探讨深基坑工程支护体系的技术经济

不同的深基坑支护体系涉及到不同的施工技术方法，其经济性也各不相同，文章探讨了目前国内常用的几种深基坑支护体系的技术经济方面的特点，并对其进行了对比分析。

一、引言

随着国民经济快速增长和建筑业的不断发展，高层建筑如雨后春笋般纷纷涌现，如跻身于世界顶级摩天大厦之列的上海金茂大厦、深圳地王大厦、广州中信大厦。这些大厦的高度均已经超过300米，而其基坑深度也已逐渐由6m、8m、10m发展至20m以上。建筑物高度越高，其埋置深度也就越深，对基坑工程支护的要求也越来越高。这些工程的实施，促进了建筑科学技术的进步和施工技术、施工机械和建筑材料的更新与发展，其投资也随之不断增长。如何在现有施工条件下，选择一个既经济又安全的支护体系，是高层建筑深基坑工程施工中需要解决的一个问题。

二、深基坑工程支护类型

近几年来随着基坑深度和体量的增大，支护技术也有了较大进展，按功能分常用的有以下三类：

1、挡土支护系统。常用的有钢板桩、钢筋混凝土板桩、深层水泥搅拌桩、钻孔灌注桩、地下连续墙、土层锚杆与土钉墙。其功能是形成支护排桩或支护挡土墙阻挡坑外土压力。

2、挡水支护系统。常用的有深层水泥搅拌桩、旋喷桩、压密注浆、地下连续墙、锁口钢板桩。其功能是阻挡抗外渗水。

3、支撑支护系统。常用的有钢管与型钢内支撑、钢筋混凝土内支撑、钢与钢筋混凝土组合支撑。其功能是支承围护结构侧力与限制围护结构位移。

三、施工技术比较

支护类型中国内目前常用的主要有以下六种方式。

1、钢板桩支护。钢板桩由于施工简单而应用较广。但是钢板桩的施工可能会引起相邻地基的变形和产生噪声振动，隔水性能差，周围建筑物及地下管线会引起较大的沉降和位移，对周边环境影响很大，因此在人口密集、建筑密度很大的地区，其使用常常会受到限制。而且钢板桩本身柔性较大，如支撑或锚拉系统设置不当，其变形会很大，所以当基坑支护深度大于7m时，不宜采用。同时由于钢板桩在地下室施工结束后需要拔出，因此应考虑拔出时对周围地基土和地表土的影响。

2、深层搅拌桩支护。作为支护结构，水泥土深层搅拌桩适用于淤泥、淤泥质土、粘土、粉质粘土、粉土、素填土等土层，基坑开挖深度不宜大于6m。对有机质土、泥炭质土，宜通过试验确定。我国目前多采用格栅形式，即重力坝式挡墙。

3、排桩支护。一般来说，当基坑深h=8m~14m，周围环境要求不十分严格时，多考虑采用排桩支护。柱列式灌注桩的工作比较可靠，但要重视帽梁的整体拉结作用，在基坑边角处，帽梁应连续交圈。当周围环境保护要求严格时，为减少排桩的变形，在软土地区有时对基坑底沿灌注桩周边或部分区域，用水泥搅拌桩或注浆进行被动区加固，以提高被动区的抗力，减少支护结构的变形。

4、地下连续墙。地下连续墙适用于地下水位以下的软粘土和砂土等多种地层条件和复杂的施工环境，尤其是基坑底面以下有深层软土需将墙体插入很深的情况，因此在国内外的地下工程中得到广泛的应用。并且随着技术的发展和施工方法及机械的改进，地下连续墙发展到既是基坑施工时的挡土围护结构，又是拟建主体结构的侧墙，如支撑得当，且配合正确的施工方法和措施，可较好地控制软土地层的变形。但是地下连续墙在坚硬土体中开挖成槽会有较大困难，尤其是遇到岩层需要特殊的成槽机具，施工费用较高。在施工中泥浆污染施工现场，造成场地泥泞不堪。目前采用的逆作法施工使得两墙合一，即施工时用作围护结构，同时又是地下结构的外墙。

5、土钉支护。土钉支护由于经济、可靠且施工快速简便，已在我国得到迅速推广和应用。土钉墙适用于二、三级基坑、非软土场地、基坑深度不宜大于12m。土钉是用来加固现场原位土体的细长杆件，由于随挖随支，能有效地保持土体强度，减少土体的扰动。

6、锚杆支护。我国的锚杆支护最早用于地铁工程，20世纪80年代初开始用于高层建筑深基坑支护。在天然土层中，锚固方法以钻孔灌浆为主，一般称为灌浆锚杆。除了以上六种常用支护形式外，另外还有拱圈支护和逆作法支护等。一般来说，水泥土搅拌桩和土钉墙是我国目前的基坑深度在5m以内，后者乃至10m以内首选的支护形式，土层条件好时，15m左右基坑亦经常使用。对于5-10m深软土基坑，常采用钻（冲、挖）孔桩、沉管灌注桩或钢筋砼预制桩等，并可作各种布置，如需防渗止水时，则辅之以水泥土搅拌桩、化学灌浆或高压注浆形成止水帷幕，有时亦用钢板桩或H型钢桩。当基坑深度大于10m时，可考虑采用地下连续墙，或SMW工法连续墙，并根据需要设置支撑或锚杆。

四、经济性分析

不同的地质条件和基坑深度应选择相应的经济合理的支护结构体系。第一，钢板桩支护是造价最低的。在一些简单的工程中常常采用，如一些小型的顶管工程，桥梁工程等，但因噪声大、易变形、防水性不强等特点，已逐步被支护方式所替代。第二，深层水泥土搅拌桩这种支挡结构不透水，不设支撑，使基坑能在敞开的条件下开挖，而使用的材料仅水泥而已，因此具有较好的经济效益。第三，土钉墙支护施工速度快、用料省、造价低，与其他桩墙支护相比，工期可缩短50%以上，节约造价60%左右；而且土钉支护可以紧贴已有建筑物施工，从而省出桩体或墙体所占用的地面。第四，排桩支护中的灌注桩施工简便，可用机械钻（冲）孔或人工挖孔，施工中不需要大型机械，且无打入桩的噪声、振动和挤压周围土体带来的危害，成本较地下连续墙低。同时，灌注桩围护结构在建筑主体结构外墙设计时也可视为外墙中的一部分参与受力（承受侧压），这时在桩与主体之间通常不设拉结筋，并用防水层隔开，相对来说也可以节省一些造价。第五，地下连续墙的优越性早已为世界公认。在大深度基坑和复杂的工程环境下非它莫属。唯其造价较高，需综合考虑。SMW工法连续墙在近年应用以来，普遍认为其性能良好，造价适宜。但我国尚缺乏自制的能用于大深度施工的专用机械。武汉、上海已从日本引进SMW工法专用机械，正在推广使用。在此基础上研制了减磨擦剂，能将加劲钢材拔出后重复利用，更可以降低造价。我国还进行了预制装配式地下连续墙和预应力地下连续墙的研究和试用。预制装配式地下连续墙墙面光滑，由于配筋合理可使墙厚减薄并加快施工速度。而预应力地下连续墙则

可提高围护墙的刚度达30%以上，可减薄墙厚，减少内支撑数量，由于曲线布筋张拉后产生反拱作用，可减少围护结构变形，消除裂缝，从而提高抗渗性。这两种方法已经在工程中试用，并取得较好的社会效益和经济效益。第六，逆作法施工一般用在城市建筑高层时，周围施工环境比较恶劣，场地四周邻近建筑物、道路和地下管线不能因任何施工原因而遭到破坏，为此在基坑施工时，通过发挥地下结构本身对坑壁产生支护作用的能力，减少支护结构变形，使其刚度大为增强，节省支撑或锚杆的费用，使支护结构的变形及对相邻建筑物的影响大为减少，从而使总造价降低，一举多得，是一种先进的施工作业方法。第七，闭合挡土拱圈有时尚需采用水泥土搅拌桩或化学灌浆等方法形成止水帷幕。但即使如此，其造价仍低于一般的桩墙支护结构。已在广州、珠海、深圳等地6～12m深基坑中应用，比一般桩墙结构降低造价约50%。广东省地处东南沿海地带，地区地质条件属于以淤泥及淤泥质土为主的软土带，广州市区由于建筑物密布，地下管线纵横交错，在进行高层建筑深基坑施工时，在深基坑支护方案的选择方面首选内支撑与支护桩相结合方式较为经济合理；如土质良好，施工场地面积允许，也可考虑采用复合土钉支护，不仅经济、可靠而且施工快速简便；如需提高支护结构的挡土和止水抗渗效应，则加筋水泥土墙不失为一种设置支撑方便、性价比较合理的选择。

五、结论

基坑支护工程是一项系统工程，具有技术复杂、进度快、质量要求高等特点，必须要借助结构力学、土力学、地基基础等学科知识和丰富的施工经验，并结合拟建场地土质及周围环境情况，才能因地制宜地制定出经济合理的支护结构方案和施工方法。