浅谈深基坑工程支护技术

林蒙晓 （福建协顺建筑工程有限公司，福建 福州 350000）

深基坑支护工程是土体与围护结构体系相互作用的一个动态变化的复杂系统，仅依靠理论分析和经验估计，难以把握在复杂条件下，基坑支护结构和土体的变形不受到破坏，也难以完成可靠而经济的基坑设计。因此，设计人员以及施工技术人员应综合考虑地质水文条件、基坑开挖深度、基坑侧壁安全等级、基础类型、降排水条件、周边建（构）筑物情况、基坑坡顶周边荷载、施工季节及支护体系使用期限等相关因素，做到因地制宜，科学设计。另外，深基坑施工属于危大工程，施工单位必须编制好深基坑支护的专项施工方案以及方案的专家论证工作，充分掌握深基坑支护施工技术，根据设计图纸对支护工程进行科学合理的施工，注重事前准备，严格事中控制，加强事后监测及反馈设计，相互协作，实行信息化施工，才能保证地下室主体施工安全。

1 深基坑支护结构类型

我国应用较多的基坑支护结构类型有土钉墙、重力式水泥土挡墙、地下连续墙、灌注桩排桩围护墙、型钢水泥土搅拌墙等，支撑形式有内支撑、锚杆（索）等以及上述类型的组合形式。

1.1 土钉墙

土钉墙支护是通过在土体内设置土钉加固并与喷射混凝土面板结合，主要是利用土钉加强土体的荷载力，让二者能够形成相互作用力，从而对边坡进行加固，能够有效提高地基的稳定性。适用条件是：基坑侧壁安全等级为Ⅱ级、Ⅲ级；基坑深度不宜大于12m；可以与预应力锚杆结合形成复合土钉墙；当基坑潜在面内有建（构）筑物、重要地下室管线时，不宜采用土钉墙，如图1和图2所示。

图1 土钉墙支护示意图

图2 土钉墙支护技术应用

1.2 重力式水泥土挡墙

重力式水泥土挡墙是用搅拌机械将水泥、石灰等和地基土相拌和，形成相互搭接咬合的水泥土桩，呈现帷幕、壁状的重力式结构，直接起到支护结构作用，多用于地基加固以及止水帷幕。地基加固主要是基坑内形成相互搭接形成格栅状、墩式、抽条等结构形式，提高被动土压区的土体抗力，减少基坑开挖变形；止水帷幕主要是基坑外施工，形成止水帷幕，减少支护体系承受的主动土压力。重力式水泥土挡墙作为支护结构的适用条件：基坑侧壁安全等级为Ⅱ级、Ⅲ级；水泥土桩施工范围内的基土承载力不宜大于150kPa；基坑深度不宜大于6m，如图3所示。

图3 水泥土挡墙+预应力锚索组合

1.3 地下连续墙及排桩支护

排桩支护一般采用机械成孔，宜采用间隔成桩的施工顺序，也常与重力式水泥土挡墙的止水帷幕相结合。地下室连续墙技术分为现浇地下连续墙和预制地下连续墙两种，预制地下连续墙一般采用工厂预制，现场装配施工；现浇式地下连续墙采用专用的挖槽设备，现浇钢筋混凝土，结合槽段接头技术形成止水帷幕。地下连续墙施工时振动较小、噪声低，墙体刚度大、对周边土层扰动小、整体性好、防水效果突出，可兼作主体结构的一部分，墙厚较大，造价昂贵。地下连续墙及排桩支护适用各类基坑侧壁安全等级，辅以降排水工程配合，能适用多种土层，且围护性能稳定，止水效果好，但造价高，如图4所示。

图4 排桩支护+止水帷幕+锚索组合

1.4 SMW工法桩支护

SMW工法桩围护墙施工方法类似于重力式水泥土搅拌桩施工，施工完成后在墙中插入型钢，形成一种劲性复合围护结构，止水效果好，内插型钢可拔出反复使用，既起到支护结构作用又同时达到止水的目的，配合降水工程以及内支撑，适用于各类基坑侧壁安全等级，具有地下连续墙和排桩支护加止水帷幕不可比拟的技术优势与经济优势，如图5所示。

图5 SMW工法桩支护+扩孔锚索组合

1.5 内支撑及锚杆（索）

内支撑是对基坑侧壁及周边环境进行对顶水平支撑、加固的保护措施，是稳定基坑的支档方式，用来传递两侧挡土结构所受到的侧向压力。锚杆（索）在深基坑支护体系中多体现为外拉锚，使得锚下承载结构和支护面层在基坑侧壁形成强大的压力场，减小岩土沿潜在下滑面滑移的下滑力，约束基坑侧壁变形，增强基坑抗变形能力，提高基坑的稳定性。内支撑及锚杆（索）一般均可以与上述深基坑支护类型相结合，形成深基坑支护体系。当深基坑内设置多道内支撑时，应结合地下室主体结构施工进程，使主体结构与围护墙形成有效传力时，逐一拆除支撑，如图6和图7所示。

图6 钢筋混凝土内支撑

图7 扩孔锚索施工

2 深基坑支护结构体系选型

根据相关统计分析，基坑支护工程的事故发生率较高，对发生事故的原因进行调查分析发现，导致事故的最主要的原因是基坑支护形式选择不合理。从多个角度对深基坑支护结构体系进行剖析，具有以下特点：①区域性。各地区地下土层结构、地质条件和水文条件存在地域性、差异性、不均匀性，因此，深基坑支护设计需因地制宜；②复杂性。深基坑施工涉及周边管道、周边建（构）筑物、以及支护自身稳定、降水工程、开挖工程等各类因素，因此，需要基于不同的工况环境、不同的地质情况以及不同的工程结构情况，找到具体的问题具体分析，解决具体的问题，才能保证深基坑工程有序开展；③多样性。每种基坑支护技术，都有特定的适用范围，具有不同的优缺点，如何正确地结合各种因素选择支护结构体系，是初步设计方案的关键步骤；④不确定性。基坑支护结构各种因素不是一成不变的，而是随着自然气候、施工工况、施工技术以及基坑开挖深度的加深而变化，因此，深基坑支护受力情况是一个动态变化的过程，需提前预判风险，并采取相关处理措施；⑤综合性。深基坑支护工程是综合性强的系统工程，涉及多学科，如岩土工程、土力学、施工组织技术等。多种复杂因素相互影响，既要考虑支护自身稳定、地下水位、地质灾害，又要考虑支护结构在土层发生变形后对支护结构自身的影响。

如何从众多基坑支护体系中选择有效、合理、经济的支护体系设计，是深基坑支护结构体系选型的首要工作。

第一，在地质勘查阶段，主要通过室内试验与原位测试试验等得出土的力学指标，并综合考虑水、土压力的合算、分算方法，以及土的抗剪强度指标，进行土压力水压力计算、以及各项支护体系的稳定性计算。

第二，对地质勘查报告进行研究分析，充分了解拟建场地土的性状及地下水条件；然后调查基坑周边存在的管线及建筑物情况，确定本工程基坑支护结构的允许变形值；接着根据拟建工程主体地下室结构情况，确定本工程基坑重要性等级、开挖深度及平面范围；再综合选取土壤的各项强度指标进行计算分析，预选适用于项目的支护体系类型及支撑形式。具体选择步骤如图8所示。

图8 深基坑支护方式选择步骤参考

第三，单一的理论设计，难以解决施工过程中发生的问题，基于此施工单位应在支护设计方案阶段积极对接设计单位，共同进行深基坑支护设计技术交流，补充施工现场平面布置图、施工进度计划等相关文件，充分与设计单位沟通，针对施工道路、场地红线、施工顺序等进行施工部署，提前预判技术风险以及现场施工冲突等相关问题，研判支护结构设计选型。例如，考虑支护结构与地下室外墙可施工操作空间，临近施工道路及市政道路的支护结构进行加强设计，满足临近道路的坡顶荷载需求等。第四，最后根据项目的经济指标、施工工期及环保性能综合确定支护体系类型及支撑形式。

工程案例1：福建省精准医学产业创新中心（一期）项目，总造价3.41亿元，地下室一层，局部两层，地下室建筑面积2.1万㎡，原地面开挖至承台底深度7.1m～10.5m。项目深基坑支护体系结构初步设计选型三种，综合考虑沿海地区软土地层，开挖深度，施工场地较小不适合放坡开挖，以及施工部署计划等，最终选定SMW工法桩支护，角部钢筋混凝土内支撑，局部加强段配合预应力扩孔锚索的组合形式；局部上边坡采用土钉墙结合锚管组合形式，地基处理为重力式水泥搅拌桩被动土区同围护墙咬合加固。

工程案例2：瑞丰佳园项目，地下室一层，地下室建筑面积2.6万㎡，项目处于山陵地区，地质水文情况较好，基坑边坡采用土钉墙结合锚管组合形式，造价经济。

工程案例3：珠海灏怡财富中心项目，地下室四层，地下室建筑面积8.6万㎡，开挖深度27m，开挖深度深，一般的支护施工机具难以施工；地下室水位高且受潮汐影响；地下土层结构复杂，淤泥土层厚度深，土质敏感度高；项目临近市政道路，周边环境复杂。经过四轮的技术论证，最终选定现浇地下连续墙支护方法，两墙合一既作支护结构又兼作主体结构，墙厚1.2m。

3 地下水控制

地下水控制包括基坑开挖影响深度内的潜水、微承压水与承压水等控制，应根据工程地质和水文条件、基坑周边环境要求及支护结构形式，选用截水、降水、回灌或其组合方法。

3.1 截水

当降水会对基坑周边建（构）筑物造成危害或长期不利影响时，应采取截水方法控制地下水，阻止坑外地下水流入基坑内部，并减少地下水沿帷幕的水力梯度。基坑截水的方法应根据工程地质水文条件以及施工工况等，选用水泥土搅拌桩帷幕、高压旋喷或摆喷注浆帷幕、地下连续墙或咬合排桩等。当坑底存在浅埋地下水时，应设置落地式隔水帷幕，水压较大时同时设置减压井或加厚帷幕深度、水平封底等防止渗透破坏的措施，保证坑底土体稳定。

3.2 降水

降水主要为了开挖基坑时，能有效提高土体抗剪强度与基坑稳定，减小承压水头高度，防止坑底突涌。对于支护基坑开挖，可增加被动土压区土体抗力，减少主动土压区土体侧压力，从而提高支护体系的稳定性，减少支护体系变形。工程降水有多种方法，根据土层分布情况、渗透系数、降水深度等因素进行选择，见表1。

表1 常见工程降水方法

3.3 回灌

当基坑降水会引起周边建（构）筑物沉降时，可采用人工回灌措施，并设置水位观察井。减压降水时，坑外回灌井深度不宜超过承压含水层中止水帷幕的深度。

4 深度基坑开挖

深基坑开挖是检验支护体系设计以及施工质量的关键工序，应遵循“分段分层、由上而下、先支撑后开挖”的原则。根据支护结构设计以及降水情况确定施工方案，在深基坑周边设置排水沟和集水井，避免雨水、渗水、施工用水等流入坑内，降水降至基底土体下500m以上方可开挖。

大型深基坑开挖应在冠梁（围檩）、冠梁支撑以及支撑的竖向构件施工完成且强度满足设计要求后，方可开始开挖。开挖应遵守先支撑后开挖的原则，直至底板施工完成。对于大型深基坑的横向支撑，结合施工方案同时作为施工便道、施工平台以及材料堆场等设施辅助基坑主体施工。内支撑还可用于深基坑土方退土运输，后期支撑拆除等起到运输作用。

在每次开挖支护结构处，应减小土体的尺寸和开挖后未及时支撑的暴露时间，及时形成内支撑可有效控制基坑的变形。软土基坑必须分层、分块、均匀地开挖，对于有预应力要求的钢支撑或预应力锚索（杆），必须按设计要求施加预应力后方可向下开挖。发生异常情况应立即停止，例如，围护结构变形速率增大且不收敛；出现支护结构或止水帷幕渗漏，坑底管涌、流土、流沙等现象；支护结构异响或出现失稳征兆；周边建（构）筑物变形过大或开裂过大等，应立即停止施工查出原因，采取措施确保基坑安全，方可继续施工。开挖至坑底设计标高时，需尽快进行基础结构施工，与支护结构形成传力带，有效控制支护体系变形。

5 基坑监测

地下室结构施工过程中所涉及的工序多，工期较长，为保证深基坑支护体系正常使用，基坑设计安全等级为Ⅰ级、Ⅱ级的基坑，必须由具备相应能力的第三方对基坑工程编制监测方案并实施现场监测工作。监测的范围根据基坑安全等级、基坑设计深度、地质条件、基坑周边情况、支护体系类型以及施工方法等综合确定，主要监测项目有围护墙（边坡）顶部水平及竖向位移；深层水平位移；立柱竖向位移；支撑及锚杆轴力；地下水位；周边地表竖向位移及地表裂缝等。

监测过程中出现异常，如支护结构水平或竖向位移超限、土体沉降变形、坑底土体隆起、锚索（杆）应力增加、水位异常等情况，需要将其监测结果反馈给设计部门，加密监测频率，查出具体原因，采取控制基坑变形措施进行加固。例如，加固坑内被动土区土体加强支护结构反弯点，控制基坑水平位移变形；通过控制降水或回灌平衡坑内外水头压力，减少对周边环境影响；开挖后及时支撑；坡顶卸土、坑外降水或加固等措施以降低主动土压力；围护墙内局部增设钢支撑或增加预应力锚索（杆）；加固坑底土体，防止土体隆起破坏等。需针对不同的原因，结合项目具体情况进行综合处理。发现明显基坑支护失稳情况时，应立即停止施工，撤离基坑内施工人员，启动紧急避险措施，减少损失。

施工时对整个基坑工程进行系统的监测，可以了解其变化的态势，利用监测信息反馈分析，较好地预测系统的变化趋势。当出现险情预兆时，可做出预警，及时采取措施，保证施工和环境的安全；当安全储备过大时，也可及时修改设计，削减围护措施，通过分析，可修改设计模型，调整计算参数，总结经验，提高设计与施工水平。

6 结语

综上所述，我国深基坑支护设计理论以及施工技术的应用已经有了长足的发展，但在工程具体应用中，无论是单一的理论设计，还是单一实践技术经验，都难以真正达到科学合理，仍要坚持理论与实践相结合，选择合适的支护结构体系。