基坑工程方案比选（DOC31页）

基坑工程方案比选一、概述随着经济的发展，城市化步伐的加快，结合城市建设和改造开发大型地下空间已成为一种必然，如上海市地下空间开发面积达10~30万平方米的地下综合体项目近年来多达几十个，基坑开挖面积一般可达2~6万平方米。进入二十一世纪以来基坑工程呈现“大、深、紧、近”等特点，近年来建筑基坑工程呈现新的特点，各种新型的围护型式、施工工艺不断涌现。因此有必要对基坑工程的设计方案进行比选。1、基坑工程的特点：基坑工程的最基本的作用是为了给地下工程敞开开挖创造条件。正是因为这个基本作用，决定了基坑工程的特点：（1）、安全储备小、风险大。一般情况下，基坑工程作为临时性措施，基坑围护体系在设计计算时有些荷载，如地震荷载不加考虑，相对于永久性结构而言，在强度、变形、防渗、耐久性等方面的要求较低一些，安全储备要求可小一些。。因此，基坑工程具有较大的风险性，必须要有合理的应对措施；（2）、制约因素多。基坑工程与自然条件的关系较为密切，设计施工中必须全面考虑气象、工程地质及水文地质条件及其在施工中的变化，充分了解工程所处的工程地质及水文地质、周围环境与基坑开挖的关系及相互影响。另外，还要受到相邻的建筑物、地下构筑物和地下管线等的影响，周边环境的容许变形量、重要性等也会成为基坑工程设计和施工的制约因素，甚至成为基坑工程成败的关键。（3）、计算理论不完善。基坑工程作为地下工程，所处的地质条件复杂，影响因素众多，人们对岩土力学性质的了解还不深入，很多设计计算理论，如岩土压力、岩土的本构关系等，还不完善，还是一门发展中的学科；（4）、综合性知识经验要求高。基坑工程的设计和施工不仅需要岩土工程方面的知识，也需要结构工程方面的知识。同时，基坑工程中设计和施工是密不可分的，设计计算的工况必须和施工实际的工况一致才能确保设计的可靠性。2、设计条件：2.1、工程地质与水文地质条件基坑支护结构的设计、施工，首先要阅读和分析岩土工程地质勘察报告，了解土层分布情况及其物理、力学性质、水文地质情况等，以便选择合适的支护结构体系和进行设计计算。工程地质与水文地质条件是进行基坑支护结构设计、坑内地基加固设计、降水设计、土方开挖等的依据。基坑工程的岩土勘察一般并不单独进行，而是与主体工程的地基勘察同步进行，因此勘察方案及勘察工作量应根据主体工程和基坑工程的设计与施工要求统一制定。在进行基坑工程的岩土勘察前，委托方应提供基本的工程资料和设计对勘察的技术要求、建设场地及周边的地下管线和设施资料、以及可能采用的支护方式、施工工艺要求等。2.2、周边环境条件环境保护是基坑工程的重要任务之一，在建筑物密集、管线众多的区域尤其突出。由于对周围建（构）筑物及设施情况不了解，就盲目开挖造成损失的实例很多，且有些后果十分严重。因此基坑工程在支护设计前应开展环境调查工作，了解影响区内道路、管线、建（构）筑物的详细资料，从而为设计和施工采用针对性的保护措施提供依据。2.3、主体结构设计条件与施工条件主体结构的设计资料是基坑支护结构设计必不可少的依据。基坑工程总体方案设计时应具备建筑总平面图、各层建筑、结构平面图、建筑剖面图、基础结构与桩基设计资料等。基坑现场的施工条件也是支护结构设计的重要依据，主要应考虑工程所在地的施工经验与施工能力、场地周边对施工期间在交通组织、噪音、振动以及工地形象等方面的要求、当地政府对施工的有关管理规定、场地内部对土方、材料运输以及材料堆放等方面的要求等。2.4、设计规范与标准我国的岩土工程技术标准种类繁多，关系比较复杂，其中与基坑工程有关的规范、规程，即有国家标准如：《建筑边坡工程技术规范》（GB50330）、《建筑地基基础设计规范》（GB50007）、《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086）等；行业性的标准如：《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120）、《建筑基坑工程技术规范》（YB9258）；专业协会制定的标准如《基坑土钉支护技术规程》（CECS96）、《岩土锚杆（索）技术规程》（CESC22）；各个省市地区制定的地方性标准如：上海市标准《基坑工程设计规程》（DBJ08-61）、天津市标准《岩土工程技术规范》（DB29-20）、广东省标准《建筑基坑支护工程技术规程》（DBJ/T15-20）、浙江省标准《建筑基坑工程技术规程》（DB33/T1008）等。二、基坑总体方案选型基坑工程总体方案主要有顺作法和逆作法两类基本形式，它们具有各自鲜明的特点。在同一个基坑工程中，顺作法和逆作法也可以在不同的基坑区域组合使用，从而在特定条件下满足工程的技术经济性要求。方案分类如图1所示：图1基坑总体方案分类1、顺作法方案基坑支护结构通常由围护墙、隔水帷幕、水平内支撑系统（或锚杆系统）以及支撑的竖向支承系统组成。所谓顺作法，是指先施工周边围护结构，然后由上而下分层开挖，并依次设置水平支撑（或锚杆系统），开挖至坑底后，再由下而上施工主体地下结构基础底板、竖向墙柱构件及水平楼板构件，并按一定的顺序拆除水平支撑系统，进而完成地下结构施工的过程。当不设支护结构而直接采用放坡开挖时，则是先直接放坡开挖至坑底，然后自下而上依次施工地下结构。顺作法是基坑工程的传统开挖施工方法，施工工艺成熟，支护结构体系与主体结构相对独立，相比逆作法，其设计、施工均比较便捷。由于是传统工艺，对施工单位的管理和技术水平的要求相对较低，施工单位的选择面较广。另外顺作法相对于逆作法而言，其基坑支护结构的设计与主体设计关联性较低，受主体设计进度的制约小，基坑工程有条件尽早开工。顺作法常用的总体方案包括放坡开挖、直立式围护体系和板式支护体系三大类。1.1、放坡开挖放坡开挖一般适用于浅基坑。由于基坑敞开式施工，因此工艺简便、造价经济、施工进度快。但这种施工方式要求具有足够的施工场地与放坡范围。放坡开挖示意图如图2图2放坡开挖示意图1.2、直立式围护体系（1）水泥土重力式围护和土钉支护采用水泥土重力式围护和土钉支护的直立式围护体系经济性较好，由于基坑内部开敞，土方开挖和地下结构的施工均比较便捷。但自立式围护体需要占用较宽的场地空间，因此设计时应考虑红线的限制。此外设计时应充分研究工程地质条件与水文地质条件的适用性。由于围护体施工质量难以进行直观的监督，易引起施工质量不佳问题，从而导致环境变形乃至工程事故。水泥土重力式围护和土钉支护的示意图如图3所示。图3水泥土重力式围护示意图（左）、土钉支护示意图（右）（2）悬臂板式支护悬臂板式支护可用于必须敞开式开挖、但对围护体占地宽度有一定限制的基坑工程。其采用具有一定刚度的板式支护体，如钻孔灌注桩或地下连续墙。单排悬臂灌注桩桩支护一般用于浅基坑，在工程实践中，由于其变形较大，且材料性能难以充分发挥，经济性不好，适用范围很小。双排桩、格形地下连续墙等围护体型式所构成的悬臂板式支护体系适用于中等开挖深度、且对围护变形有一定控制要求的基坑工程。双排桩围护的剖面示意图、格型地下连续墙支护的平面示意图如图4。图4双排桩支护剖面示意图（左）、格形地下连续墙支护平面（右）1.3、板式支护体系板式支护体系由围护墙和内支撑（或锚杆）组成，围护墙的种类较多，包括地下连续墙、灌注排桩围护墙、型钢水泥土搅拌墙、钢板桩围护墙及钢筋混凝土板桩围护墙等。内支撑可采用钢支撑或钢筋混凝土支撑。1）围护墙结合内支撑系统在基坑周边环境条件复杂、变形控制要求高的软土地区，围护墙结合内支撑系统是常用与成熟的支护型式。当基坑面积不大时，其技术经济性较好。但当基坑面积达到一定规模时，由于需设置和拆除大量的临时支撑，因此经济性较差。此外，支撑体系拆除时围护墙会发生二次变形，拆撑爆破以及拆撑后废弃的混凝土碎块都也会对环境产生不利影响。典型的基坑支护剖面如图5（左）所示图5典型的围护墙结合内支撑系统示意图（左）、围护墙结合斜坡支撑示意图（右）对于超大面积的基坑工程，采用如图5（左）所示的支护方式时存在支撑太长、支撑传力效果不佳、支撑量大等问题，此时可采用中心岛式开挖方案，即先保留围护墙处一定宽度的土体，以抵抗坑外侧的土压力，然后将基坑中部的土体挖除，再施工中部的主体结构，再利用中部已施工好的主体结构反力架设支撑，然后将周围的土体挖除，施工周围部分的主体结构，最后拆除支撑。这种方案出土便捷，经济效果好，但基坑周边的地下结构需要二期施工，工艺复杂。当基坑开挖深度较浅时，可采用如图5（右）所示的围护墙结合斜坡撑形式，当基坑开挖深度较大时，可采用如图6（左）所示的中心岛结合周边多道支撑形式。图6中心岛结合周边多道支撑示意图（左）、围护墙结合锚杆系统（右）2）围护墙结合锚杆系统围护墙结合锚杆系统采用锚杆来支承作用在围护墙上的侧压力，它适用于大面积的基坑工程。基坑敞开式开挖，为挖土和地下结构施工提供了极大的便利，可缩短工期，经济效益良好。锚杆需依赖土体本身的强度来提供锚固力，因此土体的强度越高，锚固效果越好，反之越差，因此这种支护方式不适用于软弱地层。当锚杆的施工质量不好时，可能会产生较大的地表沉降。围护墙结合锚杆系统的典型剖面如图6（右）所示。2、逆作法方案相对于顺作法，逆作法则是每开挖一定深度的土体后，即支设模板浇筑永久的结构梁板，用以代替常规顺作法的临时支撑，以平衡作用在围护墙上的土压力。因此当开挖结束时，地下结构即已施工完成。这种地下结构的施工方式是自上而下浇筑，同常规顺作法开挖到坑底后再自下而上浇筑地下结构的施工方法不同，故成为逆作法。当逆作地下结构的同时还进行地上结构的施工，则称为全逆作法，如图7（左）所示；当仅逆作地下结构而并不同步施工地上结构时，则称为半逆作法，如图7（右）所示。由于逆作法的梁板重量较常规顺作法的临时支撑要大得多，因此必须考虑立柱和立柱桩的承载能力问题。尤其是采用全逆作法时，地上结构所能同时施工的最大层数应根据立柱和立柱桩的承载力确定。图7全逆作法示意图（左）、半逆作法示意图（右）逆作法通常采用支护结构与主体结构相结合，根据支护结构与主体结构相结合的程度，逆作法可以有两种类型，即周边临时围护体结合坑内水平梁板体系替代支撑采用逆作法施工、支护结构与主体结构全面相结合采用逆作法施工。逆作法的主要优点如下：（1）楼板刚度高于常规顺作法的临时支撑，基坑开挖的安全度得到提高，且一般而言基坑的变形较小，因而对基坑周边环境的影响较小。（2）当采用全逆作法时，地上和地下结构同时施工，因此可缩短工程的总工期。（3）地面楼板先施工完成后，可以为施工提供作业空间，因此可以解决施工场地狭小的问题。（4）逆作法采用支护结构与主体结构相结合，因此可以节省常规顺作法中大量临时支撑的设置和拆除，经济性好，且有利于降低能耗、节约资源。但逆作法也存在如下不足：（1）技术复杂，垂直构件续接处理困难，接头施工复杂。（2）对施工技术要求高，例如对一柱一桩的定位和垂直度控制要求高，立柱之间及立柱与连续墙之间的差异沉降控制要求高等。（3）采用逆作暗挖，作业环境差，结构施工质量易受影响。（4）逆作法设计与主体结构设计的关联度大，受主体结构设计进度的制约。当工程具有以下特征或技术经济要求时，可以考虑选用逆作法方案：（1）大面积的深基坑工程，采用逆作法方案，节省临时支撑体系费用。（2）基坑周边环境条件复杂，且对变形敏感，采用逆作法有利于控制基坑的变形。（3）施工场地紧张，利用逆作的地下首层楼板作为施工平台。（4）工期进度要求高，采用上下部结构同时的全逆作法设计方案，施工缩短总工期。3、顺逆结合方案对于某些条件复杂或具有特别技术经济性要求的基坑工程，采用单纯的顺作法或逆作法都难以同时满足经济、技术、工期及环境保护等多方面的要求。在工程实践中，有时为了同时满足多方面的要求，采用了顺作法与逆作法结合的方案，通过充分发挥顺作法与逆作法的优势，取长补短，从而实现工程的建设目标。工程中常用的顺逆结合方案主要有：（1）主楼先顺作、裙楼后逆作方案；（2）裙楼先逆作、主楼后顺作方案；（3）中心顺作、周边逆作方案。3.1.主楼先顺作、裙楼后逆作方案超高层建筑通常由主楼与裙楼两部分组成，其下一般整体设置多层地下室，因此超高层建筑的基坑多为深大基坑。在基坑面积较大、挖深较深