深基坑内支撑支护结构的工程应用浅析

深基坑内支撑支护结构的工程应用浅析

文章基于某高层建筑的基坑开挖工作，介绍了深基坑混凝土内支撑结构的特点，分析了混凝土内支撑支护结构在该工程中的应用效果，根据工程的监测资料，说明混凝土内支撑支护结构在大深度、大面积的软土地基基坑开挖工程中应用是行之有效的。

标签：深基坑；内支撑支护；软土地基

引言

随着我国城市化建设加快步伐，各地高层建筑层出不穷，对于高层建筑中的基坑开挖工作中，经常遇到由于深度较大、地基土工程地质状况较差或者周边具有较多的地下管网等情况，而使得基坑工程施工收到较大的约束，针对此类情况，工程中一般采用内支撑式基坑支护结构来解决问题。基坑工程的内支撑支护结构由支撑结构和挡土构造共同组成，其作用就是由挡土结构来承担基坑侧向的土、水压力，防止基坑土体出现坍塌破坏；由内支撑结构来协助挡土结构共同承担，使得基坑侧向土压力与水压力作用下的挡土结构保持平衡，从而控制基坑壁的位移。由上述基坑内支撑支护结构的组成部分及其作用机理可知，挡土结构与支护结构作为一个整体共同保证基坑工程的正常运行。基坑工程施工过程中还需要根据工程的止水与地基加固处理措施，并在保持基坑工程邻近建筑物、地下管网安全的前提下，才能使得基坑工程正常施工。本文主要分析了混凝土内支撑支护结构在我国沿海某城市的基坑工程的应用情况。

1 混凝土水平内支撑结构的特点

本文主要论述了混凝土水平内支撑系统在工程中应用情况，该内支撑支护结构具有的特点如下所述：

1.1 具有较好的稳定性能、刚度大、变形小，对于邻近建筑物和地下管线系统具有较好的安全保障。

1.2 耐冲击、承载力大，土方开挖过程中，挖土机有可能对支撑结构造成较大的撞击，所以需要支撑结构具有较好的抗冲击与抗压性能。

1.3 该支撑支护结构的拆除难度大，一般采用控制爆破的方式进行拆除，所以在实施爆破拆除工作前需要制定详尽的施工方案，以确保人员与建筑物的安全。

2 混凝土内支撑支护施工技术

2.1 工程概况及支护设计方案

某高层建筑设计为地下两层，平面建筑面积为5000平方米，开挖深度为11米，局部挖深达到15米。为软土地基。基坑土方量5000立方米。该基坑设计方案为：于基坑四周采用密布排列钻孔灌注桩（直径1000mm、间距1.0m和深23m）作为挡土结构；在挡土结构外侧采用双钻头的且水泥土配制比为13%的深层搅拌桩作为防水结构；基坑内设有两道混凝土内支撑结构并将支护桩的侧向水平力传递给围檩，基坑内部分软弱地段通过深度为7米的搅拌桩对地基进行加固。

2.2 混凝土内支撑施工

图1为混凝土内支撑支护结构断面示意图。混凝土支撑施工与土方开挖工作相互配合完成，混凝土内支撑结构的施工顺序为：外侧防水帷幕施工（深层搅拌桩）—支护结构钻孔灌注桩施工—支撑结构（立柱）—表层土方开挖作业—首道混凝土支撑结构与第一道围檩施工—深井降水—开挖地基土方至第二道支撑结构标高—第二道混凝土支撑结构与第二道围檩施工—开挖土方至基坑地面设计标高处—破工程桩的桩头并进行垫层施工—地下室底面板施工—养护地下室底板、拆除下层的混凝土支撑结构—第二层地下室施工—回填基坑—拆除上层混凝土内支撑结构—第一层地下室施工—基坑工程主体结构完成。

3 混凝土内支撑支护结构施工过程中关键技术措施

3.1 支护灌注桩系密排桩施工，由于桩间距要求为100mm，相对桩的直径来对比，对于灌注桩的垂直度要求较高，要求严格控制至1%范围内。支护灌注桩在施工时一般采用连续施工的方式，这样可以有效地客服桩体扩孔现象。根据有关的工程实践，一般在前一根灌注桩终凝后的1～2小时内，进行钻孔施打下一根灌注桩时，不会对前一根桩造成明显的扰动，而如果两根桩施工间隔时间较长，则会发生前桩扩径而导致后施工桩难以钻进的情况。

3.2 混凝土内支撑结构的立柱设置应尽量避开工程桩，一般将其设于工程桩单元的中心，将支撑立柱设计为底板采用灌注桩、上部采用型钢组合桩与工程灌注桩同时施工可以有效地节约钢材，且立柱下部在基坑施工完后还可以作为工程桩使用。

3.3 混凝土支撑拆除

混凝土内支撑结构的拆除工作需要待地下室底板施工后达到一定的强度后进行，采用松动爆破法。

3.4 确定基坑降水方案应该综合考虑多方因素方能确定

首先是工程地质概况，包括地基土的物理性质参数（地质组分、含水量、塑性指数）、地下水位、渗透系数以及邻近建筑物和地下管网；基坑的开挖深度及施工进度安排（施工方法、季节等）；拟采用的降水机械的使用状况和应用效果；类似工程的施工经验总结。

3.5 考虑内支撑结构对土方开挖的影响及两者的相互配合

在基坑工程施工中，土方开挖工作需要与内支撑结构施工相互配合完成。因为土方开挖开始后，支护结构与防水帷幕开始发挥自身的作用，所以需要尽可能地考虑减少支护结构对于土方开挖工作造成影响，同时也避免土方开挖工作对支护、防水帷幕造成破坏。为满足上述的要求，需要根据现场的土方开挖方案实施时按照先支撑后开挖的工序进行，一般第一次挖土至支撑标高时，立即进行支撑施工，等到支撑结构发挥支撑作用时，才能对支撑下部土体继续进行开挖工作。而為了赶工期盲目开挖、边挖边撑、先挖后撑都会造成工程安全事故。

3.6 施工监测

基坑开挖施工过程中，需要对支护结构的侧向变形、位移和沉降进行实时的监测，以科学的态度，根据实际的数据来知道基坑开挖施工是保证基坑工程安全、顺利实施的必要的技术措施之一。根据实时的监测数据也可以更好地验证基坑工程设计的可靠性，通过本高层建筑大楼的基坑工程监测资料，得到了基坑四周锁口梁顶板的水平和垂直位移、支护灌注桩的垂直度、混凝土立柱的轴力与沉降以及地下水位的变化和坑外地基的沉降情况。

根据本工程基坑开挖开始至基坑地下室底板施工完成之前，共施工监测13d 的观测结果如下。混凝土支撑的最大轴力：第一道支撑4897kN；第二道支撑9104kN；与理论计算比较较近。混凝土支撑在垂直方向的沉降最大值为16mm。支护桩顶部水平位移10～16mm，有个别测点达到27mm。资料表明，本工程基坑支护结构安全可靠，所有变形均在允许范围之内。混凝土支撑未发生开裂，整体刚度很好。第二道支撑爆破拆除后，第一道支撑的轴力有所增加（增加10%左右），支护桩位移基本不变。

4 结束语

通过工程实践表明，对于10米以上的深基坑，采用混凝土内支撑支护结构对于保障基坑开挖的人员及建筑物安全具有较好的效果。通过工程监测的资料显示，混凝土内支撑支护结构对于基坑面积较大、周围环境较复杂的基坑开挖工程，其较大的承载力、大刚度、优越的整体性能以及支撑立柱数量较少便于土方开挖等特点，有利于基坑开挖的速度并为地下室施工提供方便。但混凝土内支撑支护结构还具有拆除工作量较大、施工工期长等缺点，需要在今后的工程实践中逐渐改进。

参考文献

[1]李俊才，罗国煌，张文进.不同支护结构的实测土压力及其分析[J]，南京工业大学学报，2002，09：85-91.

[2]周顺华.开挖理论[M].北京：中国铁道出版社，1997：116-117.