淺談深基坑支護(hù)類型及適用范圍

郭文忠， 黃曉林

安陽(yáng)師范學(xué)院建筑工程學(xué)院（455003）

基坑是房屋建筑、市政工程或地下建筑物在施工時(shí)需開挖的地坑?；庸こ滩捎玫膰o(hù)墻、支撐(或土層錨桿)、圍檁、防滲帷幕等總稱為支護(hù)結(jié)構(gòu)?；又ёo(hù)結(jié)構(gòu)的選型涉及到工程地質(zhì)、土力學(xué)、基礎(chǔ)工程、結(jié)構(gòu)力學(xué)、原位測(cè)試技術(shù)、施工技術(shù)、土與結(jié)構(gòu)相互作用以及環(huán)境巖土工程等多種學(xué)科。由于城市化的快速發(fā)展,城市人口快遞增加、土地資源已減少、建筑空間擁擠和城市綠地減少,導(dǎo)致我國(guó)高層建筑如雨后春筍,拔地而起。為了節(jié)省土地、充分利用地下空間,高層建筑基礎(chǔ)要求有一定的埋置深度,高層建筑的停車場(chǎng)、設(shè)備間、儲(chǔ)藏庫(kù)等也都設(shè)在地下,從而使基坑深度增加。從發(fā)展趨勢(shì)看,高層建筑越來越高,基坑越來越深,密集的建筑群、超深度的基坑、復(fù)雜的地下設(shè)施，給基坑施工帶來一定的難度,對(duì)基坑工程提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。選擇合理的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)不僅可以保證施工安全，還可以節(jié)省大量的人力、物力。

1 基坑支護(hù)方案的初選

方案初選是深基坑支護(hù)方案優(yōu)選的第一步。從大量備選方案中篩選出幾個(gè)較好的方案，它包括以下內(nèi)容:

1）搜集有關(guān)支護(hù)體系方案選擇的基礎(chǔ)性資料:

①工程地質(zhì)和水文資料:主要是做好基坑工程的巖土勘察。

②場(chǎng)地周圍環(huán)境及地下管線狀況:基坑周圍鄰近建(構(gòu))筑物狀況調(diào)查，基坑周圍地下管線狀況調(diào)查，基坑鄰近地下構(gòu)筑物及設(shè)施狀況調(diào)查，周圍道路狀況調(diào)查等。

③地下結(jié)構(gòu)資料:主體結(jié)構(gòu)地下室的平面布置和形狀與建筑紅線的相對(duì)位置，主體結(jié)構(gòu)的樁位布置圖，主體結(jié)構(gòu)地下室的層數(shù)、各層樓板和底板的布置與標(biāo)高以及地面標(biāo)高等。

④本地區(qū)常用支護(hù)形式、常見支護(hù)結(jié)構(gòu)的特性及適用條件、有關(guān)規(guī)范規(guī)定的條款以及類似工程的基坑支護(hù)資料等。

2）確定基坑安全等級(jí)，結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，初步選擇深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)形式。

3）確定基坑變形控制等級(jí)，據(jù)此確定支撐形式。

2 基坑支護(hù)類型及適用范圍

1）放坡開挖

選擇合理的基坑邊坡，保證開挖過程中邊坡的穩(wěn)定性，包括坡面的自立性和邊坡整體穩(wěn)定性。放坡開挖適用于地基土質(zhì)較好、開挖不深以及施工現(xiàn)場(chǎng)有足夠的放坡條件的工程，放坡開挖一般費(fèi)用較低，應(yīng)盡量采用放坡開挖。但雖有足夠的放坡場(chǎng)所，但挖土及回填土方量大，考慮工期、工程費(fèi)用并不合理，則不宜采用放坡開挖。放坡開挖工程為了增加基坑邊坡穩(wěn)定性，減少挖土方量，常采用簡(jiǎn)易支護(hù)，如在坡腳用草袋裝土或塊石堆砌擋土或在坡腳采用短樁隔板支護(hù)等。邊坡表面要采取保護(hù)措施，確保不被雨水沖刷，減少雨水滲入土體降低邊坡強(qiáng)度。通常在土坡表面抹一層鋼絲網(wǎng)水泥砂漿或噴射砂漿等保護(hù)，并設(shè)置排水孔。

2）懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)

懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)常采用鋼筋混凝土樁、木板樁、鋼板樁、鋼筋混凝土板樁、地下連續(xù)墻等形式。值得關(guān)注的是，鋼筋混凝土咬合樁和SWM工法目前已經(jīng)被廣泛使用，鋼筋混凝土樁常采用鉆孔灌注樁、人工挖孔樁、沉管灌注樁及預(yù)制樁等。懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)依靠足夠的入土深度和結(jié)構(gòu)的抗彎能力來維持整體穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)安全。懸臂式結(jié)構(gòu)對(duì)開挖深度非常敏感，容易產(chǎn)生較大的變形，對(duì)相鄰建（構(gòu)）筑物易產(chǎn)生不良影響。懸臂式結(jié)構(gòu)適用于土質(zhì)較好、開挖深度較淺的基坑工程。

3）重力式支護(hù)結(jié)構(gòu)

重力式支護(hù)結(jié)構(gòu)是目前工程中用得較多的一種支護(hù)結(jié)構(gòu)，常采用深層攪拌法形成，有時(shí)也采用高壓噴射注漿法形成。為節(jié)約資金，常采用格構(gòu)體系。水泥與其包圍的天然土形成重力式擋墻支護(hù)周圍土體，保持基坑邊坡穩(wěn)定。深層攪拌水泥土樁重力式支護(hù)結(jié)構(gòu)常用于軟粘土地區(qū)開挖深度約在6.0m以內(nèi)的基坑工程。

4）內(nèi)撐式支護(hù)結(jié)構(gòu)

內(nèi)撐式支護(hù)結(jié)構(gòu)由支護(hù)結(jié)構(gòu)體系和內(nèi)支撐體系兩部分組成。支護(hù)結(jié)構(gòu)體系常采用鋼筋混凝土樁排樁墻、SWM工法、鋼筋混凝土咬合樁和地下連續(xù)墻形式。內(nèi)支撐體系可采用水平支撐和斜支撐。根據(jù)不同開挖深度又可采用單層水平支撐、二層水平支撐和多層水平支撐。當(dāng)基坑面積很大、開挖深度不大時(shí)，宜采用單層斜支撐。內(nèi)支撐常采用鋼筋混凝土支撐和鋼管（或型鋼）支撐兩種。鋼筋混凝土支撐體系的優(yōu)點(diǎn)是剛度好、變形小，而鋼管支撐的優(yōu)點(diǎn)是鋼管可以回收，且加預(yù)應(yīng)力方便。內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)適用范圍廣，可適用于各種土層和不同的基坑深度。

5）拉錨式支護(hù)結(jié)構(gòu)

常見的拉樁式支護(hù)結(jié)構(gòu)是鋼筋混凝土灌注樁加錨桿的支護(hù)體系，錨桿施工多采用一般性灌漿的土層錨桿，隨深度的不同，可分為單層錨桿、二層錨桿和多層錨桿。錨固體系可分為錨桿式和地面拉錨式。地面拉錨式結(jié)構(gòu)需要有足夠的場(chǎng)地設(shè)置錨樁或其它錨固物，應(yīng)用范圍有一定局限性。錨桿式需要地基土能提供較大的錨固力。錨桿近年來在深基坑支護(hù)中被廣泛采用,隨著擴(kuò)孔技術(shù)和注漿技術(shù)以及優(yōu)化設(shè)計(jì)的推廣，它的應(yīng)用范圍正進(jìn)一步擴(kuò)大。它的一端通過圍檁或腰梁與圍護(hù)墻聯(lián)結(jié)，另一端通過錨固體穩(wěn)定在土體中。錨桿的錨固段必須設(shè)置在滑裂面之后,由于軟粘土地基不能提供錨桿較大的錨固力，所以很少使用。錨桿式支護(hù)體系一般鉆孔傾角成15°左右，拉桿端部用螺栓固定，以槽鋼組成水平或垂直聯(lián)結(jié)板錨固于坑壁上。由于其具有較高的可靠性，可適用于不同的場(chǎng)地條件,經(jīng)過工程實(shí)踐檢驗(yàn)其經(jīng)濟(jì)效益良好。

6）土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)

土釘是在新奧法的基礎(chǔ)上基于物理加固土體的機(jī)制，于20世紀(jì)70年代在德國(guó)、法國(guó)和美國(guó)發(fā)展起來的一種主動(dòng)支護(hù)形式。土釘一般通過鉆孔、插筋和注漿來設(shè)置，也有采用打入或射入方式設(shè)置土釘。土釘圍護(hù)結(jié)構(gòu)的機(jī)理可理解為通過基坑邊坡中設(shè)置土釘,形成加筋土重力式擋墻起到擋土作用。土釘主要可分為鉆孔注漿土釘與打入式土釘兩類。鉆孔注漿土釘是最常用的土釘類型，先在土中鉆孔，置入鋼筋，然后沿全長(zhǎng)注漿，為使土釘鋼筋處于孔的中心位置，有足夠的漿體保護(hù)層，需沿釘長(zhǎng)每隔2～3m設(shè)對(duì)中支架。土釘外露端宜做成螺紋并通過螺母、鋼墊板與配筋噴射混凝土面層相連。打入土釘是在土體中直接打入角鋼、圓鋼和鋼筋等，不再注漿。打入土釘?shù)膬?yōu)點(diǎn)是不需預(yù)鉆孔，施工速度快，但效果差。近年來國(guó)內(nèi)開發(fā)了一種打入注漿式土釘，它是直接將帶孔的鋼管打入土中，然后高壓注漿形成土釘，這種土釘特別適合于成孔困難的砂層和軟弱土層，具有廣泛的應(yīng)用前景。

7）其他支護(hù)類型

其它形式支護(hù)結(jié)構(gòu)主要有門架式支護(hù)結(jié)構(gòu)、拱式組合型支護(hù)結(jié)構(gòu)、噴網(wǎng)支護(hù)結(jié)構(gòu)、加筋水泥土墻支護(hù)結(jié)構(gòu)、沉井支護(hù)結(jié)構(gòu)和凍結(jié)法支護(hù)結(jié)構(gòu)等。門架式支護(hù)結(jié)構(gòu)的支護(hù)深度比懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)支護(hù)深度要大,適用于開挖深度已超過懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)的合理支護(hù)深度的基坑工程。噴網(wǎng)式支護(hù)結(jié)構(gòu)是由錨桿（錨索）、鋼筋網(wǎng)噴射混凝土面層與邊坡組成，其結(jié)構(gòu)形式與土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)類似，其受力機(jī)理類同錨桿，又稱為土中錨桿，常用于土坡穩(wěn)定加固，不適用于含淤泥質(zhì)土和流砂的土層。加筋水泥土擋墻支護(hù)結(jié)構(gòu)是在水泥土中插入型鋼形成，以提高水泥土的抗拉強(qiáng)度，增加水泥土重力式擋墻支護(hù)結(jié)構(gòu)的深度。

3 結(jié)語

深基坑支護(hù)工程是近20年來隨著城市高層建筑發(fā)展而形成的一門新的實(shí)踐工程學(xué)。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，相信會(huì)有更多的基坑支護(hù)形式運(yùn)用于實(shí)際工程，而將來的支護(hù)技術(shù)則會(huì)越來越科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、安全。

[1]趙志縉，應(yīng)惠清.建筑施工[M].同濟(jì)大學(xué)出版社,2004:56-70

[2]龔曉南，基礎(chǔ)工程[M].中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2008:140-180

[3]廖瑛.深基坑及基坑結(jié)構(gòu)發(fā)展綜述[J].科技進(jìn)步與對(duì)策,2003增刊