浅析深基坑支护优化选型

吴俊杰

摘要：随着社会城镇化发展，深基坑支护优化技术已成为当今城市建设必备的关键技术，选择合适的深基坑支护方法，将从根本上降低工程的建筑成本，本文介绍了实际工程中常用的深基坑支护结构，为工程设计提供了理论参考。

关键词：深基坑；支护；优化；

目前，在实际工程中，深基坑工程支护方案中存在大量的不合理性和不经济性，解决这两种现象的有效手段就是对深基坑工程进行优化设计。包括结构截面、支撑或锚杆尺寸、入土深度、护坡桩和土钉墙的配筋等设计。同一基坑，采用不同的支护形式，其工程造价成本是不一样的，合理的支护形式有时甚至可以节约数千万元的成本。例如深圳罗湖车站基坑工程，通过对支护型式的优化，在强风化岩层中，把桩+锚杆的支护型式优化为土钉墙支护，节省了一千多万元。因此，合理的支护方案选择对整个工程建设较为重要。

1常见支护结构类型及其适用范围[1-4]

1.1 放坡开挖

放坡开挖所需要的工程费用低，施工工期短，可以为结构施工提供较为宽敞的作业空间，是设计时应首先考虑的支护型式。该方法适用于地下水位深、基坑土质条件较好的三级基坑，开挖深度不大（通常不大于10m，当开挖深度超过4～5m时，宜采用分级放坡）。缺点是需要的工作空间较大，雨季容易发生事故，且回填土方量大（如图1所示）。

图1 放坡开挖示意图

1.2 悬臂式支护

悬臂式支护的优点是：结构简单、施工方便，有利于基坑采用大型机械开挖；缺点是：相同开挖深度位移较大、内力大，支护结构需要更大截面和插入深度来满足刚度和稳定性要求。

悬臂式支护适用于土质较好、开挖深度较浅（≤8m）且周边环境对基坑位移要求不严格的基坑工程。基底以下的土质情况要好，有较大的 值，特别是深基坑底部不是较弱土层，因为这两处产生的反力较大，是杆件平衡的关键部位。若为软土层，可考虑采用人工加固的方法，以提高被动区的被动土压力。

1.3 水泥土墙支护

水泥土墙支护的优点是：①最大限度地利用了原来的地基土；②施工方便且对周围环境影响小；③根据支护结构的需要，可以灵活地采用柱状、壁状、格栅状和块状等结构形式；④与钢筋混凝土桩相比，可节省钢材并降低造价；⑤不需要内支撑，便于地下室的施工；⑥可同时起到止水和挡墙的双重作用。

水泥土桩除适用于淤泥、淤泥质土和含水量高的粘土、粉质粘土外，对砂土及砂质粘土等硬质的土质的适应性也逐渐被挖掘出来，但对泥炭土及有机质土应慎用。

1.5 拉锚式支护

拉锚式支护是由挡土结构与外拉系统组成。其挡土结构与悬臂式或内撑式支护的挡土结构相同。通过拉锚把受拉杆件的一端（锚固段）固定在开挖基坑的稳定地层中，另一段与工程构筑物相联结（钢板桩、挖孔桩、灌注桩以及地下连续墙等），用以承受由于土压力、水压力等施加于构筑物的推力，从而利用地层的锚固力以维持构筑物（或土层）的稳定。拉锚式支护结构由支护结构体系和锚固体部分组成。支护结构体系同于内撑式支护结构，常采用钢筋混凝土排桩和地下连续墙两种。锚固体系可分为锚杆式和地面拉锚式两种。随基坑深度不同，锚杆式也可分为单层锚杆和多层锚杆。地面拉锚式支护结构和双层锚杆式支护结构示意图分别如图2（a）、（b）所示。

（a） （b）

图 2 拉锚式支护结构示意图

1.6 内支撑支护

内撑式支护由围护体系和内撑体系两部分组成，内撑体系可有效改善竖向围护构件的受力状态，并能有效地控制边坡位移。围护结构体系常采用钢筋混凝土排桩和地下连续墙型式，内支撑常采用钢筋混凝土支撑和钢管（或型钢）支撑。支撑体系按照不同的开挖方式和布置形式又可分为单层、多层支撑和角撑、斜撑等等。如图3所示。

内撑式支护的优点是：施工质量较易保证，成品的质量稳定性较高，能有效控制基坑边坡位移，是一种安全可靠的深基坑支护型式；受力形式合理，能充分发挥材料在性质上的优点，达到經济的目的。其缺点和局限性是：形成内支撑并使其达到一定强度，需占用一定的工期，基坑工程工期较长；内支撑的存在对大规模机械化开挖不利；内支撑还影响地下结构的施工，需逐步拆除。

（a）单层支撑 （b）多层支撑 （c）斜撑

图3内支撑支护类型

1.7 土钉墙支护

土钉一般通过钻孔、插筋和注浆来设置，传统上称砂浆锚杆（如图4所示）。当放坡不满足稳定，或场地不够时，可采用土钉支护，适用于侧壁安全等级为二、三级的基坑；当要控制位移时，也可以加预应力锚杆，或加超前支护，也可以用搅拌桩等止水。土钉支护是近年发展起来用于土体开挖和边坡稳定的一种新的挡土技术，由于经济可靠，坡度适应性大，应用较广（除深厚软土层外，大部分土层都可用），且施工快速简便，己在大量工程中得到应用。主要应用于有一定粘性的砂土、粘性土、粉土、黄土及杂填土，当场地同时存在砂、粘土和不同风化程度的岩体时，应用土钉支护特别有利。不足之处是土钉在基坑外，一般会侵占红线外的地下空间，对以后的地下空间开发应用会造成一定的影响。规范一般建议应用于深度不超过12m的基坑，当地下水位高于基坑底面时，宜采用降水或截水措施，使用期限不超过18个月。当基坑深度超过12m时，位移控制的难度及要求都较高。

图4 土钉支护简图

1.8 地下连续墙

地下连续墙具有以下的优点：

（1）可作为永久结构的全部或一部分使用；（2）地下连续墙的墙体钢度大、止水好、整体性好，因而其结构和地基变形都较小；（3）可减少工程施工时对环境的影响。施工时振动少、噪声低；能够紧邻相近的建筑及地下管线施工，对沉降及变位较易控制；（4）地下连续墙为整体连续结构，加上现浇墙壁厚度一般不少于60cm，钢筋保护层又较大，故耐久性好，抗渗性能亦较好；（5）有利于施工安全，并加快施工进度，降低造价。

地下连续墙的缺点：

（1）造价比较高，施工技术要求亦高；（2）弃土及废泥浆的处理问题。除增加工程费用外，如处理不当，还会造成新的环境污染；（3）地质条件和施工的适应性问题。从理论上讲，地下连续墙可适用于各种地层，但最适应的还是软塑、可塑的粘性土层。当地层条件复杂时，还会增加施工难度和影响工程造价；（4）槽壁崩塌问题。引起槽壁崩塌的原因，可能是地下水位急剧上升，护壁泥浆液面急剧下降，有软弱疏松或砂性夹层，以及泥浆的性质不当或者己经变质，此外还有施工管理等方面的因素。槽壁崩塌轻则引起墙体混凝土超方和结构尺寸超出允许的界限，重则引起相邻地面沉降、崩塌，危及邻近建筑和地下管线的安全。

1.9其他形式深基坑支护

1.9.1门架式支护

双排桩门架式支护是一种新型的支护型式，它是由两排平行的钢筋混凝土桩以及在桩顶的压顶梁和联系梁形成的空間门架式支护结构体系。门架式支护具有较大的侧向刚度，可以有效地限制支护结构的侧向变形。这种支护型式常用于开挖深度超过一般悬臂式支护的合理支护深度，而开挖深度又不是很大的情况。

1.9.2组合式支护

组合式支护大致可分为以下两类型式：一类是由不同材料构成的组合结构。如深层搅拌水泥土桩与钢筋混凝土钻孔灌注桩相结合，深层搅拌水泥土桩与型钢相结合（SMW法），人工挖孔灌注桩与砖砌体相结合等；另一类是用同种材料或同种施工工艺构成几何形状各异的组合式支护结构，如空间组合围护桩，异型地下连续墙，组合拱支护结构等。

1.9.3沉井支护

沉井是用钢筋混凝土等材料制成的带有刃脚的箱形或筒形结构物，施工时就地逐节浇筑井身，同时在井内连续挖土，依靠自重克服井侧摩阻力不断下沉，直至预定位置。

1.9.4逆作法施工

深基坑支护逆作法施工具有以下优点：①施工工期短；②基坑变形小，相邻建筑物沉降少；③可以节省大量工程费用；④可最大限度利用城市规划红线内地下空间，扩大地下室建筑面积；⑤有利于结构抵抗水平风力和地震作用。

2 结束语

各种支护方案都有它们的适用范围和优缺点，在实际的工程设计中要充分了解其特点，选择出最适合工程的支护方法，才能使工程的施工成本降到最低。

参考文献

[1] 唐业清，李启民，崔江余.基坑工程事故分析与处理.北京：中国建筑工业出版社，1999：1～2.

[2]王东.运用模糊综合评判法选择基坑支护方案的分析方法.住宅科技，1997，28～37.

[3]郭方胜，刘祖德.长江一级阶地深基坑支护系统方案的优化设计.建筑结构，2001，30（11）：51～54.

[4]王永祥，陈进，黄澄.层次分析法在深基坑支护方案优选中的应用.华东交通大学学报，2004，21（2）：31～34.