地连墙及圆环梁支撑技术在复杂深基坑设计中的应用

摘 要：结合工程实例，介绍了在周边环境复杂地质又较差的旧城区进行深基坑支护选型及设计要点。通过采用“两墙合一”的地连墙及圆环梁内支撑设计技术，既保证了工程安全，又为基坑内后续作业施工提供了便利，降低了工程造价。

关键词：两墙合一；圆环梁支撑；地连墙；深基坑

1 工程概况及环境条件

某综合楼项目位于广州市珠光路与文德南路交界处，总占地5795平方米，地上24层，地下室3层，框架剪力墙结构，采用人工挖孔桩基础。基坑周长约254米，开挖深度约13.2米。建筑±0.000相当于广州高程8.300m。

从环境条件来看，北侧已有建筑物（桩基础或独立基础）距离地下室边线5～9m； 东侧建筑物为桩基础，距离地下室边线约9m；东南角已有建筑物（桩基础或独立基础）距离地下室边线约9.7m；基坑南侧为珠光路（宽约11m）；道路边线距离珠光路约9.7m，基坑西侧为文德路（宽约10m）；道路边线距离文德路约6.8m。道路下方分布多种市政管线。

基坑周边环境情况详《总平面图》。用地红线即为现状围墙线。

2 工程地质和水文地质

根据地质钻探资料，场地地层从上至下依次为(1)人工填土层，冲积成因的(2)淤泥（淤泥质土）、(3)粉(细)砂、(4)粉质粘土(粉土)，残积成因(5)粉质粘土，基岩(6)为白垩系泥质粉砂岩夹细砂岩。典型地质断面图如下：

总的看来，场地内淤泥及砂层分布广、厚度大，基坑开挖深度范围主要地层为①杂填土、②流塑状淤泥、③松散粉（细）砂层，基坑底主要位于砂层③、局部位于强风化(6-I)基岩中。

综合土工试验成果和地区经验，基坑支护设计岩土工程参数建议值见表：

（二）地下水概况

场区内地下水位埋深较浅，勘探期间测得地下水位埋深为：0.80～2.00米。按含水介质特征划分，第四系砂土层赋存孔隙水，基岩赋存裂隙水。表层松散杂填土，含少量的上层滞水。第(2)层淤泥(淤泥质土)以及第(4)层、(5)层粉质粘土渗透性能差，属微弱含水层或相对近似隔水层；第(3)层粉砂是场区主要的富水层位，现场抽水试验测得该层渗透系数k=2.67m/d，透水性较强，地下水量丰富。第(6)层强风化、中等风化岩风化裂隙不甚发育，含少量基岩裂隙水。场地内地下水主要接受大气降水的补给。

3 基坑支护方案选型

本项目基坑挖深约13.2米，基坑周边环境条件复杂，一倍基坑挖深范围内西侧和南侧分布有市政道路珠光路和文德南路，东侧和北侧紧邻多栋低矮民房，年代久远，结构破旧，大多采用天然独立基础。基坑一旦出现工程事故，危害巨大。

工程勘察显示，该场地流塑状淤泥层分布广，层厚2.0～4.9米；松散状粉（细）砂层厚度大，且分布不均匀：基坑西南角砂层厚度最大，约10米；其余各边砂层稍薄，但最小也有5m左右。在流塑淤泥层和松散粉（细）砂层中开挖基坑，容易出现漏水流土（砂）等工程事故，施工风险高，周边环境保护难度大。

根据上述变形控制和基坑止水的严格要求，经过方案比选，基坑设计最终采用地下连续墙加钢筋混凝土内支撑的支护方案。该方案优点在于：支护结构整体刚度大，基坑变形量小，基坑止水效果好，有利于保护周边环境。

由于地下地连墙工程造价高，考虑到本场地基岩埋藏较浅，为减少基坑工程造价，设计采用“两墙合一”方案，即地连墙既作为基坑围护墙挡土止水，又作为地下室的永久外墙进行结构承重。

本基坑周边环境复杂敏感，为避免地连墙施工期间出现槽壁坍塌危及紧邻建筑物，地连墙施工前，在基坑边靠近低矮民房处先采用水泥搅拌桩进行槽壁加固。

4 地连墙“两墙合一“设计计算要点

地连墙作为基坑围护结构，按照《建筑基坑支护技术规程》采用多支点的弹性支点法计算模式：开挖面坑底上部主动侧（迎土侧）按主动土压力进行计算，开挖面坑底下部考虑两侧土压力相抵后形成矩形土压力荷载，并在被动侧（基坑侧）计入一组弹性支撑，按M法计算被动土压力。仅仅作为基坑支护结构时，地连墙嵌固深度按基坑的整体稳定条件采用圆弧滑动简单条分法确定，地连墙截面配筋通过各工况计算得到的弯矩值合成包络图确定。

地连墙兼做结构承重外墙时，除了进行上述计算外，还应增加以下两方面验算：

4.1地连墙竖向承载力验算：

P =μ∑qsiLi+qpaAp > NK

除按基坑支护设计计算地连墙嵌固深度外，对结构承重墙还需按《建筑地基基础设计规范》验算竖向承载力能否满足。若不满足要求，需加大嵌固深度，直至满足要求。

4.2正常使用状态地连墙内力及裂缝宽度验算

在正常使用状态下，地连墙承受静止土压力。取单位宽度地连墙，将其简化为倒放连续梁，地下室水平楼层模拟为铰支座。按此模式计算得墙体弯距后，采用结构计算得到的作用在地连墙上的最大竖向压力标准值，按偏心受压构件验算地连墙墙体裂缝。按照《混凝土结构设计规范》，位于迎土面一侧地连墙允许最大裂缝宽度为0.4mm，位于地下室内侧地连墙允许最大裂缝宽度为0.2mm。地连墙截面配筋除了需满足基坑结构受力外，还必须满足裂缝宽度验算要求。不满足时，需加大截面配筋，直到满足要求。

5 内支撑体系设计技术

在进行混凝土内支撑体系设计时，除了保证结构受力合理和安全，更要充分考虑如何设置支撑体系才有利于土方开挖和地下室结构施工。从竖向来看，本基坑开挖深度13.2米，设置两道内支撑是比较合适的。根据设计计算，首层支撑中心线标高-1.90m；第二层支撑中心线标高-7.10m；均设置于结构楼板面以上，便于楼面结构完成后拆除支撑梁进行换撑。支撑竖向间距5~6米，适合机械开挖土方作业。典型支护剖面图如下：

在支撑平面设计上，本基坑形状不规则，呈口哨形，东西长约90米，南北侧短边28米，长边56米。采用常规的直撑和角撑设计均存在受力不合理，支撑梁长度太大，支撑点间距小、数量多，阻碍后续施工等诸多缺点。

经过详细分析及设计计算，支撑体系最终采用直径52.4米的圆环梁支撑形式：首层环梁截面1.4m×0.8m，第二层环梁截面1.6m×0.8m。圆环梁北侧、西侧及南侧均与冠（腰）梁相切，并通过混凝土板连接形成整体，在其余部分，则采用连梁将冠（腰）梁与圆环梁连接形成桁架，共同承受地连墙传递的水平土压力。支撑平面布置详总平面图（图1）。该支撑设计主要利用圆环梁平面受压，受力合理，平面上空间开阔，便于土方开挖及地下结构施工。

在计算上，采用了理正整体计算与SAP2000结构分析程序计算结果相互校核。即由理正单元计算得出每单元（1米）地连墙上水平支撑力传力指标,加载于Sap2000支撑体系平面模型上用于复核理正整体计算结果。根据计算结果：基坑西南角环梁受力最大，首层环梁最大轴力7669.2KN，第二层环梁最大轴力16302.1KN，首层环梁最大水平位移9.7mm，第二层环梁最大水平位移13.8mm。均处于安全可控允许范围。

6 结语

在地层性质差的旧城区开挖基坑，为确保周边环境及基坑自身安全，需要进行精心支护设计。根据本工程特点，基坑支护设计采用地连墙加两层圆环梁支撑体系，达到以下四方面要求：一是支护结构整体刚度大，控制变形能力强；二是基坑止水性能好，坑内降水不会漏水流砂，影响周边环境安全；三是基坑支护结构设计便于土方开挖及地下室结构施工，满足后续施工需要；四是“两墙合一”的地连墙设计，也降低了基坑支护工程造价。在提高基坑工程“安全性、经济性、施工便利性”方面，本设计值得同类工程借鉴。

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