建筑工程中软土地基深基坑支护设计的探讨

【摘要】本文介绍了多种基坑支护类型和施工要求，着重阐述了基坑地下水的影响及控制方法。结合工程实例中所采用的支护设计方案，对支护施工技术和深基坑开挖影响的控制进行了讨论。

【关键词】深基坑；设计与施工；基坑地下水；支护止水

【 abstract 】 this paper introduces various types of foundation excavation and construction requirements, and emphatically expounds the influence of groundwater and foundation pit control method. Combined with the engineering practice of the supporting design scheme, to support construction technology and deep foundation pit excavation of the control effect is discussed.

【 key words 】 deep foundation pit; Design and construction; Foundation pit groundwater; Water stop supporting

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

一、 基坑支护类型

（一）排桩内支撑支护

排桩大多为冲、钻孔灌注桩，SMW工法及地下连续墙或预应力管桩。内支撑系统根据平面形状有角撑式、角撑对撑式、水平拱圈式等多种布置方式。支撑材料有钢梁和钢筋混凝土梁二种。这种支护形式大多用在软土层较厚、且基坑深度较深的工程，基坑深度在6m-10m之间多采用一道支撑，大于10m的采用二道支撑。内支撑的布置应尽量简单，以方便基坑机械挖土和地下工程施工。其优点是支护系统较安全可靠，缺点是基坑挖土和地下室施工较为不便，一旦有某个节点破坏将导致整体失稳。

（二）桩锚支护

这种支护方式主要适用于场地土层性能较好或软土层较薄的场地。对基坑深度较大的工程，岩土锚杆的参数如下：与水平夹角在15o-40 o之间；长度在35m以内；设计轴向抗拔力一般小于600kN；锚筋材料有钢筋或 3-4条钢铰线；大多采用2次高压注浆工艺，第2次注浆一般大于2MPa。

（三）喷锚支护

这种支护方式是锚杆、钢丝网、喷射混凝土相结合的联合支护形式，适用于地下水位以上或经人工降水后的人工填土、粘性土和弱胶结砂土。常用在单层地下室、且淤泥较薄、地下水较少的基坑。但不适用于含水丰富的粉细砂层沙砾卵石层，不能用于自稳能力极差的厚淤泥层，基坑深度不宜大于12m。其优点是：

1.通过形成喷射混凝土、锚杆、钢筋网与土体共同作用的主动支护体系,最大限度地利用边壁土体的自稳能力；

2.属柔性支护可自行调节,使结构处于最佳受力状态,局部不会产生偶然过载；

3.具有很大的灵活性，可根据监测数据随时调整支护参数；

其缺点是：⑴边壁变形较大；⑵锚杆往往会超出建筑用地红线。

工程实例：江桥某工程，基坑形状不规则，面积约6000m2，基坑开挖深度4.75m设计考虑采用放坡喷锚支护体系。基坑开挖后，根据监测实际情况，周边最大位移3cm。

（四）水泥土重力式围护墙

水泥土重力式围护墙常被称作重力式挡土结构，但实际由不同于一般的重力式挡土墙。建造在软土地基上的这类围护墙不但需要足够墙厚形成重力墙，而且必须要有一定的插入深度。因为这类挡土结构的稳定性不是完全依赖于墙体自重，而在很大程度上依赖于随插入深度急剧增大的墙前被动土压力。水泥土墙施工时无振动，无噪声，无泥浆废水污染；施工操作简便、成桩工期较短，造价较低；隔水防渗性能较好；基坑开挖不需要支撑拉锚，基坑内干净整洁，空间宽敞，有利于开挖及后期结构结构施工。

（五）组合型支护

当基坑内有几种深度，或者土层分布变化较大，或者基坑各侧的环境条件有较大差别时，可因地制宜地采用不同的组合方式，以充分发挥各种材料及支护机构形式的优越性，降低工程造价。组合型支护方式主要有：

1.上部放坡（或土钉墙）下部钢筋混凝土排桩(或桩锚)的组合。

2.拱形水泥土墙与钢筋混凝土灌注桩或H型钢的组合。

3.钢筋混凝土排桩与桩间高压旋喷桩的组合。

4.支护桩与用压力注浆或水泥土搅拌桩加固被动区的组合。

5.土钉墙与水泥搅拌桩的组合；土钉墙与微型注浆桩的组合；土钉墙与预应力锚索的组合。

6.各种支护结构与由水泥搅拌桩或高压旋喷桩形成的封闭止水帷幕的组合。

二、基坑地下水的影响及控制方法

基坑工程施工对场地周边环境影响较为普遍，其主要表现有：建筑物倾斜，或产生裂缝，甚至造成危房；地面工程破损；地下管线破裂。究其原因，除基坑支护结构变形过大、失稳问题外，主要是大面积深层降水引起大量沉降和严重不均匀沉降所造成。

（一）基坑降水的影响

基坑施工开挖前，常对基坑进行降水和排水处理，由于地下水的抽取，将导致降水井周围水位下降，孔隙水移除孔隙水压力消散，土中孔隙逐渐密实，有效应力增大，而孔隙的压密的直接结果即导致土体发生变形，并最终引发地表沉降。与此同时，由于降水而导致的土体有效应力增大也将在一定程度上提高了坑内被动区土体的强度及变形模量，对基坑的变形有一定的影响。除了施工过程中的降水外，基坑开挖前的降水也可造成墙体的水平位移和地面沉降。

（二）地下水渗流的影响

由于基坑的降水，基坑及周边土体中的地下水将存在一定的水头差，由此将引发渗流现象。地下水在土中流动时，受到土颗粒的阻力而消耗能量，并导致水头损失，同时地下水对土颗粒施加反作用力，推动土颗粒发生位移，这种地下水作用在土体颗粒上产生的拖拽力即称为渗流力。由于渗流力的存在，土体内部的有效应力发生一定的变化，并由此对变形产生一定的变形影响。当渗流作用较强时，将带动土中颗粒发生移动，并引发流土、管涌等现象，当渗流较为严重时可能导致基坑发生局部或整体失稳，导致基坑发生破坏。

（三）土体固结的影响

基坑开挖过程,由于坑内土体的挖除，坑内及周边土体的应力将发生变化，孔隙水压力也将由此发生变化，随着基坑施工的进行，土体逐渐固结，土中的超孔隙水压力逐渐消散，有效应力随孔隙水压变化而变化逐渐趋于稳定，达到最终的固结状态，在这个过程中，土体单元将发生一定的应变，而在宏观上即体现为加快的变形。此外，软粘土的流变特性在基坑的施工过程中将对基坑的变形产生一定的影响。

（四）地下水的控制方法

地下水控制方法依据《建筑基坑支护技术规程》可分为集水明排、降水、截水和回灌等形式单独或组合使用，见表1。

表1地下水的控制方法

工程实例

某工程场地呈矩形，南北210m，东西351m，场地四周比较空旷。场地标高相当于± 0.00(776.00m)为－2.51m(773.490m)，地下水位－4.0m。基坑内桩顶标高分别为－3.50m，－4.30m，－5.50m，－9.00mm， 开挖深度1.00m～6.50m，设备基础标高最深为－10.25m。

三、支护止水方案

（一）基坑支护方案

根据《岩土工程勘察报告》，并根据基坑开挖深度，选择支护方案：

1.对于桩顶标高分别为－3.50m，－4.30m的可不采取支护、止水设计，直接进行开挖施工，局部进行沟槽排水， 即可满足施工。

2.对于桩顶标高为－5.50m和－9.00m的基坑，采用水泥搅拌桩做止水帷幕。水泥桩桩径500mm，桩长和排数根据不同的开挖深度经设计计算后采用不同的长度和排数。桩距350mm，排距400mm，桩顶标高为－3.50m支护采用坑内放坡。

（二）对于基坑底标高为－9.00m的基坑

该部分有机加工区桩顶标高为－9.00m，煅轧区的桩顶标高为－9.00m，集水坑基坑底标高约为－10.25m，但是该集水坑在离基坑边较远时，可以采用基底放坡开挖。

1.采用两排水泥搅拌桩做止水帷幕，同时在基坑内经计算保留6000mm的土体放坡支护，放坡比例1：1.1桩顶标高为－3.50m，基坑底标高为－9.00m，有效桩长11.00m，设计两排，宽900mm，卸土厚1.00m，宽3.00m 集水坑基坑底标高约为－10.25m，但是该集水坑在离基坑边较远时，可以采用基底放坡开挖，放坡比例1:1。

2.基坑内设计无砂管井管降水井，浅井多布，井深12 m(从自然地坪)，井成孔直径600mm，井距约13m集水坑基坑底标高约为－11.25m，此处设计4口降水井，井深14m。

四、基坑变形监测

（一）监测内容：支护桩顶部水平位移16个点、周围地面沉降11个点、深层水平位移7个点、周边建筑沉降19个点、支撑轴力6个断面、支撑立柱沉降/隆起5个点、坑外水位6个孔。

（二）监测频率：基坑开挖初期，每隔1d～2d监测一次；基坑开挖接近坑底及后一周内，每天监测1次；基础底板施工期间，每隔1天监测1次；基础底板浇筑完毕后，每隔2d～3d监测一次。

（三）变形观测：拟建基坑自从联网抽排地下水开始，即对拟建基坑边坡的变形进行了变形观测，实测表明最大变形发生在基坑北侧中部，也即荷载最大和受力最不利区域，最大侧向变形约14mm，与变形计算基本一致，桩顶由于采用水泥搅拌桩做止水帷幕，相对变形较大，在北侧由于管线渗漏影响，该区域坡顶侧向变形及竖向沉降均达到了20mm，是变形最大区域，但其下部桩顶变形并不明显。