深基坑支护的常见方式及选用

　　一、高层建筑及深基坑发展的现状
　　现在大楼越建越高，基坑也随之越挖越深。据《摩天城市报告》数据显示，全球在建的摩天大楼中有87%在中国，5年后，中国的摩天大楼总数将超过800座，是现在美国总数的4倍。例如进入前期报建的湖南长沙“天空之城”， 以838米的设计高度暂列第一，是中国迄今为止最为霸气的摩天大楼，它比当今“世界第一高楼”迪拜塔还要高10米，投资90亿元，设计使用寿命长达500年，据称可抗9级地震。在建的上海中心，总高度为632米，武汉绿地中心也高达606米，共有124层。甚至河北邯郸也传出消息，拟建338米高的国际文化创意大厦。
　　伴随着这些宏大工程的实施，深基坑工程的设计施工技术也取得了长足进步。近年来国内建筑业的迅猛发展，已在全国不同地区、不同的地质条件下积累了较为丰富的经验，在一些技术上甚至达到了国际水平，但存在的问题仍然不少。由于深基坑工程常处于密集的中心城市，周围有建筑物、地铁隧道或人防工程等，稍有不慎，危及基坑本身安全不说，很可能还会殃及到临近的这些建构筑物、道路桥梁和各种地下设施，造成重大损失。正因为如此，人们在实践中不断总结经验，并将现代科技用于深基坑工程的研究与监测中，以信息化设计和动态设计的新思想，结合施工监测、信息反馈、临界报警、应变（或应急）措施设计等一系列理论和技术，制定了相应的设计标准和应对方案。

　　从基坑深度的变迁史可以看到我国建筑工程的发展历史。在80年代前，国内为数不多的高层建筑的地下室多为一层，基坑深度不过4m，常采用放坡开挖就可以解决问题。到80年代，随着高层建筑的大量兴建，开始出现两层地下室，开挖深度一般在8m左右，少数超过10m。进入90年代，我国的高层建筑迅猛发展下，各地兴建了许多大型地下市政设施、地下商场、地铁车站等，导致多层地下室逐渐增多，基坑开挖深度超过10m的比比皆是。目前国内高层建筑地下室最深为六层，基坑深度为26.2米。首都国家大剧院的地下室为三层，基坑深度达32.5米。而武汉绿地中心的地下基坑，总土方开挖量约100万立方米，深度逾55米，号称亚洲最深、最大的基坑工程。
　　所有这些大手笔的高层建筑，都不可避免地面临一个重要问题，那就是支护方式的选择。在讲述支护方式的选择之前，我们先来了解一下深基坑都有哪些支护方式。
　　二、常见的深基坑支护方式
　　1、锚喷支护：这是几种技术相似的支护方式的统称，它包括锚喷支护、喷射混凝土支护、锚、喷联合支护以及锚、喷与钢筋网联合支护。
　　2、排桩支护：排桩支护是指将柱列式间隔布置的钢筋混凝土挖孔、钻（冲）孔灌注桩作为主要挡土结构的一种支护形式。柱列式间隔布置包括桩与桩之间有一定净距的疏排布置形式和桩与桩相切的密排布置形式。柱列式灌注桩作为挡土围护结构有很好的刚度，但各桩之间的联系差必须在桩顶浇注较大截面的钢筋混凝土帽梁加以可靠联接。 　　3、地下连续墙：地下连续墙具有整体刚度大的特点和良好的止水防渗效果，适用于地下水位以下的软粘土和砂土等多种地层条件和复杂的施工环境，尤其是基坑底面以下有深层软土需将墙体插入很深的情况，因此在国内外的地下工程中得到广泛的应用。随着技术的发展和施工方法及机械的改进，地下连续墙发展到既是基坑施工时的挡土围护结构，又是拟建主体结构的侧墙，如支撑得当，且配合正确的施工方法和措施，可较好地控制软土地层的变形。在基坑深（一般h>10m）、周围环境保护要求高的工程中多采用此技术。
　　现今地下连续墙施工主要有三大成墙工艺，即等厚度水泥土地下连续墙（TRD工法）、超深多轴水泥土搅拌桩（SMW工法）和水泥土地下连续墙基坑止水帷幕（CSM工法）。另外还有两种：旋挖钻机引孔成槽技术和液压抓斗施工工艺，由于成槽难度较大，在地下连续墙施工中应用已渐少。
　　1）TRD工法：全称等厚度水泥土地下连续墙工法，首创于日本，由其生产的TRD工法机进行施工。它的工作原理是将满足设计深度的附有切割链条以及刀头的切割箱插入地下，在进行纵向切割横向推进成槽的同时，向地基内部注入水泥浆已达到与原状地基的充分混合并凝固，从而形成地下连续的墙体。这样连筑而成的墙体具有垂直精度高、无接缝、等厚度、挡土和防渗等优点，如在浇注时插入工字钢芯材，还可将连续墙作为承重墙使用。
　　2）SMW工法：SMW工法亦称劲性水泥土搅拌桩法，即在水泥土桩内插入H 型钢等（多数为H型钢，亦有插入拉森式钢板桩、钢管等），将承受荷载与防渗挡水结合起来，使之成为同时具有受力与抗渗两种功能的支护结构的围护墙。SMW工法连续墙在近年应用以来，普遍认为其性能良好，造价适宜。SMW工法常用的是三轴型钻掘搅拌机，现在已朝着多轴方向发展。目前我国已能生产。 　　3）CSM工法源于德国宝峨公司双轮切铣技术，它是结合现有液压铣槽机和深层搅拌技术进行创新的岩土工程施工新技术。通过对施工现场原位土体与水泥浆进行搅拌，可以用于防渗墙、挡土墙、地基加固等工程。与其他深层搅拌工艺比较，CSM工法对地层的适应性更高，可以切削坚硬地层（卵砾石地层、岩层）。
　　双轮铣槽机设备（以宝峨双轮铣为例）主要由三部分组成：重设备、铣槽机、泥浆制备及筛分系统等。主要工作部位为铣刀架，高12m、重36t带有液压和电气控制系统的钢制框架，下部安装3个液压马达，水平向排列，两边马达分别驱动两个装有铣齿的铣轮。铣槽时，两个铣轮低速转动，方向相反，其铣齿将地层围岩铣削破碎，中间液压马达驱动泥浆泵，通过铣轮中间的吸砂口将钻掘出的岩渣与泥浆混合物排到地面泥浆站进行集中除砂处理，然后将净化后的泥浆返回槽段内，如此往复循环,直至终孔成槽。
　　4、桩锚支护：桩锚支护结构中预应力锚杆分为自由段和锚固段，通过施加锚杆预应力加强基坑边壁稳定性，锚杆预应力直接作用于排桩上，使基坑侧移受到限制；土钉支护结构中土钉全长锚固，通过基坑边壁侧移以部分释放土压力，并使土钉产生拉力，优势滑裂面前后土钉拉力平衡并直接作用于土体，限制土体边壁的继续变形，形成基坑边壁的支护结构。因此桩锚与土钉是两种受力机理不同的支护结构，将土钉与桩锚作为一个整体共同抵抗荷载和变形，关键是土钉和桩锚支护结构的选型设计，通过受力变形分析合理决策联合支护结构，使二者均能充分发挥其技术优势。桩锚支护的一般设计步骤为：(1)选择支护桩类型和锚杆层数，即支护方案设计；(2)初选支护结构各细部尺寸和材料参数，即细部结构设计；(3)进行计算分析，包括桩的嵌固深度验算、锚杆承载力验算、桩身内力计算、配筋计算等，通过计算对各细部初选参数做出修改和调整，使之满足各种验算要求；(4)对比多个方案，找出造价最低方案作为基坑支护的最终设计。 　　三、支护方式的选用
　　从技术角度上讲，支护方案的选择不仅要求保证边坡的稳定，而且要满足变形控制的要求，以确保基坑周围的建筑物、道路等的安全。
　　基坑支护形式的合理选择，是基坑支护设计的的首要工作，应根据地质条件，周边环境的要求及不同支护型式的特点、造价等因素，通过综合评判来加以选择。一般当地质条件较好，周边环境要求较宽松时，可以采用柔性支护，如锚喷支护、土钉墙等。锚喷支护最早应用于地下岩石工程，到上世纪中期，随着土层锚杆的出现和发展，使它作为一种支护形式慢慢发展起来。建于70年代的北京国际信托大厦的基坑工程就是应用的土层锚杆，如今在许多土质条件较好的地方已被广泛采用。据北京地区统计，采用土层锚杆与挡土结构物联合支护的占62%，沈阳地区近几年施工的深基坑，几乎都采用土层锚杆与挡土结构联合支护的方式，而在大连市，近年还出现了不少单独采用锚喷支护的基坑；当周边环境要求较高时，应采用较刚性的支护型式，以控制水平位移，如排桩或地下连续墙等。同样，对于支撑的形式，当周边环境要求较高而地质条件较差时，如采用锚杆容易造成周边土体的扰动并影响周边环境的安全，故应采用内支撑形式为好；当地质条件特别差，基坑深度较深，周边环境要求较高时，可采用地下连续墙加逆作法这种最强的支护方式。基坑支护最重要的首先是要保证周边环境的安全，然后再充分考虑建筑物自身的安全。