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中建八局承建的國家大型地震工程模擬研究設(shè)施項目是國家“十三五”重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項目，包括實驗中心和仿真中心，其中實驗中心基坑面積4.75萬平方米，大面開挖深度14.7米，最深達(dá)18.4米。

實驗中心基坑

為滿足地震模擬研究工藝要求，需要確?；咏Y(jié)構(gòu)完整，且臨時構(gòu)件不能穿平臺結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)采用的支撐支護(hù)體系無法滿足要求。再者，工程處于天津軟土地區(qū)，常規(guī)樁錨體系極易形變，造成安全隱患。

基坑示意圖

在嚴(yán)苛的施工條件下，項目攻克了多級無內(nèi)支撐支護(hù)的支護(hù)體系難題，以“一直一斜”矩形樁為一級支護(hù)，旋噴樁錨體系為二級支護(hù)，是軟土地區(qū)全國首例最深最大無內(nèi)支撐的多級支護(hù)體系。

“一直一斜”矩形支護(hù)樁

旋噴樁錨

超大超深基坑無內(nèi)支撐支護(hù)體系

1、無內(nèi)撐支護(hù)體系選型

經(jīng)過多方案綜合對比分析評價，選定“放坡+直斜交替矩形樁＋旋噴樁錨”自穩(wěn)型無內(nèi)撐支護(hù)體系。在滿足結(jié)構(gòu)安全、穩(wěn)定前提下，該支護(hù)體系具備不影響結(jié)構(gòu)連續(xù)性，結(jié)構(gòu)設(shè)計寬度最小，在環(huán)保、工期及成本上均有較大優(yōu)勢等特點。

放坡+直斜交替樁+旋噴樁錨

自穩(wěn)型直斜樁選型

通過對比多種懸臂支護(hù)體系的極限支擋深度、基坑變形及環(huán)境影響、樁體變形、樁體彎矩等參數(shù)，為高自穩(wěn)型無內(nèi)撐支護(hù)體系選型提供重要依據(jù)。與懸臂型支護(hù)結(jié)構(gòu)對比，自穩(wěn)型無內(nèi)支撐支護(hù)體系最大位移減小2~5倍，最大極限支擋深度可提高50%。

傾斜樁角度選擇

選擇直斜0°+10°與0°+20°組合進(jìn)行比對，通過模擬實驗結(jié)果顯示，同等樁頂水平位移情況下，0°+20°具備支護(hù)能力更強(qiáng)，滿足更深的基坑開挖深度要求。與全直、全斜支護(hù)形式對比，斜直交替樁的支護(hù)效果大幅度提升。

組合支護(hù)參數(shù)選擇

不同參數(shù)實驗數(shù)據(jù)對比，選擇安全系數(shù)更高的組合參數(shù)，在安全系數(shù)影響程度較小情況下，充分考慮經(jīng)濟(jì)性，最終確定深度組合8/6.7m、平臺寬度7m、二級支護(hù)單排樁＋錨索組合參數(shù)。

2、優(yōu)化多級支護(hù)變形控制能力

通過多渠道建模數(shù)值對比分析，優(yōu)化多級支護(hù)迭代耦合作用下變形控制能力，解決了軟土地區(qū)深大基坑無內(nèi)支撐設(shè)計難題。整體分析多級支護(hù)交界位置最大變形值為27.83mm，采用啟明星復(fù)核，基坑安全可控。

數(shù)值模擬計算

復(fù)核計算

3、設(shè)置加厚配筋墊層

開挖完成后設(shè)置8m寬20cm厚配筋墊層，與工程樁錨固，支頂?shù)街苓呏ёo(hù)樁。實現(xiàn)了超前支撐，減少坑底無撐暴露時間，有效降低基坑變形。

配筋墊層實景

配筋墊層平面

配筋墊層剖面

直斜交替預(yù)制空心矩形樁自穩(wěn)支護(hù)

1、確定直斜樁最佳組合角度

直斜交替預(yù)制空心矩形樁，樁型375mm×500mm，樁長12m，采用試驗受力分析對比，直斜交替矩形樁最佳組合角度為0°+20°。該體系具有“斜撐、剛架、重力、減隆”的自穩(wěn)特點，最大水平位移41mm（警戒值為50mm），基坑處于安全狀態(tài)。

2、直斜樁多角度液壓沉樁

沉樁過程中創(chuàng)新采用YZY800XJ斜攪拌樁機(jī)，可調(diào)角度夾樁器固定預(yù)制樁并調(diào)整壓樁角度，壓樁油缸活塞桿液壓精確沉樁，實現(xiàn)直斜樁多角度沉樁。斜樁之間土體掛網(wǎng)噴漿保護(hù)，保證支護(hù)總體效果。

YZY800XJ斜攪拌樁機(jī)工作示意

直斜樁放樣

直斜樁沉樁實體效果

3、預(yù)制冠梁裝配式安裝

直斜樁創(chuàng)新采用預(yù)制冠梁，分節(jié)長度3.6m，工廠定模預(yù)制，現(xiàn)場起重機(jī)械吊裝。冠梁節(jié)段之間采用分體式套筒快速連接鋼筋，直斜樁樁頭與預(yù)制冠梁連接區(qū)域采用同標(biāo)號早強(qiáng)混凝土進(jìn)行澆筑。直斜樁樁體與預(yù)制冠梁裝配式組合成穩(wěn)定體系，實現(xiàn)基坑支護(hù)綠色、快速建造。

直斜樁與預(yù)制冠梁裝配式組合體系

擴(kuò)大頭錨固式長短交替應(yīng)力分散型旋噴樁錨

1、擴(kuò)大頭錨固式旋噴樁錨索

創(chuàng)新采用擴(kuò)大頭錨固式旋噴樁錨索，擴(kuò)大頭設(shè)置Φ100mm*10mm三個錨盤，旋噴注漿、兩噴兩攪加固土體，旋噴樁長度約為2/3左右，增大錨固段的受力強(qiáng)度。

擴(kuò)大頭錨固式應(yīng)力分散型錨索結(jié)構(gòu)示意

擴(kuò)大頭錨固式應(yīng)力分散型錨索結(jié)構(gòu)實景

2、長短交替應(yīng)力分散型樁錨

優(yōu)化等長樁錨體系（長度16m），采用長短交替應(yīng)力分散型樁錨體系（長錨20m、短錨12m），降低多級支護(hù)耦合迭代引起的樁錨體系連續(xù)倒塌的風(fēng)險，最大變形值為21mm（警戒值為40mm），基坑安全可控。

預(yù)制矩形空心支護(hù)樁創(chuàng)新監(jiān)測技術(shù)

創(chuàng)新采用基坑矩形空心支護(hù)樁測斜管施工技術(shù)與矩形空心支護(hù)樁應(yīng)力計固定結(jié)構(gòu)及其安裝技術(shù)，解決預(yù)制空心矩形直斜樁測斜及應(yīng)力監(jiān)測難題。在最大限度不增加樁體自身強(qiáng)度的前提下，實現(xiàn)了直斜交替矩形支護(hù)樁體變形精準(zhǔn)監(jiān)測。

鋼筋應(yīng)力計

直斜交替矩形樁變形監(jiān)測