《採用大直徑鋼筋混凝土圓環桁架內支撐基坑施工工法》是浙江中成建工集團有限公司完成的建築類施工工法，完成人是劉有才、張榮燦、張文健。該工法適用於基坑開挖面積大、工期緊，特別適用對環境保護要求高的各種深基坑工程，也適用於多種平面形狀的大型基坑，尤其是方形、圓形、多邊形深基坑，通過對水平支撐的調整，可適用於各種形狀深基坑。
《採用大直徑鋼筋混凝土圓環桁架內支撐基坑施工工法》主要的工法特點是：結構簡單、形狀規整；受力合理；利用圓環桁架內支撐中間的無支撐空間，為基坑土方大開挖創造有利條件。
2008年1月31日，《採用大直徑鋼筋混凝土圓環桁架內支撐基坑施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2005-2006年度國家一級工法。
基本介紹
- 中文名：採用大直徑鋼筋混凝土圓環桁架內支撐基坑施工工法
- 工法編號： YJGF098-2006
- 完成單位：浙江中成建工集團有限公司
- 主要完成人：劉有才、張榮燦、張文健
- 套用實例：上海綠洲中環中心工程
- 主要榮譽：國家一級工法（2005-2006年度）
- 審批單位：中華人民共和國住房和城鄉建設部
形成原因,工法特點,操作原理,適用範圍,工藝原理,施工工藝,材料設備,質量控制,安全措施,環保措施,效益分析,套用實例,榮譽表彰,
形成原因
截至2005年，土木工程界的學者們和技術人員都在研究圓環桁架結構作為水平支撐用於土建工程的深大基坑支護上。圓環桁架結構固有的優點從理論上得到認可，但由於圓環桁架結構超大的平面結構，平面外失穩是最大問題。
上海綠洲中環中心工程基坑呈圓形，占地面積達34000平方米，在基坑支護中採用了Φ200米直徑的鋼筋混凝土圓環桁架支撐系統，經套用獲得成功。鋼筋混凝土圓環桁架支撐的成功套用達到了施工快、造價低、環境影響小的目標。在上海綠洲中環中心工程之前與之後，鋼筋混凝土圓環桁架支撐還套用於杭州運河廣場和天津龍悅國際大酒店基坑工程，並取得成果。根據上海市科學技術委員會的鑑定意見，浙江中成建工集團有限公司編制《採用大直徑鋼筋混凝土圓環桁架內支撐基坑施工工法》，並在有條件的工程中予以推廣套用。
工法特點
《採用大直徑鋼筋混凝土圓環桁架內支撐基坑施工工法》的工法特點是：
⒈結構簡單、形狀規整。
⒉受力合理、充分利用了混凝土耐壓的材料力學性質。
⒊利用圓環桁架內支撐中間的無支撐空間，為基坑土方大開挖創造了有利條件。
⒋能取得經濟效益，提前了工期。
操作原理
適用範圍
《採用大直徑鋼筋混凝土圓環桁架內支撐基坑施工工法》的適用範圍是：
⒈適用於基坑開挖面積大、工期緊，特別適用對環境保護要求高的各種深基坑工程。
⒉適用於多種平面形狀的大型基坑，尤其是方形、圓形、多邊形深基坑。
⒊通過對水平支撐的調整，可適用於各種形狀深基坑。
工藝原理
《採用大直徑鋼筋混凝土圓環桁架內支撐基坑施工工法》的工藝原理如下：
- 深大基坑鋼筋混凝土圓環桁架內支撐系統的結構原理
在大而深的基坑中套用鑽孔灌注樁、SMW工法，地下連續牆作為圍護結構，內支撐選用鋼筋混凝土大直徑圓環桁架結構，在基坑周邊（沿水平面）均勻主動土壓力作用下，圓環桁架的構件內力主要表現為軸力。作為桁架上、下弦桿的環梁內力表現為均勻的軸壓力，作為腹桿的斜撐，部分內力為軸壓力，部分內力表現為軸拉力，這符合混凝土耐壓的材料力學特性，由此節省作為內支撐材料的鋼筋混凝土用量，實現降低基坑支護造價的目的。
- 與鋼筋混凝土圓環桁架支撐系統結構相適應的土方連續開挖原理
圓環桁架內支撐系統，以少量的支撐結構抵禦基坑強大的主動土壓力，使基坑出現2/3左右的面積無支撐的狀況，為基坑土方開挖提供了連續開挖的條件。為適應鋼筋混凝土圓環桁架支撐結構四周均勻受力的特點，土方開挖須使土方近似水平下降，通過坑內各層各塊土方有計畫的安排，除第一道支撐的土方外，其他各層各塊土方均由棧橋連續運出，由此創造土方連續大開挖的局面。
施工工藝
- 工藝流程
《採用大直徑鋼筋混凝土圓環桁架內支撐基坑施工工法》的施工工藝流程見圖1。
圖1 施工工藝流程圖
- 操作要點
《採用大直徑鋼筋混凝土圓環桁架內支撐基坑施工工法》的操作要點如下：
⒈降水工程
熟悉基坑的地質報告，了解各層土的含水量，滲透係數，進而確定深井降水的井點數量。通過水位觀察井將坑內水位控制在土方開挖面以下，土方開挖過程中，以深井抽水為主，輔以輕型井點降水。當基坑挖至坑底時，在坑底作好排水溝，排水溝與深井集水井相通，使基坑在各開挖過程中保持土體固結狀態，以利於挖土。
⒉土方開挖
根據鋼筋混凝土圓環桁架支撐的受力特點，土方開挖應為：立面分層分次，各層中心島留土。平面分段；均勻對稱開挖。各層土方均由棧橋運出（表層土除外）。
⒊圓環桁架支撐施工
①在測量放樣中，嚴格控制環梁的圓度和各道圓環的同心度。在高程測量時堅持內圓環比中環低，中環比外環低的原則。
②鋼筋混凝土支撐的墊層施工後，必須鋪設油毛氈，確保水平支撐混凝土與墊層隔離，土方開挖時使墊層能從支撐底順利脫落。
③圓環桁架支撐的模板配製，應先批量預製各節點模板，現場安裝後湊合直線段模板。
④支撐混凝土澆搗必須密實。
⑤支撐混凝土強度等級必須達到設計的要求，方可進行下一層土方開挖。
⒋整個基坑施工過程必須堅持信息化管理，作好坑體的沉降、水平位移、測斜監測、作好水平支撐各道環梁的沉降及支撐的內力監測，作好坑內外水位觀測。
- 勞動力組織
同樣以占地32000平方米，深度9米的基坑內為例，從土方開挖到開挖至坑底，《採用大直徑鋼筋混凝土圓環桁架內支撐基坑施工工法》勞動力組織如表1所示。
各崗位或工序 | 單位 | 工程部位或時間的使用數量 | 備註 | |
土方工程 | 水平支撐 | |||
土方開挖外運 | 人 | 90 | / | / |
截樁 | 人 | 90 | / | / |
人工拝土 | 人 | 80 | / | / |
鋼筋綁紮 | 人 | / | 100 | / |
模板工程 | 人 | / | 210 | / |
混凝土澆築 | 人 | / | 40 | / |
其他 | 人 | 10 | 20 | / |
塔吊司機 | 人 | / | 10 | / |
坑內井點抽水 | 人 | 30 | / | / |
測量放樣 | 人 | / | 6 | / |
材料設備
《採用大直徑鋼筋混凝土圓環桁架內支撐基坑施工工法》所用的材料及設備明細如下：
在基坑圍護樁牆已完成的前提下，以占地平面面積32000平方米，深度9米的圓形基坑為例，所需配備的材料和設備如表2。
材料與設備 | 性能與規格 | 單位 | 工程部位或時間使用數量 | 備註 | |
土方工程 | 支撐 | ||||
鋼筋混凝土 | C30 | 立方米 | / | 7500 | / |
深井井點 | / | 口 | 128 | / | / |
輕型井點 | / | 套 | 10~15 | / | / |
挖土機械 | 1.2立方米 | 台 | 2 | / | / |
挖土機械 | 0.9立方米 | 台 | 2 | / | / |
挖土機械 | 0.3立方米 | 台 | 4 | / | / |
運土汽車 | 20噸自卸式 | 輛 | 60 | / | / |
鋼筋混凝土棧橋 | 6×5 | 座 | 2 | / | / |
搶修車 | / | 輛 | 2 | / | / |
走道板 | 1×6 | 塊 | 30 | / | / |
混凝土輸送泵 | / | / | 2 | / | / |
插入式振搗泵 | / | / | 10 | / | / |
塔吊 | 80噸•米 | 台 | 5 | / | 後期連續使用 |
潛水泵 | / | 台 | 80 | / | / |
全站儀 | DI2000 | 台 | / | 1 | 後期連續使用 |
水準儀 | DS3 | 台 | 4 | 2 | 後期連續使用 |
質量控制
施工單位採用《採用大直徑鋼筋混凝土圓環桁架內支撐基坑施工工法》施工按《混凝土結構工程施工質量驗收規範》（GB50204-2002），《工程測量規範》（GB50026-93）、《建築基坑支護技術規程》（JGJ120-99）執行。
⒈土方開挖應沿基坑周邊對稱均勻分若干偶數塊，立面以支撐道數分層。
⒉圓環梁表面不平度≤3毫米，不圓度≤2毫米，各圓環不同心度≤2毫米。
同一道支撐的內環中心應比中環中心低，中環中心應比外環中心低，相鄰圓環之間高差的幅度為20毫米。
安全措施
施工單位採用《採用大直徑鋼筋混凝土圓環桁架內支撐基坑施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：
⒈挖土機在坑內桁架支撐間挖土時，嚴格禁止挖機大臂碰撞豎向支撐。
⒉土方開挖和土方運輸時，須有專人指揮，行車路線有行駛標識。
⒊嚴格按挖土方案進行分層分塊有次序的挖土，確保坑內土體穩定，特別是開挖面土體穩定和保證水平支撐的受力合理。
⒋加強信息化管理，施工過程堅持對第一道內、中、外環梁的沉降測量觀測，嚴防內環梁向上漂移的情況發生，進而控制大型鋼筋混凝土桁架水平支撐的平面外失穩。
環保措施
施工單位採用《採用大直徑鋼筋混凝土圓環桁架內支撐基坑施工工法》的環保措施如下：
⒈土方開挖及混凝土澆搗過程中，所有進出車輛在出門前均用清水沖洗乾淨。並在現場出口處滿鋪麻袋。
⒉做好混凝土支撐爆破的方案論證、審批和過程中的檢查工作，支撐爆破應在密閉防護棚中進行，以防爆炸物飛濺和粉塵瀰漫。
效益分析
《採用大直徑鋼筋混凝土圓環桁架內支撐基坑施工工法》的效益分析如下：
以上海綠洲中環中心工程為例，由於該基坑工程中成功地實施了Φ200米直徑鋼筋混凝土圓環桁架支撐系統及相應的土方開挖技術，取得了經濟效益和社會效益。
- 節能與經濟效益
⒈與滿堂對撐或局部留置空間加對撐相比，節約鋼筋混凝土約17000立方米，省去豎向支撐約300根，就此兩項產生直接經濟效益1800萬元。
⒉由於採用連續土方開挖技術，該基坑土方30萬立方米開挖共占工期80天（其中還完成兩道鋼筋混凝土圓環桁架支撐的鋼筋混凝土結構施工），與同類基坑工程相比，提前工期2~3個月。
- 環境與社會效益
分層、分區、分塊，對稱均勻的土方連續開挖技術的實施，使每塊土方開挖任務清楚，出土路線明確，運土車封閉後方可出場，建築材料水平運輸和垂直運輸線路明確，混凝土泵車泵管定址設定，材料定址堆放，人行道路、上下馬道都有標識，整個現場展現出一付有條不紊的文明施工場面，整個現場路清、氣清，該工程在基坑施工過程得到上海市普陀區政府相關部門的好評。
註：施工費用以2005~2006年施工材料價格計算
套用實例
《採用大直徑鋼筋混凝土圓環桁架內支撐基坑施工工法》的套用實例如下：
- 上海綠洲中環中心工程
上海綠洲中環中心工程位於上海市普陀區金沙江路和真北路交叉口的西北象限，整個基坑呈圓形，圍護體一般外徑Φ200米，最大外徑Φ210米，周長640米左右，基坑大部深度8.30米，局部深度9.70米、11.70米，見圖2。圍護體採用鑽孔灌注樁+深層攪拌樁，內支撐體系採用二道圓環鋼筋混凝土桁架水平支撐、其中第一道為雙圓環桁架、第二道為三圓環桁架，桁架體系由鋼格構柱支撐。
圖2 綠洲中環中心工程超大直徑圓環桁架支撐基坑全貌
1.實物工作量
上海綠洲中環中心工程基坑面積達34000平方米，二道鋼筋混凝土水平支撐方量為7500立方米，鋼結構75噸，鋼構柱下的鑽孔灌注樁鋼筋混凝土量870立方米。
2.套用效果
土方工程自2005年5月27日開始至8月23日結束，經監測周邊建築最大沉降17.1毫米，坑外地表沉降24.4毫米，圍護樁水平位移18.5毫米，均小於規定限值，取得了經濟效益和社會效益。
- 杭州運河廣場
杭州運河廣場位於杭州市拱辰橋橋東，地下二層建築面積37739平方米。基坑呈正方形，最大開挖深度為10.60米，最淺4.90米，呈台階式，基坑挖土總量約25萬立方米。基坑採用帶撐樁牆式圍護結構，即坑周採用一排鑽孔灌注樁擋土、兩排水泥土攪拌樁止水加一道雙圓環形鋼筋混凝土水平桁架支撐，最大直徑Φ130米，用95根鋼立柱支承水平支撐。採用該工法圍護體系後節省了一道水平支撐，節約資金約150萬元，土方開挖中充分利用了環形支撐內的大空間，縮短了挖土工期。
- 天津龍悅國際大酒店基坑工程
該工程地下二層，基坑呈長方形，平面尺寸約92.0×66.0米，基坑挖深12米，最深處達到14.45米，總計土方75000立方米。天津龍悅國際大酒店基坑工程位於天津市鹹陽路29號北辛莊園林小區內，根據平面形狀，採用一排鑽孔灌注樁和一排水泥土攪拌樁作為基坑護壁，兩個大小相同的半圓（R=34.525米）組成雙環雙層的桁架內支撐體系，同時在長邊中間加一對撐，水平支撐體系由鋼格構承載。該基坑套用雙環桁架內支撐支護體系，為深基坑開挖提供了較大的空間，縮短了工期，與常規支撐體系相比節省造價25%。環形桁架支撐體系邊角部位及中間對撐區加設鋼筋混凝土板，並與環梁固接，改善了受力性能，整體剛度大，經監測支護體系變形較小。工程自2005年11月5號開始挖土，2006年8月15日結構出±0.00。
註：施工費用以2005~2006年施工材料價格計算
榮譽表彰
2008年1月31日，中華人民共和國住房和城鄉建設部以“建質[2008]22號”檔案發布《關於公布2005-2006年度國家級工法的通知》，《採用大直徑鋼筋混凝土圓環桁架內支撐基坑施工工法》被評定為2005-2006年度國家一級工法。
