城市中心地段人口密集、建筑密布，在该类区段实施深基坑工程往往受制于复杂的周边环境。近几年，锚索类结构的施工对周边环境的影响和地下空间的污染越来越受到关注，使得锚索的使用条件也越来越严苛。受此影响，超大面积(开挖面积大于3万m2)深基坑工程的总体实施方案将面临更多的挑战，尤其是城市中心的超大面积深基坑。从表观上看，超大面积基坑只是增加基坑的体量，而在实际工程中，超大面积基坑则带来一些小型基坑遇不到且较棘手的不利条件。随着城市旧改、更新项目的不断涌现，该类深基坑的项目也不断增加，带来的复杂问题和条件也是未有的。经多个项目总结，其工程条件一般具有以下共性:

1)周边环境复杂，埋地市政管网密集且对变形及其敏感，基坑设计一般变形控制要求较高;

2)基坑内土石方量大，外运周期长，建设单位对土石方外运条件要求高;

3)建筑设计一般采用多栋建筑共用一个地下室模式，在开发过程中一般采用分期分块开发的模式。

受多种相关工程条件的共同制约，如何合理选型该类深基坑的支护结构是一个难题。

1 基坑支护选型

1.1 基坑支护结构类型概述

一般条件下超大面积深基坑可供选择的支护结构有:悬臂桩(墙)、复合土钉墙、双排桩结构［2-3］、衡重式桩板墙结构［4］、中心岛法、桩锚结构、衡重式双排桩结构、全内支撑结构、分仓内支撑。

悬臂桩(墙)结构:一种将排桩(墙)嵌入基坑底部一定深度，依靠基坑底部的被动土压力来抵抗基坑开挖后的主动土压力的支护结构。该类基坑受力体系简单明确，便于设计和施工，一般情况适用于6 m以内的深基坑，基坑变形较大。

复合土钉墙:常规土钉墙的升级版，主要由土钉、微型桩、锚索组成的复合支护体系。其计算原理和支护结构受力体系相对复杂，目前尚没有较合理的变形计算方法，但该支护结构造价低廉，在周边环境较为简单、对变形控制要求较低的地段得到了广泛应用。一般情况下适用于4～8 m的深基坑［2］。

双排桩结构:由前后排和连梁构成的门架支护结构，具有抗变形能力强的特点，一般不设置任何支锚结构，土方开挖便利。一般适用于8～12 m的深基坑。

衡重式桩板墙结构:一种由上部L型挡墙结构和下部排桩刚性连接而成的支护结构。上部 L型挡墙结构不仅具有一定的卸荷能力，而且还会形成反倾覆力矩，该力矩可提高整体抗倾覆能力，还可削减下部排桩弯矩。一般情况下适用于8～10 m的深基坑。

中心岛法:围护结构采用排桩或地连墙，基坑周圈采用放坡的方式，中心部分直接开挖至基坑底部实施地下室结构，周圈放坡土台段地下室采用逆作法。周圈的预留土台充当复合支撑体系，使得基坑中心部分到底后，周圈支护结构依然安全、稳定。一般情况下，该支护方法适用于10～25 m深基坑。

桩锚结构:由排桩和锚索体系组成，具有适应能力强、应用广泛的特点，支护结构成本总体低廉，且对土方开挖、后期地下室施工干扰较小。一般情况下，适用于6～25 m的深基坑。

衡重式双排桩结构:一种基于衡重式桩板墙和双排桩的创新结构，由上部L型衡重台和下部双排桩刚性组合而成，具有衡重式桩板墙和双排桩的多重优点;基坑侧壁中部不设置任何支锚构件，极大地提高了土石方外运效率;但该类结构也存在支护结构占地空间大、造价稍高的缺点。一般情况下，支护深度为10～15 m。

全内支撑结构:由桩和支撑结构组成，支撑结构提供水平力来抵抗土的侧压力。对于大面积基坑而言，由于支撑长度大(刚度大幅度降低)，支护结构变形相对较大，且工程造价也较大。一般情况下内支撑结构，适用于6～35 m的深基坑。

分仓内支撑结构:分仓模式是解决大面积基坑较好的方式，不存在支撑刚度缩减问题。由于基坑内部需要分仓设置多排独立的围护结构，基坑支护造价极高。一般情况下用于15 m以上的大面积深基坑。

1.2 支护结构类型筛选

1.2.1 变形控制分析

城市中心的深基坑对周边环境、变形极其敏感，要求支护结构按变形控制设计［5-6］。众所周知，悬臂结构、复合土钉墙结构在同等条件下往往变形较大，很难满足变形控制设计的基本要求。为此，对于变形控制可以量化的基坑支护结构进行筛选归类，如表1所示。

表1 支护结构变形量化对比

由表1可知，以变形控制因素为主导，可行的支护结构类型有:桩锚结构、双排桩、衡重式双排桩、中心岛法、全内支撑、分仓内支撑结构。

桩锚结构的变形控制受制于锚索和桩2种刚度的合理组合。若采用强锚弱桩，则容易出现桩身变形超标问题;若采用强桩弱锚，则容易出现桩身整体倾覆变形等问题。桩锚结构变形控制方面，锚索刚度更为关键，常规的锚索设计其单支点每延米的刚度量级在5 000～8 000 kN/m。

以控制变形为主导条件的基坑工程，宜优先推选分仓内支撑结构、全内支撑结构、中心岛法。

1.2.2 土石方外运效率分析

土石方外运效率［7-9］是影响超深超大面积基坑工期的关键环节，建设单位对土石方开挖效率往往有很高的要求，为此应尽可能无干扰持续出土。从出土效率角度出发，对基坑支护结构进行筛选归类，如表2所示。

表2 支护结构和出土效率对比

以土石方外运效率为主导因素，优先推选支护结构类型为:衡重式双排桩、双排桩、中心岛法、桩锚结构。

1.2.3 分期开发模式

超大面积项目中多栋地上建筑往往共用一个大地下室。建设方从快速回收成本等因素出发，通常会要求其中的1～2栋先行出地面封顶售楼，该类开发模式即分期开发模式。

对于分期开发模式的项目，建设方往往要求基坑支护结构满足土方分块开挖和地下室独立分区施工的功能。该项功能要求支护结构具备局部或完全独立稳定的能力，例如:桩锚结构、双排桩、衡重式桩板墙、衡重式双排桩等支护体系;而内支撑支护体系由于无法在局部或某个区段实现独立稳定，且拆除支撑需要对称或全面回填地下室，对分期模式的项目存在很大制约。因此，内支撑体系在分期开发模式的项目中不是优选。

以分期开发进度为控制主导因素，优先推选的支护结构类型分别为:桩锚结构、衡重式双排桩、双排桩。

1.2.4 满足多种条件基坑合理选型

将分别满足变形控制、土石方外运效率及分期开挖条件的优选前3类支护结构汇总于表3。

表3 受控条件与适用支护结构

从表3可以看出，尚不能找到某一种支护结构能同时满足多种条件最优，因此超大面积基坑选型通常需要参照现场条件和业主需求综合考虑。

2 超大基坑选型案例分析

2.1 工程实例1(深圳前海某项目)

2.1.1 工程概况和相关条件

该项目位于深圳市前海片区，占地面积约4万m2，规划有4栋高层写字楼和2栋商务公寓，地下室总体上为3层，局部设置4层，深基坑开挖深度分别为16 m(东侧)和20 m(西侧)。场地周边均为规划用地和待建道路，无重要建构筑物。

场地地层自上而下为:人工填土层、淤泥层、砂质黏性土、全风化花岗岩、强风化花岗岩、中风化花岗岩，其中人工填土层和淤泥层的物理力学性质较差。此外，由于深圳前海片区为填海片区，地下水极为丰富。

考虑到项目占地面积大、总体建筑规模大，业主采取分期分块开发模式，抢先开发东侧2栋商务写字楼，要求土方开挖便利，地下室施工干扰小。

2.1.2 基坑支护结构比选

基坑选型的初步条件:

①周边环境简单，变形控制要求低;

②工程进度要求高，土方开挖要求高效率;

③分期开发模式;

④禁止地下空间污染。

上述条件中，周边环境简单意味着支护结构选型不作特殊要求，满足安全的支护型式均可采用。为此该项目中主要受控的因素为②，③条件。满足工程进度、利于土方开挖的支护形式有:衡重式双排桩、双排桩、中心岛法、桩锚结构;满足分期开发模式的支护形式有:桩锚结构、衡重式双排桩、双排桩。第④个条件是该项目的特殊条件，由于深圳前海是社会关注焦点，虽然现阶段周边均为待建用地，为防止锚索类结构影响后期开工项目的支护结构或工程桩施工，前海地区禁止使用锚索结构，为此排除桩锚结构支护方式。

根据工程条件筛选满足该项目的支护方式有:衡重式双排桩、双排桩、中心岛法。

3种支护形式中，中心岛法在基坑变形控制方面最为突出，但在土石方外运效率和分期开发模式方面制约因素较多。衡重式双排桩和双排桩结构均对土石方外运效率干扰小，且较好地满足分期开发模式。衡重式双排桩由衡重台起反压卸荷作用，基坑安全性更高，结构内力分布更为合理，为此最后选定衡重式双排桩结构，其剖面如图1所示。

图1 衡重式双排桩结构剖面(单位:m)

2.1.3 工程施工情况

前海项目于2013年11月开工施工围护桩(见图2)，工程由东向西逐步展开。由于支护结构没有锚索、支撑等干扰，土方开挖效率达到5 000～10 000 m3/d，2014年5月南侧东段基坑开挖到底部，基坑变形缓慢发展，变形速率总体上为1～2 mm/d，最终深基坑桩顶水平变形总体约48 mm，局部接近60 mm。东侧地下室于2014年11月份出地面，达到建设的开发进度需求。西侧设置4层地下室，基坑方案采用衡重式双排桩加一道内支撑结构，支撑结构设置于负3层楼面。

图2 案例1围护结构照片

2.2 工程案例2(深圳笋岗某项目)

2.2.1 工程概况和相关条件

该项目位于深圳市罗湖区笋岗片区，占地面积约5万m2，规划4栋写字楼和3栋公寓，设2层地下室，开挖深度12～13 m。场地周边环境较为复杂:东侧为市政道路，下部埋深有多条市政管线;南侧为在建深圳地铁7号线车站结构和部分区间盾构隧道，车站和隧道土建工程即将完工，隧道埋深约16 m，地铁结构与该基坑开挖边线最近处距离为6.8 m;西侧为深圳地铁9号线车站结构和部分区间盾构隧道，车站和隧道土建工程也即将完工，隧道埋深约为10 m，地铁结构距离基坑开挖边线最近处约为15 m;北侧为7层天然浅基础仓库类建筑，距离基坑开挖边线约7 m。

场地地层自上而下为:人工填土、粉质黏土、含卵石砾砂层、砾质黏性土、强风化花岗岩。

2.2.2 基坑支护结构比选

基坑选型的初步条件:

①周边环境复杂，变形控制要求高;

②工程进度要求高，土方开挖要求高效率;

③分期开发模式。

上述条件中，周边环境对基坑变形的要求必须充分考虑。地铁侧的深基坑结构不仅需要满足自身规范要求，而且要求确保基坑开挖影响地铁产生的变形在许可范围之内;其他侧的深基坑变形满足规范要求即可。按变形控制为主导，基坑支护选型有:分仓内支撑、全内支撑结构、中心岛法、桩锚结构。当受控的因素为②，③条件时，可供选择的支护方式有衡重式双排桩结构、双排桩结构、中心岛法、桩锚结构。此外，建设单位对经济性也提出了相对苛刻的条件。

根据工程条件筛选满足该项目的支护方式有内支撑、衡重式双排桩、双排桩、中心岛法和桩锚结构。

由于深基坑周边环境的差别较大，支护结构选型也必须分段，总体上可以分为3段:地铁侧(南侧与西侧)、邻近建筑侧(北侧)、邻近道路侧(东侧)。地铁侧变形控制等级高，且因受制于地铁结构影响，锚索结构受限;邻近建筑侧变形控制等级高，且锚索结构受限制(要求征得用地业主同意);邻近道路侧变形控制等级稍低。通过分析周边环境特点，地铁侧选用双排桩+中心岛的结合支护结构(见图3)，邻近建筑侧选用了内支撑结构(见图 4)，道路侧采用了桩锚结构(见图5)。

图3 地铁侧双排桩+中心岛方案剖面(单位:m)

2.3 工程案例3(深圳香蜜湖某项目)

2.3.1 工程概况和相关条件

图4 民房侧内支撑结构典型剖面(单位:m)

图5 道路侧桩锚支护典型剖面(单位:m)

该项目位于深圳市香蜜湖片区，占地面积4万m2，规划有写字楼、住宅及幼儿园，设3层地下室，开挖深度约15 m。场地周边环境较为复杂，东侧为市政道路，下部埋设有多条市政管线;南侧为多栋高层住宅楼和一栋幼儿园，高层建筑下部基础为桩基础，幼儿园下部为天然浅基础;西侧、北侧为市政道路，下部埋设有多条市政管线。

场地地层自上而下为:人工填土、砂质黏土、砾砂层、砾质黏性土、全风化岩、强风化岩。

2.3.2 基坑支护选型

本工程的初步条件，可供选择的基坑支护方式与前述工程案例2类似。支护结构选型也必须分段，总体上可以分为2段:邻近建筑侧、邻近道路侧。邻近建筑侧变形控制等级高且锚索结构受限制(要求征得用地业主同意);邻近道路侧变形控制等级稍低。通过分析周边环境特点，邻近建筑侧(南侧)选用双排桩+中心岛的结合支护结构(见图6)，北、东、西邻近道路侧采用了桩锚结构，如图7所示。

图6 双排桩+中心岛支护典型剖面(单位:m)

图7 桩锚结构支护典型剖面(单位:m)

2.3.3 工程施工情况

该项目于2015年4月开工，围护桩施工3个月完成后，桩锚段实施分层设置锚杆开挖;双排桩段施工顶部连梁，形成双排门架结构后立即开挖土方至中心岛预留土台顶部。双排桩段由于没有锚索类结构的影响，开挖速度不受影响，该段出土效率优异。基坑全面开挖到底部后，总体上达到业主安全、施工便利、分期开发模式的要求。基坑桩锚段变形 处约26 mm，双排桩+中心岛预留土台段 变形为19 mm，满足基坑变形控制的要求。

3 结论

通过比选研究，目前常见或较为新颖的基坑支护结构尚不能同时达到多条件下最优。

以变形控制条件为主导，按从优到次的顺序推荐3种基坑形式分别为分仓内支撑、全内支撑、中心岛法。

以土石方外运效率为主导，按从优到次的顺序推荐3种基坑形式分别为衡重式双排桩、双排桩、中心岛法。

以分期开发模式条件为主导，按从优到次的顺序推荐3种基坑形式分别为桩锚结构、衡重式双排桩、双排桩。

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