浅析深基坑支护方案的选择
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摘 要: 深基坑工程是一个复杂的系统工程，支护方案的决策受到技术、经济、环境以及风险等诸多因素的影响，下面并结合工程案例简单分析几种基坑支护类型的特点及适用范，如何在保证深基坑安全的前提下，合理选择支护方案。
关键词: 深基坑；支护；方案选择
中图分类号:TV551.4 文献标识码：A
引言
深基坑支护虽为一种施工临时性辅助结构物，但对保证主体工程顺利进行与邻近地基、建筑物的安全影响极大。在实际应用中应了解各种支撑、支护方法的优缺点与适用场合的基础上，根据所搜集相关完备资料，进行多方案的经济技术分析，综合全面比选确定。这不仅能确保安全,而且能节约成本与缩短工期。
1 常用支护类型
1.1 土钉墙支护
土钉墙支护用于土体开挖和边坡稳定的一种挡土技术, 已在我国得到迅速推广，因经济、可靠且施工快速方便,和其他桩墙支护相比,工期可缩短50%以上,造价在400~800元/m2,相当于其他桩墙造价的1/3左右。土钉墙的不足在于其限于地下水以上或者经过人工降水后的土体,土钉墙一般适用于地下水位以上或者经人工降水后的人工填土、粘性土及弱结砂土的基坑支护或者边坡加固；土钉墙不宜用于含水丰富的粉细砂层、砂砾卵石层与淤泥质土；当基坑深度大于12m或者对基坑变形要求严格的时候不宜单独使用。
1.2 钢板桩支护
是由钢板桩、锚拉杆(或内支撑)组成,施工时将钢板桩打(压)入地基,使其互相连接成钢板桩墙对坑壁土体进行支挡。钢板桩强度高,防水性能好；造价相对较低,以6m深基坑为例,钢板桩+2道型钢内支撑,综合造价大概在3200~4000元/延米；其施工快,适用多种平面形状与土质,可以重复使用,因此常被使用。
其不足在于钢板桩的施工可能会引起相邻地基的变形与发生噪声振动,对周围环境影响较大,因此在人口密集、建筑密度很大的地区,其使用常常会受到限制。
钢板桩一般适合安全等级为二级、三级,淤泥、淤泥质土、饱和软土及地下水位较高的深基坑支护；因其自身柔性较大,如支撑或者锚拉系统设置不当,会发生很大的变形,所以当基坑支护深度大于7m时,不宜使用。
1.3 深层搅拌桩支护
深层搅拌支护是利用水泥作为固化剂,使用机械搅拌,将固化剂与软土剂强制拌和,使固化剂与软土之间发生一系列物理化学反应而逐步硬化,形成具有整体性、水稳定性与一定强度的水泥土桩墙,作为支护结构。由于一般坑内无支撑,便于机械化快速挖土；具有挡土、止水的双重功能；一般情况下较经济,以5m深基坑为例,使用悬臂式深层搅拌桩综合造价大概在5000~6000元/延米；施工中无振动、无噪声、污染少、操作方便、成桩工期较短、挤土轻微,因此在闹市区内施工更显出优越性。
其不足在于厚度大(约为0.6h~0.8h,h为基坑深),占用建筑红线内一定面积,墙身水平位移较大等。深层搅拌桩适用于基坑安全等级为二、三级,建筑红线允许,基坑周围环境要求不高,开挖深度在6m以内情况下。深层搅拌桩在软土,地下水位较高的地区常与土钉墙支护、排桩支护等联合使用,充当止水帷幕作用。
1.4 排桩支护
排桩支护是指柱列式间隔布置钢筋混凝土挖孔、钻(冲)孔灌注桩作为主要挡土结构的一种支护形式。这种支护特点是刚度大,抗弯强度高,变形小,适应性强,对工作场地要求不高, 振动小。其不足在于造价较高,以8m深基坑为例,使用排桩支护+一道内支撑综合造价在9800 ~10000元/延米左右；止水能力较差且工期较长,当地下水位较高时,使用排桩时要加止水帷幕。
悬臂式柱列桩适用于二级及三级基坑,基坑深度不大于7m；支锚式柱列桩适合于一、二级基坑工程,当基坑深h=8m~14m、对周围环境要求不严格时,多考虑使用支锚式排桩支护。当排桩支护不能使用悬臂式,地质条件允许情况下优选桩锚式结构,这种形式造价相对便宜,施工速度相对较快,但当在有机质土、液限大于50%的粘性土层或者相对密度小于0.3的砂土,或者对支护变形要求严格时,不宜使用锚杆支撑,应使用排桩加内支撑结构形式。
1.5 地下连续墙支护
地下连续墙就是指专用设备沿着深基础或者地下构筑周边使用泥浆护壁开挖出一条具有一定宽度和深度的沟槽,在槽内设置钢筋笼,使用导管法在泥浆中浇筑混凝土,筑成一单元墙段,依次顺序施工,以某种接头方法连接成的一道连续的地下钢筋混凝土墙,以便基坑开挖时防渗、挡土,作为邻近建筑物基础的支护以和成为承受直接荷载的基础结构的一部分。地下连续墙具有强度大,抗渗性能好,施工时振动小,噪声小,对周围环境与临近建筑物影响小,占地少,可以充分利用建筑红线以内有限的地面与空间,施工中无需放坡、支模且土方工程量小,基本上可以适用各种地质条件等优点,在大型基坑中已被广泛使用,目前已使用在开挖深度大于36m的深基坑工程中。
其不足在于地下连续墙造价高,以12m深基坑为例,使用地下连续墙综合造价大概在28000 ~36000元/延米；施工较慢、施工工艺技术要求高；在城市施工时,废泥浆的处理比较麻烦等缺点使地下连续墙使用受到限制。
在基坑开挖深度大于12m、地下水位较高、软土地区、场地特别狭窄且环境要求非常高等情况下才考虑使用地下连续墙支护形式。
1.6 SMW工法
SMW工法是在水泥土桩内插入H型钢等(多数为H型钢,亦有插入拉森式钢板桩、钢管等),将承受荷载和防渗挡水结合起来,使之成为同时具有受力和抗渗两种功能的支护结构的围护墙。SMW支护结构支护的主要特点是：施工时对周围环境影响小；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,特别适合于以粘土与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,以8m深基坑为例,使用SWM工法综合造价大概在6500~7500元/延米；目前已使用于开挖深度超过16m的深基坑工程中。
其不足在于经验不足；SMW工法施工设备较为复杂,设备的运输有一定的限制；噪声污染较严重,在对噪声控制要求较高的地区使用受限制；SMW工法插入的H型钢虽可回收利用,经过多次插拔后钢材性质变脆,不能再投入使用。
水泥土搅拌桩能适用的范围SWM工法均能适用,一般基坑开挖深度在8m~15m情况下,地下水位较高、软土地区考虑使用SMW工法较经济。
2 案例分析
2.1 工程概况与地质条件
拟建基坑地下3层,基坑呈矩形,平面尺寸约185m@125m,基坑开挖深度为10.90m~13.18m,基坑周边距用地红线1.9m~3.3m。场地地势高差2.28m。根据勘察报告,拟建场地30m深度范围内土层共分为5个土层:第①层素填土约为0.3m~1.2m；第②层软可塑~硬塑状态粘土约为0.3m~1.6m；第③层为流塑状淤泥约为7.3m~13.4m；第④层为软塑状粘土约为1.9m~8.0m；第⑤层为软可塑~硬塑状粘土约为9.1m~16.4 m。该建筑场地地下水位埋藏较浅,在0.40m~1.75m之间。
2.2 支护方案选择
该工程地质条件差,地下水位高,基坑开挖深等特点,初步选定钻孔灌注桩加止水帷幕、地下连续墙与SMW工法三种支护方案。下面通过表1对这三种支护形式技术经济进行比较。
表1 支护方案比较
通过比较,使用钻孔灌注桩加止水帷幕方案,总造价为1302万元,总工期为206d；使用SMW 工法方案,总造价为1178万元,总工期为62d；使用地下连续墙支护方案,总造价为2170万元,总工期为39d。从技术、工期与造价方面综合考虑使用SMW工法方案。在整个施工过程中基坑没发现异常情况,围护桩最大水平位移仅13.5mm。距离基坑5m处建筑物最大不均匀沉降仅11.2mm。
3 结语
深基坑支护方案选择要考虑到周围环境、地质条件、工期及造价等综合指标。在确保安全的条件下,合理的选择支护类型不但能缩短工期,而且能节约成本，取得良好的工程效果。
参考文献:
[1]江正荣.建筑地基与基础施工手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2005.
[2]刘明建.浅谈深基坑支护设计[J].西部探矿工程,2009(5):87-88.
[3]黄正荣,张辛.基坑支护设计方案比较[J].山西建筑,2009,35(6): 121-122
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