深基坑支護(hù)新技術(shù)發(fā)展與展望

盧生遠(yuǎn) 李新宇

摘? 要：本文總結(jié)了深基坑的特點(diǎn)、深基坑支護(hù)新技術(shù)、新方法和新工藝。重點(diǎn)分析了復(fù)合土釘墻、新型地下連續(xù)墻、漿囊袋錨桿支護(hù)及咬合樁支護(hù)等深基坑支護(hù)新技術(shù)的特點(diǎn)、適用范圍及應(yīng)用，并對(duì)實(shí)時(shí)信息監(jiān)測(cè)與智能化施工、支護(hù)結(jié)構(gòu)和聯(lián)合支護(hù)體系的開發(fā)等深基坑支護(hù)新技術(shù)的發(fā)展和研究方向進(jìn)行了展望。本文的分析結(jié)果可為從事深基坑支護(hù)技術(shù)的研究、設(shè)計(jì)及施工相關(guān)人員提供指導(dǎo)和參考。

關(guān)鍵詞：深基坑? 復(fù)合土釘墻? 新型地下連續(xù)墻? 漿囊袋錨桿? 咬合樁

Abstract： This paper summarizes the characteristics of deep foundation pit， new technology， new method and new technology of deep foundation pit support. The characteristics， application scope and application of new technologies of deep foundation pit support， such as composite soil nailing wall， new underground continuous wall， slurry bag bolt support and interlocking pile support are analyzed emphatically， and the development and research direction of new technologies of deep foundation pit support， such as real-time information monitoring and intelligent construction， support structure and development of combined support system， are forecasted. The analysis results of this paper can provide guidance and reference for those who are engaged in the research， design and construction of deep foundation pit support technology.

Key Words： Deep foundation pit;? Composite soil nail wall;? New underground diaphragm wall;? Slurry bag bolt; Occlusal pile

隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的快速發(fā)展和城市化步伐的加快，工程建設(shè)規(guī)模在日益擴(kuò)大，對(duì)地下空間的大力開發(fā)與利用在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中提高到重要的戰(zhàn)略地位[1]。深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)直接關(guān)系到整個(gè)建筑工程的安全與質(zhì)量，對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化分析在深基坑工程建設(shè)施工中非常關(guān)鍵。由于土地資源的急缺，地下空間開發(fā)利用的規(guī)模不斷擴(kuò)大，基坑不斷向“深、大、近”發(fā)展，對(duì)基坑支護(hù)技術(shù)的要求也越來(lái)越高，只有對(duì)基坑側(cè)壁、上部和周邊環(huán)境進(jìn)行保護(hù)、加固和支撐，才能確保地下工程施工和周邊環(huán)境的安全，深基坑開挖與支護(hù)引起了建筑工程領(lǐng)域?qū)＜摇W(xué)者及施工技術(shù)人員的高度關(guān)注，新的支護(hù)圍擋加固結(jié)構(gòu)和新工法也隨之不斷涌現(xiàn)。

1? 深基坑支護(hù)新技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

在地下工程建設(shè)中深基坑支護(hù)關(guān)鍵技術(shù)是一個(gè)很有發(fā)展?jié)摿Φ难芯空n題之一，工程規(guī)模的不斷增加、各地地質(zhì)水文條件巨大差別、工程環(huán)境的多變復(fù)雜為深基坑工程提供了一個(gè)寬廣的舞臺(tái)。隨著大量學(xué)者對(duì)深基坑工程的廣泛關(guān)注，深基坑支護(hù)技術(shù)有了一定的發(fā)展和突破，在工程建設(shè)中涌現(xiàn)出了大量的支護(hù)新技術(shù)。深基坑支護(hù)新技術(shù)一般是為了彌補(bǔ)傳統(tǒng)支護(hù)技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，利用傳統(tǒng)各支護(hù)型式的優(yōu)點(diǎn)對(duì)傳統(tǒng)的支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)或幾種結(jié)構(gòu)進(jìn)行組合，擴(kuò)大其適用范圍，使其適應(yīng)不同的施工環(huán)境，達(dá)到安全、適用、經(jīng)濟(jì)和綠色環(huán)保等綜合性指標(biāo)最佳的目的。

隨著對(duì)基坑安全、經(jīng)濟(jì)性等綜合性指標(biāo)要求的提高，在實(shí)際工程中，單一的支護(hù)形式逐漸被聯(lián)合支護(hù)新技術(shù)所取代。目前在深基坑工程中使用的新技術(shù)主要有復(fù)合土釘墻、新型地下連續(xù)墻、漿囊泡錨桿、咬合樁以及各種聯(lián)合支護(hù)型式，聯(lián)合支護(hù)型式主要有樁錨與土釘墻聯(lián)合、樁撐與土釘墻聯(lián)合和土釘墻、錨桿和地下連續(xù)墻三者聯(lián)合等幾種聯(lián)合結(jié)構(gòu)等。

（1）復(fù)合土釘墻支護(hù)。

復(fù)合土釘墻支護(hù)技術(shù)是在土釘墻基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型深基坑支護(hù)技術(shù)，具有技術(shù)先進(jìn)、施工便捷、經(jīng)濟(jì)合理、綜合性能比較突出等優(yōu)點(diǎn)。該技術(shù)主要體現(xiàn)在兩方面，一是將新材料、新工藝運(yùn)用于傳統(tǒng)土釘墻中，二是將樁或預(yù)應(yīng)力錨桿等與土釘墻結(jié)合起來(lái)形成基坑復(fù)合支護(hù)技術(shù)，以充分發(fā)揮土釘墻和樁、錨桿等單獨(dú)結(jié)構(gòu)各自的優(yōu)點(diǎn)，突破傳統(tǒng)土釘墻不適用的工程。由于土釘墻對(duì)變形控制比較差，而樁錨或樁撐支護(hù)體系的支擋能力比較強(qiáng)，但大截面的鋼筋混凝土樁相對(duì)不太經(jīng)濟(jì)，將相對(duì)經(jīng)濟(jì)支擋能力強(qiáng)的深層攪拌水泥土樁、高壓旋噴水泥土樁、微型樁等與傳統(tǒng)的土釘墻結(jié)合起來(lái)，可以達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)、適用等綜合性能更好。復(fù)合土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)適用范圍很廣，可適用于各種地層和各種安全等級(jí)的基坑，已成為深度不超過(guò)18m的深基坑中使用率最高的支護(hù)結(jié)構(gòu)[2]，但需要關(guān)注的是：在基坑開挖降水過(guò)程中需采用合適的降水措施和速度，以防止不合適的水力坡降的地下水滲流引起基坑失穩(wěn)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮地質(zhì)水文條件、環(huán)境因素以及降水形成的水力坡降等。

（2）新型地下連續(xù)墻。

地下連續(xù)墻可同時(shí)承擔(dān)擋土、防滲、止水等多種功能，自身剛度較大，適用于多種土質(zhì)情況和各種環(huán)境，尤其在建筑物密集地區(qū)（已有距離建筑物基礎(chǔ)外約20 cm的地下連續(xù)墻的成功案列）和超深基坑工程支護(hù)中。為了滿足深基坑工程建設(shè)的需求、緊跟時(shí)代步伐，地下連續(xù)墻支護(hù)技術(shù)發(fā)展迅速，主要體現(xiàn)在四方面。①連續(xù)墻結(jié)構(gòu)中成功地應(yīng)用玻璃纖維筋（GFRP筋）等新材料，因玻璃纖維筋具有質(zhì)輕、便于切割施工和強(qiáng)耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，而成功替代鋼筋;②地下連續(xù)墻的施工中涌現(xiàn)了大量的新工法，如CRM工法、TRD工法、CMW工法等;③在SMW工法的基礎(chǔ)上施工中成功運(yùn)用了新的智能化動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能準(zhǔn)確實(shí)時(shí)捕獲樁（墻）身的應(yīng)力應(yīng)變，把控工程安全信息;④非常成功地將支擋樁或錨桿與地下連續(xù)墻進(jìn)行聯(lián)合形成了樁錨地下連續(xù)墻，如“旋噴水泥土樁+SMW新工法地下連續(xù)墻”的聯(lián)合技術(shù)、“擴(kuò)體錨桿+地下連續(xù)墻”的聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，工程實(shí)踐證明這些聯(lián)合支護(hù)型式可很好地運(yùn)用到膨脹土深基坑支護(hù)中。“SMW工法地下連續(xù)墻+高壓旋噴水泥土樁”聯(lián)合支護(hù)技術(shù)用于軟弱地層、周圍環(huán)境受限制條件下的基坑工程中，可以很好解決周邊環(huán)境受限制條件下側(cè)向抗力不足的問(wèn)題[3];“SMW工法地下連續(xù)墻+預(yù)應(yīng)力錨桿”聯(lián)合支護(hù)型式的支護(hù)能力強(qiáng)及止水性好，這種將支擋與止水結(jié)構(gòu)合二為一大大降低了基坑圍護(hù)成本;SMW新工法與擴(kuò)孔錨桿聯(lián)合支擋型式在高透水性的地基中適用性很強(qiáng)，特別適用于施工工期緊張的深基坑工程[4]。

（3）漿囊袋錨桿支護(hù)技術(shù)。

漿囊袋錨桿是在軟土的錨固技術(shù)工程實(shí)踐中創(chuàng)新研發(fā)的一種新型錨桿，這種新型錨桿采用了常規(guī)錨桿的施工方法，通過(guò)在錨桿的錨固段外側(cè)設(shè)置一柔性的土工膜袋來(lái)改變錨桿錨固體的形狀及錨固體的直徑，達(dá)到改善錨桿在淤泥及淤泥質(zhì)土等軟弱土體中的錨固性能，特別適用于淤泥及淤泥質(zhì)土等軟弱土體中的加固，此新技術(shù)已廣泛地應(yīng)用于深基坑支護(hù)工程中。漿囊袋注漿錨桿需要在錨桿主筋外側(cè)設(shè)置一柔性注漿袋，柔性注漿袋一般用抗拉強(qiáng)度較高而韌性很好軟塑料膜或土工膜材料制成，通過(guò)在錨桿鋼筋的外側(cè)設(shè)置注漿袋，可以取得兩大功效，首先是擴(kuò)大錨固體直徑和改變錨固體形狀，由于軟土基坑中土體的壓縮性比較高，在鉆進(jìn)成孔后，采用壓力注漿工藝，利用漿液的壓力來(lái)擠壓土體，從而可形成大直徑土層錨桿，一般直徑可達(dá)到25cm以上;同時(shí)在柔性注漿袋的端部和中間設(shè)置幾個(gè)等間距的約束帶來(lái)封閉袋口和約束袋的變形，可通過(guò)漿液的高壓將傳統(tǒng)錨桿柱狀錨固體變成“糖葫蘆”串形，從而大大提高錨桿的抗拔力，改善了錨固體的工作性? ? ? ? ? ? ? ?能[5];其次，通過(guò)設(shè)置漿囊袋，能有效保證漿液在膜袋內(nèi)擴(kuò)散，不會(huì)漏漿，錨固體的質(zhì)量更可靠;同時(shí)可通過(guò)注漿量很準(zhǔn)確地分析錨固體的平均直徑，使設(shè)計(jì)結(jié)果更可靠。

（4）咬合樁支護(hù)。

咬合樁支護(hù)是為了彌補(bǔ)排樁支擋樁間容易產(chǎn)生水土流失的不足，將鋼筋混凝土樁與素混凝土樁進(jìn)行咬合實(shí)現(xiàn)基坑支擋與止水兩種功能[6]。咬合樁一般為素混凝土樁和鋼筋混凝土樁間隔布置，通過(guò)施工切割相交部分實(shí)現(xiàn)咬合，施工時(shí)采取先施工超緩凝的素混凝土樁，后施工鋼筋混凝土樁，在素混凝土樁初凝之前完成鋼筋混凝土樁的施工，鋼筋混凝土樁施工時(shí)應(yīng)切割掉先施工的素混凝土樁的咬合部分，相鄰樁就緊密搭接形成密布的樁支護(hù)結(jié)構(gòu)及止水帷幕。咬合樁實(shí)際上就是改進(jìn)的排樁，彌補(bǔ)了排樁的止水性能的不足，充分發(fā)揮了排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的沉降及水平位移較小的優(yōu)點(diǎn)，已廣泛運(yùn)用在高層構(gòu)筑物、地鐵、道路下穿線等深基坑工程支護(hù)中，在飽和含水地層中可采用全套管的跟進(jìn)施工使樁順利穿越，同時(shí)有效防止孔內(nèi)流砂、涌泥等問(wèn)題，尤其適用于無(wú)法采用錨桿支護(hù)的基坑和淤泥、地下水富集等止水困難的基坑支護(hù)。

2? 深基坑支護(hù)發(fā)展趨勢(shì)及研究方向

城市建設(shè)的快速發(fā)展為深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的研究與優(yōu)化提供了一個(gè)廣闊的舞臺(tái)，也引起了相關(guān)人士的廣泛關(guān)注，深基坑支護(hù)技術(shù)處于快速發(fā)展中，其發(fā)展趨勢(shì)主要反映在以下四個(gè)方向。

（1）發(fā)展信息監(jiān)測(cè)與智能化施工技術(shù)。

基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，由于勘測(cè)的局限引起土體強(qiáng)度參數(shù)的不準(zhǔn)確、支護(hù)結(jié)構(gòu)的靜態(tài)設(shè)計(jì)理論本身缺陷、基坑施工的動(dòng)態(tài)化過(guò)程等影響，往往使得設(shè)計(jì)的支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力、變形與工程實(shí)際相差較大，導(dǎo)致基坑工程事故頻發(fā)，所以，基坑的施工應(yīng)遵循“邊施工、邊觀察”的原則，實(shí)施動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)監(jiān)控、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)。只要有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息，就可根據(jù)監(jiān)測(cè)信息進(jìn)行科學(xué)抉擇，實(shí)時(shí)調(diào)整施工作業(yè)速度與進(jìn)度，即實(shí)現(xiàn)信息化施工，以確保施工安全和經(jīng)濟(jì)安全;目前已有在SMW工法樁中置入了大量傳感器成功地實(shí)施了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的先例，但深基坑支護(hù)施工時(shí)能實(shí)施實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)還有待進(jìn)一步發(fā)展，亟需研發(fā)深基坑工程施工中能實(shí)施實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的新設(shè)備、新技術(shù)以及建立以監(jiān)測(cè)信息反饋為主導(dǎo)的動(dòng)態(tài)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)。

（2）聯(lián)合支護(hù)體系開發(fā)應(yīng)用。

在基坑工程中，單一的支護(hù)結(jié)構(gòu)已經(jīng)很難實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的深基坑工程的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等綜合性控制目標(biāo)，為實(shí)現(xiàn)較好的綜合性控制目標(biāo)，必然將兩種或兩種以上的支擋結(jié)構(gòu)聯(lián)合起來(lái)，如“錨桿+土釘墻”、“錨桿+地下連續(xù)墻”、“土釘墻+地下連續(xù)墻”、“預(yù)應(yīng)力錨桿+樁+土釘墻”三者聯(lián)合等。聯(lián)合支護(hù)技術(shù)首先是彌補(bǔ)單一支護(hù)結(jié)構(gòu)的不足，充分發(fā)揮每種支護(hù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，擴(kuò)大其適用范圍;其次，聯(lián)合支護(hù)還可實(shí)現(xiàn)支護(hù)結(jié)構(gòu)的多重功能，如支擋與止水兩重功能、臨時(shí)支護(hù)與永久結(jié)構(gòu)功能。在選擇聯(lián)合支護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)綜合考慮各支護(hù)結(jié)構(gòu)各自的特點(diǎn)、地質(zhì)水文條件、場(chǎng)地等優(yōu)化組合，從而獲得最好的技術(shù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)綜合指標(biāo)。

（3）研究新型支護(hù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算理論。

在深基坑工程的逐步發(fā)展中，研發(fā)了大量的聯(lián)合支護(hù)方案和新型支護(hù)結(jié)構(gòu)，如：組合拱帷幕、雙（多）排樁、鋼筋混凝土多孔板、旋噴樁錨、錨桿復(fù)合土釘墻等，新型支護(hù)結(jié)構(gòu)與土體間的作用機(jī)理更為復(fù)雜，如果采用現(xiàn)有的設(shè)計(jì)計(jì)算理論得到的結(jié)果可能與實(shí)際情況相去甚遠(yuǎn)，為了使設(shè)計(jì)結(jié)果更接近實(shí)際情況，進(jìn)行新型支護(hù)結(jié)構(gòu)的作用機(jī)理及設(shè)計(jì)計(jì)算方法的研究就非常必要。

（4）優(yōu)化深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

在進(jìn)行深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，既要考量保證深基坑的施工安全和基坑周邊環(huán)境的正常使用的技術(shù)指標(biāo)，也要考量經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，即需兼顧經(jīng)濟(jì)與技術(shù)，因此，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)非常必要和緊迫，在選擇支護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)充分利用各種支護(hù)方法各自的特點(diǎn)，綜合考慮深基坑工程的地質(zhì)、水文、場(chǎng)地周圍環(huán)境條件等選用支護(hù)結(jié)構(gòu)，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，從而獲得技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等綜合指標(biāo)較優(yōu)的支護(hù)體系。因此，進(jìn)行深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化必將成為深基坑支護(hù)技術(shù)領(lǐng)域里很有潛力的研究方向之一。

3? 結(jié)語(yǔ)

（1）深基坑工程是與眾多因素相關(guān)的技術(shù)要求高和綜合性強(qiáng)的工程，在深基坑支護(hù)中，土體加強(qiáng)以土釘為主，擋土以樁、墻為主，止水以地下連續(xù)墻為主，為提高支撐穩(wěn)定能力以撐、錨為主，為解決錨桿土質(zhì)較差的不適用及錨桿對(duì)基坑外鄰近建筑及管線的影響，可以采用內(nèi)支撐，為了解決內(nèi)支撐的材料浪費(fèi)及占用基坑內(nèi)的有限空間對(duì)施工帶來(lái)的不便，可以采用雙排樁、“樁墻合一”等技術(shù)，為解決單一支護(hù)方法難以獲得安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等綜合性控制指標(biāo)較佳，需要聯(lián)合多種支護(hù)結(jié)構(gòu)，采取兩種或兩種以上支護(hù)結(jié)構(gòu)的組合支護(hù)技術(shù)。

（2）為滿足建設(shè)對(duì)地下空間的加速增長(zhǎng)，基坑工程為各界專家、學(xué)者及施工技術(shù)人員提供了一個(gè)寬廣的舞臺(tái)，在深基坑工程中，對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，發(fā)展新型的聯(lián)合支護(hù)體系、完善新型支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算理論以及發(fā)展信息化監(jiān)測(cè)與智能化施工，必將成為深基坑工程的主要研發(fā)方向。

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