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軟土地區(qū)超大深基坑中心島支護(hù)方案設(shè)計(jì)與施工

文檔作者：周予啟劉衛(wèi)未文檔來源：中建一局集團(tuán)建設(shè)發(fā)展有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年11月13日
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52
施工技術(shù)
CONSTRUCTION TECHNOLOGY
2011年5月下
第40卷第341期
軟土地區(qū)超大深基坑中心島支護(hù)方案設(shè)計(jì)與施工
周予啟，劉衛(wèi)未
(中建一局集團(tuán)建設(shè)發(fā)展有限公司，北京100102)
[摘要】在超大面積深基坑工程中，中心島設(shè)計(jì)方法具有明顯優(yōu)勢，不僅可以降低工程造價(jià)，還可以提高中部主體
結(jié)構(gòu)的施工進(jìn)度。以天津嘉里中心工程超大深基坑工程為背景，著重介紹了中心島方案設(shè)計(jì)需考慮的因素及工況
流程，并結(jié)合該工程實(shí)施過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行詳細(xì)分析。采用FLAC數(shù)值模擬軟件對中心島支護(hù)方案基坑變形
進(jìn)行分析，并結(jié)合t程實(shí)際監(jiān)測數(shù)據(jù)，對該設(shè)計(jì)方法反壓土臺寬度進(jìn)行探討。
[關(guān)鍵詞]超大深基坑；中心島法；數(shù)值模擬；反壓土臺寬度
【中圖分類號】TU753．1 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A [文章編號】1002—8498(2011)10-0052-03
Design of Central-island Method and Its Construction for Super
Large Deep Foundation Excavation in Soft Soil Area
Zhou Yuqi，Liu Weiwei
(China Construction Fint Division Group Construction＆D刪卻ment Co．，Ltd．，Beijing 100102，China)
Abstract：Central—island method has very obvious advantages in the super large deep foundation
excavation engineering．The projeet cost and construction period are saved by using the new method．
Application of central—island method in foundation excavation of Tianjin Kerry Center is introduced，
emphatically the construction process and the factors which must be taking into account in the design of
central-island scheme．The problems appearing in the implementation process is discussed in detail．
Using FLAC numerical simulation software，deformation of central—island scheme was analyzed．
According to the results of numerical simulation and the foundation excavation monitoring data，width of
passive soil slop is presented．
Key words：super large deep foundation excavation；central—island method；numerical simulation；width of
passive soil slop
天津嘉里中心工程分為I，Ⅱ期工程，I期工程
由3棟公寓、1棟酒店和整體地下車庫組成。面積
73 011m2，邊長均超過200m，開挖深度16．45m，公
寓塔樓開挖深度17．825m，電梯井坑開挖深度達(dá)
23．275m，酒店塔樓區(qū)開挖深度達(dá)17．025m，電梯井
坑開挖深度達(dá)22．025m。場區(qū)內(nèi)地下水位埋深較
淺，約在自然地面以下2m，土層分布以粉質(zhì)黏土層
為主，局部夾粉砂層。
1 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)考慮因素
1．1圍護(hù)結(jié)構(gòu)選型
天津地區(qū)地下水位較高，土質(zhì)較軟，基坑工程尤
其是市區(qū)基坑工程，在進(jìn)行基坑開挖時(shí)均要求隔斷
地下水。圍護(hù)結(jié)構(gòu)主要采用鉆孔灌注樁+止水帷幕
f段稿日期】201l-02-24
[作者簡介】周予啟，中建一局集團(tuán)建設(shè)發(fā)展有限公司高級1=程師，
北京市朝陽區(qū)望花路西里17號棱100102．電話：(010)6591471l，
E—mail=zyqbestman@126．coo
和地下連續(xù)墻兩種形式。地下連續(xù)墻造價(jià)較高，多
采用二墻合一形式，即同時(shí)作為基坑開挖的圍護(hù)體
和正式結(jié)構(gòu)的地下室外墻。二墻合一的地下連續(xù)墻
設(shè)計(jì)除應(yīng)滿足基坑支護(hù)安全要求外，還需考慮主體
階段地下室外墻所承受的荷載及各樓層的準(zhǔn)確標(biāo)高
(以提前預(yù)埋鋼筋連接器)，因此對主體結(jié)構(gòu)地下室
設(shè)計(jì)的進(jìn)度有一定要求。本工程中在基坑支護(hù)設(shè)計(jì)
階段，地下室主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尚未完成，在工期上不滿
足二墻合一的要求，因此基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)選用鉆孔灌
注樁+止水帷幕的形式。鉆孔灌注樁為
61 000mm@l 200mm，止水帷幕采用dp850mm@
600ram三軸水泥土攪拌樁。
1．2支護(hù)體系選型
天津地區(qū)基坑支護(hù)較多采用鋼筋混凝土內(nèi)支撐
形式，尤以圓環(huán)支撐結(jié)合邊桁架及角撐的整體支撐
形式居多。混凝土支撐剛度較大且與連系梁及圍檁
萬方數(shù)據(jù)
2011 No．341 周予啟等：軟土地區(qū)超大深基坑中心島支護(hù)方案設(shè)計(jì)與施工53
整體現(xiàn)澆，以控制基坑整體變形和保護(hù)周邊環(huán)境。
本工程基坑支護(hù)設(shè)計(jì)初期，亦考慮過整體鋼筋混凝
土內(nèi)支撐支護(hù)形式，如圖1所示。
圖1初步設(shè)計(jì)階段支撐平面布置
Fig．1 Supporting layout at preliminary design stage
但本工程平面尺寸非常大，每邊都超過200m，
且I，Ⅱ期間I臨時(shí)隔斷造成基坑平面形狀極不規(guī)則。
若采用圖1所示整體支撐形式，無論是采用鋼支撐
或混凝土支撐，溫度變形引起的附加應(yīng)力和變形都
會很大；同時(shí)，由于混凝土支撐施工需要進(jìn)行模板支
設(shè)、鋼筋綁扎及混凝土澆筑3道工序，并且混凝土養(yǎng)
護(hù)需一定時(shí)間，因此其施工周期較長；而且混凝土不
可周轉(zhuǎn)使用，耗費(fèi)材料較多。主體結(jié)構(gòu)施工階段，內(nèi)
支撐拆除的工程量十分巨大。
因此，本工程采用中心島法施工技術(shù)，僅在基坑
周邊設(shè)置長約22m短撐，非常實(shí)用且可行。
1．3止水帷幕的設(shè)置深度
根據(jù)本工程地質(zhì)勘察報(bào)告，場地淺層地下水屬
孔隙潛水及微承壓水。其中孔隙潛水賦存于15m
以上人工填土、粉質(zhì)黏土及粉土層中；微承壓水主要
賦存于15m以下粉砂及粉土層中。孔隙潛水位埋
深為1．40—3．20m，平均水位埋深為2．16m，水位高
程為1．35m。微承壓水頭高程為一1．06m。自然地
面高程約為3．25m。
考慮上述因素，在設(shè)置止水帷幕時(shí)除隔斷上部
孔隙潛水外，還需考慮基坑開挖到底時(shí)坑底土體對
微承壓含水層的抗?jié)B流穩(wěn)定性要求，因此三軸水泥
土攪拌樁的設(shè)置深度不僅需隔斷上部潛水，還需隔
斷距離坑底最近的⑦，層微承壓含水層。
1．4基坑降水設(shè)計(jì)
上部潛水和淺層微承壓水以止水為主，采用三
軸水泥土攪拌樁止水帷幕隔斷基坑內(nèi)外的水力聯(lián)
系，坑內(nèi)采取大口管井進(jìn)行疏干。主要分A，B型
井，A型井為單一疏干井，B型井較深，除起到疏干
井作用外，還會考慮止水帷幕在⑦，層局部可能不
閉合的因素，起到減壓井的作用。深部⑨層微承壓
水：由于需降水頭不大，采取坑外設(shè)置C型減壓井
的方式進(jìn)行處理?；咏邓拭嫒鐖D2所示。
圖2基坑降水井剖面示意
Fig．2 Profile of dewatering well in foundation excavation
基坑內(nèi)部設(shè)置A型和B型降水井約400口，A
型井在基坑內(nèi)部基本均勻布置，每口A型井的降水
控制范圍根據(jù)天津地區(qū)經(jīng)驗(yàn)取250m2，相鄰井間距
為15m；B型井沿基坑周邊均勻布置，相鄰降水井間
距為10m?；油獠垦鼗又苓呍O(shè)置1圈C型減壓
井，每口C型井距離基坑邊約2m，相鄰C型井間距
約40m。A，B型井均采用無砂管井，井徑700ram，
井管直徑400ram，通長采用無砂濾水管，井管與井
壁間填充粒徑2～5ram礫砂。c型井只在⑨，層采
用無砂濾水管，并在井管與井壁間填充礫砂，其他部
分采用水泥實(shí)管，在井管與井壁間填充黏土球。
2支護(hù)方案介紹
中心島法施工技術(shù)目前已在國內(nèi)部分城市基坑
工程中應(yīng)用，其基本原理是：首先施工基坑周圈圍護(hù)
樁及止水帷幕，在基坑周邊留設(shè)反壓土臺護(hù)坡，基坑
中部放坡開挖到底，順作施工基坑中部主體結(jié)構(gòu)，待
基坑中部主體結(jié)構(gòu)施工至0．00m，在圍護(hù)結(jié)構(gòu)和中
部主體結(jié)構(gòu)間架設(shè)支撐，將反壓土挖除，然后依次施
工基坑周圈主體結(jié)構(gòu)，完成換撐后，將支撐拆除。
本工程中心島設(shè)計(jì)方案施工流程為：①施工支
護(hù)樁、立柱樁和止水帷幕；②施工磚砌擋土墻，土方
開挖2．5m；③基坑周邊留設(shè)兩級土臺，放坡開挖至
基坑底部；④施工基坑中部地下室結(jié)構(gòu)；⑤待B1層
結(jié)構(gòu)梁板達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80％時(shí)，施工第1道短
撐；⑥待第1道短撐養(yǎng)護(hù)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80％時(shí)，
開挖基坑周邊剩余土臺至一9．OOm(大沽高程)，施
工第2道短撐；⑦待第2道短撐養(yǎng)護(hù)達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度的
80％時(shí)，開挖剩余土方，開始施工基坑周邊基礎(chǔ)底
板；⑧待基礎(chǔ)底板養(yǎng)護(hù)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80％時(shí)。拆
萬方數(shù)據(jù)
施工技術(shù)第40卷
日期／(年-月-日)
圖3基坑變形監(jiān)測數(shù)據(jù)
Fig．3 Deformation monitoring data of foundation excavation
除第2道短撐，施工上部結(jié)構(gòu)；⑨待B1層結(jié)構(gòu)梁板
施工完畢養(yǎng)護(hù)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80％時(shí)，拆除第1道
短撐及格構(gòu)柱：⑩繼續(xù)施工上部結(jié)構(gòu)。
3中心島方案施工過程
反壓土護(hù)坡采用噴射混凝土。土方開挖過程中
降水效果較好，未發(fā)現(xiàn)明顯積水。2009年3月開挖
到槽底，在土方開挖到槽底至基礎(chǔ)底板過程中，槽底
均未出現(xiàn)管涌等現(xiàn)象。
本工程基坑面積大，開挖深度深，基坑周邊環(huán)境
較為復(fù)雜。在基坑開挖過程中，除場區(qū)內(nèi)部的監(jiān)測
項(xiàng)目(坡頂水平位移和沉降、樁身測斜、樁身應(yīng)力及
地下水位等)外，還需對基坑周邊4條道路及臨近
基坑的建筑物，尤其是六緯路地鐵車站和保定橋橋
墩進(jìn)行監(jiān)測。圖3為基坑開挖過程中，較為典型的
幾個(gè)坡頂位移監(jiān)測點(diǎn)隨工程施工進(jìn)度的變化曲線。
根據(jù)監(jiān)測結(jié)果可知．2009年4月25日基坑已開挖
到底并開始進(jìn)行墊層施工，此時(shí)基坑變形在60ram
左右，而在主體結(jié)構(gòu)施工階段，基坑持續(xù)變形，至
2010年1月3日基坑位移已接近極限控制值
150mm。反壓土臺護(hù)坡先后經(jīng)歷兩個(gè)雨季和兩個(gè)冬
季，天津地區(qū)雨季較長(每年6—9月)，在2009年7
月18—23日，天津地區(qū)連降暴雨，坑外道路積水達(dá)
半米，坡頂位移激增30mm，反坡土雖未出現(xiàn)整體坍
塌，但局部噴射混凝土護(hù)面已明顯開裂且局部脫落。
目前反壓土臺已開挖完成，反坡區(qū)地下結(jié)構(gòu)已
施工至首層，坡頂位移變形最大點(diǎn)璐點(diǎn)位移，達(dá)
195ram。反坡土開挖期間，坡頂變形僅40ram。
為監(jiān)測基坑開挖對地鐵車站和保定橋橋墩的影
響，在地鐵車站和保定橋引橋橋墩設(shè)沉降監(jiān)測點(diǎn)，地
鐵車站最大沉降12．15ram，保定橋引橋橋墩最大沉
降14．92ram，因此基坑開挖對六緯路地鐵車站和保
定橋等構(gòu)筑物影響較小。
4基坑開挖數(shù)值模擬
反壓土臺的留設(shè)寬度直接決定圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形的
大小，土臺寬度的增加可有效減小圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平
變形。但這種影響隨寬度的增加逐漸減弱。并且土臺
寬度太大必然導(dǎo)致支撐長度過長，這對支撐抗壓承
載力不利。因此，需根據(jù)水文地質(zhì)條件和開挖深度
確定土臺寬度。關(guān)于土臺留設(shè)寬度的研究方法主要
包括離心模型試驗(yàn)和數(shù)值分析法。以下主要介紹在
六緯路側(cè)中心島土方試開挖階段針對本工程反壓土
臺的數(shù)值模擬分析。數(shù)值分析采用FLAC數(shù)值分析
軟件，其建模原則如下。
1)采用二維數(shù)值模型，考慮基坑開挖過程影
響，便于分析由施工過程引起地表移動的時(shí)空效應(yīng)。
2)土層厚度、土層力學(xué)參數(shù)等按照巖土工程勘
察報(bào)告參數(shù)選取，土層厚度變化按照該土層在該位
置附近的平均值選取。
3)本次數(shù)值計(jì)算中，巖土物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)沒
有考慮地層厚度及強(qiáng)度參數(shù)的空間離散與變異性。
計(jì)算邊界條件：水平方向外擴(kuò)6倍開挖深度約
lOOm；底部影響區(qū)沿基坑底再向下取3倍基坑深度
約60m，基本可以消除邊界效應(yīng)對計(jì)算結(jié)果的影響
(算，，，方向分別約為140，60m，約16 000個(gè)單元)。
所有邊界均為位移邊界條件，其中模型上表面為自
由邊界，下表面為y方向位移固定，左右邊界為茗方
向位移固定。根據(jù)實(shí)際施工工況，考慮降水和土方
開挖對圍護(hù)體和反壓土的影響。
根據(jù)數(shù)值分析結(jié)果，基坑開挖到底后，反壓土臺
位移基本趨于穩(wěn)定(收斂型)，一、二級土臺坡頂位
移曲線類似。說明本工程反壓土臺護(hù)坡的支護(hù)體系
穩(wěn)定性基本滿足設(shè)計(jì)要求，其最大水平計(jì)算位移約
為300mm。計(jì)算變形較大的原因主要有以下幾點(diǎn)。
1)根據(jù)<巖土工程勘察規(guī)范》GB50021—2001>

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