中建八局承建的国家大型地震工程模拟研究设施项目是国家“十三五”重大科技基础设施建设项目，包括实验中心和仿真中心，其中实验中心基坑面积4.75万平方米，大面开挖深度14.7米，最深达18.4米。

实验中心基坑

为满足地震模拟研究工艺要求，需要确保基坑结构完整，且临时构件不能穿平台结构，传统采用的支撑支护体系无法满足要求。再者，工程处于天津软土地区，常规桩锚体系极易形变，造成安全隐患。

基坑示意图

在严苛的施工条件下，项目攻克了多级无内支撑支护的支护体系难题，以“一直一斜”矩形桩为一级支护，旋喷桩锚体系为二级支护，是软土地区全国首例最深最大无内支撑的多级支护体系。

“一直一斜”矩形支护桩

旋喷桩锚

超大超深基坑无内支撑支护体系

1、无内撑支护体系选型

经过多方案综合对比分析评价，选定“放坡+直斜交替矩形桩＋旋喷桩锚”自稳型无内撑支护体系。在满足结构安全、稳定前提下，该支护体系具备不影响结构连续性，结构设计宽度最小，在环保、工期及成本上均有较大优势等特点。

放坡+直斜交替桩+旋喷桩锚

自稳型直斜桩选型

通过对比多种悬臂支护体系的极限支挡深度、基坑变形及环境影响、桩体变形、桩体弯矩等参数，为高自稳型无内撑支护体系选型提供重要依据。与悬臂型支护结构对比，自稳型无内支撑支护体系最大位移减小2~5倍，最大极限支挡深度可提高50%。

倾斜桩角度选择

选择直斜0°+10°与0°+20°组合进行比对，通过模拟实验结果显示，同等桩顶水平位移情况下，0°+20°具备支护能力更强，满足更深的基坑开挖深度要求。与全直、全斜支护形式对比，斜直交替桩的支护效果大幅度提升。

组合支护参数选择

不同参数实验数据对比，选择安全系数更高的组合参数，在安全系数影响程度较小情况下，充分考虑经济性，最终确定深度组合8/6.7m、平台宽度7m、二级支护单排桩＋锚索组合参数。

2、优化多级支护变形控制能力

通过多渠道建模数值对比分析，优化多级支护迭代耦合作用下变形控制能力，解决了软土地区深大基坑无内支撑设计难题。整体分析多级支护交界位置最大变形值为27.83mm，采用启明星复核，基坑安全可控。

数值模拟计算

复核计算

3、设置加厚配筋垫层

开挖完成后设置8m宽20cm厚配筋垫层，与工程桩锚固，支顶到周边支护桩。实现了超前支撑，减少坑底无撑暴露时间，有效降低基坑变形。

配筋垫层实景

配筋垫层平面

配筋垫层剖面

直斜交替预制空心矩形桩自稳支护

1、确定直斜桩最佳组合角度

直斜交替预制空心矩形桩，桩型375mm×500mm，桩长12m，采用试验受力分析对比，直斜交替矩形桩最佳组合角度为0°+20°。该体系具有“斜撑、刚架、重力、减隆”的自稳特点，最大水平位移41mm（警戒值为50mm），基坑处于安全状态。

2、直斜桩多角度液压沉桩

沉桩过程中创新采用YZY800XJ斜搅拌桩机，可调角度夹桩器固定预制桩并调整压桩角度，压桩油缸活塞杆液压精确沉桩，实现直斜桩多角度沉桩。斜桩之间土体挂网喷浆保护，保证支护总体效果。

YZY800XJ斜搅拌桩机工作示意

直斜桩放样

直斜桩沉桩实体效果

3、预制冠梁装配式安装

直斜桩创新采用预制冠梁，分节长度3.6m，工厂定模预制，现场起重机械吊装。冠梁节段之间采用分体式套筒快速连接钢筋，直斜桩桩头与预制冠梁连接区域采用同标号早强混凝土进行浇筑。直斜桩桩体与预制冠梁装配式组合成稳定体系，实现基坑支护绿色、快速建造。

直斜桩与预制冠梁装配式组合体系

扩大头锚固式长短交替应力分散型旋喷桩锚

1、扩大头锚固式旋喷桩锚索

创新采用扩大头锚固式旋喷桩锚索，扩大头设置Φ100mm*10mm三个锚盘，旋喷注浆、两喷两搅加固土体，旋喷桩长度约为2/3左右，增大锚固段的受力强度。

扩大头锚固式应力分散型锚索结构示意

扩大头锚固式应力分散型锚索结构实景

2、长短交替应力分散型桩锚

优化等长桩锚体系（长度16m），采用长短交替应力分散型桩锚体系（长锚20m、短锚12m），降低多级支护耦合迭代引起的桩锚体系连续倒塌的风险，最大变形值为21mm（警戒值为40mm），基坑安全可控。

预制矩形空心支护桩创新监测技术

创新采用基坑矩形空心支护桩测斜管施工技术与矩形空心支护桩应力计固定结构及其安装技术，解决预制空心矩形直斜桩测斜及应力监测难题。在最大限度不增加桩体自身强度的前提下，实现了直斜交替矩形支护桩体变形精准监测。

钢筋应力计

直斜交替矩形桩变形监测