深基坑支護新技術發(fā)展與展望

盧生遠 李新宇

摘? 要：本文總結了深基坑的特點、深基坑支護新技術、新方法和新工藝。重點分析了復合土釘墻、新型地下連續(xù)墻、漿囊袋錨桿支護及咬合樁支護等深基坑支護新技術的特點、適用范圍及應用，并對實時信息監(jiān)測與智能化施工、支護結構和聯合支護體系的開發(fā)等深基坑支護新技術的發(fā)展和研究方向進行了展望。本文的分析結果可為從事深基坑支護技術的研究、設計及施工相關人員提供指導和參考。

關鍵詞：深基坑? 復合土釘墻? 新型地下連續(xù)墻? 漿囊袋錨桿? 咬合樁

Abstract： This paper summarizes the characteristics of deep foundation pit， new technology， new method and new technology of deep foundation pit support. The characteristics， application scope and application of new technologies of deep foundation pit support， such as composite soil nailing wall， new underground continuous wall， slurry bag bolt support and interlocking pile support are analyzed emphatically， and the development and research direction of new technologies of deep foundation pit support， such as real-time information monitoring and intelligent construction， support structure and development of combined support system， are forecasted. The analysis results of this paper can provide guidance and reference for those who are engaged in the research， design and construction of deep foundation pit support technology.

Key Words： Deep foundation pit;? Composite soil nail wall;? New underground diaphragm wall;? Slurry bag bolt; Occlusal pile

隨著我國基礎設施建設的快速發(fā)展和城市化步伐的加快，工程建設規(guī)模在日益擴大，對地下空間的大力開發(fā)與利用在社會經濟發(fā)展中提高到重要的戰(zhàn)略地位[1]。深基坑支護結構直接關系到整個建筑工程的安全與質量，對其結構進行優(yōu)化分析在深基坑工程建設施工中非常關鍵。由于土地資源的急缺，地下空間開發(fā)利用的規(guī)模不斷擴大，基坑不斷向“深、大、近”發(fā)展，對基坑支護技術的要求也越來越高，只有對基坑側壁、上部和周邊環(huán)境進行保護、加固和支撐，才能確保地下工程施工和周邊環(huán)境的安全，深基坑開挖與支護引起了建筑工程領域專家、學者及施工技術人員的高度關注，新的支護圍擋加固結構和新工法也隨之不斷涌現。

1? 深基坑支護新技術發(fā)展現狀

在地下工程建設中深基坑支護關鍵技術是一個很有發(fā)展?jié)摿Φ难芯空n題之一，工程規(guī)模的不斷增加、各地地質水文條件巨大差別、工程環(huán)境的多變復雜為深基坑工程提供了一個寬廣的舞臺。隨著大量學者對深基坑工程的廣泛關注，深基坑支護技術有了一定的發(fā)展和突破，在工程建設中涌現出了大量的支護新技術。深基坑支護新技術一般是為了彌補傳統支護技術的缺點與不足，利用傳統各支護型式的優(yōu)點對傳統的支護結構進行優(yōu)化改進或幾種結構進行組合，擴大其適用范圍，使其適應不同的施工環(huán)境，達到安全、適用、經濟和綠色環(huán)保等綜合性指標最佳的目的。

隨著對基坑安全、經濟性等綜合性指標要求的提高，在實際工程中，單一的支護形式逐漸被聯合支護新技術所取代。目前在深基坑工程中使用的新技術主要有復合土釘墻、新型地下連續(xù)墻、漿囊泡錨桿、咬合樁以及各種聯合支護型式，聯合支護型式主要有樁錨與土釘墻聯合、樁撐與土釘墻聯合和土釘墻、錨桿和地下連續(xù)墻三者聯合等幾種聯合結構等。

（1）復合土釘墻支護。

復合土釘墻支護技術是在土釘墻基礎上發(fā)展起來的一種新型深基坑支護技術，具有技術先進、施工便捷、經濟合理、綜合性能比較突出等優(yōu)點。該技術主要體現在兩方面，一是將新材料、新工藝運用于傳統土釘墻中，二是將樁或預應力錨桿等與土釘墻結合起來形成基坑復合支護技術，以充分發(fā)揮土釘墻和樁、錨桿等單獨結構各自的優(yōu)點，突破傳統土釘墻不適用的工程。由于土釘墻對變形控制比較差，而樁錨或樁撐支護體系的支擋能力比較強，但大截面的鋼筋混凝土樁相對不太經濟，將相對經濟支擋能力強的深層攪拌水泥土樁、高壓旋噴水泥土樁、微型樁等與傳統的土釘墻結合起來，可以達到安全、經濟、適用等綜合性能更好。復合土釘墻支護結構適用范圍很廣，可適用于各種地層和各種安全等級的基坑，已成為深度不超過18m的深基坑中使用率最高的支護結構[2]，但需要關注的是：在基坑開挖降水過程中需采用合適的降水措施和速度，以防止不合適的水力坡降的地下水滲流引起基坑失穩(wěn)，設計時應綜合考慮地質水文條件、環(huán)境因素以及降水形成的水力坡降等。

（2）新型地下連續(xù)墻。

地下連續(xù)墻可同時承擔擋土、防滲、止水等多種功能，自身剛度較大，適用于多種土質情況和各種環(huán)境，尤其在建筑物密集地區(qū)（已有距離建筑物基礎外約20 cm的地下連續(xù)墻的成功案列）和超深基坑工程支護中。為了滿足深基坑工程建設的需求、緊跟時代步伐，地下連續(xù)墻支護技術發(fā)展迅速，主要體現在四方面。①連續(xù)墻結構中成功地應用玻璃纖維筋（GFRP筋）等新材料，因玻璃纖維筋具有質輕、便于切割施工和強耐腐蝕等優(yōu)點，而成功替代鋼筋;②地下連續(xù)墻的施工中涌現了大量的新工法，如CRM工法、TRD工法、CMW工法等;③在SMW工法的基礎上施工中成功運用了新的智能化動態(tài)監(jiān)測系統，能準確實時捕獲樁（墻）身的應力應變，把控工程安全信息;④非常成功地將支擋樁或錨桿與地下連續(xù)墻進行聯合形成了樁錨地下連續(xù)墻，如“旋噴水泥土樁+SMW新工法地下連續(xù)墻”的聯合技術、“擴體錨桿+地下連續(xù)墻”的聯合支護技術，工程實踐證明這些聯合支護型式可很好地運用到膨脹土深基坑支護中。“SMW工法地下連續(xù)墻+高壓旋噴水泥土樁”聯合支護技術用于軟弱地層、周圍環(huán)境受限制條件下的基坑工程中，可以很好解決周邊環(huán)境受限制條件下側向抗力不足的問題[3];“SMW工法地下連續(xù)墻+預應力錨桿”聯合支護型式的支護能力強及止水性好，這種將支擋與止水結構合二為一大大降低了基坑圍護成本;SMW新工法與擴孔錨桿聯合支擋型式在高透水性的地基中適用性很強，特別適用于施工工期緊張的深基坑工程[4]。

（3）漿囊袋錨桿支護技術。

漿囊袋錨桿是在軟土的錨固技術工程實踐中創(chuàng)新研發(fā)的一種新型錨桿，這種新型錨桿采用了常規(guī)錨桿的施工方法，通過在錨桿的錨固段外側設置一柔性的土工膜袋來改變錨桿錨固體的形狀及錨固體的直徑，達到改善錨桿在淤泥及淤泥質土等軟弱土體中的錨固性能，特別適用于淤泥及淤泥質土等軟弱土體中的加固，此新技術已廣泛地應用于深基坑支護工程中。漿囊袋注漿錨桿需要在錨桿主筋外側設置一柔性注漿袋，柔性注漿袋一般用抗拉強度較高而韌性很好軟塑料膜或土工膜材料制成，通過在錨桿鋼筋的外側設置注漿袋，可以取得兩大功效，首先是擴大錨固體直徑和改變錨固體形狀，由于軟土基坑中土體的壓縮性比較高，在鉆進成孔后，采用壓力注漿工藝，利用漿液的壓力來擠壓土體，從而可形成大直徑土層錨桿，一般直徑可達到25cm以上;同時在柔性注漿袋的端部和中間設置幾個等間距的約束帶來封閉袋口和約束袋的變形，可通過漿液的高壓將傳統錨桿柱狀錨固體變成“糖葫蘆”串形，從而大大提高錨桿的抗拔力，改善了錨固體的工作性? ? ? ? ? ? ? ?能[5];其次，通過設置漿囊袋，能有效保證漿液在膜袋內擴散，不會漏漿，錨固體的質量更可靠;同時可通過注漿量很準確地分析錨固體的平均直徑，使設計結果更可靠。

（4）咬合樁支護。

咬合樁支護是為了彌補排樁支擋樁間容易產生水土流失的不足，將鋼筋混凝土樁與素混凝土樁進行咬合實現基坑支擋與止水兩種功能[6]。咬合樁一般為素混凝土樁和鋼筋混凝土樁間隔布置，通過施工切割相交部分實現咬合，施工時采取先施工超緩凝的素混凝土樁，后施工鋼筋混凝土樁，在素混凝土樁初凝之前完成鋼筋混凝土樁的施工，鋼筋混凝土樁施工時應切割掉先施工的素混凝土樁的咬合部分，相鄰樁就緊密搭接形成密布的樁支護結構及止水帷幕。咬合樁實際上就是改進的排樁，彌補了排樁的止水性能的不足，充分發(fā)揮了排樁支護結構的沉降及水平位移較小的優(yōu)點，已廣泛運用在高層構筑物、地鐵、道路下穿線等深基坑工程支護中，在飽和含水地層中可采用全套管的跟進施工使樁順利穿越，同時有效防止孔內流砂、涌泥等問題，尤其適用于無法采用錨桿支護的基坑和淤泥、地下水富集等止水困難的基坑支護。

2? 深基坑支護發(fā)展趨勢及研究方向

城市建設的快速發(fā)展為深基坑支護結構的研究與優(yōu)化提供了一個廣闊的舞臺，也引起了相關人士的廣泛關注，深基坑支護技術處于快速發(fā)展中，其發(fā)展趨勢主要反映在以下四個方向。

（1）發(fā)展信息監(jiān)測與智能化施工技術。

基坑支護結構設計時，由于勘測的局限引起土體強度參數的不準確、支護結構的靜態(tài)設計理論本身缺陷、基坑施工的動態(tài)化過程等影響，往往使得設計的支護結構內力、變形與工程實際相差較大，導致基坑工程事故頻發(fā)，所以，基坑的施工應遵循“邊施工、邊觀察”的原則，實施動態(tài)監(jiān)測監(jiān)控、動態(tài)設計。只要有實時監(jiān)測信息，就可根據監(jiān)測信息進行科學抉擇，實時調整施工作業(yè)速度與進度，即實現信息化施工，以確保施工安全和經濟安全;目前已有在SMW工法樁中置入了大量傳感器成功地實施了實時監(jiān)測的先例，但深基坑支護施工時能實施實時監(jiān)測的系統還有待進一步發(fā)展，亟需研發(fā)深基坑工程施工中能實施實時監(jiān)測的新設備、新技術以及建立以監(jiān)測信息反饋為主導的動態(tài)化設計系統。

（2）聯合支護體系開發(fā)應用。

在基坑工程中，單一的支護結構已經很難實現復雜的深基坑工程的技術、經濟、環(huán)保等綜合性控制目標，為實現較好的綜合性控制目標，必然將兩種或兩種以上的支擋結構聯合起來，如“錨桿+土釘墻”、“錨桿+地下連續(xù)墻”、“土釘墻+地下連續(xù)墻”、“預應力錨桿+樁+土釘墻”三者聯合等。聯合支護技術首先是彌補單一支護結構的不足，充分發(fā)揮每種支護結構的優(yōu)點，擴大其適用范圍;其次，聯合支護還可實現支護結構的多重功能，如支擋與止水兩重功能、臨時支護與永久結構功能。在選擇聯合支護結構時，應綜合考慮各支護結構各自的特點、地質水文條件、場地等優(yōu)化組合，從而獲得最好的技術和社會經濟綜合指標。

（3）研究新型支護結構的計算理論。

在深基坑工程的逐步發(fā)展中，研發(fā)了大量的聯合支護方案和新型支護結構，如：組合拱帷幕、雙（多）排樁、鋼筋混凝土多孔板、旋噴樁錨、錨桿復合土釘墻等，新型支護結構與土體間的作用機理更為復雜，如果采用現有的設計計算理論得到的結果可能與實際情況相去甚遠，為了使設計結果更接近實際情況，進行新型支護結構的作用機理及設計計算方法的研究就非常必要。

（4）優(yōu)化深基坑支護結構設計。

在進行深基坑支護設計時，既要考量保證深基坑的施工安全和基坑周邊環(huán)境的正常使用的技術指標，也要考量經濟指標，即需兼顧經濟與技術，因此，基坑支護結構的優(yōu)化設計非常必要和緊迫，在選擇支護結構時，應充分利用各種支護方法各自的特點，綜合考慮深基坑工程的地質、水文、場地周圍環(huán)境條件等選用支護結構，優(yōu)化設計方案，從而獲得技術、經濟、社會等綜合指標較優(yōu)的支護體系。因此，進行深基坑支護結構的優(yōu)化必將成為深基坑支護技術領域里很有潛力的研究方向之一。

3? 結語

（1）深基坑工程是與眾多因素相關的技術要求高和綜合性強的工程，在深基坑支護中，土體加強以土釘為主，擋土以樁、墻為主，止水以地下連續(xù)墻為主，為提高支撐穩(wěn)定能力以撐、錨為主，為解決錨桿土質較差的不適用及錨桿對基坑外鄰近建筑及管線的影響，可以采用內支撐，為了解決內支撐的材料浪費及占用基坑內的有限空間對施工帶來的不便，可以采用雙排樁、“樁墻合一”等技術，為解決單一支護方法難以獲得安全、經濟、環(huán)保等綜合性控制指標較佳，需要聯合多種支護結構，采取兩種或兩種以上支護結構的組合支護技術。

（2）為滿足建設對地下空間的加速增長，基坑工程為各界專家、學者及施工技術人員提供了一個寬廣的舞臺，在深基坑工程中，對支護結構進行優(yōu)化，發(fā)展新型的聯合支護體系、完善新型支護結構的設計計算理論以及發(fā)展信息化監(jiān)測與智能化施工，必將成為深基坑工程的主要研發(fā)方向。

參考文獻

[1] 孫超，郭浩天.深基坑支護新技術現狀及展望[J].建筑科學與工程學報，2018，35（1）：104-117.

[2] 付文光，楊志銀，劉俊巖，等.復合土釘墻的若干理論問題、兼論《復合土釘墻支護技術規(guī)程》[J].巖石力學與工程學報，2012，31（11）：2291-2304.

[3] 彭敏.SMW工法在黃土地區(qū)深基坑支護中的創(chuàng)新應用[J].工程建設與設計，2015（S1）：71-74.

[4] 秦鵬飛.基坑工程支護新技術及應用研究[J].地質與勘探，2017，53（2）：350-354.

[5] 劉坤鵬，管澤英.飽和粉細砂土基坑開挖支護技術[J].隧道建設，2006，26（4）：61-67.

[6] 韓秋實，黃濤.國內深基坑支護技術發(fā)展綜述[J].華東公路，2014，205（1）：89-92.