深基坑支护形式浅谈

李 酉，刘 凯，梁永春

（天津市水利勘测设计院，天津 300204）

1 引言

深基坑是指开挖深度超过5 m（含5 m）或地下室3层以上（含3层），或深度虽未超过5 m但地质条件和周边环境及地下管线特别复杂的工程。

影响基坑稳定的主要因素包括：开挖岩土体和地下水特征、基坑深度及放坡坡度、基坑周边环境条件、施工因素、气象因素等。

2 常用的基坑支护形式

深基坑支护不仅要求确保边坡的稳定，而且要满足变形控制要求，以确保基坑周围的建筑物、地下管线、道路等的安全。如今支护结构日臻完善，出现了许多新的支护结构形式与稳定边坡的方法

2.1 桩锚

桩锚支护体系是桩与预应力锚杆联合支护的简称。该支护形式在天津市始于20世纪90年代初期，至今仍是常用的支护形式之一，一般使用于地下1～3层基坑工程。

联合支护体系中，桩体起到挡土的作用，桩端应嵌入持力层或基坑底板以下一定的深度。桩间土若是含水层或者过饱和软弱土夹含水砂土薄层时，多采用Φ500深层搅拌桩或Φ1 200高压旋喷桩形成止水帷幕，起到截（挡）水的作用。桩顶用钢筋混凝土冠梁连结，起到遏制桩顶变形的作用。

桩体自上而下按照一定的网度布设多道预应力锚杆（索），并通过横梁背拉桩体，共同约束基坑边坡变形，为确保边坡的整体稳定起到了主动支护的作用。

对于锚杆（索）施加预应力，其目的即在锚杆周围的岩土体中产生压应力区，增加潜在滑动面上的正应力和抗剪阻力，减少了非稳定性土体的下滑力。

2.2 土钉墙

土钉墙支护是一种新型的基坑支护形式，起到对土体原位加固的作用。它是由被加固的原位土体、设置在土体中的土钉群和喷射钢筋混凝土面层所组成的一种复合的、自稳性能好的、类似重力式挡墙结构的支护体系，以抵抗墙后土压力和其他作用力，从而使边坡维持稳定。

土钉可分为成孔注浆土钉和打入式土钉2种。为了使土钉与面层有效连接，故应设置承压板和加强筋等构造措施。

土钉孔注浆宜用水泥净浆或水泥砂浆，其强度不宜低于20 MPa。土钉长度宜为基坑开挖深度的0.5～1.2倍，不宜小于6 m，当长度由6 m增加到15 m时安全系数剧增；当长度大于15 m时安全系数趋于常数。土钉间距宜为1～2 m，土钉与水平面的夹角为5～15°时安全系数增大，当大于15°时安全系数减少。

土钉墙适用于地下水位以上或者经过降水后的人工填土、粘性土、弱胶结砂土。由于成孔的原因，土钉墙不适用于含水丰富的砂土层和卵石层，也不适用于自稳能力差的淤泥、淤泥质土夹粉砂薄层、饱和软弱土层，更不适用于对变形有严格要求的深基坑工程。但是，当基坑变形有严格要求时，也可在土钉支护中配合使用预应力锚杆，通过土钉、锚杆、面层共同对基坑土体构成管箍作用，遏制基坑的变形。

许多工程的经验说明，土钉墙支护受到破坏几乎均与地下水的作用有直接的关系。因此，土钉墙支护必须做好降水，且不能作为挡水结构使用。

土钉墙支护由于能合理利用土体的自承能力，将土体作为支护结构不可分割的组成部分，做到结构轻、柔性大，有良好的抗震性能，设备简单、轻便，施工工艺不复杂、速度快，造价比较低，而得到广泛应用。

2.3 深层搅拌桩

深层搅拌桩支护是利用水泥作固化剂，采用机械搅拌将固化剂和软土强制拌合，并相互产生一系列物化反应而逐渐硬化，形成具有整体性、水稳性和一定强度的壁状、格栅状等不同形式的水泥土桩墙。20世纪90年代初期，我国才将深层搅拌桩支护体系用于基坑支护中。其适用于淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、素填土等，当含有机质土、泥炭质土、泥炭土时宜通过试验确定其适用性。

搅拌桩承桩材料由具有一定刚度的脆性材料所组成，为介于刚性桩（灌注桩、钢筋混凝土预制桩）和柔性桩（砂桩、碎石桩、灰土桩）之间的一种桩型。其抗拉强度比抗压强度小得多。当基坑开挖深度增加时，其承受水平向荷载加大，必然要大幅度地增加桩长和墙体宽度，从而使深层搅拌桩显得不够经济、合理。另外，当土体工程性状差、被动区土压力较小时，也可在被动区进行深层搅拌桩施工形成水泥土，改善被动区的土性，提高被动土的压力，这样往往比增加桩的嵌入深度更经济、更有效。

支护可根据土质性状、地下水、周边环境、施工条件因素选择合适的支护形式，也可与其他支护形式联合使用。

深层搅拌桩支护具有很多优点：①在桩体中最大限度地利用了原土，水泥用量相对比较少；②对地基土无侧向挤压作用，对附近已有建筑物影响小；③设计比较灵活，可以合理地选择固化剂，根据设计要求桩身强度可以通过重复喷浆来实现，这一特点是其他桩型不具备的；④施工无噪音、无振动、无污染，可以在城区内及密集建筑群中施工；⑤加固后的土体重度基本不变，对软弱下卧层不致产生附加沉降；⑥造价低，工期短，效果比较好；⑦用作临时性支护结构，既挡土又截水，因此应用广泛。

2.4 坡率法

“坡率法”通常指的是“放坡开挖”。根据岩土工程性状控制边坡开挖的允许坡率，以确保基坑边坡的稳定。这是基坑支护施工中最古老的、也是最为经济的基坑支护方案。

“坡率法”的适用条件为：①空间条件：首选在基坑周围具有放坡开挖的空间，又不影响邻近已有工程的安全和正常使用；②岩土条件：岩土体的自稳性能良好；③地下水条件：地下水位埋深较深，以在开挖深度之下为佳；④坑深条件：基坑开挖深度适用于地下1～2层的工程。

当遇到坡高＞5 m的土质边坡时，“放坡开挖”法宜在坡面的中部设1～2 m宽的过渡平台，并采用上半坡稍陡、下半坡稍缓的放坡原则。

对于土质边坡或易吸水软化的边坡来说，应将坡顶处做成倒坡，以严防地表水浸蚀坡面和流入坑内；坡面处采取固坡措施，其方法有钢钉挂网喷混凝土护面、土工织物加筋、砂袋叠置反压等。同时，留泄水孔，坑底挖排水沟和集水井。

对于风化岩坡面来说，由于内营力地质作用易导致坡面出现丢块、滑塌等现象。因此，一方面采取护面措施，另一方面加强坡顶变形监测。

当基坑位于地下水位之下时，由于地下水的作用造成边坡坍塌事故的发生也是常有之事。特别是当边坡为粉土夹粉细砂薄层或者是砂土层时，易产生“层间管涌”、流砂现象。因此，应在坑外事先采取单井降水或轻型井点降水方案。

3 基坑变形监测

任何一起基坑工程事故，无一例外地与监测不力、不准确、不及时有直接关系。基坑工程监测是检验设计方案正确性的重要手段，又是及时指导正确施工、避免事故发生的必要措施。

基坑变形监测系统设计的原则有可靠性原则、多层次监测原则、重点监测关键区的原则、经济合理的原则、方便实用的原则。

4 结语

深基坑支护工程是近20年来随着城市高层建筑发展而剧增的，还有待于理论上和实践上的完善。选择一种在经济技术上都合理的支护类型，必须充分考虑现场环境、工程地质条件以及工程要求。