对深基坑支护的探讨

杜卫华　蒋立林

摘要：高层建筑设计一个不能被忽略的重要的组成部分，就是深基坑支撑方案，尤其是相邻老建筑时，为了确保邻近建筑物的安全，应该采取更加实用和可靠的配套措施。

关键词：支护结构优化设计与研究；工程实例

引言

深基坑是城市高层建筑的基础深基坑技术的发展水平，直接决定了城市高层建筑的地基质量。

一、深基坑支护工程的特点和要求

深基坑工程一项由岩土工程、结构工程、环境工程等多个学科相互交叉、相互影响的较为复杂的系统划的工程，是一门理论与实践有着很大发展空间，函待发展的新的综合技术学科[2]。受地质、水文等因素影响，深基坑工程区域性特征非常明显，不同的地质条件下，如工程地质和水文不同，深基坑工程区域的体现的多样性更为突出。

深基坑的工程建设周期长，在地面下，从开挖到结束过程中的所有的隐蔽工程，受许多不利影响，如经常遇到强降雨、周围地基地面堆载超负荷、地基处地面受施工、汽车行驶等导致的振动等，具有很大的随机性安全程度的保障，技术复杂性较高，远超永久性的基础结构或工程上部结构[3]。坑的深度，平面形状随时间变化和外部条件更迭，对稳定和变形的影响将会更大。

二、合理选择深基坑方案的支护方案

深基坑的支护方案主要包括下列几种：

1、设置在基坑周围的悬臂支护桩土，是使用钻孔灌注桩或打入式钢管桩的类型，其主要用于基坑工程的埋深较浅工程（约5到7米）。

2、采用逆作法施工。沿着地下室外墙，在间隔相同的距离，逐层往下进行逆作施工，同时设钻孔灌注桩或人工挖孔扩底桩。这个方案其最大的优势是将支护措施与地下工程的主要结构的组合，更经济，但施工困难，速度较慢的是逆作部分人工挖掘的部分。

3、没有锚隔阻了基坑外侧设闭合的挡土土拱圈。它是一种新型的挡土结构，由建研院地基发明。该结构能充分发挥，混凝土的抗压强度较好的材料特性。场地较大时宜优先采用。

4、设置在顶部的挡土桩内支撑或外拉杆，使悬臂桩顶自由端改变，变成铰支端，减小桩身弯矩及桩顶侧移。该基坑方案的使用范围受建筑工地的面积约束。

5、水泥土深层搅拌桩支护：其优点是利用重力式挡土墙，不需要支撑，在基坑内开挖方便，搅拌桩施工时没有环境污染，低成本和良好的防渗，适合3 ～ 6米的基坑开挖深度。

6、钢板桩：槽钢的正反扣搭接组成，或使用U型和Z型锁口钢板桩制成。用打入法打入土壤，支持任务完成后，可以回收再利用，适合3 ～ 10 m的挖掘深度。

7、钢筋混凝土板桩：桩的长度6 ～ 12米，打入地下后，上面浇注钢筋混凝土环梁，设置一道支撑或拉锚，用于基坑开挖深度3 ～ 6米。

8、钻孔灌注桩挡土墙：600 ～ 1000毫米直径，桩长度15～ 30米，组成排桩式挡墙，顶部浇筑钢筋混凝土圈梁，用于基坑开挖深度6 ～ 13米。

9、地下连续墙：支护结构施工期间，这个支护结构对环境影响较小，土层条件适应性强，墙体抗弯刚度、具有良好的防渗性能和完整性，但成本较高，适用于达到超过10米的基坑开挖深度或施工条件较困难的局面。

10：锚喷支护：我国最早用于地铁工程，1980年代初应用为高层建筑深基坑支护，在自然土壤，锚定方法以钻孔灌注为主，受拉杆件有粗钢筋、高强度钢梁和钢链等。

深基坑支护方案的选择，受多种因素影响，所以，一定要合理的选用安全可靠、技术先进又经济合理的方案。

三、某商住楼深基坑支护工程实例

1、工程概况

這一栋高层建筑，集地下车库、商业、住宅等功能于一身，工程是多元化的。同时由于工程紧邻湖泊项目土质情况非常复杂。工程坑大面设计较浅，开挖深度为地下6.2米，采用独立基础加筏板形式，基基坑局部角落较深，开挖深度达到地下9米，最大开挖深度可以达到地下12米，（最深处为基坑内四个电梯井）开挖土方总量超过32000立方米。

2、工程地质条件

根据地质报告，不良土质的素填土厚度为地下-0.8～-4.3米，而且场地不良土质的素填土带分布范围广泛。分布在素填土带下面，有大量分布全风化泥岩、全风化泥质粉砂岩，厚度为地下0.7米～3.2米，该土层虽土质纯净，但遇水变软、易崩坍；地质报告显示，对土层稳定性威胁较大，地下水位较高，水位平均在地下2.5米左右，必须进行支护加固。

深基坑支护要确保基坑周围的建筑物、地下管线、道路的安全。同时需要确保边坡的稳定性，满足变形控制的要求。现在支护结构技术不断改善，出现了很多新的支护结构形式和边坡的稳定性的方法。

3、支护方案的选择

本工程设计采用土钉墙支护结构，它基于原位土壤强化、充分利用原位土壤自支持角色的能力一般比桩墙支护结构节省成本30%～ 60%，因此可以大大降低支持成本，同时又有施工周期短的优点。

支持方法稳定可靠，简单，施工方便，施工周期短，效果好，经济好的优点，具有显著的经济效益，适合实际情况。确保挡土墙稳定、整个基坑边坡从上到下全部采用土钉墙锚杆护壁，边坡的整体稳定性较好。

综上所述，考虑到施工现场条件，利用采用同济大学的“深基坑支挡结构分析计算软件FRWSv4.0”确认后计算，并根据环境和基坑开挖深度，需要采用不同的配置形式，用土钉墙对该基坑进行支护是完全可行的。普通水泥砂浆土钉，直径Φ为l00mm，土钉倾角为15°，内配一根Φ18Ⅱ级钢筋，放坡角度取10度，水平间距1200mm，面层混凝土板墙厚度为l00mm，有土钉处沿纵横向配置2Φ14同长加强筋（纵向配置2Φ16，L=200mm），强度等级为C20，内配6@200钢筋网。

4、施工工艺

（1）施工工艺流程

土方开挖→基坑边坡修整→放点→成孔（钻孔）→放人锚筋及注浆管→注浆→设置泄水孔→墙面布筋→喷射混凝土→养护。

（2）钻机定位成孔

成孔设备采用两套回转式钻孔机，是由地质矿产部重庆探矿机械厂生产的MGJ-50型。同时，为了满足土钉施工倾角的需要，还进行了钻机的改造配套工作。基坑采用分层开挖的方式，挖完第一层后设备立即进场进行土钉施工，避免土坡暴露时间过长。

（3）土钉锚钉的安装与孔内注浆

大部分土钉为1Φ22钢筋，长度L=7000～9000mm。

孔灌浆使用泥浆充填胶凝材料选择425普通硅酸盐水泥，水灰比为0.45 ～ 0.5：1，使用压力灌浆方法，将注浆导管底端插入孔底后才开始注浆，待空口溢出水泥时再将导管以匀速缓慢撤出，以保证孔中气体能全部逸出，直至全孔灌注浆注满浆液为止。

（4）锚固端处理与喷射混凝土板墙

布置完面层钢筋网后，先在距锚钉端头200mm处采用穿孔塞焊一块150mm×150mm×8mm的钢板，然后在钢板外侧锚钉端部两侧沿锚钉长度方向焊上三根Φ12、长度为150mm的通长加强钢筋互相焊接，使所有土钉相互连接成一个整体。喷射混凝土配合比为水泥∶瓜米石∶中砂=1∶2∶2，内掺速凝剂及早强剂，要求混凝土强度达C20以上。

喷射前，先在边壁面上垂直打入短钢筋段作为标志，以保证施工时得喷射混凝土厚度达到规定值。100mm厚的板墙分两次喷射，每次厚道控制在50～60mm；120mm厚的板墙分3次喷射，每次厚度控制在40～50mm。在继续下步喷射混凝土工作时，要求工人仔细清除预留施工缝结合面上的浮浆层和松散碎屑，并喷水使之潮湿，待混凝土终凝后2小时，立即开始连续喷水养护5～7天。

（5）排水系统的设置

在基坑上边构筑排水沟，流至西南面的沉沙井后排入市政管网。并将施工场地做硬化处理。然后于土钉注浆完成后，在基坑侧面插入长度为500mm，直径为60mm的UPVC排水管，使其外端伸出支护混凝土板墙外50～60mm，管内填碎石做滤水层以利混凝土板墙后的积水排出。

四、深基坑支护优化设计

1、深基坑设计优化要求

鉴于深基坑在条件差、进度快、质量高、任务重等前提下进行实施，这对于设计人员和施工人员都是一个不小的难度，在设计与施工中的具体要求是设计先进、施工方便、安全可靠、经济合理。

2、深基坑支护结构设计计算法制

深基坑支护结构设计计算法则主要有两种，一是经历平衡法和等值梁法，一是弹性地基梁m法及弹塑有限单元法。

3、设计优化思路

如果对于基坑深度不大的支护工程，首先应该考虑悬臂式支护结构，其结构形式可以分成地下连续墙与桩排支护结构。它主要是利用地面下的土压力保持支护结构的平衡，当工程边坡土质比较良好以及地下水位比較低时久可以采用桩排支护结构。由于地下连续墙拥有良好的整体性、防水性和抗弯性，并且墙体的长度可以根据工程的需要进行调节，各种深度的基坑都可以运用，也可运用逆作法施工，所以在目前的运用比较广泛。如果基坑深度比较深，而且要求边坡变形比较高时，就应该考虑采用悬臂式支护结构增加内支撑结构，内支撑一般运用内支撑形式或者锚杆拉接方式和悬臂式支护结构组成混合式支护结构。

参考文献：

[1]肖武权，冷伍明；深基坑支护结构设计的优化方法[J]；岩土力学；2009。

[2]邵志超；建筑工程深基坑支撑式排桩支护结构施工技术的应用[J]；科技创新导报；2010。

[3]张永胜；以大庆市人防工程为例浅谈大面积深基坑施工的降水与支护[J]；黑龙江科技信息；2010。