论土木工程施工中的基坑支护技术

论土木工程施工中的基坑支护技术

1 前 言

建筑工程中的深基坑支护技术近年有了很大的发展，正是因为这样，我们亦将建筑工程防止深基坑的塌落措施称为“支护”。深基坑支护的作用是为了挡土、截水、保证坑底稳定、承担必要的施工荷载、保证地下结构工程的顺利施工。

在大城市内进行高层建筑施工时，施工环境比较恶劣，场地周围的建筑物、道路及地下管线不能因任何施工事故而遭到破坏。所以，深基坑支护结构虽然是施工期间的临时支挡结构，但其选型、计算和施工是否正确对施工的安全、工期、经济效益有巨大的影响，是高层建筑施工的关键技术之一，一旦失事，往往会造成重大损失。

2防止极限状态的发生

根据国家标准《岩土工程勘察规范》(GB50021－94规定，深基坑工程支护结构应满足挡土结构的稳定性及对邻近建筑物和设施不造成损害的要求，防止下列极限状态的发生。

2.1破坏极限状态

2.1.1土体的整体失稳。

2.1.2挡土结构基础的承载力失效。

2.1.3挡土结构基础的基底滑移。

2.1.4挡土结构的结构性破坏或失稳。

2.1.5管涌和地下冲刷。

2.1.6被动抗力不足。

2.1.7锚杆抗拨失效。

2.1.8挡土结构局部变形造成其他部分或邻近建筑物和设施的结构性破坏。

2.2正常使用极限状态

2.2.1挡土结构的位移和变形，影响该结构本身或邻近建筑物设施的外观或功效。

2.2.2承受水头压力的挡土结构发生超过容许渗透等现象。

目前高层建筑地下室大多为1～3层，个别高达4层。基坑深度大致为一层5m，二层9m，三层12m，四层15m。当基坑开挖深度在7m以内时，大多采用悬臂式挡墙结构。当基坑开挖深度较大时，则采用单支点或多支点的深基坑支护结构。

3深基坑支护结构包括坑壁挡墙和支撑锚杆两部分

3.1深基坑支护的挡墙类型

3.1.1钢筋混凝土排桩式挡墙

常用的排桩式挡墙多以人工挖孔桩或钻孔桩组成。当边坡土质尚好，地下水位较低时，可利用土拱作用，以稀疏排桩支挡边坡。对于不能形成土拱作用的软土边坡，支挡桩必须连续密排，为达到止水效果，在挡墙背后的桩间土处可加做旋喷桩或高压注浆。

人工挖孔桩或钻孔桩排式挡墙由于是采用钢筋混凝土灌注桩，使挡墙的刚度较大，抗弯能力强，变形相对小，现已成功地用于基坑深度在8m以内的悬臂挡土，估计在土质较好地区10m以内可使用悬臂挡土。

3.1.2深层搅拌水泥土桩和旋喷桩挡墙

深层搅拌水泥土桩挡墙是用特制的进入土深层的搅拌机将喷出的水泥浆固化剂与地基土进行原位强制拌合，制成水泥土桩，硬化后形成水泥土排桩挡墙，既可挡土又可形成隔水帷幕。

旋喷桩挡墙是用钻机钻孔后将钻杆从地基土深处逐渐上提，同时利用插入钻杆端部的旋转喷嘴，将水泥浆固化剂喷入地基土中，形成水泥桩，桩体相连形成帷幕墙。

深层搅拌水泥土桩和旋喷桩挡墙可设计成各种平面式，有几排桩互相连接形成整体的亦有格栅式相连形成整体的，两种挡墙按重力式挡土墙设计，其厚度、强度与深度用试算法确定。根据初步拟定的挡墙参数进行挡墙的稳定性验算，必要时进行适当修改，直到满足设计要求。

3.2深基坑支护的支撑

深基坑支护结构包括挡墙和支撑(锚杆)两部分。上面列举了深基坑支护的挡墙形式，至于支撑近年来亦有不少发展。常用的支撑形式有对撑、角撑、圆形支撑和拱形支撑等。

支撑即沿基坑的纵横两个方向尺寸较大，还需要设立中间立柱，以避免支撑

杆件伸过长和失稳。支撑杆体多用大直径的圆钢管和大规格的H型钢。为减少挡墙的变形，对支撑宜施加预顶力，应力值控制在设计计算值的1/10～1/15，每根支撑的松紧程度应相同。对支撑施加的预顶力主要靠在支撑杆件的一端设液压千斤顶来实现。中间立柱要埋入基坑底一定的深度，以保证其在承受荷载后不下沉和倾斜，并保证支撑系在一个平面上有较大的刚度。中间柱的选型要考虑便于拆除和不妨碍基坑底板的施工。为了减少中间柱和增加支撑的刚度，近年来亦有采用钢筋混凝土作撑杆件的。

4深基坑施工应注意的问题

4.1应认真做好深基坑开挖的工程勘察工作

由于深基坑支护设计与地质及水文条件密切相关，地基土参数的试验方法、取值、地下水的影响等往往是确定深基坑支护设计的主要因素，因此，必须认真做好深基坑开挖的工程勘察工作，根据《岩土工程勘察规范》规定，其深基坑开挖与支护工程勘察要满足下列要求：

4.1.1在拟建主体建筑物的初步勘察阶段，应根据岩土条件，初步判定支护的可行性；在详细勘察阶段，对需要支护的工程，应进行专门的勘察工作。

4.1.2勘察范围应根据开挖深度及场地的岩土条件确定，并宜在开挖边界外及开挖深度的1－2倍范围内布置勘察点。

4.2应认真重视地下水对深基坑工程施工的影响

降低地下水位对周围环境将产生很大影响。当地下水渗漏地区内的地面可发生大面积下沉，对周围道路及建筑物将产生严重影响。当基坑下部土层有承压水时，除可能产生流砂、管涌等外，将大大降低基坑下土层的稳定性。

当周围环境许可时，宜采取降水方案。这样，既可减小作用在支护结构上的压力，又可使土质条件得到改善，便于施工，将使深基坑土开挖时的安全大为改善。当深基坑外不宜降水时，应设置可靠的止水帷幕，止水帷幕的深度应满足挡水要求，并有可靠的施工质量。

4.3应认真重视土方开挖顺序和深基坑四周地面的保护

深基坑土方的开挖，应根据土质条件规定深基坑土方开挖的步骤与要求，挖土速度过快或局部深挖都可能使深基支护结构产生过大位移而出现险情，因此，必须认真编制好施工顺序，并严格按顺序要求进行施工。

在挖土过程中要及时做好深基坑四周的保护及深基坑四周地面的保护，在基坑深度的1～2倍范围内的地面产生裂缝时，地面水向裂缝中渗漏，导致土体强度下降，水压增大，使支护结构产生过大的位移。此时要及时采取措施进行堵塞，并要做好地面水的导流工作，防止基坑浸水，减小基坑暴露时间，防止基坑浸水，

减小基坑底层和底板暴露的时间。

4.4应认真注意深基坑开挖支护系统的施工质量

深基坑支护系统的施工质量，对整个系统的工作状态是否正常，有着重大的影响，施工质量的好坏主要表现在：支护系统的类型、材料、构造尺寸、装设的位置和方法是否符合设计要求，装设施工是否及时，施工顺序是否与设计要求一致，地下水控制施工是否满足设计要求等方面。

施工质量的优劣，将直接影响支护结构及被支护土体变形量的大小，稳定性以及邻近建筑与设施的安全。一个合理的深基坑支护系统，可能由于施工质量未能满足设计要求而造成重大事故。所以，对深基坑支护系统的施工质量必须高度重视。

4.5应认真做好深基坑开挖和支护的检验与监测

为避免深基坑支护出现问题，必须做好深基坑开挖与支护的检验和监测工作。根据《岩土工程勘察规范》规定，其要求如下：

4.5.1检验挡墙及支撑系统的装置是否符合设计要求，并监测支护构件的受力、变形和支护系统整体工作状态。

4.5.2监测基槽内支护系统附近及邻近建筑物地基范围内的地下水位、孔隙水压力的变化以及渗漏、冒水、管涌、冲刷等。

4.5.3监测地位变形、邻近工程的沉降、倾斜、裂缝和水平位移及计划外的开挖、坑边堆载的影响。

在执行上列各款规定时，应注意下列问题：

4.5.4在支护系统的装设中，遇有由于客观情况致使支护的主要构造、尺寸或装设位置不能与设计符合时，施工人员与设计人员应保持密切协商，及时采取调整措施、保证按施工顺序进行。

4.5.5关于地下水的监测工作，应在地下水控制设施安装施工开始后即进行。在设施动作过程中，监测间隔可定为每日、第三日或每周一次。

4.5.6关于对地面现场情况的巡视应由专人负责，宜逐日进行。在情况稳定无异常现象发生时，亦可每三日巡视检查一次。巡检工作应有完整的记录。