基坑支护方法的研究

基坑支护方法的研究进展

摘要：本文简要的阐述基坑工程的发展进程及其特点，详细说明各种基坑支护方法，阐明现阶段基坑支护方法的研究进展。并指出基坑工程的发展趋势。

关键词：基坑工程支护方法研究进展

1 前言

20 世纪80 年代以来，随着城市化建设的不断发展，对开发和利用城市三维空间的要求越来越迫切，高层建筑的发展在数量和高度方面都达到了空前的规模。伴随着高层建筑的发展，多层地下室也不断涌现。目前国内最深的高层建筑地下室基坑为 6 层，深度-26.2m ，国外已达13 层。其他类型地下空间的开发和利用也逐渐受到人们重视。地铁、地下车站、地下停车场、地下商场以及地下民防工事、多种地下民用和公用设施等越来越多。城市地下工程的发展，导致基坑向大深度、大面积方向发展成为必然趋势。基坑工程是一个古老而又倍受关注的课题，同时又是一个技术复杂、综合性很强的岩土工程难题，基坑开挖和支护技术涉及工程地质勘察、水文地质条件、场地环境、支护设计方案、计算参数选取以及施工操作等很多方面。因此工程事故仍时有发生，基坑工程问题己成为当今工程界的热点、难点和重点问题之一。

2 基坑工程的特点

基坑支护结构的设计、施工是一个古老的传统课题，同时又是一个综合性的岩土工程难题。它既涉及土力学中的典型的强度与稳定问题，又包含了变形问题，同时还涉及到土与支护结构的共同作用的问题。其主要特点如下：

(1)基坑工程是临时结构，安全储备小，风险大

由于基坑工程技术复杂，涉及范围广，事故频繁，因此在施工过程中应进行监测，并应具备应急措施。基坑工程造价较高，但作为临时性工程，业主一般不愿多投入资金，一旦出现事故，造成的经济损失和社会影响往往十分严重。同时，由于基坑工程旌工周期长，从开挖到完成地面以下的全部隐蔽工程，常常经历多次降雨、周边堆载、振动等许多不利条件，安全度的随机性较大，事故的发生往往具有突发性。据有关资料统计，基坑工程事故的发生率一般约占基坑工程数量的20％左右，有的城市甚至占30％左右”，故其风险也较大。

(2)基坑工程具有很强的区域性岩土工程区域性强，岩土工程中的基坑工程，区域性更强。如黄土地基、砂土地基、软粘土地基等工程地质和水文地质条件不同的地基中，基坑工程差异性很大，即使是同一城市不同区域也有差异。由于岩土性质千变万化，而其地质埋藏条件和水文地质条件极其复杂，往往造成勘察所得到的数据离散性很大，精确度低，难以代表土层的总体情况。因此，基坑开挖要因地制宜，具体问题应具体分析，不能简单地完全照抄照搬经验。

(3)基坑工程具有很强的个性

基坑工程不仅与当地的工程地质条件和水文地质条件有关，还与基坑相邻建筑物、构筑物及市政地下管网的位置、抵御变形的能力、重要性以及周围场地条件有关。因此，对基坑工程安全等级进

行分类、对支护结构允许变形规定统一的标准是非常困难的，应结合施工场地实际情况具体问题具体分析。

(4)基坑工程具有很强的综合性基坑工程涉及土力学中强度、变形和整体稳定、渗流等基本课

题，往往需要综合处理。

有的基坑工程土压力引起支护结构的稳定性问题是主要矛盾，有的土中渗流引起土体破坏是主要矛盾，有的基坑周围地面变形是主要矛盾。基坑工程的区域性和个性强也表现在这一方面。同时，基坑工程是岩土工程、结构工程及施工技术相互交叉的学科，是多种复杂因素相互影响的系统工程，是理论上尚待发展的综合性学科。

(5)基坑工程具有较强的时空效应基坑的深度和平面形状，对基坑的稳定性和变形有较大影响。在基坑设计中，需要注意基坑工程的空间效应。软土土体，特别是软粘土，具有较强的蠕变性。作用在支护结构上的土压力随时间变化，蠕变将使土体强度降低，使土坡稳定性减小，故基坑开挖时应注意其时空效应。

(6)基坑工程具有较强的环境效应

基坑工程的开挖，必将引起周围地基中地下水位变化和应力场的改变，导致周围地基土体的变形，对相邻建筑物、构筑物及市政地下管线产生影响，严重的将危及相邻建筑物、构筑物及市政地下管网的安全与正常使用。施工过程中还会产生噪声和浮尘，土方及材料运输会干扰交通，对周围环境和居民生活都有较大影响。

3 基坑支护方法的研究进展

基坑支护包括两个主要的功能：一是挡土，二是止水。目前工程所采用的支护结构型式多样，通常可分为桩(墙)式支护体系和重力式支护体系两大类；根据不同的工程类型和具体情况这两类又可派生出各种支护结构型式，且其分类方法也有多种。因为支护结构分挡土(挡水)及支撑拉结两部分，而挡土部分因地质水文情况不同又分透水部分及止水部分。常见的支护类型有以下几种：

(1) 深层搅拌水泥土围护墙深层搅拌水泥土围护墙是采用深层搅拌机就地将土和输入的水泥浆

(粉)强行搅拌，成连续搭接的水泥土柱状加固体挡墙。按照施工方法有湿法与干法之分。湿法即输入的水泥浆，将水泥浆与土强行搅拌，应用较多；干法即输入的是水泥粉，亦称粉喷桩，即干水泥粉与土搅拌，目前应用较少。

水泥土加固体的渗透系数一般不大于10〜7cm/s,能止水防渗，因此水泥土围护墙属

重力式挡墙，利用其本身的重量和刚度，来进行挡土和防渗，具有双重作用。

水泥土围护墙截面呈格栅形, 相邻桩搭接长度不小于200mm ,截面置换率通常为0.6〜

0.8。墙体宽度和插入深度h，应根据坑深、土层分布及其物理力学性能、周围环境条件、地面荷载等计算确定。

水泥土围护墙的优点：由于一般坑内无支撑，便于机械化快速挖土：具有挡土、止水双重功能；一般情况下较经济。其缺点首先是位移相对较大，尤其在基坑长度较大时。为此可采取中间加墩、起拱等措施以限制过大的位移；其次是厚度较大，只有在红线位置和周围环境允许时才能采用，而且在水泥土搅拌桩施工时要注意防止影响周围环境。

一般情况下，当基坑属于二、三级基坑，基坑深h w 7m，当坑边至红线间有足够的距离时，往往应优先考虑采水泥土围护墙。

（2）排桩支护

基坑开挖时，对于不能放坡或由于场地限制不能采用搅拌桩支护，开挖深度在6〜10m

左右时，即可采用排桩支护。排桩支护是指柱列式间隔布置钢筋混凝土挖孔、钻（冲）孔灌注桩或PHC 管桩作为主要挡土结构的一种支护形式。柱列式间隔布置包括桩与桩之间有一定净距的疏排布置形式和桩与桩相切的密排布置形式。柱列式灌注桩作为挡土围护结构有很好的刚度，但各桩之间的联系差必须在桩顶浇注较大截面的钢筋混凝土帽梁加以可靠联接。为了防止地下水并夹带土体颗粒从桩间孔隙流入（渗入）坑内，应同时在桩问或桩背采用高压注浆，设置深层搅拌桩、旋喷桩等措施，或在桩后专门构筑防水帷幕。灌注桩施工简便，可用机械钻（冲）孔或人工挖孔，施工中不需要大型机械，且无打入桩的噪声、振动和挤压周围土体带来的危害，成本较地下连续墙低；PHC 管桩与灌注桩比较施工简便，工期短，不产生泥浆污染，但会产生较大的噪音，会产生挤土效应，一般应用于场地开阔、周边环境对挤土效应不敏感的工程。同时，排桩桩围护结构在建筑主体结构外墙设计时也可视为外墙中的一部分参与受力（承受侧压），这时在桩与主体之间通常不设拉结筋，并用防水层隔开。

排桩支护可分为悬臂式和支锚式，而支锚式又分单点支锚和多点支锚。大多数情况下，悬臂式柱列桩适用于三级基坑，支锚式柱列桩适合于一、二级基坑工程．一般来说，当基坑深h=8m〜14 m，周围环境要求不十分严格时，多考虑采用排桩支护。柱列式排桩的工作比较可靠，但要重视帽梁的整体拉结作用，在基坑边角处，帽梁应连续交圈当要求灌注桩围护结构起到抗水防渗作用时，必须做好桩间和桩背的深层防水搅拌桩或旋喷桩。当周围环境保护要求严格时，为减少排桩的变形，在软土地区有时对基坑底沿灌注桩周边或部分区域，用水泥搅拌桩或注浆进行被动区加固，以提高被动区的抗力，减少支护结构的变形。

（3）钢板桩支护

①槽钢钢板桩

这是一种简易的钢板桩围护墙，由槽钢正反扣搭接成并排组成。槽钢长6〜8m，型号

由计算确定。打入地下后顶部近地面处设一道拉锚或支撑。由于其截面抗弯能力弱，一般用于深度不超过4m 的基坑。由于搭接处不严密，一般不能完全止水，如地下水位高，需要时可用轻型井点降低地下水位。一般只用于一些小型工程。其优点是材料来源广，施工简便，可以重复使用。

②热轧锁口钢板桩

热轧锁口钢板桩的形式有U 型、L 型、一字型、H 型和组合型。建筑工程中常用前两种，基坑深度较大时才用后两种。近年来由于轧钢技术的发展，生产了一些宽度和高度较大的钢板桩，钢板桩的效率（截面模量／重量）大为提高，还有些采用了高强钢板代替传统的低碳钢，使其用途扩大。钢板桩由于一次性投资大，施工中多为租用，用后拔出归还。

钢板桩的优点是材料质量可靠，在软土地区打桩方便，施工速度快而且简便；有一定的挡水能力（小趾口者挡水能力更好）；可多次重复使用；一般费用较低。其缺点是一般的钢板桩刚度不够大，