基坑支护方案比选

3.2 支撑平面布置分析 钢筋混凝土支撑体系可采用对撑+角撑布置形式以及圆环支撑布置形式，两种支撑体系从结 构受力以及变形控制的角度来看均可行，综合各方面的因素分析，两种支撑体系各有特点： （1）对撑+角撑体系 a.受力明确 通过沿基坑中部对边设置的对撑基本上控制了基坑中部围护体的变形，角部区域设置角撑 约束，可缩短支撑的跨度，增加角部支撑刚度，有利于控制短边跨中基坑变形。如此布置形式，各 个区域的受力明确，且受力体系相对独立。 b.分段施工、流水作业 采用对撑、角撑的布置形式，各个区域相对独立，可实现分块抽条开挖，并能跟进及时浇 注对撑，可有效的控制基坑变形。并且每个分块支撑形成并达到一定设计强度后即可继续向下开挖， 大大加快了整体施工进度。 c.第一道支撑可作为施工栈桥 第一道支撑的对撑位置可对杆件进行加强后作为施工中挖、运土和材料堆放和加工用的施 工栈桥，增大了施工操作面，加快了出土效率，并方便施工以及降低施工技术措施费。 d.超长混凝土支撑的收缩变形问题 如何控制在支撑杆件浇注、养护过程中产生的收缩变形及支撑形成后产生的温度变形将是
5.方案选型小结 基于以上对总体方案选型、围护体选型、支撑选型等的分析，本基坑工程采用“分区顺做”总 体设计方案。以下对基坑支护方案进行说明：
பைடு நூலகம்
基坑开挖深度为 9.0·9.5m，经过计算分析，采用
，
钻孔灌注桩结合
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一道钢筋混凝土支撑体系和 该区域共有两大类围护方案：
第一类方案：基坑围护体采用
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方案选型
1.总体方案选型
基坑围护方案的选取，在考虑工程造价、工期、施工操作可行性和方便性的同时，特别需 要严格控制基坑与地下室施工过程中产生的变形，降低对周边道路、管线、建筑物的影响，确保整 个工程顺利实施。
根据目前基坑方面的设计施工经验和科研技水平，总体方案科研考虑如下几种做法： （1） 顺做法：
逆作法缺点：逆作法目前尚缺乏小型、灵活、高效的小型挖土机械，使挖土的难度增大，土方 开挖比较困难，施工难度大，相应工期也比较长。该方法施工缝多，在接茬上处理不好对结构质量 和防渗漏有一定影响，逆作法支撑位置受地下室层高的限制，如遇较大层高的地下室，有时需另设 水平支撑或加大围护墙的断面及配筋，增加工程造价。采用逆作法时由于开挖和施工的交错进行， 逆作结构的自身荷载由立柱直接承担并传递至地基，则对中柱桩的布置设计、沉降量的控制等要求 很高。总之，只有考虑上部结构和地下室同时开工时，可以选择此方法。
即利用主体结构的楼板体系作为临时挖土支撑系统，并在楼板上预留出土口。逆作法的围护体 一般都采用地下连续墙作为围护结构，地下连续墙同时作为地下室的外墙，即通常所说的“两墙合 一”，同时利用地下室主体结构梁板作为内支撑体系。
逆作法优点：逆作法利用刚度较大的地下室楼板结构体系作为支撑体系，可以有效控制周边围 护体的变形，同时节省了临时内支撑的费用，基坑开挖深度较大时，在经济上比顺做法占优势。
2．围护结构选型 深基坑工程一般采用板式支护体系。板式支护体系由围护墙结构、支撑与围檩体系，以及 防渗与止水结构等组成。适合本工程基坑开挖深度的围护结构有型钢水泥土搅拌桩墙、钻孔灌注桩 +止水帷幕、地下连续墙，其中地下连续墙既可以作为临时围护结构，也可采用兼做地下室外墙的 “两墙合一”形式。
（1） 型钢水泥土搅拌桩墙（SMW 工法） 型钢水泥土搅拌桩墙即在水泥土搅拌桩中内插型钢，来进行挡土止水。型钢水泥土搅拌桩墙相 对于其他板式支护结构刚度较小，通常适用于开挖深度不大于 12m 的基坑，其施工占用场地较小， 型钢可以回收利用，如工期不是很长，能在很大程度上节省工程造价。若应用在超深基坑工程中， 因其刚度小，基坑开挖产生的周围地面沉降和位移较大，同时较大的变形容易时搅拌桩开裂而发生 渗漏。
4.竖向支撑体系选型 竖向支撑体系包括立柱和立柱下的立柱桩。绝大部分基坑工程中，立柱桩都采用钻孔灌注桩， 对于少数挖深小，面积小的小型基坑也可采用水泥土搅拌桩结合型钢立柱的做法。 本工程基坑开挖深度较大、施工场地较小，基坑面积较大，砼支撑竖向荷载较大，且支撑可能 需要结合施工栈桥布置，因此立柱和立柱桩承受竖向力较大。因此，基于本工程的特点，竖向支撑 体系选用钢管立柱和格构立柱，立柱桩采用钻孔灌注桩，钢管、格构柱插入到钻孔灌注桩中，以保 证立柱和立柱桩的可靠连接，增强支撑竖向和水平向的整体刚度，另在立柱穿越底板的位置设置钢 止水片。
圆环体系的布置形式，形成的无支撑面积较大，为挖土的机械化施工提供了良好的多点作业条
件，可提高挖土速度缩短深基坑工程的挖土工期。土方开挖可采用竖向分层、岛式开挖为主，最后
一层土方采用退挖方式。
支撑信息表
项目
中心标 高
压顶梁/围檩
圆环 撑
径向杆 件
连系 杆
第一道支撑系统
1. 围护结构
方案一
基坑普遍区域开挖深度为 9.00·9.50m，围护结构采用
度为 C30。围护桩的设置情况如图：
钻孔灌注桩。灌注桩设计强
钻孔灌注排桩外侧设置双排
钻孔灌注桩结合两道钢筋混凝土支撑体系均是可行的。故 钻孔灌注桩结合两道钢筋混凝土支撑
土搅拌桩套一轴施工，保证止水效果。
区段
钻孔灌注桩规格
钻孔灌注桩信息表 开挖深度
嵌固深度
有效桩长
第二类方案：基坑围护体采用
，
钻孔灌注桩结合一道钢筋混凝土支撑
根据对支撑体系选型分析的结果，采用两种支撑方案： 支撑体系方案 A：双半圆环支撑体系 支撑体系方案 B：对撑角撑支撑体系 因此根据支护结构形式及支撑体系形式的两两组合，基坑可衍生四个方案：
（2） 钻孔灌注桩+止水帷幕法 钻孔灌注桩+ 止水帷幕时软土地区传统的基坑围护结构形式，开挖深度小于 15m 的建筑基坑 工程中绝大多数都是采用钻孔灌注桩+止水帷幕作为围护体。根据基坑开挖深度的不同，止水帷幕 可以选择双轴水泥土搅拌桩、三轴水泥土搅拌桩和高压旋喷桩。止水帷幕造价由高到低依次为高压 旋喷桩、三轴水泥土搅拌桩和双轴水泥土搅拌桩。 与地下连续墙相比，钻孔灌注桩围护结构在经济上占有一定的优势，但对于超大超深基坑，一 般来讲，采用钻孔灌注桩+止水帷幕风险较大，主要是止水帷幕的质量难以得到有效地保证。一方 面，随着接坑开挖深度的加深，水泥土搅拌桩的垂直精度受到限制，导致深处搅拌桩桩间的搭接较 难控制，影响止水效果；其次，在土层较为软弱，基坑开挖深度很深的情况下，钻孔灌注桩围护结 构变形大，容易导致止水帷幕开裂；基坑工程周边环境保护要求一般都较高，大多不允许进行基坑 外进行降水，随着基坑开挖深度的增加，坑内外水头差增大，止水帷幕的抗渗性能变差，细小的渗 漏都可能引起管涌、流沙等严重后果。
2. 水平支撑体系 双半圆环支撑方案
竖向设置两道钢筋混凝土支撑，采用双半圆环式的布置形式。采用以水平受压为主的圆环支撑
形式，中间能够充分发挥混凝土材料优越的受压特性，而且具有刚度大和变形小的特点。在两个半
圆环支撑之间约 36m 范围内，东西向设置两道三榀的对撑桁架，用以控制东西两条边跨中的变形。 角部主要利用角撑结合径向支撑控制基坑变形。
方案一：
钻孔灌注桩+双轴深搅桩止水帷幕+两道钢筋混凝土双半圆环支撑体系。
方案二： 环支撑体系。
方案三：
，
钻孔灌注桩+双轴深搅桩止水帷幕+一道钢筋混凝土双半圆
钻孔灌注桩+双轴深搅桩止水帷幕+两道钢筋混凝土对撑角撑体系。
方案四：
，
撑体系。
钻孔灌注桩+双轴深搅桩止水帷幕+一道钢筋混凝土对撑角
注：有效桩长子圈梁底起算
基坑工程实施的难点问题。目前类似规模工程中常采用分区、分段浇注支撑系统等方式，可在一定 程度上解决该问题。
（2）圆环支撑体系 a.结构受力性能合理 基坑大致呈方形，可采用以水平受压为主的圆环支撑形式，能够充分发挥混凝土材料优越 的受压特性，而且具有较大的刚度和变形小的特点。 b.挖土空间大 圆环支撑体系的布置形式，可在基坑平面形成大范围的无支撑区域，为挖运土的机械化施 工提供良好的多点作业条件，同时也为工程提供了下坑施工的便利。在圆环支撑布置条件下，土方 开挖可采用竖向分层、岛式开挖为主，最后一层土方采用退挖方式，可提高挖土速度和缩短深基坑 的挖土工期。 c.对挖土提出较高要求，支撑形成时间长 圆环支撑体系具有较高的整体受力要求，基坑每一层土方的开挖必须待相应的支撑系统完 全形成之后方可进行。此外，从圆环受力应均匀的要求来看，该支撑体系对土方开挖也提出了较高 的要求。采用圆环支撑必须在每道支撑全部形成后才能发挥支撑作用和向下开挖土方，由于基坑面 积巨大，每层土方开挖和支撑整体形成时间较长，整体施工进度在一定程度上会受到影响。 d.双半圆环支撑 结合工程特点，若采用整体“顺做法”方案。圆环支撑平面布置可采用双半圆环支撑形式。 两个半圆之间设置对撑，一方面可以解决支撑受力问题，另一方面也便于结合首道支撑架设施工栈 桥。
3.1 支撑材料选型分析 钢支撑具有自重小，施工方便，安装和拆卸的速度快，而且可以回收利用，在一定程度上可以 节约工程造价。但钢支撑体系比混凝支撑体系刚度小，对施工质量的要求较高。需要保证支撑体系 各个节点焊缝质量和拼装质量。由于钢支撑自身的刚度较低，且都为拼装构件，安装节点比较多， 当施工不符合设计要求时，容易造成因节点变形和钢支撑变形引起的基坑水平位移过大，有时甚至 出现由于节点破坏，造成断一点而破坏整体的后果。因此，这便决定钢支撑的跨度不能太大，同时 也限制了基坑开挖的出土空间。钢支撑作为对撑，其受力线路明确，但作为角撑等斜向受力构件， 效果不好。钢支撑一般适用于形状较规则，宽度较小的基坑工程。 钢筋混凝土支撑在开挖深度较深，形状不规则的基坑中使用最为广泛，且施工工艺成熟。钢筋 混凝土支撑能加强整个平面结构体系的整体刚度，能有效地减少围护体顶部位移，有利于对周边环 境的保护。同时，钢筋混凝土支撑相比钢支撑不知更为灵活，不受基坑形状的限制，便于基坑工程 的分块施工。利用钢筋混凝土支撑能够预留较大的出土空间，方便土方的开挖，减少地下结构的施 工工期。另外，钢筋混凝土支撑还可以与施工栈桥相结合，可以进一步加快土方开挖速度，方便施 工。
即围护体采用传统的板式围护结构+临时内支撑的形式。其中板式围护结构可以选用 SMW 工 法、钻孔灌注桩+止水帷幕、地下连续墙；临时内支撑可以采用钢筋混凝土支撑和钢支撑。
顺做法优点：施工工艺成熟，施工方式简单，施工工期一般较逆作法有优势，目前使用最普遍 的围护方式。
顺做法缺点：顺做法相对逆作法多增设了临时内支撑，从而增加了总体造价。 （2） 逆作法：
3.水平支撑体系方案选型 深基坑板式支护体系中常用的水平传力体系有水平支撑和锚杆两种形式，由于本工程基坑 开挖深度达到 9.0·9.5m，而且周边紧邻下方埋有大量市政管线的道路，考虑到本工程开挖深度范
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围内分布有较厚的高压缩性软弱淤泥质粘土，该土层中锚杆难以提供足够的锚固力，不利于控制基 坑变形保护周围环境，另外本工程地下室外墙与用地红线的距离较小，也不具备施工锚杆的空间。 综上所述，本方案选用水平内支撑作为基坑开挖阶段的水平传力体系。
（3） 地下连续墙 地下连续墙刚度大，止水效果在所有围护体中最好，可以在很大程度上减少周边地下水的渗漏 问题。同时，地下连续墙方案施工工艺成熟，墙体的质量有保证，施工风险较小，占用空间较少， 对周边环境影响也较小。在软土地区，对于超过 15m 的深基坑，一般都采用地下连续墙作为围护 形式。目前，已经施工完成的超过 15m 的深基坑工程实例中，绝大部分都是采用地下连续墙作为 围护结构。 地下连续墙围护结构不需另设止水帷幕，只需要在槽段与槽段之间作防渗处理即可。从保护周 边环境角度讲，由于地下连续墙的整体刚度高于其他围护形式，在实际施工过程中，围护结构变形 和周边地层的位移和沉降都较小，适合于周边环境保护类型较高、基坑开挖深度较深的大型深基坑 工程。 地下连续墙又可以分为两墙合一和两墙分离两种形式，但目前绝大多数工程都采用围护墙和地 下室外墙“两墙合一”的形式。两墙合一地下连续墙作为围护体已经得到大量的工程实践，并且已 经发展形成了成套比较成熟的设计理论和施工技术，已成为深、大规模基坑工程首选的围护体形式。