深基坑工程，支護類型，施工
基坑工程是一個古老而具有時代特點的岩土工程課題，放坡開挖和簡易木樁圍護可以追溯到遠古時代。事實上，人類土木工程的頻繁活動促進了基坑工程的發展。20世紀90年代以來，在我國改革開放和國民經濟持續高速增長的形勢下，全國工程建設亦突飛猛進，高層建築如雨後春筍般迅速發展，促進了建築科學技術的進步和施工技術、施工機械和建築材料的更新與發展[1]。為了保證建築物的穩定性，建築基礎都必須滿足地下埋深嵌固的要求。建築高度越高，其埋置深度也就越深，對基坑工程的要求越來越高，隨之出現的問題也越來越多，這給建築施工、特別是城市中心區的建築施工帶來了很大的困難。
一、深基坑工程的主要內容
1）岩土工程勘察與工程調查。確定岩土參數與地下水參數；測定鄰近建築物、周圍地下埋設物（管道、電纜、光纜等）、城市道路等工程設施的工作現狀，並對其隨地層位移的限值作出分析。
2）支護結構設計。包括擋土牆圍護結構（如連續牆、柱列式灌注樁擋牆）、支承體系（如內支撐、錨杆）以及土體加固等。支護結構的設計必須與基坑工程的施工方案緊密結合，需要考慮的主要依據有：當地經驗，土體和地下水狀況，四周環境安全所允許的地層變形限值，可提供的施工設施與施工場地，工期與造價等。
3）基坑開挖與支護的施工。包括土方工程、工程降水和工程的施工組織設計與實施。
4）地層位移預測與周邊工程保護。地層位移既取決於土體和支護結構的性能與地下水的變化，也取決於施工工序和施工過程。如預測的變形超過允許值，應修改支護結構設計與施工方案，必要時對周邊的重要工程設施採取專門的保護或加固措施。
5）施工現場量測與監控。根據監測的數據和信息，必要時進行反饋設計，用信息化來指導下一步的施工。
二、深基坑支護的類型
各種建築物與地下管線都要開挖基坑，一些基坑可直接開挖或放坡開挖，但當基坑深度較深，周圍場地又不寬時，一般都採用基坑支護，過去支護比較簡單，也就是鋼板樁加井點降水，一般能滿足基坑安全施工，而對於深基坑已不能滿足要求，近幾年來隨著基坑深度和體量的增大，支護技術也有了較大進展，按功能分常用的有以下一些[2]：
1）擋土系統：常用的有鋼板樁、鋼筋混凝土板樁、深層水泥攪拌樁、鑽孔灌注樁、地下連續牆。其功能是形成支護排樁或支護擋土牆阻擋坑外土壓力。
2）擋水系統：常用的有深層水泥攪拌樁、旋噴樁、壓密注漿、地下連續牆、鎖口鋼板樁。其功能是阻擋抗外滲水。
3）支撐系統：常用的有鋼管與型鋼內支撐、鋼筋混凝土內支撐、鋼與鋼筋混凝土組合支撐。其功能是支承圍護結構側力與限制圍護結構位移。
常見的深基坑支護類型主要有以下幾種：
2.1鋼板樁支護
鋼板樁由帶鎖口或鉗口的熱軋型鋼製成，把這種鋼板樁互相連接就形成鋼板樁牆，被廣泛應用於擋土和擋水。目前鋼板樁常用的截面形式有U形、Z形和直腹板型。鋼板樁由於施工簡單而應用較廣。但是鋼板樁的施工可能會引起相鄰地基的變形和產生噪聲振動，對周圍環境影響很大，因此在人口密集、建築密度很大的地區，其使用常常會受到限制。而且鋼板樁本身柔性較大，如支撐或錨拉系統設置不當，其變形會很大，所以當基坑支護深度大於7m時，不宜採用。同時由於鋼板樁在地下室施工結束後需要拔出，因此應考慮拔出時對周圍地基土和地表土的影響。
2.2深層攪拌支護
深層攪拌支護是利用水泥作為固化劑，採用機械攪拌，將固化劑和軟土劑強制拌和，使固化劑和軟土劑之間產生一系列物理化學反應而逐步硬化，形成具有整體性、水穩定性和一定強度的水泥土樁牆，作為支護結構。適用於淤泥、淤泥質土、粘土、粉質粘土、粉土、素填土等土層，基坑開挖深度不宜大於6m。對有機質土、泥炭質土，宜通過試驗確定。
2.3 排樁支護
排樁支護是指柱列式間隔佈置鋼筋混凝土挖孔、鑽（衝）孔灌注樁作為主要擋土結構的一種支護形式。柱列式間隔佈置包括樁與樁之間有一定淨距的疏排佈置形式和樁與樁相切的密排佈置形式。柱列式灌注樁作為擋土圍護結構有很好的剛度，但各樁之間的聯繫差必須在樁頂澆注較大截面的鋼筋混凝土帽樑加以可靠聯接。為了防止地下水並夾帶土體顆粒從樁間孔隙流入（滲入）坑內，應同時在樁間或樁背採用高壓注漿，設置深層攪拌樁、旋噴樁等措施，或在樁後專門構築防水帷幕。灌注樁施工簡便，可用機械鑽（衝）孔或人工挖孔，施工中不需要大型機械，且無打入樁的噪聲、振動和擠壓周圍土體帶來的危害，成本較地下連續牆低。同時，灌注樁圍護結構在建築主體結構外牆設計時也可視為外牆中的一部分參與受力（承受側壓），這時在樁與主體之間通常不設拉結筋，並用防水層隔開。排樁支護可分為懸臂式和支錨式，而支錨式又分單點支錨和多點支錨。大多數情況下，懸臂式柱列樁適用於三級基坑，支錨式柱列樁適合於一、二級基坑工程。一般來說，當基坑深h=8m～14m，周圍環境要求不十分嚴格時，多考慮採用排樁支護。柱列式灌注樁的工作比較可靠，但要重視帽樑的整體拉結作用，在基坑邊角處，帽樑應連續交圈。當要求灌注樁圍護結構起到抗水防滲作用時，必須做好樁間和樁背的深層防水攪拌樁或旋噴樁（一般的鑽孔壓密注漿法不易保證止水，曾引發多起重大事故）。當週圍環境保護要求嚴格時，為減少排樁的變形，在軟土地區有時對基坑底沿灌注樁周邊或部分區域，用水泥攪拌樁或注漿進行被動區加固，以提高被動區的抗力，減少支護結構的變形。
2.4地下連續牆
地下連續牆具有整體剛度大的特點和良好的止水防滲效果，適用於地下水位以下的軟粘土和砂土等多種地層條件和複雜的施工環境，尤其是基坑底面以下有深層軟土需將牆體插入很深的情況，因此在國內外的地下工程中得到廣泛的應用。並且隨著技術的發展和施工方法及機械的改進，地下連續牆發展到既是基坑施工時的擋土圍護結構，又是擬建主體結構的側牆，如支撐得當，且配合正確的施工方法和措施，可較好地控制軟土地層的變形。在基坑深（一般h>10m）、周圍環境保護要求高的工程中，經技術經濟比較後多采用此技術。但是地下連續牆在堅硬土體中開挖成槽會有較大困難，尤其是遇到岩層需要特殊的成槽機具，施工費用較高。在施工中泥漿汙染施工現場，造成場地泥濘不堪。目前採用的逆作法施工使得兩牆合一，即施工時用作圍護結構，同時又是地下結構的外牆。逆作法施工一般用在城市建築高層時，周圍施工環境比較惡劣，場地四周鄰近建築物、道路和地下管線不能因任何施工原因而遭到破壞，為此在基坑施工時，通過發揮地下結構本身對坑壁產生支護作用的能力（即利用地下結構自身的樁、柱、樑、板作為支撐，同時可省去內部支撐體系），減少支護結構變形，降低造價並縮短工期，是推廣應用的新技術之一。除現場澆築的地下連續牆外，我國還進行了預製裝配式地下連續牆和預應力地下連續牆的研究和試用。預製裝配式地下連續牆牆面光滑，由於配筋合理可使牆厚減薄並加快施工速度。而預應力地下連續牆則可提高圍護牆的剛度達30%以上，可減薄牆厚，減少內支撐數量，由於曲線布筋張拉後產生反拱作用，可減少圍護結構變形，消除裂縫，從而提高抗滲性。這兩種方法已經在工程中試用，並取得較好的社會效益和經濟效益。
2.5 土釘支護
土釘支護是用於土體開挖和邊坡穩定的一種新的擋土技術，由於經濟、可靠且施工快速簡便，已在我國得到迅速推廣和應用。土釘支護的使用要求土體具有臨時自穩能力，以便給出一定時間施工土釘牆，因此對土釘牆適用的地質條件應加以限制。《建築基坑支護技術規程（JGJ12021999）》規定了土釘牆適用於二、三級基坑、非軟土場地、基坑深度不宜大於12m。土釘牆支護施工速度快、用料省、造價低，與其他樁牆支護相比，工期可縮短50%以上，節約造價60%左右；而且土釘支護可以緊貼已有建築物施工，從而省出樁體或牆體所佔用的地面。但從許多工程經驗看，土釘牆的破壞幾乎均是由於水的作用，水使土釘牆產生軟化，引起整體或局部破壞，因此規定採用土釘牆工程必須做好降水，且其不宜作為擋水結構。土釘是用來加固現場原位土體的細長杆件。通常採用鑽孔，放入變形鋼筋並沿孔全長注漿的方法做成、它依靠與土體之間的粘結力或摩擦力，在土體發生變形時被動承受拉力作用。它由密集的土釘群、被加固的土體、噴射混凝土面層形成支護體系。由於隨挖隨支，能有效地保持土體強度，減少土體的擾動。20世紀90年代以後，土釘牆技術開始應用於東南沿海一帶，但該地區地質條件屬於以淤泥及淤泥質土為主的軟土帶，為適應這一特性，發展了複合土釘支護技術。加筋水泥土牆是在水泥土樁中插入H形鋼（拉森板樁、鋼管等）組成的。由H形鋼承受側向荷載，而水泥土則具有良好的抗滲性能，因此加筋水泥土牆具有良好的擋土和止水抗滲效應。水泥土樁和H形鋼的組成形式一般有2種，而且水泥土樁中插入H形鋼，設置支撐也十分方便。施工時為使H形鋼可憑藉自重順利下沉至指定標高，水泥土樁施工一般採用三軸型全深攪拌的深層攪拌機，且需提高水泥摻入比。該技術在上海、江蘇、浙江一帶已推廣應用。
另外還有錨杆或噴錨支護、拱圈支護和逆作法支護等。
三、存在的常見問題
深基坑工程支護技術雖已在全國不同地區、不同的地質條件下取得了不少成功的經驗，甚至在一些達到國際水平，但仍存在一些問題需進一步研究或提高，以適應現代化經濟建設的需要。深基坑工程支護施工過程中常常存在的問題主要有以下幾種：
3.1土層開挖和邊坡支護不配套[3]
常見支護施工滯後於土方施工很長一段時間，而不得不採取二次回填或搭設架子來完成支護施工一般來說，土方開挖技術含量相對較低，工序簡單，組織管理容易。而擋土支護的技術含量高，工序較多且複雜，施工組織和管理都較土方開挖複雜。所以在施工過程中，大型工程均是由專業施工隊來分別完成土方和擋土支付工作，而且絕大部分都是兩個平行的合同。這樣在施工過程中協調管理的難度大，土方施工單位搶進度，拖工期，開挖順序較亂，特別是雨期施工，甚至不顧擋土支護施工所需工作面，留給支護施工的操作面幾乎是無法操作，時間上也無法完成支護工作，以致使支護施工滯後於土方施工，因支護施工無操作平臺完成鑽孔、注漿、佈網和噴射砼等工作，而不得不用土方回填或搭設架子來設置操作平臺來完成施工。這樣不但難於保證進度，也難於保證工程質量，甚至發生安全事故，留下質量隱患。
3.2邊坡修理達不到設計、規範要求
常存在超挖和欠挖現象一般深基礎在開挖時均使用機械開挖、人工簡單修坡後即開始擋土支護的砼初噴工序。而在實際開挖時，由於施工管理人員不到位，技術交底不充分，分層分段開挖高度不一，挖機械操作手的操作水平等因素的影響，使機械開挖後的邊坡表面平整度，順直度極不規則，而人工修理時不可能深度挖掘，只能就機挖表面作平整度修整，在沒有嚴格檢查驗收就開始初噴，故出現擋土支付後出現超挖和欠挖現象。
3.3成孔注漿不到位、土釘或錨杆受力達不到設計要求
深基坑支護所用土釘或錨杆鑽孔直般為100~150的鑽桿成孔，孔深少則五、六米，深則十幾米，甚至二十多米，鑽孔所穿過的土層質量也各不相同，鑽孔如果不認真研究土體情況，往往造成出渣不盡，殘渣沉積而影響注漿，有的甚至成孔困難、孔洞坍塌，無法插筋和注漿。再者注漿時配料隨意性大、注漿管不插到位、注漿壓力不夠等而造成注漿長度不足、充盈度不夠，而使土釘或錨杆的抗拔力達不到設計要求，影響工程質量，甚至要做再次處理。
3.4噴射砼厚度不夠、強度達不到設計要求
目前建築工程基坑支護噴射砼常用的是幹拌法噴射砼設備[4]，其主要特點是設備簡單、體積小，輸送距離長，速凝劑可在進入噴射機前加入，操作方便，可連續噴射施工。雖然幹噴法設備操作簡單方便，但由於操作手的水平不同，操作方法和檢
查控制等手段不全，混凝土回彈嚴重，再加上原材料質量控制不嚴、配料不準、養護不到位等因素，往往造成噴後砼的厚度不夠、砼強度達不到設計要求。
3.5施工過程與設計的差異太大
深層攪拌樁的水泥摻量常常不足，影響水泥土的支護強度。我們發現在同樣做法的支護，發生水泥土裂縫，有時不是在受力最大的地段，檢查下來，往往是強度不足，地面施工堆載在局部位置往往要大大高於設計允許荷載。施工質量與偷工減料的現象也並不少見。基坑挖土是支護受力與變形顯著增加的過程，設計中常常對挖土程序有所要求來減少支護變形，並進行圖紙交底，而實際施工中土方老闆往往不管這些框框，搶進度，圖局部效益。
3.6設計與實際情況差異較大
深基坑支護由於其土壓力與傳統理論的擋土牆土壓力有所不同，在目前沒有完善的土壓力理論指導下，通常仍沿用傳統理論計算，因此有誤差是正常的，許多學者對此進行了許多研究，在傳統理論土壓力計算的基礎上結合必要的經驗修正可以達到實用要求。問題是對這樣一個極為複雜的課題，脫離實際工程情況，往往會造成過量變形的後果。如某些設計、不考慮地質條件、地面荷載的差異，照搬照套相同坑深的支護設計。必須根據實際地面可能發生的荷載，包括建築堆載、載重汽車、臨時設施和附近住宅建築等的影響，比較正確地估計支護結構上的側壓力。
3.7工程監理不到位
按規定高層建築、重大市政等的深基坑是必須實行工程監理的，大多數事故工程都沒有按規定實施工程監理，或者雖有監理而工作不到位，只管場內工程，不管場外影響，實行包括設計在內的全過程監理的就更少。客觀地說深基坑工程監理要求監理人員具有較高業務水平，在我國現階段主要就只是監控支護結構工程質量、工期、進度，而對於設計監理與對住宅及周邊環境的監控尚有一定差距，巫待完善與提高。
3.8施工監測不重視
主要是建設單位為省錢不要求施工監測，或者雖設置一些測點，數據不足，忽視坑邊住宅的檢測，或者不重視監測數據，形同虛設。支護設計中沒有監測方案，結果發生情況不能及時警報，事故發生後也不易分析原因，不利於事故的早期處理，省了小錢化大錢。
為了減少支護事故，有待精心設計、精心施工、強化監理，保護坑邊住宅與環境，提高深基坑支護技術和管理水平。
四、深基坑技術的發展趨勢
1）基坑向著大深度、大面積方向發展，周邊環境更加複雜，深基坑開挖與支護的難度愈來愈大。因此，從工期和造價的角度看兩牆合一的逆作法將是今後發展的主要方向。但逆作法施工受樁承載力的限制很大，採用逆作法時不能採用一柱一樁，而是一柱多樁，增加了成本和施工難度。如何提高單樁承載力，降低沉降，減少中柱樁（中間支承柱），達到一柱一樁，使上部結構施工速度可以放開限制，從而加快進度，縮短總工期，這將成為今後的研究方向。
2）土釘支護方案的大量實施，使得噴射混凝土技術得以充分運用和發展。為減少噴射混凝土的回彈量以及保護環境的需要，溼式噴射混凝土將逐步取代乾式噴射混凝土。
3）目前，在有支護的深基坑工程中，基坑開挖大多以人工挖土為主，效率不高，今後必須大力研究開發小型、靈活、專用的地下挖土機械，以提高工效，加快施工進度，減少時間效應的影響。
4）為了減少基坑變形，通過施加預應力的方法控制變形將逐步被推廣，另外採用深層攪拌或注漿技術對基坑底部或被動區土體進行加固，也將成為控制變形的有效手段被推廣。
5）為減小基坑工程帶來的環境效應（如因降水引起的地面附加沉降），或出於保護地下水資源的需要，有時基坑採用帷幕型式進行支護。除地下連續牆外，一般採用旋噴樁或深層攪拌樁等工法構築成止水帷幕。目前，有將水利工程中防滲牆的工法引入到基坑工程中的趨勢。
6）在軟土地區，為避免基坑底部隆起，造成支護結構水平位移加大和鄰近建（構）築物下沉，可採用深層攪拌樁或注漿技術對基坑底部土體進行加固，即提高支護結構被動區土體的強度的方法。