基坑支護畢業論文

摘要：文章針對深圳灣填海區某大型地鐵上蓋綜合體項目基坑支護設計過程中，面對毗鄰三條地鐵線路的複雜環境，結合建築方案不穩定、開發品質高、銷售計劃緊的特點，在施工週期短、工程難度大的情況下，如何循序漸進地對基坑支護設計進行選型分析和演變優化，從而有效實現對周邊地鐵設施的保護，並取得良好的效果。可為類似工程提供設計及管理方面的參考。

關鍵詞：基坑支護;內支撐;建築方案;工程策劃;分區開挖;分坑

樁基坑支護設計及項目整體開發策劃對於每一個項目而言均具有非常重要的作用，它受制於多個方面，關乎着整個項目的開發銷售計劃和工程的順利實施。文章以深圳灣填海片區的地鐵紅樹灣物業開發項目(即深灣匯雲中心項目)基坑工程為例，重點介紹了臨近地鐵車站、隧道的超大深基坑在進行支護結構的設計選型時，除了保證自身的穩定和安全的同時，重點考慮注意事項，並主動適應業態複雜的大型地鐵上蓋綜合體，在前期面對建築方案調整、分期開挖、分期銷售的整體開發需求，又可以控制地鐵的位移變形，使其不超過相關規定。

1工程概況

紅樹灣物業開發項目位於深圳灣南側，東臨深灣二路，南臨白石四道，西臨深灣一路，北臨白石三道。擬建項目用地面積約6.8萬m2，為辦公、酒店、公寓及大型商業功能的大型地鐵上蓋綜合體項目，總建築面積近60萬m2;項目中間被配套的市政道路分為東西兩區，東西區在地下相通;東區為4層地下室，其中地下一、二層與上部四層裙房形成一個近10萬m2的大型購物中心，南側9/11號線車站與北側2號線下沉廣場通過項目地下二層斜向聯通實現站外換乘。周邊環境相對複雜，西南側地下室邊線距離地鐵11號線隧道邊線僅4.4～6.8m，南側大部分(除西南側)地下室邊線緊貼9號線與11號線換乘車站;東北側地下室邊線距離地鐵2號線隧道邊線約7～28m，西北側緊鄰地鐵2號線車站(局部位置緊鄰下沉廣場)。該項目基坑東西長約320m、東西長約分別是190m/130m，平面形狀大致呈較不規則的四邊形，支護周長約980m，基坑開挖深度約為12.34～20.08m，基坑面積約5.4萬m2，其餘大部分佔地為地鐵車站共用，是典型的臨近地鐵的超大深基坑(見圖1)。

2項目建築方案演變過程

紅樹灣項目2014年初確定了中標方，其建築方案為南北側地鐵通過地上、地下敞開式斜交換乘的方式將地塊分為兩片(見圖2)。在2014年底通過公開招標的方式引入合作開發方萬科後，設計單位與方案深化單位結合萬科開發理念，針對項目原方案商業面積零散不滿足設置體量較大的商業Mall的需求，以及商業和公寓各類出入口不能在四周主幹道設置的現實情況，在項目地塊中間代建的市政配套道路上設置出入口，並實現東西側功能上的動靜隔離。初步確定了西側4棟公寓加一棟辦公，東區兩棟較矮辦公和一棟350m超高層辦公的平面格局，但保留了地上、地下的換乘通道(見圖3)。後期由於地上地下的換乘通道對地下商業的影響和總平出入口影響太大而被迫放棄(見圖4)。再後期由於西區公寓景觀和視線的要求，以及新消防規範的實施而。

3對支護設計選型的影響和演變

3.1圍護結構的選型過程

紅樹灣項目基坑支護設計和工程管理工作在開展初期，結合項目南北側臨近已運營地鐵線路、周邊道路、場地地質條件等情況進行常規設計，在初步優化方案的基礎上，將地下室邊界條件實現穩定。基坑北側臨近已運營的地鐵2號線，基坑南側緊鄰即將運營的地鐵9號線及11號線，初步分析不具備採用常規放坡或排樁錨索的條件，基坑在填海區範圍內且整體基坑面積超過5萬m2。為了避免開挖過程中大面積卸載和開挖後的空間效應不對地鐵造成較大的影響，要求圍護結構必須要有足夠的剛度，所以在南北兩側的維護結構首選地下連續牆;而東西兩側靠近市政道路，具備放坡或設置排樁錨索的條件，從整體支護和經濟角度初步選擇排樁錨索體系。同時，止水在基坑工程中起着至關重要的作用。由於地連牆需穿越砂層等強透水層，若止水效果不佳，坑內發生滲漏甚至繞滲現象等引起的湧水湧砂，將導致基坑位移過大，抗傾覆、抗隆起及整體穩定等安全係數均大幅度降低，嚴重影響基坑安全，並使臨近的地鐵產生較大的變形及沉降甚至隧道管片結構受損，造成極大的安全隱患。故最終否決了基坑東西兩側採用排樁加錨索的維護結構。特別需要説明的是，由於南側9號線和11號線車站是兩線換乘共用一個車站，其開挖深度與開發項目基坑深度相當。根據南側地鐵9號線原設計單位提供的圖紙，原地連牆的嵌固深度基本滿足要求，且考慮到該車站是一個寬約40m、長約600m的大型地下剛體。該地連牆承受的水、土壓力遠小於東西兩側，如果在南側為項目基坑設置一道地連牆對項目地下室的佈局和功能也影響非常大。在基坑設計單位複核了原地連牆嵌固深度和內支撐條件，並經車站原設計確認，並得到地鐵相關部門和技術專家多輪溝通、協調後，本着受力明晰、可靠、經濟合理的原則，南側的圍護結構利用了這道既有的地下連續牆。根據以上分析情況，為了保證圍護結構的剛度及整體止水效果，本基坑的圍護結構確定採用地下連續牆來兼具擋土及截水的雙重作用。其中，南側利用既有的地下連續牆，西側及西北側新設計地下連續牆(見圖6)。新舊地連牆連接處設置若干旋噴樁的型式來進行銜接和補強。圖中地下連續牆的嵌固深度和截面，以及配筋，由於建築方案地下室的層數和深度不穩定，而無法準確的設計;但此時可以做一些前期工程準備工作和場地清理等工作。

3.2分坑樁的提出和內支撐結構的設置思路

在保證基坑安全的同時，需要嚴格控制地鐵的變形位移使其不超過相關的保護規定是本項目基坑內支撐設計的重中之重，所以本基坑的支撐體系由設計、業主、施工方原則上確定為剛度較大的鋼筋混凝土內支撐。在前期結合圖3方案中各個塔樓的相對位置，使得所設計的內支撐儘量減少對塔樓地下結構的干擾;以及儘早實現開工的目的，在穩定了方案地下室輪廓後由業主配合設計單位積極開展支護結構地下連續牆的設計及施工準備。由於基坑東西向長約320m、南北向約130～190m，基坑的變形具有長邊效應，即基坑在開挖過程中，其長邊中間位置附近的變形位移往往是最大的。本基坑北側長邊的中部，正好緊貼地鐵二號線紅樹灣車站與盾構隧道的交界處，車站的剛度顯然遠大於由預製管片拼裝的隧道結構，判斷分析後認為該處為基坑周邊最薄弱和敏感的部位，在與地鐵技術委員會初步溝通時被地鐵相關專家所認可，並要求在此處設置一道分坑樁。同時，本基坑西側和東側的支護深度和層數也均不相同而且施工進度要求不一致，場地西側的開發施工進度較為急迫，完工時間預定要比東側提前約一年左右。再者在項目西側的2號線車站與項目有約100m長、10m深的下沉廣場範圍是空缺，無法有效為基坑內支撐體系提供反力，使得北側的水、土壓力不能直接有效的傳遞和平衡到南側。因此，針對本基坑的需求和特點，設計單位在項目中間代建的市政道路位置，也即基坑東西區在地下室三層與四層交界處設置一道分坑樁，形成東側和西側兩個相對較小的基坑，能獨立施工互不影響，且可以有效的控制和減小地鐵車站和隧道連接處的變形。內支撐的佈置需要結合本項目的特點，應對其具體的型式進行深入細緻的分析，在分坑樁的基礎上，提出了三種內支撐的型式。由於建築方案和工程策劃一直在演變和細化中，也需要開發商各個職能部門多角度、多維度的深度參與，內支撐方案最初是常規意義上的概念設計選型，採用環型砼內支撐(見圖7)、單環加對撐和角撐(見圖8)、對撐和角撐(見圖9)等形式。中東區環撐雖讓出了超高成塔樓，但環撐直徑太大達到近150m，西區小環撐沒考慮下沉廣場的不利影響，以及對撐超長不穩定，後經設計院複核計算上述三個方案均有較多技術問題和限制條件而調整了設計思路。

3.3內支撐結構分區支護設計的優化

在東西兩個基坑的前提下，考慮下沉廣場的不利因素，將西區基坑將內支撐的形式穩定在四個邊角處，設置了四塊大角撐。起初在其中部區域，設置了呈十字狀的兩個大對稱來平衡兩側的土壓力。在南邊既有地下連續牆的區域，由於緊貼着地體9號線和11號線的換乘車站的結構剛體，土壓力並不大，所以僅設置邊桁架來進行支撐。在北邊2號線下沉廣場的區域，由於基坑外側並無實土來提供相應的支撐反力，故在這一區域不設置內支撐。為了保證足夠的支撐剛度且滿足中部高層塔樓的順利施工，結合場地形狀，東區內支撐結構採用雙圓環的環撐型式(見圖10)。支撐型式帶來的問題是西區基坑中東西向起到主撐作用的中部對撐，長度超過180m，對於對撐的剛度削弱較大，控制變形特別是平衡環撐的能力很低，不能有效的抵抗東區環撐傳來的巨大推力且影響了部分塔樓地下室結構的施工。針對上述缺點，以及開挖施工、方便拆換撐的考慮下，逐步進行了相應的優化(見圖11)。①西側基坑取消十字狀大對撐，僅在四個邊角處設置四塊大對撐，加強了支護剛度，並有利於塔樓地下室結構的施工;②根據下沉廣場處的最新建築調整方案，將其與本項目的地下室直接連通，僅設置高壓旋噴樁進行止水，地連牆斷開處可通過設置若干根灌注樁組成的“墩體結構”來進行加強。但支撐型式在技術層面仍然存在一定的缺點：不管是角撐還是圓環撐，都設置了過多的連繫樑，導致產生了過多的宂餘結構，使得傳力體系過於繁複不明晰;同時也加大了施工和拆撐難度，降低了施工效率，也較多的將西區B棟塔樓壓在東南角撐下面，東區環撐也對超高層巨柱有所限制。

3.4內支撐結構對項目整體開發策劃的影響

後續隨着建築方案的逐步穩定，將西區局部車庫、公交場站上提至地面裙房的方案調整，使得西區地下室減少一層從而大大減少土方開挖深度和土方量，同時也使西區內支撐的道數也穩定為兩道，項目整體策劃分期開發和施工銷售節奏也越來越明晰、投資方立足於市場大環境計劃將一期四棟公寓率先推出銷售，實現資金的部分回籠。為此西區基坑和結構主體先期施工對基坑支護設計提出了更高的要求，設計方案在業主工程管理方、營銷方、成本和施工方的共同介入下，為滿足上述目標設計單位結合建築平面各棟塔樓的具體位置，將內撐儘量錯開塔樓，錯不開的進行局部轉換，經計算複核共同確定下述原則：西區採用相對獨立可單獨拆除的角撐，並實現西區坑內空間最大化，使得後續地下室施工時不受內支撐拆換撐和地下室結構施工限制的B、C、D、E棟公寓產品，屬於一期分期圖(見圖12)，可以順利往上施工塔樓結構，以便於快速達到銷售所需要的施工節點，同時也可先施工西區的角撐並實現土方開挖，和主體柱基礎的施工。東區採用環撐可以使得東區工期最長的J座超高層塔樓的核心筒不受環撐影響，個別受影響的巨柱在環撐處的砼撐結構局部預留孔洞，在孔洞周邊就近實現結構轉換和補強。在東區由於根據需要設置三道環撐，在完成底板施工後350m超高陳塔樓的結構也不受整體拆換撐和地下室結構施工的影響而直接可以順利衝出地面，對超高層塔樓的主體結構的快速施工奠定了基礎。優化圖(見圖13)。後期在支撐型式基礎上，施工方提出儘量規整、施工和拆除方便，以及施工場地少、希望在撐上提供一些材料堆場及交通運輸的組織的需求。以及從施工策劃角度西區基坑先土方開挖施工至首道撐底，再施工支撐樁和塔樓樁基礎，然後施工二道撐、再開挖土方和其下底板各工序;東區基坑比西區相對較慢，從而在東西區各工序間可以順利實現流水。根據施工方的部分意見以及後期精細化計算後，進行了下面兩方面的相關優化：①西區減少了一些基坑角撐的連繫樑，使其傳力體系更加明晰;②東區取消了圓環撐的三角形連繫樑，直接將輻射撐支承在圓環撐上，受力簡單明確、有利於土壓力的傳遞。由於本工程的圓環撐(內徑125m、外徑140m)在圖13東、西區砼內支撐優化中平面示意圖二深圳乃至國內都尚無較多先例，在滿足計算的前提下，於三道環形內支撐和角撐上部重要部位加設結構樓板，以增加環撐和角撐的整體面外剛度，同時也可基本滿足施工方提出的施工場地不足的問題;後續經過設計方的精心計算和參與各方的共同努力，在大部分受力較大的角部區域增加了300厚結構加強板，最終演變成的內支撐施工圖(見圖14)。

3.5地鐵保護對支護方案的要求和影響

由於地鐵設施對沉降和變形是按毫米級別來控制的，所以基坑支護設計的重中之重是採用何種方式有效控制地鐵設施的變形，並取得地鐵集團技術中心的認可。本項目基坑支護設計基本完善前後，主動按深圳地鐵保護條例的要求，與地鐵技術委員會專家溝通並上會審議。經專家評審，在基坑西南角的AC段(基坑與地鐵11號線隧道間)和基坑北側的OP段(基坑與2號線隧道間西側)土體先採用袖閥管注漿進行加固後才開始基坑的施工。根據地鐵保護條例的要求設計單位還提交了華南理工大學採用大型巖土有限元軟件—MIDAS/GTS建立三維模型進行整體模擬的計算結果，最終的`支護方案計算結果滿足地鐵相關要求。同時要求在基坑開挖、地下室施工的全過程對地鐵車站、隧道和基坑進行有效不間斷的監測;後期第三方隧道監測數據顯示隧道的變形比理論計算要大，但仍在可控範圍內，根據地鐵技術委員會的再次審議，建議在北側2號線隧道與基坑間土體在原設計部分加固的基礎上，整體進行了隧道外袖閥管注漿加固，並要求在穩定隧道變形的前提下方可完成三道環撐下靠近地鐵隧道的土方(見圖15)。

4結束語

本基坑工程於2015年5月開始施工，目前西區基坑已完成地下室及上部主體的施工，而東區基坑已完成第三道支撐和其下土方的施工，正在進行後續底板的澆搗。根據施工現場的反饋，基坑內部無滲漏、支護結構變形較小，地鐵結構的變形也在地鐵相對可控範圍內，整體支護效果良好。

4.1本基坑支護設計主要從下面幾個方面來綜合考慮

(1)審慎對待臨近的地鐵設施，無論在基坑支護設計、施工、建築方案的深化以及後續的樁基礎施工過程中，都要將保護地鐵放在首要位置;同時需要與地鐵相關部門做好充分的溝通和協調。(2)支護結構是否受周邊場地，地塊道路、地鐵等限制條件，能否採用排樁錨索、放坡等支護形式，在兩三種可選方案的情況下應進行綜合比選，應選用安全性較高的方案，建議在臨近地鐵的基坑優先採用較為可靠的內支撐受力體系。(3)基坑東西向單邊長度約320m，為避免長邊效應採用分倉法設計，便於分坑分區域施工;從工程策劃角度使得地下室較淺、公寓較低的西區實現提前施工;考慮東區基坑更深、還有施工週期最長的350m超高層塔樓等因素，支護方案應重點考慮在拆除時對項目整體施工組織以及各工序合理流水的影響。(4)重視支護結構平面定位與地下室外邊線和項目紅線及周邊環境的關係合理設計。(5)基坑支護應配合業主各個相關方，充分溝通，共同介入和研究建築方案，避免被動接受輸入條件;及時溝通和掌握相關規劃、報建方面的信息，儘可能將施工速度最快、銷售有前置需求的單元或塔樓，儘量佈置在不受內支撐影響的範圍內。(6)對於支護樁、地連牆及後期工程樁的選型和施工方法也需要採用考慮減少抽降水和振動的成樁工藝，最大限度的減少對周邊地鐵的影響。

4.2本工程實踐總結

項目前期，在滿足建築規劃需求的前提下，多從工程策劃、營銷、施工等多角度調整建築佈局和方案，使得西區塔樓的平面佈局儘量避開內支撐，並提前考慮各個塔樓的樁基礎的設計是很有必要的;在首道撐樑底標高處基本可以具備各個塔樓樁基礎的施工，儘快開挖並施工第二道內支撐，從而在不完成西側全部地下室封底的施工策劃下，最終實現不受內支撐影響的4棟塔樓(B、C、D、E)從規劃報建、分期、到提前介入塔樓的施工、完成具備銷售形象、到實現快速銷售的目的是有可以實現的。在整個過程中對基坑設計逐步調整和優化，要避免由支護設計方單方面設計的局面，需要在業主設計部、項目部、工程部、營銷部以及施工方等全面、及時、持續介入的情況下，讓基坑設計方綜合各方意見，逐步達到以營銷、設計、施工為前置的項目基坑支護設計和工程策劃目標，為項目整體開發奠定堅實可控的基礎。經過2015年4月基坑開始支護設計開始，到後期的西區基坑的開挖施工，比常規工程策劃和設計管理思路實施的施工進度提前約6個月，至2016年底，項目西區銷售型公寓基本具備銷售的形象進度、東區基坑底板封底的目標，取得了良好的經濟效益和社會效應，為項目後續的開發建設奠定了堅實基礎。根據過程中第三方監測數據反映，基坑的變形在設計可控範圍內，但北側地鐵2號線隧道想基坑內的水平位移和沉降超過計算值，這與模擬計算有較大不符。這可能與填海區在沿道路下有較多拋石層，在施工樁基礎和後期西區拆除內支撐時局部採用炮擊破除法引起的震動有關，需繼續探討相關因素和計算模擬的假定合適與否。類似工程應多加關注和避免。

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