淺談深基坑工程支護技術

林蒙曉 （福建協順建筑工程有限公司，福建 福州 350000）

深基坑支護工程是土體與圍護結構體系相互作用的一個動態變化的復雜系統，僅依靠理論分析和經驗估計，難以把握在復雜條件下，基坑支護結構和土體的變形不受到破壞，也難以完成可靠而經濟的基坑設計。因此，設計人員以及施工技術人員應綜合考慮地質水文條件、基坑開挖深度、基坑側壁安全等級、基礎類型、降排水條件、周邊建（構）筑物情況、基坑坡頂周邊荷載、施工季節及支護體系使用期限等相關因素，做到因地制宜，科學設計。另外，深基坑施工屬于危大工程，施工單位必須編制好深基坑支護的專項施工方案以及方案的專家論證工作，充分掌握深基坑支護施工技術，根據設計圖紙對支護工程進行科學合理的施工，注重事前準備，嚴格事中控制，加強事后監測及反饋設計，相互協作，實行信息化施工，才能保證地下室主體施工安全。

1 深基坑支護結構類型

我國應用較多的基坑支護結構類型有土釘墻、重力式水泥土擋墻、地下連續墻、灌注樁排樁圍護墻、型鋼水泥土攪拌墻等，支撐形式有內支撐、錨桿（索）等以及上述類型的組合形式。

1.1 土釘墻

土釘墻支護是通過在土體內設置土釘加固并與噴射混凝土面板結合，主要是利用土釘加強土體的荷載力，讓二者能夠形成相互作用力，從而對邊坡進行加固，能夠有效提高地基的穩定性。適用條件是：基坑側壁安全等級為Ⅱ級、Ⅲ級；基坑深度不宜大于12m；可以與預應力錨桿結合形成復合土釘墻；當基坑潛在面內有建（構）筑物、重要地下室管線時，不宜采用土釘墻，如圖1和圖2所示。

圖1 土釘墻支護示意圖

圖2 土釘墻支護技術應用

1.2 重力式水泥土擋墻

重力式水泥土擋墻是用攪拌機械將水泥、石灰等和地基土相拌和，形成相互搭接咬合的水泥土樁，呈現帷幕、壁狀的重力式結構，直接起到支護結構作用，多用于地基加固以及止水帷幕。地基加固主要是基坑內形成相互搭接形成格柵狀、墩式、抽條等結構形式，提高被動土壓區的土體抗力，減少基坑開挖變形；止水帷幕主要是基坑外施工，形成止水帷幕，減少支護體系承受的主動土壓力。重力式水泥土擋墻作為支護結構的適用條件：基坑側壁安全等級為Ⅱ級、Ⅲ級；水泥土樁施工范圍內的基土承載力不宜大于150kPa；基坑深度不宜大于6m，如圖3所示。

圖3 水泥土擋墻+預應力錨索組合

1.3 地下連續墻及排樁支護

排樁支護一般采用機械成孔，宜采用間隔成樁的施工順序，也常與重力式水泥土擋墻的止水帷幕相結合。地下室連續墻技術分為現澆地下連續墻和預制地下連續墻兩種，預制地下連續墻一般采用工廠預制，現場裝配施工；現澆式地下連續墻采用專用的挖槽設備，現澆鋼筋混凝土，結合槽段接頭技術形成止水帷幕。地下連續墻施工時振動較小、噪聲低，墻體剛度大、對周邊土層擾動小、整體性好、防水效果突出，可兼作主體結構的一部分，墻厚較大，造價昂貴。地下連續墻及排樁支護適用各類基坑側壁安全等級，輔以降排水工程配合，能適用多種土層，且圍護性能穩定，止水效果好，但造價高，如圖4所示。

圖4 排樁支護+止水帷幕+錨索組合

1.4 SMW工法樁支護

SMW工法樁圍護墻施工方法類似于重力式水泥土攪拌樁施工，施工完成后在墻中插入型鋼，形成一種勁性復合圍護結構，止水效果好，內插型鋼可拔出反復使用，既起到支護結構作用又同時達到止水的目的，配合降水工程以及內支撐，適用于各類基坑側壁安全等級，具有地下連續墻和排樁支護加止水帷幕不可比擬的技術優勢與經濟優勢，如圖5所示。

圖5 SMW工法樁支護+擴孔錨索組合

1.5 內支撐及錨桿（索）

內支撐是對基坑側壁及周邊環境進行對頂水平支撐、加固的保護措施，是穩定基坑的支檔方式，用來傳遞兩側擋土結構所受到的側向壓力。錨桿（索）在深基坑支護體系中多體現為外拉錨，使得錨下承載結構和支護面層在基坑側壁形成強大的壓力場，減小巖土沿潛在下滑面滑移的下滑力，約束基坑側壁變形，增強基坑抗變形能力，提高基坑的穩定性。內支撐及錨桿（索）一般均可以與上述深基坑支護類型相結合，形成深基坑支護體系。當深基坑內設置多道內支撐時，應結合地下室主體結構施工進程，使主體結構與圍護墻形成有效傳力時，逐一拆除支撐，如圖6和圖7所示。

圖6 鋼筋混凝土內支撐

圖7 擴孔錨索施工

2 深基坑支護結構體系選型

根據相關統計分析，基坑支護工程的事故發生率較高，對發生事故的原因進行調查分析發現，導致事故的最主要的原因是基坑支護形式選擇不合理。從多個角度對深基坑支護結構體系進行剖析，具有以下特點：①區域性。各地區地下土層結構、地質條件和水文條件存在地域性、差異性、不均勻性，因此，深基坑支護設計需因地制宜；②復雜性。深基坑施工涉及周邊管道、周邊建（構）筑物、以及支護自身穩定、降水工程、開挖工程等各類因素，因此，需要基于不同的工況環境、不同的地質情況以及不同的工程結構情況，找到具體的問題具體分析，解決具體的問題，才能保證深基坑工程有序開展；③多樣性。每種基坑支護技術，都有特定的適用范圍，具有不同的優缺點，如何正確地結合各種因素選擇支護結構體系，是初步設計方案的關鍵步驟；④不確定性。基坑支護結構各種因素不是一成不變的，而是隨著自然氣候、施工工況、施工技術以及基坑開挖深度的加深而變化，因此，深基坑支護受力情況是一個動態變化的過程，需提前預判風險，并采取相關處理措施；⑤綜合性。深基坑支護工程是綜合性強的系統工程，涉及多學科，如巖土工程、土力學、施工組織技術等。多種復雜因素相互影響，既要考慮支護自身穩定、地下水位、地質災害，又要考慮支護結構在土層發生變形后對支護結構自身的影響。

如何從眾多基坑支護體系中選擇有效、合理、經濟的支護體系設計，是深基坑支護結構體系選型的首要工作。

第一，在地質勘查階段，主要通過室內試驗與原位測試試驗等得出土的力學指標，并綜合考慮水、土壓力的合算、分算方法，以及土的抗剪強度指標，進行土壓力水壓力計算、以及各項支護體系的穩定性計算。

第二，對地質勘查報告進行研究分析，充分了解擬建場地土的性狀及地下水條件；然后調查基坑周邊存在的管線及建筑物情況，確定本工程基坑支護結構的允許變形值；接著根據擬建工程主體地下室結構情況，確定本工程基坑重要性等級、開挖深度及平面范圍；再綜合選取土壤的各項強度指標進行計算分析，預選適用于項目的支護體系類型及支撐形式。具體選擇步驟如圖8所示。

圖8 深基坑支護方式選擇步驟參考

第三，單一的理論設計，難以解決施工過程中發生的問題，基于此施工單位應在支護設計方案階段積極對接設計單位，共同進行深基坑支護設計技術交流，補充施工現場平面布置圖、施工進度計劃等相關文件，充分與設計單位溝通，針對施工道路、場地紅線、施工順序等進行施工部署，提前預判技術風險以及現場施工沖突等相關問題，研判支護結構設計選型。例如，考慮支護結構與地下室外墻可施工操作空間，臨近施工道路及市政道路的支護結構進行加強設計，滿足臨近道路的坡頂荷載需求等。第四，最后根據項目的經濟指標、施工工期及環保性能綜合確定支護體系類型及支撐形式。

工程案例1：福建省精準醫學產業創新中心（一期）項目，總造價3.41億元，地下室一層，局部兩層，地下室建筑面積2.1萬㎡，原地面開挖至承臺底深度7.1m～10.5m。項目深基坑支護體系結構初步設計選型三種，綜合考慮沿海地區軟土地層，開挖深度，施工場地較小不適合放坡開挖，以及施工部署計劃等，最終選定SMW工法樁支護，角部鋼筋混凝土內支撐，局部加強段配合預應力擴孔錨索的組合形式；局部上邊坡采用土釘墻結合錨管組合形式，地基處理為重力式水泥攪拌樁被動土區同圍護墻咬合加固。

工程案例2：瑞豐佳園項目，地下室一層，地下室建筑面積2.6萬㎡，項目處于山陵地區，地質水文情況較好，基坑邊坡采用土釘墻結合錨管組合形式，造價經濟。

工程案例3：珠海灝怡財富中心項目，地下室四層，地下室建筑面積8.6萬㎡，開挖深度27m，開挖深度深，一般的支護施工機具難以施工；地下室水位高且受潮汐影響；地下土層結構復雜，淤泥土層厚度深，土質敏感度高；項目臨近市政道路，周邊環境復雜。經過四輪的技術論證，最終選定現澆地下連續墻支護方法，兩墻合一既作支護結構又兼作主體結構，墻厚1.2m。

3 地下水控制

地下水控制包括基坑開挖影響深度內的潛水、微承壓水與承壓水等控制，應根據工程地質和水文條件、基坑周邊環境要求及支護結構形式，選用截水、降水、回灌或其組合方法。

3.1 截水

當降水會對基坑周邊建（構）筑物造成危害或長期不利影響時，應采取截水方法控制地下水，阻止坑外地下水流入基坑內部，并減少地下水沿帷幕的水力梯度。基坑截水的方法應根據工程地質水文條件以及施工工況等，選用水泥土攪拌樁帷幕、高壓旋噴或擺噴注漿帷幕、地下連續墻或咬合排樁等。當坑底存在淺埋地下水時，應設置落地式隔水帷幕，水壓較大時同時設置減壓井或加厚帷幕深度、水平封底等防止滲透破壞的措施，保證坑底土體穩定。

3.2 降水

降水主要為了開挖基坑時，能有效提高土體抗剪強度與基坑穩定，減小承壓水頭高度，防止坑底突涌。對于支護基坑開挖，可增加被動土壓區土體抗力，減少主動土壓區土體側壓力，從而提高支護體系的穩定性，減少支護體系變形。工程降水有多種方法，根據土層分布情況、滲透系數、降水深度等因素進行選擇，見表1。

表1 常見工程降水方法

3.3 回灌

當基坑降水會引起周邊建（構）筑物沉降時，可采用人工回灌措施，并設置水位觀察井。減壓降水時，坑外回灌井深度不宜超過承壓含水層中止水帷幕的深度。

4 深度基坑開挖

深基坑開挖是檢驗支護體系設計以及施工質量的關鍵工序，應遵循“分段分層、由上而下、先支撐后開挖”的原則。根據支護結構設計以及降水情況確定施工方案，在深基坑周邊設置排水溝和集水井，避免雨水、滲水、施工用水等流入坑內，降水降至基底土體下500m以上方可開挖。

大型深基坑開挖應在冠梁（圍檁）、冠梁支撐以及支撐的豎向構件施工完成且強度滿足設計要求后，方可開始開挖。開挖應遵守先支撐后開挖的原則，直至底板施工完成。對于大型深基坑的橫向支撐，結合施工方案同時作為施工便道、施工平臺以及材料堆場等設施輔助基坑主體施工。內支撐還可用于深基坑土方退土運輸，后期支撐拆除等起到運輸作用。

在每次開挖支護結構處，應減小土體的尺寸和開挖后未及時支撐的暴露時間，及時形成內支撐可有效控制基坑的變形。軟土基坑必須分層、分塊、均勻地開挖，對于有預應力要求的鋼支撐或預應力錨索（桿），必須按設計要求施加預應力后方可向下開挖。發生異常情況應立即停止，例如，圍護結構變形速率增大且不收斂；出現支護結構或止水帷幕滲漏，坑底管涌、流土、流沙等現象；支護結構異響或出現失穩征兆；周邊建（構）筑物變形過大或開裂過大等，應立即停止施工查出原因，采取措施確保基坑安全，方可繼續施工。開挖至坑底設計標高時，需盡快進行基礎結構施工，與支護結構形成傳力帶，有效控制支護體系變形。

5 基坑監測

地下室結構施工過程中所涉及的工序多，工期較長，為保證深基坑支護體系正常使用，基坑設計安全等級為Ⅰ級、Ⅱ級的基坑，必須由具備相應能力的第三方對基坑工程編制監測方案并實施現場監測工作。監測的范圍根據基坑安全等級、基坑設計深度、地質條件、基坑周邊情況、支護體系類型以及施工方法等綜合確定，主要監測項目有圍護墻（邊坡）頂部水平及豎向位移；深層水平位移；立柱豎向位移；支撐及錨桿軸力；地下水位；周邊地表豎向位移及地表裂縫等。

監測過程中出現異常，如支護結構水平或豎向位移超限、土體沉降變形、坑底土體隆起、錨索（桿）應力增加、水位異常等情況，需要將其監測結果反饋給設計部門，加密監測頻率，查出具體原因，采取控制基坑變形措施進行加固。例如，加固坑內被動土區土體加強支護結構反彎點，控制基坑水平位移變形；通過控制降水或回灌平衡坑內外水頭壓力，減少對周邊環境影響；開挖后及時支撐；坡頂卸土、坑外降水或加固等措施以降低主動土壓力；圍護墻內局部增設鋼支撐或增加預應力錨索（桿）；加固坑底土體，防止土體隆起破壞等。需針對不同的原因，結合項目具體情況進行綜合處理。發現明顯基坑支護失穩情況時，應立即停止施工，撤離基坑內施工人員，啟動緊急避險措施，減少損失。

施工時對整個基坑工程進行系統的監測，可以了解其變化的態勢，利用監測信息反饋分析，較好地預測系統的變化趨勢。當出現險情預兆時，可做出預警，及時采取措施，保證施工和環境的安全；當安全儲備過大時，也可及時修改設計，削減圍護措施，通過分析，可修改設計模型，調整計算參數，總結經驗，提高設計與施工水平。

6 結語

綜上所述，我國深基坑支護設計理論以及施工技術的應用已經有了長足的發展，但在工程具體應用中，無論是單一的理論設計，還是單一實踐技術經驗，都難以真正達到科學合理，仍要堅持理論與實踐相結合，選擇合適的支護結構體系。