对深基坑支护方案选择的分析

花春根 王章虎

随着我国城市高速发展，城市用地越发紧张，建筑物之间距离越来越狭窄，高层或超高层建筑不断涌现和地下空间的发展，导致基坑出现深、大和周围环境复杂等特点，基坑深度由 6m，8m到目前的 30m以上。合理的选择支护类型不但能确保安全，而且能节约成本和缩短工期。

1 常用支护类型

1.1 土钉墙支护

土钉墙支护是用于土体开挖和边坡稳定的一种新的挡土技术，由于经济、可靠且施工快速简便，与其他桩墙支护相比，工期可缩短 50%以上，土钉支护费用大概在 400元/m2～800元/m2，是其他桩墙造价的 1/3左右，已在我国得到迅速推广。

土钉墙不足之处:这主要因为土钉墙是限于地下水以上或经过人工降水后的土体，从施工角度来看作为土钉墙支护的土体必须具有一定临时自稳能力，以便给出时间进行土钉墙的施工。

土钉墙适用范围:一般适用于地下水位以上或经人工降水后的人工填土、粘性土和弱结砂土的基坑支护或边坡加固;土钉墙不宜用于含水丰富的粉细砂层、砂砾卵石层和淤泥质土;当基坑深度超过 12m或对基坑变形要求严格的时候不宜单独采用。

1.2 钢板桩支护

它由钢板桩、锚拉杆(或内支撑)组成，施工时将钢板桩用打桩机打(压)入地基，使其互相连接成钢板桩墙对坑壁土体进行支挡。钢板桩强度高，防水性能好;造价相对较低，以 6m深基坑为例，钢板桩 +2道型钢内支撑，综合造价大概在 3 200元/延米 ～4 000元/延米;其施工快，能适用多种平面形状和土质，可以重复使用，因此常被采用。

不足之处:钢板桩的施工可能会引起相邻地基的变形和产生噪声振动，对周围环境影响较大，因此在人口密集、建筑密度很大的地区，其使用常常会受到限制。

钢板桩使用范围:钢板桩一般适合安全等级为二级、三级，淤泥、淤泥质土、饱和软土及地下水位较高的深基坑支护;钢板桩本身柔性较大，如支撑或锚拉系统设置不当，其变形会很大，所以当基坑支护深度大于 7m时，不宜采用。

1.3 深层搅拌桩支护

深层搅拌支护是利用水泥作为固化剂，采用机械搅拌，将固化剂和软土剂强制拌和，使固化剂和软土之间产生一系列物理化学反应而逐步硬化，形成具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥土桩墙，作为支护结构。由于一般坑内无支撑，便于机械化快速挖土;具有挡土、止水的双重功能;一般情况下较经济，以 5m深基坑为例，采用悬臂式深层搅拌桩综合造价大概在 5 000元/延米 ～6 000元/延米;施工中无振动、无噪声、污染少、操作简便、成桩工期较短、挤土轻微，因此在闹市区内施工更显出优越性。

深层搅拌支护不足之处:厚度大(约为 0.6h～0.8h，h为基坑深)，占用建筑红线内一定面积，墙身水平位移较大等。

深层搅拌桩适用范围:适用于基坑安全等级为二、三级，建筑红线允许，基坑周围环境要求不高，开挖深度不大于 6m情况下。深层搅拌桩在软土，地下水位较高的地区常和土钉墙支护、排桩支护等联合使用，充当止水帷幕作用。

1.4 排桩支护

排桩支护是指柱列式间隔布置钢筋混凝土挖孔、钻(冲)孔灌注桩作为主要挡土结构的一种支护形式。这种支护特点是刚度大，抗弯强度高，变形小，适应性强，对工作场地要求不高，振动小。

不足之处:造价较高，以 8m深基坑为例，采用排桩支护 +一道内支撑综合造价在 9 800元/延米 ～10 000元/延米左右;止水能力较差且工期较长，当地下水位较高时，使用排桩时要加止水帷幕。

适用范围:大多数情况下，悬臂式柱列桩适用于二级和三级基坑，基坑深度不大于 7m;支锚式柱列桩适合于一、二级基坑工程，当基坑深h=8m～14m、对周围环境要求不十分严格时，多考虑采用支锚式排桩支护。当排桩支护不能采用悬臂式，地质条件允许情况下优选桩锚式结构，这种形式造价相对便宜，施工速度相对较快，但当在有机质土、液限大于 50%的粘性土层或相对密度小于 0.3的砂土，或对支护变形要求严格时，不宜采用锚杆支撑，应采用排桩加内支撑结构形式。

1.5 地下连续墙支护

地下连续墙就是指专用设备沿着深基础或地下构筑周边采用泥浆护壁开挖出一条具有一定宽度与深度的沟槽，在槽内设置钢筋笼，采用导管法在泥浆中浇筑混凝土，筑成一单元墙段，依次顺序施工，以某种接头方法连接成的一道连续的地下钢筋混凝土墙，以便基坑开挖时防渗、挡土，作为邻近建筑物基础的支护以及成为承受直接荷载的基础结构的一部分。地下连续墙具有强度大，抗渗性能好，施工时振动小，噪声低，对周围环境和临近建筑物影响小，占地少，可以充分利用建筑红线以内有限的地面和空间，施工中无需放坡、支模且土方工程量小，基本上可以适用各种地质条件等优点，在大型基坑中已被广泛采用，目前已使用在开挖深度超过 36m的深基坑工程中。

不足之处:地下连续墙造价高，以 12 m深基坑为例，采用地下连续墙综合造价大概在 28 000元 /延米 ～36 000元/延米;施工较慢、施工工艺技术要求高;在城市施工时，废泥浆的处理比较麻烦等缺点使地下连续墙使用受到限制。

适用范围:一般情况下当基坑开挖深度不小于 12m、地下水位较高、软土地区、场地特别狭窄且环境要求非常高等情况下才考虑使用地下连续墙支护形式。

1.6 SMW工法

SMW工法亦称劲性水泥土搅拌桩法，即在水泥土桩内插入 H型钢等(多数为 H型钢，亦有插入拉森式钢板桩、钢管等)，将承受荷载与防渗挡水结合起来，使之成为同时具有受力与抗渗两种功能的支护结构的围护墙。SMW支护结构的支护特点主要为:施工时对周围环境影响小;结构强度可靠，凡是适合应用水泥土搅拌桩的场合都可使用，特别适合于以粘土和粉细砂为主的松软地层;挡水防渗性能好，不必另设挡水帷幕;可以配合多道支撑应用于较深的基坑;此工法在一定条件下可代替作为地下围护的地下连续墙，在费用上如果能够采取一定施工措施成功回收 H型钢等受拉材料，则大大低于地下连续墙，以 8m深基坑为例，采用 SWM工法综合造价大概在 6 500元/延米 ～7 500元/延米;目前已使用在开挖深度超过 16m的深基坑工程中。

不足之处:经验不足;SMW工法施工设备较为复杂，设备的运输有一定的限制;噪声污染较严重，在对噪声控制要求较高的地区使用受限制;SMW工法插入的H型钢虽可回收利用，经过多次插拔后钢材性质变脆，不能再投入使用。

适用范围:水泥土搅拌桩能适用的范围 SWM工法均能适用，一般基坑开挖深度在 8 m～15m情况下，地下水位较高、软土地区考虑使用SMW工法较经济。

2 案例分析

2.1 工程概况和地质条件

拟建基坑地下 3层，基坑呈矩形，平面尺寸约 185m×125m，基坑开挖深度为10.90m～13.18m，基坑周边距用地红线 1.9m～3.3m。场地地势高差 2.28m。根据勘察报告，拟建场地 30m深度范围内土层共分为 5个土层:第①层素填土约为 0.3m～1.2m;第②层软可塑～硬塑状态粘土约为 0.3m～1.6m;第③层为流塑状淤泥约为 7.3m～13.4m;第④层为软塑状粘土约为 1.9m～8.0m;第⑤层为软可塑 ～硬塑状粘土约为 9.1m～16.4m。该建筑场地地下水位埋藏较浅，在 0.40m～1.75m之间。

2.2 支护方案选择

该工程地质条件差，地下水位高，基坑开挖深等特点，初步选定钻孔灌注桩加止水帷幕、地下连续墙和 SMW工法三种支护方案。下面通过表 1对这三种支护形式技术经济进行比较。

表1 支护方案比较

通过比较，采用钻孔灌注桩加止水帷幕方案，总造价为1 302万元，总工期为 206 d;采用 SMW工法方案，总造价为1 178万元，总工期为 62 d;采用地下连续墙支护方案，总造价为2 170万元，总工期为 39 d。从技术、工期和造价方面综合考虑采用 SMW工法方案。

在整个施工过程中基坑没发现异常情况，围护桩最大水平位移仅 13.5mm。距离基坑 5m处建筑物最大不均匀沉降仅 11.2mm。

3 结语

深基坑支护方案选择要考虑到周围环境、地质条件、工期和造价等综合指标。在确保安全的条件下，合理的选择支护类型不但能缩短工期，而且能节约成本。

[1] 江正荣.建筑地基与基础施工手册[M].北京:中国建筑工业出版社，2005.

[2] 龚晓南.深基坑工程设计施工手册[M].北京:中国建筑工业出版社，1998.

[3] 黄云飞.深基坑工程实用技术[M].北京:兵器工业出版社，1996.

[4] 刘明建.浅谈深基坑支护设计[J].西部探矿工程，2009(5):87-88.

[5] 黄正荣，张 辛.基坑支护设计方案比较[J].山西建筑，2009，35(6):121-122.