广东德浩建设有限公司
摘要：随着建筑工程行业整体水平的提升以及相关施工技术的不断完善，深基坑开挖以及支护技术在行业发展中形成了多种较成熟的技术手段。建筑工程深基坑开挖及支护是一个重要的施工内容，做好施工过程的质量控制对工程建设本身乃至社会发展有着重要的意义。只有深刻认识到深基坑开挖以及支护的技术重点，在施工的过程中采取合理的技术手段，才能保证工程工程质量和项目建设的顺利推进。
本文在简要总结了本人实际参与的多个项目深基坑支护技术，并对目前常见的建筑深基坑支护技术进行了总结和分析，希望能给我们今后的工作带来一定的指导。
广州市某商业大厦项目，该项目占地约6500m2，总建筑面积约60000m2，地下4层，地上26层，框架剪力墙结构，基础采用钻孔灌注桩，地下室框架柱为外包钢管加钢筋混凝土芯柱组合加强柱，地下室框架梁为钢筋型钢混凝土梁；该工程包括地下商场、空中停车场、写字楼、地上大型百货商场、餐饮场所等功能；该工程的施工环境和地质特点是：项目紧邻人口密集、人车流量众多、周边高楼林立的闹市区，地处广州市政治、商业中心，施工场地狭小；地质较好，透水性较高。地下结构采用逆作法施工，经过对地基荷载进行验算，方案确定在地下连续墙、工程桩、地下室框架柱、首层框架梁及局部楼板施工完成后地上结构继续施工至第14层时停止上部结构施工以减缓和控制主体结构施工过程的沉降量，开始地下室结构施工和土方开挖，往下开挖一层施工一层地下结构的施工方法，直至完成地下室底板浇筑。
佛山市某大型演艺项目，建筑总面积约35000平方米，地下2层、地上3层，框架剪力墙结构+钢结构，PHC管桩基础、基坑设计深度-9m；该工程的施工环境和地质特点是：施工场地较为开阔，临近无其他构成影响的建构筑物；土层较单一，-2m以上为素填土，-2～-9m为淤泥质土，透水性较低。地下室采用敞开式放坡挖土，水泥土搅拌桩+土钉墙放坡支护。
广州番禺区某大型住宅项目，建筑面积约42000平方米，地下2层，地上11层，地上为9栋连排住宅，框架剪力墙结构，地下室为人防结构、地下停车场，首层为商铺及部分顶板上覆土花园，地上2～11层为住宅。该工程的施工环境和地质特点是：北面紧邻大马路，可利用场地宽度＜8m，该马路边为镇区排洪河道，连通珠江，距离珠江直线距离约300m，雨季河水倒灌时有发生；东面紧邻山脚可利用场地宽度＜18m，其他两面临近现状小区道路几乎无可用场地，总体场地极为狭小；地质较为复杂，-1m以上为杂填土，-2～-4m内局部为强风化和淤泥质土，-4～-11m局部为中风化和淤泥质土，地下水位较高。地下室采用敞开式垂直挖土，基坑其中三面土质较差并紧邻道路，故在该三面设计采用钻孔灌注桩+喷锚+钢筋砼内支撑支护；靠山脚一面土质较好采用微型钢管桩+喷锚支护；紧邻河道一面加钻水泥土搅拌桩形成止水帷幕。
经观察和监测，以上项目支护结构实际使用效果良好，施工过程未出现过大的变形和位移，安全性较高，使项目得到了顺利和高效的推进，为今后的项目开展提供了可靠的经验借鉴。
关键词：建筑工程；深基坑；支护
前言：随着国家现代城市化进程加快，高层建筑越来越多，使用功能日趋多元化，部分一线城市建设日趋饱和，施工条件复杂，这对地下结构施工的关键技术提出了更高的要求。因此，在高层建筑地下结构中，深基坑开挖和支护技术显得尤为重要。由于涉及范围广，工作面及工作量大，技术含量高，故使得地下结构的施工难度较大。而如何选择合理的基坑开挖和支护方式成为了项目设计时必须研究决定的重要课题。
一、建筑深基坑工程主要内容及其特点
深基坑工程包含的主要内容有：岩土工程的勘察及调查、支护结构体系设计、专项施工方案设计和专家论证、测量定位、降排水、周边建筑物的保护、基坑支护施工、基坑土方开挖、基坑监测。其中支护设计属于项目设计阶段重点工作，要对项目现场地质以及地下水文等情况进行详细的勘探分析，结合实际情况因地制宜地制定合理、经济、可行的设计方案，这是决定项目建设成败的关键一步。
在深基坑开挖时应注意加强排水防灌措施，施工前应做好事故应急预案的编制和申报，必须组织施工管理人员认真学习预案内容。往往部分施工人员认为基坑支护属于临时性围护结构而着重考虑优化施工，片面追求短期经济效益，往往忽略了对施工的质量控制和安全管理，而导致基坑安全问题层出不穷。所以，在基坑工程施工过程中除了应对工程质量进行有效的控制外还应加强对支护结构和临近地基的变形、位移的密切监测，做好沉降和位移的监测记录，定期监测并分析监测数据的动态变化，设置预警值，提前预警并做好应急措施，确保施工过程中一旦出现险情时能及时进行有效的工程抢险，尽可能地减小事故带来的影响。
深基坑工程的特点：在建筑行业里众所周知，基坑支护是临时围护结构，具有临时性和较大的风险性。深度大、环境复杂且涉及面广、施工难度高、工期长、安全性要求高的特点令深基坑支护工程造价一直相对占据项目总造价较高的比例。
二、深基坑工程施工常见的形式及其优缺点
根据建筑行业实际发展现状，按其主体结构的施工顺序，土方开挖方法可分为：明“顺作法”、盖挖“顺作法”、盖挖“逆作法”、盖挖“半逆作法”等，后三种方法又可统称为明挖覆盖施工法。本文就房屋建筑工程中常见的明挖“顺作法”、盖挖“逆作法”进行总结和分析。
2.1.1 敞开式明挖“顺作法”
明挖“顺作法”是先从地表面向下开挖基坑至设计标高，然后在基坑内的预定位置由下而上地建造主体结构及其防水措施，最后回填土并恢复路面。
明挖“顺作法”施工中的基坑可分为：敞口放坡基坑和有围护结构的基坑两类，在这两类基坑施工中，又采用不同的围护基坑边坡稳定的技术措施和围护结构。施工人员应严格按照规范要求和施工方案制定的开挖原则施工：通常开挖前需先做好坑壁的支撑和施工场地的降水工作，然后按规范和方案要求分层分段的进行开挖施工，同时应尽量缩减基坑的暴露时间，以降低事故发生几率。
敞开式明挖“顺作法”是传统的修建地下工程的常用施工方法，一直在我国大范围普遍使用，适用于周围场地较开阔，土质较好，地下水位较低，临近无重要性建筑物，位移控制要求较低的场地使用。开挖深度小于4 m时，通常可不加横撑，仅用悬臂式围护结构保护基坑；基坑深度大于4 m，需加设一道或数道横撑。在某些情况下，有的地下结构埋深达10多米甚至20多米的地下工程，也可采用明挖法施工，但施工技术难度相应增大，征地面积大，同时往往因开挖和回填工程量太大，工程费用有可能比暗挖法高，此时应从技术经济角度考虑选用合适的开挖方式。明挖法具有施工作业面多、功效高、工期短、易保证工程质量、工程造价低等优点，因此，在地面交通和环境条件允许的地方，可优选使用。
敞开式明挖“顺作法”施工亦存在一定的局限性：第一，施工工期较长，占地较多，影响市容和城市日常交通；第二，地下工程的围护结构变形较大，存在一定的安全隐患；第三，围护结构的临时支撑量较大，项目的投资成增加。
2.1.2盖挖逆作法
地下工程传统的施工方法是
地下工程施工不可避免对交通和居民的正常生活造成一定的影响，所以施工时采用什么样施工技术缩短工期、降低噪音、减少空气污染使城市的生活不受影响或少受影响，是地下结构施工时技术人员需考虑和解决的重要问题。
为了克服明挖法对地面影响大的局限性，宜采用与敞开式“顺作法”结构施工顺序相反的盖挖“逆作法”。即是由地面向下开挖至一定深度后，将顶部封闭，其余的下部工程在封闭的顶盖下进行施工，地下结构随着土方开挖由上而下施工，用地下结构的梁板体系代替围护结构支撑，由于主体结构的梁板体系整体刚度大，达到既节约围护结构支撑的同时增加了支撑的强度和整体性，从而达到控制基坑变形、缩短工期、节约项目投资的目的。
逆作法的施工优点是利用永久性地下连续墙或SMW工法桩等作为围护结构，刚度大，可使变形控制到最小限度（一般内变形约10~30mm）因而对临近建筑物及自身基坑结构影响较小，可保证邻近建筑物和地下管网的安全。
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此施工技术适用范围比较广泛，它不仅适用于地铁隧道工程、地下停车场和商场、地下过街通道等工程；尤其适用于建筑四周有建筑群，周围场地比较狭小，地下结构施工工期安排在雨季施工的项目，南方地区雨季施工尤为适合。逆作法优点十分突出，不仅能解决施工场地问题而且可加快施工进度缩短施工工期。
逆作法施工的缺点是需先设置和加强承受上部主体结构物自重的地下室墙、柱（钢管或型钢+钢筋砼柱）及基础，施工较为复杂，工程造价较高；地下工程作业条件差，材料运输、土方开挖和出土均有较大的难度，通常需增加电照明及鼓风机通风，但仍会存在一定功效的降低。
2.2 目前国内常用的深基坑支护技术：
2.2.1水泥土深层搅拌桩桩墙支护
水泥土深层搅拌桩桩墙是利用深层搅拌桩机将水泥浆喷入土体强行充分搅拌，使水泥与土发生一系列的物理化学反应，使软土硬结形成柱状加固体挡墙从而提高地基承载力和改善地基变形特性的一种施工技术。
水泥土深层搅拌桩桩墙支护适用于各种软土地基，水泥土深层搅拌桩支护具有挡土与良好的止水双重功能。水泥搅拌桩桩墙的适用范围为：基坑侧壁安全等级宜为二、三级；水泥土桩施工范围内地基土承载力不宜大于150kPa；单独使用时基坑深度不宜大于6m。
其施工方法主要是依据设计技术参数和规范要求，用一定比例的水泥与水充分拌合成浆作为固化剂，利用注浆机在深层搅拌桩机将现状地下软土搅拌的同时向地下软土喷注水泥浆，使水泥浆与地下软土强行拌合，水泥土搅拌固化后形成连续搭接的竖向水泥土支护桩（止水帷幕）。为保证水泥土拌合凝固后的28d抗压及抗剪强度符合设计要求，施工前应至少提前30天在支护桩施工现场抽取地下有代表性的土样送具备相应资质的试验单位进行水泥土28d强度配合比试配，并依据报告的水泥用量进行控制施工。
水泥土深层搅拌桩桩墙支护结构优点：工程造价较低，施工工期短，具有挡土、止水的双重功能；一般情况下较经济；施工中无振动、噪音低、污染少、挤土轻微，在众多的工程项目施工中凸显了其优越性。
水泥土深层搅拌桩桩墙支护的缺点：首先是位移相对较大，尤其在基坑长度较大和较深时，因此可采取桩锚结合或增加基坑内支撑等措施组成更加稳固可靠的支撑体系以限制过大的位移；其次是厚度较大，只有在红线位置和周围环境允许时才能采用，而且在水泥土搅拌桩施工时要注意防止影响周围环境。由于水泥土搅拌桩在深基坑支护中存在抗剪和抗弯力较差等缺点，单独使用应限于深度小于6m以内的基坑，大于6m的深基坑应组合其他支护技术同时使用较为安全。基坑开挖过程应严密监测桩体、基坑边土体和邻近建筑物的位移、变形情况，并同步做好监测记录。
2.2.2 劲性水泥土搅拌桩SMW工法，该方式主要以三轴搅拌机为主，在现场向一定深度展开钻挖，与此同时，在钻头处喷出一定量的水泥强化剂，确保能够和地基土反复的混合搅拌，而在各个施工单元之间，还需要采取重叠搭接施工，之后在水泥土混合物还没有结硬前插入 H型钢（多数为H型钢，亦有插入拉伸式钢板桩、钢管等）作为重要的补强材料，直到水泥硬结形成一道具有一定刚度、无接缝的地下墙体。
该方式的优点主要体现为：工期较短，造价低，施工时基本无噪音，对周围环境影响小；结构强度可靠，给周围环境带来较小的影响。当前，在轨道交通以及市政基础设施等建筑工程施工中，已经广泛的应用该施工技术，并取得了一定的成效，
2.2.3锚喷支护是借高压喷射水泥混凝土和打入岩层中的金属锚杆的联合作用（根据地质和场地现状及使用要求也可分别单独采用或复合水平支撑梁）加固岩层，分为临时性支护结构和永久性支护结构。喷射混凝土可以作为围岩的初期支护，也可以作为永久性支护。喷锚支护是使锚杆、混凝土喷层和围岩形成共同作用的体系，防止岩体松动、分离。把一定厚度的围岩转变成自承拱，有效地稳定围岩。
锚喷支护是一种安全、经济的支护方式，它是以锚杆为主体的支护结构的总称，它包括锚杆、锚喷、锚喷网等支护形式。地下工程中所使用的锚杆一般由锚固体（或称内锚头）、锚杆（通常采用预应力或非预应力钢绞丝）及垫板三个基本部分组成。其技术就是在土层中斜向成孔，埋入锚杆后灌注水泥（或水泥砂浆），依赖锚固体与土之间的摩擦力，拉杆与锚固体的粘合力以及拉杆强度共同作用来承受作用于支护结构上的荷载。锚杆支护以其结构简单、施工方便、成本低和对工程适应性强等特点，在土木工程（包括采矿工程）中得到了广泛应用，用于深基坑支护时可根据实际项目地质和场地、周边建筑物现状等情况考虑与水平支撑梁、水泥土搅拌桩、钻孔灌注桩等组成复合支护体系以提高使用安全性。
锚杆锚固是在地层中，通过锚杆将结构物与地层紧紧连锁在一起，依赖锚杆与周围地层的抗剪强度传递结构物所承受的拉力，使地层自身得到加固，达到保持结构物和岩体稳定的目的。与传统的支护方式相比较，锚杆锚固技术的特点主要体现在支护效果好、劳动强度低、效率高、经济效益明显这几个方面。喷锚支护宜用于深度不超过12m的基坑，适合该基坑大部分且具备一定放坡位置的场地。
2.2.4土钉墙喷锚支护技术适宜运用于边坡稳定和土地开挖，对基坑可以起到加固的作用。土钉支护技术主要有旋入法，打入法以及先钻孔后置入再灌浆三种方法。由于其工艺简单、快速可靠，在国内得到迅速应用和推广。土钉墙主要用于土质较好地区，我国北方地区应用较多，目前我国南方地区已广泛应用，有些地方已利用土钉墙与其他支撑结构的组合体系应用于坑深10m以上的基坑，稳定可靠、施工简便且工期短、效果较好、经济性好。
优点：稳定可靠、施工简便且工期短、效果较好、经济性好；缺点：土质不好的地区难以运用。
2.2.5超前微型钢管桩支护
微型钢管桩支护技术是在高边坡支护工程中，应首先计算钢管桩身所承受的最大弯矩和剪力选择合适的小直径桩即微型桩，桩芯灌注混凝土增加桩体刚度，还可以根据需要同时在桩顶设置冠梁以达到限制喷锚开挖过程中的土体变形目的，开挖后通过分层对微型桩及喷锚墙面层施加预应力作用，提高护坡面的表面刚度，使整个边坡形成一个整体，它对控制坡面位移、地面沉降、防止土方开挖过程中局部出现坍塌以及控制每层开挖到加固支护前这段时期内的位移、抗倾覆方面都有重要的作用，达到限制喷锚支护体系总体变形较大的目的。在场区条件对支护体系变形要求较严格而又不具备做桩锚支护的实际工程环境中被广泛使用。
微型钢管桩在边坡支护中的优势：微型钢管桩在高边坡支护中有着其他支护方式所没有的优势。在起到相同预支护作用时，微型钢管桩仅使用小直径钢管、纯水泥浆或细石混凝土，且用量较小，因此微型钢管桩更加经济实惠，同时施工工艺相对简单，施工机械仅使用小型潜孔钻，小型注浆机。
2.2.6钢板桩：钢板桩支护结构属板式支护结构之一，是一种简易的钢板桩围护墙，适用于地下工程施工因受场地等条件的限制，基坑深度较小浅，基坑或基槽不能采用放坡开挖而必需进行垂直土方开挖及地下工程施工时采用。钢板桩支护结构在国内外的建筑、市政、港口、铁路等领域都有悠久的使用历史，常用的钢板桩截面形式有U型、Z型、直线型及组合型等。其特点为：型钢具有良好的耐久性，基坑施工完毕回填土后可将槽钢拔出回收再次使用；施工方便，工期短；不能挡水和土中的细小颗粒，在地下水位高的地区需采取隔水或降水措施；抗弯能力较弱，单独使用时多用于深度≤4m的较浅基坑或沟槽，支护刚度小，开挖后变形较大。深基坑多为复合支护结构使用，顶部宜设置一道支撑或拉锚；如钢板桩+水泥土搅拌桩止水帷幕+型钢内支撑。
2.2.7钢筋砼地下连续墙结构支护：通常连续墙的厚度为600mm、800mm、1000mm，也有厚达1200mm的，但较少使用。地下连续墙刚度大，止水效果好，是支护结构中最强的支护型式，适用于地质条件差和复杂，基坑深度大，周边环境要求较高的基坑。
其施工震动较小，噪音也比较低，墙体刚度较大，同时地下连续墙支护的防渗性能也比较好，不会给周围地基带来扰动的影响。由于这种形式的支护具有较大的刚度，在承受侧压力方面有着积极的作用。加之，在基坑开挖的过程中，其变形程度也较小，周围地面也不会发生较大程度的沉降，还可以当做地下结构的一部分使用，这些都是地下连续墙支护的优点所在。但是造价较高，施工要求专用设备。
2.2.8钻冲孔灌注桩一般采用机械成孔。明挖基坑中所用的成孔机械多为螺旋钻机和冲击式钻机。钢筋砼钻孔灌注桩桩墙支护方式中，使用最为广泛的地区是软土地区，冲孔灌注桩则使用最为广泛的地区是土质较好以及风化岩层的地区。
钻冲孔灌注桩优点：灌注桩的刚度要远远的大于钢板桩和水泥土搅拌桩，在造价也相对比连续墙的低，施工设备简单，施工时无振动、无噪音，无挤土现象，对周围环境影响小；墙身强度高，刚度大，支护稳定性好，变形小等优点。
但是这种方式也有缺点存在，如整体的防水性能差，不如连续墙的防水性能好，通常应结合实际水文、地质情况结合水泥土搅拌桩或旋喷桩复合支护止水效果较好，施工中应做好泥浆外运处理，避免给周边环境带来污染。
2.3深基坑复合支护体系，在工程建设中，由于项目所在地理位置的不同，不同项目地质、水文和施工条件差异亦相对较大。深基坑支护中单独使用一种支护技术均存在不足之处，往往很难达到预定效果。每种单独的支护技术均有其局限性，两种或多种基坑支护技术组合的复合支护体系则可以起到取长补短的作用。所以，寻求更合理和经济的既能满足使用要求又能节约投资的深基坑支护体系一直是工程师们努力的方向。在充分了解现有各种施工技术的基础上研究和探寻不同的支护组合方案对未来建筑技术的发展具有长远的意义。
目前，国内常用的深基坑复合支护体系有：1、钻孔灌注桩+水泥土搅拌桩（或旋喷桩）+喷锚+内支撑支护体系；2、微型钢管桩+喷锚支护体系；3、水泥土搅拌桩（或旋喷桩）+土钉墙支护体系4、水泥土搅拌桩（或旋喷桩）+喷锚支护体系；5、地下连续墙支护体系（或地下连续墙+逆作法支护体系），6、钢板桩+水泥土搅拌桩止水帷幕+型钢内支撑等，应根据工程实际情况综合考虑选择经济合理的基坑支护技术。
结语
深基坑支护技术的可行与否，安全是必须首要考虑的问题，加强建筑工程深基坑开挖施工与支护技术的研究和施工质量控制是确保建筑工程施工质量和施工安全的重要保障，由于深基坑地质、水文和施工环境通常比较复杂，因此要想真正做好这一工作并不容易，需要技术人员不断对加深传统的施工技术和吸收研究各种新型的施工技术和合理的复合支护体系，因地制宜选择更经济适用的支护结构，这对推动我国建筑行业乃至社会发展有着极为重要的意义。
参考文献
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[4]张宏伟.排桩支护深基坑施工技术要点探讨.城市建设理论研究（电子版）.2012.9
论文作者:李军
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第32期
论文发表时间:2018/4/12
标签：基坑论文; 结构论文; 地下论文; 水泥论文; 深基坑论文; 作法论文; 技术论文; 《建筑学研究前沿》2017年第32期论文;