岩土工程深基坑支护技术分析及其趋势

许 鹏

（中国有色金属工业昆明勘察设计研究院，云南 昆明 650051）

基坑工程是一个古老而又具有时代特点的岩土工程课题。放坡开挖和简易木桩围护可以追溯到远古时代。事实上，人类土木工程的频繁活动促进了基坑工程的发展，特别是在20世纪，随着大量高层、超高层建筑以及地下工程的不断涌现，对基坑工程的要求越来越高，随之出现的问题也越来越多，迫使工程技术人员须从新的角度去审视基坑工程这一古老课题，导致许多新的经验、理论或研究方法得以出现与成熟。

1 深基坑支护技术

1.1 钢板桩支护

钢板桩由带锁口或钳口的热轧型钢制成，把这种钢板桩互相连接就形成钢板桩墙，被广泛应用于挡土和挡水。目前钢板桩常用的截面形式有U形、Z形和直腹板形。钢板桩由于施工简单而应用较广，但是钢板桩的施工可能会引起相邻地基的变形和产生噪声振动，对周围环境影响很大，因此在人口密集建筑密度很大的地区，其使用常常会受到限制，而且钢板桩本身柔性较大，如支撑或锚拉系统设置不当其变形会很大，所以当基坑支护深度大于7m时，不宜采用。同时由于钢板桩在地下室施工结束后需要拔出，因此应考虑拔出时对周围地基土和地表土的影响。

1.2 深层搅拌桩支护

深层搅拌桩(水泥土墙)是利用水泥(或石灰)等材料作为固化剂，通过深层搅拌机械，将软土和固化剂强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的桩体(块体或墙体)。这种支护结构多采用格栅形式，即重力坝式挡墙。当基坑属于二、三级基坑时，基坑深h≤7m，当坑边至红线间有足够的距离时，往往优先采用，由于水泥属不透水结构，因此既能挡土又能挡水，具有良好的防渗效果。深层搅拌桩属重力式结构，靠本身重量即可抵抗侧向力保持稳定，一般内部无支撑，便于基坑内机械挖土和地下结构施工，施工简便、费用较低，而且使用的材料仅是水泥，所以具有较好的社会经济效益，在特殊情况下受条件限制无法增大墙厚，而又需较严格控制变形时，在增设围檩(腰梁、冠梁)和抗剪插筋后亦可增设支撑，基坑内土体加固和加大嵌固深度亦属限制变形的有效措施。

1.3 排桩支护

排桩支护是指柱列式间隔布置钢筋混凝土挖孔、钻(冲)孔灌注桩作为主要挡土结构的一种支护形式。柱列式间隔布置包括桩与桩之间有一定净距的疏排布置形式和桩与桩相切的密排布置形式。柱列式灌注桩作为挡土围护结构有很好的刚度，但各桩之间的连系差必须在桩顶浇筑较大截面的钢筋混凝土帽梁加以可靠连接，为了防止地下水并夹带土体颗粒从桩问孔隙流入(渗入)坑内，应同时在桩间或桩背采用高压注浆，设置深层搅拌桩、旋喷桩等措施，或在桩后专门构筑防水帷幕。灌注桩施工简便，可用机械钻(冲)孔或人工挖孔，施工中不需要大型机械，且无打入桩的噪声、振动和挤压周围土体带来的危害，成本较地下连续墙低。

1.4 地下连续墙

地下连续墙是在泥浆护壁的条件下分槽段构筑的钢筋混凝土墙体，地下连续墙最早于1950年开始应用于巴黎和米兰市的地下建筑工程。我国在20世纪60年代初开始应用于水坝的防渗墙,后来国内将地下连续墙用于城市深基坑的围护结构，现在全国各地已用得比较普遍，如地下连续墙的施工深度国内已有超过80m，厚度达1.4m。地下连续墙具有整体刚度大的特点和良好的止水防渗效果，适用于地下水位以下的软黏土和砂土等多种地层条件和复杂的施工环境，尤其是基坑底面以下有深层软土需将墙体插入很深的情况，因此在国内外的地下工程中得到广泛的应用。并且随着技术的发展和施工方法及机械的改进，地下连续墙发展到既是基坑施工时的挡土围护结构，又是拟建主体结构的侧墙，如支撑得当，且配合正确的施工方法和措施，可较好地控制软土地层的变形。

1.5 土钉墙

土钉墙的使用要求土体具有临时自稳能力，以便给出一定时间施工土钉墙，因此对土钉墙适用的地质条件应加以限制。JGJ120-1999建筑基坑支护技术规程规定了土钉墙适用于二、三级基坑，非软土场地，基坑深度不宜大于12m。土钉墙支护施工速度快、用料省、造价低，与其他桩墙支护相比，工期可缩短50%以上，节约造价60%左右；而且土钉支护可以紧贴已有建筑物施工，从而省出桩体或墙体所占用的地面。但从许多工程经验看，土钉墙的破坏几乎均是由于水的作用，水使土钉墙产生软化，引起整体或局部破坏，因此规定采用土钉墙工程必须做好降水，且其不宜作为挡水结构。

1.6 锚杆支护

锚杆支护是一种岩土主动加固的稳定技术，作为其技术主体的锚杆，一端锚入稳定的土(岩)体中，另一端与各种形式的支护结构连接，并施加预应力，通过杆体的受拉作用，调动深部地层的潜能，达到维护基坑稳定的目的。锚杆支护适用性强，基本不受基坑深度的限制，而且可与多种支护结构形式联合使用，如排桩、地下连续墙、土钉墙等。但不宜用于有机质土，液限大于50%的黏土层及相对密度小于0.3的砂土。

1.7 加筋水泥土墙

加筋水泥土墙是在水泥土桩中插入H形钢(拉森板桩、钢管等)组成的。由H形钢承受侧向荷载，而水泥土则具有良好的抗渗性能，因此加筋水泥土墙具有良好的挡土和止水抗渗效应。

2深基坑支护存在的问题

1)支护结构设计计算与实际受力不符。2)设计中土体的物理力学参数选择不当。3)深基坑开挖存在的空间效应考虑不周。4)深基坑土体的取样具有不完全性。5)深基坑土体的变形、位移难以精确计算。

3 深基坑支护发展趋势

1)排桩、地下连续墙的内力和变形的精确计算是一个比较复杂的问题，其计算模型理应是考虑围护墙、支撑体系和土三者共同作用的空间分析。目前简化为平面问题计算，难以反映空间效应，今后宜发展适用的三维计算程序，使之更能符合基坑空间形体的计算。2)在软土地区，淤泥、淤泥质土等具有蠕变特性，围护墙会随着无支撑时间的延长而逐渐增大变形，即所谓的“时间效应”。目前尚无法在理论上精确计算时间效应。3)实践证明，当基坑平面尺寸较大、采用形式较复杂的内支撑体系时，在气温变化较大季节(如夏季高温季节)，支撑体系的温度应力和收缩应力(混凝土支撑)会使支撑杆件的内力增幅较大。目前在计算支撑体系时，多不进行这方面的理论计算或只加以概略估算，今后宜研究改进。4)在建筑物密集地区设计深基坑的支护结构，多以变形控制，即保护周围环境十分重要。GB50202-2002建筑地基基础工程施工质量验收规范已给出基坑施工时各类基坑的地面最大沉降的监控值，但在设计时如何控制周围地面沉降尚有一定难度，这是由于计算方面尚难以提供精确值，因此在这方面有待进一步研究改进。5)排桩、地下连续墙的内力和变形，采用弹性支点法计算时，涉及地基土水平抗力系数m的取值；用竖向弹性地基梁方法计算时，被动区的弹性抗力与土的基床系数有关。由于土壤种类多、性质变化大，有时需对被动区的土壤采用水泥土桩或注浆加固，为此，准确确定值和土的基床系数有助于提高计算精度。6)地下连续墙两墙合一的逆作法是今后发展的方向之一。但在软土地区进行逆作法施工时，如何协调沉降和提高单桩承载力，减少中柱桩(中间支承柱)的数量是关键，目前这方面虽已积累了一定的经验，但还需进一步研究提高。

结语。基坑支护方案繁多，应根据基坑的开挖深度、周边环境、地层性质，综合考虑支护结构的安全性、经济性和施工便利性，选取最优的支护形式。在条件允许的情况下，对有些重要经验参数必须做试验，取得可靠的现场试验资料作为设计的依据，使设计更接近实际。深基坑支护设计应严格把握“动态设计，信息化施工”的设计原则。及时对设计方案进行调整，把理论成果与实践经验相结合，这是深基坑支护成功的关键。

[1]秦四海.深基坑工程优化设计[M].北京：地震出版社.