深基坑支護技術淺析

□李志明（河南省鄭州水利學校）

□張 凱（鄭州禹班建筑安裝工程有限公司）

1.重力式支護結構

一般重力式支護結構多采用深層攪拌水泥土樁墻，即：通過深層攪拌機就地將水泥漿和土強制攪拌，制成水泥土樁，相互連續(xù)搭接形成的水泥土柱狀加固體擋墻。其水泥土加固體的強度可達0.8～1.2 MPa，滲透系數≤10-7cm/s，能擋土，又能防滲止水，常用于軟土地區(qū)，并且深度≤7 m的基坑工程。

1.1 構造要求

水泥土墻通常布置成格柵式，相鄰樁搭接長度≥200 mm，截面置換率（加固土的面積：水泥土墻的總面積）為0.6～0.8。墻體的寬度b和插入深度hd，根據坑深、土層分布及其物理力學性能、周圍環(huán)境情況、地面荷載等計算確定；當基坑開挖深度h≤5m時，可按經驗取值。支護結構的水泥土加固體多采用強度等級為32.5的普通硅酸鹽水泥，水泥摻量通常為12%～15%（水泥重量與加固土體重量的比值），水泥漿的水灰比≤0.45，水泥土圍護墻的28天齡期強度應不低于0.8 MPa，未達到設計強度前不得進行基坑開挖。

1.2 水泥土墻的計算

抗傾覆穩(wěn)定、抗滑動穩(wěn)定必須驗算，整體穩(wěn)定和抗隆起穩(wěn)定在墻體下部為軟弱土層時應驗算，抗?jié)B透穩(wěn)定在坑底或墻體下部為砂石及砂土時、樁體穩(wěn)定在基坑開挖深度較大時、基底地基承載力在墻體下部為軟弱土層時、格柵穩(wěn)定在格柵分格較大時、位移在對支護結構及墻背土體有位移控制要求時應驗算。

1.3 深層攪拌水泥土樁墻的施工

深層攪拌地基是利用水泥、石灰作為固化劑，通過深層攪拌機械在地基深處就地將軟土和固化劑強制攪拌，固化劑和軟土之間會產生一系列物理化學反應，使軟土硬結成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強度的地基，與天然地基形成復合地基，從而提高地基承載力，增大變形模量。深層攪拌法加固軟土，具有如下特點：施工工期較短，造價低廉，效益顯著。因為深層攪拌法將固化劑和原地基軟土就地攪拌混合，最大限度地利用了原土。并且施工過程很環(huán)保。深層攪拌法適用于處理淤泥、淤泥質土、粉土和含水量較高且地基承載力標準值≤120kPa的粘性土等地基，對超軟土效果更為顯著。當用于處理泥炭土或地下水具有侵蝕性時，宜通過試驗確定其適用性。冬季施工時應注意負溫對處理效果的影響。多用于墻下條形基礎、大面積堆料廠房地基；在深基坑開挖時用于防止坑壁及邊坡塌滑、坑底隆起等，以及作地下防滲墻等工程上。深層攪拌法的施工工藝流程即深層攪拌機定位→預攪下沉→噴漿攪拌提升→重復攪拌下沉→重復攪拌提升直至孔口→關閉攪拌機、清洗→移至下一根樁位、重復以上工序。

2.非重力式支護結構

2.1 板樁式支護

板樁支護通常采用鋼板樁（鋼筋混凝土板樁）或型鋼樁橫擋板等支護形式對擬開挖的土壁進行支撐，適用于土質較好、地下水為較低、深度不很大的一般粘性土、砂土基坑中。由于這種支護需用大量的特制鋼材，一次性投資較高，現已很少采用。

2.2 排樁式支護

2.2.1 構造形式

擋土灌注樁主要有間隔式、雙排式和連續(xù)式等三種構造形式。間隔式：每隔一定距離設置一樁，成排設置，在頂部設連續(xù)梁連成整體共同工作。雙排樁：將樁前后或成梅花形，按兩排布置，樁頂也設有連續(xù)梁成門式剛架，以提高抗彎剛度，減少位移。連續(xù)式：一樁連一樁形成一道排樁，在頂部也設有連續(xù)梁連成整體共同工作。

2.2.2 構造要求

擋土灌注樁間距一般為1～2 m，樁直徑為0.5～1.1 m，埋深為基坑深的0.5～1.0倍。樁配筋根據側向荷載有計算而定，一般主筋直徑為14～32 mm；當為構造配筋時，每樁不少于8根，箍筋采用8mm，間距為100～200 mm。

2.2.3 擋土灌注樁的施工

施工鉆孔過程中，如發(fā)現排出的泥漿中不斷出現氣泡，或泥漿突然漏失，這表示有孔壁坍塌現象?？赡苁峭临|松散，泥漿護壁不好，護筒周圍密填不密實及護筒內水位不高引起的。那么，我們應保持孔內水位并加大泥漿比重以穩(wěn)定孔壁。如坍塌嚴重，應立即回填粘土，待孔壁穩(wěn)定后再鉆孔。若出現混凝土配合比有誤或澆筑不連續(xù)；水下混凝土澆筑時，導管提升過快，樁截面存在泥夾層。我們應：嚴格控制現場混凝土配合比，保證混凝土連續(xù)澆筑；分析地質情況，研究對策。如已發(fā)生斷樁，不嚴重者核算其實際承載力；如比較嚴重，則應進行補樁。

2.3 板墻式支護

板墻支護一般采用地下連續(xù)墻作為土壁支護結構。即：在開挖的基坑周圍，先建造混凝土或鋼筋混凝土地下連續(xù)墻，達到強度后，在墻中間用機械或人工挖土，直至要求深度。當跨度、深度很大時，可在內部加設水平支撐及支柱。用于逆作法施工，每下挖一層，把下一層梁、板、柱澆筑完成，以此作為地下連續(xù)墻的水平框架支撐，如此循環(huán)作業(yè)，直到地下室的底層全部挖完土，澆筑完成。適用于開挖較大、較深（10 m）、有地下水、周圍有建筑物、公路的基坑，也可作為地下結構的外墻下室結構的部分外墻使用。

2.4 擋土灌注樁與深層攪拌水泥土樁組合支護

擋土灌注樁支護，一般采取每隔一定距離設置，缺乏阻水、抗?jié)B功能，在地下水較大的基坑應用，會造成樁間土大量流失，影響支護土體的穩(wěn)定。為提高擋土灌注樁的抗?jié)B透功能，一般在擋土排樁的基礎上，在樁間再加設水泥土樁，以形成一種擋土灌注樁與水泥土樁相互組合而成的支護體系。

擋土灌注樁與深層攪拌水泥土樁組合支護具有既可擋土又可防滲，施工比連續(xù)排樁支護快速，節(jié)約水泥、鋼材，造價較低等優(yōu)點。適用于土質條件差、地下水位高、要求既可擋土又可防滲的支護結構。

3.復合式支護結構

3.1 土層錨桿支護結構

土層錨桿是一種受拉構件，它一端插入土層中，另一端與擋土結構拉結，借助錨桿與土層的摩擦阻產生的水平抗力抵抗土的側壓力來維護擋土結構的穩(wěn)定。土層錨桿的種類較多，一般灌漿有錨桿、擴孔灌漿錨桿、壓力灌漿錨桿、預應力錨桿、重復灌漿錨桿、二次高壓灌漿錨桿等多種，最常用的是前4種。

3.1.1 預應力錨桿

先對錨固段用快凝水泥砂漿進行一次壓力灌漿，然后將錨桿與擋土結構相連接，施加預應力并錨固，最后在非錨固段進行二次灌漿。這種錨桿往往用于穿過松軟地層而錨固在穩(wěn)定土層中，并使穿過的底層和砂漿都預加壓力，在土壓力的作用下，可以減少擋土結構的位移。土層錨桿根據支護深度和土質條件可設置一層或多層。當土質較好時，可采用單層錨桿；當基坑深度較大、土質較差時，可設置多層錨桿。土層錨桿通常會和排樁支護結合來使用。其主要施工工序為：施工準備→土方開挖→測量、放線定位→鉆機就位→校正孔位、調整角度→鉆孔→清孔→插放拉桿→（壓力）灌漿→養(yǎng)護→安裝橫梁（或預應力錨具）→張拉（僅用于預應力錨桿）→錨頭（錨具）錨固。

潛鉆成孔法：是利用風動沖擊式潛孔沖擊器成孔，多用于孔隙率較大、含水量較低的土層中。

3.1.2 安放拉桿

拉桿使用前，應除銹和除油污，孔口附近拉桿鋼筋應先涂一層防銹漆，并用兩層瀝青玻璃布包扎做好防銹層。成孔后即將長鋼拉桿插入孔內，在拉桿表面設置定位器，間距在錨固段為2 m左右，在非錨固段為4～5 m。在插入拉桿時應將灌漿管與拉桿綁在一起同時插入孔內。放至距孔底保持50 cm。如果鉆孔時使用套管，則在插入鋼筋拉桿后將套管拔出。

3.1.3 錨桿灌漿

灌漿方法分為一次灌漿法和二次灌漿法兩種。一次灌漿法是用壓漿泵將水泥漿通過灌漿管注入錨孔，管端保持離底150 mm；隨著水泥漿灌入，逐步將灌漿管向外拔出，待漿液回流至孔口時，搗實并封口，再以0.4～0.6 MPa的壓力進行補灌完成。二次灌漿法是待第一次灌漿初凝后，進行第二次灌漿。對于預應力錨桿灌漿，先灌注錨固段，在灌注的水泥漿具備一定強度后，對錨固段進行張拉，然后再灌注非錨固段。

3.1.4 張拉與錨固

預應力錨桿土層錨桿灌漿后，待錨固體強度達到80%設計強度以上時，便可對錨桿進行張拉和錨固。張拉設備與預應力結構張拉設備相同，預加應力的應正確估算預應力損失。鋼拉桿為鋼筋時一般采用螺母錨固，鋼拉桿為鋼絲束時可采用墩頭錨具錨固。

3.2 土釘支護結構

土釘支護是用于土體開挖和邊坡穩(wěn)定的一種新技術，即基坑開挖時，逐層在坡面上采用較密排列的鉆孔注漿釘或擊入釘，與土體形成復合體，并在土釘坡面上設置鋼筋網，噴射混凝土，使土體、土釘群與混凝土面板結合為一體，增強了土體破壞延性，提高了邊坡整體穩(wěn)定和承受坡頂超載能力。亦稱為噴錨支護或土釘墻。

土釘支護主要適用于地下水位以上或經降水后的雜填土、普通粘性土或非松散性的砂土，基坑側壁安全等級為二、三級，基坑開挖深度≤12 m的土壁支護。由于其經濟、可靠、施工簡便、快速，已在我國得到廣泛使用。

為了防止地表水滲透噴混凝土面層進入土體產生壓力，降低土體強度和土體與土釘之間的粘結力，土釘支護必須有良好的排水系統(tǒng)。排水系統(tǒng)主要包括地表排水、支護內部排水，以及基坑排水。支護內部排水通常在支護面層的背部插入直徑≥40 mm的水平排水管，間距為1.5～2 m，將土體內的積水排出。

土釘支護施工通常采用邊開挖、邊施工的方法，其每段主要施工工序為：基坑開挖、修坡→定位→鉆孔→插入土釘鋼筋→注漿→綁扎鋼筋網、噴射混凝土。

施工中一定要注意噴射混凝土時應由下而上，一次噴射厚度≥40 mm；當面層厚度≥100 mm時，應分二次噴射，每次噴射厚度宜為50～70 mm。面層噴射混凝土終凝后2 h，可根據當地環(huán)境條件，采用噴水、灑水或噴涂養(yǎng)護劑等方法養(yǎng)護，養(yǎng)護時間宜為3～7 d。

[1]李珠，蘇有文主編.土木工程施工[M].武漢：武漢理工大學出版社，2007.

[2]孫震主編.建筑施工技術[M].北京：中國建材工業(yè)出版社，1996.

[3]閻西康.土木工程施工[M].北京：中國建材工業(yè)出版社，2000.