巖土工程深基坑支護技術分析及其趨勢

許 鵬

（中國有色金屬工業昆明勘察設計研究院，云南 昆明 650051）

基坑工程是一個古老而又具有時代特點的巖土工程課題。放坡開挖和簡易木樁圍護可以追溯到遠古時代。事實上，人類土木工程的頻繁活動促進了基坑工程的發展，特別是在20世紀，隨著大量高層、超高層建筑以及地下工程的不斷涌現，對基坑工程的要求越來越高，隨之出現的問題也越來越多，迫使工程技術人員須從新的角度去審視基坑工程這一古老課題，導致許多新的經驗、理論或研究方法得以出現與成熟。

1 深基坑支護技術

1.1 鋼板樁支護

鋼板樁由帶鎖口或鉗口的熱軋型鋼制成，把這種鋼板樁互相連接就形成鋼板樁墻，被廣泛應用于擋土和擋水。目前鋼板樁常用的截面形式有U形、Z形和直腹板形。鋼板樁由于施工簡單而應用較廣，但是鋼板樁的施工可能會引起相鄰地基的變形和產生噪聲振動，對周圍環境影響很大，因此在人口密集建筑密度很大的地區，其使用常常會受到限制，而且鋼板樁本身柔性較大，如支撐或錨拉系統設置不當其變形會很大，所以當基坑支護深度大于7m時，不宜采用。同時由于鋼板樁在地下室施工結束后需要拔出，因此應考慮拔出時對周圍地基土和地表土的影響。

1.2 深層攪拌樁支護

深層攪拌樁(水泥土墻)是利用水泥(或石灰)等材料作為固化劑，通過深層攪拌機械，將軟土和固化劑強制攪拌，利用固化劑和軟土之間所產生的一系列物理化學反應，使軟土硬結成具有整體性、水穩定性和一定強度的樁體(塊體或墻體)。這種支護結構多采用格柵形式，即重力壩式擋墻。當基坑屬于二、三級基坑時，基坑深h≤7m，當坑邊至紅線間有足夠的距離時，往往優先采用，由于水泥屬不透水結構，因此既能擋土又能擋水，具有良好的防滲效果。深層攪拌樁屬重力式結構，靠本身重量即可抵抗側向力保持穩定，一般內部無支撐，便于基坑內機械挖土和地下結構施工，施工簡便、費用較低，而且使用的材料僅是水泥，所以具有較好的社會經濟效益，在特殊情況下受條件限制無法增大墻厚，而又需較嚴格控制變形時，在增設圍檁(腰梁、冠梁)和抗剪插筋后亦可增設支撐，基坑內土體加固和加大嵌固深度亦屬限制變形的有效措施。

1.3 排樁支護

排樁支護是指柱列式間隔布置鋼筋混凝土挖孔、鉆(沖)孔灌注樁作為主要擋土結構的一種支護形式。柱列式間隔布置包括樁與樁之間有一定凈距的疏排布置形式和樁與樁相切的密排布置形式。柱列式灌注樁作為擋土圍護結構有很好的剛度，但各樁之間的連系差必須在樁頂澆筑較大截面的鋼筋混凝土帽梁加以可靠連接，為了防止地下水并夾帶土體顆粒從樁問孔隙流入(滲入)坑內，應同時在樁間或樁背采用高壓注漿，設置深層攪拌樁、旋噴樁等措施，或在樁后專門構筑防水帷幕。灌注樁施工簡便，可用機械鉆(沖)孔或人工挖孔，施工中不需要大型機械，且無打入樁的噪聲、振動和擠壓周圍土體帶來的危害，成本較地下連續墻低。

1.4 地下連續墻

地下連續墻是在泥漿護壁的條件下分槽段構筑的鋼筋混凝土墻體，地下連續墻最早于1950年開始應用于巴黎和米蘭市的地下建筑工程。我國在20世紀60年代初開始應用于水壩的防滲墻,后來國內將地下連續墻用于城市深基坑的圍護結構，現在全國各地已用得比較普遍，如地下連續墻的施工深度國內已有超過80m，厚度達1.4m。地下連續墻具有整體剛度大的特點和良好的止水防滲效果，適用于地下水位以下的軟黏土和砂土等多種地層條件和復雜的施工環境，尤其是基坑底面以下有深層軟土需將墻體插入很深的情況，因此在國內外的地下工程中得到廣泛的應用。并且隨著技術的發展和施工方法及機械的改進，地下連續墻發展到既是基坑施工時的擋土圍護結構，又是擬建主體結構的側墻，如支撐得當，且配合正確的施工方法和措施，可較好地控制軟土地層的變形。

1.5 土釘墻

土釘墻的使用要求土體具有臨時自穩能力，以便給出一定時間施工土釘墻，因此對土釘墻適用的地質條件應加以限制。JGJ120-1999建筑基坑支護技術規程規定了土釘墻適用于二、三級基坑，非軟土場地，基坑深度不宜大于12m。土釘墻支護施工速度快、用料省、造價低，與其他樁墻支護相比，工期可縮短50%以上，節約造價60%左右；而且土釘支護可以緊貼已有建筑物施工，從而省出樁體或墻體所占用的地面。但從許多工程經驗看，土釘墻的破壞幾乎均是由于水的作用，水使土釘墻產生軟化，引起整體或局部破壞，因此規定采用土釘墻工程必須做好降水，且其不宜作為擋水結構。

1.6 錨桿支護

錨桿支護是一種巖土主動加固的穩定技術，作為其技術主體的錨桿，一端錨入穩定的土(巖)體中，另一端與各種形式的支護結構連接，并施加預應力，通過桿體的受拉作用，調動深部地層的潛能，達到維護基坑穩定的目的。錨桿支護適用性強，基本不受基坑深度的限制，而且可與多種支護結構形式聯合使用，如排樁、地下連續墻、土釘墻等。但不宜用于有機質土，液限大于50%的黏土層及相對密度小于0.3的砂土。

1.7 加筋水泥土墻

加筋水泥土墻是在水泥土樁中插入H形鋼(拉森板樁、鋼管等)組成的。由H形鋼承受側向荷載，而水泥土則具有良好的抗滲性能，因此加筋水泥土墻具有良好的擋土和止水抗滲效應。

2深基坑支護存在的問題

1)支護結構設計計算與實際受力不符。2)設計中土體的物理力學參數選擇不當。3)深基坑開挖存在的空間效應考慮不周。4)深基坑土體的取樣具有不完全性。5)深基坑土體的變形、位移難以精確計算。

3 深基坑支護發展趨勢

1)排樁、地下連續墻的內力和變形的精確計算是一個比較復雜的問題，其計算模型理應是考慮圍護墻、支撐體系和土三者共同作用的空間分析。目前簡化為平面問題計算，難以反映空間效應，今后宜發展適用的三維計算程序，使之更能符合基坑空間形體的計算。2)在軟土地區，淤泥、淤泥質土等具有蠕變特性，圍護墻會隨著無支撐時間的延長而逐漸增大變形，即所謂的“時間效應”。目前尚無法在理論上精確計算時間效應。3)實踐證明，當基坑平面尺寸較大、采用形式較復雜的內支撐體系時，在氣溫變化較大季節(如夏季高溫季節)，支撐體系的溫度應力和收縮應力(混凝土支撐)會使支撐桿件的內力增幅較大。目前在計算支撐體系時，多不進行這方面的理論計算或只加以概略估算，今后宜研究改進。4)在建筑物密集地區設計深基坑的支護結構，多以變形控制，即保護周圍環境十分重要。GB50202-2002建筑地基基礎工程施工質量驗收規范已給出基坑施工時各類基坑的地面最大沉降的監控值，但在設計時如何控制周圍地面沉降尚有一定難度，這是由于計算方面尚難以提供精確值，因此在這方面有待進一步研究改進。5)排樁、地下連續墻的內力和變形，采用彈性支點法計算時，涉及地基土水平抗力系數m的取值；用豎向彈性地基梁方法計算時，被動區的彈性抗力與土的基床系數有關。由于土壤種類多、性質變化大，有時需對被動區的土壤采用水泥土樁或注漿加固，為此，準確確定值和土的基床系數有助于提高計算精度。6)地下連續墻兩墻合一的逆作法是今后發展的方向之一。但在軟土地區進行逆作法施工時，如何協調沉降和提高單樁承載力，減少中柱樁(中間支承柱)的數量是關鍵，目前這方面雖已積累了一定的經驗，但還需進一步研究提高。

結語。基坑支護方案繁多，應根據基坑的開挖深度、周邊環境、地層性質，綜合考慮支護結構的安全性、經濟性和施工便利性，選取最優的支護形式。在條件允許的情況下，對有些重要經驗參數必須做試驗，取得可靠的現場試驗資料作為設計的依據，使設計更接近實際。深基坑支護設計應嚴格把握“動態設計，信息化施工”的設計原則。及時對設計方案進行調整，把理論成果與實踐經驗相結合，這是深基坑支護成功的關鍵。

[1]秦四海.深基坑工程優化設計[M].北京：地震出版社.