小型復雜深基坑支護方案選擇

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摘要：隨著建筑科技的進步，各種機械與材料的普及，深基坑支護的方法也變得更多。如今支護結構日臻完善，出現了許多新的支護結構形式與穩定邊坡的方法，選擇最適合該工程特點的支護方式成為廣大設計師和工程師們積極思考的問題。本文嘗試從某供水工程取水泵房基坑方案選擇過程為實例探討小型工程深基坑支護方案的選取應注意的問題。

關鍵詞：小型深基坑支護；型鋼或拉森鋼板樁；鉆孔咬合灌注樁；地下連續墻；混凝土圍筒；礦山豎井施工方法施工；逆作法

一、工程和地質概況

1.概況：

賓市遷江鎮工業園區供水工程位于來賓市興賓區遷江鎮橋鞏水電站上游約一公里處的西岸邊。工程所處地紅水河年正常水位為84.0米、最低水位為82.0米、最高水位為88.0米。建筑物為直徑13m的筒體結構地下水池底標高-11.3m；地上1層鋼筋混凝土框架結構。北側距離基坑邊5.8m為已建建筑物圍墻，南側距基坑邊7.2m為紅水河邊，其余部位為空曠平地，初步擬將周邊場地標高開挖至-0.5m，河面寬廣且岸坡比較陡、河水深。原設計圖紙為放坡加土釘墻支護，基坑邊坡坡度為1：0.5，施工單位在按照原設計圖紙指定制定施工方案后進行施工，發現地下水滲透嚴重，在還沒有來得及進行掛網錨噴砼就已經出現局部塌方的現象，不得不回填停止施工。重新制定基坑支護方案。

2.水文地質情況：

據本工程場地所處的地貌單元和形成環境綜合分析：表層填為雜填土土（Qml）：灰色，深灰色，褐黃色。主要由粘性土、碎石塊，欠壓實，為新近人工填成。稍濕～濕，松散～稍密狀態。本層場地內大部份地段有分布，揭露層厚0.60～1.20m。下部土層為硬塑狀粘土、

3.基坑支護設計情況：

原設計圖紙采用放坡加錨噴混凝土土釘墻的支護方案，放坡系數為1：0.5.

二、方案選型

基坑工程根據其施工、開挖方法可分為無支護開挖與有支護開挖方法。無支護放坡基坑開挖是在施工場地處于空曠環境的一種普遍常用的基坑開挖方法，一般包括以下內容：降水工程、土方開挖、地基加固及土坡護面。有支護的基坑工程一般包括以下內容：圍護結構、支撐/錨桿體系、土方開挖（工藝及設施）、降水工程、地基加固、監測、環境保護、安全風險管理。在基坑工程施工中，尤其需要注意基坑周圍環境保護和施工安全風險管理方面的問題。

1.總體方案選型

基坑支護結構通常由圍護墻、隔水帷幕、水平內支撐系統（或錨桿系統）以及支撐的豎向支承系統組成。根據目前基坑方面的設計施工經驗和科研技水平，總體方案有順做法、逆作法、順逆結合法：

（1）順做法

順作法，是指先施工周邊圍護結構，然后由上而下分層開挖，并依次設置水平支撐（或錨桿系統），開挖至坑底后，再由下而上施工主體地下結構基礎底板、豎向墻柱構件及水平樓板構件，并按一定的順序拆除水平支撐系統，進而完成地下結構施工的過程。當不設支護結構而直接采用放坡開挖時，則是先直接放坡開挖至坑底，然后自下而上依次施工地下結構。

順作法是基坑工程的傳統開挖施工方法，施工工藝成熟，支護結構體系與主體結構相對獨立，相比逆作法，其設計、施工均比較便捷。對施工單位的管理和技術水平的要求相對較低。

（2）逆作法：

逆作法即先施工地下結構的地面部分，然后按順序由上往下逐層開挖土方和施工地下結構，直至底板結構完成的施工方法。逆作法的圍護體一般都采用地下連續墻作為圍護結構，地下連續墻同時作為地下室的外墻，即通常所說的“兩墻合一”。

采用逆作法地上和地下結構同時施工，因此可縮短工程的總工期。逆作法采用支護結構與主體結構相結合，因此可以節省常規順作法中大量臨時支撐的設置和拆除，經濟性好，且有利于降低能耗、節約資源

但是逆作法技術復雜，垂直構件續接處理困難，接頭施工復雜。對施工技術要求高。采用逆作暗挖，作業環境差，結構施工質量易受影響。

（3）順逆做結合做法

對于某些條件復雜或具有特別技術經濟性要求的基坑工程，采用單純的順作法或逆作法都難以同時滿足經濟、技術、工期及環境保護等多方面的要求。在工程實踐中，有時為了同時滿足多方面的要求，采用了順作法與逆作法結合的方案，通過充分發揮順作法與逆作法的優勢，取長補短，從而實現工程的建設目標。

2支擋圍護結構選型

深基坑工程一般采用板式支護體系。板式支護體系由圍護墻結構、支撐與圍檁體系，以及防滲與止水結構等組成。施工單位提出適合本工程基坑開挖深度的圍護結構有型鋼或鋼板樁維護支擋、地下連續墻、鉆孔咬合灌注樁、

（1）型鋼或拉森鋼板樁

鋼板樁支護應用于基坑深度超過五米的深基坑支護。它屬于一種連續支護。鋼板樁支護施工占用場地較小，型鋼可以回收利用，如工期不是很長，能在很大程度上節省工程造價。但鋼板樁應用在超深基坑工程中，因其剛度小，基坑開挖產生的周圍地面沉降和位移較大，同時較大的變形而發生滲漏。特別地下水比較豐富時需要做特別的止水設施工程。造價會比較大。

（1）鉆孔咬合灌注樁

鉆孔咬合樁是指平面布置的排樁間相鄰樁相互咬合（樁圓周相嵌）而形成的鋼筋混凝土“樁墻”。鉆孔咬合樁與普通鉆孔支護排樁相比，大幅度提高了支護結構的抗剪強度和安全性。鉆孔咬合樁具有良好的截水性能，不需普通鉆孔排樁的輔助截水及樁間擋土措施。

鉆孔咬合樁與地下連續墻功能基本相同，但是與地下連續墻相比，鉆孔咬合樁配筋率較低、抗滲能力更強，施工靈活方便，更適合于施工一些平面多變的幾何圖形或呈各種弧形的基坑。鉆孔咬合樁采用全套管鉆機，無需泥漿護壁，節約了施工費用，有利于文明施工。

（2）地下連續墻

地下連續墻即利用挖槽機械，借助于泥漿的護壁作用，在地下預先挖出窄而深的溝槽，然后在溝槽內澆注鋼筋混凝土或其他適當的材料而形成一道具有防滲（水）、擋土和承重功能的連續的地下墻體。地下連續墻具有施工振動小，墻體剛度大，整體性好，施工速度快，可省土石方，可用于密集建筑群中建造深基坑支護及進行逆作法施工，可用于各種地質條件下。在工程應用中地下連續墻已被公認為是深基坑工程中最佳的擋土結構之一。但地下連續墻也存在棄土和廢泥漿處理、粉砂地層易引起槽壁坍塌及滲漏等問題。因而需采取相關的措施來保證連續墻施工的質量。地下連續墻由于受到施工機械的限制，不能像灌注樁一樣對樁徑和剛度進行靈活調整，受場地的影響較大，地下連續墻需要做配套的導墻和泥漿制作設備，工程消耗比較大，所以對地下連續墻的選用必須經過技術經濟比較，確實認為是經濟合理時才可采用。如果經過設計單位驗證，用地下連續墻來替代水泵房地下部分的外墻體，可以節約一大筆投資費用。

（3）礦山豎井施工法。

這種方案為礦山豎井規范推薦的自上而下逐層開挖土體逐層直接施工內襯的方法。這種方案即利用逆作法施工混凝土護壁，類似大型人工挖孔樁。需考慮基坑結構四周的土體有一定的強度，或通過注漿、土釘、凍結等方法加固后有一定的強度，土體自身能夠自立，承受開挖一定深度的土壓力，而不需要支護。但是這樣的基坑圍護是從上到下的一圈一圈的沒有豎向圍護壁圓型支護內襯，從開挖開始需面對離散性較大的土體帶來的風險。用這種方案施工成的基坑支護結構是一組平行于水平方向的結構桿件，結構體系缺少兩個方向的正交組合。施工過程中，同樣應盡快形成結構，或者采取控制開挖工作面，采取小段開挖，小段砌筑支護，以及圈與圈之間錯開一定的平臺，讓土體有一定的坡度，減少邊坡土自重壓力，以有效控制土體變形。由于沒有有效的結構支護，應更加重視“時空效應”的影響，開挖后內襯施工形成的時間需控制在4一8h間。更由于本工程臨近河邊，中可能會出現的覆蓋層中地下水比較豐富，在開挖中出現滲漏現象，必須在止水和排水措施，迅速施工井壁內襯，阻斷滲漏，但由于滲漏的存在，內襯和土體壁面的結合可靠度會降低。

三、綜合對比選擇

下表對以上幾個方案做一個初步的對比分析

基坑支

護做法型鋼或鋼板樁支護地下連續墻支護鉆孔咬合灌注樁礦山豎井施工方法

主要施工

機械液壓錘打樁機、挖掘機、自卸汽車、槽鋼或拉森鋼板樁、起重機、鉆孔機、泥漿攪拌系統及循環系、成槽機、泥漿攪拌系統及循環系統、自卸汽車、起重機全套管鉆機、挖掘機、起重機普通鋼模板，小型挖掘機，卷揚機

優點鋼板樁圍堰具有施工進度快、安全、占地空間小等優點，對在水較深、淤泥或粉細砂等軟土地基施工較為有利。

施工具有低噪音、低震動，墻體剛度大、整體性好，基坑開挖過程中安全性高，支護結構變形較小，墻身具有良好的抗滲能力，可作為地下室結構的外墻。鉆孔咬合樁配筋率較低、抗滲能力更強，施工靈活方便，適合本工程地形及主體需要。無需泥漿護壁，節約了施工費用，有利于文明施工。施工難度小，支護防水性能強。圍筒混凝土護壁剛度大，對周圍已完成結構影響很小。不用進場大型施工機械設備。

經濟造價指標348萬元275萬元268萬元152萬元

主要材料及來源技術已經很成熟，槽鋼或拉森鋼板樁，市場有現成的出租或出賣，市場成熟，有保證，一般混凝土攪拌設備，但是本地沒有，需要從外地租用。成槽機、泥漿攪拌，水下混凝土攪拌設備，本地沒有，外地租用本省應用，不多，設備難租。普通人工挖孔樁的維護模板，一般的混凝土攪拌設備或用商品混凝土

投入勞動力和工期指標止水帷幕注20天，打鋼板樁30天，邊開挖基坑邊做水平支撐，15天。共65天。安裝系統，10天，導墻開挖和澆筑5天，地下連續墻施工30天，總共45天安裝系統，5天，導墻開挖和澆筑5天，地下連續墻施工30天，總共40天每一層施工步距10天，13層施工步距，共130天。

施工難點和不利因素需要機械多，拉森鋼板樁支護防水性一般，因需提前做止水系統，開口截面較小，對撐施工難度大，主體施工受水平支撐影響大，止水工程造價過大。止水帷幕注漿有可能引起環境問題。地下連續墻也存在棄土和廢泥漿處理、粉砂地層易引起槽壁坍塌及滲漏等問題，在本工程中場地有限，泥漿攪拌和循環系統需要場地大，毗鄰水庫，容易引發環境問題但地下連續墻也存在棄土和廢泥漿處理、粉砂地層易引起槽壁坍塌及滲漏等問題。

沒有有豎向圍護壁圓型支護內襯，從開挖開始需面對離散性較大的土體帶來的風險，所以開挖工作面不大，施工進度慢。缺少工程案例。

基坑支護結構形式對比分析表

四、結論語

本工程由于原設計圖紙中的土釘墻錨噴支護方案不具有實際的施工操作行，施工單位以往工作經驗，提供以上四種種基坑支護方案并進行對比，并結合整個工程項目的進度情況，提出更改設計，采用地下連續墻作為水泵房地下部分主體墻體，應該是比較節約和快速的選擇，但是由于業主未能說服設計單位同時進行設計，且考慮到由于取水泵房在整個項目中為非關鍵施工項目，自由施工時間較長，業主最后業主最后采用了礦山豎井施工方法支護方案，根據廣西壯族自治區住房和城鄉建設廳文件 桂建管【2011】8號文件第二條和在來賓市住建委行政審批項目審批操作規范中附件1-16，《建設工程質量安全監督登記操作規范》13、14點，交由有關設計、勘察單位做出詳細的邊坡支護設計及指導施工的有關施工設計圖，并由審圖公司進行審查，確認無誤后進行實施了改工程項目。

通過本工程實踐中的對比，在不影響生產線總體施工進度的前提下，圓形小型基坑采取放坡卸載加混凝土圍筒支護也能作為一種可行的選擇。在某些沒有太多理論支持的實踐工程學，各單位不應拘泥于形式，根據不同的施工環境、地質條件、工程特點、施工要求，大膽借鑒其他行業的一些成功經驗做法，要勇于實踐和創新，在深基坑支護工程的科學領域尋找更科學的施工方案，為社會創造更大的經濟效益。

參考文獻：

[1]《基坑工程手冊》，中國建筑工業出版社，2009年

[2]《建筑基坑支護技術規程》（JGJ120）

[3]《建筑基坑工程技術規范》（YB9258）

[4]《兩種圓形深基坑開挖方案施工過程分析》徐偉，孫昊

[5]《基坑支護圓環受力分析》盧偉煌