.60m等，5号楼主楼下挖深分别为10.00m、10.70m、11.60m、12.80m等。
2、工程地质状况
本工程±0.000相当于绝对标高±7.700m，自然地坪相对标高约为-0.950、-0.450二种。场地岩土层分布如下：①～1杂填土、①～2素填土、①～2a淤泥质填土、②～1粉质粘土、粘土、②～2粉质粘土、淤泥质粉质粘土、②～3淤泥质粉质粘土、粉质粘土、②～4粉细砂、②～4a淤泥质粉质粘土、②～5粉细砂、②～5a淤泥质粉质粘土，粉质粘土夹粉土、⑤～1强风化泥岩、⑤～2中风化泥岩。
长江漫滩是南京地下水最为丰富的地段，勘探深度范围内所揭示的地层均为含水层。地下水的水理特征绝大部分属于潜水性质，但由于场地含水层中上部①层填土、②～1、②～2、②～3层粘性土和下部②～4、②～5层砂性土渗透性差异大，呈典型的二元结构特征，下部砂性土中的地下水具弱承压性。
3、基坑支护方案
本基坑工程重要性等级为一级，根据场地土层性质以及基坑基坑周边环境保护要求，围护体采用Ф900@1100、Ф1100@1300以及Ф1200@1400钻孔灌注桩，结合外侧采用单排双轴深搅桩挡土止水，深搅桩叶片直径Ф700，间距@500，钻孔灌注桩混凝土设计强度等级为C30，水平方向設计两道钢筋混凝土支撑，采用圆环支撑体系，支撑的中心标高分别为-2.05、-5.75m，设计水平支撑混凝土强度为C35。
两道水平支撑上各设置两道支撑封板，支撑封板板厚300mm，混凝土强度为C35，配筋为双层双向C18@150,支撑封板中心标高与水平支撑中心标高相同。
第一道支撑梁上再设置一道钢筋混凝土栈桥板，栈桥板厚为300mm，混凝土强度为C35，配筋为双层双向C18@150，栈桥板面标高同水平支撑标高。
第一道钢筋混凝土水平支撑（含圈梁）截面尺寸（宽×高）：
第二道钢筋混凝土水平支撑（含圈梁）截面尺寸（宽×高）：
混凝土浇筑采用跳仓法施工，具体施工顺序为：第二施工段→第五施工段→第八施工段→第三施工段→第六施工段→第一施工段→第四施工段→第七施工段，共划分八个施工段（详见下图）：
工程特点、技术关键以及创新
本工程基坑面积53980m2，项目占地面积大，总体体量大，周边场地狭窄，周围环境复杂，地下管线多，单体工程多，施工交叉工序多，周期长是该基坑工程的特点。
对于边长近240m的方形基坑，整个施工过程如采用常规支撑围护方案和施工手段，势必导致造价高，工期长，鉴于基坑支护工程施工技术要求高，其主要施工技术关键是：
基坑面积超大，如何研究采用经济合理的基坑围护结构内支撑方案是本次基坑工程成败的关键。
该基坑工程不仅面积大，且单体工种多，施工面广，交叉施工复杂，因此选用合理新颖的基坑支护，同时解决垂直运输、基坑降水，主体交叉流水作业、组织合理的土方开挖是该大型基坑工程安全、文明施工和加快施工进度，降低工程成本的重要问题。
基坑开挖体量大，土方开挖量近50万m3，由于周边是居民小区，交通干道，施工过程中对环境保护是重点环节。因此，除采用合理的开挖方式和技术措施外，应采用信息化手段做好基坑内以及周边环境监测工作。
合理划分施工区、段，充分利用环撑内的施工工作面，对各施工区、段劳动力、材料、设备组织进行周密策划和部署，采用合理的土方开挖、基坑降水施工方案。
加强施工工艺、施工质量的控制，在实施过程中，应确保圆环的圆度，使圆环四周受力尽量均匀，确保水平支撑的垂直支撑施工质量，将水平支撑垂直变形和相邻垂直支撑变形差的尺寸控制在较小范围，进而防止水平支撑平面外失稳，也是施工中的重要内容和技术关键。
鉴于以上实际情况，本工程选择圆环桁架支撑结构体系作为一种基坑支护创新手段，圆环桁架支撑在均匀土压力的作用下，支撑梁结构主要表现为轴力，弯矩很小，因此极大的利用了钢筋混凝土支撑的抗压性能。
由于圆环桁架水平支撑的内环直径以内留置出很大的空间，在超大体积的地下空间基坑的土方施工中，发挥了重要作用，创造出至少占整个基坑2/3面积投影的深基坑土方大开挖，有利于大规模土方挖掘、外运，与采用传统基坑支护工程土方开挖相比工期至少提前3个月。
基坑监测
为了发挥钢筋混凝土圆环桁架水平支撑能正常有效的发挥作用，避免平面外失稳等异常情况发生，确保特大深基坑的施工安全以及施工过程中周围道路和地下管线的正常营运，采用严密的信息化全方位监测手段管理必不可少，本工程制定以下监测内容：1、圈梁顶部水平位移监测；2、圈梁顶部垂直位移监测；3、围护桩墙测斜监测；4、支撑结构钢立柱沉降观测；5、环梁水平支撑轴力监测；6、环梁支撑变形监测；7、坑内外地下水位观测；8、周边道路沉降观测；9、周围地下管线监测；10、邻近重要建筑物监测。
应确保监测数据的准确性和及时性，对采集到的数据及时进行归纳、整理并按技术要求进行数值分析，加强对监测点的保护工作，增强数据的可靠性，真实反映基坑支护结构及周边环境变化情况，并根据工况变化调整监测频率，结合工况分析监测数据，速率变化是监测单位报警的重要依据，一旦发现数据异常，立即采取加密监测频率，如果变化速率有超常规现象，应立即报警，报告各有关单位，组织专家对情况进行分析，以确保基坑施工安全。
经济评价、社会评价与环境评价
由于参建各方的共同参与探索，内径近202m的大直径钢筋混凝土圆环支撑系统在本基坑工程成功得到了应用，在施工过程中，总结了适应于大型基坑工程施工成套地下空间降水及开挖技术经验，取得较好的经济效益、社会效益及环境效益。
与传统满堂对撑或局部留置空间+对撑相比，节约钢筋混凝土约22000m3，由此产生的直接经济效益达2600万元，极大的节约了基坑支护临时性工程的造价。
在土方开挖过程中，采用将平面分块、分段、对称、均衡的开挖，立面分层分次，先四周后中间，由栈桥出土的方法，不仅保证了圆环桁架支撑系统受土压力荷载均匀，使得支撑安全有效，更由于环梁内径提供了较大的施工空间，采用连续的土方开挖技术，使其与同类工程相比，提前工期3个月。
成套的地下空间降水与土方开挖技术，使得每个施工段土方开挖任务明确，出土路线清楚，采用全封闭式渣土车装土外运，建筑材料的水平运输和垂直运输路线明确，混凝土泵车泵管定址设置，材料定点堆放，施工道路通畅，整个施工现场路清、气清，体现了有条不紊的文明施工场面，得到了有关主管部门的好评。
结束语
深基坑支护工程虽属临时性工程，但其施工方案的可靠性及施工质量将直接影响地下室主体施工的结构和作业工人人生安全，且其施工的技术复杂性，有的却远甚于永久性的基础结构或上部结构，稍有不慎，不仅将危及基坑本身安全，还会殃及临近的构筑物和各种地下设施，造成巨大损失。建筑基坑的开挖与支护结构是一个系统工程，涉及工程地质、水文地质、工程结构、建筑材料、施工工艺和施工管理等多方面。它是集土力学、水力学、材料才学和结构力学等于一体的综合性学科。支护结构又是由若干具有独立功能的体系组成的整体。正因如此，无论是结构设计还是施工组织都应当从整体功能出发，将各组成部分协调好，才能确保它的安全可靠、经济合理。
通过大直径钢筋混凝土圆环桁架支撑体系在本工程的再次成功应用，使我们认识到在特大深基坑中应用钻孔桩或SMW工法、地下连续墙的围护结构，选用钢筋混凝土大直径圆环桁架支撑作为基坑的内支撑结构，方案可行，经济效益明显。
参考文献:
[1]赵帆、郭强《建筑基坑支護工程安全性影响因素分析》科技资讯2007（4）
[2]陶聿君《对深基坑工程支护技术的论述》四川建材2006(4)
[3]余志成《建筑基坑支护技术规程》中国建筑工业出版社 1998（7）
[4]裘宝华 王永泉 李建明 谢国春 张文键 《大直径钢筋混凝土圆环桁架支撑系统施工技术》 中国建筑工业出版社 2006（4）