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摘要：基坑工程是地下空间开发的基础，具有很强的复杂性，对基坑工程进行优化设计，一方面可以更好地保证安全性；另一方面也可以节省工程投资具有非常实用的研究价值。本工程结合实际地理位置，制定了合理的施工方案，给类似工程的基坑支护设计与施工提供借鉴。
关键词：基坑支护；优化方案；应用
1.工程情况简介
拟建工程场地位置件见图1，基坑占地面积约22000m2，开挖深度约19m。采用常规明挖顺做法施工，需设置4道大面积钢筋混凝土水平支撑，存在造价高、土方开挖与地下结构施工不便、工期长等缺点。本工程基本情况如下：
（1）拟建工程包括2栋超高层建筑（高度分别为140m，180m），1～4层商业裙房；
（2）拟建工程地下设4层整体地下室，基坑开挖深度约20米；
（3）工程为地铁上盖工程，地铁6号线民权门站整体位于本工程地下结构内；
（4）拟采用地下连续墙做止水、挡土结构，地下连续墙厚1.0米、深47米。
图1工程现场平面图
由图1看出，本工程基坑开挖深度很大，基坑支护结构体系、土方开挖、地下室结构施工规模大，条件复杂，基坑施工风险高、施工难度大。
2.常用基坑支护方法
2.1支护型式
工程所在场地地下水位高、土质软弱。根据大量工程经验（经过多方调研和考察），基坑支护方式的选择有如下特点：
（1）采用土钉支护的基坑深度一般不超过5m；
（2）采用悬臂式排桩支护的基坑开挖深度不大于6m；
（3）对深度大于6m的基坑，需采用内撑式或桩锚式支护；
（4）对于不可拆卸的锚杆，不允许超出工程用地红线；且开挖深度大于10m的基坑，采用排桩（或地下连续墙）+锚杆的支护方式，由于土质条件软弱，设置在黏性土中的桩锚支护的变形往往较大；
（5）一般而言，基坑开挖深度6m～12m时，可采用一道～二道内支撑；基坑开挖深度10m～14m时，可采用二道～三道内支撑；基坑开挖深度13m～18m时，可采用三道～四道内支撑；坑开挖深度18m～25m时，可采用四道～五道内支撑。当土质软弱、基坑周边变形控制严格时，内支撑的数量需在上述基础上适当增加。
因此，本工程的基坑支护方式不可能采用土钉支护或悬臂式排桩支护，而只能排桩（或地下连续墙）+多道内支撑的支护型式。同时，内支撑可采用钢筋混凝土支撑或型钢支撑。
2.2基坑施工方法
对于本工程，可考虑采用的基坑支护方法有如下几种：
2.2.1设置四道水平支撑+明挖顺做法（传统做法）：
明挖顺做法如图2所示。对于设置4道水平内支撑的情形，其施工工序为：
（1）施工竖向支护结构+止水帷幕
竖向支护结构包括排桩、地下连续墙等。当水平支撑长度较大时，还需对水平支撑设置竖向支托系统。由于地下水位高，还需设置阻断基坑内外地下水联系的止水帷幕，防止基坑内降水时基坑外地下水位下降并由此导致地面沉降，造成环境影响。
图2水平内支撑+竖向立柱支托系统
（2）基坑预降水+开挖第一步土方。将基坑内地下水位降低至第一道水平支撑以下，便于开挖第一步土方。
（3）施工第一道水平支撑；
（4）第二步降水+第二步土方开挖；
（5）第四步降水+第四步土方开挖；
（6）施工第四道水平支撑；
（7）第五步降水+第五步土方开挖至基坑底；
（8）施工基础底板；
（9）回填基础底板与围护桩（墙之间的）土体，设置换撑传力带；
（10）拆除第四道水平支撑；
（11）施工地下负四层结构；
（12）施工地下负一层结构；
（13）回填地下负一层与围护桩（墙之间的）土体；
（14）完成地下部分的施工。
2.2.2周边逆作+中间顺作法
明挖顺作法是由上到下逐渐施工临时性的基坑水平撑，基坑土方开挖到基坑底后，再由下至上施工整体地下室结构。该法的每层临时性支撑也需拆除。对于大面积基坑来说，这部分支撑的造价也颇为可观。对于基坑面积较大、预留反压土宽度又不足时，可比选周边逆作+中间顺作法方案的可能性。该法的特点是：
（1）分层逆施外围结构至坑底，随逆施分层开挖土方；
（2）外围施工至坑底后顺施中部基坑；
（3）中部基坑内结构分层与外围逆施板连接；
（4）利用外围地下结构梁板体系逆施做内支撑系统，节省支护造价；
（5）由于周边逆施的结构楼板宽度较大，作为水平支撑时，支撑刚度大，基坑变形控制良好；
3.基坑支护方案优化
3.1常规支护方案及存在问题
目前，深大基坑工程并已成为当前建筑业的一大技术难点。基坑的开挖深度可达到20～30m，软弱土中基坑一次性开挖面积达5万m2～10万m2甚至更大的大面积深基坑也越来越多。例如，上海虹桥交通枢纽开挖面积达15万m2以上，海河广场基坑开挖深度17.5m，基坑开挖面积约10万m2，高银METROPOLITAN中央商务区基坑开挖面积近10万m2，大面积基坑开挖深度19m左右，大悦城基坑开挖面积约7万m2，大面积基坑开挖深度15.5m左右，津港中心基坑开挖面积达6万m2以上。
从可持续发展的角度，当前深大基坑支护工程的设计、施工方法基本还是套用传统的深度不大的中小基坑的方法，即采用地下连续墙或排桩挡土，设置多道水平支撑或锚杆。由于基坑面积巨大，设置水平支撑造价高（每道水平钢筋混凝土支撑的造价可达数百万元，甚至上千万元）、施工周期长、拆除不便、土方开挖与地下工程结构施工不便，而且大量拆除的混凝土等固体废弃物处置与再利用困难，需占用大量的堆弃场地等，浪费了大量的人力、物力和社会资源，不符合可持续发展的政策。
软土地区深大基坑支护工程通常采用大量的地下连续墙（或排桩）和水平支撑或锚杆等临时结构作为支挡结构。当基坑宽度较小时，可采用型钢作为水平支撑，实现水平支撑的循环利用。但当基坑宽度较大时，常采用钢筋混凝土水平支撑。图4是某个大面积基坑的钢筋混凝土水平支撑形式，每一道水平支撑的造价可达1000～1500万元。
对于本工程，完全采用上述方案均存在技术、经济方面的一些问题如下：
3.1.1方案1：明挖顺作方案
对明挖顺作方案，有如下特点：
（1）由于基坑变形大，同时地铁车站基坑距邻近建筑物仅14m，基坑变形需严格控制，因此，基坑支护体系需要有较大的刚度，故水平支撑若采用图4所示的水平支撑，由上海城建设计院设计的本工程钢筋混凝土水平支撑方案与图4所示的某实际工程类似。
（2）造价：根据本工程基坑面积、开挖深度、变形控制要求，水平支撑需采用钢筋混凝土水平支撑其布置见图11。根据上海城建设计院的方案，明挖方案比盖挖增加了4道混凝土撑，其混凝土方量约12000m3，社会平均造价约2500元/m3，支撑总费用约3000万元
（3）工期：大基坑开挖及结构顺作至0.00标高时间约14个月，即塔楼出地面的时间需要14个月。
3.1.2方案2：周边逆作+环梁支撑+中间顺作法方案
方案平面图如图5所示。
与上述方案相比较，本方案特点如下：
（1）在塔楼与地下连续墙之间，由于反压土宽度不够，根据类似工程关于大面积基坑无支撑多级支护的成功经验，在此处的反压土处打设双排桩，形成二级支护，解决反压土宽度不足的问题。外围逆施至地下二层底板后，可开挖坑内塔楼位置土方至坑底；
（2）可把一个塔楼包含在首先开挖到底的基坑范围内，从而可顺施塔楼，同时逆施外围结构。
（3）外围施工至坑底后顺施中部基坑；
（4）中部基坑内结构分层与外围逆施板连接；
（5）利用外围地下结构梁板体系逆施做内支撑系统，不需拆除。不必设置临时水平支撑，节省工期和支护造价；
（6）可有效保证塔楼工期。
3.1.3类似工程：
旺海国际广场大面积基坑支护设计中的应用情况：在基坑北侧，基坑大面积开挖深度18.0m，局部深坑开挖深度22.5m。由于塔楼与基坑边的距离不够，反压土放坡后的宽度不能满足基坑稳定和变形控制的要求。为保证塔楼处也能进入中心岛施工范围，提前塔楼的工期，在塔楼与地下室外墙之间设置了双排桩，使北侧基坑最大开挖深度达22.5m的条件下，依靠多级支护，实现直接开挖到基坑底，根据调研情况，围护桩顶的水平位移在30mm～40mm，围护桩距道路仅3m，现场查看路面没有出现任何开裂，取得了很好的技术经济效果。
4.结论
仔细分析城市软土地基大面积基坑支护的成功方案后，对拟建工程的基坑支护方案进行了优化，计划采用周边逆作+环梁支撑+中间顺作的方案，此支护方案可节省大面积临时性钢筋混凝土水平支撑的造价与工期，同时，使塔楼可以进入基坑首先开挖到底的范围，可尽快开始塔楼地下室的顺作，提前了塔楼工期，最终实现相对工期短、投入成本小、支护体系可靠的管理目标。
参考文献：
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