工程建筑深基坑支护技术研究

摘要：深基坑支护技术是为了保证深基坑周边环境的安全及地下结构施工安全，对深基坑侧壁所采取的保护、支挡及加固等技术措施。深基坑支护结构的合理选型及支护技术的有效应用，对于整个建筑工程项目的安全性与经济性都有重要影响。文章结合工作实际，从深基坑支护工程的特点出发，对工程建筑深基坑支护技术的具体应用进行了研究。

关键词：工程建筑；深基坑支护技术；地下结构；土钉墙支护技术；SMW工法 文献标识码：A

中图分类号：TU74 文章编号：1009-2374（2015）34-0093-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.34.048

近年来，随着我国经济发展和城市建设进程的日益加快，建筑工程项目正逐渐向着规模大型化、高层化方向发展，而基坑的开挖深度也逐渐增加。目前，许多高层建筑的基坑深度已大于10m，个别基坑深度甚至达到了30m以上。为此，必须采取科学、合理的深基坑支护技术，以确保地下结构的施工安全，并实现对施工过程中土体变形的有效控制。

1 深基坑支护工程的特点

1.1 风险性较大

深基坑支护工程多为临时性工程，具有较高的风险性和事故发生率。这一方面是由于深基坑工程的施工周期较长，基坑开挖、基坑施工等工序多为隐蔽工程，并往往伴随有降雨、工程振动、周边堆载等不利条件，导致安全性较差；另一方面则是由于深基坑支护工程的造价相对偏高，部分建设单位不愿意投入过多资金，导致施工中安全储备较小，因此必须采取科学、经济、合理的深基坑支护技术，以切实保证工程安全。

1.2 技术要求高

深基坑支护工程是结合了岩土工程技术、结构工程技术以及施工技术为一体的交叉性学科，并容易受到多种外在因素的影响，在设计与施工过程中对技术的要求都较高。而且，深基坑支护工程往往需要涉及到土体变形控制、稳定控制及渗流控制这三方面问题，对于这三方面的技术难题，需要进行综合性处理才能加以解决。

1.3 质量要求高

深基坑支护工程往往具有很高的质量要求以及较为紧凑的工期要求。无论是保证地下结构安全，或者是保证基坑周边环境安全，都要求高质量的深基坑支护工程。而且部分深基坑支护结构还是地下永久结构的一部分，这也要求工程必须具备高质量。

2 深基坑支护技术的主要类型及合理选型

2.1 深基坑支护技术的主要类型

随着近年来深基坑工程在施工安全性、施工经济性、施工工期等方面要求的提高以及基坑支护技术的不断发展，在实际工程中所应用的支护技术类型也越来越多。目前已知的常用支护技术已多达几十种，例如地下连续墙、土钉墙、搅拌桩、逆作拱墙、旋喷桩、钢板桩、SMW工法等。这些基坑支护技术既可以单独使用，也可以搭配在一起共同使用。根据其受力特点和工作原理，深基坑支护技术主要可划分为排桩式支护技术（地下连续墙、钢板桩、加筋水泥墙等）、边坡稳定式支护技术（锚喷支护、土钉墙支护等）、水泥土墙式支护技术（高压旋喷桩、水泥搅拌桩等）三类。

2.2 深基坑支护技术的合理选型

（1）深基坑支护技术的合理选择，应综合考虑到基坑周边环境、土体性质、基坑形状、开挖深度、施工条件、安全等级等多方面因素。既可以选择一种支护技术，也可以2～3种支护技术结合使用，尤其应当注意透水性支护与止水性支护的选择。对于基坑地下水位较高或者土体含水丰富的地层，则应当优先选择透水性支护，其余条件则应当优先选择止水性支护。（2）深基坑支护技术的合理选择，还应当结合施工的经济性、技术性与安全性这三方面因素。在经济性上，要求基坑支护工程能因地制宜、就地取材，并将支护工程尽量与地下永久性工程相结合；在技术性方面，要求应技术先进，通过合理设计、精心施工，以保证支护结构受力可靠、结构安全；在安全性方面，要求基坑支护结构能保证地下工程的施工安全，保证基坑边坡的稳定而不对周围环境带来破坏。在本文中，主要选取了工程建筑常用深基坑支护技术——土钉墙和SMW工法这两种支护技术的特点、工作原理、适用范围、设计要点以及施工技术等方面的具体应用进行了分析与探讨。

3 土钉墙支护技术的具体应用

3.1 工作原理及技术要点

土钉墙支护技术是一种原位土体加固技术，是由设置在土体中的土钉、原位土体以及喷射混凝土面层共同组成的支护结构。其工作原理是由土钉、面墙和原位土体共同作用，以形成具有约束机制的复合体形态，不仅能提高基坑边坡土体的抗变形能力与土体结构强度，而且能减小边坡土体的侧向变形度，增强边坡的整体稳定性。土钉墙支护技术最初产生于20世纪70年代，进入21世纪以来，该项技术在我国深基坑工程中得到了广泛的普及与应用，其基坑应用深度已突破了20m。其技术特点有：（1）施工快捷，周围环境影响小。由于土钉墙支护多采用的是逐段开挖，对基坑边坡的扰动性较小，且施工方便、快捷，施工过程中产生的噪音与振动也很小，对基坑周边环境的影响较小。（2）施工设备简单，占用场地小。施工中所采用的喷射混凝土设备与钻进挖掘设备，多采用的是小型设备，其机动性强，应用简单灵活。且土钉墙支护在施工过程中无需另外单独占用场地，对于施工场地狭小、放坡困难的基坑工程，有着明显的施工优势。（3）经济性好。据工程实践证明，土钉墙支护施工与常见的排桩法支护、钢板桩支护相比，能节省工程投资约20%～40%，且对工程周围环境的污染小，具有良好的经济效益与环境效益。

3.2 适用范围

土钉墙支护的基坑侧壁安全等级，适宜为二、三级的非软土场地。它通常用于深度在15m以上的深基坑工程当中，常见深度为6～12m，常见斜坡坡度为70°～90°。土钉墙支护较为适宜于具有一定黏结性的杂填土、粉土、黄土等砂土边坡，而不适宜用于带有腐蚀性的煤渣、矿渣、酸性废料等土质的支护结构。

3.3 设计要点

（1）土钉墙长度、间距、钢筋设计。土钉墙长度宜选择为开挖深度的0.5～1.2倍，墙与墙之间的间距宜为1～2m，墙体与水平面之间的夹角宜控制在5°～20°。其钢筋应当采用HRB335级或HRB400级的钢筋，钢筋的直径和钻孔直径应当分别控制在16～32mm和70～120mm。（2）面层与土钉连接方式设计。土钉墙支护的土钉与混凝土面层之间必须保证有效连接，工程中通常采用了承压板或加强钢筋等构造措施，要求承压板或加强钢筋都应当采用焊接或螺栓连接的方式，进行牢固连接。（3）注浆材料和混凝土面层设计。土钉墙支护的注浆材料要求采用水泥砂浆或者水泥浆，其材料的强度等级不应当低于M10；混凝土面层的厚度不应当低于80mm，强度等级不宜低于C20，同时要求混凝土面层上方应当设置钢筋网，要求钢筋的直径与间距应当分别控制在6～10mm和150～300mm之间。

3.4 施工技术要点

土钉墙支护的施工工艺流程大致为：确定开挖高

度→基坑开挖→喷射第一层混凝土→钻孔和放置土钉→注浆→绑扎钢筋网→喷射第二层混凝土→开挖第二层土方，详见图1所示。（1）基坑开挖。基坑边坡土方开挖，必须严格按照设计要求分段、分层进行，严禁出现超挖、深挖的情况。如果采用的是机械挖土，还应当对所挖掘土层留设0.1m的厚度，然后再通过人工进行精细挖掘和修整。（2）钻孔。根据基坑边坡的不同土质条件，采用不同的钻孔作业方法。通常情况下，当设计钻孔深度≤15m时，适宜采用螺旋钻进行钻孔施工；当设计钻孔深度>15m，则适宜采用地质钻机或者土锚专用钻机进行钻孔施工。要求在钻孔过程中把握好钻进的速度，并确保孔洞圆直、干净，孔径也应当满足设计规范要求。当发现钻进过程中出水量较大时，还应当留设一定数量的导水孔。（3）注浆。注浆多采用孔底注浆法进行施工，要求在注浆过程连续进行，并保证浆液的饱满。随着浆液逐渐渗入到土层的过程中，钻孔会发生缺浆现象，这时还应当及时补浆。要求注浆时的压力应当控制在0.6MPa以上。

1.开挖工作面、修整坡面和坡面排水；2.喷射第一层混凝土；3.钻孔、放置土钉、放置钢筋网；4.绑扎钢筋网、喷射第二层混凝土；5.开挖第二层土方，按此循环直至结束

图1 土钉墙施工工艺流程图

4 SMW工法的具体应用

4.1 工作原理及技术特点

SMW工法也被称为型钢水泥土桩复合支护技术，其工作原理是通过在搅拌桩内放置H型钢或者其他受拉材料，以形成具备止水和支挡双重功能的复合支护结构。其技术特点为：SMW工法一方面具备了搅拌桩施工快捷、止水效果好和造价便宜的特点；另一方面通过H型钢来克服传统水泥土桩受拉能力和受弯能力差的缺陷，具有良好的受拉能力和受弯能力，适用于大多数基坑土质，尤其适合以粉土和黏土为主的松软场地。综合而言，SMW工法具有施工快捷、造价便宜、止水效果好、对环境影响小、适用范围广等多项优点。

4.2 设计要点

（1）搅拌桩设计。搅拌桩的入土深度要求应当比型钢的插入深度多0.5～1m，且要求其桩体的垂直度不应当大于1/200；（2）型钢设计。内插型钢多采用强度高、抗弯能力强的标准H型钢，部分工程中也可根据实际需要采用钢管、混凝土桩等进行代替。型钢的垂直度不应当大于1/20，当基坑支护对抗渗性、抗裂性要求较高时，应当适当加大型钢的插入密度。

4.3 施工技术要点

SMW工法的主要施工工艺流程，详见图2所示。（1）开挖导向沟。根据搅拌桩墙体的轴线，利用挖土机开挖导向沟，其尺寸通常为800mm×1000mm，并将地下障碍物、开挖后的余土及时清除，以保障后续施工的顺利。（2）设置定位型钢。沿导向沟垂直方向放置两根定位型钢，其长度约为2.5m，然后再沿导向沟水平方向放置两根定位型钢，长度约为8～20m。要求定位型钢的设置应顺直、平移。（3）插入型钢。在搅拌桩施工完成约30分钟以后，即可插入型钢，在插入之前应首先检查型钢的平整度、接头焊缝质量以及是否涂刷减摩擦材料。型钢通常依靠自重即可顺利插入，对于部分砂性较重的土层，为方便型钢插入还可采用锤压设备进行辅助。要求所插入型钢的偏差，必须满足设计规范要求。

图2 SMW工法的施工工艺流程图

5 结语

本文从深基坑支护工程的特点出发，并着重土钉墙和SMW工法这两种深基坑支护技术的工作原理、适用范围、设计以及施工技术要点等方面的具体应用进行了分析与探讨。深基坑支护技术的选型与应用，对于整个基坑工程的安全与质量都有着直接影响。为此，我们应当结合工程实际情况，从技术性、经济性及安全性角度出发，选择适宜的基坑支护技术，并做好相关技术研究与应用，进而有效保证工程建筑深基坑工程的安全、顺利进行。

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作者简介：彭湘（1979-），女，湖南长沙人，供职于湖南省西湖建筑集团有限公司，研究方向：建筑工程。

（责任编辑：黄银芳）