基坑支护方法对比研究

李 万 宁

(河南省豫北水利勘测设计院，河南 安阳　455000)



基坑支护方法对比研究

李 万 宁

(河南省豫北水利勘测设计院，河南 安阳455000)

摘要：从土钉墙支护、水泥土墙、板桩支护、排桩、地下连续墙等方面，介绍了基坑支护的方法类型，分析了各种支护结构的安全等级与适用条件，有助于基坑工程选择出安全、经济、实用的支护结构类型。

关键词：基坑，支护结构，土钉墙，排桩

0引言

自20世纪初，标志着超高层建筑物正式诞生的美国帝国大厦的建成至20世纪末，亚洲迎来了高层、超高层建筑的狂潮，全球高层建筑如雨后春笋般拔地而起。鳞次栉比的高楼大厦已经成为城市建设发展的一大标志。根据相关规范的要求，高层建筑必须要有一定的埋置深度，埋置深度不小于建筑总高度的1/15，因此，高层、超高层建筑与基坑、深基坑有着密不可分的关系。同时，由于经济规模和城市化进程的不断扩大，地面空间越来越不能满足人们的日常需要，从开始尝试利用地下空间，到现在大规模的修建地下商场、地下车库、地下停车场、地下铁道等，与之相对应的基坑开挖、支护等问题亦不可避免。

1基坑开挖及支护的类型

1.1放坡开挖

在基坑开挖的诸多方法中，最经济最方便的方法就是放坡开挖。但是若想采用这种方法，施工场地要宽敞，既要满足放坡的要求，还要满足堆放机具和土料的要求，并能确保基坑周边无已有建筑物或与已有建筑之间的距离足够大。同时，对于使用放坡开挖的地层要求其性质比较好、地下水位要求较低或者采用降水措施。

天然放坡需要满足的安全条件是:

其中，k为边坡的稳定安全系数。

1.2土钉墙及复合土钉墙支护

土钉墙支护是一个类似于重力式挡墙的支护结构，它由原位土体、排列密集的插筋和附着于坡面的喷射混凝土面层组成(见图1)。由于土钉与土体之间存在粘结力或摩擦力，形成了复合土体，土钉在土体发生变形时被动受拉以实现加固土体的目的。土钉支护结构在施工过程中可以与土方开挖平行作业，即边开挖边支护，使得工期得以缩短；此外，土钉支护结构使得土体的自承载能力得以充分发挥，四周的原位土体也成为了一部分支护结构，使得成本得以降低。土钉墙施工设备简单，噪声小，一般适用于杂填土、素填土、粉土、粘性土、非松散的砂土、碎石土等，不适用于饱和的软粘土地层，由于考虑到施工的难易程度，土钉支护也不适用于有较大粒径的卵石、碎石层。

复合土钉墙即为过去所谓的“联合支护”，也可以称为是一种改进型的土钉墙或者加强型的土钉墙，它是把土钉墙和其他的某种或某几种支护方案联合起来，形成一种复合的支护体系。复合土钉墙在很多时候，可以达到排桩或地下连续墙的支护效果，但施工工期较排桩或地下连续墙短的多、工程造价较排桩或地下连续墙低的多。所以，复合土钉墙方法在现代基坑工程中应用范围愈来愈广泛。

常见的支护形式有以下几种：

1)土钉墙+预应力锚杆；

2)土钉墙+止水帷幕；

3)土钉墙+微型桩；

4)土钉墙+止水帷幕+预应力锚杆；

5)土钉墙+微型桩+预应力锚杆；

6)土钉墙+搅拌桩+微型桩；

7)土钉墙+止水帷幕+微型桩+预应力锚杆。

1.3水泥土墙

水泥土墙是在基坑的外侧通过强制机械搅拌——通常采用深层搅拌法或者高压旋喷注浆的方法，将地基土与固化剂进行强制搅拌的数排相互搭接的桩体，形成水泥土壁墙或者水泥土格栅状墙，其具有一定的刚度、强度、整体性和稳定性(如图2所示)。

水泥土墙施工设备简单，施工材料单一，效果明显，施工时水泥土墙无振动、噪声极低、污染少且无侧向挤土，即使在城市闹市区也可以使用这种方法。水泥土墙同时具备挡土和止水的双重功能。水泥土墙支护结构一般坑内无支撑,便于机械化快速挖土和地下室施工，缩短工期。由于土层的物理力学性质指标、墙身的强度和均匀性以及墙体的深度和宽度决定了水泥土墙的侧向位移控制能力，并且水泥土桩适用于素填土、淤泥、淤泥质土和软塑～流塑状态的粘性土、粉土等软土地区，因此其位移一般较大。水泥土墙使用的基坑深度通常不大于7 m,目前，已有工程使用水泥土墙成功的支护了深度达10 m的基坑，但是在开挖4 m～6 m深的基坑时使用该方法更为经济合理。

1.4板桩支护

板桩支护最早使用的是木板桩，现在被广泛使用的是形形色色的钢板桩，偶尔也有使用钢筋混凝土板桩的。钢板桩可以使用钢板，也可以使用钢管，还可以是各种型钢以及在工厂里特别制作的专门的产品。板桩支护适用于素填土、粉土、除坚硬状态外的粉质粘土和粘土、砂土，对于厚度较小的淤泥和淤泥质土也可以使用，但不适用于坚硬土层和含有大颗粒的土层。板桩支护适用的基坑深度通常不大于7 m,而且要求附近不能有重要的建筑，也不能有市政设施。

1.5排桩

目前，基坑支护结构中应用最为广泛的支护形式之一就是排桩支护。排桩是以钻孔灌注桩、沉管灌注桩、人工挖孔桩、工字钢桩或H型钢桩等桩型按队列式间隔布置组成的挡土结构。具体工程中，应根据工程地质条件、水文地质条件和施工条件合理选择排桩的桩型。采用钻孔灌注桩时，桩径不宜小于600 mm；采用人工挖孔桩时，桩径不宜小于800 mm，并应在地下水位以上或采用人工降水。依据排桩受力情况和桩间土的稳定条件合理确定桩间距，通常取1.2倍～2.0倍的桩径，排桩桩顶应设置钢筋混凝土冠梁连接，冠梁宽度水平方向不宜与排桩桩径相同，冠梁高度竖直方向宜在0.5倍～0.8倍的排桩桩径之间，冠梁可按构造配筋。排桩与桩顶冠梁的混凝土强度等级不宜低于C20。

排桩支护施工简单、容易操作，施工设备投入小，具有施工时无振动、噪声小,对环境影响较小且无侧向挤土等优点，又由于排桩对各种地质条件具有较强的适应性，因此该支护方案在大中城市得以广泛应用，其开挖深度一般为7 m～15 m。若工程桩也为灌注桩，可进行同步施工，有利于缩短工期。根据结构形式的不同，排桩支护可分为悬臂式支护结构、锚杆式支护结构、内撑式支护结构和拉锚式支护结构。

1.6地下连续墙

地下连续墙是利用各种专门的挖槽机械，沿着基坑工程的周边轴线,借助于泥浆的护壁作用，按要求开挖出一个又窄又深的沟槽,清槽后，在槽孔内安放预先制作好的钢筋笼,再用导管法灌注水下混凝土，形成一个单元墙段，如此依次进行，形成一道连续的、具有挡水、截水、防渗、挡土、承重抗滑和防爆等功能的钢筋混凝土墙壁。地下连续墙支护结构刚度大，整体性好、抗渗性和耐久性强，用于深基坑支护时，变形较小，基坑周围地面沉降小，比其他的支护形式更容易保证周边建筑物的安全。在施工过程中振动小，无噪声，对相邻建筑物和地下设施影响小，土方量小，无需降水，施工速度快，对于各种复杂的工程地质条件、水文地质条件和施工环境条件均适用，可在建筑物密集区施工，建造不同深度(45 cm～120 cm)和形状的墙体。因此，在深基础工程和地铁工程中，地下连续墙支护结构应用得越来越广泛。

这种支护方式存在弃土及废弃泥浆的处理问题，与板桩、水泥土桩等相比，其造价较高，且施工机械设备价格昂贵，施工专业

化程度也比较高。

2支护结构的选型

综合上述分析，应综合考虑工程地质和水文地质条件、施工环境条件、各种基坑支护类型的特点及适用范围、基坑开挖深度、基坑的安全等级、施工设备及工程造价等因素，来确定基坑支护方案。常用的深基坑支护结构型式选择见表1。基坑支护既要确保坑壁稳定，施工安全；还要确保相邻建筑物、构筑物和地下设施的安全；便于施工；同时在满足这些要求的前提下，选择最经济合理的支护体系。

3结语

根据对基坑支护方法的分析，可以得出以下结论：

1)目前，常用的基坑支护方案有：不同的基坑支护方案有不同的适用条件。基坑支护方案的选择，应结合场地的工程地质、水文地质、施工环境条件等因素综合考虑。

2)基坑支护方案的选择应在满足技术要求的条件下，优先考虑经济因素并结合当地经验确定。

3)基坑放坡开挖、地下连续墙、板桩支护等支护方式由于受到施工环境条件、造价等方面的限制，应用正逐渐变少，土钉墙、排桩等支护方式由于经济合理，适用范围广而越来越受到大家的青睐。

参考文献：

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[5]史海莹.双排桩支护结构性状研究.杭州：浙江大学，2010.

The comparative research on foundation pit support method

Li Wanning

(HenanYubeiWaterConservancyReconnaissanceandDesignInstitute,Anyang455000,China)

Key words:foundation pit, support structure, soil nailing wall, group pile

Abstract:From the soil nail wall support, cement wall, sheet pile support, group pile, underground continuous wall and other aspects, this paper introduced the methods and types of foundation pit support, analyzed the safety level and applicable conditions of various support structure, helpful to the foundation pit engineering choose safety, economy, practical support structure types.

文章编号：1009-6825(2016)14-0072-02

收稿日期：2016-03-04

作者简介：李万宁(1979- )，男，工程师

中图分类号：TU463

文献标识码：A