简述基坑支护的类型及结构选型

许红星 
摘要：随着工程建设的不断发展，基坑工程逐渐发展成为一名新的实践工程学。不同的工程所采用的基坑支护形式有所不同，本文分析了工程中常见的支护类型及适用条件，结合工程实例，提出工程基坑支护的结构选型。
关键词：基坑支护 结构选型 工程实例
基坑支护体系一般为施工过程中的临时构筑物，但却在其中扮演十分重要的角色。基坑支护的选型应该根据施工场地内工程地质条件，有利于挖土及地下室的建造，确保周边建筑物、构筑物和管线安全，另外还要综合考虑工期、造价、施工难易程度等因素。
1基坑支护的类型及适用条件
（1）放坡开挖。这类无支护措施下的基坑开挖方法通常称为放坡开挖。 
适用于周围场地开阔，无重要建筑物，价钱最便宜，但回填土方较大。
（2）水泥土深层搅拌桩围墙。
采用深层搅拌机就地将土和输入的水泥浆强行搅拌，形成连续搭接的水泥土柱状加固体挡墙。一般坑内无支撑，便于机械快速挖土，是挡土、止水双重功能较为经济，污染小。      
适用于处理淤泥，淤泥质土，粉土和含水量较高且地基承载力标准值不大于120kPa的粘性土等地基基坑围护结构，但位移相对较大，要在中间加墩或起拱，厚度较大，只有在红线位置的周围环境允许才能采用，施工十要注意影响周围环境。
（3）高压旋喷桩。
利用高压通过旋转的喷嘴将水泥浆喷入土层和土体混合形成水泥加固体，相互搭接，用来挡土和止水。施工设备结构紧凑，机动性强，占地少，机具震动小，不会对周围建筑物造成振动或噪音。
适用于适用于处理淤泥、淤泥质土、流塑、软塑或可塑黏性土、粉土、砂土、黄土、素填土和碎石土等地基，可用于空间狭小处。
（4）钢板桩。
是一种将钢板桩用打桩机打（压）入地基，使其互相连结成钢板桩墙，用来挡土和挡水，工程结束后可回收，可重复使用。常用的钢板桩有槽钢钢板桩和“拉森”钢板桩。槽钢钢板桩抗弯能力较弱,易渗水，多用于深度小于4米的较浅基坑或沟槽。“拉森”钢板桩承载力强，自身结构轻，且通过锁口相互咬合，基本不透水，适用于地下水位较高的深基坑支护。
（5）钢筋混凝土板桩。
钢筋混凝土板桩具有施工简单、现场作业周期短等特点,曾在基坑中广泛应用,但由于钢筋混凝土板桩的施打一般采用锤击方法,振动与噪音大,同时沉桩过程中挤土也较为严重,在城市工程中受到一定限制。此外,其制作一般在工厂预制,再运至工地,成本较灌注桩等略高。但由于其截面形状及配筋对板桩受力较为合理并且可根据需要设计,目前已可制作厚度较大(如厚度达500mm 以上) 的板桩,并有液压静力沉桩设备,故在基坑工程中仍是支护板墙的一种使用形式。
（6）钻孔灌注桩。
钻孔灌注桩围护墙是排桩式中应用最多的一种,在我国得到广泛的应用。其多用于坑深7～15m 的基坑工程,在我国北方土质较好地区已有8～9m 的臂桩围护墙。钻孔灌注桩支护墙体的特点有:施工时无振动、无噪音等环境公害,无挤土现象,对周围环境影响小;墙身强度高,刚度大,支护稳定性好,变形小;当工程桩也为灌注桩时,可以同步施工,从而施工有利于组织、方便、工期短;桩间缝隙易造成水土流失,特别时在高水位软粘土质地区,需根据工程条件采取注浆、水泥搅拌桩、旋喷桩等施工措施以解决挡水问题;适用于软粘土质和砂土地区,但是在砂砾层和卵石中施工困难应该慎用;桩与桩之间主要通过桩顶冠梁和围檩连成整体,因而相对整体性较差,当在重要地区,特殊工程及开挖深度很大的基坑中应用时需要特别慎重。
（7）地下连续墙。
通常连续墙的厚度为600mm、800mm、1000mm，也有厚达1200mm的，但较少使用。地下连续墙刚度大，止水效果好，是支护结构中最强的支护型式，适用于地质条件差和复杂，基坑深度大，周边环境要求较高的基坑，但是造价较高，施工要求专用设备。
（8）土钉墙。
土钉墙是一种边坡稳定式的支护,其作用与被动的具备挡土作用的上述围护墙不同,它是起主动嵌固作用,增加边坡的稳定性,使基坑开挖后坡面保持稳定。土钉墙主要用于土质较好地区,我国华北和华东北部一带应用较多,目前我国南方地区亦有应用,有的已用于坑深10m 以上的基坑,稳定可靠、施工简便且工期短、效果较好、经济性好、在土质较好地区应积极推广。
（9）SMW工法。
SMW工法亦称劲性水泥土搅拌桩法,即在水泥土桩内插入H 型钢等(多数为H 型钢,亦有插入拉森式钢板桩、钢管等) ,将承受荷载与防渗挡水结合起来,使之成为同时具有受力与抗渗两种功能的支护结构的围护墙。SMW 支护结构的支护特点主要为:施工时基本无噪音,对周围环境影响小;结构强度可靠,凡是适合应用水泥土搅拌桩的场合都可使用,特别适合于以粘土和粉细砂为主的松软地层;挡水防渗性能好,不必另设挡水帷幕;可以配合多道支撑应用于较深的基坑;此工法在一定条件下可代替作为地下围护的地下连续墙,在费用上如果能够采取一定施工措施成功回收H 型钢等受拉材料;则大大低于地下连续墙,因而具有较大发展前景。
2工程实例
温州高教园区某高校宿舍楼工程，位于温州市区南部瓯海区茶山镇高教园区东面，剪力墙结构，地上16层地下1层，基坑平面形状近似Z字形，轴网长宽尺寸为60.6m*55.6m，基坑挖深为4.200m,局部落深区挖深为5.700m~7.100m。根据《岩土工程勘察报告》本工程地质情况概况如下：该土层主要为淤泥质粘土，地下水属于潜水型，水位受季节变化，大气降水、人工地表排水等因素的影响，勘察期间测得稳定地下水位埋深0.6~1.3米，水位标高为2.25~3.22米（1985国家基准）。年变化幅度约为2~3米。本场区环境类型为II类，表部杂填土属强透水性，根据浅部土层渗透系数分析，本场地淤泥属微弱透水性，淤泥中水平方向渗透性略大于竖向。
杂填土：杂色，由碎块石混粘性土、砂砾及少量生活垃圾等组成，含少量腐植物。湿~饱和，松散~稍密，中~高压缩性；仅场区西部有少量分布层0.2米~0.6米，层底埋深0.2~0.6米。
粘土：表部约30厘米为耕土。灰黄、灰褐色，含少量铁锰质氧化物、腐植物碎屑，可~软塑，中~高压缩性，层厚1.0~1.7米，层底埋深1.4~1.9米，全场分布。
31、、淤泥：青灰色，含少量粉细砂、腐植物碎屑、贝壳碎片，靠近顶面局部为淤泥质粘土，具水平微层理构造，流塑，高压缩性，高灵敏度，层厚8.5~14.8米，层底埋深10.0米~16.5米，全场分布。
32、青灰色，含少量粉细砂、腐植物碎屑、贝壳碎片，靠近顶面局部为淤泥质粘土，具水平微层理构造，流塑，高压缩性，高灵敏度，层厚0~8.7米，层底埋深16.5米~24.1米，主要分布于场区东部，西部大部分缺失。
41、粘土：灰黄、灰绿色，含少量腐植物、铁锰质氧化物，夹少量粉细砂，标贯实例N值为6~8.5击/30cm；可塑，中压缩性。场区东部Z32、Z33、Z37、Z42孔缺失，其余孔均有分布，层厚2.3~6.1米，层底埋深16.1米~20.4米。
42、灰色，含少量腐植物碎屑夹薄层粉细砂，标贯实例N值为4.5~5.5击/30cm；软塑，中~高压缩性。场区东部Z37、Z42孔缺失，其余孔均有分布，层厚1.6~7.2米，层底埋深20.7米~24.6米。
土物理力学指标如下表
编号 土名 平均厚度
（m） 重力密度
（kn/m3） 粘聚力
（kpa） 内摩擦角
（度） 含水量
（%） 竖向渗透系数
（cm/s）
1 杂填土 0.36    
2 粘土 1.50 16.80 14.5 7.7 45.8 6.02 X10-6
31 淤泥 13.0 15.40 10.2 4.7 72.6 1.49 X10-6
32 淤泥 1.80 16.90   
41 粘土 3.16 18.7 11.1 5.1 34.1 2.23 X10-6
42 粘土 4.45 18.0 25.5 8.5 40.5 0.03 X10-6

现状关系为：本工程西、南面为河道，距拟建建筑物最短距离为6.6m，北侧为已建二层配电房，东侧为已建17#、18#、19#学生宿舍楼，拟建建筑物距19#学生宿舍楼9.6m。本工程北侧配电房及东侧学生宿舍分布范围内，应加强建筑物沉降监测，西、南侧注意基坑变形，保证基坑安全。
根据以上《岩土工程勘察报告》：本场区土层主要为淤泥质粘土。一般来讲，软粘土地基中基坑工程主要侧重处理支护围护结构稳定性，另外，由于场区两面临河，且富含地下水，应处理好止水及降水问题。
《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120—99），该基坑侧壁安全等级为一级，支护结构应选择排桩或地下连续墙。
场地狭小，四周建筑物距离较近。应注意周围建筑物不受影响，保证周围和地下管线安全。
工期紧张，整个工程的难点主要为地下室基坑施工，为保证工期，地下室节顶节点为重中之重。
综合以上四点因素，本工程最终采用的基坑支护形式为：钻孔灌注桩+内支撑的围护形式，围护桩外侧采用双头水泥土搅拌桩做止水帷幕。采用这种基坑支护形式既能有效的保证基坑及周边建筑物安全，提高支护体系的可靠性，又很好的解决了挡水和场地狭小的问题。同时，由于该工程工程桩同为灌注桩，所以围护桩和工程桩可同步施工，有些工程桩可兼做围护桩，从而有利于施工的组织，可有效的缩短工期。
3总结
基坑支护的原则为安全、经济、便于施工，基坑安全不仅是指基坑自身的稳定安全：保证基坑开挖和地下室结构施工安全，同时包括基坑周边建筑物、地下管线的安全。针对不同项目的基坑选型，应该做到因地制宜，根据现场实际情况出发，结合工程的特点，综合考虑地质条件、工期、造价、方便挖土及运输等因素。本文分析了工程中常见的基坑类型及适用条件，并结合工程实例对基坑支护的原则及选型做了分析。基坑支护虽然是建筑工程中的一个临时构筑物，但却是其中一个不可或缺且十分重要的部分，所以基坑支护选型时一定要从实际出发，从设计、施工两方面保证基坑安全。总之，基坑支护的原则及选型是一个复杂和不断改进的工程，需要在今后做进一步的探讨与研究。