城市综合体工程深基坑支护选型及分析

张一帆 吴恒拥 门 凡 董 杰

(1.武汉建工集团股份有限公司，湖北 武汉 430000；2.中交第二航务工程勘察设计院，湖北 武汉 430000；3.中建二局华北公司陕西分公司，陕西 西安 710000；4.武汉中建工程管理有限公司，湖北 武汉 430000)

随着建筑行业迅猛发展，大型高层、超高层建筑数量势如破竹般增加。随着很多高层建筑都设计了地下室，深基坑施工也成为一个必然，但由于在当前土地资源紧张、人口密集度高的城市中进行深基坑施工，会遇到许多阻碍，整个施工过程会涉及安全性能、经济性能和施工时间等因素，因此如何科学合理选择支护方法，提高地基稳定性，降低对周边环境影响等，一直是本行业研究热门话题。

城市综合体安全施工和基本品质，以及基坑支护类型选择有着较大联系，需要有关人员合理有效融合设计规划、地质构造等环节，充分研究基坑支护方式特点，运用合理、恰当的方式确保基坑施工安全，进而推动项目顺利开展。基坑支护施工过程中，需要重点关注施工安全性，这是施工的重难点部分，需要有关人员从全面角度选择好基坑支护类型，保证基坑开挖安全可行性[1]。

1 传统深基坑支护技术分析

1.1 排桩支护

基坑排土支护系指由呈队列间距排列的钢筋混凝土人工挖孔桩、开挖灌注桩、沉管灌注桩、打入式预应力管桩等所构成的挡土体系。

排桩支护的主要优点和适用范围：(1)对不同地质条件要求适应性强、建筑结构简单、容易运行且基础设施投资一般不会较大，排桩式支护是目前使用较多的一项技术；(2)排桩通常多用作坑深7m～15m地基上建筑施工，并制作成排桩防护挡墙，在顶部浇筑混凝土圈柱；(3)其结构强度较大，具有一定抗弯折能力且变化范围和程度较小；(4)施工过程中震动和产生的噪音较小，并且也没有出现挤土现象，对周围环境影响较小；(5)当建筑桩也是灌注桩时，可同时浇筑，这样便于施工组织、工期较短；(6)当施工影响最大深度内地下水位很高并存在较强透水层时，必须采取隔水措施或降水保护措施；(7)当建筑水深变化很大并对边坡变形要求较严格时，须结合锚拉体系以及支护体系使用[2]，如图1所示。

图1 排桩支护示意图

1.2 钢板桩支护

钢管桩支撑一般是在较深地基内，采用带锁口或钳口的热轧型钢订制而成的钢管桩，与这些型钢柱之间联接便构成了钢管桩墙体，如图2所示。

图2 钢板桩支护示意图

这种支护技术多用于超过5m的基坑工程。该种支护方法作业相对简单，且经济效益也较好，所以使用比较普遍。而钢板桩施工则主要分为钢板桩打设、桩孔处理、基坑开挖等流程。例如槽钢钢板桩就是地基支承构件钢板桩的一种，是用简单钢板桩围护外墙，通常由槽钢正面和反面扣搭接长度相同或并排组成，槽钢高度通常在6m～8m，在进入地下室时，当顶板超过地基高程时设一个拉锚或支承。这种桩抗折弯力较强，通常适用在深度不大于4m的地基上，但槽钢搭设时不牢固，也无法完全止水。该种桩施工较简单，且槽钢也可循环使用，具备持久性好、建筑施工简便、二次效率好和施工时间短等优势，但无法挡水和土中的微小粒子，在地下水位较高地方应采用隔水或降雨方法，抗弯性能较弱，支撑强度低，浇筑后变化大。

1.3 土钉墙支护

(1)概念。混凝土板墙支护，主要指用密实混凝土板群、经密封混凝土体、浇注混凝土基层，构成一种整体、稳定和牢固的挡土结构，从而更好应对从墙外所带来的其他作用力，更保障深基坑挖掘以及边坡的平稳安全性。

(2)优势。在开展基坑工程施工时，会出现一些维持一定垂直界限的临界点，并且如果该水域超过水的深度或者地基出现严重超载状况时，就会出现突然间损坏等状况，然而土钉墙技术则是通过在砼体侧安装一定直径和分布密度的土钉体，使之与砼体一起作用，以弥补混凝土体强度不足问题，使土体更加平稳。土钉墙支护要求土体自身承重力应使尽使，合理有效达到支护效果。该支护构造具有较好热柔特性，并且不断优化其抗震能力，具备较强延伸性。与此同时，其施工速度较快，施工比较便利，不需要再占用其他场地。优点：结构稳定安全、施工简单，且工期短、效果较好、经济效益好、尤其在土质较好区域，应该积极引进。劣势：土壤较差区域无法使用。

(3)施工技术重点。该类支护自身具有较强挡土性质，其施工方式最主要是以喷射水泥施工为主，同时不断挖掘和铺设钢筋。如图3所示。实施过程中，要始终保持混凝土板的可靠性以及平稳性，根据现实具体状况，精确计算和测量出混凝土板具体厚度以及牵引力大小。结合现场施工实际需要，对拉拔力进行研究。要想使基坑开挖方案和土钉墙支护方案能够更加契合，要求事先对基坑周围环境展开调查，对施工现场进行一定排查和分析，实时监控施工场地周围排水情况，降低地下水位等，防止出现管线破裂或其他意外事件发生。

图3 土钉墙支护示意图

1.4 地下连续墙支护

(1)含义。地下连续墙通过合理有效利用专门的机器设备，按照工程规划要求，沿施工场地周围进行挖掘，在泥浆护墙周边开展挖掘活动，以此产生笔直的濠沟段，把事先做好的钢筋直径笼装于槽段之中，再选择相应导管方法开展水下砼浇注工作，以此构建完备的单元墙段。如图4所示。依据成墙方式，合理有效将排桩式、槽板式、组合式进行区分，根据墙体应用，可区分为抗渗墙体、临时式挡土墙稳定性、长期挡土墙。

图4 地下连续墙支护

(2)优点。这种支护方法具有很大刚度，适合于各种地质需求，在实际施工之中造成地面振动幅度较小，并且不会产生较为强烈的噪声污染，对于施工周围环境影响较小，还可以对其进行进一步防范，避免地面下层震动以及移动，保证其环保性。另一方面，该支护方法能够减轻地面震动情况，也可以使噪声降到最小，确保了施工周围建筑不受影响。由于震动微弱，周围土体也得到了较好的保护，不会出现下沉和移动等现象，可谓环保首选支护方法。

(3)施工技术重点。地下连续墙体具有较多浇筑工艺，包含导墙浇筑、配制砂浆、施工槽段等，其中导墙浇筑为施工重点部分，现浇法和预先准备是当前较为主要施工技术。导墙结构需要使用现浇砼构件，抗拉强度等级应大于等于C20，距离厚度宜大于200mm，若选取双向配筋，距离宜小于200mm。传统深基坑支护手段对比见表1。

表1 传统深基坑支护手段对比

2 深基坑支护新技术及其应用要点

2.1 复合土钉墙

复合混凝土支护工艺，可按照对土壤特性、地基深度、对周围环境影响程度及其施工要求等加以灵活有机组合，适用性广泛，便于工程设计实施，能大大缩短建设周期，节约工程造价。随着研究内容与工艺方法的不断更新，对干冻土分布、湿陷型黄土、热膨胀土、盐渍土以及特殊土壤地区的应用研究也已深入开展。

综合式土钉墙支护方法，是在传统土钉墙施工技术基础上开发出来的一项工艺领先、便于施工、经济效益理想、整体性能优秀的深基坑支撑新型技术。该方法是将传统土钉墙一项或若干项支撑工艺以及止水工艺等进行有机组合，最终形成支撑系统，打破了传统土钉墙所无法使用的技术领域，并且延续了传统土钉墙诸多优势。主要由土钉、外部预应力锚索、微型桩、止水帷幕、挂网喷射砼面层、原位混凝土体等要素组成，适合于粘土、粉质粘土、粉土、砂土、破碎岩石、全风蚀和强烈风化作用岩石，因此受到工程设计单位和施工单位一致好评。

2.2 预制地下连续墙

地下连墙技术所具备的诸多优势促使其在我国获得了普遍运用，但传统地下连墙技术仍然面临不少困难，如在某些特定地质条件下，由于施工技术难度较高、建筑施工技术不当或建筑地质环境条件特殊等，会产生墙段错缝、渗漏，以及废弃水泥，对周围环境造成危害。但相对而言，预制装配式地下连墙技术则具备了传统地下连墙技术所缺乏的许多优点，如在预制后可以通过不同结构方法来提高和增强地下连墙承载力的均匀度，进而使墙体质量可以得以进一步提高等。连墙体稳定性较高，防渗能力好，施工效率较高，且能够很好适应未来绿色施工发展趋势。后张法预应力地下连续墙在减少围护墙体自身变化和维护周边环境上，效益远远好于传统地下连续墙体和前张法预应力地下连续墙体，同时由于墙体厚度可以更薄，承载重量也较小，因此可以显著降低水泥使用，从而减少开挖时间，进而降低工程造价。

2.3 内支撑和锚杆

(1)含义。深基坑支撑构造主要类型有内支撑和锚杆，两种类型都能达到刚度较强、移动少、基坑形变程度小等效果，使基坑施工更加安全合理。施工环境变化是不可控的，为了减轻该方面对基坑施工带来的影响，在施工前一定要做好勘察和分析工作，掌握第一手地质信息，避免施工现场出现坍塌现象。

(2)优势。支挡式挡土结构其核心组成部分便是内支撑，受拉杆一端依靠锚杆支护稳定固定于地层中，另一端与其城市施工工程构筑物连接，维持所使用地层中锚杆的稳固，构筑物以及岩土现实使用平稳性。施工时，可以利用锚杆代替钢筋混凝土支撑，达到节约材料目的，对于城市综合体这种可使用面积大、支撑布设较难的施工情况而言，这种方法优势更加明显。

(3)施工技术重点。锚杆实际抗拔力可通过试验确定，保障其施工安全性。上述支护形式对深度较大基坑应用成效较佳，可有效规避墙体形变风险[3]。

锚杆极限抗拔承载力计算公式如下。

其中：Kt代表的是锚杆抗拔的安全系数。其安全等级分为1、2、3三个等级，其对应安全系数应分别不小于1.8、1.6、1.4。Nk代表的是锚杆轴向拉力的标准值，其单位为kN。Rk代表的是锚杆极限抗拔承载力的标准值，其单位为kN。

3 结 语

深基坑围护工程方法选择至关重要，由于各种围护施工方法在时间、费用和施工便利性上差别较大，因此怎样在保证地基稳定情况下，同时增加经济性和施工便利性，一直是基坑工程保护设计与施工中研究的重点课题，要综合环境、成本、施工难度等进行考虑。