浅议深基坑支护结构形式及其方案应用

摘要：下文从实用的层面，阐述了常用的几种支护结构形式特点，针对某市一实例工程的基坑方案进行对比，以小见大，总结了方案选择的影响因素。

关键词：深基坑 支护结构 方案墙式

1前言

随着我国的经济高速发展，针对建筑基坑的施工规模增大与施工难度提高的特点，对基坑支护提出了更高的要求，如何做到既安全经济又按期保质地进行基坑施工，关键是选好基坑支护结构形式并制定和实施一个好的基坑支护方案。

基坑支护工程主要包括维护墙体(包括防渗帷幕)工程及支撑工程。维护墙体是具有保证基坑坑壁稳定的一种挡土结构，维护墙体承受坑内外水、土侧压力以及内支撑反力或锚杆拉力，一般是沿基坑四周竖直布置，而且在所开挖的基底以下有一定插入深度的墙体。防渗帷幕(由水泥搅拌桩、旋喷桩等做成)作用是防止坑外的水渗流入到坑内，并控制由于坑内外水头差造成的流砂及管涌等现象。支撑结构是由钢或钢筋混凝土构件组成的用以支撑基坑侧壁的结构体系。支撑的目的为维护墙结构提供弹性支撑点，增强维护墙体的稳定性，减小墙的内力，达到经济合理的工程要求。

2目前我国常用的基坑支护结构形式和特点

基坑支护原则是根据基坑的深度，地质条件，周围环境而采用适当的支护形式，保证基坑的安全，在此前提下考虑适合的造价。

支护结构按其工作机理和围护墙形式分为下列类型：

2.1重力式水泥土挡墙式

通常以挡墙的自重和刚度保护基坑壁，既挡土又挡水，一般不设内支撑，个别情况下必要时亦可辅以内支撑，以加大基坑的支护深度；水泥土墙支护结构的优点是由于坑内无支撑，便于基坑的土方开挖施工，具有挡土防渗双重功能，比较经济，缺点是不宜用于深基坑，故基坑深度不宜大于6m，因为变形较大，所以施工时要防止对周围环境的影响。

2.2排桩与板墙式

由板桩、排桩（根据需要和可能加止水帷幕）或地下连续墙等用作挡墙，另设内支撑或外拉的土层锚杆。

槽钢钢板桩因为截面抗弯能力弱，一般用于深度不超过4m的基坑，而且以为搭接处不严密，需要配合止水措施；

锁口钢板桩的优点是施工速度快，有一定的挡水能力，可重复使用，缺点是刚度不够大，只用于5～8m的深基坑，需要设置支撑才能保证变形要求，要防止因拔桩带土有可能危害周围环境；

钻挖孔桩支护结构刚度大，抗弯能力强，变形较小，可应用于7～15m深度的基坑工程，必要时可以结合挡水帷幕和支撑拉锚等加强支护结构；

地下连续墙在我国常用的是壁板式地下连续墙，其优点是施工对周围环境影响小，能够紧邻建构筑物进行施工，刚度大，变形小，能用于各种深基坑，只要接头处理好，就能够达到较好的抗渗止水效果，假如配合逆作法施工工艺，就可以实现两墙合一，降低工程造价，我国大城市的著名高层建筑的深基坑，多采用这种支护结构形式；

加筋水泥土墙又称SMW工法，在水泥土搅拌桩内插入H型钢，令其成为具有受力和抗渗两种功能的支护围护墙，随着深度加大可以加设支撑，可用于8～10m的基坑。

当基坑深度较大，悬臂的挡墙在强度和变形方面不能满足要求时，即需增设支撑系统。支撑系统分两类：基坑内支撑和基坑外拉锚。基坑外拉锚又分为顶部拉锚与土层锚杆拉锚，前者用于不太深的基坑，多为钢板桩，在基坑顶部将钢板桩挡墙用钢支撑包括钢管支撑和H型钢支撑。

钢筋混凝土支撑是近年来在深基坑施工中发展起来的一种支撑形式，它多用于土模或模板随着挖土逐层现浇，截面尺寸和配筋根据支撑布置和杆件内力大小而定。其特点是它刚度大、变形小，能有效地控制挡墙变形和周围地面的变形，宜用于较深基坑和周围环境要求较高的地区。但在施工中要尽快形成支撑，减少土壤蠕变变形，减少时间效应。由于钢筋混凝土支撑为现场浇筑，因而其形式可随基坑形状而变化，故它有多种形式，如对撑；角撑、桁架式支撑；圆形、拱形、椭圆形等形状支撑。

在上述介绍的排桩与板墙式支护结构中，对于大型的，开挖深度较深的重要基坑，地下连续墙的应用有着明显的优势，因为地下连续墙支护结构的优点是：适用于各种土质，可以在建筑物、构筑物密集地区施工，施工时振动小、噪音低，防渗性能好，由于可以与“逆作法”施工技术结合，达到加快施工进度，缩短工期，有利于提高经济与安全效益。概括地说，地下连续墙在深基坑工程中适用于在建筑物、地下设施密集地区且环境保护要求较高的深基坑；用于以逆筑法施工的基坑支护结构与建筑物主体结构相结合的“两墙合一”的深基坑。

通常在地下水丰富，地质条件差，采用地下连续墙支护比排桩支护的效果好，根据基坑的形状，基坑狭长采用内支撑较好，方形或圆形基坑采用外支撑较好，面积大于5000的大型基坑，周围有重要建筑物与地下管线，对沉降和变形控制要求严格的情况下采用逆作法较佳。

2.3边坡稳定式

土钉支护是用于土体开挖和边坡稳定的一种新技术。在基坑开挖中，土钉支护已成为桩、墙、撑、锚支护之后又一项较为成熟的支护技术。土钉支护的特点是沿钉的通长与周围土体接触，以群体起作用，与周围土体形成一个组合体，在土体发生变形的条件下，通过与土体接触界面上的粘结力或摩擦力，使土钉被动受拉，并主要通过受拉工作给土体以约束加固或使其稳定。为了防止地表水渗透对喷射混凝土面层产生压力，并降低土体强度和土体与土钉之间界面粘结力，土钉支护必须有良好的排水系统。

土钉支护的优点是材料用量少和工程量小；施工设备简便，操作方法简单；结构轻巧，柔性大，有很好的延性；对土层的适应性强；施工所需的场地小安全可靠。土钉支护施工采用边开挖边支护，并可根据开挖的土质情况和现场监测的变形数据，及时修改土钉的间距和长度；经济；一般可节约造价10%～30%，缩短工期50%～70%。适用于一定含毛细水粘聚力的中细砂土，有一定天然胶结能力的砂土和砾石土，具有粘聚力的粉土和低塑粘土和风化岩层等；土钉支护对于松散砂土、软塑、流塑粘土以及有丰富地下水的情况下不能单独使用土钉支护，必须与其他的土体加固支护方法相结合。

土钉支护的方案制定需要考虑的主要方面有：土钉支护的整体稳定性计算和土钉的设计计算采用总安全系数设计方法，共中以荷载和材料性能的标准值作为计算值，并据此确定土压力；喷混凝土面层的设计计算，采用以概率理论为基础的结构极限状态设计方法，设计时对作用于面层上的土压力，应乘以荷载分项系数1.2后作为计算值；土钉支护设计应考虑的荷载除土体自重外，还应包括地表荷载如车辆、材料堆放和起重运输造成的荷载，以及附近地面建筑物基础和地下构筑物所施加的荷载，并按荷载的实际作用值作为标准值。

除上述三类支护结构外，还有其他一些形式，有时还可以两种类型混合应用，如上面用土钉墙下面用排桩支护，挖孔桩-钢支撑，SMW（Soil Mixing Wall）工法施工，加筋水泥土等。

3基坑支护方案应用

一般来说，基坑支护方案的选择是按照基坑开挖深度，工程地质与水文地质，基坑等级（邻近环境）及土方开挖方法，地下水处理所面对的问题，支护工程造价，基坑侧壁的安全等级，基坑变形控制标准（主要是地面最大沉降量和支护墙最大水平位移两这两个指标）等作综合考虑，择优使用。深基坑开挖与支护的重点是控制施工过程基坑内工作的正常和基坑道周围环境不被破坏，因此，必须认真抓好对基坑支护工程影响较大的周边建构筑物的位移监测工作，通过利用现有资料，选择针对性强的方案，才能有效保证施工安全和质量。

4工程案例分析

本案例的基础资料显示，工程位于某市中心地带，属于繁华商业区，工地现场周围商铺林立，交通拥挤，并且基坑面积为30700m²，基坑深度8m，属于大型深基坑，基坑侧壁安全等级按照规范为一级，为一级基坑，因此本基坑的支护结构形式的选用必须严格按照一级基坑的规定。

根据地质勘察资料，由于场地地下水的埋深为0.8～1.2m，地下室底板和基坑的开挖深度处于第三层细砂中砂层这一富含水层中，而且其上覆土层的含水量较高，引起较大的地下水水头压力差，基坑的防水问题基坑底部土体隆起和承压问题必须特别慎重处理应对。支护结构除了考虑围护墙的刚度与变形能力以外，还需要选择合适的防水止水结构。由于第三层下卧土层为粉质粘土层，是良好的隔水层，因此可以充分利用该土层，把止水结构嵌入其中，达到隔断基坑内外水力联系，确保基坑内的施工排水不影响基坑外的土体稳定，防止场地外路面和建构筑物发生沉降变形。

通过对我国目前所采用的基坑支护结构形式和特点的分析，结合本案的实际工程处地质与水文地质条件，基坑周围环境和开挖要求条件，提出以下几个基坑支护方案进行参考：

4.1搅拌桩止水幕墙加土钉墙支护结构

搅拌桩止水幕墙加土钉墙支护结构的有利使用条件是：该法可应用在基坑周围地面施工场地较小，土质好，基坑开挖深度不超过16m，临近基坑边无重要建构筑物，一般采用双排搅拌桩幕墙，基坑周边采用分层密集锚杆喷锚网垂直支护到底，此支护形式施工速度快工程造价较低。由于本场地南北两个方向的地质差异较大，南区岩面高淤泥及细砂层较薄，北区岩面低淤泥及细砂层较厚，所以土钉的施工差异较大，质量控制不利，难于保证基坑的安全，故该方案有缺陷。

4.2地下连续墙支护结构

该方案可应用于所有止水严格以及各类复杂土层的支护工程，尤其是周围环境复杂的基坑工程。根据基坑的地质条件，环境条件，结构形式，埋置深度，地下水条件，施工要求等因素，确定地下连续墙的单元墙段的形状，长度和进行必要的成槽试验。

采用地下连续墙+逆作法方案，是基于本案例的实际情况而制定，它切合实际地在工程的质量、安全、造价与工期上得到较佳的平衡。地下连续墙做挡土止水结构兼作地下室外墙，利用逆作法施工到-1层时的楼板结构作为支撑，减少了临时支护结构的制作与拆除的浪费，降低工程造价。由于连续墙作为永久支护，其施工厚度取值800mm。

4.3组合式支护结构

这种方法使用条件是临近基坑边有重要的建构筑物或管线，基坑开挖深度大，对基坑边土体的水平位移要求严格，一般结合场地的地质水文条件，周围环境和基坑开挖的施工难度等实际情况，选择合适的钻（挖）孔灌注桩作排桩，并且在桩间施工止水帷幕，在其顶部及中部分别设置压顶梁和腰梁，在腰梁部位设置预应力锚杆并锁于腰梁上，但是这种支护结构形式工程造价较高。

钻孔排桩+桩间旋喷帷幕+支撑+锚杆：利用ф1200钻孔排桩挡土，桩间设600单管旋喷桩止水，顶部加压顶梁，中部加锚杆，以便控制支护结构的变形。由于本工程所处的场地狭窄，地下管线较多，使用钻孔桩，将会由于占用基坑的一部分面积，使得基坑的建成面积减少，降低了经济效益，而且锚杆的施工也会因为南北方向地质条件的差异，对于施工质量有很大的影响，所以本方案非最优。

通过分析比较，由于地下连续墙施工工艺较先进，施工对环境污染少，墙体整体性与防渗性好，基坑变形小，能够最大限度地保护周围的地下管线和建构筑物，所以，本工程的基坑支护选择地下连续墙+逆作法这个方案较为合适。

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