城市綜合體工程深基坑支護選型及分析

張一帆 吳恒擁 門 凡 董 杰

(1.武漢建工集團股份有限公司，湖北 武漢 430000；2.中交第二航務工程勘察設計院，湖北 武漢 430000；3.中建二局華北公司陜西分公司，陜西 西安 710000；4.武漢中建工程管理有限公司，湖北 武漢 430000)

隨著建筑行業迅猛發展，大型高層、超高層建筑數量勢如破竹般增加。隨著很多高層建筑都設計了地下室，深基坑施工也成為一個必然，但由于在當前土地資源緊張、人口密集度高的城市中進行深基坑施工，會遇到許多阻礙，整個施工過程會涉及安全性能、經濟性能和施工時間等因素，因此如何科學合理選擇支護方法，提高地基穩定性，降低對周邊環境影響等，一直是本行業研究熱門話題。

城市綜合體安全施工和基本品質，以及基坑支護類型選擇有著較大聯系，需要有關人員合理有效融合設計規劃、地質構造等環節，充分研究基坑支護方式特點，運用合理、恰當的方式確保基坑施工安全，進而推動項目順利開展。基坑支護施工過程中，需要重點關注施工安全性，這是施工的重難點部分，需要有關人員從全面角度選擇好基坑支護類型，保證基坑開挖安全可行性[1]。

1 傳統深基坑支護技術分析

1.1 排樁支護

基坑排土支護系指由呈隊列間距排列的鋼筋混凝土人工挖孔樁、開挖灌注樁、沉管灌注樁、打入式預應力管樁等所構成的擋土體系。

排樁支護的主要優點和適用范圍：(1)對不同地質條件要求適應性強、建筑結構簡單、容易運行且基礎設施投資一般不會較大，排樁式支護是目前使用較多的一項技術；(2)排樁通常多用作坑深7m～15m地基上建筑施工，并制作成排樁防護擋墻，在頂部澆筑混凝土圈柱；(3)其結構強度較大，具有一定抗彎折能力且變化范圍和程度較小；(4)施工過程中震動和產生的噪音較小，并且也沒有出現擠土現象，對周圍環境影響較小；(5)當建筑樁也是灌注樁時，可同時澆筑，這樣便于施工組織、工期較短；(6)當施工影響最大深度內地下水位很高并存在較強透水層時，必須采取隔水措施或降水保護措施；(7)當建筑水深變化很大并對邊坡變形要求較嚴格時，須結合錨拉體系以及支護體系使用[2]，如圖1所示。

圖1 排樁支護示意圖

1.2 鋼板樁支護

鋼管樁支撐一般是在較深地基內，采用帶鎖口或鉗口的熱軋型鋼訂制而成的鋼管樁，與這些型鋼柱之間聯接便構成了鋼管樁墻體，如圖2所示。

圖2 鋼板樁支護示意圖

這種支護技術多用于超過5m的基坑工程。該種支護方法作業相對簡單，且經濟效益也較好，所以使用比較普遍。而鋼板樁施工則主要分為鋼板樁打設、樁孔處理、基坑開挖等流程。例如槽鋼鋼板樁就是地基支承構件鋼板樁的一種，是用簡單鋼板樁圍護外墻，通常由槽鋼正面和反面扣搭接長度相同或并排組成，槽鋼高度通常在6m～8m，在進入地下室時，當頂板超過地基高程時設一個拉錨或支承。這種樁抗折彎力較強，通常適用在深度不大于4m的地基上，但槽鋼搭設時不牢固，也無法完全止水。該種樁施工較簡單，且槽鋼也可循環使用，具備持久性好、建筑施工簡便、二次效率好和施工時間短等優勢，但無法擋水和土中的微小粒子，在地下水位較高地方應采用隔水或降雨方法，抗彎性能較弱，支撐強度低，澆筑后變化大。

1.3 土釘墻支護

(1)概念。混凝土板墻支護，主要指用密實混凝土板群、經密封混凝土體、澆注混凝土基層，構成一種整體、穩定和牢固的擋土結構，從而更好應對從墻外所帶來的其他作用力，更保障深基坑挖掘以及邊坡的平穩安全性。

(2)優勢。在開展基坑工程施工時，會出現一些維持一定垂直界限的臨界點，并且如果該水域超過水的深度或者地基出現嚴重超載狀況時，就會出現突然間損壞等狀況，然而土釘墻技術則是通過在砼體側安裝一定直徑和分布密度的土釘體，使之與砼體一起作用，以彌補混凝土體強度不足問題，使土體更加平穩。土釘墻支護要求土體自身承重力應使盡使，合理有效達到支護效果。該支護構造具有較好熱柔特性，并且不斷優化其抗震能力，具備較強延伸性。與此同時，其施工速度較快，施工比較便利，不需要再占用其他場地。優點：結構穩定安全、施工簡單，且工期短、效果較好、經濟效益好、尤其在土質較好區域，應該積極引進。劣勢：土壤較差區域無法使用。

(3)施工技術重點。該類支護自身具有較強擋土性質，其施工方式最主要是以噴射水泥施工為主，同時不斷挖掘和鋪設鋼筋。如圖3所示。實施過程中，要始終保持混凝土板的可靠性以及平穩性，根據現實具體狀況，精確計算和測量出混凝土板具體厚度以及牽引力大小。結合現場施工實際需要，對拉拔力進行研究。要想使基坑開挖方案和土釘墻支護方案能夠更加契合，要求事先對基坑周圍環境展開調查，對施工現場進行一定排查和分析，實時監控施工場地周圍排水情況，降低地下水位等，防止出現管線破裂或其他意外事件發生。

圖3 土釘墻支護示意圖

1.4 地下連續墻支護

(1)含義。地下連續墻通過合理有效利用專門的機器設備，按照工程規劃要求，沿施工場地周圍進行挖掘，在泥漿護墻周邊開展挖掘活動，以此產生筆直的濠溝段，把事先做好的鋼筋直徑籠裝于槽段之中，再選擇相應導管方法開展水下砼澆注工作，以此構建完備的單元墻段。如圖4所示。依據成墻方式，合理有效將排樁式、槽板式、組合式進行區分，根據墻體應用，可區分為抗滲墻體、臨時式擋土墻穩定性、長期擋土墻。

圖4 地下連續墻支護

(2)優點。這種支護方法具有很大剛度，適合于各種地質需求，在實際施工之中造成地面振動幅度較小，并且不會產生較為強烈的噪聲污染，對于施工周圍環境影響較小，還可以對其進行進一步防范，避免地面下層震動以及移動，保證其環保性。另一方面，該支護方法能夠減輕地面震動情況，也可以使噪聲降到最小，確保了施工周圍建筑不受影響。由于震動微弱，周圍土體也得到了較好的保護，不會出現下沉和移動等現象，可謂環保首選支護方法。

(3)施工技術重點。地下連續墻體具有較多澆筑工藝，包含導墻澆筑、配制砂漿、施工槽段等，其中導墻澆筑為施工重點部分，現澆法和預先準備是當前較為主要施工技術。導墻結構需要使用現澆砼構件，抗拉強度等級應大于等于C20，距離厚度宜大于200mm，若選取雙向配筋，距離宜小于200mm。傳統深基坑支護手段對比見表1。

表1 傳統深基坑支護手段對比

2 深基坑支護新技術及其應用要點

2.1 復合土釘墻

復合混凝土支護工藝，可按照對土壤特性、地基深度、對周圍環境影響程度及其施工要求等加以靈活有機組合，適用性廣泛，便于工程設計實施，能大大縮短建設周期，節約工程造價。隨著研究內容與工藝方法的不斷更新，對干凍土分布、濕陷型黃土、熱膨脹土、鹽漬土以及特殊土壤地區的應用研究也已深入開展。

綜合式土釘墻支護方法，是在傳統土釘墻施工技術基礎上開發出來的一項工藝領先、便于施工、經濟效益理想、整體性能優秀的深基坑支撐新型技術。該方法是將傳統土釘墻一項或若干項支撐工藝以及止水工藝等進行有機組合，最終形成支撐系統，打破了傳統土釘墻所無法使用的技術領域，并且延續了傳統土釘墻諸多優勢。主要由土釘、外部預應力錨索、微型樁、止水帷幕、掛網噴射砼面層、原位混凝土體等要素組成，適合于粘土、粉質粘土、粉土、砂土、破碎巖石、全風蝕和強烈風化作用巖石，因此受到工程設計單位和施工單位一致好評。

2.2 預制地下連續墻

地下連墻技術所具備的諸多優勢促使其在我國獲得了普遍運用，但傳統地下連墻技術仍然面臨不少困難，如在某些特定地質條件下，由于施工技術難度較高、建筑施工技術不當或建筑地質環境條件特殊等，會產生墻段錯縫、滲漏，以及廢棄水泥，對周圍環境造成危害。但相對而言，預制裝配式地下連墻技術則具備了傳統地下連墻技術所缺乏的許多優點，如在預制后可以通過不同結構方法來提高和增強地下連墻承載力的均勻度，進而使墻體質量可以得以進一步提高等。連墻體穩定性較高，防滲能力好，施工效率較高，且能夠很好適應未來綠色施工發展趨勢。后張法預應力地下連續墻在減少圍護墻體自身變化和維護周邊環境上，效益遠遠好于傳統地下連續墻體和前張法預應力地下連續墻體，同時由于墻體厚度可以更薄，承載重量也較小，因此可以顯著降低水泥使用，從而減少開挖時間，進而降低工程造價。

2.3 內支撐和錨桿

(1)含義。深基坑支撐構造主要類型有內支撐和錨桿，兩種類型都能達到剛度較強、移動少、基坑形變程度小等效果，使基坑施工更加安全合理。施工環境變化是不可控的，為了減輕該方面對基坑施工帶來的影響，在施工前一定要做好勘察和分析工作，掌握第一手地質信息，避免施工現場出現坍塌現象。

(2)優勢。支擋式擋土結構其核心組成部分便是內支撐，受拉桿一端依靠錨桿支護穩定固定于地層中，另一端與其城市施工工程構筑物連接，維持所使用地層中錨桿的穩固，構筑物以及巖土現實使用平穩性。施工時，可以利用錨桿代替鋼筋混凝土支撐，達到節約材料目的，對于城市綜合體這種可使用面積大、支撐布設較難的施工情況而言，這種方法優勢更加明顯。

(3)施工技術重點。錨桿實際抗拔力可通過試驗確定，保障其施工安全性。上述支護形式對深度較大基坑應用成效較佳，可有效規避墻體形變風險[3]。

錨桿極限抗拔承載力計算公式如下。

其中：Kt代表的是錨桿抗拔的安全系數。其安全等級分為1、2、3三個等級，其對應安全系數應分別不小于1.8、1.6、1.4。Nk代表的是錨桿軸向拉力的標準值，其單位為kN。Rk代表的是錨桿極限抗拔承載力的標準值，其單位為kN。

3 結 語

深基坑圍護工程方法選擇至關重要，由于各種圍護施工方法在時間、費用和施工便利性上差別較大，因此怎樣在保證地基穩定情況下，同時增加經濟性和施工便利性，一直是基坑工程保護設計與施工中研究的重點課題，要綜合環境、成本、施工難度等進行考慮。