深基坑支护技术浅析

2012-04-10李志明河南省郑州水利学校

河南水利与南水北调 2012年21期

□李志明（河南省郑州水利学校）

□张凯（郑州禹班建筑安装工程有限公司）

1.重力式支护结构

一般重力式支护结构多采用深层搅拌水泥土桩墙，即：通过深层搅拌机就地将水泥浆和土强制搅拌，制成水泥土桩，相互连续搭接形成的水泥土柱状加固体挡墙。其水泥土加固体的强度可达0.8～1.2 MPa，渗透系数≤10-7cm/s，能挡土，又能防渗止水，常用于软土地区，并且深度≤7 m的基坑工程。

1.1 构造要求

水泥土墙通常布置成格栅式，相邻桩搭接长度≥200 mm，截面置换率（加固土的面积：水泥土墙的总面积）为0.6～0.8。墙体的宽度b和插入深度hd，根据坑深、土层分布及其物理力学性能、周围环境情况、地面荷载等计算确定；当基坑开挖深度h≤5m时，可按经验取值。支护结构的水泥土加固体多采用强度等级为32.5的普通硅酸盐水泥，水泥掺量通常为12%～15%（水泥重量与加固土体重量的比值），水泥浆的水灰比≤0.45，水泥土围护墙的28天龄期强度应不低于0.8 MPa，未达到设计强度前不得进行基坑开挖。

1.2 水泥土墙的计算

抗倾覆稳定、抗滑动稳定必须验算，整体稳定和抗隆起稳定在墙体下部为软弱土层时应验算，抗渗透稳定在坑底或墙体下部为砂石及砂土时、桩体稳定在基坑开挖深度较大时、基底地基承载力在墙体下部为软弱土层时、格栅稳定在格栅分格较大时、位移在对支护结构及墙背土体有位移控制要求时应验算。

1.3 深层搅拌水泥土桩墙的施工

深层搅拌地基是利用水泥、石灰作为固化剂，通过深层搅拌机械在地基深处就地将软土和固化剂强制搅拌，固化剂和软土之间会产生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地基，与天然地基形成复合地基，从而提高地基承载力，增大变形模量。深层搅拌法加固软土，具有如下特点：施工工期较短，造价低廉，效益显著。因为深层搅拌法将固化剂和原地基软土就地搅拌混合，最大限度地利用了原土。并且施工过程很环保。深层搅拌法适用于处理淤泥、淤泥质土、粉土和含水量较高且地基承载力标准值≤120kPa的粘性土等地基，对超软土效果更为显著。当用于处理泥炭土或地下水具有侵蚀性时，宜通过试验确定其适用性。冬季施工时应注意负温对处理效果的影响。多用于墙下条形基础、大面积堆料厂房地基；在深基坑开挖时用于防止坑壁及边坡塌滑、坑底隆起等，以及作地下防渗墙等工程上。深层搅拌法的施工工艺流程即深层搅拌机定位→预搅下沉→喷浆搅拌提升→重复搅拌下沉→重复搅拌提升直至孔口→关闭搅拌机、清洗→移至下一根桩位、重复以上工序。

2.非重力式支护结构

2.1 板桩式支护

板桩支护通常采用钢板桩（钢筋混凝土板桩）或型钢桩横挡板等支护形式对拟开挖的土壁进行支撑，适用于土质较好、地下水为较低、深度不很大的一般粘性土、砂土基坑中。由于这种支护需用大量的特制钢材，一次性投资较高，现已很少采用。

2.2 排桩式支护

2.2.1 构造形式

挡土灌注桩主要有间隔式、双排式和连续式等三种构造形式。间隔式：每隔一定距离设置一桩，成排设置，在顶部设连续梁连成整体共同工作。双排桩：将桩前后或成梅花形，按两排布置，桩顶也设有连续梁成门式刚架，以提高抗弯刚度，减少位移。连续式：一桩连一桩形成一道排桩，在顶部也设有连续梁连成整体共同工作。

2.2.2 构造要求

挡土灌注桩间距一般为1～2 m，桩直径为0.5～1.1 m，埋深为基坑深的0.5～1.0倍。桩配筋根据侧向荷载有计算而定，一般主筋直径为14～32 mm；当为构造配筋时，每桩不少于8根，箍筋采用8mm，间距为100～200 mm。

2.2.3 挡土灌注桩的施工

施工钻孔过程中，如发现排出的泥浆中不断出现气泡，或泥浆突然漏失，这表示有孔壁坍塌现象。可能是土质松散，泥浆护壁不好，护筒周围密填不密实及护筒内水位不高引起的。那么，我们应保持孔内水位并加大泥浆比重以稳定孔壁。如坍塌严重，应立即回填粘土，待孔壁稳定后再钻孔。若出现混凝土配合比有误或浇筑不连续；水下混凝土浇筑时，导管提升过快，桩截面存在泥夹层。我们应：严格控制现场混凝土配合比，保证混凝土连续浇筑；分析地质情况，研究对策。如已发生断桩，不严重者核算其实际承载力；如比较严重，则应进行补桩。

2.3 板墙式支护

板墙支护一般采用地下连续墙作为土壁支护结构。即：在开挖的基坑周围，先建造混凝土或钢筋混凝土地下连续墙，达到强度后，在墙中间用机械或人工挖土，直至要求深度。当跨度、深度很大时，可在内部加设水平支撑及支柱。用于逆作法施工，每下挖一层，把下一层梁、板、柱浇筑完成，以此作为地下连续墙的水平框架支撑，如此循环作业，直到地下室的底层全部挖完土，浇筑完成。适用于开挖较大、较深（10 m）、有地下水、周围有建筑物、公路的基坑，也可作为地下结构的外墙下室结构的部分外墙使用。

2.4 挡土灌注桩与深层搅拌水泥土桩组合支护

挡土灌注桩支护，一般采取每隔一定距离设置，缺乏阻水、抗渗功能，在地下水较大的基坑应用，会造成桩间土大量流失，影响支护土体的稳定。为提高挡土灌注桩的抗渗透功能，一般在挡土排桩的基础上，在桩间再加设水泥土桩，以形成一种挡土灌注桩与水泥土桩相互组合而成的支护体系。

挡土灌注桩与深层搅拌水泥土桩组合支护具有既可挡土又可防渗，施工比连续排桩支护快速，节约水泥、钢材，造价较低等优点。适用于土质条件差、地下水位高、要求既可挡土又可防渗的支护结构。

3.复合式支护结构

3.1 土层锚杆支护结构

土层锚杆是一种受拉构件，它一端插入土层中，另一端与挡土结构拉结，借助锚杆与土层的摩擦阻产生的水平抗力抵抗土的侧压力来维护挡土结构的稳定。土层锚杆的种类较多，一般灌浆有锚杆、扩孔灌浆锚杆、压力灌浆锚杆、预应力锚杆、重复灌浆锚杆、二次高压灌浆锚杆等多种，最常用的是前4种。

3.1.1 预应力锚杆

先对锚固段用快凝水泥砂浆进行一次压力灌浆，然后将锚杆与挡土结构相连接，施加预应力并锚固，最后在非锚固段进行二次灌浆。这种锚杆往往用于穿过松软地层而锚固在稳定土层中，并使穿过的底层和砂浆都预加压力，在土压力的作用下，可以减少挡土结构的位移。土层锚杆根据支护深度和土质条件可设置一层或多层。当土质较好时，可采用单层锚杆；当基坑深度较大、土质较差时，可设置多层锚杆。土层锚杆通常会和排桩支护结合来使用。其主要施工工序为：施工准备→土方开挖→测量、放线定位→钻机就位→校正孔位、调整角度→钻孔→清孔→插放拉杆→（压力）灌浆→养护→安装横梁（或预应力锚具）→张拉（仅用于预应力锚杆）→锚头（锚具）锚固。

潜钻成孔法：是利用风动冲击式潜孔冲击器成孔，多用于孔隙率较大、含水量较低的土层中。

3.1.2 安放拉杆

拉杆使用前，应除锈和除油污，孔口附近拉杆钢筋应先涂一层防锈漆，并用两层沥青玻璃布包扎做好防锈层。成孔后即将长钢拉杆插入孔内，在拉杆表面设置定位器，间距在锚固段为2 m左右，在非锚固段为4～5 m。在插入拉杆时应将灌浆管与拉杆绑在一起同时插入孔内。放至距孔底保持50 cm。如果钻孔时使用套管，则在插入钢筋拉杆后将套管拔出。

3.1.3 锚杆灌浆

灌浆方法分为一次灌浆法和二次灌浆法两种。一次灌浆法是用压浆泵将水泥浆通过灌浆管注入锚孔，管端保持离底150 mm；随着水泥浆灌入，逐步将灌浆管向外拔出，待浆液回流至孔口时，捣实并封口，再以0.4～0.6 MPa的压力进行补灌完成。二次灌浆法是待第一次灌浆初凝后，进行第二次灌浆。对于预应力锚杆灌浆，先灌注锚固段，在灌注的水泥浆具备一定强度后，对锚固段进行张拉，然后再灌注非锚固段。

3.1.4 张拉与锚固

预应力锚杆土层锚杆灌浆后，待锚固体强度达到80%设计强度以上时，便可对锚杆进行张拉和锚固。张拉设备与预应力结构张拉设备相同，预加应力的应正确估算预应力损失。钢拉杆为钢筋时一般采用螺母锚固，钢拉杆为钢丝束时可采用墩头锚具锚固。