Support system in foundation pit基坑内支撑体系在大理地区施工运用——以铂尔曼酒店基坑工程为例

李德志 1 李静峰 2 张根汉 3 朱碧伟 4 樊有云 5 杨文早 6

1. 大理市建筑工程质量监督站 云南省 大理市 671000

2.大理市建设监理有限责任公司 云南省 大理市 671000

3.剑川宏盛古建筑工程有限公司 云南省 大理市 671000

4云南建设工程监理有限公司 云南省 大理市 671000

5云南建设工程监理有限公司 云南省 大理市 671000

6.云南翰文监理有限公司 云南省 大理市 671000

摘要：随着旅游城市大理市环保措施的推进，城市建筑物的密集程度大大增加，随之而来的便是建设用地审批的难度越来越大，可以规划的建筑用地也是少之又少，地价也是越来越高。如此唯有在有限且高价的土地上盖出更多的房子方能满足开发商的利益，然而楼层越高，就意味着地下室部分的深度也要越深，方能满足结构稳定性要求。所以，基坑支护，内支撑支护形式在洱海周边建筑得到较大运用。一是深度越挖越深，可占用的面积越来越小，周边高层建筑物密集且距离越来越小。二是只能采用单排或者双排支护桩。三是为防止基坑变形，监测周边建筑物影响，多数情况必须采用内支撑体系，或者内支撑体系与锚索相结合的施工工艺方能满足要求。

关键词：基坑支护；内支撑体系；桩锚支护

一、概述与概况

1.1 概述

洱海保护规划的建筑用地也是少之又少，地价也是越来越高。楼层越高，就意味着地下室部分的深度也要越深，方能满足结构稳定性要求。所以，基坑支护便成了其中一大难题。一是深度越来越深，可占用的面积越来越小，周边高层建筑物密集且距离越来越小。二是只能采用单排或者双排支护桩。三是为防止基坑变形，乃至于影响周边建筑物，多数情况必须采用内支撑体系，或者内支撑体系与锚索相结合的施工工艺方能满足要求，支撑体系的换撑和拆除又是紧接下来的一大难题，本文将以实际工程为例，浅谈基坑内支撑及换撑体系的施工技术的运用。

1.2 概况

近五年接触到的基坑工程，包含大理铂尔曼酒店6.7—11.7米基坑工程，大理嘉年华广场一期建设项目15m深基坑，均全部或者局部用到内支撑体系，此体系在换撑施工中也是一大难题。

铂尔曼酒店基坑工程位于大理市东郊，基坑边离道路红线7.5m，滨海南路下埋设有一条综合管廊；距离机动车道14.5m。另外两面分别为商铺和高层酒店，距离约4.5m，南北方向长约115m,东西方向长约73m，拟建88.20m,整体设有1层地下室、局部2层地下室。拟建项目建筑正负为1967.400m,基底标高为1955.30-1960.70m（含垫层）,基坑实际开挖深度6.7-11.7m,基坑周长341.00m.工程桩为旋挖成孔灌注桩。东侧紧邻地下室0.9-1.5m，地下室地标高为1961.80m;西侧距离2层商业14m,东侧距离31层住宅22m.南侧紧靠滨海俊园33层住宅距离10m，建筑结构形式为框架剪力墙、基础形式为桩筏、桩基为旋挖灌注桩、桩长大于等于50m。支护结构采用直径800的钢管桩，钢管桩施工的工艺流程为；定位放线沟槽开挖钢管桩加工并运至施工现场设备就位吊车和液压振动锤钢管桩起吊对中震动沉桩至设计标高。直径500m的深搅桩。由于周边环境复杂，高层建筑较多，开挖基坑较深，采用钢筋混凝土内支撑形式，最大限度防止周边建筑物沉降、变形。

钢板桩墙是一种临时结构。这种临时方案很适合当代趋势，如减少混凝土、膨润土泥浆和钢筋笼。在实践中，建地连墙的材料常常除了挡土外并没有别的功能，而且在项目结束之后很难拆除。但钢板桩却容易拔出，并在新的工地再用。

二、支护体系选择与布置

2.1 支护结构体系选择

2.1.1 围护壁选择

深基坑支护体系包含水泥挡土墙式，排桩与板墙式，边坡稳定式和逆作拱墙式四大类。每个大类又有相应的详细分类。如图1.深基坑常用支护体系的分类。

围护壁可以采用钢板桩，地下连续墙，排桩等。由于受地形地貌及周围环境（北面邻市政主干道，东南两面邻高大建筑物）的影响，在常用支护结构体系中选择排桩式钻孔灌注桩。排桩式钻孔灌注桩施工工艺较简单，同时稳定性好，还起到挡水挡土等作用。

图1 深基坑常用支护体系分类

2.1.2 内支撑体系选择

深基坑支护结构一般分为两种形式，一种是围护墙+内支撑体系；另外一种是围护墙+锚杆体系。

外围的水土压力作用于维护结构上，围护结构作用于内支撑，内支撑的力相互平衡。两端围护墙上所受的侧压力进行抵消，受力合理；围护结构+锚杆形式，锚杆打入围护墙的外侧，能为基坑提供较大的施工操作面。便于土方作业、结构施工，提高功效从而缩短工期。[3]

内支撑支护方案主要特点：整体性能好，受力明确，便于监测，安全性较高；刚度大，变形小，对周围建、构筑物影响小；整个结构构件均在红线内，避免深入相邻场地。

深基坑内支撑系统由于自身特点，能用于较为复杂的环境，对变形控制要求较高的地段；特殊土质（如软土、杂土等）地区开挖深、面积大的基坑均适用，应用较为广泛。

内撑式支护结构体系由围护结构和支撑系统组成。围护多选择为排桩式钻孔灌注桩。

本工程选择钢筋混凝土支撑梁作为支撑体系，内支撑体系中，支撑腰梁截面尺寸均为1200*1000mm，对应不回收段直径800mm钢管柱；冠梁截面尺寸为1200*1000mm，内支撑梁截面尺寸为800*600mm，板带撑板厚20mm。对应可回收段直径800钢管桩。冠梁、腰梁用C30,混凝土保护层厚度25mm，冠梁钢筋布设上下各12根直径25mm的钢筋，配置腰筋6根D14；局部有附加吊筋（用冠梁拉住腰梁），箍筋C10@100/200。局部结构突变、应力突变的部位增加斜撑桁架梁，尺寸为800*600。

对于形状不规则、刚度和稳定性要求较高的基坑，特别适合使用现浇混凝土内支撑。因其自身施工特点，具有刚度大，整体性好，布置方式灵活等很好优势。另外，钢筋混凝土内支撑在交点位置增加腋角，对局部破坏及变形有一定的抵抗能力，安全性能得到保障。但混凝土现浇构件制作完成后，需要一定时间才能上强度，养护时间长，须等构件强度能满足手里要求时才能进行土方作业，影响施工工期。同时，混凝土支撑拆除危险性、破坏力较大，必须根据实际情况采用合理、合法、合情的拆除方法，比如大型切割机，静态破碎法等。

2.1.3 内支撑布置形式的选择

图2 支撑布置示意图

内支撑的基本组成包括（1）斜支撑；（2）角撑；（3）锁口梁；（4）围檩；（5）横向水平支撑；（6）纵向水平支撑；（7）支撑立柱；（8）立柱基础；（9）板撑。[4]

其基本布置形式包括：加强围檩式，格构式，长边对顶加角撑式，加强角撑式和环梁式等。各类形式对应的图示如下所示。经过多方讨论，最终选择对顶和加强角撑的组合形式。

图3 内支撑基本布置示意图

如图4基坑内支撑布置形式施工图

三、施工工序及重难点

3.1 施工工序

整个基坑根据现场实际情况进行合理分区，并严格遵循“自上而下，分层分段、对称平衡、及时开挖及时支撑的原则”并采用调格式开挖坑内土方。土方开挖分段宽度不宜大于10m,土方开挖至支撑底标高后开始支撑垫层浇筑，钢筋砼梁的工艺流程为：施工准备清底整平定位放线垫层浇筑隔离层铺设钢筋安装模板支设砼浇筑拆模、养护。待所有支撑梁施工完毕且养护至达设计图纸要求强度时，才能进行下一层土方开挖。开挖按照自基坑四周向中间栈桥的原则退挖，线路安排合理、出土便捷。

筏板平均厚度1.5m。平均深度9.2m，开挖最深处为11.7m。

开挖到筏板底，整平压实土层后，完成垫层、防水层、防水保护层、筏板钢筋绑扎混凝土浇筑工作。外墙延支护桩周边一圈浇筑1米厚剪力墙，施工缝按要求留置。

以上工作完成后，开始搭设架体按正常程序完成负一层地下室施工。

施工至第一道内支撑下方时，采用自动注水切割机切除第一层内支撑，塔吊配合吊运破除段钢筋混凝土梁，运至指定堆场。切除长度为1m。

3.2 重难点及控制

钢筋混凝土内支撑结构体系，本来也就存在自身的缺点，而这些缺点往往也就是重点和难点控制的地方。比如自重过大，配筋量大，导致施工速度较慢，严重影响工期；其次，内支撑梁进行破除后，钢筋、混凝土无法再回收利用，造成浪费，导致成本增加，效益相对较低；如果采用直接破除或者静力破除，则现场垃圾过多，难以清理，甚至造成噪声大、粉尘多，影响周边环境。如果采用切除法切断钢筋混凝土梁，再吊走，则钢筋无法利用，或者还需要二次破除才能使用钢筋废料。再者，拆除过程中，安全隐患较大，且影响到结构钢筋继续接长。切除或者破除往往需要暂停地下室部分的施工，无法交叉进行，如此对工期影响很大。

因此，难点就在于如何协调工期，保证安全。

3.2.1 安全控制

人员和机械设备聚集，容易造成机械伤害事故；基坑周边距离很窄，操作面窄，应系好安全带，并采取有效的防护措施，防止物体坠落发生物体打击事故。无论是施工还是破除，无论是单点破除还是多处大面积破除均要编制专项方案，破除施工时必须有专职安全员在场监督，巡查。采取相对应的措施做好安全防护工作，避免安全事故发生。破除顺序也要严格按照技术方案进行，防止应力释放太过集中，造成结构构件脆性破坏，造成不必要的经济损失，甚至危及生命。

3.2.2地下水位监测与控制

地下水位监测

在基坑四周适当位置布设5口水位观测井，施工单位每天必须对基坑周边地下水位变化情况进行监测，方法可选用测量或丈量等。监测频率为1次/天，随时掌握地下水位的变化情况。

地下水位变化累计值：1000mm；      变化速率/500 mm•d；

地下水位控制

在基坑施工过程中还应做好坑顶截水和坑底排水工作，确保基坑安全。具体措施如下：

①坑顶截水措施在土方开挖前沿基坑顶外侧施工300mm×300mm坑顶截水沟，沟身采用砖砌，内侧防水砂浆抹面避免漏水，地表水通过截水沟将水汇集排走，以免水浸入土体对基坑护壁造成影响。截水沟根据场地的高差坡度顺势施工，排水方向为由高至低。具体详见降排水平面布置图。

②坑内集水井和排水盲沟

基坑内的地下水采取随挖随降，土方开挖至基底时，在坑底四周设8口Φ800mm集水井和300mm×300mm排水盲沟，集水井材料采用预制砼井圈，集水井和排水沟连，将集水明排，保持基底干燥。坑底排水措施在满足排水要求的前提下，可根据实际情况进行适当调整。

③水位观测井（兼回灌井）

在基坑四周外适当位置设置5口水位观测井（兼回灌井），井深15.0m，井径800mm，采用机械成孔，用于观测地下水位变化和必要时的回灌。具体位置根据现场实际情况进行适当调整。

3.2.3基坑变形监测

根据《建筑基坑工程监测技术规范》GB50497-2009，结合本工程实际情况，监测内容包括：基坑水平位移监测、基坑沉降监测、深层水平位移监测、地下水位监测、锚索内力监测、基坑周边地面沉降监测、周边管线监测、基坑周边建筑物变形监测、地表裂缝监测。

基坑水平位移、沉降监测

沿坑顶和冠梁顶设置水平位移、沉降观测点，点与点相距30.0m左右，正常情况下每天1次，在有较大安全隐患或发生紧急加固施工抢险时每2～4小时一次，同时根据开挖情况和开挖深度适当加密观测频率，对观测结果进行分析，数据加以整理，形成监测报告，依据《建筑基坑工程监测技术规范》GB50497-2009，基坑围护体系报警值按标准执行。

深层水平位移监测

在基坑四周坑顶共设置4个测斜管进行土体深层水平位移监测。基坑深层水平位移观测在正常情况下每天1次，在有较大安全隐患或发生紧急加固施工抢险时每2～4小时一次，同时根据开挖情况和开挖深度适当加密观测频率。依据《建筑基坑工程监测技术规范》（GB50497-2009），土体深层位移报警值按以下标准执行：

深层位移累计值：45mm       变化速率/mm•d-1：5

基坑周边地面沉降监测

施工过程中应对基坑周边地表进行沉降观测，监测频率为1次/天。工作人员还应随时巡查基坑周边地面情况，若发现裂缝，应随时观察裂缝的发展情况并进行有效处理。依据《建筑基坑工程监测技术规范》（GB50497-2009），周边地面沉降报警值按以下标准执行：

变形累计值：30mm             变化速率/mm•d-1：3     

基坑周边建筑物变形监测

施工前应在基坑周边建筑四周布设变形监测点，在基坑施工期间对周边建筑实施变形监测，随时掌握其动态。基坑周边建筑物监测在正常情况下为1次/天，有较大安全隐患时每2～4小时观测一次。依据《建筑基坑工程监测技术规范》（GB50497-2009），基坑周边建筑物变形报警值按以下标准执行：

竖向位移累计值：25mm          变化速率/mm·d-1：3

水平位移累计值：15mm          变化速率/mm·d-1：2

倾斜：0.2%H（H为建筑高度）

地表裂缝监测

施工前对基坑周边地表进行检查，对已有裂缝的分布位置和数量进行记录，对裂缝的走向、长度、宽度和深度进行标记，施工过程中每天对其监测。工作人员还应随时巡查，若发现新裂缝，应随时观察裂缝的发展情况并进行有效处理。依据《建筑基坑工程监测技术规范》（GB50497-2009），基坑周边地表裂缝报警值按以下标准执行：

裂缝宽度累计值：5mm       变化速率持续发展

监测预警

基坑报警值应由基坑工程设计单位确定。报警值应符合设计限值，并符合监测对象的控制要求。监测预警值应以实际量测的累计变化和变化速率值控制。

监测周期

基坑的监测工作从土方开挖开始延续至地下室主体结构施工完成且回填后为止。

巡视检查

基坑工程施工期内，应设专人进行日常检查工作，按《建筑基坑工程监测技术规范》（GB50497-2009）规定的主控项目及一般项目进行检查。

3.2.4 工期协调

对于协调工期方面，在保证安全的前提下，做好增加工作面和工作人数的准备，甚至24小时全班制操作。如此便也要增加相应的管理人员数量以及相关安全设施的配备，材料的准备等。如果能采用交叉施工的情况下，则要对交叉施工作业进行管理协调，采取措施消除质量、安全隐患，把安全放在第一位，质量得到保障的前提下再抢工期。

3.2.5 控制混凝土早期强度

混凝土浇筑和养护时间过长，导致不能在浇筑完成后便进行下层土体的开挖工作。所以如何才能尽早开始土体开挖工作便是很重要的一个控制难点。通常，为达到提前开挖目的，在商品混凝土内加入适当的早强剂，缩短混凝土达到设计强度的时间，但早强剂添加量要进行严格把控，早强剂添加量对混凝土结构性能影响关系现在暂时无法精准判断，这也就是在将来要重点研究的课题之一。

3.2.6 支撑梁的过程检测

支撑梁最大的一个隐患还在于下层土体开挖完成后，支撑梁是否变形，立柱是否下沉等才是最大的隐患。因为一旦内支撑体系失稳，直接会导致基坑坍塌，掩埋事故发生，周边建、构筑物倾覆等事故，经济损失巨大。

所以在过程中务必要对支撑梁的变形进行观测：

1. 需要做好沉降观测，并详细记录；

2. 混凝土浇筑前预埋变形感应器，后期尤其注意对感应器的观测，并详细做好记录；

3. 建立应急响应机制，一旦发现变形过大，必须按照应急机制进行处置；

4. 做好加固支撑备案，一旦有失稳迹象应该如何进行加固处理。

图5 施工现场照片（协调工期，各工种配合，保证安全）

图6施工现场照片

图7钢管桩施工现场照片

图8施工现场照片（老旧桩拔出）

图9粉喷桩施工现场照片

四、换撑施工部署

4.1内支撑系统按以下施工方案进行换撑。
4.1.1序号 部 位 换撑方法
1 ZH01~ZH46，ZH88~ZH 104 底板与围护桩、砖拱浇筑300厚C35砼换撑
2 ZH50~ZH52 C35临时支撑250×350
3 ZH47~ZH49，ZH53~ZH87 承台直接顶住围护桩，桩间拱用中砂填实
4.1.2在换撑砼达到75%时可以进行内支撑梁换撑。
内支撑梁分南、北两段换撑。南、北两段划分部位在圈梁与锁口梁相交部位根部。CT5承台施工完成、换撑达到设计要求强度时可开始南半段换撑；停车场承台施工完成、换撑达到设计要求强度时可开始北半段换撑。南、北两段内支撑换撑施工时间预计各用6天。
4.1.3换撑属于危险性较大的分部分项工程，应编制专项方案并严格按方案实施，把握组织有序、对称拆除的原则。南面开凿次序见下图，北面开凿次序与之类似。
4.2、 内支撑梁换撑工艺流程
换撑结构施工―→拆除准备工作―→梁下搭设支撑脚手架―→空压机凿除梁砼―→钢筋切割―→场地清理

4.3、 钢管架材料要求
4.3.1、所采用的钢管应符合现行国家标准，不得使用锈蚀严重（斑点、脱皮、砂眼）、弯曲变形、开裂的管材。
4.3.2、扣件及扣件附件其质料应符合现行国家标准规定。扣件上不允许有裂纹、通孔、穿透性的冷隔和穿透性的缩松、夹渣缺陷。钢管和扣件均必须有出厂合格证及检验单，扣件使用前，应进行抗滑扭试验。

4.4、 换撑施工方法
4.4.1、 施工准备。施工前由技术负责人对现场所有人员进行安全技术交底，并对专项方案内的重点及技术要点结合现场实际情况进行说明，并有施工员、安全员现场监督，严格按照方案实施换撑。
4.4.2、 偏于安全考虑，ZH50~ZH52部位换撑按原基坑支护图纸进行配筋。支撑梁施工时，模板及支架体系须进行验算，保证强度、刚度、稳定性满足要求，换撑与底板一起施工，混凝土强度等级为C35。
4.4.3、 换撑前，应做好测量工作，并对已测量好点位做上醒目标志，过程中进行复核并矫正，确保轴线、标高、水平位置等准确。
4.4.4、 基坑开挖监测由甲方委托勘察院按监测方案进行监测。同时，项目部在土方开挖前，对周边的道路及小区住宅的道路、建筑等布置监控点，“定人、定时间、定仪器、定路线”，每天进行一次监控观测并作记录。如发现沉降累计超过8cm或两次观测沉降超过3cm，应及时与甲方、勘察院联系，暂停孔桩施工，采取应急措施。

结论：

现代建筑工程中尤其是高层建筑及超高层建筑项目不断增多，深基坑内支撑新技术应用越来越广泛，工期长，工序多，费用高而且施工技术要求高，运用信息技术完善现场监测体系，基坑变形可控，保障深基坑施工质量，对深基坑施工中遇到的问题要有清楚的认识。在科学组织工序的同时，着重从设计、新技术应用、材料、市场监管、各方行为规范，思想和责任意识入手，做实各个环节，确保整个体系健康、高效的运行，以业界良心打造精品工程。保证每座建筑的质量，让大理的建设工程前景更加美好。人们的住房质量问题越来越少，生活幸福指数就会大大提升，我们生活的社会才能更加安定、和谐。

【参考文献】

[1] 赵兵 《内支撑体系在重大深基坑中的应用》 建筑材料装饰 [2016-08]

[2] 简析《内支撑体系在深基坑支护中的应用》工业b刊[2015-09]

[3] 《深基坑混合支护体系的数值模拟分析及施工监测》 江苏省地基基础联合学术年会 [2010-11]

[4] 管友海 《内支撑设计》 中国石油大学（华东）储建学院课件 [2018-02]

[5] 丛欣江《建筑技术》内支撑体系深基坑施工关键技术 [2015-09]

[6] 张磬 《山西建筑》 中铁十二局集团有限公司 [2015-15]

[7] 王巍《福建建筑》厦门国设工程咨询监理有限公司[2014-02]

[8] BBS· 建筑施工 · 建筑施工资料分享《筑龙网》

[9] 巍新城 《建筑 设计》 云南凌业工程有限公司

[10] 郭召旭《内支撑体系施工的应用》云南建投集团总承包工程有限公司

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