建筑工程施工中基坑支护技术探讨

建筑工程施工中基坑支护技术探讨

近年来国民经济高速增长，城市化的发展出现了人口增长与土地使用相矛盾的问题。基坑的支护结构常见的形式有五种：地下排桩或地下连续墙、水泥土墙、土钉墙、逆作拱墙和放坡等。这里结合工程例介绍基坑开挖采用水泥搅拌桩作支护结构。

1工程实例

某住宅楼共九层，地下室一层，结构类型为剪力墙结构，采用钻孔灌注桩基础。

该工程北侧邻近繁忙街道，其余三侧紧邻民居，特别是北侧和南侧西段距多层民居仅1～3m，距民居稍远的南侧中部以东地段还要留作上部主体施工场地，基坑支护可利用空间非常狭小，基坑四周只能直立开挖。

通过钻探土质鉴别及室内土工试验成果分析，埋深在17.0m以上的地基上结构以海绵状结构为主，表现为含水量高、容重小、强度低及压缩性高等欠固结土特征。17.0～31.0m地基土结构多为单粒结构为主、含水量低、容重大、强度为中等及低压缩性的超固结上。31.0m以下地基土结构多为蜂窝状结构及单粒结构，含水量低、容重大、强度高，为中～低压缩性正常固结土及超固结土。该场地表层粘土层很薄，对基坑支护影响最大的为厚13m的淤泥质土层。

根据勘察报告，该场地地下水主要为第四纪松散覆盖层中的孔隙潜水，地下水主要受大气降水和周边居民生活用水渗漏补给。下部分布的中砂、细砂属强透水层，渗透系数k=2.4x10-2cm/s。钻探结束后，测得孔中水位埋深在0.30～1.20m之间。

2基坑开挖支护方案选择

拟建建筑物开挖深度为5.50m左右，根据场地工程地质及水文地质条件可以考虑的支护方案大体有三种。

（1）第一种为无支护放坡大开挖方案。但在开发区超软地基中，表层有13m厚的淤泥质土层，含水量在50%左右，强度很低，是欠固结土层，不采用支护而开挖5m深坑，实际是很难施工的。由于无支护大开挖将会影响周围邻近建筑物，道路及各种管道会变形，因而此方案是不可取的，也是很难实现的。

（2）第二种方案是采用钻孔灌注支护排桩，桩顶设置帽梁，并设内支撑。此方案从技术上是可行的，但结合开发区超软地基的特点，地表下17m范围内主要为淤泥质土层，支护桩长度一般要穿过此层，所以桩长要大于17m，再加上钢筋混凝土帽梁及内支撑，因而造价是高的，对于5.5m深基坑明显是不经济的。

（3）第三种方案是采用水泥搅拌桩格构状重力式挡墙。此方案结合开发区土层及开挖深度为5.5m的条件，从技术经济条件分析是比较合理的。重力式挡墙要满足稳定性、强度及变形要求，经多次试算，各项指标基本上能达到设计要求，因而确定为终选方案。

3水泥搅拌桩挡墙的设计计算

为确保基坑支护结构的安全可靠，必须进行全面、完整、严谨的设计计算。本文总结了一整套水泥搅拌桩挡墙的设计计算要点，其中主要包括：桩体截面的选择、稳定性验算、墙体强度验算以及变形估算等内容，并据此进行了该工程的设计计算。

3.1墙体截面的选择

根据土质条件和基坑开挖深度H，先确定搅拌桩插入基坑底深度D。按照天津沿海地区的施工经验，一般要求D/H≥1．1～1．2，且宜插到不透水层，以阻止地下水的渗流。墙体宽度B一般可取B/H＝0．8～1．0，且不宜小于0.6。本工程墙厚3.2m系考虑采用了3排密排双头钻机并相互咬合而得。由此我们得到的墙体剖面图见图1。

图1墙体剖面图

3.2稳定性验算

用改进的简单条分法进行验算，计算结果显示最小安全系数K0＝1．587。

用比肖普法进行验算，计算结果显示最小安全系数K0＝1．685。

提示：最小安全系数大于1.2～1.3，即可认为整体稳定性安全。若选用的土质参数是快剪指标，那么当最小安全系数大于1.1时，即可认为整体稳定性安全。

用不同方法进行的基坑抗隆起稳定性验算结果见表1。

基坑抗隆起稳定性验算结果表1

方法名称 安全系数计算结果 安全系数最低限值 是否满足安全要求

Terzaghi-Peck

Tschebotarioff

Navfac DM-71971 2．123

1．914

1．779 1．5

1．5

1．5 满足

满足

满足

用传统的重力式挡土墙方法进行墙体抗滑移稳定性验算，计算结果显示抗滑移安全系数Ks＝1．35＞1．3，满足抗滑移安全需要。

用传统的重力式挡土墙方法进行墙体抗倾覆稳定性验算，计算结果显示抗倾覆安全系数Kt＝1．654＞1．5，满足抗倾覆安全需要。

墙底地基承载力验算，计算结果显示：地基承载力设计值fb＝215．719kPa，墙底平均压应力p＝200．11kPa，墙底最大压应力pmax＝233．311kPa，墙底最小压应力pmm＝176．909kPa。由于p＜fb，pmax＜1．2fb且pmin＞0，因此满足地基承载力安全需要。

基坑的抗管涌稳定性验算，计算结果显示抗管涌安全系数Kp＝4．946＞2．0，满足抗管涌安全需要。

3.3墙身强度验算

（1）用弹性抗力法计算，结果显示墙身压应力最大值σcmax＝200．659kPa＜［σc］＝400kPa，满足墙身抗压强度要求。

（2）用弹性抗力法计算，结果显示墙身拉应力最大值σlmax＝0．00kPa＜［σl］＝160kPa，满足墙身抗拉强度要求。

（3）用弹性抗力法计算，结果显示墙身剪应力最大值τmax＝31．08kPa＜［τ］＝343．393kPa，满足墙身抗剪强度要求。

3.4变形估算

用弹性抗力法计算墙体位移，结果显示墙体顶端位移4.13cm，基坑底部墙体位移2.51cm，墙体底端位移－0．21cm。具体分布形式见图2。

图2墙体位移图

假定地表沉降曲线为三角形，计算结果显示基坑周围地表最大沉降量为3.95cm。

假定地表沉降曲线为抛物线，计算结果显示地表最大沉降量为2.57cm。

4主要技术措施

（1）保证水泥土各种参数。水泥掺入比为15%，水灰比为0.45，外加剂：木质素磺酸钙0.2%，三乙醇胺0.05%。根据勘探报告，地下水具有侵蚀性，SO2－4浓度高，具有结晶性侵蚀，水泥品种应该采用抗硫酸盐水泥品种，但支护结构为临时性结构，对长期耐久性要求可以放松，因而选用425＃普通硅酸盐水泥，以节省造价。但要求水泥土28天无侧限抗压强度qu＞0．8MPa。

（2）土方开挖前至少15天开始降水，水位降至基坑底面以下1米，降水井采用无砂大口井。保证土方均匀开挖，严防开挖机构及车辆直接压在搅拌桩上，防止搅拌桩体破坏。另外施工单位采取必要的临时性措施，在挖土过程中对工程桩加以保护。表层土卸土厚度及范围要严格按施工图纸进行。

（3）关于格构状水泥搅拌桩挡墙顶面，按要求应设置20cm厚的钢筋混凝土盖板，但业主要求希望不设置盖板以节省造价。设计方认为如果在非雨季开挖，可以不设，但地表水不要侵入，考虑适当的临时措施；如果在雨季施工，还应设置盖板，视具体情况再定。

（4）为防止支护结构变形对周围建筑、道路及管线的影响，要采用信息施工，加强观测，发现问题及时会同有关单位采取措施解决。

（5）基坑周边承台部位：承台基坑的土方采用人工开挖，以确保不过分消弱被动区支撑土体。对于净间距小于4m的承台必进行跳挖施工，在一承台浇筑回填完毕后，再开挖相邻承台。

（6）环境保护及位移沉降观测

对基坑周边环境条件的保护是基坑工程设计施工的一个主要内容，本工程除在设计上采取了设计止水帷幕、控制支护结构变形值等预防措施外，认真贯彻信息化施工的原则，在基坑周边每隔20-25m设计了一个位移沉降观测点，施工期间定期进行观测，充分运用了这些观测信息指导支护工程的施工，使环境保护问题得到了进一步的具体落实。

通过实施上述原则，整个基坑的土方开挖是井然有序的，特别是周边区的土方开挖，由于事先已通过设计文件和合同条款明文约束，土方开挖完全服从支护单位指挥，确保了支护工程施工的顺利进行。

5结束语

该基坑工程在地质条件与周围环境较差的情况下，采用水泥搅拌桩支护结构方案，达到了预期的目的，为建设单位减少投资与工程早日完成投入使用创造了条件。

由于全面和严谨的设计，因此基坑支护系统始终安全可靠，并且预先估算结果与实测基本吻合。如墙顶位移计算结果为4.13cm，实测结果为4.5cm，二者相当接近。

各专业施工单位紧密配合，严格控制施工质量，因此该工程的水泥拌桩之间连接紧密，墙体无渗水与开裂，基坑无积水。基坑开挖后察看桩体挺直，土与水泥搅拌合均匀，强度很好，保证了施工安全。

从打桩开始至地下室施工全过程，对邻近房屋、道路与地下管线等进行全面监控是基坑围护施工必不可少的有效办法。从该工程的监测效果来看，地下管线位移与沉降值控制在规定范围内，周围环境没有出现异常情况。

总而言之，严谨的设计、严格的施工和严密的监测是确保基坑工程成功的关键，本文介绍的该基坑工程设计施工过程中的独特之处，望能供同行参考。