基坑支护的主要类型及其适用性

黄俊彬

摘要：工程实践中形成了多种成熟的基坑支护体系，包括土钉墙、土层锚杆、水泥土墙、地下连续墙、灌注桩排桩、型钢水泥土搅拌墙、钢板桩围护墙等，本文介绍了这些支护类型的定义、适用范围和限制条件。

关键字：基坑支护结构、支护类型、适用条件

引言：

随着城市建设的发展，地下空间在各大城市中得到广泛的开发利用。如高层建筑地下室、地下仓库、地下人防工事、地下工业设施等。在我国，地铁及高层建筑的兴建，产生了大量的基坑（深基坑）工程。

基坑工程主要包括围护体系设置和土方开挖两个方面。围护结构通常是一种临时结构，安全储备较小，具有比较大的风险。围护结构应满足以下基本要求：保证基坑周围未开挖土体的稳定；保证相邻建筑物的、地下管线的安全；保证作业面在地下水位以上。

在工程实践中，基坑支护结构形成了多种成熟的类型。

1.土钉墙支护

天然土体通过钻孔、插筋、注浆来设置土钉并与喷射混凝土面板相结合，通过土钉、土体和喷射混凝土面层的共同工作，形成类似重力挡墙的土钉墙，以抵抗墙后的土压力，保持开挖面稳定。

土钉墙剖面示意图与面层喷锚做法

土钉墙的适用条件：①、开挖深度小于12m，周边环境保护要求不高的基坑工程；②、地下水位以上或经人工降水后的人工填土、黏性土和弱胶结砂土的基坑支护。

不适用于以下土层：①、含水丰富的粉细砂、中细砂及含水丰富且较为松散的中粗砂、砾砂及卵石层等；②、黏聚力很小、过于干燥的砂层及相对密度较小的均匀度较好的砂层；③、有深厚新近填土、淤泥质土、淤泥等软弱土层的地层及膨胀土地层；④、周边环境敏感，对基坑变形要求较为严格的工程，以及不允许支护结构超越红线或邻近地下建构筑物，在可实施范围内土钉长度无法满足要求的工程。

2.土层锚杆支护

在立壁土层上钻（掏）孔至要求深度，孔内放入钢筋，灌入水泥砂浆或化学浆液，使之与土层结合成抗拉锚杆，将立壁土体侧压力传至稳定土层。

土层锚杆支护剖面示意图

适于较硬土层或破碎岩石中开挖较大较深基坑，邻近有建筑物须保证边坡稳定时采用。

不宜用于软土层或松散砂土层中。

3.水泥土挡墙支护

水泥土重力式围护墙是以水泥系材料为固化剂，通过搅拌机械采用喷浆施工将固化剂和地基土强行搅拌，形成具有一定厚度的连续搭接的水泥土柱状加固体挡墙。常见的有施工方式有水泥土搅拌桩和高压喷射旋喷桩。

适用条件：①、适用于软土地层中开挖深度不超过7.0m、周边环境保护要求不高的基坑工程。②、周边环境有保护要求时，采用水泥土重力式挡墙围护的基坑不宜超过5.0m；③、对基坑周边距离1～2倍开挖深度范围内存在对沉降和变形敏感的建构筑物时，应慎重选用。

当基坑深度大，位移要求严格，设计墙体很厚，特殊土质难以凝固时不宜使用。

重力式水泥土墙断面图与平面图

4.地下连续墙

先建造钢筋混凝土地下连续墙，达到强度后在墙间用机械挖土。该支护法刚度大、强度高，可挡土、承重、截水、抗渗，可在狭窄场地施工，适于大面积、有地下水的深基坑施工。

地下连续墙具有施工噪声低，振动小，就地浇制、墙接头止水效果较好、整体刚度大，对周围环境影响小等优点。适于建筑设施密集城市市区的深基坑，高质量的刚性接头的地下连续墙可作永久性结构，地下连续墙兼作上部结构承重墙,并可采用逆筑法或半逆筑法施工。

适用条件：①、深度较大的基坑工程，一般开挖深度大于10m才有较好的经济性；②、邻近存在保护要求较高的建、构筑物，对基坑本身的变形和防水要求较高的工程；③、基地内空间有限，地下室外墙与红线距离极近，采用其它围护形式无法满足留设施工操作空间要求的工程；④、围护结构亦作为主体结构的一部分，且对防水、抗渗有较严格要求的工程；⑤、采用逆作法施工，地上和地下同步施工时，一般采用地下连续墙作为围护墙；⑥、在超深基坑中，例如30～50m的深基坑工程，采用其它围护体无法满足要求时，常采用地下连续墙作为围护体。

地下连续墙平面示意图

5.灌注桩排桩挡墙

灌注桩排桩围护墙是采用连续的柱列式排列的灌注桩形成了围护结构。工程中常用的灌注桩排桩的形式有分离式、双排式和咬合式。具有噪声和振动小，刚度较大，就地浇制施工，对周围环境影响小等优点。接头防水性差，要根据地质条件以注浆、搅拌桩或旋喷桩等方法解决防水问题，整体刚度较差，不适合兼做主体结构。

排桩支护剖面示意图

5.1分离式排桩

分离式排桩是工程中灌注桩排桩围护墙最常用，也是较简单的围护结构形式。灌注桩排桩外侧可结合工程的地下水控制要求设置相应的隔水帷幕。

适用条件：①、软土地层中一般适用于开挖深度不大于20m的深基坑工程。②、地层适用性广，对于从软粘土到粉砂性土、卵砾石、岩层中的基坑均适用。

分离式排桩平面示意图

5.2双排式排桩

为增大排桩的整体抗弯刚度和抗侧移能力时，可将桩设置成为前后双排，将前后排桩桩顶的冠梁用横向连梁连接，就形成了双排门架式挡土结构。适用于场地空间充足，开挖深度较深，变形控制要求较高，且无法内支撑体系的工程。

双排式排桩支护平面和剖面示意图

5.3咬合式排桩

有时因场地狭窄等原因，无法同时设置排桩和隔水帷幕时，可采用桩与桩之间咬合的形式，形成可起到止水作用的咬合式排桩围护墙。先行桩采用素混凝土桩或钢筋混凝土桩，后行桩采用钢筋混凝土桩。

适用于淤泥、流砂、地下水富集的软土地区，以及邻近建构筑物对降水、地面沉降较敏感等环境保护要求较高的基坑工程。

咬合式排桩平面示意图

6.型钢水泥土搅拌墙

型钢水泥土搅拌墙是一种在连续套接的三轴水泥土搅拌桩内插入型钢形成的复合挡土隔水结构。

适用条件：①、从黏性土到砂性土，从软弱的淤泥和淤泥质土到较硬、较密实的砂性土，甚至在含有砂卵石的地层中经过适当的处理都能够进行施工。②、软土地区一般用于开挖深度不大于13m的基坑工程。③、适用于施工场地狭小，或距离用地红线、建筑物等较近时，采用排桩结合隔水帷幕体系无法满足空间要求的基坑工程。④、型钢水泥土搅拌墙的刚度相对较小，变形较大，在对周边环境保护要求较高的工程中，例如基坑紧邻运营中的地铁隧道、历史保护建筑、重要地下管线时，应慎重选用。⑤、当基坑周边环境对地下水位变化较为敏感，搅拌桩桩身范围内大部分为砂性土等透水性较强的土层时，应慎重选用。

型钢水泥土搅拌墙平面布置图

7.钢板桩围护墙

钢板桩是一种带锁口或钳口的热轧（或冷弯）型钢，钢板桩打入后靠锁口或钳口相互连接咬合，形成连续的钢板桩围护墙，用来挡土和挡水。

当基坑较深、地下水位较高且未施工降水时，采用板桩作为支护结构，既可挡土、防水，还可防止流砂的发生。板桩支撑可分为无锚板桩(悬臂式板桩)和有锚板桩两大类。

适用条件：①、由于其刚度小，变形较大，一般适用于开挖深度不大于7m，周边环境保护要求不高的基坑工程。②、由于钢板桩打入和拔除对周边环境影响较大，邻近对变形敏感建构筑物的基坑工程不宜采用。

钢板桩围护墙平面图

8.钢筋混凝土板桩围护墙

钢筋混凝土板桩围护墙是由钢筋混凝土板桩构件连续沉桩后形成的基坑围护结构。

适用条件：①、开挖深度小于10m的中小型基坑工程，作为地下结构的一部分，则更为经济；②、大面积基坑内的小基坑即“坑中坑”工程，不必坑内拔桩，降低作业难度；③、较复杂环境下的管道沟槽支护工程，可替代不便拔除的钢板桩；④、水利工程中的临水基坑工程，内河驳岸、小港码头、港口航道、船坞船闸、河口防汛墙、防浪堤及其他河道海塘治理工程。

钢筋混凝土板桩围护墙立面图

9.小结

不同基坑支护形式在适用条件、工程经济性和工期等方面各有侧重，且周边围护结构形式的选用直接关系到工程的安全性、工期和造价，而对于每个基坑而言，其工程规模、周边环境、工程水文地质条件以及业主要求等也各不相同，因此在基坑周边围护结构设计中需根据工程特性和围护结构的特点，综合考虑各种因素，合理选用基坑支护结构类型。

参考文献

[1] JGJ120-2012 建筑基坑支护技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.

[2] 龚晓南.深基坑工程设计施工手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2018.

[3] 刘国彬,王卫东. 基坑工程手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2009.