探讨深基坑工程支护体系技术经济

　　探讨深基坑工程支护体系的技术经济

　　不同的深基坑支护体系涉及到不同的施工技术方法，其经济性也各不相同，文章探讨了目前国内常用的几种深基坑支护体系的技术经济方面的特点，并对其进行了对比分析。

　　一、引言

　　随着国民经济快速增长和建筑业的不断发展，高层建筑如雨后春笋般纷纷涌现，如跻身于世界顶级摩天大厦之列的上海金茂大厦、深圳地王大厦、广州中信大厦。这些大厦的高度均已经超过300米，而其基坑深度也已逐渐由6m、8m、10m发展至20m以上。建筑物高度越高，其埋置深度也就越深，对基坑工程支护的要求也越来越高。这些工程的实施，促进了建筑科学技术的进步和施工技术、施工机械和建筑材料的更新与发展，其投资也随之不断增长。如何在现有施工条件下，选择一个既经济又安全的支护体系，是高层建筑深基坑工程施工中需要解决的一个问题。

　　二、深基坑工程支护类型

　　近几年来随着基坑深度和体量的增大，支护技术也有了较大进展，按功能分常用的有以下三类：

　　1、挡土支护系统。常用的有钢板桩、钢筋混凝土板桩、深层水泥搅拌桩、钻孔灌注桩、地下连续墙、土层锚杆与土钉墙。其功能是形成支护排桩或支护挡土墙阻挡坑外土压力。

　　2、挡水支护系统。常用的有深层水泥搅拌桩、旋喷桩、压密注浆、地下连续墙、锁口钢板桩。其功能是阻挡抗外渗水。

　　3、支撑支护系统。常用的有钢管与型钢内支撑、钢筋混凝土内支撑、钢与钢筋混凝土组合支撑。其功能是支承围护结构侧力与限制围护结构位移。

　　三、施工技术比较

　　支护类型中国内目前常用的主要有以下六种方式。

　　1、钢板桩支护。钢板桩由于施工简单而应用较广。但是钢板桩的施工可能会引起相邻地基的变形和产生噪声振动，隔水性能差，周围建筑物及地下管线会引起较大的沉降和位移，对周边环境影响很大，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。而且钢板桩本身柔性较大，如支撑或锚拉系统设置不当，其变形会很大，所以当基坑支护深度大于7m时，不宜采用。同时由于钢板桩在地下室施工结束后需要拔出，因此应考虑拔出时对周围地基土和地表土的影响。

　　2、深层搅拌桩支护。作为支护结构，水泥土深层搅拌桩适用于淤泥、淤泥质土、粘土、粉质粘土、粉土、素填土等土层，基坑开挖深度不宜大于6m。对有机质土、泥炭质土，宜通过试验确定。我国目前多采用格栅形式，即重力坝式挡墙。

　　3、排桩支护。一般来说，当基坑深h=8m~14m，周围环境要求不十分严格时，多考虑采用排桩支护。柱列式灌注桩的工作比较可靠，但要重视帽梁的整体拉结作用，在基坑边角处，帽梁应连续交圈。当周围环境保护要求严格时，为减少排桩的变形，在软土地区有时对基坑底沿灌注桩周边或部分区域，用水泥搅拌桩或注浆进行被动区加固，以提高被动区的抗力，减少支护结构的变形。

　　4、地下连续墙。地下连续墙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。并且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。但是地下连续墙在坚硬土体中开挖成槽会有较大困难，尤其是遇到岩层需要特殊的成槽机具，施工费用较高。在施工中泥浆污染施工现场，造成场地泥泞不堪。目前采用的逆作法施工使得两墙合一，即施工时用作围护结构，同时又是地下结构的外墙。

　　5、土钉支护。土钉支护由于经济、可靠且施工快速简便，已在我国得到迅速推广和应用。土钉墙适用于二、三级基坑、非软土场地、基坑深度不宜大于12m。土钉是用来加固现场原位土体的细长杆件，由于随挖随支，能有效地保持土体强度，减少土体的扰动。

　　6、锚杆支护。我国的锚杆支护最早用于地铁工程，20世纪80年代初开始用于高层建筑深基坑支护。在天然土层中，锚固方法以钻孔灌浆为主，一般称为灌浆锚杆。除了以上六种常用支护形式外，另外还有拱圈支护和逆作法支护等。一般来说，水泥土搅拌桩和土钉墙是我国目前的基坑深度在5m以内，后者乃至10m以内首选的支护形式，土层条件好时，15m左右基坑亦经常使用。对于5-10m深软土基坑，常采用钻（冲、挖）孔桩、沉管灌注桩或钢筋砼预制桩等，并可作各种布置，如需防渗止水时，则辅之以水泥土搅拌桩、化学灌浆或高压注浆形成止水帷幕，有时亦用钢板桩或H型钢桩。当基坑深度大于10m时，可考虑采用地下连续墙，或SMW工法连续墙，并根据需要设置支撑或锚杆。

　　四、经济性分析

　　不同的地质条件和基坑深度应选择相应的经济合理的支护结构体系。第一，钢板桩支护是造价最低的。在一些简单的工程中常常采用，如一些小型的顶管工程，桥梁工程等，但因噪声大、易变形、防水性不强等特点，已逐步被支护方式所替代。第二，深层水泥土搅拌桩这种支挡结构不透水，不设支撑，使基坑能在敞开的条件下开挖，而使用的材料仅水泥而已，因此具有较好的经济效益。第三，土钉墙支护施工速度快、用料省、造价低，与其他桩墙支护相比，工期可缩短50%以上，节约造价60%左右；而且土钉支护可以紧贴已有建筑物施工，从而省出桩体或墙体所占用的地面。第四，排桩支护中的灌注桩施工简便，可用机械钻（冲）孔或人工挖孔，施工中不需要大型机械，且无打入桩的噪声、振动和挤压周围土体带来的危害，成本较地下连续墙低。同时，灌注桩围护结构在建筑主体结构外墙设计时也可视为外墙中的一部分参与受力（承受侧压），这时在桩与主体之间通常不设拉结筋，并用防水层隔开，相对来说也可以节省一些造价。第五，地下连续墙的优越性早已为世界公认。在大深度基坑和复杂的工程环境下非它莫属。唯其造价较高，需综合考虑。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。但我国尚缺乏自制的能用于大深度施工的专用机械。武汉、上海已从日本引进SMW工法专用机械，正在推广使用。在此基础上研制了减磨擦剂，能将加劲钢材拔出后重复利用，更可以降低造价。我国还进行了预制装配式地下连续墙和预应力地下连续墙的研究和试用。预制装配式地下连续墙墙面光滑，由于配筋合理可使墙厚减薄并加快施工速度。而预应力地下连续墙则

可提高围护墙的刚度达30%以上，可减薄墙厚，减少内支撑数量，由于曲线布筋张拉后产生反拱作用，可减少围护结构变形，消除裂缝，从而提高抗渗性。这两种方法已经在工程中试用，并取得较好的社会效益和经济效益。第六，逆作法施工一般用在城市建筑高层时，周围施工环境比较恶劣，场地四周邻近建筑物、道路和地下管线不能因任何施工原因而遭到破坏，为此在基坑施工时，通过发挥地下结构本身对坑壁产生支护作用的能力，减少支护结构变形，使其刚度大为增强，节省支撑或锚杆的费用，使支护结构的变形及对相邻建筑物的影响大为减少，从而使总造价降低，一举多得，是一种先进的施工作业方法。第七，闭合挡土拱圈有时尚需采用水泥土搅拌桩或化学灌浆等方法形成止水帷幕。但即使如此，其造价仍低于一般的桩墙支护结构。已在广州、珠海、深圳等地6～12m深基坑中应用，比一般桩墙结构降低造价约50%。广东省地处东南沿海地带，地区地质条件属于以淤泥及淤泥质土为主的软土带，广州市区由于建筑物密布，地下管线纵横交错，在进行高层建筑深基坑施工时，在深基坑支护方案的选择方面首选内支撑与支护桩相结合方式较为经济合理；如土质良好，施工场地面积允许，也可考虑采用复合土钉支护，不仅经济、可靠而且施工快速简便；如需提高支护结构的挡土和止水抗渗效应，则加筋水泥土墙不失为一种设置支撑方便、性价比较合理的选择。

　　五、结论

　　基坑支护工程是一项系统工程，具有技术复杂、进度快、质量要求高等特点，必须要借助结构力学、土力学、地基基础等学科知识和丰富的施工经验，并结合拟建场地土质及周围环境情况，才能因地制宜地制定出经济合理的支护结构方案和施工方法。

　　【参考文献】

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篇2：超高层建筑深基坑支护设计施工探讨

　　超高层建筑深基坑支护设计与施工探讨

　　深基坑支护设计与施工是当前城市高层、超高层建筑突显的技术难题。通过工程实例，从设计方案的选择到施工、监测，提供了有益的经验。

　　1　工程概况

　　福州平安大厦系一座31层商住楼，高度115 m，占地面积4614 ㎡，总建筑面积37355 ㎡.设地下室3层，基坑平面尺寸56.6 m×36.5 m，自然地面标高-1.65 m，坑底标高-11.70 m，开挖深度10.05 m，土方开挖工作量约21000 m3.

　　2　地质条件

　　拟建场地处于福州盆地中部，上部覆盖层为海陆相冲积形成的砂性土，基底为燕山期中粗粒花岗岩。

　　在基坑支护桩埋深范围内，自上而下垂直分布地层为：杂填土，灰黑色，松散，夹碎石块，厚度1.5～3.6 m；粘土，黄绿色，可塑，厚度2～3 m，容重γ=18.30 kN/m3，内聚力C=50.66 kPa，内摩擦角φ=14.19°；淤泥，深灰色，流塑（天然含水量55.8%～74.2%），厚度5.7～10.1 m，γ=18.10 kN/m3，C=7.92 kPa，φ=4.95°；粉质粘土，褐黄色，可塑，厚度1.4～5.7 m，γ=17.50　kN/m3，C=19.90　kPa，φ=9.51°；含泥中细砂，灰白色，中密，粒径0.10～0.25 mm，含泥量15%～20%，厚度2.7～10.4 m.

　　水文地质情况：地下水位在自然地面下0.6～1.7 m，场地内除淤泥、粘土层顶上贮有上层滞水外，还有埋藏于粘土层下中细砂至碎卵石的多层承压水。对本工程而言，关键是要隔断来自于含泥中细砂的承压水（第一含水层）。经现场抽水试验，此含水层渗透系数k=1.62　m/d；单孔涌水量q=11.48　m3/d；影响半径R=96.5m.

　　3　支护结构设计

　　基坑支护结构一般由垂直挡土结构和水平支撑结构组成，设计方案必须满足以下2方面要求：保证边坡稳定及周围建筑物、地下管线设施安全，不得引起拟建物正面五一路主干道开裂，影响市区交通；确保基坑开挖顺利进行，并提供足够的地下室施工作业空间。

　　根据上述要求，业主邀请了有关专家多次研讨，经可行性论证、方案比较，最后确定方案如下。

　　3.1　以钻孔灌注桩作为基坑的挡土结构，高压旋喷桩形成止水帷幕（如图1所示）

　　图1　深基坑支护桩平面布置图

　　首先依据开挖各土层的的γ、C．φ值，当把挡土桩视为弹性地基上的竖直构件，基坑开挖面以下的土体视为直线变形体时，采用库仑郎肯公式计算坑外侧土压力，然后考虑基坑面积、开挖深度、施工条件等综合因素确定。本工程钻孔挡土桩直径800 mm，桩长23 m，桩端落在含泥中细砂层上，沿封口环梁中轴线布置，混凝土强度等级C25，配筋率0.8%，数量177根。

　　止水帷幕旋喷桩沿2根钻孔挡土桩外切圆密布，计算桩径500 mm，桩长15 m（阻隔上层滞水及第一含水层），水泥置换率18%～22%，数量179根。

　　3.2 水平支撑结构由2层椭圆环形钢筋混凝土梁和14根格构式钢架竖向支柱组成（如图2所示）

　　图2　支护结构剖面图

　　第一道水平支撑梁面标高-3.35 m，断面尺寸1000 mm×800 mm；第二道水平支撑梁面标高-7.75 m，断面尺寸1200 mm×800 mm.

　　设计采用双层椭圆环梁及其临时钢架立柱与钻孔挡土桩及其桩顶封口梁共同作用形成一个空间结构来承受基坑开挖后侧向土压力、水压力和附加压力。两相交的双椭圆梁水平支撑见图3，在基坑四周共形成了6个拱圈。众所周知，拱圈结构承受水平推力后产生的内应力较小，并使水平支撑构件完全处于受压应力状态，有利于抵抗基坑外侧压力。相交双椭圆水平支撑结构除了受力状态最佳外，还有一个优点，就是基坑左右两半形成无任何障碍物的宽阔空间，极有利于机械挖土及构筑地下室时装模、布筋、浇注混凝土作业。

　　图3　第一道平面支撑结构图

　　经计算水平支撑椭圆环梁混凝土强度等级为C25，其配筋计算可采用PK程序、TBSA程序计算叠加，配筋率0.7%，箍筋按构造要求设置。

　　4　支护结构施工与土方开挖

　　4.1　钻孔挡土桩施工

　　钻孔灌注桩作为挡土桩使用，施工时需注意：（1）桩孔施工顺序应按同一轴线5孔为一小组，3小组为一大组，跳隔循环施工，以避免已灌注的桩身混凝土受到破坏。（2）桩孔垂直度要求要比工程桩更严，一般≤0.5%L（L为桩长）。否则，同一编组最后一根桩难以施工到位，影响质量。（3）钢筋笼投放埋设要准确，受拉、受压区密布弧段欲放置于基坑内外侧方向，这样才能发挥钢筋在混凝土构件中作用。

　　4.2　旋喷止水帷幕桩施工

　　按设计要求，本工程旋喷止水帷幕桩选用单层管法施工，喷浆压力12～18 MPa，喷管提升速度15～20 cm/min，浆液水灰比1，水泥置换率≮15%.

　　4.3　封口梁、上下椭圆水平支撑环梁施工

　　（1）挡土桩顶封口梁及第一层（上层）椭圆水平支撑环梁先行施工。工艺流程是：定位放线→模板工程→钢筋工程→混凝土工程。对拱圈与封口梁、角撑、立柱等交汇节点处，均应采取加强措施，确保安全。

　　（2）根据先支撑后开挖原则，当土方开挖至-7.75 m标高时，停止挖土作业，按第一道水平支撑环梁施工方法施工第二道（下层）椭圆水平支撑环梁。

　　4.4　基坑土方开挖

　　依施工组织设计，本基坑工程土方开挖分3个阶段进行。第一阶段，从自然地面标高-1.65 m挖至-3.35 m，挖深1.70 m（该标高以上土体用M10水泥砂浆砌筑240 mm厚砖墙挡土），然后凿去挡土桩顶疏松混凝土，施工桩顶封口梁及第一道椭圆水平支撑环梁。第二阶段，待第一道水平支撑环梁混凝土强度达到设计值后，继续开挖至-7.75 m，挖深4.40 m，施工第二道水平支撑环梁。第三阶段，待第二道水平支撑环梁混凝土强度达到设计值后，继续挖土至-11.70 m，挖深3.95m.最后一次开挖局部深度到达基底标高后，要随挖随即浇捣300 mm厚

C15毛石混凝土垫层，并使封底混凝土紧抵挡土桩。

　　4.5　土方开挖的注意事项

　　（1）采用机械开挖，注意防止挖掘机铲斗碰撞损坏工程桩及临时支柱。

　　（2）在土方开挖过程中，自始至终要做好排水、疏水、截水、降水工作。

　　（3）每日挖出的弃土，应当班运走，严禁基坑四周堆土过量（堆土高度≯1 m），否则会增加挡土桩的附加荷载。

　　（4）-10.70 m以下部分土体要采用人工挖掘及修整。承台施工应逐个进行，土方挖好后即刻浇捣钢筋混凝土，避免大面积开挖或基坑长时间暴露。

　　5　施工监测

　　由于影响基坑工程安全的不确定因素甚多，故需采取信息化施工，对基坑施工全过程进行监测。

　　（1）根据埋设于挡土桩顶封口梁上10个位移观测点监测，挡土桩向基坑内侧方向最大水平位移S=34 mm≤40 mm，满足一级安全等级的支护要求。

　　（2）经椭圆环梁预埋钢筋应力计测定，拱圈水平支撑构件均处于受压状态，压应力不大。

　　（3）开挖基坑底部未出现土体变形与隆起。

　　（4）基坑开挖作业自1997年12月8日开始至1998年3月29日结束，累计112天（含春节放假15天），正面五一路市区交通干道及地下管线未发现异常情况，周围建筑物正常使用。

　　6　技术经济效果

　　（1）该基坑支护结构工程总造价320万元，按支护延长米计算17390元/m，按支护面积计1549元/㎡，按支护空间体积计153元/m3，比预算造价节约18.5%，效益可观。

　　（2）本工程采用钻孔挡土桩、高压旋喷止水帷幕、双层椭圆环梁水平支撑的支护结构体系，技术先进，安全适用，经济合理。

　　（3）水平支撑拱圈结构受力佳，空间大，极利于多层地下室施工，为类似深基坑施工提供了有益的经验。

篇3：基坑支护施工安全防护技术措施

　　基坑支护施工安全防护、技术措施

　　①基础施工阶段，在距基坑上口外侧1.5m处设置护身栏杆，沿基坑设置，要连续，不得留有缺口。

　　②栏杆高度为1.2米，设两道横向护身栏杆，内侧挂密目安全网封严，安全网用14#铅丝绑扎。

　　③护身栏杆立杆间距2.0m，立杆埋入地下深度应大于30cm。

　　④横、竖向栏杆刷红白漆，每段30cm。

　　⑤围护栏杆内不得堆放任何材料和杂物。

　　⑥围护栏杆外侧堆放荷载不得超过3.5t/M2。

　　⑦施工人员禁止进入围护栏杆内行走。

　　⑧施工人员上下基坑按要求在固定位置搭设马道，不得随意穿越维护栏杆。

　　⑨定期检查维护栏杆是否紧固，安全网是否挂牢、挂严。

篇4：工程支护结构安全防护制度

　　工程支护结构安全防护制度

　　(1)对支护结构进行必要的监测。监测是保证支护结构安全的最重要的手段，是实行科学管理，"信息化"施工的基础，我公司在所有重大工程中均对深基坑支护结构实行监测，保证了基坑支护的安全。本工程从支护结构施工开始起即开始监测，对监测结果进行跟踪分析，严格控制其发展变化动态，并将监测结果定期通报有关部门。

　　(2)避免在支护结构附近堆放材料。

　　(3)做好基坑内的排水降水工作，防止基坑内积水而使基坑土体恶化影响支护结构稳定。

　　(4)做好局部范围内的支护结构补救工作，对于少量的支护结构渗漏水处，及时采取措施予以堵漏，防止其扩大；对于路面开裂也及时采取措施予以救治，防止危及整个支护结构。

篇5：建筑基坑支护专项安全施工组织设计(方案)

　　建筑基坑支护专项安全施工组织设计（方案）

　　按照JGJ59-99《建筑施工安全检查标准》规定，施工现场进行基础施工作业，当基坑深在5m以内时，应当编制安全施工方案；当基坑深度超过5m时，应当编制专项安全施工组织设计。编制的专项安全施工组织设计（或方案）要以施工图和施工现场的地质勘探报告为依据进行专项支护设计，并根据施工现场及其周边环境以及施工的季节性因素等情况制定周密、详细的防护要求以及相应的安全施工技术措施。

　　1、现场勘测

　　现场勘测包括测绘现场的地形、地貌，工程的定位、现场生产、生活临设建筑物及作业通道的位置，地下管、线及障碍物的分布，现场周边的环境等。

　　2、安全边坡及基坑支护结构形式的选择与设计。

　　基坑支护结构形式主要是根据现场的地质资料，基坑的深浅，采用的施工方法，作业场地的周边环境等决定安全边坡或基坑支护的结构形式.根据选定的基坑支护结构形式对锚固桩的布置、入土深度及其主要的各项施工参数，内支撑的形式及材料的选用，每节护壁的高度，桩与支撑的联接，土、桩、内支撑共同工作的问题等进行设计和计算,并对作业时应遵守的时间和施工顺序，基坑的排水措施等作出明确的规定。

　　3、基坑支护变形的监测措施

　　基坑支护变形的监测措施是指在基础施工过程中,应有对挡土结构位移、支撑锚固系统应力、支护系统的变形及位移、边坡的稳定，基坑周围建筑的变化、排水设计的变化等进行严密监测的措施，主要包括：监测点的设置和保护，监测的方式、内容及时间，监测的记录，监测记录的分析、处理等内容。

　　4、防止毗邻建筑物和邻近道路等沉降的措施

　　基坑支护专项安全施工组织设计应当根据基坑的施工方法和开挖深度对周边建筑物地基持力层的影响，编制防止毗邻建筑物和邻近道路及重要管线沉降的具体措施，主要包括：观测点的设置，对毗邻的建筑物和邻近道路及重要管线等设施进行沉降观测及变形测量的方式及时间，监测的记录，监测记录的分析、处理等内容。

　　5、基础施工的安全技术措施

　　编制基础施工的安全技术措施要和现场的实际情况相适应，其主要是：临近防护的设置，作业人员上、下基坑专用通道的设置，夜间作业的照明配备，采用机械开挖土方时使用土石方机械的问题，人工挖土的作业安全，立体交叉作业的隔离防护问题,冬、雨季施工的安全技术措施等。的位置，地下管、线及障碍物的分布，现场周边的环境等。

　　6、绘制有关基坑支护设计的施工图纸

　　主要有基坑支护施工总平面图和施工图、锚桩布置平面图和立面图、支撑系统的平面图和立面图以及关键部位的细部构造节点详图等图纸。

　　7、有关人工挖孔桩施工的安全技术措施

　　人工挖孔桩安全施工组织设计中的安全技术措施，应针对人工挖孔桩施工的特点编制，其重点有：

　　（1）孔井护壁方案及井口围护措施。

　　（2）施工现场的围挡及有关的防护措施。

　　（3）安全用电的措施，应当符合安全用电规范的规定；

　　（4）深井挖孔时，保证井下通风的措施，以确保向井下作业人员供给新鲜空气并保护井下通风良好；

　　（5）要勘察并排除作业区域内的有毒有害气体。作业区域有腐植土、杂植土层时，应有防沼气、瓦斯等有毒气体伤害的措施，并配备有相应的技术手段；

　　（6）作业人员应严格遵守安全生产纪律和安全技术规程；

　　（7）应有监测孔井土壁稳定的措施。