工程建筑深基坑支護技術研究

摘要：深基坑支護技術是為了保證深基坑周邊環境的安全及地下結構施工安全，對深基坑側壁所采取的保護、支擋及加固等技術措施。深基坑支護結構的合理選型及支護技術的有效應用，對于整個建筑工程項目的安全性與經濟性都有重要影響。文章結合工作實際，從深基坑支護工程的特點出發，對工程建筑深基坑支護技術的具體應用進行了研究。

關鍵詞：工程建筑；深基坑支護技術；地下結構；土釘墻支護技術；SMW工法 文獻標識碼：A

中圖分類號：TU74 文章編號：1009-2374（2015）34-0093-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.34.048

近年來，隨著我國經濟發展和城市建設進程的日益加快，建筑工程項目正逐漸向著規模大型化、高層化方向發展，而基坑的開挖深度也逐漸增加。目前，許多高層建筑的基坑深度已大于10m，個別基坑深度甚至達到了30m以上。為此，必須采取科學、合理的深基坑支護技術，以確保地下結構的施工安全，并實現對施工過程中土體變形的有效控制。

1 深基坑支護工程的特點

1.1 風險性較大

深基坑支護工程多為臨時性工程，具有較高的風險性和事故發生率。這一方面是由于深基坑工程的施工周期較長，基坑開挖、基坑施工等工序多為隱蔽工程，并往往伴隨有降雨、工程振動、周邊堆載等不利條件，導致安全性較差；另一方面則是由于深基坑支護工程的造價相對偏高，部分建設單位不愿意投入過多資金，導致施工中安全儲備較小，因此必須采取科學、經濟、合理的深基坑支護技術，以切實保證工程安全。

1.2 技術要求高

深基坑支護工程是結合了巖土工程技術、結構工程技術以及施工技術為一體的交叉性學科，并容易受到多種外在因素的影響，在設計與施工過程中對技術的要求都較高。而且，深基坑支護工程往往需要涉及到土體變形控制、穩定控制及滲流控制這三方面問題，對于這三方面的技術難題，需要進行綜合性處理才能加以解決。

1.3 質量要求高

深基坑支護工程往往具有很高的質量要求以及較為緊湊的工期要求。無論是保證地下結構安全，或者是保證基坑周邊環境安全，都要求高質量的深基坑支護工程。而且部分深基坑支護結構還是地下永久結構的一部分，這也要求工程必須具備高質量。

2 深基坑支護技術的主要類型及合理選型

2.1 深基坑支護技術的主要類型

隨著近年來深基坑工程在施工安全性、施工經濟性、施工工期等方面要求的提高以及基坑支護技術的不斷發展，在實際工程中所應用的支護技術類型也越來越多。目前已知的常用支護技術已多達幾十種，例如地下連續墻、土釘墻、攪拌樁、逆作拱墻、旋噴樁、鋼板樁、SMW工法等。這些基坑支護技術既可以單獨使用，也可以搭配在一起共同使用。根據其受力特點和工作原理，深基坑支護技術主要可劃分為排樁式支護技術（地下連續墻、鋼板樁、加筋水泥墻等）、邊坡穩定式支護技術（錨噴支護、土釘墻支護等）、水泥土墻式支護技術（高壓旋噴樁、水泥攪拌樁等）三類。

2.2 深基坑支護技術的合理選型

（1）深基坑支護技術的合理選擇，應綜合考慮到基坑周邊環境、土體性質、基坑形狀、開挖深度、施工條件、安全等級等多方面因素。既可以選擇一種支護技術，也可以2～3種支護技術結合使用，尤其應當注意透水性支護與止水性支護的選擇。對于基坑地下水位較高或者土體含水豐富的地層，則應當優先選擇透水性支護，其余條件則應當優先選擇止水性支護。（2）深基坑支護技術的合理選擇，還應當結合施工的經濟性、技術性與安全性這三方面因素。在經濟性上，要求基坑支護工程能因地制宜、就地取材，并將支護工程盡量與地下永久性工程相結合；在技術性方面，要求應技術先進，通過合理設計、精心施工，以保證支護結構受力可靠、結構安全；在安全性方面，要求基坑支護結構能保證地下工程的施工安全，保證基坑邊坡的穩定而不對周圍環境帶來破壞。在本文中，主要選取了工程建筑常用深基坑支護技術——土釘墻和SMW工法這兩種支護技術的特點、工作原理、適用范圍、設計要點以及施工技術等方面的具體應用進行了分析與探討。

3 土釘墻支護技術的具體應用

3.1 工作原理及技術要點

土釘墻支護技術是一種原位土體加固技術，是由設置在土體中的土釘、原位土體以及噴射混凝土面層共同組成的支護結構。其工作原理是由土釘、面墻和原位土體共同作用，以形成具有約束機制的復合體形態，不僅能提高基坑邊坡土體的抗變形能力與土體結構強度，而且能減小邊坡土體的側向變形度，增強邊坡的整體穩定性。土釘墻支護技術最初產生于20世紀70年代，進入21世紀以來，該項技術在我國深基坑工程中得到了廣泛的普及與應用，其基坑應用深度已突破了20m。其技術特點有：（1）施工快捷，周圍環境影響小。由于土釘墻支護多采用的是逐段開挖，對基坑邊坡的擾動性較小，且施工方便、快捷，施工過程中產生的噪音與振動也很小，對基坑周邊環境的影響較小。（2）施工設備簡單，占用場地小。施工中所采用的噴射混凝土設備與鉆進挖掘設備，多采用的是小型設備，其機動性強，應用簡單靈活。且土釘墻支護在施工過程中無需另外單獨占用場地，對于施工場地狹小、放坡困難的基坑工程，有著明顯的施工優勢。（3）經濟性好。據工程實踐證明，土釘墻支護施工與常見的排樁法支護、鋼板樁支護相比，能節省工程投資約20%～40%，且對工程周圍環境的污染小，具有良好的經濟效益與環境效益。

3.2 適用范圍

土釘墻支護的基坑側壁安全等級，適宜為二、三級的非軟土場地。它通常用于深度在15m以上的深基坑工程當中，常見深度為6～12m，常見斜坡坡度為70°～90°。土釘墻支護較為適宜于具有一定黏結性的雜填土、粉土、黃土等砂土邊坡，而不適宜用于帶有腐蝕性的煤渣、礦渣、酸性廢料等土質的支護結構。

3.3 設計要點

（1）土釘墻長度、間距、鋼筋設計。土釘墻長度宜選擇為開挖深度的0.5～1.2倍，墻與墻之間的間距宜為1～2m，墻體與水平面之間的夾角宜控制在5°～20°。其鋼筋應當采用HRB335級或HRB400級的鋼筋，鋼筋的直徑和鉆孔直徑應當分別控制在16～32mm和70～120mm。（2）面層與土釘連接方式設計。土釘墻支護的土釘與混凝土面層之間必須保證有效連接，工程中通常采用了承壓板或加強鋼筋等構造措施，要求承壓板或加強鋼筋都應當采用焊接或螺栓連接的方式，進行牢固連接。（3）注漿材料和混凝土面層設計。土釘墻支護的注漿材料要求采用水泥砂漿或者水泥漿，其材料的強度等級不應當低于M10；混凝土面層的厚度不應當低于80mm，強度等級不宜低于C20，同時要求混凝土面層上方應當設置鋼筋網，要求鋼筋的直徑與間距應當分別控制在6～10mm和150～300mm之間。

3.4 施工技術要點

土釘墻支護的施工工藝流程大致為：確定開挖高

度→基坑開挖→噴射第一層混凝土→鉆孔和放置土釘→注漿→綁扎鋼筋網→噴射第二層混凝土→開挖第二層土方，詳見圖1所示。（1）基坑開挖?；舆吰峦练介_挖，必須嚴格按照設計要求分段、分層進行，嚴禁出現超挖、深挖的情況。如果采用的是機械挖土，還應當對所挖掘土層留設0.1m的厚度，然后再通過人工進行精細挖掘和修整。（2）鉆孔。根據基坑邊坡的不同土質條件，采用不同的鉆孔作業方法。通常情況下，當設計鉆孔深度≤15m時，適宜采用螺旋鉆進行鉆孔施工；當設計鉆孔深度>15m，則適宜采用地質鉆機或者土錨專用鉆機進行鉆孔施工。要求在鉆孔過程中把握好鉆進的速度，并確?？锥磮A直、干凈，孔徑也應當滿足設計規范要求。當發現鉆進過程中出水量較大時，還應當留設一定數量的導水孔。（3）注漿。注漿多采用孔底注漿法進行施工，要求在注漿過程連續進行，并保證漿液的飽滿。隨著漿液逐漸滲入到土層的過程中，鉆孔會發生缺漿現象，這時還應當及時補漿。要求注漿時的壓力應當控制在0.6MPa以上。

1.開挖工作面、修整坡面和坡面排水；2.噴射第一層混凝土；3.鉆孔、放置土釘、放置鋼筋網；4.綁扎鋼筋網、噴射第二層混凝土；5.開挖第二層土方，按此循環直至結束

圖1 土釘墻施工工藝流程圖

4 SMW工法的具體應用

4.1 工作原理及技術特點

SMW工法也被稱為型鋼水泥土樁復合支護技術，其工作原理是通過在攪拌樁內放置H型鋼或者其他受拉材料，以形成具備止水和支擋雙重功能的復合支護結構。其技術特點為：SMW工法一方面具備了攪拌樁施工快捷、止水效果好和造價便宜的特點；另一方面通過H型鋼來克服傳統水泥土樁受拉能力和受彎能力差的缺陷，具有良好的受拉能力和受彎能力，適用于大多數基坑土質，尤其適合以粉土和黏土為主的松軟場地。綜合而言，SMW工法具有施工快捷、造價便宜、止水效果好、對環境影響小、適用范圍廣等多項優點。

4.2 設計要點

（1）攪拌樁設計。攪拌樁的入土深度要求應當比型鋼的插入深度多0.5～1m，且要求其樁體的垂直度不應當大于1/200；（2）型鋼設計。內插型鋼多采用強度高、抗彎能力強的標準H型鋼，部分工程中也可根據實際需要采用鋼管、混凝土樁等進行代替。型鋼的垂直度不應當大于1/20，當基坑支護對抗滲性、抗裂性要求較高時，應當適當加大型鋼的插入密度。

4.3 施工技術要點

SMW工法的主要施工工藝流程，詳見圖2所示。（1）開挖導向溝。根據攪拌樁墻體的軸線，利用挖土機開挖導向溝，其尺寸通常為800mm×1000mm，并將地下障礙物、開挖后的余土及時清除，以保障后續施工的順利。（2）設置定位型鋼。沿導向溝垂直方向放置兩根定位型鋼，其長度約為2.5m，然后再沿導向溝水平方向放置兩根定位型鋼，長度約為8～20m。要求定位型鋼的設置應順直、平移。（3）插入型鋼。在攪拌樁施工完成約30分鐘以后，即可插入型鋼，在插入之前應首先檢查型鋼的平整度、接頭焊縫質量以及是否涂刷減摩擦材料。型鋼通常依靠自重即可順利插入，對于部分砂性較重的土層，為方便型鋼插入還可采用錘壓設備進行輔助。要求所插入型鋼的偏差，必須滿足設計規范要求。

圖2 SMW工法的施工工藝流程圖

5 結語

本文從深基坑支護工程的特點出發，并著重土釘墻和SMW工法這兩種深基坑支護技術的工作原理、適用范圍、設計以及施工技術要點等方面的具體應用進行了分析與探討。深基坑支護技術的選型與應用，對于整個基坑工程的安全與質量都有著直接影響。為此，我們應當結合工程實際情況，從技術性、經濟性及安全性角度出發，選擇適宜的基坑支護技術，并做好相關技術研究與應用，進而有效保證工程建筑深基坑工程的安全、順利進行。

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作者簡介：彭湘（1979-），女，湖南長沙人，供職于湖南省西湖建筑集團有限公司，研究方向：建筑工程。

（責任編輯：黃銀芳）