内支撑在基坑支护中的应用

赵 倩

(山西省勘察设计研究院，山西 太原 030013)

0 引言

近年来，随着城市建设的快速发展与城市地下空间的开发利用，基坑工程逐步加深。对于深大基坑而言，其支护形式大体可分为围护墙结合锚杆或内支撑两种。由于城市用地日趋紧张，基坑的周边环境也越来越复杂，当周边存在地下管线、地下建(构)筑物或建筑物深基础时，锚杆的应用就受到了限制，而内支撑系统则具有较大的优势。内支撑系统刚度大、控制基坑的变形能力强，构造简单，受力明确，且不必侵入周边地下空间，是在特殊条件下进行基坑支护的一种有效方法。本文以山西太原某基坑支护为案例，浅谈内支撑在深基坑支护中的应用。

1 工程概况

1.1 拟建建筑物及基坑概况

本工程拟建建筑物为综合体建筑，为地上3层，地下1层，高为18 m的框架建筑。拟建建筑物±787.30 m，拟建场地地表高程为787.68 m/787.20 m/789.0 m，基坑底标高780.75 m/777.40 m/780.55 m/779.45 m,基坑深度6.93 m/10.28 m/8.45 m/7.13 m/9.55 m/8.55 m，周长约511 m。原碎石桩处理范围内，基坑深度6.93 m/10.28 m/8.45 m，占现基坑西北侧约180.0 m，见图1。

1.2 周边环境条件与设计条件

基坑西侧已有建筑物基础距离支护桩外边线0.78 m～3.0 m，原建筑物地基处理方式为碎石桩。

2 场地工程地质、水文条件及设计参数

2.1 场地岩土工程地质条件

根据勘察报告提供资料，在基坑深度相关范围，场地地基土自上而下依次为：

第①1层：杂填土。杂色，岩性成分主要为碎石、砖块、杂土等生活垃圾及建筑垃圾组成，结构松散，堆积年限为20年以上。

第①2层：素填土。褐黄色，岩性成分主要细砂、粉土及粉质粘土等组成，结构松散。标贯试验实测锤击数N值介于4.0击～8.0击之间，平均5.2击。

第②层：粉细砂。褐黄色，夹中砂、粉土、粉质粘土透镜体或薄层。标贯试验实测锤击数N值介于5.0击～12.0击之间，平均6.9击。此次勘察场地原体育馆四周采用碎石桩进行处理，桩长7.0 m～10.0 m，桩径800 mm，桩间距为1.7 m，此次勘察12～15，26,27,36～45钻孔处于原碎石桩处理地基范围内。

第③层：粉土。褐黄色，夹粉质粘土、砂土透镜体或薄层。标贯试验实测锤击数N值介于5.0击～13.0击之间，平均8.3击。

第④层：细砂。褐黄色，局部夹粉质粘土薄层。标贯试验实测锤击数N值介于10.0击～18.0击之间，平均15.2击。

第⑤层：粉质粘土。褐黄色，夹有粉细砂。标贯试验实测锤击数N值介于9.0击～20.0击之间，平均15.1击。

第⑥层：细中砂。灰褐色，含少量粗砾砂。局部地段相变为细砂层。标贯试验实测锤击数N值介于16.0击～32.0击之间，平均23.4击。

第⑦层：粉质粘土。褐灰色，夹粉土薄层或透镜体。标贯试验实测锤击数N值介于18.0击～39.0击之间，平均20.3击。

2.2 水文地质条件

本次勘察深度范围内，揭露多层地下水。本工程混合水位埋深3.30 m～4.70 m，标高为782.96 m～783.81 m。勘察期间为平水期，地下水位年变幅为0.8 m～1.4 m。建议抗浮设防水位高程为784.0 m。

2.3 设计参数选用

根据勘察报告提供数据、现场取样室内试验及现场踏勘，结合周边项目施工经验，综合分析本次设计主要参数取值如表1所示。

表1 设计参考

3 支护设计体系

1)基坑侧壁安全等级为一级，设计使用期限为12个月。

2)基坑西侧临近已有建筑物距离较近，不考虑锚索，采用内支撑支护；原建筑物地基处理方式采用碎石桩，常用的灌注桩工艺无法施工，故采用咬合桩，见图2。

3)在有碎石桩范围内，采用咬合桩支护。A桩为咬合桩桩的素混凝土桩，B桩为咬合桩桩的钢筋混凝土桩。A桩混凝土采用超缓凝混凝土，要求必须在A桩混凝土初凝前完成B桩。A桩、B桩定位误差小于10 mm，桩的垂直度偏差小于0.3%。A桩桩径1 000 mm，间距1 500 mm，B桩桩径1 000 mm，间距1 500 mm，设计咬合厚度为250 mm。

A桩混凝土强度等级C20，混凝土缓凝时间不小于10 h，混凝土坍落度19 cm～21 cm，混凝土的3 d抗压强度值R3d≤3 MPa；B桩混凝土强度等级C30，水下商品混凝土灌注成桩，初凝时间10 h。B桩钢筋保护层厚度80 mm，钢筋笼的制作偏差应符合下列规定：钢筋笼直径偏差±10 mm，主筋间距偏差±10 mm，主筋长度偏差±100 mm，箍筋间距偏差±20 mm，孔底沉渣厚度不大于100 mm。

桩顶设置1.4 m×0.9 m冠梁，冠梁混凝土强度等级C30，钢筋保护层厚度35 mm。

在施工咬合桩前，需要做导墙，导墙采用C30混凝土，翼板宽2.0 m，厚0.3 m，导墙顶面高出地面100 mm，见图3。

4)支撑采用φ630×16(Q235B)钢管;一道支撑，支撑各支点设钢格构柱、水平面设联系梁HW300×300。

基坑开挖时开槽施工冠梁、支撑，支撑施工应采用开槽架设。支撑与基坑土之间的空隙用粗砂土填实，在挖土机械的通道处铺设道路。待冠梁混凝土强度达到设计值的80%以上时，方可进行下一步开挖。基坑开挖时，要注意保护支撑，当支撑悬空时，机械设备不得接触支撑。施工时，支撑不拆除，穿墙留洞，注意做好防水。土方回填至784.5 m，相关部门确认后，可拆除支撑。支撑的施工偏差应符合以下要求：支撑标高的允许偏差应为30 mm；支撑水平位置的允许偏差应为30 mm。支撑预加轴向压力800 kN。支撑上方不允许增加荷载。钢管支撑必须遵循先支撑后开挖的原则；相邻支撑的水平间距应满足土方开挖的施工要求；采用机械挖土机械作业的空间要求。

5)立柱桩及钢立柱。

a.立柱桩采用A900混凝土灌注桩，立柱桩长15.0 m。混凝土强度等级C30，钢筋保护层厚度50 mm。

b.钢立柱外形尺寸呈方形460×460，肢杆用L140×16角钢,钢材为Q235B；缀板用440×300×12钢板，间距0.7 m；嵌入基础底面以下钢筋混凝土灌注桩内3.0 m。避开梁、柱、桩、墙。

c.立柱尽量布设在支撑梁交点处；如不在交点处，节点区加腋，满足主筋35d的锚固要求。

d.钢立柱穿过主体结构底板的部位，在底板内设置一道或多道止水板，止水板道数应根据基础底板防水要求确定。止水板应在开挖后焊接上。主体结构与钢立柱相交部位做法由施工单位编制实施方案。

4 地下水控制设计

基坑四周布设三轴搅拌桩作为止水帷幕，采用管井降水。三轴搅拌桩止水帷幕，桩径850 mm，套接一孔法。水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥,每立方米水泥用量350 kg～450 kg,桩体无侧限抗压强度要求不小于1 MPa。采用二喷二搅工艺施工，水灰比建议取1.5～2.0。

降水井设计井底标高722.15 m(大部分进入第⑤层)，水平间距9 m，竖向间距16.8 m正方形布置。降水井开、终孔井径为φ700 mm，滤水管采用φ400 mm无砂管，部分采用φ325 mm钢管。井管外填滤层的滤料宜选用磨圆度较好、粒径较均匀的硬质砾砂和砾石，填砾粒径为6倍～12倍含水层土体的平均粒径。

回灌井回灌水量应根据水位观测孔中的水位变化进行控制和调节，水位变化超过1.0 m开始回灌，回灌后的地下水位不应高于基坑底1.0 m，停止降水的时间应满足主体结构施工期的抗浮要求，封井需经主体结构设计单位及支护设计单位同意。回灌井兼做观测井。

5 结语

上述工程案例的主要特点和难点在于周边环境的复杂性，既有建筑物距基坑外边线距离近0.78 m～3 m，且其地基采用碎石桩进行了处理，给基坑支护造成了一定的难度。采用咬合桩结合内支撑系统有效的解决了这一难题，基坑开挖后，监测数据反映该处最大水平位移仅8.6 mm，邻近建筑沉降仅8.4 mm。钢支撑具有架设和拆除施工速度快、架设完毕后不需等待强度即可直接开挖下层土方，而且可以通过施加和复加预应力控制基坑变形和支撑材料可重复循环利用经济性较好的特点，对节省基坑工程造价和加快工期具有显著优势。

本文简述了内支撑系统在基坑支护工程中的应用，并提供了一个成功的工程案例，对类似工程具有一定的借鉴意义。