我国深基坑支护技术发展与展望

第４９卷第６期２０１８年６月　建　筑　技　术　、ｂ１．４９　Ｎｏ．６　Ｊｕｎ．２０１８　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏ￣ｖ　·５７３·　我国深基坑支护技术发展与展望　吉明军，　勇跃山　（中铁建工集团有限公司上海分公司，２００３３　１，上海）　摘要：随着城市发展，基坑越来越深，周边环境越来越复杂，深基坑安全防护等级越来越高，基坑支　护难度越来越大，在这种需求背景下，深基坑支护技术发展也越来越陕，各种新型支护技术便应运而生。结　合典型工程案例分析深基坑支护主要技术并展望发展技术。　关键词：深基坑；支护技术；桩锚支护　中图分类号：ＴＵ４７３．２　文献标志码：Ａ　文章编号：１０００—４７２６（２０１８）０６—０５７３～０５　ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ　ＯＦ　ＤＥＥＰ　ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ　ＰＩＴ　ＳＵＰＰＯＲＴ　ＴＥＣＨＮＩＱＵＥ　ＪＩ　Ｍｉｎｇ－ｊｕｎ，ＹＯＮＧ　Ｙｕｅ—ｓｈａｎ　（Ｃｈｉｎａ　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｇｒｏｕｐ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｂｒａｎｃｈ，２００３３　１，Ｓｈａｎｇｈａｉ，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｅｔ：Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｕｒｂａｎ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ｄｅｅｐｅｒ　ａｎｄ　ｄｅｅｐｅｒ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｐｉｔｓ　ｗｅｒｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｈｅｉｒ　ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｂｅｃｏｍｅ　ｍｏｒｅ　ａｎｄ　ｍｏｒｅ　ｃｏｍｐｌｅｘ，ｒｅｑｕｉｒｉｎｇ　ｈｉｇｈｅｒ　ａｎｄ　ｈｉｇｈｅｒ　ｓａｆｅｔｙ　ｇｒａｄｅ　ａｎｄ　ｆａｃｉｎｇ　ｍｏｒｅ　ａｎｄ　ｍｏｒｅ　ｄｉｆｉｆｃｕｌｔ　ｓｕｐｐｏｒｔ．Ｕｎｄｅｒ　ｔｈｉｓ　ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ，ｄｅｅｐ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｐｉｔ　ｓｕｐｐｏｒｔ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｗｉｔｎｅｓｓｅｄ　ａ　ｆａｓｔｅｒ　ａｎｄ　ｆａｓｔｅｒ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｍｏｒｅ　ａｎｄ　ｍｏｒｅ　ｎｅｗ　ｓｕｐｐｏｒｔ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ｆｏｒ　ｄｅｅｐ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｐｉｔ　ｓｕｐｐｏｒｔ，ｇａｖｅ　ａｎ　ｏｕｔｌｏｏｋ　ａｂｏｕｔ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ｔｈｅ　ｔｙｐｉｃａｌ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｃａｓｅｓ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｅｅｐ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｐｉｔ；ｓｕｐｐｏｒｔ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ；ｐｉｌｅ·ａｎｃｈｏｒ　ｓｕｐｐｏｒｔ　我国早期基坑工程开挖深度浅，规模小，场地周　搅拌水泥土挡墙。适用于包括软弱土层在内的多种土　边环境简单。一般采用放坡开挖、简单护面，或采用　质，支护深度不宜超过６ｍ（加扶壁可加大支护深度），　钢板桩、木桩简单支挡，采用明排方式处理地下水。　可兼作隔渗帷幕。由于坑内无支撑，便于机械化快速　随着高层建筑的发展，基坑越来越深，多种基坑　挖土，具有挡土、止水的双重功能。但其位移、厚度　支护形式出现，土钉墙、排桩、搅拌桩、重力式挡墙　相对较大，对于长度大的基坑，需采取中间加墩、起　等各种新基坑支护技术得到应用。　拱等措施以限制过大的位移。　随着各种支护技术的逐步成熟，地下连续墙、旋　１．２土钉墙支护　喷桩止水帷幕、内支撑技术得到较大发展，解决了复　土钉墙支护主要包括土钉、注浆锚杆、钢筋网喷　杂地质条件（高水位、流沙层、填海区）的基坑工程　射混凝土面层。适用于除淤泥、淤泥质土外的多种土　施工难题，基坑的开挖深度也超过了３０　ｍ。　质，支护深度不宜超过６ｍ。适用于土质较好地区，　在城市建设发展达到一定程度后，建筑施工的环　具有稳定可靠、施工简便且工期短，效果较好，经济　境也越来越复杂，基坑周边布满已建建（构）筑物、　性好等优点，但土质不好的地区难以运用。　地铁、道路、管线等，基坑工程向超大、超深发展，　１．３复合土钉墙支护　对基坑的支护要求也越来越高，支护难度也会越来越　复合土钉墙支护可解决坑底隆起和整体滑动问　大，各种新型支护技术便应运而生。　题。适用于坑底以下有一定厚度的软弱土层，单纯喷　Ｉ主要技术内容　锚支护不能满足要求时可考虑采用复合喷锚支护，可　兼作隔渗帷幕。其支护深度不宜超过６ｍ，坑底软土　Ｉ．Ｉ水泥土重力式挡墙　厚度超过４ｍ时应慎用。　水泥土重力式挡墙是水泥土桩相互搭接成格栅或　１．４悬臂式排桩支护　实体的重力式支护结构，主要包括注浆、旋喷、深层　悬臂式排桩支护主要由桩＋冠梁组成，其悬臂高　度不宜超过６　ｍ，对不同土层深度差异很大，软土地　收稿日期：２０１８－０４－２０　区达不到６ｍ，对深度大于６ｍ的基坑及坑底以下软　作者简介：吉明军（１９７３一），男，河南信阳人，高级工程师，总工　土层厚度很大时不宜采用。嵌入岩层、密实卵砾石、　程师，ｅ—ｍａｉｌ：５５３０９８１６３＠ｑｑ．ｃｏｉｎ．　碎石层中的刚度较大的悬臂桩的悬臂高度可以适当加　·５７４·　建筑技术　第４９卷第６期　大。其桩间易造成水土流失，特别是在高水位软粘土　质地区，需根据工程条件采取注浆、水泥搅拌桩、旋　喷桩等施工措施以解决止水问题。桩与桩之间主要通　过桩顶冠梁和围檩连成整体。在重要地区，特殊工程　及开挖深度很大的基坑中不建议使用。　１．５双排桩支护　一般采用两排钻孔灌注桩或双排预应力管桩，Ｔ页　部钢筋混凝土连梁连结，必要时对桩间土进行加固处　理。当设置锚杆和内支撑有困难，或坑底以下有厚层　软土，或单排悬臂桩不具备嵌固条件安全性不满足要　求时，可考虑采用双排桩。　１．６桩锚支护　桩锚支护（图１）可用于不同深度的基坑，支护　体系不占用基坑范围内空Ｉ司，但锚杆需伸入邻地，有　障碍时无法设置，特别在锚入毗邻建筑物地基内时应　慎重。锚杆的锚固段不应没在灵敏度高的淤泥层内，　在软土中也要慎用，在含承压水的粉土、粉细砂层中　应采用跟管钻进锚杆或一次性锚杆。　图４地　连续墙支护　图３桩＋型钢支撑　求较高的基坑，宜配合逆作法施工使用，利用地下室　梁板柱作为内支撑。其优点是刚度大，止水效果好，　是支护结构中最强的支护形式。但造价较高，施工要　求专用设备。　１．９　ＳＭｗ工法桩支护　ＳＭＷ施工工法连续墙是利用多轴螺旋搅拌机械　（图５），用水泥作为固化剂与地基土进行原位强制　１桩锚支护　搅拌，按一定间距插入Ｈ型钢后，待水泥土固化形　成一定强度的桩墙。其抗渗效果较好、对场地要求低，　１．７桩撑支护　支护桩加型钢或钢筋混凝土支撑（图２，３）可用　于不同深度的基坑和不同土质条件，变形控制要求严　格时宜选用；支护体系需占用基坑范围内空间，其布　置应考虑后续施工的方便。　适用性强，围护成本相对较低，施工周期短，型钢可　回Ｌｔ：ｋｇＩＪ用。　图５　ＳＭＷ工湛桩支护　１．１０钢板桩支护　图２桩＋钢筋混凝土支撑　钢板桩支护技术是采用定型钢板结构、机械振动　打入士体形成的板桩式结构（图６），作为基坑支护　地下连续墙是在地下筑成一道连续的钢筋混凝土　的主体。其造价较低，施工效率较高，可回收利用。　墙壁（图４），作为截水、防渗、承重、挡水结构。　１．１１咬合桩支护　可用于地质条件差和复杂，基坑深度大，周边环境要　１．８地下连续墙支护　经过大量的工程实践探索，咬合桩在国内已成为　吉明军，等：我国深基坑支护技术发展与展望　可在砂、粉砂、粘土、砾石等一般土层及Ｊｖ值超过　５０的硬质地层（卵石、粘性淤泥、砂岩、油母页岩、　石灰岩、花岗岩等）施工。连续性刀锯向垂直方向一　次性地挖掘，混合搅拌及横向推进，在复杂地层也可　以保证均一质量的地下连续墙。　１．１４双轮铣等厚搅拌水泥土连续墙支护（ＣＳＭ工法）　该技术通过双轮旋转对施工现场的原状土体进行　切削，同时注入水泥浆液和气体形成等厚度水泥土地　下连续墙，用于止水帷幕、挡土墙或地层改良，具有　一地层适应能力强，施工速度快，成墙质量高等特点，　穿线、高层建筑物等深基坑工程中已得到广泛推广，　　特别适用于淤泥、流砂、地下水富集等止水困难地层　特别适合复杂地层使用。该技术设备成墙尺寸、深度、注浆量、垂直度　和锚杆无法施工等特殊情况下的基坑支护（图７）。　等参数控制精度高，可保证施工质量。没有冷缝概　念，可实现无缝连接，形成无缝墙体。成墙厚度为　Ｏ．７～ｌ　ｍ，幅宽２．８ｍ。履带式或步履式主机底盘，液　压柴油驱动系统，可３６０。旋转，便于转角施工。铣　轮扭矩达７５ｋＮ·ｍ，可切削２０ＭＰａ以内的岩层，桩　长可达６０ｍ以上。　１．１５软土场地分阶无内支撑支护技术　项非常好的支护结构技术，在深井、地铁、道路下　此技术适用于场地开阔，周边环境较好，无邻近　图７咬合桩导槽　建筑物的场地，一般采用围护桩＋锚杆的支护结构。　由于场地土质较软，需在基坑周边一定范围内土体注　入水泥浆改善土体性质。施工时分为３个阶段，（１）　在基坑中心区域采用“盆式”开挖，周边土体暂时不　１．１２鱼腹梁钢结构支护　鱼腹梁钢结构支护技术（ＩＰＳ工法）由鱼愎梁、　对撑、角撑、立柱、横梁、拉杆、三角形接点、预压　动，同时在基坑四周进行围护桩施工；（２）结合围　顶紧装置等标准部件组合并施加预应力，形成平面预　护桩施工，进行坑外边卸土，坑内挖沟分层挖土、分　层施工锚杆；（３）待围护结构达到设计强度后开挖　应力支撑系统与立体结构体系。　　该支护形式可提供开阔的施工空间挖土、运土及　剩余土方。地下结构施工便捷，不仅显著改善地下工程的施工作　２技术发展展望　业条件，而且大幅减少围护结构的安装、拆除、土方　开挖及主体结构施工的工期和造价。与传统支撑相比，　２．１双排ＰＣＭＷ工法桩支护　双排ＰＣＭＷ工法桩是一种新型深基坑支护方　可降低造价２０％以上，安装、拆除、挖土及地下结　构施工工期缩短４０％以上。　法，是通过三轴深层搅拌机钻头将土体切散至设计　１．１３　ＴＲＤ工法支护　深度，同时自钻头前端将水泥浆注入土体并与土体　ＴＲＤ工法主要应用在各类建筑工程、地下工程、　护岸工程、大坝、堤防的基础加固、防渗处理等方面，　其机械的高度和施工深度没有关联（约为１０ｍ），　反复搅拌混合，为使水泥土拌合更加均匀，在钻头　处加以高压气流扫射土层（图８）。在制成的水泥土　尚未硬化前插入预应力管桩，形成前后两排地下桩　稳定性高，通过Ｉ生好。施工过程中切割箱始终插在地　墙，通过制作冠梁和腰梁，将单排桩连成整体，并利　下，不会发生倾倒。搅拌更均匀，连续性施工，不存　用混凝土连续梁将前后两排管桩连接形成稳定的支　在咬合不良，确保墙体高连续性和高止水陛。可在任　挡结构。同时分层设置预应力机械式钉锚，通过预　意间隔插人Ｈ型钢等芯材，可节省施工材料，提高　应力张拉将周边土体的拉力传递到围护桩体，以达　施工效率。施工精度不受深度影响，可通过施工管理　到基坑支护的目的。这种支护体系具有三轴搅拌桩　系统，实时监测切削箱体各深度　，Ｙ方向数据，实时　止水和管桩挡土的双重作用，且可取消钢筋混凝土　操纵调节，确保成墙精度。该技术适应地层范围更广，　内支撑的设置，施工工艺简单，成本低，不占用基　建筑技术　第４９卷第６期　海上钻井平台均有使用斜桩来抵抗水平力，但用于　基坑支护的案例较少。在斜桩用于基坑支护的理论　研究中将其与竖向锚杆相结合，利用竖向预应力锚　杆与深部土层结合提供较高的锚固力。斜桩竖锚可　有效减小桩顶变形，同时对桩实施轴向预应力，可　提高其侧向抗力，提高悬臂高度，适用于更深的基　图８双排ＰＣＭＷ工法桩＋预应力机械式钉锚支护（计算机截图）　坑。与传统支护结构相比，斜桩支护结构可完全不占　用红线外空间，所有工序均在地面进行，避免了坑　中的交叉施工，工序简单，操作安全，工期短，造　坑内部空间，不用后期进行破除，不影响正式结构　价低。　施工。　２．２旋喷搅拌加劲桩支护　３技术指标记录　（１）目前国内深度超过３０ｍ的深基坑，面积　最小的２３６ｍ２，设ｌ９层地下室，开挖深度３４．３ｍ，　采用排桩结合８道钢筋混凝土支撑和钢支撑的围护　形式。　旋喷搅拌加劲桩是将旋喷与搅拌水泥土技术结　合，将预应力与土体加固技术结合形成的一种斜向水　泥土加劲锚固体，在成桩过程中对桩周土体进行切割、　搅拌、渗透、挤压和置换，使边坡土体的强度得到较　大提高；在预应力锚筋作用下，改善了边坡土体的应　力状态，提高了边坡土体的承载力和稳定性。适用于　（２）目前国内无内支撑围护体系的深基坑最大　５４万ｍ　，最大开挖深度１６．７５ｍ，采用双　各类土层深基坑的支护，在安全ｌ生、经济性、施工方　开挖面积９．　便性等方面都比传统桩锚、重力坝和土钉墙支护技术　排ＰＣＭＷ工法桩＋土钉或锚杆（６排）支护。优越。旋喷搅拌加劲桩施工作业所需空ＩＨ－Ｊ不大。适用　于各种地形和场地，由旋喷搅拌加劲桩代替内支撑，　（３）目前国内基坑开挖深度最深者为长沙国金　中心项目，基坑最深达４２．４５ｍ。　（４）目前国内超大型及标志性建筑的深基坑开　可降低围护结构造价３５％以上，改善挖运土和地下结　挖深度多在３２－－－４０ｍ之间，其支护形式多为地下连续　构的施工作业条件，缩短工期４０％左右（图９）。　墙＋钢筋混凝土内支撑。　４典型工程案例　４．Ｉ上海星港国际中心　星港国际中心项目位于上海虹口区海门路５５号　地块，包括２幢２６３ｍ高的超高层城市综合体，３层　高２４ｍ的商业裙房．地下６层地下室，项目总建筑　面积４１．６１万ｍ　。　图９旋喷搅拌加劲桩支护结构形式示意（计算机截图）　工程地下空间为６层，基坑最深处达３６ｍ，基　２．３预制连锁桩墙支护　坑深度大，基坑内外水压力差，土压力差悬殊。周边　环境复杂，支护形式采用地下连续墙＋混凝土支撑，　预制连锁桩墙支护技术是采用连锁混凝土预制桩　运用了基坑远程自动监控系统，可实时监测基坑发生　　连排施工，邻桩的凹槽相对，在凹槽所形成的：ｆＬＮ（连　的任何细小变形。２长沙国金中心　锁止水孔）中注浆，电可采用水泥土桩与连锁桩间隔　４．布置或将连锁桩插入水泥土墙中的方式，形成可以止　长沙国金中心总建筑面积约１００万ｍ２，其中主　水、挡土的支挡式结构。预制连锁桩墙施工方便，效　楼建筑高４５２ｍ，共９３层，是在建的湖南省第一高楼。　率高．污染少。造价低。其适用于无大颗粒砂砾石的　副楼高３ｌ５ｍ，共有６５层。　松软土质，不宜用于孤石和障碍物多，有坚硬隔层的　该工程基坑最大开挖深度为４２。４５　ｍ，基坑面积　地质条件。　约７５　０００　ｍ　，基坑西侧黄兴路路面下规划建设地铁ｌ　２．４斜桩支护　号线，地铁东界与基坑西侧壁６－９ｍ，地铁盾构作业　在一些大型桥墩、输电线塔、高桩码头、船坞、　深度范围１２．４０￣２０．００ｍ，该范围内严禁锚索穿入。３　吉明军，等：我国深基坑支护技术发展与展望　·５７７·　栋既有高层建筑物以凸字形嵌入基坑。　因基坑坡顶范围支护空间仅有３．０ｍ，其中包含　支护桩及止水帷幕占地空间，垂直开挖深度最小也有　３４．２５ＩＴＩ，对基坑四周采用双排三重管高压旋喷桩止　水帷幕对基坑进行止水，基坑支护采用支护桩＋锚索　支护方案，桩型设计为人工挖孔桩。基坑南、北侧壁　既有高层建筑物地段。采用分期支护分期施工的方式，　采用“内支撑”支护方式，避免锚索施工对周边建筑　物基础的影响，并减少土体变形对周边建、构筑物的　影响，西侧两条地铁盾构线距离基坑边线６￣９．Ｏ　ｍ，　标高范围在一１２．６００～２０．０００ｍ范围内严禁锚杆穿入，　图１Ｉ　ＡＢ区基坑支护模型（计算机截图）　为控制基坑变形，该侧采用“矩形桩＋预应力锚索”　支护方式。　４．３天津周大福金融中心　天津周大福金融中　地下室４层、地上裙楼５　素填土。ＣＤ区基坑开挖面积为９５４００ｍ　，普遍挖　中Ｂ区塔楼区基坑面积为１３　９４５　ｍ　，又分为主塔楼　深１３．２５ｍ，局部电梯基坑挖深为ｌ６．７５１１１，开挖土方　区（Ｂ１区）和裙楼区（Ｂ２区），Ｂ１主塔楼区开挖　量约１２０万ＩＴＩ　。两个区块基坑均为一级大型基坑，　深度约２７１ＴＩ，最深处达到３２．３１ＴＩ。基坑范围土质主要　ＡＢ地块采用双排ＰＣＭＷ工法桩＋混凝土支撑支护　为素填土、粉质粘土、淤泥、淤泥质粘土，共有３个　体系，ＣＤ地块采用双排ＰＣＭＷ工法桩＋土钉／锚杆　水文地质段，上层滞水含水段、潜水含水段、微承压　（６排）支护结构体系，预应力管桩挡土，三轴深层　水含水段。基坑支护体系采用支护桩＋５道环梁支撑；　搅拌桩止水，双排桩通过第～层梁和第二层水平连梁　Ｂ２裙楼区开挖深度为２３　ｍ，支护体系采用地连墙围　形成框架结构。　护＋４道混凝土内支撑，基坑安全等级为一级。　４．５杭州湖墅南路密渡桥地下停车库　杭州湖墅南路密渡桥地下停车库基坑面积　２３６ｍ　，设ｌ９层地下室，开挖深度３４－３ｍ，采用　排桩结合８道钢筋混凝土支撑和钢支撑的围护形式　（图ｌ３）。　层和塔楼１００层，建筑总高度５３０ｍ，基坑总面积　２４６７９ｍ　（图１０）。基坑整体分为Ａ，Ｂ两个区，其　图１２　ＣＤ区基坑支护模型（计算机截图）　图１０天津周大福金融中　Ｃ、基坑模型　４．４南京紫金（建邺）科技创业特别杜区一期项目　南京紫金（建邺）科技创业特别社区总建筑面积　约ｌ　１０万ｍ。，地下３层，由ＡＢ，ＣＤ两个超大的独立　基坑组成（图ｌｌ，１２）。　地上１９栋塔楼结构形式为筏板基础／框架一核　心筒、框架一剪力墙。其中ＡＢ区基坑平面形状为　矩形，基坑平面尺寸为１６６ｍ×３５８ｍ，面积约５．９５　图ｌ３地下停车摩基坑现场　参考文献　【１】建筑基坑支护技术规程：ＪＧＪ　１２０－－２０１２［Ｓ］．　【２　连｛２】｝ｃ｛ｉｉ昆凝土预制桩墙支护技术规范：ＣＥＣＳ　４３６－－２０　１６［Ｓ１．　【３】刘兴旺，施祖元．地下工程绿色支护设计与施工［Ｍ】．北京：中国　计划出版社，２０１６．　万ｍ　，板底标高一１４．２５０ｍ，局部落深部位及电梯　基坑开挖面标高为一１５．８５０ｍ，一１９．９００ｍ，基坑土方　开挖总量约为８４．２万ＩＴＩ　，开挖范围为淤泥质粘土和