自稳式基坑支护结构案例分析

自稳式基坑支护结构案例分析摘要：本文以上海某基坑工程采用自稳式基坑支护结构实例为基础，通过基坑选型的分析讨论，对内抛式注浆钢管支撑体系进行介绍，与其他支撑体系进行对比，分析其在12m以内基坑工程中的优势，以期对上海地区相似工程提供参考。关键词：基坑围护方案比选水平内支撑斜抛撑注浆钢管0引言我国城市化进程越来越显著，城市空间容量供需矛盾日益突出，〃十三五〃规划大力提倡城市地下空间的开发利用是解决城市建设空间不足和提高城市综合功能的有效途径，而地下空间的开发不可避免地涉及基坑工程。软土地区传统基坑支护技术大量采用钢筋混凝土结构，安装支撑造成施工空间狭小，挖土不便，导致工期延长，拆除支撑造成大量的建筑垃圾，切割或爆破产生噪声与扬尘更是对周围环境造成污染。自稳式基坑支护结构技术又称SKYSTAR技术。该技术使用钢构件代替传统钢筋混凝土支撑，实现直立开挖和钢构件的回收重复利用，在保证基坑安全的同时，可有效降低工程造价，极大提高挖土效率，显著缩短工期，可广泛适用于挖深12m以内的基坑。本文立足于拟建项目工况下对基坑内部支撑的选型的讨论，基坑支护选型应在安全的基础上，尽可能考虑到有利于开挖土方和提高施工速度，并能在按期完工的基础上加快了施工进度，减少整体工期以及相关费用。1正文1.1工程概况拟建建筑物包括公寓、酒店、办公楼、配套商业以及1层地下车库，均拟采用桩基。基坑面积约为34300m2，周长约830m，大面积开挖深度约为6.25m。基坑东、南、北三侧均为市政道路，且道路下方均敷设有大量管线。周边环境示意如图1所示。\3站式:?\!图1基坑周边环境示意图1.2自稳式支撑体系简介软土地区传统基坑支护技术大量采用钢筋混凝土结构，安装支撑造成施工空间狭小，挖土不便，导致工期延长，拆除支撑造成大量的建筑垃圾，切割或爆破产生噪声与扬尘更是对周围环境造成污染。自稳式基坑支护结构技术使用钢构件代替传统钢筋混凝土支撑，通过注浆钢管、加筋垫层、局部角支撑加固在基坑围护施工阶段就增强围护体系的整体稳定性，力求通过增加挡土墙自身稳定性来优化减少支撑设置，实现直立开挖，在保证基坑安全的同时，可有效降低工程造价，极大提高挖土效率，显著缩短工期，可广泛适用于挖深12m以内的基坑。1.3支护选型的讨论首先我们考虑比较常规的钢筋混凝土内支撑，钢筋混凝土支撑造价较高，同时还需设置竖向支撑系统即立柱桩等，支撑整体造价较高。钢筋混凝土支撑养护期较长，且支撑拆除也比较复杂，影响地下室结构的施工周期，拆除后产生的废弃混凝土处理费用也较为高昂，且处置不当将对环境造成影响。因此考虑到项目整体施工周期紧，周边靠近医院、高架，对施工噪声扬尘的控制要求很高，钢筋混凝土内支撑并不适合本项目。我们又考虑采用斜抛撑，最大的优点是可节约内部支撑造价，经济性较好。适用于面积较大，可盆式开挖的基坑，有利于加快土方开挖和基础施工。但是单独采用斜抛撑方案，基坑变形较大，最终变形量为三个工况变形的叠加：一是基坑内部土方开挖时产生的变形，二是斜抛撑下方土方开挖时产生的变形，三是斜抛撑拆撑时产生的变形，根据上海地区多个类似项目积累的工程经验，基坑开挖围护结构三次变形的累加值可能超过6-8cm。图2混凝土内支撑典型布置面图图3斜抛撑典型剖面图同时考虑到本工程主楼靠近基坑开挖边线，常规斜抛撑方案需要切割主楼底板，将对主楼施工造成不便。本工程北、东、南三侧基坑开挖边线与道路和管线距离均较近，常规斜抛撑二次挖土的施工空间受到限制，大部分区域基本上不具备可操作性。同时，采用斜抛撑会造成地下室施工工期加长，考虑本基坑环境特点，采用斜抛撑有可能会造成整体工期延误2个月以上，同时财务成本较高，基坑暴露时间过长，更不利于控制变形。所以此方案也无法满足项目需求，予以否定。最终，我们考虑利用自稳式基坑体系中的注浆钢管支撑技术，作为一项基坑支护新技术，可取代大部分常规的基坑支撑体系，特别适合取代常规的斜抛撑方案，有利于优化施工流程及工期；可实现敞开式开挖土方，无支撑施工、养护和拆除工况，无换撑工序，节省施工工期。注浆钢管施工流程如下：工况一;施工围护灌注桩+止水帷幕搅拌桩。工况二：施工注浆钢管，并跟踪注浆。工况三：施工顶圈梁，降水。工况四：分块分层开挖裙边土方及配筋垫层。工况五：分块分层开挖至坑底，浇筑配筋垫层、底板。工况六：施工地下结构至±0.00，割除注浆钢管。图4注浆钢管典型剖面图受力上，基坑开挖造成支护结构向坑内产生水平位移和倾覆的趋势，斜向钢管与排桩通过压顶连成整体，后拉的灌注桩在提供水平抗力的同时遮挡了部分土压力，前支撑钢管与坑底的配筋垫层组合使用，三力合一，很好的控制基坑水平位移和向内倾覆，提高了整各基坑的稳定性，同时前撑钢管和配筋垫层的有效连接增加了垫层控制到土体反向隆起的压力。本支撑体系的技术优点主要有以下几点：1、代替了原有复杂的支撑体系，施工内容大大减小。2、受力体系类似常规的斜抛撑，但无须对底板进行分块施工，基础地板不作为斜抛撑的支点，从而最大程度减少对基础底板的影响，在施工的空间安排上自由度更大。3、施工速度较快，且可实现土方的敞开式开挖，施工工期大大节约。4、无支撑施工、养护和拆除工况，地下结构施工可连贯进行。5、无换撑工序，节约成本及工期。6、有利于基坑的风险控制，内抛式支撑可在基坑回填后割除，基坑变形可控，本工程基坑变形可以控制和内支撑变形相似。7、绿色环保，环境及社会效益明显。钢筋、混凝土等材料用量远少于常规方案，又避免了拆撑时对环境的二次噪音、粉尘污染。图5注浆钢管布置图及开挖现场照片1.4选型对比对本工程而言，与常规三种支撑形式在变形控制、造价、工期、施工难度、绿色环保等方面的对比如下表所示。表1基坑支撑形式比选

支撑形式钢筋混凝土水平内支撑常规斜抛撑注浆钢管变形控制较好一般接近水平内支撑方案变形量造价LM造价较高支撑本身造价较低，但考虑二次挖土等因素经济性较差造价较低养护期较长，考虑避让竖向支撑系统难以大面积开挖，挖土时间较长，整体工期较长支撑下方留土需二次开挖，底板需二次浇筑，预计整体工期较斜撑钢管方案长2个月以上敞开式开挖土方，无支撑施工、养护和拆除工况，无换撑工序，施工工期大大缩短施工难度支撑拆除工况需要编制专门的施工组织方案一次挖土对施工空间要求较高，需要切割底板，底板二次浇筑，需要增加止缝钢板等附加措施工序简单，无支撑施工、养护和拆除工况，无换撑工序

绿色环保建筑材料均为一次性使用，废弃混凝土处置不利于环保建筑材料为一次性使用绿色环保建筑材料均为一次性使用，废弃混凝土处置不利于环保建筑材料为一次性使用凝土等材料用量远少于常规方案，又避免了拆撑时对环境的二次噪音、粉尘污染钢筋、混综上，注浆钢管方案在技术性、经济性、环境友好性方面都较其他两方案有较大优势。本项目基坑围护结构应优先考虑钻孔灌注桩+注浆钢管的结构形式。2结论本工程为上海地区基坑围护设计典型案例，围护形式采用钻孔灌注桩+注浆钢管体系。方案选择中我们考虑到基坑开挖面积较大，钢筋混凝土水平内支撑方案虽然能够较好的满足基坑安全要求，但在造价和工期上都不具有优势。常规斜抛撑方案虽然造价较低，但变形控制能力一般，且需要对底板进行二次浇筑，工期难以保证，造成财务成本大幅升高。注浆钢管方案可实现敞开式开挖土方，无支撑施工、养护和拆除工况，无换撑工序，大大缩短工期，减少造价；其变形控制可达到水平内支撑相似水平，且钢筋、混凝土等材料用量远少于常规方案，又避免了拆撑时对环境的二次噪音、粉尘污染。经过技术、经济、环保的综合比选，最终引入注浆钢管这种新的斜撑体系。在上海地区6-12米基坑的围护方案已经十分成熟，但是面临错综复杂的周边环境，天气影响，工期要求等，如何优化这些成熟方案，在老的技术成果中提炼出更适用于当下的技术提升，本案例一定参考价值。参考文献：【1】DG/TJ08—61—2017基坑工程技术规范【S】.上海：上海市城乡建设和交