浅谈深基坑支护类型及适用范围

2010-03-05郭文忠黄晓林

河南建材 2010年2期

郭文忠，黄晓林

安阳师范学院建筑工程学院（455003）

基坑是房屋建筑、市政工程或地下建筑物在施工时需开挖的地坑。基坑工程采用的围护墙、支撑(或土层锚杆)、围檩、防渗帷幕等总称为支护结构。基坑支护结构的选型涉及到工程地质、土力学、基础工程、结构力学、原位测试技术、施工技术、土与结构相互作用以及环境岩土工程等多种学科。由于城市化的快速发展,城市人口快递增加、土地资源已减少、建筑空间拥挤和城市绿地减少,导致我国高层建筑如雨后春笋,拔地而起。为了节省土地、充分利用地下空间,高层建筑基础要求有一定的埋置深度,高层建筑的停车场、设备间、储藏库等也都设在地下,从而使基坑深度增加。从发展趋势看,高层建筑越来越高,基坑越来越深,密集的建筑群、超深度的基坑、复杂的地下设施，给基坑施工带来一定的难度,对基坑工程提出了严峻的挑战。选择合理的基坑支护结构不仅可以保证施工安全，还可以节省大量的人力、物力。

1 基坑支护方案的初选

方案初选是深基坑支护方案优选的第一步。从大量备选方案中筛选出几个较好的方案，它包括以下内容:

1）搜集有关支护体系方案选择的基础性资料:

①工程地质和水文资料:主要是做好基坑工程的岩土勘察。

②场地周围环境及地下管线状况:基坑周围邻近建(构)筑物状况调查，基坑周围地下管线状况调查，基坑邻近地下构筑物及设施状况调查，周围道路状况调查等。

③地下结构资料:主体结构地下室的平面布置和形状与建筑红线的相对位置，主体结构的桩位布置图，主体结构地下室的层数、各层楼板和底板的布置与标高以及地面标高等。

④本地区常用支护形式、常见支护结构的特性及适用条件、有关规范规定的条款以及类似工程的基坑支护资料等。

2）确定基坑安全等级，结合地区经验，初步选择深基坑支护结构形式。

3）确定基坑变形控制等级，据此确定支撑形式。

2 基坑支护类型及适用范围

1）放坡开挖

选择合理的基坑边坡，保证开挖过程中边坡的稳定性，包括坡面的自立性和边坡整体稳定性。放坡开挖适用于地基土质较好、开挖不深以及施工现场有足够的放坡条件的工程，放坡开挖一般费用较低，应尽量采用放坡开挖。但虽有足够的放坡场所，但挖土及回填土方量大，考虑工期、工程费用并不合理，则不宜采用放坡开挖。放坡开挖工程为了增加基坑边坡稳定性，减少挖土方量，常采用简易支护，如在坡脚用草袋装土或块石堆砌挡土或在坡脚采用短桩隔板支护等。边坡表面要采取保护措施，确保不被雨水冲刷，减少雨水渗入土体降低边坡强度。通常在土坡表面抹一层钢丝网水泥砂浆或喷射砂浆等保护，并设置排水孔。

2）悬臂式支护结构

悬臂式支护结构常采用钢筋混凝土桩、木板桩、钢板桩、钢筋混凝土板桩、地下连续墙等形式。值得关注的是，钢筋混凝土咬合桩和SWM工法目前已经被广泛使用，钢筋混凝土桩常采用钻孔灌注桩、人工挖孔桩、沉管灌注桩及预制桩等。悬臂式支护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。悬臂式结构对开挖深度非常敏感，容易产生较大的变形，对相邻建（构）筑物易产生不良影响。悬臂式结构适用于土质较好、开挖深度较浅的基坑工程。

3）重力式支护结构

重力式支护结构是目前工程中用得较多的一种支护结构，常采用深层搅拌法形成，有时也采用高压喷射注浆法形成。为节约资金，常采用格构体系。水泥与其包围的天然土形成重力式挡墙支护周围土体，保持基坑边坡稳定。深层搅拌水泥土桩重力式支护结构常用于软粘土地区开挖深度约在6.0m以内的基坑工程。

4）内撑式支护结构

内撑式支护结构由支护结构体系和内支撑体系两部分组成。支护结构体系常采用钢筋混凝土桩排桩墙、SWM工法、钢筋混凝土咬合桩和地下连续墙形式。内支撑体系可采用水平支撑和斜支撑。根据不同开挖深度又可采用单层水平支撑、二层水平支撑和多层水平支撑。当基坑面积很大、开挖深度不大时，宜采用单层斜支撑。内支撑常采用钢筋混凝土支撑和钢管（或型钢）支撑两种。钢筋混凝土支撑体系的优点是刚度好、变形小，而钢管支撑的优点是钢管可以回收，且加预应力方便。内支撑结构适用范围广，可适用于各种土层和不同的基坑深度。

5）拉锚式支护结构

常见的拉桩式支护结构是钢筋混凝土灌注桩加锚杆的支护体系，锚杆施工多采用一般性灌浆的土层锚杆，随深度的不同，可分为单层锚杆、二层锚杆和多层锚杆。锚固体系可分为锚杆式和地面拉锚式。地面拉锚式结构需要有足够的场地设置锚桩或其它锚固物，应用范围有一定局限性。锚杆式需要地基土能提供较大的锚固力。锚杆近年来在深基坑支护中被广泛采用,随着扩孔技术和注浆技术以及优化设计的推广，它的应用范围正进一步扩大。它的一端通过围檩或腰梁与围护墙联结，另一端通过锚固体稳定在土体中。锚杆的锚固段必须设置在滑裂面之后,由于软粘土地基不能提供锚杆较大的锚固力，所以很少使用。锚杆式支护体系一般钻孔倾角成15°左右，拉杆端部用螺栓固定，以槽钢组成水平或垂直联结板锚固于坑壁上。由于其具有较高的可靠性，可适用于不同的场地条件,经过工程实践检验其经济效益良好。

6）土钉支护结构

土钉是在新奥法的基础上基于物理加固土体的机制，于20世纪70年代在德国、法国和美国发展起来的一种主动支护形式。土钉一般通过钻孔、插筋和注浆来设置，也有采用打入或射入方式设置土钉。土钉围护结构的机理可理解为通过基坑边坡中设置土钉,形成加筋土重力式挡墙起到挡土作用。土钉主要可分为钻孔注浆土钉与打入式土钉两类。钻孔注浆土钉是最常用的土钉类型，先在土中钻孔，置入钢筋，然后沿全长注浆，为使土钉钢筋处于孔的中心位置，有足够的浆体保护层，需沿钉长每隔2～3m设对中支架。土钉外露端宜做成螺纹并通过螺母、钢垫板与配筋喷射混凝土面层相连。打入土钉是在土体中直接打入角钢、圆钢和钢筋等，不再注浆。打入土钉的优点是不需预钻孔，施工速度快，但效果差。近年来国内开发了一种打入注浆式土钉，它是直接将带孔的钢管打入土中，然后高压注浆形成土钉，这种土钉特别适合于成孔困难的砂层和软弱土层，具有广泛的应用前景。

7）其他支护类型

其它形式支护结构主要有门架式支护结构、拱式组合型支护结构、喷网支护结构、加筋水泥土墙支护结构、沉井支护结构和冻结法支护结构等。门架式支护结构的支护深度比悬臂式支护结构支护深度要大,适用于开挖深度已超过悬臂式支护结构的合理支护深度的基坑工程。喷网式支护结构是由锚杆（锚索）、钢筋网喷射混凝土面层与边坡组成，其结构形式与土钉支护结构类似，其受力机理类同锚杆，又称为土中锚杆，常用于土坡稳定加固，不适用于含淤泥质土和流砂的土层。加筋水泥土挡墙支护结构是在水泥土中插入型钢形成，以提高水泥土的抗拉强度，增加水泥土重力式挡墙支护结构的深度。