深基坑支护技术综述

2015-07-20王义军成都市勘察测绘研究院四川成都610072

中国新技术新产品 2015年17期

王义军（成都市勘察测绘研究院，四川成都 610072）

深基坑支护技术综述

王义军
（成都市勘察测绘研究院，四川成都 610072）

为保证地下主体结构安全施工，以及基坑周边环境的安全，对基坑所采用的临时性支挡、保护、加固及地下水控制的措施，即被称为基坑支护。近年来，随着我国经济的发展和城市化进程的加快，建筑项目正逐渐向着大型化和高度化的方向发展，而随之而来的是基坑深度也越来越深，且部分基坑边坡紧邻建筑物，为确保施工安全，必须做好基坑尤其是深基坑工程的支护设计与选型。本文结合工作实际，从深基坑支护设计的要求出发，并着重就深基坑工程的支护方案设计与选型进行了研究与探索。

深基坑；支护；设计

1 深基坑支护设计的基本原则及要求

深基坑支护的主要目的是保证在岩土开挖和地下结构施工过程中的安全，并确保周围环境不受到损坏。因此，深基坑支护在设计时，应着重做好以下几点要求：

1.1 安全性。深基坑工程的支护方案，应当在保证支护结构自身的稳定性、强度以及变形要求的同时，还能够通过对周围土体变形的控制，使基坑相邻建筑物或构筑物不受到破坏，从而保证深基坑工程和周围环境的安全。

1.2 经济性。支护方案的设计，在确保支护结构安全、可靠度基础上，还应当结合工程工期、机械设备、材料、人工以及环境保护等多方面因素进行考虑，以最终确保所设计方案具有较好的经济性与良好的环境效益。

1.3 便利性。在保证安全性和经济性的基础上，深基坑支护方案还应当尽量满足施工的便利性，以实现工程工期的缩短。

2 深基坑支护结构的类型及设计选型

深基坑支护结构根据其工作原理及支护形式，主要可分为排桩式支护（地下连续墙、钢板桩、加筋水泥墙等），边坡稳定式支护（锚喷支护、土钉墙支护等），水泥土墙式支护（高压旋喷桩、水泥搅拌桩等）这三类。在深基坑支护方案的设计与选型中，应根据安全性、经济性以及便利性的基本原则以合理选择相应支护方案。在下表1中，即为这三类支护结构在各种基坑条件下的适宜性。在实际建筑工程中，深基坑支护方案多采用的是复合型支护结构。以较常采用的SMW工法为例，它也被称为加筋水泥土地下连续墙，是一种在基坑水泥土桩墙中插入型钢，而制成的复合型支护结构。该支护方案不仅结合了水泥墙止水和型钢受力的特点，而且具有构造简单、截面较小、工程造价低、环境污染小等特点，在我国基坑工程尤其是深基坑工程中，得到了广泛的普及与应用。

表1 支护结构在各种条件下的适宜性

3 常用支护方案的设计与应用

本文着重就深基坑工程中较为常用的土钉墙支护和地下连续墙，这两种支护方案的设计与应用进行了研究与探索。

3.1 土钉墙支护结构的设计

（1）土钉墙支护结构的概念及特点。土钉墙支护是在基坑边坡中放置土钉，所形成加筋重力式挡墙。通过开挖设置、注浆等工艺，使土钉形成能承受拉力与剪力的构建，依靠土体与土体之间的摩擦力与粘结力，以起到挡土和加固作用的支护结构。与其它支护结构相比，土钉墙支护结构的主要特点有：土钉与土体能够形成一个密不可分的整体，通过共同作用，能提高基坑侧壁的自稳定性；土钉墙作为一种柔性结构，具备较好的延展性，但是变形控制性较差；土钉墙可分层、分段施工完成，因此施工阶段的稳定性较好；土钉墙施工所需场地小，施工设备简单，施工方便快捷，且噪音较小，适合于平行流水化作业，可缩短工程工期。目前，土钉墙支护结构主要适用于土质或者较软弱岩层的基坑工程中。（2）土钉墙支护结构设计。①土钉墙可分为单级和多级两种形式。其中，单级土钉墙结构的高度不宜大于10m，应当控制在6m～8m以内；多级土钉墙的结构的总高度不宜超过18m，在每一级之间应设置宽度约为2m的平台。②土钉墙属于重力挡土墙结构，为满足挡土墙底部宽度对地基承载力的要求，应要求土钉墙的长度不宜低于0.5倍高度，且长度不宜低于3m。根据工程实践表明，在土钉墙的墙顶部分，其位移情况往往相比墙脚处更大，因此要求土钉墙的长度应适当的加大，以有效约束深基坑边坡土体的位移问题。③土钉墙之间的设置距离不宜超过2m，通常以0.75m～1.5m为宜。根据工程实测资料表明，土钉墙受承受的压力沿墙高，分别为中间压力大而上、下压力小，因此对于土钉墙中部应当适当加密设计。④土钉墙的锚筋普遍采用直径为20mm～32mm的钢筋，如深基坑为较为软弱的土层，也可采用直径为42mm的钢花管。在开挖过程中，还应采取有效的排水方案，可在土钉墙的顶部2m范围以内，设置一定数量的截水沟和防水封闭层，如果土钉墙为封闭式墙面，还应当在墙面设置一定数量的泄水孔洞。

3.2 地下连续墙的设计

（1）地下连续墙的概念及特点。地下连续墙是利用特殊的挖槽设备，在深基坑地下挖出沟槽，并通过填筑一定材料中所构筑的连续墙体，它主要可用于挡土、截水、防渗等多个功能。根据填筑材料的不同，地下连续墙又主要可分为土质连续墙、混凝土连续墙、钢筋混凝土连续墙以及组合连续墙等形式。地下连续墙主要适用于基坑深度不小于10m，且土质为软土或砂土的深基坑工程中。其工艺特点有：施工过程中振动少、噪音低，能极大降低对周围环境的影响，且对于紧邻建筑物或地下管线的深基坑工程，也能方便的实现对沉降及变形的很好控制；地下连续墙的整体性好、强度和刚度较大，因此墙体结构与地基的变形度很小，适宜于深基坑支护，也可作为建筑地下主体结构；它作为一种整体连续结构，一般要求现浇墙壁的厚度不得低于60cm，因此钢筋保护层较大，墙体的抗渗性和耐久性较好；地下连续墙可采用逆作法施工，具有工程造价低、施工工期短和施工安全的特点。（2）地下连续墙的主要设计要点。地下连续墙作为由墙体、支撑以及前后土体共同受力的一个体系，在施工过程中设计或施工问题，容易造成稳定性破坏、基坑底部隆起、管涌或流砂等问题。为保证结构及工程施工安全，针对以上破坏形式，应着重做好地下连续墙以下方面的设计：①确定地下连续墙在施工过程中，以及在工程使用各阶段的荷载，主要包括了计算连续墙土压力荷载、水压力荷载以及墙体上部的垂直荷载情况。其中，土压力荷载大小的确定，是保证结构及施工安全的关键。②计算并确定地下连续墙的所需入土深度，以满足墙体地基承载力的需要，从而有效避免基坑隆起、管涌或流砂问题的出现。③进行地下连续墙结构的静力分析和变形验算，进行槽段长、宽、高及深度尺寸的验算及调整，从而保证开挖过程中槽壁的稳定。④进行地下连续墙结构的墙体配筋设计、支撑配筋设计以及截面强度计算。计算地下连续墙的墙顶位移大小和地面沉降值大小，以估算出地下连续墙施工过程中对周围环境的影响程度，从而对工艺参数进行适当调整。