基坑支護總體方案的選擇直接關系到工程造價、施工進度及周圍環(huán)境的安全?？傮w方案主要有順作法和逆作法兩類基本形式，它們具有各自鮮明的特點。在同一個基坑工程中，順作法和逆作法也可以在不同的基坑區(qū)域組合使用，從而在特定條件下滿足工程的技術經(jīng)濟性要求?；庸こ痰目傮w支護方案分類如圖1所示。
圖1 基坑總體支護方案分類
一、順作法方案
基坑支護結構通常由圍護墻、隔水帷幕、水平內支撐系統(tǒng)（或錨桿系統(tǒng)）以及支撐的豎向支承系統(tǒng)組成。所謂順作法，是指先施工周邊圍護結構，然后由上而下分層開挖，并依次設置水平支撐（或錨桿系統(tǒng)），開挖至坑底后，再由下而上施工主體地下結構基礎底板、豎向墻柱構件及水平樓板構件，并按一定的順序拆除水平支撐系統(tǒng)，進而完成地下結構施工的過程。當不設支護結構而直接采用放坡開挖時，則是先直接放坡開挖至坑底，然后自下而上依次施工地下結構。
順作法是基坑工程的傳統(tǒng)開挖施工方法，施工工藝成熟，支護結構體系與主體結構相對獨立，相比逆作法，其設計、施工均比較便捷。由于是傳統(tǒng)工藝，對施工單位的管理和技術水平的要求相對較低，施工單位的選擇面較廣。另外順作法相對于逆作法而言，其基坑支護結構的設計與主體設計關聯(lián)性較低，受主體設計進度的制約小，基坑工程有條件盡早開工。
順作法常用的總體方案包括放坡開挖、直立式圍護體系和板式支護體系三大類；其中直立式圍護體系又可分為水泥土重力式圍護、土釘支護和懸臂板式支護；板式支護又包括圍護墻結合內支撐系統(tǒng)和圍護墻結合錨桿系統(tǒng)兩種形式。
1、放坡開挖
放坡開挖一般適用于淺基坑。由于基坑敞開式施工，因此工藝簡便、造價經(jīng)濟、施工進度快。但這種施工方式要求具有足夠的施工場地與放坡范圍。放坡開挖示意圖如圖2所示。
圖2 放坡開挖示意圖
2、直立式圍護體系
（1）水泥土重力式圍護和土釘支護
采用水泥土重力式圍護和土釘支護的直立式圍護體系經(jīng)濟性較好，由于基坑內部開敞，土方開挖和地下結構的施工均比較便捷。但自立式圍護體需要占用較寬的場地空間，因此設計時應考慮紅線的限制。此外設計時應充分研究工程地質條件與水文地質條件的適用性。由于圍護體施工質量難以進行直觀的監(jiān)督，易引起施工質量不佳問題，從而導致環(huán)境變形乃至工程事故。水泥土重力式圍護和土釘支護的示意圖分別如圖3 和圖4 所示。
圖3 水泥土重力式圍護示意圖
圖4 土釘支護示意圖
（2）懸臂板式支護
懸臂板式支護可用于必須敞開式開挖、但對圍護體占地寬度有一定限制的基坑工程。其采用具有一定剛度的板式支護體，如鉆孔灌注樁或地下連續(xù)墻。單排懸臂灌注樁樁支護一般用于淺基坑，在工程實踐中，由于其變形較大，且材料性能難以充分發(fā)揮，經(jīng)濟性不好，適用范圍很小。雙排樁、格形地下連續(xù)墻等圍護體型式所構成的懸臂板式支護體系適用于中等開挖深度、且對圍護變形有一定控制要求的基坑工程。圖5 為雙排樁圍護的剖面示意圖，圖6 格型地下連續(xù)墻支護的平面示意圖。
圖5 雙排樁支護剖面示意圖
圖6 格形地下連續(xù)墻支護平面
3、板式支護體系
板式支護體系由圍護墻和內支撐（或錨桿）組成，圍護墻的種類較多，包括地下連續(xù)墻、灌注排樁圍護墻、型鋼水泥土攪拌墻、鋼板樁圍護墻及鋼筋混凝土板樁圍護墻等。內支撐可采用鋼支撐或鋼筋混凝土支撐。
（1）圍護墻結合內支撐系統(tǒng)
在基坑周邊環(huán)境條件復雜、變形控制要求高的軟土地區(qū)，圍護墻結合內支撐系統(tǒng)是常用與成熟的支護型式。當基坑面積不大時，其技術經(jīng)濟性較好。但當基坑面積達到一定規(guī)模時，由于需設置和拆除大量的臨時支撐，因此經(jīng)濟性較差。此外，支撐體系拆除時圍護墻會發(fā)生二次變形，拆撐爆破以及拆撐后廢棄的混凝土碎塊都也會對環(huán)境產(chǎn)生不利影響。典型的基坑支護剖面如圖7 所示。
圖7 典型的圍護墻結合內支撐系統(tǒng)示意圖
對于超大面積的基坑工程，采用如圖7 所示的支護方式時存在支撐太長、支撐傳力效果不佳、支撐量大等問題，此時可采用中心島式開挖方案，即先保留圍護墻處一定寬度的土體，以抵抗坑外側的土壓力，然后將基坑中部的土體挖除，再施工中部的主體結構，再利用中部已施工好的主體結構反力架設支撐，然后將周圍的土體挖除，施工周圍部分的主體結構，最后拆除支撐。這種方案出土便捷，經(jīng)濟效果好，但基坑周邊的地下結構需要二期施工，工藝復雜。當基坑開挖深度較淺時，可采用如圖8 所示的圍護墻結合斜坡?lián)涡问?，當基坑開挖深度較大時，可采用如圖9 所示的中心島結合周邊多道支撐形式。
圖8 圍護墻結合斜坡支撐示意圖
圖9 中心島結合周邊多道支撐示意圖
（2）圍護墻結合錨桿系統(tǒng)
圍護墻結合錨桿系統(tǒng)采用錨桿來支承作用在圍護墻上的側壓力，它適用于大面積的基坑工程?；映ㄩ_式開挖，為挖土和地下結構施工提供了極大的便利，可縮短工期，經(jīng)濟效益良好。錨桿需依賴土體本身的強度來提供錨固力，因此土體的強度越高，錨固效果越好，反之越差，因此這種支護方式不適用于軟弱地層。當錨桿的施工質量不好時，可能會產(chǎn)生較大的地表沉降。圍護墻結合錨桿系統(tǒng)的典型剖面如圖10 所示。
圖10 圍護墻結合錨桿系統(tǒng)
二、逆作法方案
相對于順作法，逆作法則是每開挖一定深度的土體后，即支設模板澆筑永久的結構梁板，用以代替常規(guī)順作法的臨時支撐，以平衡作用在圍護墻上的土壓力。因此當開挖結束時，地下結構即已施工完成。這種地下結構的施工方式是自上而下澆筑，同常規(guī)順作法開挖到坑底后再自下而上澆筑地下結構的施工方法不同，故成為逆作法。當逆作地下結構的同時還進行地上結構的施工，則稱為全逆作法，如圖11 所示；當僅逆作地下結構而并不同步施工地上結構時，則稱為半逆作法，如圖12 所示。由于逆作法的梁板重量較常規(guī)順作法的臨時支撐要大得多，因此必須考慮立柱和立柱樁的承載能力問題。尤其是采用全逆作法時，地上結構所能同時施工的最大層數(shù)應根據(jù)立柱和立柱樁的承載力確定。
圖11 全逆作法示意圖
圖12 半逆作法示意圖
逆作法通常采用支護結構與主體結構相結合，根據(jù)支護結構與主體結構相結合的程度，逆作法可以有兩種類型，即周邊臨時圍護體結合坑內水平梁板體系替代支撐采用逆作法施工、支護結構與主體結構全面相結合采用逆作法施工。
逆作法的主要優(yōu)點如下：
（1）樓板剛度高于常規(guī)順作法的臨時支撐，基坑開挖的安全度得到提高，且一般而言基坑的變形較小，因而對基坑周邊環(huán)境的影響較小。
（2）當采用全逆作法時，地上和地下結構同時施工，因此可縮短工程的總工期。
（3）地面樓板先施工完成后，可以為施工提供作業(yè)空間，因此可以解決施工場地狹小的問題。
（4）逆作法采用支護結構與主體結構相結合，因此可以節(jié)省常規(guī)順作法中大量臨時支撐的設置和拆除，經(jīng)濟性好，且有利于降低能耗、節(jié)約資源。
但逆作法也存在如下不足：
（1）技術復雜，垂直構件續(xù)接處理困難，接頭施工復雜。
（2）對施工技術要求高，例如對一柱一樁的定位和垂直度控制要求高，立柱之間及立柱與連續(xù)墻之間的差異沉降控制要求高等。
（3）采用逆作暗挖，作業(yè)環(huán)境差，結構施工質量易受影響。
（4）逆作法設計與主體結構設計的關聯(lián)度大，受主體結構設計進度的制約。
當工程具有以下特征或技術經(jīng)濟要求時，可以考慮選用逆作法方案：
（1）大面積的深基坑工程，采用逆作法方案，節(jié)省臨時支撐體系費用。
（2）基坑周邊環(huán)境條件復雜，且對變形敏感，采用逆作法有利于控制基坑的變形。
（3）施工場地緊張，利用逆作的地下首層樓板作為施工平臺。
（4）工期進度要求高，采用上下部結構同時的全逆作法設計方案，施工縮短總工期。
三、順逆結合方案
對于某些條件復雜或具有特別技術經(jīng)濟性要求的基坑工程，采用單純的順作法或逆作法都難以同時滿足經(jīng)濟、技術、工期及環(huán)境保護等多方面的要求。在工程實踐中，有時為了同時滿足多方面的要求，采用了順作法與逆作法結合的方案，通過充分發(fā)揮順作法與逆作法的優(yōu)勢，取長補短，從而實現(xiàn)工程的建設目標。
工程中常用的順逆結合方案主要有：
（1）主樓先順作、裙樓后逆作方案；（2）裙樓先逆作、主樓后順作方案；（3）中心順作、周邊逆作方案。
1、主樓先順作、裙樓后逆作方案
超高層建筑通常由主樓與裙樓兩部分組成，其下一般整體設置多層地下室，因此超高層建筑的基坑多為深大基坑。在基坑面積較大、挖深較深、施工場地狹小的情況下，若地下室深基礎采用明挖順作支撐方案施工，不僅操作非常困難，耽誤了塔樓的施工進度，施工周期長，而且對周邊環(huán)境影響大，經(jīng)濟性也差。另一方面，主樓結構構件的重要性也決定了其不適合采用逆作法。
一般來說主樓為超高層建筑工期控制的主導因素，在施工場地緊張的情況下，可先采用順作法施工主樓地下室，而裙樓暫時作為施工場地，待主樓進入上部結構施工的某一階段，再逆作施工裙樓地下室，這種順逆結合的方案即為主樓先順作、裙樓后逆作方案。主樓先順作、裙樓后逆作具有其特有的優(yōu)點：
（1）該方案一方面解決了施工場地狹小、操作困難的問題；另一方面塔樓順作基坑面積較小，可加快施工速度；裙樓逆作施工不占用絕對工期，縮短了總工期，并可減少前期投資額。
（2）裙樓地下室逆作能夠有效地控制基坑的變形，可減小對周邊環(huán)境的影響；同時又由于省去了常規(guī)順作法中支設和拆除大量的臨時支撐，經(jīng)濟性較好。
主樓先順作、裙樓后逆作方案用于滿足如下條件的基坑工程：
（1）地下室?guī)缀跤米憬ㄖt線，使得施工場地狹小，地下工程施工階段需要占用部分裙樓區(qū)域作為施工場地；
（2）主樓為超高層建筑，是控制工期的主導因素，且業(yè)主對主樓工期要求較高；
（3）裙樓地下室面積較大，開發(fā)商希望適當延緩投資又不影響主樓施工的進度；
（4）裙樓基坑周邊環(huán)境復雜、環(huán)境保護要求高。
上海環(huán)球金融中心位于上海浦東陸家嘴金融貿易區(qū)東泰路和世紀大道路口，周邊環(huán)境條件復雜，環(huán)境保護要求較高。主樓建筑地上 101 層，高度 492m，裙樓地上三層，主樓和裙樓下均設三層地下室，基坑總面積約為 22500m 2 ，基坑開挖深度主樓區(qū)為 17.85～19.85m。
考慮到主樓為超高層建筑，業(yè)主對主樓工期要求較高，同時希望在不影響主樓施工進度的情況下，延緩部分投資，因此本工程采用了主樓先順作和裙樓后逆作的總體設計方案。主樓區(qū)域先采用直徑為 100m 的圓筒形地下連續(xù)墻并結合三道鋼筋混凝土環(huán)形圍檁作為支護結構，基坑順作開挖到底后施工主樓結構。當主樓區(qū)主體結構施工至地面層時，再逆作施工裙樓區(qū)基坑。裙樓區(qū)逆作施工期間逐層向下拆除塔樓的圍護結構（圓筒形地下連續(xù)墻），并將塔樓的核心筒結構作為裙樓各樓層梁板結構的支撐點，依次開挖并施工裙樓地下室各層樓板結構。主、裙樓的分區(qū)如圖13 所示。
圖13 上海金融中心基坑的主樓和裙樓分區(qū)情況
2、裙樓先逆作、主樓后順作方案
對于由塔樓和裙樓組成的超高層建筑，有時裙樓的工期要求非常高（例如裙樓作為商業(yè)建筑時往往希望能盡快投入商業(yè)運營）而塔樓工期要求相對較低，此時裙樓可先采用全逆作法地上地下同時施工，以節(jié)省工期，并在主樓區(qū)域設置大空間出土口（主樓由于其構件的重要性不適合采用逆作法），待裙樓地下結構施工完成后，再順作施工主樓區(qū)地下結構，從而形成裙樓先逆作、主樓后順作的方案。該方案具有以下特點：
（1）主樓區(qū)域設置的大空間出土口出土效率高，可加快裙樓逆作的施工速度；
（2）裙樓區(qū)域在地下結構首層結構梁板施工完成后，有條件立即向地上施工，可大大縮短裙樓上部結構的工期；
（3）裙樓區(qū)域結構梁板代支撐，支撐剛度大，對基坑的變形控制有利；
（4）在逆作階段主樓區(qū)域的大空間出土口可以顯著地改善裙樓逆作區(qū)域地下作業(yè)的通風和采光條件；
（5）由于主樓區(qū)域需要在裙樓區(qū)域逆作完成后再施工，因此一般情況下將會增加主樓的工期與工程的總工期。
南京德基廣場二期工程主體建筑由一幢主樓及群樓組成，主樓地上 52 層，地上建筑有效高度為 244.5m；裙樓地上 9 層，地上建筑有效高度為 55.5m，主樓和裙樓下整體設置 4層地下室?；涌偯娣e 16000m 2 ，主樓區(qū)普遍開挖深度 21.5m，群樓區(qū)普遍開挖深度 19.7m。基坑南側約 13m 處是運營中的地鐵區(qū)間隧道，隧道底部埋深約 16m，基坑開挖實施過程中的環(huán)境保護要求高。由于業(yè)主希望裙樓區(qū)商業(yè)用房能夠盡快投入運營，且考慮到基坑的環(huán)境保護要求高，因此基坑圍護設計采用了裙樓先逆作、主樓后順作的總體設計方案。裙樓基坑周邊設置“兩墻合一”地下連續(xù)墻圍護體，坑內利用四層結構梁板代支撐，采用逆作法先行施工，并同時開展裙樓區(qū)地上 9 層結構的施工；主樓區(qū)留設大面積洞口，在地下室底板施工完成后再向上順作主樓結構。圖14 為主、裙樓分區(qū)布置圖。
圖14 德基廣場二期基坑工程主、裙樓分區(qū)布置圖
3、中心順作、周邊逆作方案
對于超大面積的基坑工程，當基坑周邊環(huán)境保護要求不是很高時，可在基坑周邊首先施工一圈具有一定水平剛度的環(huán)狀結構梁板（以下簡稱環(huán)板），然后在基坑周邊被動區(qū)留土，并采用多級放坡使中心區(qū)域開挖至基底，在中心區(qū)域結構向上順作施工并與周邊結構環(huán)板貫通后，再逐層挖土和逆作施工周邊留土放坡區(qū)域，形成中心順作、周邊逆作的總體設計方案。
該方案具有以下幾個顯著特點：
（1）將整個基坑分為中心順作區(qū)和周邊逆作區(qū)兩部分，周邊部分采用結構梁板作為水平支撐，而中心部分則無需設置支撐，從而節(jié)省了大量臨時支撐。同時由于中部采用敞開式施工，出土速度較快，大大加快了整體施工進度。
（2）在基坑周邊首先施工一圈具有一定水平剛度的結構環(huán)板，中心區(qū)域施工過程中利用被動區(qū)多級放坡留土和結構環(huán)板約束圍護體的位移，從而達到控制基坑變形、保護周圍環(huán)境的目的。
（3）由于僅周邊環(huán)板采用逆作法施工，可僅對首層邊跨結構梁板和一柱一樁進行加固，作為施工行車通道，并利用周邊圍護體作為施工行車通道的豎向支承構件，減少了常規(guī)逆作法中施工行車通道區(qū)域結構梁板和支承立柱和立柱樁的加固費用。
中心順作、周邊逆作方案只有在同時滿足下列條件的工程中應用才能體現(xiàn)出其優(yōu)越性和社會經(jīng)濟效益：
1、超大面積的深基坑工程?；用娣e需達到幾萬平方米，基坑平面為多邊形，且至少設置兩層地下室?；用娣e必須足夠大是由以下因素決定：周邊逆作區(qū)環(huán)板必須具有足夠的寬度，以保證有足夠的剛度可以約束圍護體變形；為保證逆作區(qū)坡體的穩(wěn)定，周邊留土按一定坡度多級放坡至基底標高需要一定的寬度；在除去逆作區(qū)面積后中心區(qū)域尚應有相當面積可以順作施工。
2. 主體結構為框架結構，無高聳塔樓結構或塔樓結構位于基坑中部。由于中心區(qū)域結構最先施工，塔樓如位于中心區(qū)域可確保塔樓的施工進度不受影響。
3. 基地周邊環(huán)境有一定的保護要求，但不是非常嚴格。周邊逆作區(qū)結構環(huán)板和留土放坡對圍護體的變形控制可滿足周邊環(huán)境的保護要求。
仲盛商業(yè)中心上部建筑為 5 層鋼筋混凝土框架結構，設置三層地下室?；用娣e約為50000m 2 ，基坑開挖深度約為 13.3m。由于基坑面積極大，若采用順作法方案，臨時支撐工程量巨大，造價高；而采用全逆作法方案，暗挖土方工程量巨大，施工難度高，降低了出土效率。還需設置大量一柱一樁，加大了施工難度；采用傳統(tǒng)中心島方案，挖土條件較好，可大大加快整體施工進度，節(jié)省水平支撐和豎向支承構件費用。但周邊高土坡隨時間將產(chǎn)生持續(xù)位移，使圍護體產(chǎn)生較大變形，對周邊環(huán)境的影響難以估量?？紤]基坑施工安全性、施工方式、工期及工程造價等因素，本基坑采用了中心順作、周邊地下一層結構環(huán)板逆作的總體設計方案。即將基坑分成中部順作區(qū)和周邊逆作區(qū)兩部分，基坑外側淺層卸土放坡，基坑內側土方開挖至地下一層結構梁底標高，首先施工周邊逆作區(qū)地下一層結構梁板，形成環(huán)狀支撐，然后在基坑周邊留土，并采用多級放坡使中心區(qū)域開挖至基底。在中心部分結構向上順作施工并與周邊地下一層結構環(huán)板貫通后，再以結構梁板作為水平支撐，逆作施工周邊留土放坡區(qū)域。該方案減小了周邊放坡高度，在中心島施工過程利用周邊結構環(huán)板剛度和周邊留土共同約束圍護墻位移，以控制基坑變形，保護周邊環(huán)境。圖15 為該基坑的圍護剖面圖，圖16 為現(xiàn)場實景圖。
圖15 仲盛商貿中心基坑中心順作、周邊逆作剖面示意圖
圖16 仲盛商貿中心基坑工程現(xiàn)場實景