工程建筑深基坑支護技術(shù)研究

摘要：深基坑支護技術(shù)是為了保證深基坑周邊環(huán)境的安全及地下結(jié)構(gòu)施工安全，對深基坑側(cè)壁所采取的保護、支擋及加固等技術(shù)措施。深基坑支護結(jié)構(gòu)的合理選型及支護技術(shù)的有效應用，對于整個建筑工程項目的安全性與經(jīng)濟性都有重要影響。文章結(jié)合工作實際，從深基坑支護工程的特點出發(fā)，對工程建筑深基坑支護技術(shù)的具體應用進行了研究。

關(guān)鍵詞：工程建筑；深基坑支護技術(shù)；地下結(jié)構(gòu)；土釘墻支護技術(shù)；SMW工法 文獻標識碼：A

中圖分類號：TU74 文章編號：1009-2374（2015）34-0093-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.34.048

近年來，隨著我國經(jīng)濟發(fā)展和城市建設進程的日益加快，建筑工程項目正逐漸向著規(guī)模大型化、高層化方向發(fā)展，而基坑的開挖深度也逐漸增加。目前，許多高層建筑的基坑深度已大于10m，個別基坑深度甚至達到了30m以上。為此，必須采取科學、合理的深基坑支護技術(shù)，以確保地下結(jié)構(gòu)的施工安全，并實現(xiàn)對施工過程中土體變形的有效控制。

1 深基坑支護工程的特點

1.1 風險性較大

深基坑支護工程多為臨時性工程，具有較高的風險性和事故發(fā)生率。這一方面是由于深基坑工程的施工周期較長，基坑開挖、基坑施工等工序多為隱蔽工程，并往往伴隨有降雨、工程振動、周邊堆載等不利條件，導致安全性較差；另一方面則是由于深基坑支護工程的造價相對偏高，部分建設單位不愿意投入過多資金，導致施工中安全儲備較小，因此必須采取科學、經(jīng)濟、合理的深基坑支護技術(shù)，以切實保證工程安全。

1.2 技術(shù)要求高

深基坑支護工程是結(jié)合了巖土工程技術(shù)、結(jié)構(gòu)工程技術(shù)以及施工技術(shù)為一體的交叉性學科，并容易受到多種外在因素的影響，在設計與施工過程中對技術(shù)的要求都較高。而且，深基坑支護工程往往需要涉及到土體變形控制、穩(wěn)定控制及滲流控制這三方面問題，對于這三方面的技術(shù)難題，需要進行綜合性處理才能加以解決。

1.3 質(zhì)量要求高

深基坑支護工程往往具有很高的質(zhì)量要求以及較為緊湊的工期要求。無論是保證地下結(jié)構(gòu)安全，或者是保證基坑周邊環(huán)境安全，都要求高質(zhì)量的深基坑支護工程。而且部分深基坑支護結(jié)構(gòu)還是地下永久結(jié)構(gòu)的一部分，這也要求工程必須具備高質(zhì)量。

2 深基坑支護技術(shù)的主要類型及合理選型

2.1 深基坑支護技術(shù)的主要類型

隨著近年來深基坑工程在施工安全性、施工經(jīng)濟性、施工工期等方面要求的提高以及基坑支護技術(shù)的不斷發(fā)展，在實際工程中所應用的支護技術(shù)類型也越來越多。目前已知的常用支護技術(shù)已多達幾十種，例如地下連續(xù)墻、土釘墻、攪拌樁、逆作拱墻、旋噴樁、鋼板樁、SMW工法等。這些基坑支護技術(shù)既可以單獨使用，也可以搭配在一起共同使用。根據(jù)其受力特點和工作原理，深基坑支護技術(shù)主要可劃分為排樁式支護技術(shù)（地下連續(xù)墻、鋼板樁、加筋水泥墻等）、邊坡穩(wěn)定式支護技術(shù)（錨噴支護、土釘墻支護等）、水泥土墻式支護技術(shù)（高壓旋噴樁、水泥攪拌樁等）三類。

2.2 深基坑支護技術(shù)的合理選型

（1）深基坑支護技術(shù)的合理選擇，應綜合考慮到基坑周邊環(huán)境、土體性質(zhì)、基坑形狀、開挖深度、施工條件、安全等級等多方面因素。既可以選擇一種支護技術(shù)，也可以2～3種支護技術(shù)結(jié)合使用，尤其應當注意透水性支護與止水性支護的選擇。對于基坑地下水位較高或者土體含水豐富的地層，則應當優(yōu)先選擇透水性支護，其余條件則應當優(yōu)先選擇止水性支護。（2）深基坑支護技術(shù)的合理選擇，還應當結(jié)合施工的經(jīng)濟性、技術(shù)性與安全性這三方面因素。在經(jīng)濟性上，要求基坑支護工程能因地制宜、就地取材，并將支護工程盡量與地下永久性工程相結(jié)合；在技術(shù)性方面，要求應技術(shù)先進，通過合理設計、精心施工，以保證支護結(jié)構(gòu)受力可靠、結(jié)構(gòu)安全；在安全性方面，要求基坑支護結(jié)構(gòu)能保證地下工程的施工安全，保證基坑邊坡的穩(wěn)定而不對周圍環(huán)境帶來破壞。在本文中，主要選取了工程建筑常用深基坑支護技術(shù)——土釘墻和SMW工法這兩種支護技術(shù)的特點、工作原理、適用范圍、設計要點以及施工技術(shù)等方面的具體應用進行了分析與探討。

3 土釘墻支護技術(shù)的具體應用

3.1 工作原理及技術(shù)要點

土釘墻支護技術(shù)是一種原位土體加固技術(shù)，是由設置在土體中的土釘、原位土體以及噴射混凝土面層共同組成的支護結(jié)構(gòu)。其工作原理是由土釘、面墻和原位土體共同作用，以形成具有約束機制的復合體形態(tài)，不僅能提高基坑邊坡土體的抗變形能力與土體結(jié)構(gòu)強度，而且能減小邊坡土體的側(cè)向變形度，增強邊坡的整體穩(wěn)定性。土釘墻支護技術(shù)最初產(chǎn)生于20世紀70年代，進入21世紀以來，該項技術(shù)在我國深基坑工程中得到了廣泛的普及與應用，其基坑應用深度已突破了20m。其技術(shù)特點有：（1）施工快捷，周圍環(huán)境影響小。由于土釘墻支護多采用的是逐段開挖，對基坑邊坡的擾動性較小，且施工方便、快捷，施工過程中產(chǎn)生的噪音與振動也很小，對基坑周邊環(huán)境的影響較小。（2）施工設備簡單，占用場地小。施工中所采用的噴射混凝土設備與鉆進挖掘設備，多采用的是小型設備，其機動性強，應用簡單靈活。且土釘墻支護在施工過程中無需另外單獨占用場地，對于施工場地狹小、放坡困難的基坑工程，有著明顯的施工優(yōu)勢。（3）經(jīng)濟性好。據(jù)工程實踐證明，土釘墻支護施工與常見的排樁法支護、鋼板樁支護相比，能節(jié)省工程投資約20%～40%，且對工程周圍環(huán)境的污染小，具有良好的經(jīng)濟效益與環(huán)境效益。

3.2 適用范圍

土釘墻支護的基坑側(cè)壁安全等級，適宜為二、三級的非軟土場地。它通常用于深度在15m以上的深基坑工程當中，常見深度為6～12m，常見斜坡坡度為70°～90°。土釘墻支護較為適宜于具有一定黏結(jié)性的雜填土、粉土、黃土等砂土邊坡，而不適宜用于帶有腐蝕性的煤渣、礦渣、酸性廢料等土質(zhì)的支護結(jié)構(gòu)。

3.3 設計要點

（1）土釘墻長度、間距、鋼筋設計。土釘墻長度宜選擇為開挖深度的0.5～1.2倍，墻與墻之間的間距宜為1～2m，墻體與水平面之間的夾角宜控制在5°～20°。其鋼筋應當采用HRB335級或HRB400級的鋼筋，鋼筋的直徑和鉆孔直徑應當分別控制在16～32mm和70～120mm。（2）面層與土釘連接方式設計。土釘墻支護的土釘與混凝土面層之間必須保證有效連接，工程中通常采用了承壓板或加強鋼筋等構(gòu)造措施，要求承壓板或加強鋼筋都應當采用焊接或螺栓連接的方式，進行牢固連接。（3）注漿材料和混凝土面層設計。土釘墻支護的注漿材料要求采用水泥砂漿或者水泥漿，其材料的強度等級不應當?shù)陀贛10；混凝土面層的厚度不應當?shù)陀?0mm，強度等級不宜低于C20，同時要求混凝土面層上方應當設置鋼筋網(wǎng)，要求鋼筋的直徑與間距應當分別控制在6～10mm和150～300mm之間。

3.4 施工技術(shù)要點

土釘墻支護的施工工藝流程大致為：確定開挖高

度→基坑開挖→噴射第一層混凝土→鉆孔和放置土釘→注漿→綁扎鋼筋網(wǎng)→噴射第二層混凝土→開挖第二層土方，詳見圖1所示。（1）基坑開挖?；舆吰峦练介_挖，必須嚴格按照設計要求分段、分層進行，嚴禁出現(xiàn)超挖、深挖的情況。如果采用的是機械挖土，還應當對所挖掘土層留設0.1m的厚度，然后再通過人工進行精細挖掘和修整。（2）鉆孔。根據(jù)基坑邊坡的不同土質(zhì)條件，采用不同的鉆孔作業(yè)方法。通常情況下，當設計鉆孔深度≤15m時，適宜采用螺旋鉆進行鉆孔施工；當設計鉆孔深度>15m，則適宜采用地質(zhì)鉆機或者土錨專用鉆機進行鉆孔施工。要求在鉆孔過程中把握好鉆進的速度，并確?？锥磮A直、干凈，孔徑也應當滿足設計規(guī)范要求。當發(fā)現(xiàn)鉆進過程中出水量較大時，還應當留設一定數(shù)量的導水孔。（3）注漿。注漿多采用孔底注漿法進行施工，要求在注漿過程連續(xù)進行，并保證漿液的飽滿。隨著漿液逐漸滲入到土層的過程中，鉆孔會發(fā)生缺漿現(xiàn)象，這時還應當及時補漿。要求注漿時的壓力應當控制在0.6MPa以上。

1.開挖工作面、修整坡面和坡面排水；2.噴射第一層混凝土；3.鉆孔、放置土釘、放置鋼筋網(wǎng)；4.綁扎鋼筋網(wǎng)、噴射第二層混凝土；5.開挖第二層土方，按此循環(huán)直至結(jié)束

圖1 土釘墻施工工藝流程圖

4 SMW工法的具體應用

4.1 工作原理及技術(shù)特點

SMW工法也被稱為型鋼水泥土樁復合支護技術(shù)，其工作原理是通過在攪拌樁內(nèi)放置H型鋼或者其他受拉材料，以形成具備止水和支擋雙重功能的復合支護結(jié)構(gòu)。其技術(shù)特點為：SMW工法一方面具備了攪拌樁施工快捷、止水效果好和造價便宜的特點；另一方面通過H型鋼來克服傳統(tǒng)水泥土樁受拉能力和受彎能力差的缺陷，具有良好的受拉能力和受彎能力，適用于大多數(shù)基坑土質(zhì)，尤其適合以粉土和黏土為主的松軟場地。綜合而言，SMW工法具有施工快捷、造價便宜、止水效果好、對環(huán)境影響小、適用范圍廣等多項優(yōu)點。

4.2 設計要點

（1）攪拌樁設計。攪拌樁的入土深度要求應當比型鋼的插入深度多0.5～1m，且要求其樁體的垂直度不應當大于1/200；（2）型鋼設計。內(nèi)插型鋼多采用強度高、抗彎能力強的標準H型鋼，部分工程中也可根據(jù)實際需要采用鋼管、混凝土樁等進行代替。型鋼的垂直度不應當大于1/20，當基坑支護對抗?jié)B性、抗裂性要求較高時，應當適當加大型鋼的插入密度。

4.3 施工技術(shù)要點

SMW工法的主要施工工藝流程，詳見圖2所示。（1）開挖導向溝。根據(jù)攪拌樁墻體的軸線，利用挖土機開挖導向溝，其尺寸通常為800mm×1000mm，并將地下障礙物、開挖后的余土及時清除，以保障后續(xù)施工的順利。（2）設置定位型鋼。沿導向溝垂直方向放置兩根定位型鋼，其長度約為2.5m，然后再沿導向溝水平方向放置兩根定位型鋼，長度約為8～20m。要求定位型鋼的設置應順直、平移。（3）插入型鋼。在攪拌樁施工完成約30分鐘以后，即可插入型鋼，在插入之前應首先檢查型鋼的平整度、接頭焊縫質(zhì)量以及是否涂刷減摩擦材料。型鋼通常依靠自重即可順利插入，對于部分砂性較重的土層，為方便型鋼插入還可采用錘壓設備進行輔助。要求所插入型鋼的偏差，必須滿足設計規(guī)范要求。

圖2 SMW工法的施工工藝流程圖

5 結(jié)語

本文從深基坑支護工程的特點出發(fā)，并著重土釘墻和SMW工法這兩種深基坑支護技術(shù)的工作原理、適用范圍、設計以及施工技術(shù)要點等方面的具體應用進行了分析與探討。深基坑支護技術(shù)的選型與應用，對于整個基坑工程的安全與質(zhì)量都有著直接影響。為此，我們應當結(jié)合工程實際情況，從技術(shù)性、經(jīng)濟性及安全性角度出發(fā)，選擇適宜的基坑支護技術(shù)，并做好相關(guān)技術(shù)研究與應用，進而有效保證工程建筑深基坑工程的安全、順利進行。

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作者簡介：彭湘（1979-），女，湖南長沙人，供職于湖南省西湖建筑集團有限公司，研究方向：建筑工程。

（責任編輯：黃銀芳）