环形支撑在天津南港软土地区深基坑中的应用

□文/陈 功 张苗苗

环形支撑在天津南港软土地区深基坑中的应用

□文/陈 功 张苗苗

以天津南港地区某工程为例，对其所在区域的场地条件、周边环境及工程地质条件进行了具体的分析，提出灌注桩加环形支撑的支护方案，充分发挥了环形支撑将所受外力大部分转化为轴力的优势，有效控制了支护体系的变形并对支护结构具体参数进行了比选，通过对现场施工的跟踪证明了支护方案的合理性。

基坑；支撑体系；轴力；变形

天津滨海新区普遍存在深厚的淤泥质粘土层，厚度5～11 m，流塑状态，高压缩性及触变性，给深基坑支护设计、施工带来了很大难度，因此，选择合理的支护形式对基坑安全性、经济性及施工工期尤为重要。深基坑支护结构体主要通过支挡结构承担坑外水平水土压力，环形支撑能够将作用于支撑体系的外力转化为轴力，同时充分利用混凝土抗压性能优势，有效地减小支撑数量，加大了施工空间，同时也减小了基坑位移。

1 工程概况

主体总长38.95 m，总宽 27.2 m，见图1，基坑深度11.9 m。基坑东侧距现状路58 m；南侧距现状路距离为80 m，其余方向为空地，无现状建（构）筑物。

工程地质参数见表1。

表1 土性参数

主要软弱土层岩性特征：①3近期冲填土，灰色，流塑状态；土质不均，夹粘土薄层，含有机质，局部夹粉土薄层，分布稳定；⑥2淤泥质粘土，灰色，流塑状态，土质不均，夹淤泥质粉质粘土、粘土薄层，含贝壳碎片，分布稳定。

勘察期间测得场区地下水稳定水位埋深为0.5～1.6 m，变幅在0.50～1.00 m/a左右。

2 支护方案选型

2.1 基坑特点

根据前述主体外形、环境及地质情况，总结该基坑具有以下特点：

1）周围环境简单，距现状建（构）筑物较远，有局部放坡开挖场地；

2）基坑开挖深度范围存在6.5 m厚淤泥质粘土层，抗剪强度较低；

3）基坑外形的长宽比较小。

2.2 支护桩型选型

根据该基坑规模及环境特点，结合天津地区常用基坑支护型式，适宜的基坑支护桩类型主要有钢板桩、SMW工法桩、灌注桩3类。

1）钢板桩。基坑深度11.9 m，表层土为冲填土，流塑状态、抗剪强度低，不适宜深度放坡，因支护深度大，开挖深度范围为淤泥质土层且桩嵌入范围内土层较软弱，抗剪强度低，计算支护桩嵌入深度大，采用常用的12 m桩长远不能满足基坑整体稳定性要求；另外，由于钢桩刚度小、变形大，拔桩时易扰动主体地基引起构筑物沉降，故不适宜于本工程。

2）工法桩。同时具有支护及止水帷幕功能，但其刚度相对较小，存在拔桩扰动主体地基的问题，同时，由于工程量小，工法桩进场费用相对较高，所以不适用于本工程。

3）灌注桩。可根据受力及变形要求选择合适的桩径、间距及配筋，刚度较大，承担土压力能力较强，变形较小，无拔桩工况，不会扰动主体地基，故适用于本工程。

2.3 支撑选型

由于主体构筑物外形长宽比较小，基坑外形可选矩形及圆形两种，结合工程具体情况并通过计算，两种基坑形状皆可行，但各有优缺点。

1）矩形基坑。占地面积小，支护桩用量相对较少，需设腰梁和内支撑，增加了钢筋混凝土量，为保证施工操作面，尽量加大支撑间距，导致腰梁弯矩偏大，配筋量高；同时，由于支撑长度大，为保证支撑受压稳定，需设立柱，施工操作面小。

2）圆形基坑。占地面积稍大，支护桩用量较矩形多，不需设支撑，仅设环形冠梁和环形支撑即可，使施工场地开阔，减小了施工周期。另外，由于环形将外力基本都转化为轴力，故环形冠梁、支撑基本为轴心受压构件，可充分利用混凝土抗压强度高的优势，故配筋量低。

两类基坑形状特点及经济性比较，在不考虑施工周期优势的前提下，圆形基坑较方形基坑节省投资约10%，同时，结合本工程场地开阔的有利条件，采用放坡减载、灌注桩加环形冠梁、环形支撑的支护方案，见图2和图3。

3 降水措施

由表1可知，基坑影响深度范围的地基土为不透水或微透水层，对施工降水的影响根据JGJ 120—2012《建筑基坑支护技术规程》进行了验算，结果表明，降水井影响半径约为7.0～8.0 m，同时，工程无临近现状建（构）筑物，故采用敞开式降水方案，在支护桩内侧设降水井，基坑外侧设截水井，并在开挖前进行预降水，减小了施工难度，节省了止水帷幕的投资，由于提前降水促进了软土的固结，从而增加了支护结构的安全系数。

4 施工跟踪及监测结果

工程实施过程中从基坑开挖至基坑回填期间对环形冠梁、支撑轴力，支护桩位移及坑底隆起等参数进行了监测，见表2。

表2 计算数据与监测数据比较

结果表明，环形支护结构水平位移开挖至坑底时达到最大并保持稳定且小于理论竖向计算数值；环形冠梁、支撑基本为轴心受压构件，实际发生轴力小于计算值；坑底隆起量集中发生在基坑开挖至基底高程初期1～2 d内，后期无继续发展。

5 结论

1）支护桩型中灌注桩工程适应性好，刚度大，适用于软土地基及变形控制严格的基坑支护工程。

2）主体构筑物长宽比较小的情况下，圆形基坑从支撑受力、增大施工作业面及经济性等方面由于方形基坑。

3）开挖深度范围存在深厚淤泥质土的情况下，不采用止水帷幕而采用预降水的措施是可行的。

4）环形基坑的实际水平位移值较理论计算小，内力以轴力为主，环形基坑施工中应注意周边挖土高度及荷载的对称性。

［1］刘建航，侯学渊．基坑工程手册［M］．北京：中国建筑工业出版社，1997.

［2］刘国宝．大直径环形内支撑体系的优化设计与计算方法研究［J］．现代交通技术，2010，（6）：73-75.

［3］王建中，周光熙．对基坑环形支撑系统的几点探讨［J］．地基基础工程，2008，（9）：40-43.

□张苗苗/天津城建设计院。

TU753

C

1008-3197（2013）05-19-02

10.3969/j.issn.1008-3197.2013.05.007

2013-04-08

陈 功/男，1975年出生，高级工程师，天津开发区建设工程管理中心，从事工程施工及监督管理工作