深基坑支护新技术

深基坑支护新技术

摘要：随着我国经济建设的快速发展，大型深基坑工程不断涌现。如何在各种不同条件下对大型深基坑支护的新工艺进行选择、优化及综合应用就显得特别重要和迫切。简要介绍了我国基坑工程发展概况，重点介绍了复合土钉墙、双排桩、型钢水泥土搅拌墙等新型支护结构以及几种施工新设备、新工艺。

关键词：深层基坑支护新技术

近年来，随着我国经济建设的快速发展，建筑领域（尤其是沿海地区及经济发达的大、中型城市）出现了很多大型和超规模建筑，大型深基坑工程不断涌现和发展。这对基坑支护工程的工艺要和实施方案也提出了许多新的挑战，因此也涌现了许多深层基坑支护的新技术。

深基坑支护技术主要应用于建筑领域和工业领域。在城市建筑工程中，深基坑技术的施工一定要注意保护周围的建筑，确保建筑的安全性，保证周围的建筑还能够继续正常使用。但是，现在的深基坑支护技术建筑结构通常都是临时性的结构，这就增加了建筑企业的成本，造成建筑材料的浪费。同时，深基坑支护技术的临时结构也不能充分保证建筑的安全性，操作不当就会引起工程事故的发生，为企业带来一系列经济损失。所以，探索出科学、有效的深基坑支护技术结构是我们的首要任务，除此之外，还应该对深基坑支护结构进行科学的设计，进一步为工程的质量、施工队伍的安全做出保障。

【一】我国基坑工程的发展概况

20世纪90年代以来我国建筑基坑工程技术得到长足发展。回顾这一时期基坑工程技术的发展历程，大略可分为 2 个阶段: 第1 阶段是20世纪80年代末到90年代末，是研究、探索阶段。当时我国掀起城市建设高潮，涌现了大量地下工程，但工程界尚缺乏大型深基坑的设计与施工经验，一线城市开始对深基坑工程进行研究和工程实践。第2阶段是21世纪初的10多年，这是一个发展阶段。在前10年已取得的理论和实践成果的基础上，基坑工程技术得到了进一步发展和提升。

如果说2000年前后颁布了一批有关基坑工程的国家行业标准和地方标准是我国基坑工程发展第1 阶段总结的话，那2009年颁布的国家标准《建筑基坑工程监测技术规范》GB50497—2009

以及这一时期相关行业和地方规范的全面修订则是第2阶段发展的重要标志。20多年来，基坑工程设计理念发生了根本改变。早期的设计往往以满足地下主体工程施工为主，由于缺乏规范指导，工程设计施工或以经验为主，或以理论为主。而今，基坑工程满足环境保护已成为设计施工的基本出发点。基坑工程必须高

度重视环境保护，坚持理论和经验相结合，现已成为业界的共识。早期基坑设计方法主要依据古典的土力学原理，采用极限平衡法，诸如卜鲁姆法、盾恩法、相当梁法等。但这些方法与实

际受力状况有一定差异，且不能计算结构位移，因而目前已很少采用，被弹性支点法所替代。基于有限元商用软件的推广，采用有限元进行分析逐步得到应用。有限元分析可考虑结构与土相互作用、土的弹塑性等，是更为先进的计算方法，也是基坑工程发展设计的

发展方向。大量基坑工程事故表明，基坑事故主要还是岩土类型的破坏形式，基坑稳定性是工程安全的重要保证。这也使人们更重视对基坑稳定性的分析，包括整体滑动稳定性、抗隆起稳定性等，这在软土中尤为突出。

【二】房屋建设中深基坑支护技术分类

现代社会，深基坑支护技术在房屋建设工程中得以广泛的应用它

能够在很大程度上确保建筑工程的顺利进行。目前，常见的深基坑支护技术类型主要有以下几种：

（1）钢板桩支护结构。这种施工技术是目前相对比较简单的设计方法，而且投资成本也比较低，深受中小型企业的喜爱，而且这种设计方法通常应用于软地层的房屋建设工程中。

（2）地下连续墙结构。这种设计结构能更好地改善整个建筑的刚度，有助于提高建筑的防渗性。这种设计方法通常会应用于软粘土层或者是沙土层等地质结构比较复杂的房屋建设环境中。

（3）柱列式灌注桩排桩支护技术。这种深基坑支护技术设

计方式主要有疏排设计和密排设计两种设计方式。这种技术在施工过程中一定要注意在桩顶处要浇注那些截面比较大的钢筋，还应该保证混凝土梁帽连接的可靠性。在施工过程中采用高压注浆的方式可以防止地下水及杂质在缝隙处流入深基坑。当然，房屋建设中的深基坑支护技术还有其他设计形式，比如土钉墙支护技术、深层搅拌支护技术等。

【三】深基坑工程施工新设备和新工艺

我国在深基坑工程施工中成功引进和开发了多种新设备和新工艺，包括特殊地下连续墙、混凝土咬合桩排桩、超深多轴水泥土搅拌桩( SMW 工法) 、水泥土搅拌连续墙( TRD工法) 、超大型环形支撑体系、十字钢支撑双向复加预应力技术、混凝土支撑的绳( 链) 锯切割法、锚杆的回收技术等，我国基坑工程的施工机械从较为落后的简易设备向先进的现代化发展，工艺技术也从粗放型走向精细化和绿色环保。

【四】房屋建设中深基坑支护技术的施工原则

房屋建设工程和人们的日常生活息息相关，所以在房屋建设过程

中，深基坑的施工技术一定要满足相关要求，保证房屋建设的质量。深基坑支护技术在施工过程中应该遵循以下几点原则：（1）深基坑支护技术的施工一定要满足房屋建筑的稳定及其变形的要求，意思就是说深基坑支护技术要能满足房屋正常使用的极限状态和极限承载能力。

（2）深基坑支护技术的施工一定要保证足够的安全系数，确保整个工程的安全可靠性。

（3）深基坑支护技术的施工一定要根据周围环境的实际情况，科学计算出支护结构所需要的稳定性及可控制的变形范围。

（4）在深基坑支护技术的施工过程中还应该根据周围环境的实际情况能够适当地做出水平位移，确保房屋建筑拥有良好的观测性，确保周围环境的安全性。当然，在房屋建设中，深基坑支护技术的施工还应该注意其他环节的问题，进一步保证房屋建筑的安全可靠性。

【五】具体案例分析

〖一〗预应力技术在施工的应用

某离层商住楼设计为31层的中筒框架剪力坡结构,设有3层地下室和4层裙梭,结构转换层设在4层,5~31层为标准层,平面尺寸46mx24m,单层建筑面积97施,梭板厚120画,转角及柱位均设有短肢剪力幼。主梁最大跨度7.8m,许多次梁和个别大梁难免出现横穿住户房间的情况,最大室内明梁梁高达71冷回,给使用造成明显的不便。在施工过程中,在业主和住户的强烈要求下,决定将主体结构转换层以上7~31层标准层楼板改为有粘结预应力大板结构。但因主体结构已施工至5层结构转换层,故必须对比原设计进行可行性、安全性等各方面的评估和脸算,对综合技术经济指标进行分析,通过论证最终确定了变更方案。变更方案取消了所有的室内明梁,仅保留了主户分隔堵所在的主梁及外堵圈梁,

预应力板作为主耍的横向受力构件,板厚200mm(局部160~1州加四),预应力筋按楼板所受的计算应力曲线布工,L:7~26.,均为一端固定一端张拉,张拉端设于中筒剪力.J内侧及外绪口梁外侧。预应力张拉采用双控制,即应力控制和伸长值校核,计算伸长值由设计方给出,张拉伸值在计算值一5%~+1俄之间,设计控制应力f=0.75kn。

目前我国预应力混凝土建筑设计和施工规范尚未完善,特别在离层建筑领域,常常把普通钥筋棍报土设计准则套用到预应力混凝土结构中,这一点有关规范尚未涉及,由于本工程过多地考虑了地展内力对结构的影响,以及裂缝对建筑耐久性的危害,单层梭板普通钥筋含t虽有所减少,但整体含俐t并未降低,使工程造价略有提商。

〖二〗地下障碍物处理新技术应用

国大·雷迪森城市广场地块，拆除的老建筑为杭州国际大厦，原基础采用400 mm×400 mm的预制方桩，桩长23m；场地南侧的雷迪森酒店地下室施工时采用了900 mm 直径钻孔灌注桩排桩作围护结构，桩长17～20 m，新建

5层地下室南侧地下连续墙刚好布置在

原围护桩的位置。为此，新建项目的地

下连续墙和工程桩施工前，需拔除场地

内的大量老桩，其中包括900 mm直径

钻孔灌注桩55根。400 mm预制方桩的

图1 拔出的预制方桩

拔除，采用Φ1000 mm 的钢套管（图1），利用振动锤振动下沉钢套管至方桩桩底标高以下50～100 cm 处，在下沉过程中控制好垂直度，并开启空压机和高压离心式水泵，对套管内的桩侧土进行冲刷直至桩身被剥离，下沉就位后移除固定在钢套管顶部的振动锤，再单开高压将套管内的泥浆水随气流全部排出管外，最后用钢丝绳和履带吊将套管内的方桩拔出清除。

混凝土钻孔灌注桩的清障，采用日本原装进口设备进行分段

拔桩（图2）。先将直径1500 mm 的

钢套管置于灌注桩的正上方，然后

回旋下压套管至一定深度，再在套

管内壁与桩之间插入倒三角锤，回

转套管并切断桩的最上一段。当桩

段跟钢套管同步旋转时，表示段桩已被彻底切断，此时可卸除倒三角锤，用抓斗取出被切断的桩段。重复上述步骤，直至将整根钻孔灌注桩全部取出为至，最后，边灌填砂石料边拔出钢套管。

〖三〗深层承压水处理技术的发展

钱塘江两岸的承压含水层具有埋藏深、水量大、补给充沛的特点，承压水赋存于砂、卵、砾石层中。承压含水层顶板埋深大致为 25～55 m ，由上游至下游逐渐加深，至杭州钱江新城一带，承压水顶板埋深约为 32～43 m ，承压水头高程为-1.50～-5.0 m （埋深约8.50～12.0 m ），年水位变化幅度最大约 4 m

。承压图2 Φ900 mm 钻孔桩拔桩设

备

含水层顶板上部为淤泥质粉质黏土，厚度一般为 8~15 m 。基坑土体在承压水作用下的破坏形式通常有两种，当坑底为弱透水土

层时，常发生渗流破坏或局部破坏，

表现为流砂、流土或类似于“沸腾”

的喷水冒砂现象；当承压含水层上

面为不透水层时，常发生坑底土体

整体顶升的“突涌”破坏。浙江地

区近年来处理深层承压水的方法有

以下 3 种：坑底设置水平止水帷幕

法；竖向止水帷幕隔离法；降低承

压水位法。

杭州钱江新城的深基坑工程，对挖深超过 18～20 m 的局部深坑，大多采用上述第一种方法，如浙江财富中心、中国移动浙江公司大楼、万银国际二期、万象城项目等，均采用三轴水泥搅拌桩或高压旋喷桩对坑底地基土进行加固，形成水平止水帷幕。采用此法时，由于水平帷幕体的重度一般为 19～20 k N/m3，较之加固前的土体重度，增大极其有限，若按现行规范采用压力平衡法进行坑底抗突涌验算，低估了土体加固的作用。因此，抗突涌稳定验算应考虑坑底土体的抗剪强度，坑底土抗剪强度计算时，可采用莫尔–库仑理论，将静止侧向土压力作为破裂面上的正应力；另外还可考虑工程桩的有利作用，即考虑承压含水层顶面以上土体在承压水压力作用下受工程桩土钉效应的有利影响图 3 工程桩的土钉效应

(见图3)，按下式验算：式中，A 为基坑底面积；y1为坑底以下、含水层顶面以上土体的平均饱和重度；Ti为工程桩的土钉效应产生的抗拔承载力，取工程桩在含水层顶面以上的桩周总摩阻力和含水层顶面以下的桩周总侧摩阻力的较小值。考虑坑底土体抗剪强度和工程桩土钉效应的计算方法，可降低深开挖过程中对深层承压水的处理费用，已在杭州钱江新城的财富中心、浙江移动大楼等深基坑工程得到应用，效果良好。杭州地区对于开挖深度超过25～30 m 的4 层或5层地下室，大多采用竖向止水帷幕隔离法，如杭州地铁一号线城站站、庆春路过江隧道江南工作井、钱江新城浙商银行（5 层地下室）、中国人寿大厦 4 层地下室等深基坑工程，均采用地下连续墙作竖向止水帷幕对深层承压水进行截断的方法，地下连续墙深度达到60～68 m，需穿越20～25 m 的圆砾层、卵石层。也有个别基坑采用降低承压水位的方法，如杭州城西的荣邦水岸莲花二期工程，3 层地下室的中部布置平面尺寸为22 m×28 m 的地下立体车库，深坑挖深达到31.9 m，设计采用设置减压井降低深层承压水压力，取得了较好效果。

【六】深基坑支护技术在房屋建设过程中的具体应用

深基坑开挖技术与支护工程的施工周期都比较长，费用也比较高，深基坑工程备受人们关注。受到地下水的影响，降水技术成为深基坑支护技术中必须实施的辅助工程。所以，如果基坑降水处理不当，就会引起地下水位降低，造成地面的沉降，危及周

边环境的建筑设施的安全。

在建筑的深基坑支护的设计中，降水技术的实施可以采取以下几点措施：

采用回灌技术：降水对周围环境的影响，是由于土壤内地下水流失造成的。回灌技术即在降水井点和要保护的建筑物之间打设一排井点，在降水井点抽水的同时，通过回灌井点向土层内灌入一定数量的水形成一道隔水帷幕，从而阻止或减少回灌井点外侧被保护的建筑物地下的地下水流失，使地下水位基本保持不变，这样就不会因降水使地面沉降。还有就是采用砂沟、砂井回灌：在降水井点与被保护建筑物之间设置砂井作为回灌井，沿砂井布置一道砂沟，将降水井点抽出的水，适时、适量排入砂沟，再经砂井回灌到地下，实践证明亦能收到良好效果。除此之外，还可以减缓降水速度：在砂质粉土中降水影响范围可达80m 以上，降水曲线较平缓。为了避免在抽水过程中将细微土粒带出，工作者还可以根据土的粒径大小选择滤网，确保井点管周围砂滤层的厚度以及施工质量，这样也能有效防止降水。当然，深基坑支护技术中的其他技术在房屋建设中也得以广泛的应用。总之,深基坑支护技术在房屋建设中发挥着极其重要的作用，进一步保障了房屋建设的质量和安全。

【七】结语

在建筑领域，深基坑支护技术的施工一直都是一个比较复杂的工程，它需要相关工作人员具有严谨的工作态度、高超的施工

手段，还需要施工队伍能够根据实际情况调整出最好的施工方案，只有保证深基坑支护技术的施工符合要求才能更好地确保房屋施工质量。

参考文献：

〖1〗应惠清深基坑支护结构和施工新技术同济大学土木工程学院上海2000 .9. 2

〖2〗中国建筑科学研究院JGJ120—2012 建筑基坑支护技术规程［S］．北京: 中国建筑工业出版社，2012

〖3〗杨学林, 周平槐逆作地下室设计中的若干关键问[J]. 岩土工程学报, 2010, 32

〖4〗丁明亮.建筑工程施工中深基坑支护的施工技术管理[J]. 城市建筑，2013

〖5〗厉文杰.高层建筑深基坑的支护设计和施工[J].城市建设理论研究[J].2012

〖6〗翟华超关于房屋建设中深基坑支护技术的研究重庆建工第三建设有限责任公司中华民居2014年5月

〖7〗林震宇对某工粗的舞基婉宜护若千新技术探讨广东省地质工程公司福建建材2007

〖8〗上海现代建筑设计( 集团) 有限公司．JGJ/T199—2010 型钢水泥土搅拌墙技术规程［S］．北京: 中国建筑工业出版社，2010．

〖9〗赵志缙，应惠清．简明深基坑工程设计施工手册

［M］．北京:中国建筑工业出版社，2000．

〖10〗中国建筑科学研究院．JGJ120—2012 建筑基坑支护技术规程［S］．北京: 中国建筑工业出版社，2012．