柔性支护与刚性支护在超深基坑中的应用

刘富成，王胜飞，杨小跃，付照祥，赵洋

（中国建筑第八工程局有限公司，上海 200112）

0 引言

随着社会经济的快速发展，很多城市的市中心车位稀少，已无法满足社会需求，市中心拆改建已成为必然趋势，为追求土地资源的高效利用，满足市民日常出行需求，在占地面积有限的狭小空间超深基坑施工已成为一种常用的方式[1-2]，超深基坑最常见的支护结构为桩锚结构或内支撑结构，市中心改建项目由于受到周边环境制约，常规桩锚结构的锚杆过长无法采用，而内支撑支护工程造价过高对后续工序的影响较大[3]。因此针对超深基坑支护存在的问题，河南省直第三人民医院西院区综合楼改建项目选用了柔性支护与刚性支护相结合的联合支护形式。在研究施工过程中发现此种支护结构在空间受限的情况下对周边环境影响小，基坑支护结构稳定，造价可控，对后续工序影响较小，满足施工安全及使用安全要求，达到了预期的效果。

1 工程概况及基坑周边环境条件

河南省直第三人民医院西院区综合楼改建工程建设地点位于河南省郑州市中原区伏牛路 198 号河南省直第三人民医院西院区院内，地上 14 层，地下 4 层，基坑占地面积6 600m2，深达24.6m，最深处26m。

拟建工程北临陇海西路及陇海路高架桥，南临医院高层建筑住院部，西临华北石油局，东临医院急诊楼及住宅楼。

由于本项目基坑开挖深度24.6m，场地周边为已建建筑物且环境复杂、场地狭小，所以本基坑采用上部桩锚+下部两道混凝土支撑支护形式。

2 工程水文地质条件

2.1 地基土岩性分布特征

（1）地形地貌

拟建场地地貌单元属于拟建场地地貌单元属黄河冲洪积平原。地形平坦，场地最大高差约0.30m。

（2）地层概况：与基坑支护和降水有关的地层情况描述如下：

在勘探深度范围内将地层共分为11 层，主要为第四系冲积填土、粉砂、粉土、粉质黏土。

2.2 场地水文条件

拟建场地在勘探深度范围内，本场地地下水初见水位埋深20.0m，地下水稳定水位埋深为20.5～21.0m 左右，稳定水位埋深在标高101.5m 左右，地下水类型为潜水，一般水位年变幅2.0m 左右。近3～5 年中较高水位标高为104.0m，历史最高水位为13.0m。据此可知本工程需进行基坑降水设计。

3 基坑支护监测方案

3.1 支护方案

本工程深基坑支护设计平面如图1 所示。基坑开挖深度分为2 个区域，1 为地下二层区域基坑深度为自然地面下11.20m,2 为地下四层区域基坑深度为自然地面下24.60m，基坑侧壁安全等级为一级，根据基坑周边环境、开挖深度、工程地质与水文地质条件，结合本地区目前较成熟的作业设备方法，基坑支护采用止水帷幕+钢筋混凝土排桩+锚索+钢筋混凝土内支撑的混合支护结构，即柔性支护与刚性支护结合的联合支护形式，降水采用管井降水。本文仅针对地下四层超深基坑支护1-1 剖面设计进行阐述，如图2 所示。

图1 基坑支护平面布置图

图2 1-1 剖面图

1-1 剖面采用Ø1200 ＠ 1500mm 单排钻孔灌注桩，桩长L=36.0m，桩顶设1 300mm×1 000mm 混凝土冠梁。桩间设置桩径850mm 高压旋喷桩，桩长25m。止水帷幕采用3Ø850@1 200mm 三轴搅拌桩，空桩10m，有效桩长26.2m。

1-1 剖面，位于基坑南侧紧邻医院高层住院楼，住院楼基础采用钻孔灌注桩，桩间距过密，普通预应力锚索长度过长无法施工，本工程采用9 道ф400 全粘结旋喷锚杆，锚杆配筋均采用4S15.2 钢绞线，缩短锚杆长度，增大锚杆直径，达到抗拔承载力要求。

在基坑-15m 与-20m 处设置两道混凝土内支撑，加强基坑稳定性控制。

3.2 基坑监测方案

（1）基坑土方开挖、降水及地下室施工期间,应委托具有监测资质的第三方单位对基坑及周边环境进行变形监测。

（2）基坑监测采用仪器监测与巡视检查相结合的方法,监测范围为基坑外边线以外1～ 3 倍基坑开挖深度,必要时应扩大监测范围（基坑监测点平面布置图如图3 所示）。

图3 基坑监测点平面布置图

（3）监测内容主要包括但不限于以下内容：

①冠梁、坡顶部水平位移监测；②冠梁坡顶竖向位移监测；③深层水平位移；④立柱竖向位移；⑤锚杆内力；⑥支撑内力；⑦周边地表、道路竖向位移；⑧周边建筑竖向位移；⑨周边管线竖向位移；⑩周边建筑裂缝、地表裂缝、地下水位观测。

（4）监测点布置及测量除满足本设计要求外,还应严格按照国家相应规范、规程执行;监测频率与报警条件、巡视检查等应满足《建筑基坑工程监测技术标准》（GB 50497-2019）的规定,当监测值达到上述报警值时,应及时报警,并及时报送各方,以便分析原因,及时处理。

（5）表1 为基坑及支护结构监测预警值。

表1 基坑及支护结构监测预警值

（6）表2 为基坑工程周边环境监测预警值。

表2 基坑工程周边环境监测预警值

（7）本基坑按一级基坑要求进行施工监测，监测频率严格按《建筑基坑工程监测技术标准》（GB 50497-2019）执行，在围护结构施工前，应测得初读数。

对于监测项目，在无异常和无事故征兆的情况下，开挖后的监测频率可按表3 确定。

表3 开挖后的监测频率

4 监测结果分析

该工程位于市中心，周边环境复杂，基坑支护周期较长，工程量较大，监测内容较多。对3.2 检测方案中各个监测点连续观测，并对监测结果进行分析。监测工作从2021 年8 月基坑开挖开始，至2022 年6月地下室施工完成、基坑肥槽回填完成结束。因基坑监测点较多、监测频次较密，检测数据量较大，经过对各测点的时程曲线进行分析，筛选出几组有代表性的曲线，基坑变形时程曲线选择桩身水平位移、锚杆拉力和内支撑轴力对应的监测点[4]。

4.1 支护桩桩身水平位移

桩身水平位移测点号为G1～G15，监测采用CX3 系列测斜仪进行观测，支护钻孔灌注桩施工时测斜管随钢筋笼下至桩底。基坑开挖施工过程中，对桩身变形进行连续监测，将监测数据进行分析，筛选出一组桩身变形曲线图见图4。

图4 支护桩桩身水平位移曲线

图4 给出了基坑监测过程中15 个监测点桩身累计水平位移。由图4 可以看出，桩身水平位移曲线随开挖深度增加水平位移变化均较为缓和。

4.2 锚杆轴力

锚杆的轴力时程曲线如图5 所示，锚杆应力在基坑开挖阶段整体上呈波动上升状态，在基坑开挖至基底后锚杆拉力增加到最大值并趋于稳定。

图5 锚杆轴力曲线

4.3 内支撑轴力

图6 给出了实测的钢筋混凝土内支撑轴力时程曲线。监测结果显示，基坑开挖初期，支撑轴力较小，随基坑开挖深度的增加，支撑轴力也不断增加，开挖至基坑底部，轴力达到最大值，逐渐趋于稳定。

图6 内支撑轴力变化曲线

5 结论

根据现场监测数据可知柔性支护与刚性支护结合的联合支护结构是一种安全有效的复合支护结构，利用了柔性支护结构与刚性支护结构的各自优点，保证了深基坑工程施工安全与使用安全，在实际基坑施工过程中，可以得出以下结论：

（1）支护设计方案中表面，柔性支护与刚性支护结合的联合支护在狭小地形，周边环境受限的情况下有显著优势；

（2）监测结果表明，柔性支护与刚性支护结合的联合支护结构对深基坑侧壁的变形控制效果十分显著。该基坑测斜报警值为30mm，所监测点中坑壁水平位移最大值为10.51mm，未达到警戒值，保证了基坑安全；

（3）施工周期表明，柔性支护与刚性支护结合的联合支护结构相较于全部桩锚柔性支护结构施工周期较长，相较于全部内支撑支护结构施工周期较短；

（4）综合效益表明，柔性支护与刚性支护结合的联合支护结构对周边环境影响较小，满足本工程对基坑支护安全、工期、经济的要求。