边桁架内支撑体系在面积超大型基坑中的应用

边桁架内支撑体系在面积超大型基坑中的应用

张发科1高振宇 1.2

1.广州市市政工程设计研究院广州 510000

2.华南理工大学土木与交通学院广州510641

摘要：本文结合广州京溪地下污水处理厂基坑支护设计，介绍了边桁架内支撑体系在面积超大型基坑中的应用及效果，对其他类似工程有一定参考价值。

Abstract:The paper introduces a retaining & protecting design for excavation pit in Guangzhou JinXi Underground Sewage Treatment Plant. With the application of side truss inner support system in the super-large foundation pit, this inner support system is proved to be effective, even can be used and referenced in other similar super-large foundation pit.

关键词：边桁架内支撑体系；超大型基坑；支护设计；房屋保护

Keyword:side truss inner support system, super-large foundation pit, retaining & protecting design, buildings protecting

1.工程概况

广州京溪地下污水处理厂是我国首座全地埋式的膜生物反应器污水处理厂，位于广州市天河区北部，沙太北路以东，犀牛南路以北。占地1.8公顷，周边房屋密集。该地

更新统冲积层（Q3al）及残积层（Q el）。基岩为燕山期晚期第二阶段第二次中粒斑状花岗

岩（γ53-2b）。

场区的地下水混合稳定水位埋深为1.80~3.30m。由于场地含水砂层发育，厚度较大，分布广，含水丰富，对基坑开挖的设计、施工影响很大。

2.基坑支护设计

2.1基坑支护形式比选

本基坑长度X宽=164.9 X 84.6米，深度15.6米，平面长宽较大，属于超大面积基坑，如何选择支护形式，做到安全可靠、经济合理，设计从以下几个方案进行了比选：

表2.1.1 方案比选表

考虑到基坑周边民房密集，距离基坑近，环境保护要求高，采用方案2能较好的保证周边房屋安全，工艺成熟且施工简单。

2.2基坑支护设计

基坑围护结构采用φ1000@1100排桩+内支撑的刚性支护体系，基坑深度15.6米，竖向

设三道支撑，桩间采用φ1000的三管旋喷桩止水，沿基坑一周布置，止水桩长度16m，使基坑外侧形成一道封闭止水帷幕墙，

对撑+边桁架的内支撑体系中，如何确定横向对撑的间距，使既达到基坑支护受力变形要求，又做到经济合理，满足施工开挖要求，通过计算模拟，在东西向设置四道对撑，平均间隔约32米，南北向设置一道对撑。对撑之间设置边桁架，角部设置斜撑。对称、角撑结合的边桁架内支撑体系布置模型如下图2.2.1:：

图2.2.1 内支撑平面布置模型图图2.2.2 内支撑体系位移图（m）因地下污水厂池体布置不规则，基坑角部有连续阳角转角，应力集中，变形较大，模拟计算基坑位移最大值27.9mm。

基坑设计的难点及针对性措施：

1）本基坑底层范围地层为花岗岩残积土，该土层遇水易软化、崩解，散失土体抗力，针对花岗岩残积土的特点，考虑被动土压力区土层软化的情况，围护桩的嵌固深度在正常计算深度基础上加长0.5~0.8米.；

2）超长支撑传力不佳问题，当支撑超过一定长度后，由于轴线施工误差，在自重及轴向压力作用下产生附加弯矩且轴向力传递效果不佳。针对超长支撑的特点，通过计算比选，支撑截面采用“梁+薄板“组成的槽形板支撑，同时，临时支撑立柱间距控制在16米，其截面采用刚度较小的空心格构式钢立柱（立柱4L160X6格构式钢立柱，截面尺寸460X460mm），使轴力传递“顺畅”。槽形板支撑如下图3.2.2：

图2.2.2 槽形板对撑图

3）超长支撑平面外稳定。为解决杆件支撑体系平面外稳定性，每组主撑之间设置平面板。即保证平面外稳定性，又解决施工过程中材料、人员运输水平通道的问题。

图2.2.3 现场照片

2.3实施效果

基坑工程于2009年10月初开始基坑施工，2010年4月完成地下部分主体结构，总个基坑工程顺利完成。在基坑实施过程中，委托有资质的第三方单位对基坑进行全方位的监测。桩体测斜部分代表性基监测点的数据如下图：（“+”表示向基坑内侧位移，”-”表示向基坑外

侧位移）

图2.3.1 J13桩体测斜折线图

图2.3.2 J15桩体测斜折线图

从上图可知，桩体最大位移<20mm，满足规范要求。J13点桩顶为正值，J15点桩顶位移为

负值，两点设置在基坑两侧对称位置，说明桩体有向一侧偏移趋势。这与基坑施工时，西侧

（J13点）临时堆土地面超载，两边土压不平衡的情况吻合。

基坑周边部分代表性沉降监测数据如下图：

图2.3.3 基坑周边地面沉降时间关系图

从图表可知，基坑周边地面沉降小，最大沉降约14.3 mm（初始值为施工完第一道支撑时取得），满足设计要求。说明排桩+内支撑的支护体系到达了严格控制周边地面沉降变形的效果。

2.4房屋的保护

基坑东侧约500米处有山，地势为东高西低，且东侧为密集民房，距离最近的三角形房屋仅为5.0米。由于东侧有山丘，水头较高，民房正好位于地下水渗流路径上方。如果基坑开挖时有水土流失，势必造成房屋倾斜甚至倾覆。

为保护房屋，采取针对性的措施如下：1）在基坑边线与民房之间先行施工一道φ800@500双管旋喷桩防渗隔震墙，隔离围护桩施工孔成孔时震动，同时有效阻隔渗流路径，防止基坑开挖时地下水流失带走泥土引起的沉降；2）基坑支护采用刚度较大的钢筋砼内支撑体系，桩间采用旋喷桩止水；3）在房屋一侧预留袖阀管一排，间距2.0米布置，根据监测沉降结果跟踪注浆，补充房屋下方因失水造成的土层损失。

从监测数据分析，至地下部分结构完成施工时，各测点沉降速率变缓，基本趋于稳定。房屋最大沉降量48.7mm，向西倾斜累计位移量94.6mm（从房屋建成起至今的总倾斜量）。

3、总结

本基坑工程位于密集民房区，基坑的宽度和长度大，属于超大型基坑。工程实践表明：1）对称、角撑结合的边桁架内支撑体系在环境敏感地区作为超大型基坑的内支撑对控制位移、沉降是有效的；

2）主撑+薄板组成的槽形板对撑，即可解决超长支撑的刚度、稳定问题，又能作为施工栈桥，加快施工速度，便利施工。

参考文献

[1]（JGJ 120-99），建筑基坑支护技术规程[S]．中国建筑工业出版社2007

[2]广州地区建筑基坑支护技术规定(98-02) 《广州地区建筑基坑支护技术规定》编委会