深基坑支护技术的发展现状和展望

深基坑支护技术的发展现状和展望

摘要：随着高层建筑结构、地下铁道、地铁等地下建筑工程的不断发展，深基坑支护越来越成为难题，本文讲述了基坑支护技术的发展，归纳了深基坑支护的不同类型，提出了我国在现今深基坑支护理论研究和工程实践中碰到的一些主要问题。

关键词：深基坑支护发展现状新技术

1 引言

深基坑支护技术是基础和地下工程施工中一个综合性的工程难题，涉及地质工程、工程结构、施工工艺、水文地质和施工管理，对改造开发大型地下空间具有很重要的意义，如高层建筑多层地下室、地铁、隧道、地下室停车场、地下变电站、地下仓库等工业和民用建筑。随着城市居住空间的发展，对基坑工程的要求越来越高，出现的问题也越来越多，促使工程技术人员必须以新的眼光去研究这一学科。

2 深基坑支护结构类型

深基坑指的是超过5m的开挖深度的基坑。如果开挖深度没有超过5m，但是地质条件、地下管线情况和工程周边环境比较复杂的工程，也可归到深基坑工程中。

深基坑工程中的支护结构的形式一般有两种：分别为围护墙结合内支撑的被动支护形式，还有围护墙结合拉锚的主动支护形式。

内支撑系统有竖向支撑和水平支撑两个部分组成，其特点是软土地区基坑面积大、开挖深度深，对周围环境影响较小，不会占用该深基坑以外的的地下空间，整体基坑支护结构的强度高、刚度大、变形控制好。

拉锚支护是主动支护形式，是将受拉杆件的锚固端固定在稳定的土层中，利用地层的本身锚固力以维持构筑物的稳定，可以对岩土体进行主动的加固，以控制变形，防止坍塌。

近年来，为了达到国家对环保、节能和低碳建设的要求，应逐渐减少使用钻

孔灌注桩、钢筋混凝土支撑结构、地下钢筋混凝土连续墙等造价高、环境影响较大的工艺，而发展低碳环保的支护方式，如采用型钢支撑、SMW工法以及桩锚支护结构等。

3 基坑支护的主要先进技术及其应用

3.1 水泥土搅拌桩和SMW工法

水泥土搅拌桩是指利用一种特殊的搅拌头或钻头，在钻探到一定深度之后，喷射固定剂到土体中，强行拌合，将地基土和固定剂融合成加固桩体。

SMW工法（soil mixed wall），就是型钢水泥搅拌墙，是一种连续套接的三轴水泥土搅拌桩内插入型钢形成的复合挡土隔水结构。在完成地下室结构施工后，为实现回收再利用，可拔出水泥土搅拌桩中的型钢。SMW工法可以充分发挥水泥土混合体和型钢的力学特性，经济合理、隔水性能强、对周围环境的影响也较小。在深基坑达到30m甚至超过30m的情况下，水泥土搅拌桩施工的需求在不断加大。

3.2 旋喷搅拌加劲桩的支护技术

旋喷搅拌加劲桩是用旋喷钻机从一定的角度打孔入土体中，从旋喷机中喷射高压水泥浆，使土体和水泥浆固定剂充分混合在一起，并从钻机头处插入钢绞线到混合物中，凝固之后形成具有强度的水泥土锚固体，这就是旋喷搅拌加劲桩。在旋喷搅拌加劲桩一端连接支护结构，另一端锚固在土体中，将支护结构承受的侧向荷载通过水泥土锚固体传递到稳固土体中，已达成抗剪强度与外力的平衡。

旋喷搅拌加劲桩解决了松散软土施工中的管涌、缩径和渗流的问题，以及软弱土层中不能施工锚杆的问题。旋喷搅拌加劲桩支护结构有就地取材、节约建材的特点，即少量的水泥砂浆即可跟搅拌土体混合并形成加劲桩体，复合锚固在土体中，比灌注桩等工艺节省大量水泥材料，减少生态破坏。

3.3 预应力鱼腹梁钢结构支撑技术

预应力鱼腹梁装配式钢支撑支护系统，是基于预应力原理设计出的一种先进的软土深基坑支护内支撑结构，简称IPS。

预应力鱼腹梁装配式钢支撑支护系统的施工流程是，在进行土方开挖后，开槽施工牛腿、托座和支撑梁后，安装第一道工具式支撑，进行预应力施加，继续土方开挖，进行第二道支撑和预应力施加，直至坑底，浇筑混凝土垫层，底板和侧墙，当地下室结构强度达到设计强度，再进行逐层回收工具式支撑。

IPS支护结构的破坏模式为延性破坏，对传统的脆性破坏模式有很大优势。

该支护结构还有如下几个特点：

一是传统内支撑造价高，而该结构因为大大减少了立柱和支撑数量，所以支护成本和施工成本降低30%以上；二是该支护系统安装、拆除、挖土及地下室施工工期缩短40%以上；三是形成开阔的施工空间；四是提高了支撑安装的效率，支护系统构建还可以重复利用，符合国家节能减排的政策；五是结构安全性和可靠性高，沉降控制好。

4 国内深基坑支护技术研究和工程实际中存在的问题

4.1 基坑支护结构的设计问题

深基坑支护结构的设计计算是基于极限平衡理论建立的，这是一种静态设计，但在工程实际当中基坑开挖是一个松弛过程、动态平衡过程，就是说随着时间的推移，基坑土强度会下降，变形逐渐加大。实际的工程中，有的基坑工程在极限平衡理论计算下达到设计要求，取了较大的安全系数，但是发生破坏，而有些工程取得安全系数很小，还达不到规范要求，但却没有发生事故。所以设计中的变形和时间效应不可以忽略，否则会有很大的安全隐患。

4.2 基坑的土压力计算问题

基坑支护结构计算的关键在于土压力计算，但精确计算土压力是一个研究难题。目前进行土压力计算的基本公式为库伦和朗肯公式。库伦和朗肯土压力计算公式存在以下问题：一是库伦和朗肯土压力理论是针对平面挡土墙问题建立的，但基坑支护工程实际上涉及空间结构，不能简单地考虑为平面问题。二是库伦和朗肯公式是基于极限平衡理论的，但实际工程中往往为位移控制。基坑支护结构实际土压力不是完全的静止、被动或主动土压力，而是处于两两之间，难以用库伦和朗肯土压力公式直接计算结果。

4.3 基坑的变形控制问题

城市建设不断加深，新型城镇化理念深入人心，工程建设的工艺要求越来越高。深基坑工程往往在建筑密度较大的城市中心或生命线密集的地方进行，而为了防止基坑周边的建筑物和地下管线等设施收到影响，甚至破坏，基坑的变形控制要收到重视。

4.4 地下水控制设计问题

基坑工程的开挖会到达地下水平线下，通常有降水和截水两种方式。基坑工程的降水问题往往会出现渗漏和管涌问题，从而使施工进度延缓，施工难度加大，工程造价增加，所以地下水控制也是基坑支护工程的重要环节。