浅谈基坑支护形式的选择与应用

浅谈基坑支护形式的选择与应用

李朝阳 1，焦庆磊 2

1 河南省城乡规划设计研究总院股份有限公司 河南郑州 450044

2 林同棪国际工程咨询（中国）有限公司徐州分公司 江苏徐州 221116

摘要：民用建筑基坑开挖过程中，常见的基坑支护形式主要有天然放坡、土钉墙、复合土钉墙、支挡式结构四类。支护形式的选择，讲究因地制宜，且不同的支护形式造价差别极大。本文简单分析几种常见支护形式的特点及适用条件，希望能为基坑开挖、支护施工作业提供参考。

前言

近年来，随着地下空间的不断开发利用，基坑支护工程的数量及规模增加迅速。常见民用建筑中，地下车库及设备房的开挖，均需进行基坑支护专项设计。设计人员需根据工程所在地区的工程地质条件、水文地质条件、场地周边环境、施工工期、工程预算等因素来选择具体的支护形式。

1 不同支护形式的特点及适用条件

1. 1. 天然放坡

天然放坡又称坡率法，即不添加任何支护构件，完全依靠岩土体的自稳能力来维持坡面稳定。此方法对场地环境要求较高，需保证坡顶无重要构筑物，开挖区域内岩土体抗剪强度参数较好且场地可提供充足的开挖空间。对应不同的工程地质条件，坡率取值范围通常为1:0.3~1:1.2。

当开挖范围内地层以强风化及中风化岩石为主时，坡率则可在1:0.3~1:0.5之间取值。当岩石完整性较好时，坡率可取低值，反之则取高值。以河南省北部地区林州、辉县为例，该区域多为完整性较好的灰岩，则可以1:0.3的坡率进行放坡开挖；当开挖范围内地层以硬塑状态粉质黏土、密实状态粉土为主时，坡率则可在1:0.6~1:0.8之间取值。以河南省南部信阳市潢川、光山县为例，该区域内多以硬塑状粉质黏土为主，当地基坑则多以1:0.6的坡率进行放坡开挖；当开挖范围内地层以可塑状态粉质黏土、中密状态粉土、砂土为主时，则多以1:1~1:1.2的坡率来保证基坑边坡的稳定性，在河南中东部开封、商丘、周口等以黄河冲击地层为主的城市里较为常见。

1. 2. 土钉墙

区别与天然放坡，土钉墙则是一种在坡体内设置加筋杆件与其周围土体形成粘结牢固的复合体的支护形式，属于原位土体加筋的技术形式。土钉墙的坡体表面通常需要喷射60~100mm厚的砼面层，内含单层钢筋网片。在计算过程中，砼面层与加筋杆体共同参与计算。

与天然放坡相比，土钉墙的坡率一般在1:0.3~1:0.6之间取值，可以有效的减小坡面的开挖范围。土钉长度一般根据边坡潜在滑裂面的范围来进行设定，土钉成孔直径一般在100~110mm，可采用人工洛阳铲成孔或机械成孔。土钉墙的计算过程主要包括土钉自身的抗拉、抗拔，以及边坡的整体稳定性三部分内容。与天然放坡相比，土钉的造价要稍高一些。

1. 3. 复合土钉墙

复合土钉墙是指在土钉墙的基础上，增加一项或多项其它的支护构件所组成的支护形式，例如预应力锚杆、微型桩、截水帷幕等。当施工过程中，对坡顶位移要求较严格或是坡顶有较为重要的构筑物时，则可将第一排土钉更换为预应力锚杆，通过施加预应力来控制坡体变形。微型桩桩顶一般与坡顶或边坡开挖过程中的二级平台齐平，桩底一般深入基坑底部2m以上，可以有效的提高边坡的整体稳定性。设计人员可根据工程需要来选择是否设置微型桩桩顶冠梁，以进一步提高基坑边坡的稳定性。常见的截水帷幕以咬合式的水泥土搅拌桩为主，在截断坑外地下水向坑内渗流的同时，也可起到加固边坡土体的作用。

1. 4. 支挡式结构

支挡式结构主要是由挡土构件（排桩、地下连续墙）和锚杆或支撑组成的支护形式，其支护原理综合了排桩和锚杆的支护原理，适用于基坑开挖空间较小，对坡顶变形要求严格的情况。排桩包括钻孔灌注桩、拉森钢板桩、SMW工法桩等三种类型，可适应于所有地层。同时，钢板桩和SMW工法桩也可兼作止水帷幕，起到防渗的效果。在普通民用建筑中，以钻孔灌注桩加锚索或锚杆的支护形式最为常见，多为一次性支护构件。而在狭长形的市政管廊工程中，钢板桩加内支撑的支护形式则应用更广。因其全部采用预制钢构件，材料质量可靠，且施工快捷、工期短，主要构件可以重复利用，极大地降低了工程造价。

2. 不同支护形式的造价分析-以郑州市某基坑工程为例

工程造价虽然不属于设计人员的工作内容，但对于支护形式的选型同样至关重要。在保证基坑开挖安全的前提下，合理的考虑不同支护形式的造价，可以有效地降低成本开支。下文以郑州市某基坑为例，详细分析土钉墙、复合土钉墙和桩锚支护三种不同支护形式的造价。

2.1 工程概况

该基坑位于郑州市金水区某住宅小区，地上建筑为16层高层，地下为一层车库，主楼采用CFG桩复合地基，地库采用筏板基础。基坑开挖周长达1304m，总开挖面积达84260m²,开挖深度为现状地面下4.7~6.1m。基坑西北侧为已完工的小学，小学内综合楼基础距离基坑上口线距离约为4.2m，基础埋深约为现状地面下1.8m。余下区域均为现状空地，无其它构筑物。

2.2 工程地质与水文地质概况

基坑开挖范围内所揭露的土层主要以粉土、粉质黏土、粉砂为主，详见表1。地下水位埋深约为现状地面下9.7m，开挖过程中无需考虑降水。

表1各土层主要力学指标统计

2.3 造价分析

下面以基坑4-4剖面为例，来进行造价分析。就工程地质而言，土钉墙、复合土钉墙和桩锚支护三种形式均适用。该剖面开挖深度为6米，且开挖范围内坡顶上方无任何构筑物，无需考虑变形过大产生的不利影响。三种支护形式的每延米造价，详见表2。

表2 不同支护形式的造价分析

注：上表中延米是指延基坑周长方向每米的长度。

由上表可知，桩锚支护的单价是土钉墙的7倍左右，复合土钉墙的单价是土钉墙的4倍左右，该剖面最终的选型为土钉墙。现已完成基坑回填，未发生土方坍塌、滑坡等安全事故。

3. 不同支护形式的施工要点

在基坑支护施工过程中，不同的支护形式仍要注意以下事项。当采用放坡开挖时，应施作喷射砼面层，可有效的避免雨季因降雨导致水土流失而引发的滑坡事故。当采用土钉墙支护时，若遇杂填土层较厚的情况，可能会出现土钉无法成孔，此时应采用直径48mm壁厚4mm的打入式钢管来代替土钉，通过压力注浆来形成锚钉。若遇基坑阳角，则阳角位置的土钉和预应力锚杆应调整高度或角度以避免交叉触碰。遇雨季施工时，应及时对坡顶进行硬化，并设置截水沟和挡水墙等防排水措施。当采用土钉、锚杆及锚索等构件时，一定要先行调查基坑周围管线的距离和埋深，避免施工过程中因管线中断而造成停工。

4. 结语

基坑安全、快速、经济地开挖对于整个工程项目来说至关重要，因此设计人员一定要在前期进行现场踏勘、调查，并充分了解现场状况以及委托方诉求，再进行支护方案设计。

参考文献：

[1]尹娜.基坑支护形式与基坑支护结构选型经验分析[J].工程建设与设计,2018(19):268-269+272.

[2]陈海涛.岩土工程的基坑支护与选型方案[J].城市建设理论研究(电子版),2020(14):101.

[3]都智刚.谈基坑支护方案选型在某工程中的应用[J].山西建筑,2016,42(32):67-68.