三圆环支撑体系在深基坑施工中的应用

上海建工一建集团有限公司 上海 200120

近年来随着深基坑工程的逐渐增多，深基坑支护技术也有了很大的发展。在软土地区的深基坑工程中，常采用钻孔灌注桩、钢板桩、SMW工法桩和地下连续墙等桩板式支护体系作为围护体系，坑内设置现浇钢筋混凝土或型钢水平支撑。支撑体系的布置形式一般有直交式对撑、垂直对撑、角撑体系和边桁架支撑体系。但常规的支撑方式对基坑土方开挖和地下结构的施工造成极大不便，从而导致施工工期延长、经济效果差等影响。若采用环形支撑替代常规对撑方式，发挥其受力合理、有效利用施工空间、结构工程量小，可以获得较高的经济效益[1]。

目前，环梁支撑的平面形式已经由最初的单圆形环梁发展为椭圆形环梁、格构式环梁、双圆形环梁等型式。邓永恒[2]采用了单环内支撑结合地下连续墙在软土地质建筑密集区应用施工。李象范等[3]在上海绿洲中环中心基坑工程采用了钢筋混凝土单圆环桁架支撑系统。龚昕等[4]论述了双圆环形支撑在基坑工程中的布置原则，并分析了双圆环形支撑受力合理性及工程适用性。李煜等[5]探讨了围护结构平面采用双圆环支撑体系的选型依据与思路，并着重讨论了支撑体系的分析和计算。姜忻良等[6]讨论了基坑开挖过程中环梁结构受力的特点以及对周围环境的影响。

本文主要以实际工程为例，对三圆环支撑施工技术措施进行了探讨，为解决实际工程中相应问题提供了施工依据和解决方法。

1 工程概况

本工程位于上海市浦东新区浦明路浦电路交叉口、北靠1-7地块、南近1-10地块（图1）。工程分为A、B两个基坑区域。其中A区由3 幢17～21 层的办公楼与地下3 层车库组成。占地约37 015 m2，总建筑面积为166 237 m2。

图1 周边环境示意

2 基坑特点分析

（a）施工场地：工程东侧为世贸滨江花园，距基坑约38 m；西侧距离黄浦江约38 m；北侧为新鸿基在建工地；南侧为正在进行围护工程施工的海航工地。

（b）周边管线情况：供电管和雨水管分布于靠浦明路一侧，煤气管线分布于靠黄浦江滨江绿化带一侧，离基坑较近。

（c）基坑特点：场地呈南北向长方形，东西宽约125 m，南北长约270 m。本工程±0.00 m相当于绝对标高+5.45 m，场地自然地坪绝对标高为+4.50 m，基坑深度约为17.5 m。

（d）工程地质情况：场地原有煤渣堆场，内无明浜、暗浜或塘分布，浅层杂填土普遍较厚，最厚达4.7 m，含大量混凝土块、砖块、煤渣等建筑垃圾。场地中部分布有东西走向的古河道。

3 基坑围护结构概况

基坑采用钻孔灌注桩+三轴搅拌桩的挡土止水体系，围护采用“两墙合一”的地下连续墙，墙厚800 mm。坑底局部采用三轴水泥搅拌桩和高压旋喷桩进行加固。

基坑竖向设3 道圆形临时钢筋混凝土支撑，其中两圆环之间设置1 道栈桥。三圆环半径分别为35 m、35 m和45 m，其中第1道支撑混凝土强度为C30，第2、3道强度采用C40。支撑中心相对标高分别为：－2.45 m、－7.95 m和－12.45 m。支撑平面如图2所示。

图2 基坑支撑平面示意

4 工程重点

（a）土方量较大，施工现场日出土能力较小，主基坑底板完成节点工期紧张。工程主基坑土方量约为440 000 m3，但本工程仅有2 个现场出入口，根据以往施工经验，日出土能力在3 000～4 000 m3左右，因此需要一种合理的支护形成保证出土量。

（b）塔楼主体结构封顶节点工期紧张。根据业主工期节点目标要求，±0.00 m混凝土浇筑时间在开工后510 d完成，且要求1#、2#塔楼同3#塔楼同时完成，因此必须采取塔楼先行施工的流程，在±0.00 m完成前就提前进行塔楼上部结构施工，才能确保塔楼上部结构能如期封顶。

（c）本工程由于地下室面积较大，为了能满足业主的售楼要求及工程工期需要，必须减少主楼及其配套设施的建设时间。而通常施工顺序为完成地下室后才进行主体结构施工，其间又需要进行支撑拆除，这样就大大地增加了总体工期。

为兼顾业主售楼要求，工程对支撑布置形式，主体结构施工进度以及交叉施工作业形式进行了合理布置，最终确立了三圆环支撑形式，并采用先施工主楼区域，同时进行周边大地下室施工的工序，减少了支撑拆除的工期影响。

5 施工工艺要点

5.1 施工准备

为了确保基坑支护、降水支护工程尽快开工，结合业主要求及现场场地条件，应做好以下各项准备工作：

（a）施工前做好施工现场总平面方格网的测量工作，施工现场的自然地貌的测量方格网必须经甲方及监理签字认可；

（b）积极配合业主做好现场周边居民的工作；

（c）开工前完成场区内地下管线及其他障碍物的清查；

（d）对影响施工的构筑物进行清除或改造；

（e）为保证施工现场钻孔机的正常施工及运行，施工前将施工现场整平。

5.2 施工总体流程

（a）首先进行围护灌注桩施工，期间适时穿插三轴搅拌桩、高压旋喷桩以及地下连续墙。立柱桩及格构柱施工在围护桩、立柱桩以及止水帷幕全部施工完成后，开始第1层土方开挖。

（b）本工程土方开挖1～3层采取中心岛开挖的方式（图3），第4层采用盆式开挖，分4层进行开挖（图4）。

（c）A区先开挖周边环形支撑区域土方，非支撑区域留设中心岛停放挖机进行土方外运，支撑区域土方开挖完毕后再进行非支撑区域土方开挖。

（d）第1、2层土方开挖时，利用取土平台进行运土。

（e）第3、4层土方开挖时，由挖机在基坑内进行挖土及翻土，将土方驳运至栈桥区域旁，然后再由在栈桥上布置的长臂挖机将土方运出基坑。

（f）前3层土方均先开挖支撑区域土方，施工混凝土支撑的同时再进行非支撑区域（圆环支撑内）土方开挖；进行第4层土方开挖时，为加快塔楼区域施工进度，先开挖非支撑区域（圆环支撑内）土方，再开挖支撑区域土方。

（g）每一层土方开挖根据支撑位置，分为支撑区域及非支撑区域2 个施工区域。

（h）每一道支撑混凝土强度达到设计强度的80%后方可开挖支撑区域下一层土方。

图3 第1～3层土方开挖示意

图4 第4层土方开挖示意

5.3 施工要点

（a）支撑底模采用厚5～10 mm素混凝土垫层，上铺油毛毡隔离材料，环形撑侧模采用Φ32 mm螺纹钢作为水平围檩、木方作为竖向围檩，采用M12螺栓对拉。螺栓之间间距不大于600 mm，水平距离600 mm，底部第1道螺栓离底部高度不大于300 mm。

（b）由于支撑为环形撑，采用Φ32 mm螺纹钢按环形支撑的直径定型弯曲后作为水平围檩，必须注意弯曲的弧度正确，按环形撑的内外直径分别进行弯曲加工。

（c）混凝土浇筑时按梁中间向两端对称推进，由标高低的地方向标高高的地方推进。施工缝的留设位置事先根据浇捣混凝土的时间间隔和混凝土供应情况设计。一般设置为支撑的跨度的1/3处。

5.4 主体结构施工

根据基础后浇带位置，将基础分为塔楼区域及非塔楼区域（塔楼区域基本位于圆环内，支撑拆除不影响塔楼区域基础框架施工，如图5所示）。基础底板施工完成后，拆除第3道支撑时立即进行塔楼区域地下3层框架结构施工，塔楼区域地下2层、地下1层框架结构施工以此类推。按以上施工流程，塔楼区域基础完成时间比非塔楼区域基础完成时间可提前两个半月。

塔楼区域±0.00 m施工完毕后，将塔楼区域的基础顶板作为塔楼上部结构施工的材料堆场及加工场地，由塔吊将材料从停放在栈桥上的材料运输车辆上吊运至塔楼区域基础顶板上。

图5 区域划分

5.5 施工监测

本基坑开挖深度大，工程安全等级为一级。基坑面积较大、基坑工程周期长，除需对基坑施工阶段进行监测外，还需对周边的环境保护对象进行重点保护监测。根据工程性质，监测工作主要由基坑本体监测和周边环境监测两部分构成，其中基坑本体监测包括了围护体的变形监测和受力监测。周边环境监测包括周边道路路面、地下管线、邻近建（构）筑物、防汛墙以及地下水位的监测。

6 结语

本工程采用地下连续墙与环形内支撑相结合的支护体系，合理地将支护结构承受的侧向土压力、水压力转化为环形梁的轴压力。三圆环内支撑的支护形式既巧妙地利用了现场基坑的固有特点，加快了区域内的土方开挖以及主体结构施工，又充分发挥了环形梁受轴压力性能优越的特点，保证了基坑支护的稳定，基坑的位移得到了有效的控制。基坑施工过程中，周边的沉降位移均不算大，并未影响到周边的建筑物以及管线。此外，该方法还提高了工效，为工程总进度节约了近2 个月，确保了在城市密集建设区中软土地基深基坑的顺利开挖，为同类工程施工提供参考依据。