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【摘 要】总结了深基坑工程设计时支护体系的选取原则，并结合武汉市某深基坑支护设计工程，阐述了该工程支护方案的选取过程，并对所选择双圆环支撑体系进行了计算分析，结果表明，双圆环支撑在该深基坑工程中选取恰当，有较好的适用性和合理性。
【关键词】支护体系；方案选型；双圆环支撑
引言
近年来，我国地下空间的开发利用越来越多，地下室的规模越来越大，基坑开挖越来越深，基坑周边的环境日趋复杂。而基坑工程本身就是一项综合性极强的工程，它涉及到岩土工程、结构工程、水文地质工程等等。因此，在城市日益紧张的空间环境下，对基坑工程的设计及施工都提出了更高的要求。
一、工程概况
某深基坑工程位于武汉市，地上建筑规划为两栋超高层住宅楼和一楼超高层字楼，地下建筑规划为满布的二层地下层。基坑工程面积约为7600m?，基坑形状约呈平行四边形，支护周长约400m。该基坑工程周边环境复杂，周边有大量的低矮民房，天然地基的小高层楼房，以及在建地铁车站等，是典型的城市密集环境，对基坑工程的设计施工要求较高。
工程地质属于典型长江左岸一级阶地地貌，地形较平坦，场地内分布的地层有：人工填积层、第四系全新统湖塘相淤积层、第四系全新统冲积层和志留系坟头组岩层。
二、支护方案选型
介于該基坑工程地质条件较差，且周边环境复杂，故在基坑设计中，需要同时考虑多种因素。基坑支护方案设计除了要满足基坑开挖的结构稳定要求，还应科学合理地考虑施工可行性，使围护体施工能够满足工程开工要求，同时也要满足业主的工期要求。基坑工程支护方案的选型至关重要，不同的支护方案工期、造价、施工便利性差异较大，如何在满足基坑安全的前提下满足工程建设中工期、经济性以及施工便捷等多方面的要求成为基坑工程设计的关键问题。
1、竖向支护结构选型
当前深基坑工程中，竖向支护结构使用的最多的是支护桩、地下连续墙和SMW工法桩。根据地质情况，同时鉴于钻孔灌注桩结合止水帷幕作为一种成熟的工法，其施工工艺简单、质量易控制，施工时对周边环境影响小，在长三角地区应用广泛，尤其适用于顺作法基坑工程。本工程设计钻孔灌注桩作为主要竖向支护结构，部分空间受限区域采用SMW工法作竖向支护结构。
2、水平支撑体系选型
深基坑工程中水平支撑主要有钢筋混凝土支撑和钢支撑两种形式。钢支撑施工方便，支撑形成速度快，无需养护，大大减小了围护体无支撑暴露时间，又可施加和复加预应力，能有效地控制围护体变形，同时也方便以后的拆除，加快了整体施工进度。钢筋混凝土内支撑具有刚度大、变形小的特点，对减少围护体的水平位移，并保证围护体稳定具有重要作用。同时混凝土支撑施工适应性强，可适用于各种复杂形状和基坑面积超大的基坑工程。本工程基坑形状复杂，开挖面积较大，纵向尺寸也较大，故选择适应性更广泛的钢筋混凝土支撑为宜。
3、水平支撑平面布置分析
钢筋混凝土支撑体系平面布置可采用对顶撑+角撑的桁架支撑布置形式或者圆环支撑+桁架支撑的布置形式，两种支撑体系各有特点如下。
（1）对顶撑+角撑的桁架支撑布置形式受力明显，通过沿基坑中部对边设置的对撑基本上控制了基坑中部围护体的变形，角部区域设置角撑约束，可缩短支撑的跨度，增加角部支撑刚度，有利于控制短边跨中基坑变形。如此布置形式，各个区域的受力明确，且受力体系相对独立。采用对撑+角撑的布置形式各个区域的相对独立，可实现分块抽条开挖，并能跟进及时浇筑对撑，可有效的控制基坑变形。
（2）圆环支撑+桁架支撑布置形式结构受力性能合理，能充分发挥混凝土材料优越的受压特性，而且具有较大的刚度和变形小的特点。该布置形式，可在基坑平面形成的大范围的无支撑区域，为挖运土的机械化施工提供了良好的多点作业条件，同时也为工程提供了下坑施工的便利。
综合分析本工程工况，基坑主要区域呈现为较规则的平行四边形，本基坑工程设计方案采用了圆环支撑+桁架支撑的布置形式。采用双圆环作为主要受力构件分别分布在基坑的上下两块区域，圆环直径分别约为47米和55米。圆环与基坑竖向支护结构采用桁架支撑相连接，桁架支撑均匀地分布在基坑周边及圆环周边。同时在两个圆环之间加设切向的对顶桁架支撑，以加强两圆环间的支撑体系刚度。两圆环与基坑相临边采用加强板带连接。
三、支撑体系平面计算分析
利用有限元软件对所布置的混凝土支撑体系进行计算分析，其计算模型如图所示：
在该支撑体系中，主要构件尺寸材料参数如下：
冠梁截面尺寸为宽×高1600mm×1000mm；圆环支撑ZC1截面尺寸为宽×高1200mm×1000mm，桁架辅撑ZC2截面尺寸为宽×高800mm×800mm，圆环间切向对顶桁架撑ZC3截面尺寸600mm×600mm。所有支撑均采用混凝土等级均为C35。
支撑体系围压输入，应采用竖向支护结构计算时，各支护段所得出的支撑轴力围压标准值。完成信息输入，利用软件计算，得出如下计算结果：
圆环支撑的轴力普遍在6500kN左右，最大轴力结构为8300kN，计算得ZC1截面计算最大轴压比为0.67；圆环结构内大部分圆环段没有弯矩，仅在两圆环连接处，以及圆环与基坑边临近处，有较小的弯矩存在，最大标准值为700kN˙m。
图1支撑计算平面布置图
桁架支撑ZC2的轴力普遍分布在[1200kN，2200kN]，计算得ZC2截面计算最大轴压比为0.53；桁架支撑弯矩计算结果基本为零。
圆环间切向对顶桁架支撑ZC3的轴力计算结果，根据软件分析，圆环外为零杆，分布在两个圆环内的两段支撑轴力计算结果为别为2200kN和1400kN，内外支撑都没有弯矩产生。
该计算结果表明，本基坑工程双圆环支撑的选型与支撑平面布置是合理的且安全的。
四、结语
根据圆环支撑在本基坑工程的成功设计应用，得出了圆环支撑在城市基坑工程设计中的应用经验：
1、在基坑平面形状具备一定的规则性时，可以考虑选择圆环支撑作为其支撑体系布置形状。
2、采用圆环支撑平面布置形式时，应注意圆环在基坑临边处和基坑各角处支撑处的受力情况，根据计算分析采取相应的加强措施。
3、圆环支撑的轴力一般都很大，应注意控制圆环支撑截面的设计轴压比，为其保有一定的富余，以保障基坑支撑体系在实际工程中的安全。
4、圆环支撑体系是一个整体受力的体系，每一个环节都要求做到万无一失，其对土方开挖的要求也相应较高，开挖中应注意不能有过于不均匀开挖的现象出现。同时在设计中，就应当考虑到各种环璋、施工等多方面因素带来的负面影响，给予足够的安全储备。
参考文献：
[1]刘国彬，王卫东.基坑工程手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2009
[2]汪军.基坑支护结构设计原则和结构选型[J].中国西部科技，2009，08：22～23
[3]邵永辉.灌注桩加内支撑的基坑围护设计实例[J].福建建设科技，2006，10：08～10
[4]竺松，王洁栋.双圆环内支撑在宁波某软土深基坑中的应用[J].山西建筑，2009，05：103～104
[5]钟明刚.大直径圆环支撑在基坑工程中的应用研究[J].山西建筑，2012，07：85～87
【关键词】支护体系；方案选型；双圆环支撑
引言
近年来，我国地下空间的开发利用越来越多，地下室的规模越来越大，基坑开挖越来越深，基坑周边的环境日趋复杂。而基坑工程本身就是一项综合性极强的工程，它涉及到岩土工程、结构工程、水文地质工程等等。因此，在城市日益紧张的空间环境下，对基坑工程的设计及施工都提出了更高的要求。
一、工程概况
某深基坑工程位于武汉市，地上建筑规划为两栋超高层住宅楼和一楼超高层字楼，地下建筑规划为满布的二层地下层。基坑工程面积约为7600m?，基坑形状约呈平行四边形，支护周长约400m。该基坑工程周边环境复杂，周边有大量的低矮民房，天然地基的小高层楼房，以及在建地铁车站等，是典型的城市密集环境，对基坑工程的设计施工要求较高。
工程地质属于典型长江左岸一级阶地地貌，地形较平坦，场地内分布的地层有：人工填积层、第四系全新统湖塘相淤积层、第四系全新统冲积层和志留系坟头组岩层。
二、支护方案选型
介于該基坑工程地质条件较差，且周边环境复杂，故在基坑设计中，需要同时考虑多种因素。基坑支护方案设计除了要满足基坑开挖的结构稳定要求，还应科学合理地考虑施工可行性，使围护体施工能够满足工程开工要求，同时也要满足业主的工期要求。基坑工程支护方案的选型至关重要，不同的支护方案工期、造价、施工便利性差异较大，如何在满足基坑安全的前提下满足工程建设中工期、经济性以及施工便捷等多方面的要求成为基坑工程设计的关键问题。
1、竖向支护结构选型
当前深基坑工程中，竖向支护结构使用的最多的是支护桩、地下连续墙和SMW工法桩。根据地质情况，同时鉴于钻孔灌注桩结合止水帷幕作为一种成熟的工法，其施工工艺简单、质量易控制，施工时对周边环境影响小，在长三角地区应用广泛，尤其适用于顺作法基坑工程。本工程设计钻孔灌注桩作为主要竖向支护结构，部分空间受限区域采用SMW工法作竖向支护结构。
2、水平支撑体系选型
深基坑工程中水平支撑主要有钢筋混凝土支撑和钢支撑两种形式。钢支撑施工方便，支撑形成速度快，无需养护，大大减小了围护体无支撑暴露时间，又可施加和复加预应力，能有效地控制围护体变形，同时也方便以后的拆除，加快了整体施工进度。钢筋混凝土内支撑具有刚度大、变形小的特点，对减少围护体的水平位移，并保证围护体稳定具有重要作用。同时混凝土支撑施工适应性强，可适用于各种复杂形状和基坑面积超大的基坑工程。本工程基坑形状复杂，开挖面积较大，纵向尺寸也较大，故选择适应性更广泛的钢筋混凝土支撑为宜。
3、水平支撑平面布置分析
钢筋混凝土支撑体系平面布置可采用对顶撑+角撑的桁架支撑布置形式或者圆环支撑+桁架支撑的布置形式，两种支撑体系各有特点如下。
（1）对顶撑+角撑的桁架支撑布置形式受力明显，通过沿基坑中部对边设置的对撑基本上控制了基坑中部围护体的变形，角部区域设置角撑约束，可缩短支撑的跨度，增加角部支撑刚度，有利于控制短边跨中基坑变形。如此布置形式，各个区域的受力明确，且受力体系相对独立。采用对撑+角撑的布置形式各个区域的相对独立，可实现分块抽条开挖，并能跟进及时浇筑对撑，可有效的控制基坑变形。
（2）圆环支撑+桁架支撑布置形式结构受力性能合理，能充分发挥混凝土材料优越的受压特性，而且具有较大的刚度和变形小的特点。该布置形式，可在基坑平面形成的大范围的无支撑区域，为挖运土的机械化施工提供了良好的多点作业条件，同时也为工程提供了下坑施工的便利。
综合分析本工程工况，基坑主要区域呈现为较规则的平行四边形，本基坑工程设计方案采用了圆环支撑+桁架支撑的布置形式。采用双圆环作为主要受力构件分别分布在基坑的上下两块区域，圆环直径分别约为47米和55米。圆环与基坑竖向支护结构采用桁架支撑相连接，桁架支撑均匀地分布在基坑周边及圆环周边。同时在两个圆环之间加设切向的对顶桁架支撑，以加强两圆环间的支撑体系刚度。两圆环与基坑相临边采用加强板带连接。
三、支撑体系平面计算分析
利用有限元软件对所布置的混凝土支撑体系进行计算分析，其计算模型如图所示：
在该支撑体系中，主要构件尺寸材料参数如下：
冠梁截面尺寸为宽×高1600mm×1000mm；圆环支撑ZC1截面尺寸为宽×高1200mm×1000mm，桁架辅撑ZC2截面尺寸为宽×高800mm×800mm，圆环间切向对顶桁架撑ZC3截面尺寸600mm×600mm。所有支撑均采用混凝土等级均为C35。
支撑体系围压输入，应采用竖向支护结构计算时，各支护段所得出的支撑轴力围压标准值。完成信息输入，利用软件计算，得出如下计算结果：
圆环支撑的轴力普遍在6500kN左右，最大轴力结构为8300kN，计算得ZC1截面计算最大轴压比为0.67；圆环结构内大部分圆环段没有弯矩，仅在两圆环连接处，以及圆环与基坑边临近处，有较小的弯矩存在，最大标准值为700kN˙m。
图1支撑计算平面布置图
桁架支撑ZC2的轴力普遍分布在[1200kN，2200kN]，计算得ZC2截面计算最大轴压比为0.53；桁架支撑弯矩计算结果基本为零。
圆环间切向对顶桁架支撑ZC3的轴力计算结果，根据软件分析，圆环外为零杆，分布在两个圆环内的两段支撑轴力计算结果为别为2200kN和1400kN，内外支撑都没有弯矩产生。
该计算结果表明，本基坑工程双圆环支撑的选型与支撑平面布置是合理的且安全的。
四、结语
根据圆环支撑在本基坑工程的成功设计应用，得出了圆环支撑在城市基坑工程设计中的应用经验：
1、在基坑平面形状具备一定的规则性时，可以考虑选择圆环支撑作为其支撑体系布置形状。
2、采用圆环支撑平面布置形式时，应注意圆环在基坑临边处和基坑各角处支撑处的受力情况，根据计算分析采取相应的加强措施。
3、圆环支撑的轴力一般都很大，应注意控制圆环支撑截面的设计轴压比，为其保有一定的富余，以保障基坑支撑体系在实际工程中的安全。
4、圆环支撑体系是一个整体受力的体系，每一个环节都要求做到万无一失，其对土方开挖的要求也相应较高，开挖中应注意不能有过于不均匀开挖的现象出现。同时在设计中，就应当考虑到各种环璋、施工等多方面因素带来的负面影响，给予足够的安全储备。
参考文献：
[1]刘国彬，王卫东.基坑工程手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2009
[2]汪军.基坑支护结构设计原则和结构选型[J].中国西部科技，2009，08：22～23
[3]邵永辉.灌注桩加内支撑的基坑围护设计实例[J].福建建设科技，2006，10：08～10
[4]竺松，王洁栋.双圆环内支撑在宁波某软土深基坑中的应用[J].山西建筑，2009，05：103～104
[5]钟明刚.大直径圆环支撑在基坑工程中的应用研究[J].山西建筑，2012，07：85～87