深基坑内支撑支护体系在工程中的应用

耿秋红

（山西三建集团有限公司，山西 长治 046000）

0 引言

当前城市建筑分布密度高，且高层或超高层建筑居多，对于深基坑支护要求较高。支护体系的应用可以保证基坑边坡稳定，为基坑施工安全、有序开展提供技术保障，还不影响基坑既有建筑物、地下管线、周边物体的安全和正常使用。内支撑支护体系因技术可行性较高、技术发展较为成熟，被广泛应用。本文以该支护体系的具体应用为例进行分析，详细如下：

1 深基坑内支撑支护体系的优缺点

内支撑支护体系主要由内支撑体系与挡土结构两个部门组成，在基坑开挖过程中产生的土压力与水压力由挡土结构承担，并将侧向压力传递至内支撑，以避免地下水渗漏问题的发生[1]。通常情况下，支撑结构布置分为水平支撑体系与竖向斜支撑体系两类。

该体系的优点如下：①适用范围广，即使在软弱地层基坑施工中，也可发挥其作用，应用于邻近施工环境有密集建筑的工程中，内支撑支护结构也可有效减少基坑变形，该体系中的构件承载力性能只受材料强度、尺寸以及形式影响，不受周围土质制约；②不受基坑开挖深度影响，可根据基坑开挖深度与土压力值编制施工方案，技术操作便捷、经济性高。

该体系的缺点如下：需要较大作业空间，对土方开挖及主体结构施工造成影响；下层支撑结构拆除时，会造成基坑邻近地层位移；内支撑内力易受外部环境影响。如宽度为25m的基坑，外部环境温度由30℃降低至20℃，则支撑结构会缩短，而基坑的变形量增大；温度上升至30℃，变形无法恢复，基坑内的支撑内力增大。为此，若在高温环境下施工，需对内支撑构件做好涂漆或冷却处理。

2 深基坑内支撑支护施工方案的确立

编制支撑支护方案前，需对工程现场进行全面勘察，若环境复杂，则需提前做好处理为后续作业创造稳定的施工环境。但因建筑群分布密度高，对于土地的利用率高，施工难度也有所增大。为弱化施工环境对内支撑支护工艺的负面影响，保证施工质量，需开展方案比选工作。施工单位需就前期勘察中获取的有关地质土壤与水文资料对各方案进行比较分析，充分发挥内支撑支护工艺的优势。同时，方案比选时，需明确施工作业流程，划分作业区段，对支护施工进行实况模拟，保障方案适用性和可操作性[2]。此外，对于施工中易出现的安全隐患进行排查，编制应急方案，组织各项目部开展研讨会议，对方案进行论证。

3 实例分析深基坑内支撑支护体系在工程中的应用

某交通枢纽工程地下空间项目的地下一层为换乘大厅，两层通高，地下二、三层为社会停车场。基坑东侧为在建的高铁东站站房，距离基坑边约14.9m；南侧为规划中的市政道路，距用地红线距离小于31.5m；西侧距用地红线和规划中的高铁路约16.4m；北侧距同期建设的预留轨道交通1号线东站约8.1m。基坑开挖深度为15.8～17.5m，基坑开挖面积约为58936m2，基坑周长约为1005m，该基坑侧壁安全等级为一级。该处地貌属于徐淮黄泛平原区，地貌单元属于冲积扇三角洲。

3.1 基坑工程重难点

该基坑开挖面积约为58936m2，基坑周长约为1005m，开挖深度为15.8～17.5m，属于深基坑工程。项目地下水丰富，有两层高水头承压水，地层以粉土粉砂为主，渗透系数大，而且物理性质指标差，基坑等级为一级。地层局部有淤泥质土，基坑开挖时的坍塌和漏水风险极大。基坑周边环境复杂，应严格控制地层沉降，东侧紧邻已建高铁轨道和在建站房；北侧距在建地铁站仅为5m，且地铁区间盾构很快会通过该区域。高铁轨道和地铁建筑变形控制要求极高，如不进行控制极易造成地层变形过大，从而影响安全。基坑南侧和西侧开挖深度内存有较厚的淤泥质粉质黏土，需要采用较大刚度的支护结构确保基坑开挖对周边环境产生较小的影响。同时，现场施工环境错综复杂，采用多家单位同时作业。另外，根据国家高铁线网规划，高铁于2019年12月通车运行，建设工期要求十分紧迫。而且复杂的工程地质、水文条件是该基坑工程设计与施工中必须重点考虑并妥善处理的问题之一。

3.2 基坑总体方案设计

该工程周边环境较为复杂，整个场地下设3层地下室，基坑面积约为58936m2，预估基坑开挖深度最大为17.5m左右，属于超大面积一级深基坑，具有基坑面积大、开挖深度大、周围环境复杂等特点。经过多次方案比选，确定该基坑东侧和南侧采用围护桩+TRD止水帷幕结合内支撑支护，北侧和东侧采用地下连续墙结合内支撑支护，支护剖面如图1所示。

图1 地下连续墙支护剖面

3.3 圆环支撑设计

基坑东西长约为256m，南北宽约为225m，基坑平面形状接近矩形，较为规则，基坑采用具有拱形效应的环形支撑，通过拱形效应将内力大部分转化为轴力的形式，以充分发挥混凝土材料的抗压特性。基坑中心布置3道完整的同心圆环支撑，直径分别为187.3m、203.3m、223.3m；基坑四周采用角撑和连系梁将围护结构水平力传至环形支撑，支撑杆件均指向圆环中心，圆心角为4°～6°；靠近基坑角部及局部区域，利用传统角撑+对撑的布置形式。

3.4 圆环支撑内力及变形特征

此次计算采用理正深基坑支护结构设计软件V7.5进行内支撑杆件受力及变形计算。采用空间整体协同有限元计算方法，考虑了支护结构、内支撑结构以及土空间整体协同作用的线弹性有限元计算方法。计算表明，基坑主要为水平向坑内变形为主，最大位移为38.63mm。

当基坑开挖至坑底时，由于环梁特殊的受力特性，基坑侧壁水土压力大部分经过支撑结构转化为环梁轴力，轴力计算结果如图2所示。第一层支撑最大轴力为8592.7kN，最大弯矩为3669kN·m；第二层支撑最大轴力为31328.4kN，最大弯矩为7703kN·m。三道环撑受力状态均以轴力为主，因此环形内支撑可以充分发挥混凝土材料截面抗压优点。对于压力最大值，内侧两道环梁轴力分布没有较大的差异，最外侧一道环形内支撑轴力较大值出现在钻孔灌注桩支护的一侧，说明地下连续墙刚度要优于钻孔灌注桩，可以承受更大一部分的土压力。

图2 轴力计算结果云图（单位：kN）

环形内支撑受力以轴力为主，环撑结构同时也存在部分弯矩和剪力，因此理论中的完全受压状态在实际应用中是不存在的。剪力计算结果要小于轴力，最大值一般位于结构的交点。除此之外，计算结果显示弯矩也是普遍存在于支撑结构中的，其中环撑弯矩的正负最值都集中出现在基坑边中部位置处，弯矩最大值达到7703kN·m。另外，冠梁、环撑、支撑联系梁之间节点处弯矩也偏大，对于节点这种弯剪轴复合受力状态，在设计截面尺寸和配筋时，必须预留足够的强度安全储备。

3.5 监测结果

该基坑工程监测主要是对深层水平位移、内支撑轴力、立柱沉降和地表及邻近建筑物位移等内容进行监测，其中设置22个深层水平位移监测点，内支撑结构每层共布设36个内力监测点，立柱共布设60个沉降监测点，基坑周边地表沉降监测点共布设38个。根据监测资料可知，从基坑开挖至地下结构浇筑完成，基坑围护墙顶最大累计水平位移为57.6mm；支撑最大轴力为32381.9kN；立柱最大沉降为9.3mm，隆起最大为10.8mm；周边地表最大沉降为9.7mm。整个施工过程中各项指标均在控制范围内，工程达到预期效果。

4 结语

综上所述，建筑工程深基坑施工中，需从基坑开挖至基础竣工，对各项数据进行跟踪监测，而基坑及周边地基的变形量也必须在可控范围内。需注意的是，内支撑支护体系的设计及施工必须对工程现场的地质、水文情况、周边环境等进行综合考量，通过方案比选最佳方案。同时，做好施工过程管控，竣工后及时监测，以保证深基坑结构稳固、安全。