罗军，张卢明，胡建

（核工业西南勘察设计研究院有限公司，四川成都 610051）

常规内支撑支护体系在城市建筑密集区的深基坑工程中已经得到了广泛应用[1-3]。双圆环内支撑体系由于具有变形控制较好和施工便利的优点，近年来在软土层中得到了逐渐的应用，一般采用单层结构，最大设计基坑深度8～10m[4-6]，本文在南充市紧邻建筑群的一个二元结构深基坑工程中首次设计采用了双层双圆环内支撑支护体系，设计最大基坑深度15m，获得了成功。双圆环较大的空间极大方便了基坑工程施工，通过对基坑上部边坡放坡与锚喷支护，进一步降低了主动土压力，中下部则采用双层双圆环内支撑结构，较好地控制了基坑周边的变形，同时也确保了紧邻基坑周边建筑物的安全。

1 工程概况

顺庆区人民医院改扩建项目位于南充市主城区，主建筑为1 栋4-16F 门诊和住院综合大楼，其余为停车位等附属设施，采用钻孔灌注桩基础。项目含两层地下室，基坑开挖底面标高为-16.5～-12.75m；基坑挖深为11.0～14.80m，基坑开挖面积8225.0m2，支护周长425.0m。

该工程施工场地狭窄，基坑周边建构筑物较多，被多栋建筑物紧密环绕。经调查，场地周边2 倍基坑深度范围内被19 栋既有房屋包围（一般位于红线外0～3.5m），且多数修建于上世纪八九十年代，建筑基础形式多为浅基础，且结构形式多为砖混结构，未见有地下室，部分建筑墙体已开裂，周边复杂的环境对基坑变形控制提出了很高的要求。基坑周边环境及支撑平面布置图见图1。

图1 基坑周边环境及支撑平面布置图

图2 基坑支护典型剖面图（图中尺寸标注单位为mm）

2 工程地质条件

拟建场地原始地貌属嘉陵江Ⅱ级阶地，地层具有明显的二元土岩组合结构，主要地层及设计物理力学参数见表1。

表1 基坑地层概况及设计参数表

地下水类型按其赋存条件及水动力特性可分为松散堆积层中孔隙潜水和基岩裂隙水。孔隙潜水主要富存于粉土和卵石中。勘察期间属于枯水期，钻孔实测地下水位埋深为2.5～4.8m，标高为272.0～273.5m，场地内地下水位略有起伏，孔隙潜水主要接受大气降水、周边居民生活用水的补给，受季节和人为因素影响大，地下水水位年变幅约1.0～2.0m。基岩裂隙水水量较小，分布不均匀，地下水位年变幅约0.5～1.5m。

3 基坑总体设计

3.1 基坑特点及设计方案

基坑开挖最深约15m，基坑环境复杂，临近建筑物多，上部杂填土最大厚度约4.6m，总体工程地质条件一般，局部较差。根据该基坑的工程地质条件和基坑工程特点，综合考虑经济和安全等因素，确定采用排桩+双圆环内支撑支护结构。

由于该工程地下室边线距离与红线大部分小于5m，最大距离约10m，基坑不可能大面积放坡开挖；同时基坑开挖面积较大，且场地四周均紧邻已有居民区，仅西北侧的仪凤街有施工通道，采用普通的内支撑支护型式难以解决土方开挖与运输难题。故采用双圆环内支撑结构，双圆环间通过支撑梁进行连接 (见图1)。为了方便施工，内支撑构件采用钢筋混凝土结构。

基坑地下水控制采用“截水帷幕+管井降水+监测水井+排水沟、沉淀池”措施，在基坑外围布置两圈高压旋喷桩、25 口监测水井（回灌井），基坑内布置降水井17 口。

3.2 基坑设计要点

支护结构安全等级为一级，结构重要性系数为1.1；采用荷载结构模式，按荷载“增量法”进行计算，整体计算采用MIDAS XD（平面杆系有限元法），边界条件为分布弹簧边界。单元计算采用理正深基坑7.5。

1）由于场地上部填土层厚度总体不大，性质尚可，为节约工程造价，将基坑上部2.5m 厚土体放坡并采用锚喷支护。

2）基坑支护桩采用旋挖钻孔灌注桩，桩直径和桩间距分别为1.2m、1.5m，采用C30 水下混凝土浇筑，设计桩长22～27 m，总桩数为282 根。

3）双圆环内支撑中，北环和南环直径分别为52.3m、39 m。支撑断面分别为：环撑1.2m×1.0 m、主撑1.0 m×1.0 m、次撑（斜撑）0.8m×0.8 m。

4）为便于施工和节约造价，支撑立柱为钢格构，共布置了117 个立柱。立柱截面尺寸为0.5m×0.5m，长度为15.5～17.5m。立柱下面的桩采用直径1.0m 的旋挖钻孔灌注桩，桩底进入中风化基岩不小于1m，桩长不小于11m，立柱嵌入立柱桩内长度4m。

5）采用筏板、斜撑和负一楼楼板（局部车行道及楼板道镂空处用钢对撑）进行换撑。

4 基坑施工过程

1）基坑开挖前，施工支护桩、立柱桩、高压旋喷桩以及降水井；2）1：1 放坡开挖上部2.5 m 厚土层，并施工锚喷结构和第一道内支撑；3）第一道支撑验收合格后，分层对称开挖第一道支撑以下土方至-8.1m 深；4）施工第二道支撑并验收合格后开挖至坑底后逐次启动降水井；5）待基础底板混凝土及底板周边回填混凝土达到设计要求强度后即开始拆除支撑构件。

5 计算与监测结果对比分析

该工程总共布置232 个监测点，其中支护桩顶水平和竖向位移监测点共26 个；深部水平位移监测点19 个；周边建筑物竖向位移和倾斜监测点39 个；混凝土内支撑轴力监测点每层各37个，斜撑轴力监测点6 个，对撑轴力监测点8 个；立柱竖向位移监测点24 个；周边地表竖向位移监测点17 个；地下水位监测点19 个（地下水监测点设置在对应监测水井内）。

限于篇幅，本文主要就基坑位移和支撑轴力进行分析。

5.1 基坑位移和轴力计算值分析

开挖至坑底后，基坑第一层支撑位移如图3 所所示，从图3可以看出，第一层支撑水平位移最大值为12.5mm，位于基坑东南角，其余位移基本小于10mm。

图3 基坑第一层支撑位移

开挖至坑底后，基坑第二层支撑位移如图4 所所示，从图4 可以看出，第二层支撑水平位移最大值为15.1mm，同样位于基坑东南角，其余位移基本小于12mm。

图4 基坑第二层支撑位移

轴力计算结果（限于篇幅仅列第一层支撑轴力图）显示第一层支撑最大轴力为9463kN，位于北侧圆环东南角位置（图5），第二层支撑最大轴力为11877kN，与第一层位置基本接近。

图5 基坑第一层支撑轴力

5.2 监测值分析

限于篇幅，本文监测值仅分析开挖至坑底阶段，即整个基坑开挖最深阶段。监测结果表明，基坑变形在可控范围内。

1）由于两层内支撑结构的实施，支护桩桩顶位移得到了很好的控制，最大位移为10mm。

2）基坑周边顶部地面水平位移9.5～11.5mm。在基坑土方开挖过程中，水平位移变化速率均小于1mm/d；土方开挖完毕，基坑运营期间水平位移变化速率小于0.3mm/d，总体趋于稳定。

3）基坑周边地表沉降最大位移12.8～15.2mm，变化速率一般为0.2mm/d，最大1.5mm/d，降水后期沉降速率明显减小，并趋于稳定。

4）第一层基坑轴力最大值为9255kN，第二层支撑轴力最大值为11272kN。实际位置与计算位置较为接近。

5.4 对比分析

实际监测结果与计算结果存在一定差异，主要表现在：

1）实测值一般小于计算值，一般小30%左右，原因是由于基坑四周高压旋喷桩和降水提高了土体抗剪强度，而MIDAS XD软件未能考虑此作用，故使得实测值比计算值小；

2）支护桩的计算最大位移位于桩顶下约3.5m 处，而实际监测结果位于桩顶下4～6m 处；

3）支撑梁的计算最大位移位于桩与围檩交接处，一般均大于10mm，实际监测最大位移仅约5mm；

4）基坑周边地表沉降实测值和计算值相差较大，实测值比计算值小40%左右，两者差距原因在于计算中未能考虑高压旋喷桩和降水提高土体抗剪强度作用。

6 结论

从监测结果来看，整个基坑在开挖及运营期间，支护结构及周边环境是稳定安全的。

1）基坑最大变形在开挖到底部及拆除支撑阶段，支护桩桩顶最大位移10mm，周边地表最大水平位移9.5～11.5mm，最大地表沉降12.8～15.2mm，最大沉降速率1.5mm/d。

2）支护桩的最大位移位于桩顶下4～6m，支撑梁的最大位移仅约5mm。

3）由于设计软件的局限，计算中未能考虑到高压旋喷桩加固土体使得土体抗剪强度提高的作用，故实际监测值要比计算值小30%～40%左右。

4）在周边环境复杂的深大基坑中采用双圆环内支撑是科学且安全可靠的，支护体系可克服不能使用锚杆的缺点，且有较好的刚度和整体稳定性，也很好地控制了基坑周边建筑物的变形，便于在狭窄场地施工。