某深基坑围护结构及支撑型式的比选

摘要：在进行基坑围护的设计过程中，方案比选是一项十分重要的工作。所选定的支护结构，首先应具有施工的可行性、应能满足根据工程环境所确定的基坑保护等级对基坑水平位移和地表沉降的限制要求，在满足上述要求的前提下，再经技术、经济比较后确定最终的支护结构型式。本文结合兰州某大型深基坑围护设计，对方案比选过程中的各种因素加以分析，确定科学合理的工程方案。

关键词：深基坑、围护结构方案比选

1工程概况

本工程所处主要地貌单元为黄河Ⅱ级阶地前沿与高漫滩的分界带，地形缓倾向黄河，东南距黄河北岸约702m，Ⅱ级阶地地势略高于高漫滩，两者之间无明显的地形陡坎，总体地形平坦，高程一般为1526.92m～1530.85m。勘察期间地下水位埋深4.58m～6.54m。

基坑主体长度184.8米，标准段宽134.4米。围护结构基坑深度为17.18m。

2总体方案比选

2.1基坑总体方案主要有顺做法和逆作法两种基本形式。

顺做法是指先施工周围围护结构，然后由上而下分层开挖，并依次设置水平支撑（或锚杆系统），开挖至坑底后，再由下而上施工主体结构，并按一定顺序拆除水平支撑系统，进而完成地下结构施工的过程。顺做法是基坑工程的传统开挖施工方法，工艺成熟，支护结构体系与主体结构相互独立，相比逆作法。其设计、施工均比较便捷。

逆作法是每开挖到一定深度的土体后，即支设模版浇筑永久的结构梁板，用以代替常规顺做法的临时支撑，以平衡作用在围护结构上的土压力。逆作法节省常规顺做法中大量临时支撑的设置和拆除，经济性好，且有利于降低能耗，节约资源。但逆作对施工技术要求较高，技术复杂，垂直构件续接处理困难，接头施工复杂。逆作法施工作业环境差，结构施工质量易受影响。

通过工程类比、初步计算、技术经济分析，本设计围护结构采用顺做法。

3顺做法围护结构及支撑型式的比选

3.1基坑支护型式

基坑开挖中常用的施工方法有放坡开挖和不放坡开挖法。放坡开挖是利用土体的自稳能力开挖土体，加适当表面护坡形成稳定边坡。该法施工空间大、开挖速度快、费用较低，但由于需要场地较大，不适合于本工程特点。不放坡开挖法需在围护结构的保护下施工。常用围护结构型式分述如下：

3.1.1复合土钉墙支护

该方法是边开挖基坑，边对两侧基坑土体壁面设钢筋网，喷混凝土，通过打入式或钻孔注浆式设置土钉，土钉通过滑裂面将坑周土体加固，约束土体变形，保持土体稳定。该方法的优点是施工简单，施工空间大，造价低，每平米造价约为500元，而且施工速度快。其缺点是：基坑越深，土钉长度越长，造价越高，而且土钉支护结构不能作为永久结构的一部分，只能作为临时受力体，施工时需要坑内外同时降水。土钉墙的适用深度一般为12m左右，适用土层一般为N值大于5的砂质土或N值大于3的粘性土。

3.1.2钻孔咬合桩

相邻混凝土排桩间部分圆周镶嵌，并跳桩置入桩内的钢筋笼，使之形成具有良好防渗作用的整体连续挡土支护结构。其优点是：无须坑外降水，可以避免由降水引起的地面沉降问题、施工场地问题，桩体刚度较大，控制基坑变形好、桩体可以作为永久结构的一部分，地层适用性较强。其缺点是：对于深基坑，受桩体垂直度的影响，下部的咬合可能会出现偏差，另外其造价比一般的钻孔灌注桩高，相比较钻孔灌注桩围护施工较困难。

3.1.3地下连续墙

地下连续墙是用特殊挖槽设备、在泥浆护壁之下开挖深槽，然后下钢筋笼、浇注混凝土，在地下形成一道混凝土墙。优点是：墙体刚度大、整体性好、变形小、具有挡水抗渗作用、坑外不需要降水，地下连续墙可单独作为主体结构的墙体或墙体结构的一部分，实现两墙合一，起到永久性作用。地下连续墙缺点是：成本高，每立方米的造价为2500元左右；施工时需泥浆护壁，不论正循环还是反循环，泥浆处理较复杂，需较大场地。目前在兰州应用较少。

3.1.4钻孔灌注桩法

该法是目前应用最广的一种基坑支护型式，支护结构是钢筋混凝土连续桩体，桩与桩之间采用钢筋网+喷射混凝土保护桩间土。其优点是：桩体刚度较大，控制基坑变形好、施工工艺较简单、桩体可以作为永久结构的一部分，地层适用性较强。其缺点是：在有水地层止水性差，对不能坑外降水的地段须另设止水帷幕；造价较高，每立方米的造价为1200元左右。对于粒径较大的粒石层或卵石层，钻孔灌注桩的施工较为困难，必要时需采用人工挖孔桩。

经过比选，由于本工程车站基坑开挖深度约为18.0m，不适合使用复合土钉墙支护形式，使用钻孔咬合桩及地下连续墙的造价又比较高。经过综合比较及相关经验，主体围护结构拟采用钻孔灌注桩作为围护结构，桩间采用100mm厚网喷混凝土。

3.2车站主体围护结构支撑型式比选

3.2.1深基坑的排桩支撑形式主要有桩加锚杆和桩加内支撑两种。锚杆支护可以给基坑开挖提供较为开敞的作业环境，但是由于其可靠性相对较差，基坑变形不易控制，受地下管线的制约大，且易对周围管线和建筑物产生一定的影响；且根据地质情况，车站结构处于卵石层，锚杆成孔困难，故不推荐采用锚杆支护。

3.2.2内支撑方案从材料上可分为钢支撑和钢筋混凝土支撑。

钢支撑架设和拆除速度快，架设完毕后不需要等待强度即可直接开挖下层土方，而且支撑材料可以循环使用，對节省工程造价和加快工期具有显著优势。但由于本工程基坑形状不规则，不利于钢支撑平面布置；基坑面积较大，单方向钢撑长度会较长，拼接节点多易积累形成较大的施工偏差，传力可靠性难以保证；基坑面积大且开挖深度较深，钢支撑刚度相对较小，不利于控制基坑变形和保护周边环境。

钢筋混凝土支撑具有刚度大、整体性好的特点，而且可采取灵活的平面布置形式适应基坑工程的各项要求。

另外对于超大面的基坑工程，钢筋混凝土内撑存在支撑较长、支撑量大，经济效果不佳等问题。此时可采用中心岛式开挖方案，即先保留围护结构处一定宽度的土体，以抵抗坑外侧的土压力，然后将基坑中部的土体挖除，施工中部主体结构，再利用中部已施工好的主体结构反力架设支撑，然后将周围的土体挖除，施工周围部分的主体结构，最后拆除支撑。这种方案出土便捷，经济效果好，但基坑周边的地下结构需要二次施工，工艺复杂。

4结论

通过工程类比、初步计算、技术经济分析，本设计主体围护结构采用顺做法，钻孔灌注桩加内撑的方式，基坑上部采用三道钢筋混凝土内撑，下部采用中心岛开挖，两种方式相结合。

参考文献：

1. 陈静. 深基坑与边坡支护工程设计施工经验录[M] .上海：同济大学出版社， 2011.

2. 土木工程学会土力学岩土工程分会. 深基坑支护技术指南[M] . 北京：建筑工业出版社， 2012.

作者简介：.韩雪梅（1986—）女，陕西西安中铁第一勘察设计院，本科，助理工程师。