“中心岛法”在基坑设计中的应用

摘要：中心岛法应用在大型基坑支护工程中具有突出的优越性。本文介绍中心岛法在某高层项目地下室基坑设计中的应用情况，该方案具有支护刚度大、隔水围闭性强、缩短工期等优点。本文着重介绍方案的设计理念、成立条件，并对作用在平衡土体上的土压力大小进行估算，并提出了按朗肯被动土压力进行平衡土体验算、按折减m值进行支护结构计算的实用方法。工程实践表明，采用中心岛法具有很好的综合效益。

关键词：中心岛；基坑支护；地下连续墙；部分逆作；平衡土体

一、前言

中心岛法，即在基坑内沿周边暂时保留相当部分平衡土体，对支护结构形成可靠的支撑作用，基坑中部进行正作施工，基坑周边作为平衡的土体进行逆作施工的一种施工方法，是一种局部逆作法。中心岛法一方面具有节省支撑、基坑变形小、工期短等全逆作法的优点，同时又改善了全逆作法施工难度大、节点构造复杂等缺点，是一种相对简单实用的施工方法，特别适用于面积较大的大型基坑。本文介绍中心岛法在某一项目中的应用。

二、工程概况

三、设计思路

该项目基岩埋深比较浅，合理的基础方案可采用单柱单桩的大直径人工挖孔桩，但由于场地存在深厚、松散的含水丰富的砂层，必须要有可靠的隔水支护设施，同时因为要保护地铁线，对支护结构的刚度要求相当高，因此首选方案是刚度大、止水可靠的地下连续墙。设计方案采用600mm厚的钢筋混凝土连续墙，基坑西北面由于地铁原因采用了600mm厚的T形墙（槽段截面见图1），砼强度等级C30，抗渗等级1.2MPa，连续墙入中风化岩不小于0.6m，形成止水墙体，隔断坑内外的地下水连接。

该基坑具有以下几个特点：1）围护结构采用入岩连续墙，截水可靠；2）基坑平面尺寸大，有相当位置开挖中心基坑和保留平衡土体；3）基础采用单柱单桩的人工挖孔桩；4）主体结构中部有大量的剪力墙和柱子，具有相当大的抗侧刚度。以上几个特点满足了中心岛法成立的条件。因此，经过多方的对比，设计中采取了中心岛式的施工方法。

整个施工流程如下：首先进行地下连续墙的施工，待其强度达到设计值的80%以上后，进行坑内降水，同时进行人工挖孔桩施工。桩基完成后，土方进行开挖，先挖至-1层结构底（标高-7.5m），然后中心岛继续向下挖至地下室底板底标高（-11.2m），坑内沿连续墙周边预留坡顶11.5m、坡脚16m宽的平衡土体，利用平衡土体提供对连续墙的约束；其后正作施工中心岛部分的主体结构，其中平衡土体上方靠近连续墙的一跨仅施工框架肋梁，从而形成对墙体的支撑，肋梁间的楼板暂不施工，以方便运出余土，该肋梁间距大约8-10m，肋梁截面考虑负一层楼盖的设计要求取为900x600mm，按偏心受压构件进行计算配筋，同时设置1200x900mm的钢筋砼腰梁在连续墙内侧，与肋梁一齐形成墙体的支撑系统，负一层楼板施工完成后即可对墙体形成稳固支撑；其后向上施工主体结构，向下开挖平衡土体，逆作施工平衡土体处的底板和墙。

该方案的主要优点有：1）支护刚度大，基坑变形小，减轻了基坑开挖对周边建筑物的影响；2）地下墙体止水性能好、围闭性强，为顺利进行人工挖孔桩的施工创造了条件；3）主体结构同时是支护结构，连续墙与内衬共同承受上部荷载，省去地下室侧壁和其下桩基的造价；4）采用了平衡土体处楼板后做、预留出土孔洞的部分逆作法，缩短了整体工期。

根据结算，本工程支护结构的工程造价不到650万元，对一个周边环境和地质条件极为不利、挖深11.2m、支护长度达528m的大型基坑来说，是十分经济的。

四、支护结构的分析计算

计算软件采用《理正深基坑支护计算软件F-SPW4.3版》，变形计算模型采用弹性支点法，土压力计算模型采用弹性地基梁M法，即土和支撑的作用用弹簧模拟，土弹簧刚度按“m”法模式计算，支撑的作用用刚度为K的弹簧替代。计算分三个工况进行，第一工况即坑内水位下降到基岩面，此时坑内的土体还没有开挖，作用在连续墙上的主要是水压力；第二工况即周边留平衡土体，中心岛开挖至-11.20，坑内水位回升到坑底；第三工况是负一层梁板完成，已形成支撑，挖除平衡土体。由于计算时难以在程序中模拟实际的平衡土体，所以按普通坑内土输入，考虑到弹性空间的土体与平衡土体的工作状态有所区别，中心岛开挖时也必然会扰动平衡土体，第二、三工况设计中凭经验折减了平衡土体的m值，折减系数取0.8。根据计算结果，在各工况下各支护段的变形均在设计容许范围内，连续墙的内力也比较合理，其中第二工况在三个工况中最为不利，支护结构的内力和位移均最大。地下连续墙墙身的最大剪力达到每延米555kN，最大弯矩达到每延米1040 ，最大墙顶位移23mm，都满足规范要求。

五、平衡土体的验算

平衡土体是中心岛法的关键，其土体稳定、支挡可靠性和尺寸界定是决定整个支护结构安全性，直接决定施工的成败。笔者认为，在平衡土体的验算中，假定土应力达到朗肯被动土压力，对平衡土体的稳定而言是偏于安全的，在支护结构的计算中采用折减的弹性地基模型（m法）土应力也是较为合理的。

本工程平衡土体呈梯形横截面，高3.7m，上边长11.5m，底边长16m，土质为粉砂。根据上述计算公式验算，求得抗倾覆安全系数 ，抗滑移系数 ，全部满足规范要求。

在实际工程施工中，除了验算平衡土体外，保护好平衡土体的工作更显重要。具体做法是土面挂网喷射钢筋混凝土面层，防止雨水冲刷及施工过程中造成泥土的流失，设置降水井进行降低水位，必要时可采用加固措施改善土体的受力条件，并严禁在土体上加载。由于边界条件的不明确，平衡土体的实际情况和理论计算往往有相当大的差异，因此加强施工检测是十分必要的。

六、结语

本工程主体结构现已完工，其基坑施工过程情况相当好，支护结构的实际变形满足规范要求，平衡土体在整个施工中保持稳定安全，设计的构想得到很好的实现，既保证了基坑的安全，节约了工程成本，又缩短了工期，综合效益显著，这说明中心岛法在大型基坑中应用的优越性是十分突出的，值得适当推广。

参考文献：

[1] 中华人民共和国行业标准.《建筑基坑工程技术规范》（YB 9258-97）.冶金工业出版社，1998

[2] 黄运飞.《深基坑工程实用技术》.兵器工业出版社，1996刘建航，候学渊主编.

[3]《基坑工程手册》.中国建筑工业出版社，1997

[4] 戟腊元.《庐山大厦半逆作法施工技术》.施工技术，2000（1）