高层建筑深基坑支护结构的选型及施工

林志远

（杭州大江建设项目管理有限公司福建分公司,福建 泉州 362000）

基坑支护技术与开挖深度密切相关。大部分建筑工程都需要进行基础开挖，但只有地质条件较差、地下环境复杂或深度超过5 m 的项目才需要考虑基坑维稳措施。为消除深基坑开挖过程中滑坡隐患，确保基坑安全，需要在基坑开挖前或开挖过程中，采取加固及支护措施，以实现挡土、挡水，维护基坑结构稳定性等功能[1]。根据工程周边环境、现场地质、施工条件、开挖深度及基坑侧壁安全等级不同，基坑支护的结构多种多样，在实际施工中往往是多种形式配合使用。

1 深基坑支护结构类型

1.1 重力式支护结构

重力式支护结构适用于开挖深度较小且基坑边坡土质较差的基坑，一般开挖深度不大于7 m。重力式支护结构适用于加固淤泥、砂土、粉土含水量较高的软黏土，当用基坑加固时采用水泥等胶凝材料在基坑开挖前对基坑边坡部位进行预加固，使松散土体或含水量较高的黏土固结，形成一个具有防渗和挡土的双重功能的整体，消除临近基坑边坡的潜在滑移面，抵御基坑边坡侧向变形、坍塌[2]。

1.2 土钉墙

土钉墙一般为非预应力，属于被动受力，主要适用于地下水位以上或经人工降水后的人工填土、黏性土和弱胶结砂土的基坑支护或边坡加固，一般适用于基坑深度不大于12 m。土钉支护是由密集的土钉群、被加固的土体、喷射混凝土面层组成，形成一个复合的、能自稳的、类似于重力式挡墙的挡土结构，以此来抵抗墙后传来的土压力和其它作用力，从而使开挖基坑或边坡稳定。土钉长度一般为开挖深度的0.5~1.2 倍，间距宜为1~2 m，与水平面夹角宜为5~20°，土钉的安装可采用钻孔注浆、直接打入或打入后注浆等方式。

1.3 锚拉式支护结构

锚拉式支护一般适用于基坑开挖深度不大于12 m 的基坑。锚拉式支护结构将钢筋、钢管、锚杆或锚索锚固在稳定土层中，利用钢筋、锚杆、锚索的拉力对基坑侧壁侧向变形形成一种约束，以抵抗基坑边坡的滑坡及坍塌。

1.4 悬臂式支护结构

单纯的悬臂式支护结构适用于较浅的基坑，悬臂式结构依靠足够的入土深度和结构的抗弯能力来维持整体稳定和结构安全。通常是开挖前在基坑边缘构造刚性竖向构件并伸入基坑底部标高以下，基坑开挖后支挡结构埋入土体的锚固段长度一般为基坑开挖深度的1.5倍。

1.5 支撑式支护结构

支撑式支护结构也称内支撑，是在基坑内侧竖向侧壁支挡结构之间，设置杆件支撑，抵抗支挡结构的变形和位移。支撑形式有水平对撑或斜撑；正交或斜交的平面杆系支撑；环形杆系或环形板系支撑；竖向斜撑[3]。可选用钢支撑、混凝土支撑、钢与混凝土支撑混合支撑。内支撑体系包括腰（冠）梁（亦称围檩）、支撑和立柱，一般与竖向支挡结构搭配使用，常在竖向支挡结构施工后开槽施工。

在实际工程中，往往将以上5 类受力形式进行组合，衍生了更多的支护措施，例如，复合式土钉墙、外锚内撑式支挡结构、SMW 工法桩、盖挖法等等；也可在不同部位使用不同支护形式[4]。例如，当基坑不同部位的周边环境条件、土层性状、基坑深度等不同时，可在不同部位分别采用不同的支护形式；支护结构可采用上、下部不同结构类型组合的形式。

2 工程实例

安溪官桥某高层建筑项目，基坑北侧，地下室边界线距离用地红线约6 m，基坑开挖深度约5.8 m；基坑东侧，地下室边界线距离用地红线约13 m，开挖深度7.9~8.6 m；基坑西侧，地下室边界线距离用地红线约7~12 m，开挖深度约8.9 m；北侧、西侧外均为已建道路，东南侧为一石材加工场，基坑周长545 m，基坑侧壁安全等级为二级，重要性系数取1.05。经基坑支护专项设计，北侧3-3 剖面采用土钉墙；北侧1-1 剖面、西侧2-2 剖面、东侧4-4 剖面、东侧5-5 剖面采用喷锚支护（非预应力锚杆）；东侧6-6 剖面、7-7 坡面采用排桩支护+预应力锚索+挂网喷混（基坑支护形式分段布置见图1）。

图1 排桩+锚索+挂网喷混支护设计示意图

图1 基坑支护形式分段布置平面图

2.1 土钉墙

本工程基坑西侧3-3 剖面土质主要为粉质黏土、残积砂质粘性土，开挖深度最大为5.8 m边坡稳定性较好，放坡坡率1:1，采用土钉墙支护。土钉采用C20@2000，L=2 000；施工流程：边坡分层开挖→坡面修整→第一层喷混→土钉定位→土钉制作安装→挂网→加强筋焊接→喷混→养护。

（1）分层开挖深度不大于3 m，坡面修整后应先喷一层混凝土封闭坡面并作为钢筋网片保护层，喷混应自下而上，厚度不小于40 mm，泄水孔间距2 m，梅花状布置。喷射混凝土采用42.5R 硅酸盐水泥，配合比宜为水泥：碎石：砂=1:2:2，混凝土强度不小于C25。土钉采用C20 螺纹钢筋制作，可采用振动冲击钻、冲击锤打入边坡，土钉仰角15°~20°。

（2）土钉承载力检测采用抗拉拔试验，检测数量不小于1%且同一土层不少于3 根，抗拔承载力检测值不小于土钉轴向拉力标准值的1.3 倍。钢筋网采用A6@300×300，焊接或绑扎连接，搭接长度不小于300 mm，土钉连接处设置C16 横纵向加强筋（纵筋在外）及L 型锁定筋，锁定筋与纵向加强筋、土钉满焊。

（3）喷射第二层混凝土并养护，养护时间3~7 d。边坡开挖后土钉安放及喷射混凝土应在24 h 内完成。喷射混凝土强度达到设计强度70%，方可进行下层开挖。

2.2 非预应力锚杆

本工程基坑北侧1-1 剖面、西侧2-2 剖面、东侧4-4 剖面、东侧5-5 剖面基坑最大开挖深度6.27~8.98 m，放坡坡率为1:0.6~1:1，边坡土质自上而下为素填土、填碎块石、粉质黏土、残积砂质粘性土、全风化花岗岩、砂土状强风化、碎屑状强风化、碎块状强风化等，基坑支护设计为非预应力锚杆（全长粘结型）+挂网喷混。

（1）以2-2 剖面为例，开挖深度8.98 m，放坡坡率1:0.8，锚杆采用1C25@1500，锚杆长度为9~12 m，轴向拉力110 kN,钻孔孔径130 mm，坡面挂网喷混，锚固段地质为残积砂质粘性土。施工流程：边坡分层开挖→初喷→测量放样→排水施工→搭设工作平台→设备安装就位→钻孔→清孔→制作锚杆→下锚杆→注浆→坡面绑扎钢筋网片→分层喷浆→养护。

（2）坡面开挖后应进行初喷封闭，初喷不小于40 mm，泄水孔梅花状布置间距2 m。钻孔定位偏差不大于100 mm，倾斜度偏差不大于3°，设计倾角20°，在钻进中毎钻进3~5 m 用测斜仪量测一次钻孔孔斜，及时调整孔斜误差。如遇地层松软、破碎时则应跟管钻进以使钻孔完整不塌。若遇塌孔，应立即停钻进行固壁灌浆处理，等水泥砂浆初凝后重新扫孔钻进。要求干钻，禁止水钻，以确保锚杆（索）施工不至于恶化。采用高压空气清孔（风压0.2~0.4 MP），如有积水再用吸管排除积水。成孔后在浇砼前应用棉纱或水泥包装编织袋堵孔临时防护。

（3）钢筋锚杆制作前应对孔深实际长度进行测量，并按孔号截取锚杆长度，锚杆连接应采用机械连接，锚杆支架采用成品橡胶对中支架，注浆管采用高强度PVC 管，将注浆管固定在锚杆上，管头采用胶带封堵[5]。注浆采用孔底返浆法，直至孔口溢出新鲜浆液，如有发现孔口浆面回落，应与30 min 内进行孔底补浆。水泥净浆采用42.5R 早强型硅酸盐水泥配置，水灰比0.45，掺速凝剂，强度不小于C20，注浆压力不小于0.5 MPa。锚杆注浆后，浆体强度达到 15 MPa 或达到设计强度等级的75%时，可进行锚杆检测。

（4）该项目锚杆抗拉拔设计值110kN,检测数量不小于5%，不少于5 根。坡面挂网喷混工艺与土钉墙类似，钢筋网设计为A8@150×150，设置横纵向C16 加强筋（纵向在外）及L 型锁定筋，锁定筋与纵向加强筋、锚杆伸出端满焊，喷射混凝土复喷，强度不低于C25,终凝2 h 后养护，养护不少于7 d。

2.3 排桩+锚索+挂网喷混

本工程基坑东南侧6-6 剖面、7-7 剖面，基坑临近一石材加工厂，主要地质：上部为人工填土、石材碎块、碎屑废料等，下部为粉质黏土、残积砂质粘性土等。上方有加工厂建筑及内部道路，周边环境较为复杂；基坑开挖深度7.99~8.59 m，边坡稳定性较差。

（1）基坑支护设计采用排桩支护+锚索+挂网喷混（见图1）。共设计支护桩72 根，桩径1.0 m，桩芯间距1.5 m，桩长为14.5~16 m，排桩顶部设置冠梁及锚索，桩间面板为C25挂网喷砼厚100 mm，挂网钢筋C20@1500、L=2 000 mm，钢筋网为Ф8@200×200。

（2）施工流程：场地平整→放线、定桩位→桩机就位→埋护筒,同时挖泥浆池,安装泥浆泵→冲孔至设计标高→终孔验收→钢筋笼制作→下钢筋笼→二次清孔→浇灌桩身混凝土→养护→所有排桩施工完毕→破桩头→预应力锚索施工、冠梁施工→锚索张拉→分层开挖→喷混面板施工。

（3）支护桩采用冲孔灌注桩，隔二跳孔施工。冲孔灌注桩，泥浆具有护壁出渣作用，应控制好泥浆质量[6]。开孔进尺不宜过快，采用密锤底击，提锤高度约50 cm，冲击次数20~25（次/min）泥浆浓度1.5~1.7，这样产生的冲击力小，使孔壁逐渐受水平挤压力挤压密实，有利于孔口孔壁稳定。正常冲孔可适当增加提锤高度至1.5~2 m，降低泥浆浓度，减小泥浆阻力和黏锤，泥浆比重1.1~1.15、黏度10~25 s、含砂率小于8%，采用换浆清孔（如出渣困难可采用抽浆法，但应及时调整泥浆浓度），二次清孔沉渣厚度不大于100 mm。钢筋笼长度应根据孔深确定，并预留冠梁锚固钢筋。水下混凝土浇筑采用导管法，混凝土强度C25 导管内设置隔水浮球，初始浇筑时导管距离孔底30~50 cm，提管过程中，导管埋深应为2~6 m，严禁导管提出混凝土面。混凝土浇筑应高出桩顶设计标高0.8 m，以确保桩身强度符合设计要求。

（4）根据边坡支护专项设计预应力锚索采用钢绞线2AS15.2@2 000，锚索长度L=22 m、锚固段长度La=14 m、自由段长度Lf=8 m，抗拉拔力不小于208 kN，锚索与水平夹角25°，锚固段为残积砂质粘性土；钻孔直径150 mm，钻孔采用全套管干成孔施工工艺。

（5）锚索采用无粘结钢绞线（PE 套管），使用前将锚固段去皮、洗油，锚索长度应考虑伸入冠梁内长度及锚具、张拉工艺所需长度。锚索定位采用成品对中支架，间距1.5 m，锚索端头设置导向帽。注浆采用二次注浆，注浆设备应提前标定合格，并在有效期内；一、二次注浆管与锚索绑扎，做好端头及花孔封堵，与锚索一同穿入锚孔。注浆材料强度不小于30 MPa，一次注浆采用低压多次注浆，注浆压力0.5 MPa，稳压注浆应持续两分钟以上；二次劈裂注浆，注浆管应设置花孔并做好封堵，避免一次注浆时水泥浆阻塞二次注浆管。二次注浆一般在一次注浆强度达到5 MPa 时（4~6 h），注浆压力2~3 MPa。冠梁施工时应注意锚垫板及相关加强筋设置，锚垫板承压面应与锚索垂直。冠梁强度达到15 MPa、锚索水泥浆强度达到设计强度80%可以进行锚索张拉及锁定。锚索施工后应对抗拉拔进行检测。锚索张拉后继续分级开挖，施工桩间支护面板，面板施工与土钉墙施工工艺类似，不再赘述。

3 结语

综上所述，建筑工程基坑支护形式灵活多样，应根据现场实际情况合理选型，做好基坑支护设计及施工方案的选择，确保各个施工环节所使用的工艺和技术足够科学、足够合理，为建筑主体施工奠定基础，从而提升项目管理水平，为建筑工程进度管理、成本管理、质量管理、安全管理做出贡献。