基坑支護結構設計類型的選用分析

摘要： 本文分析了幾種類型基坑支護結構在工程應用中的特點及其最佳適用范圍，論述了基坑支護結構設計的要點。

關鍵詞： 基坑工程 支護體系 適用范圍 控制變形

我國大量的深基坑工程始于20世紀80年代，由于城市高層建筑的迅速發展，地下停車場、高層建筑埋深、人防等各種需要，高層建筑需要建設一定的地下室。近幾年，由于城市地鐵工程的迅速發展，地鐵車站、局部區間明挖等也涉及大量的基坑工程，在雙線交叉的地鐵車站，基坑深達20-30m。水利、電力也存在著地下廠房、地下泵房的基坑開挖問題［１－２］。

無論是高層建筑還是地鐵的深基坑工程，由于都是在城市中進行開挖，基坑周圍通常存在交通要道、已建建筑或管線等各種構筑物，這就涉及基坑開挖的一個很重要內容：要保護其周邊構筑物的安全使用。而一般的基坑支護大多又是臨時結構，投資太大也易造成浪費，但支護結構不安全又勢必會造成工程事故。因此，如何安全、合理地選擇合適的支護結構并根據基坑工程的特點進行科學的設計是基坑工程要解決的主要內容。以下就當前基坑工程中常見的支護結構類型及不同地基土條件下的基坑工程支護結構選型原則做一些討論。

1.基坑支護的類型及其特點和適用范圍

1.1放坡開挖

適用于周圍場地開闊，周圍無重要建筑物，位移控制無嚴格要求，較經濟，但要求施工場地足夠大，土層良好，且地下水位在基地以下。

1.2深層攪拌水泥土圍護墻

深層攪拌水泥土圍護墻是采用深層攪拌機就地將土和輸入的水泥漿強行攪拌，形成連續搭接的水泥土柱狀加固體擋墻。水泥土圍護墻優點：由于一般坑內無支撐，便于機械化快速挖土；具有擋土、止水的雙重功能；一般情況下較經濟；施工中無振動、無噪音、污染少、擠土輕微，因此在鬧市區內施工更顯出優越性。水泥土圍護墻的缺點：首先是位移相對較大，尤其在基坑長度大時，為此可采取中間加墩、起拱等措施以限制過大的位移；其次是厚度較大，只有在紅線位置和周圍環境允許時才能采用，而且在水泥土攪拌樁施工時要注意防止影響周圍環境。

1.3高壓旋噴樁

高壓旋噴樁所用的材料亦為水泥漿，它是利用高壓經過旋轉的噴嘴將水泥漿噴入土層與土體混合形成水泥土加固體，相互搭接形成排樁，用來擋土和止水。高壓旋噴樁的施工費用要高于深層攪拌水泥土樁，但其施工設備結構緊湊、體積小、機動性強、占地少，并且施工機具的振動很小，噪音也較低，不會對周圍建筑物帶來振動的影響和產生噪音等公害，它可用于空間較小處。但施工中有大量泥漿排出，容易引起污染。對于地下水流速過大的地層、無填充物的巖溶地段永凍土和對水泥有嚴重腐蝕的土質，由于噴射的漿液無法在注漿管周圍凝固，均不宜采用該法。

1.4槽鋼鋼板樁

這是一種簡易的鋼板樁圍護墻，由槽鋼正反扣搭接或并排組成。槽鋼長6—8m，型號由計算確定。其特點為：槽鋼具有良好的耐久性，基坑施工完畢回填土后可將槽鋼拔出回收再次使用；施工方便，工期短；不能擋水和土中的細小顆粒，在地下水位高的地區需采取隔水或降水措施；抗彎能力較弱，多用于深度不大于4m的較淺基坑或溝槽，頂部宜設置一道支撐或拉錨；支護剛度小，開挖后變形較大。

1.5鋼筋混凝土板樁

鋼筋混凝土板樁具有施工簡單、現場作業周期短等特點，曾在基坑中廣泛應用，但由于鋼筋混凝土板樁的施打一般采用錘擊方法，振動與噪音大，同時沉樁過程中擠土也較為嚴重，在城市工程中受到一定限制。此外，其制作一般在工廠預制，再運至工地，成本較灌注樁等略高。但由于其截面形狀及配筋對板樁受力較為合理并且可根據需要設計，目前已可制作厚度較大（如厚度達500mm以上）的板樁，并有液壓靜力沉樁設備，故在基坑工程中仍是支護板墻的一種使用形式。

1.6鉆孔灌注樁

鉆孔灌注樁圍護墻是排樁式中應用最多的一種，在我國得到廣泛的應用。其多用于坑深7—15m的基坑工程，在我國北方土質較好地區已有8—9m的臂樁圍護墻。鉆孔灌注樁支護墻體的特點有：施工時無振動、無噪音等環境公害，無擠土現象，對周圍環境影響?。粔ι韽姸雀?，剛度大，支護穩定性好，變形?。划敼こ虡兑矠楣嘧稌r，可以同步施工，從而施工有利于組織、方便、工期短；樁間縫隙易造成水土流失，特別時在高水位軟粘土質地區，需根據工程條件采取注漿、水泥攪拌樁、旋噴樁等施工措施以解決擋水問題；適用于軟粘土質和砂土地區，但是在砂礫層和卵石中施工困難，應該慎用；樁與樁之間主要通過樁頂冠梁和圍檁連成整體，因而相對整體性較差，在重要地區、特殊工程及開挖深度很大的基坑中應用時需要特別慎重。

1.7地下連續墻

通常連續墻的厚度為600mm、800mm、1000mm，也有厚達1200mm的，但較少使用。地下連續墻剛度大，止水效果好，是支護結構中最強的支護型式，適用于地質條件差和復雜，基坑深度大，周邊環境要求較高的基坑，但是造價較高，施工要求專用設備。

1.8土釘墻

土釘墻是一種邊坡穩定式的支護，其作用與被動的具備擋土作用的上述圍護墻不同，它是起主動嵌固作用，增加邊坡的穩定性，使基坑開挖后坡面保持穩定。土釘墻主要用于土質較好地區，我國華北和華東北部一帶應用較多，目前我國南方地區亦有應用，有的已用于坑深10m以上的基坑，穩定可靠、施工簡便，且工期短、效果較好、經濟性好，在土質較好地區應積極推廣。

2.基坑支護結構設計的要點

基坑支護型式的合理選擇是基坑支護設計的的首要工作，應根據地質條件、周邊環境的要求及不同支護型式的特點、造價等綜合確定。一般當地質條件較好，周邊環境要求較寬松時，可以采用柔性支護，如土釘墻等；當周邊環境要求高時，應采用較剛性的支護型式，以控制水平位移，如排樁或地下連續墻等。同樣，對于支撐的型式，當周邊環境要求較高地質條件較差時，采用錨桿容易造成周邊土體的擾動并影響周邊環境的安全，應采用內支撐型式較好；當地質條件特別差，基坑深度較深，周邊環境要求較高時，可采用地下連續墻加逆作法這種最強的支護型式。選用基坑支護的型式最重要的原則是要保證周邊環境的安全。

基坑支護作為一個結構體系，應要滿足穩定和變形的要求，即通常規范所說的兩種極限狀態的要求，即承載能力極限狀態和正常使用極限狀態。所謂承載能力極限狀態，對基坑支護來說就是支護結構破壞、傾倒、滑動或周邊環境的破壞，出現較大范圍的失穩。一般的設計要求是不允許支護結構出現這種極限狀態的。而正常使用極限狀態則是指支護結構的變形或是由于開挖引起周邊土體產生的變形過大，影響正常使用，但未造成結構的失穩［３］。

因此，基坑支護設計相對于承載力極限狀態要有足夠的安全系數，不致使支護產生失穩，而在保證不出現失穩的條件下，還要控制位移量，不致影響周邊建筑物的安全使用。因而，作為設計的計算理論，不但要能計算支護結構的穩定問題，還應計算其變形，并根據周邊環境條件，控制變形在一定的范圍內。

一般的支護結構位移控制以水平位移為主，主要是水平位移較直觀，易于監測。水平位移控制與周邊環境的要求有關，這就是通常規范中所謂的基坑安全等級的劃分，對于基坑周邊有較重要的構筑物需要保護的，則應控制小變形，此即為通常的一級基坑的位移要求；對于周邊空曠，無構筑物需保護的，則位移量可大一些，理論上只要保證穩定即可，此即為通常所說的三級基坑的位移要求；介于一級和三級之間的，則為二級基坑的位移要求。

對于一級基坑的最大水平位移，一般宜不大于30mm，對于較深的基坑，應小于0.3％H（H為基坑開挖深度）。對于一般的基坑，其最大水平位移也宜不大于50mm。一般最大水平位移在30mm內地面不致有明顯的裂縫，當最大水平位移在40-50mm內會有可見的地面裂縫，因此，一般的基坑最大水平位移應控制不大于50mm為宜，否則會產生較明顯的地面裂縫和沉降，感觀上會產生不安全的感覺［４］。

一般較剛性的支護結構，如擋土樁、連續墻加內支撐體系，其位移較小，可控制在30mm之內，對于土釘支護，地質條件較好，且采用超前支護、預應力錨桿等加強措施后可控制較小位移外，一般會大于30mm。

3.結論

基坑支護是一種特殊的結構方式，具有很多的功能。不同的支護結構適應于不同的水文地質條件，因此，要根據具體問題，具體分析，從而選擇經濟適用的支護結構。隨著我國城鄉建設的發展，人民生活水平的不斷提高，對城市的防洪要求也不斷提高，舊城區原有的排水系統已經不能適應新要求，因此，要對舊城區的排水系統進行改造。而舊城區的地下管線錯綜復雜，街道兩旁的建筑物基礎結構參差不齊，為了防止基坑開挖的塌方，減少對周圍建筑物的破壞，對不同城市地形、地質特點可以采用不同的施工方法。

參考文獻：

［1］仲崇梅.深基坑組合支護結構設計及應用研究［D］.西安：西安建筑科技大學，2005.

［2］劉建航，侯學淵.基坑工程手冊［M］.北京：中國建筑工業出版社，1997，836-855.

［3］龔曉南，高有潮.基坑工程設計施工手冊［M］.北京：中國建筑工業出版社，1998，3-11.