1.引言

 

　　苏州是我国典型的软土地区，基坑支护难度通常较大[1-3]。由于苏州地区复杂的水文、地质条件和城市林立的建筑环境，使得基坑工程的成本较高，技术难度较大，施工工期较长。同时，在基坑开挖过程中，因技术问题，而发生的重大工程事故也是屡见不鲜，给国家和社会造成了巨大的经济损失，甚至危及人民群众的生命安全。如：隧道塌方、基坑坑壁塌滑、地下管道堵塞断裂、已有建筑物开裂等。近年来，围绕基坑工程支护技术的研究也越愈来愈受到重视。搜集整理、对比分析当前国内外基坑工程的各种支护技术类型，对苏州地区基坑工程的支护技术进行探讨，将对苏州地区的基坑支护工程具有一定的参考价值。

 

　　2.支护加固技术

 

　　基坑工程的支护技术包括地下连续墙、水泥土搅拌挡墙、锚固技术、土钉支护、板式支护体系、冷冻法等。本文将分别从各种加固方法的定义、优点、发展和应用状况、局限性和缺点、适用范围等方面对各方法作对比分析。

 

　　2.1地下连续墙

 

　　地下连续墙是区别于传统施工方法的一种较为先进的支护结构形式和施工工艺。它是利用特殊的挖槽设备，沿着深开挖工程的周边，借助泥浆护壁作用，在地下挖出狭长的沟槽，并在其内放置钢筋笼并浇筑混凝土，从而形成一道具有防渗（水）、挡土和承重功能的连续的地下墙体。

 

　　地下墙具有两大突出优点，一是施工时无噪声、无振动；二是对邻近的建筑物和地下管线的影响较小。

 

　　目前地下连续墙在我国发展很快。地下连续墙的规模也越来越大，2004年启动的上海轨道交通4号线董家渡越江通道修复工程（原工程于2003年7月因冻结壁缺口发生透水涌沙事故，经过一年的论证最终采用“原位修复”，至2007年完成修复）刷新了多项地连墙施工的国内纪录，为我国软土地基下最深的地下连续墙。修复工程研发了65米超深地下连续墙施工对接头形式、反力箱起拔等关键施工工艺；完成了38米超深地下的障碍物清理。

 

　　地下连续墙的也有一定的局限性和缺点。对于岩溶地区含承压水头很高的砂砾层或很软的粘土，当地下水位很高时，如果不采用其它辅助措施，目前尚难于采用地下连续墙支护；如施工不当或土层条件特殊，容易出现不规则超挖和槽壁坍塌；现浇地下连续墙的墙面通常较粗糙，如果对墙面要求较高，墙面的平整处理将增加工期和造价；地下连续墙如仅用作施工期间的临时挡土结构，在基坑工程完成后就失去其使用价值，所以当基坑开挖不深时，则不如采用其它的加固支护方法；需要有一定数量的专用施工机具和具有一定技术水平的专业施工队伍，使得该项技术的推广受到一定的限制，并且国内一些机械设备也不能跟上施工技术的进步，如上海轨道交通4号线董家渡越江通道修复工程，该工程50m复杂地层中超深地基加固采用了国产设备，并自主研发实现了2m直径旋喷桩。然而超深连续墙施工中的大型吊车、切槽机以及深层清障全回转钻机则从国外引进，这些关键设备的自主研发仍有待加强。

 

　　对于地下连续墙的选用须经过认真的经济技术比较后才可作决定，这是因为地下连续墙的造价一般都要高于钻孔灌注桩和深层搅拌桩，在以下几种情况下宜采用地下连续墙：处于软弱地基的深大基坑，周围又有密集的建筑群或重要的地下管线，对基坑工程周围地面沉降和位移值有严格限制的地下工程；既作为土方开挖时的临时基坑围护结构，又可成为主体结构的一部分的地下工程；采用逆作法施工，地下连续墙同时作为挡土结构、地下室外墙、地面高层房屋基础的工程。

 

　　2.2水泥土搅拌挡墙

 

　　水泥土搅拌挡墙在软土地基中用于基坑支护已有相当规模和历史了。就其挡墙结构形式而言，一般采用格栅型连续柱式加固墙体形式。

 

　　水泥土搅拌墙同其他基坑支护形式比较，具有施工简单、造价较低、挖土方便等优点，是浅基坑中经济合理的首选形式。当用于深基坑支护时，为了控制位移，墙体宽度和体量均需作较大增加，造价相应提高，甚至超过有内支撑的板式支护体系。同时，基坑开挖愈深，面积愈大，墙体侧向位移愈难控制，工程风险也相应增加。而且，目前受到国产搅拌机械性能、施工工艺以及质量控制水平等条件的限制，故上海市《地基基础设计规范》和上海市《基坑工程设计规程》中均规定这种基坑支护形式适用于开挖深度不超过7m的基坑。

 

　　2.3锚固支护

 

　　锚固技术是利用锚杆支护开挖的地下工程周壁，它是利用土体或岩体的锚固力维持地下结构的稳定，防止地下工程施工中如坍塌、滑移、等灾害性出现，保证施工安全，锚固技术分为土锚和岩锚两种形式，其都是一端与工程结构物或挡土墙联结，另一端锚固在地基的土层或岩层中，以承受结构物的上托力、抗拔力、或挡土墙的土压力、水压力。该技术70年代在德国、法国和美国对其研究与应用，80年代我国开始研究和应用，现已经在我国得到广泛应用。

 

　　与传统的各类加固支护技术相比，岩土工程锚固技术的主要优势是：由于锚固力学机理的本质是改造和利用岩体自身的力学性能，将原来作为单纯外荷的岩体改为部分自承载体，从而保证了工程整体的稳定性和安全性，改善了周围环境和工程质量，大幅度的节约了工程材料并缩短了工期。这些优点已被大量的工程实践所证明。

 

　　由于锚固技术的最新发展，近年来用此技术在在很大程度上取代了传统的浆砌片石式挡墙或重力挡墙结构；在许多深基坑工程中取代了水平横撑式支挡结构；地下工程锚固技术的优势也得到了发挥。随着锚杆加固从理论分析、产品开发、商用软件推出和规范编制上都取得一系列进展，岩土锚固技术在地下工程、交通、军工、水利等各类工程中起到了稳定结构、保证安全的关键作用。

 

　　2.4土钉支护

 

　　所谓土钉是指置入现场原位土体中，以较密间距排列的细长杆件，如钢筋或钢管等，通常还外裹水泥砂浆或水泥净浆浆体（即注浆土钉）。土钉的特点是指沿通长与周围土体接触，以群体起作用，与周围土体形成一个组合体。在土体发生变形的条件下，通过与土体接触界面上的粘结力或摩擦力，使土体被动受拉，并主要通过受拉工作状态给土体以约束来加固或使其稳定。

 

　　土钉与锚杆有类似之处，但工作机理完全不同。锚杆沿全长分为自由段和锚固段，在挡土结构中锚杆作为挡墙的支点，侧压力通过自由段、锚固段传递到深部土体上，除锚固段外，锚杆在自由段长度上受到同样大小的拉力；但是土钉所受的拉力沿其整个长度都有变化，一般是中间大，两头小。土钉支护中的喷混凝土面层不属于主要挡土部件，在土体自重作用下，它的主要作用只是稳定开挖面上的局部土体，防止其崩落和受到侵蚀。土钉支护是以土钉和周围加固了的土体一起作为挡土结构，类似重力式挡墙。另外，锚杆一般都在设置时预加拉应力，给土体以主动约束；而土钉一般是不加预应力的，土钉只有在土体发生变形以后才能使其被动受力，土钉对土体的约束需要以土体的变形作为补偿，所以不能认为土钉那样的筋体具有主动约束机制。还有，锚杆的设置数量有限，而土钉则排列较密。当然，锚杆中也有不加预应力并沿通长注浆与土体粘结的特例。

 

　　土钉支护不宜作为深厚软塑至流塑粘性土层中的基坑支护，如需在此类土体中或地下水位以下的土体中进行土钉支护施工必须联合使用其他支护技术，且符合以下条件：设计施工单位有在类似土体中成功的完成类似规模的土钉支护经验，并能出示工程实例及当时的现场测试数据，足以说明支护变形不致危机周围环境安全；在施工过程中，具有完整、连续的量测监控手段，且有可靠的应急加固抢险措施；通过专家论证。因此，软土地基中土钉支护应特别谨慎。

 

　　国内用于基坑支护的复合型土钉墙，基坑开挖深度5m以内居多，而且需在容许设置土钉的地下空间中使用。

 

　　虽然土钉支护国内外有一定普及，但是对它工作机理的了解以及在设计方法上还不能说已经达到比较完善的地步。目前，应用土钉支护主要依靠经验和工程类比并与一定的计算分析和现场监测相结合。

 

　　2.5板式支护体系

 

　　板式支护体系是指由围护墙和内支撑或外锚拉系统所组成的基坑支护体系。板式围护墙结构常用形式有桩排式围护墙和板墙式围护墙。桩排式围护墙一般指由钻孔灌注桩、钢板桩、钢筋混凝土板桩等组成的连续排桩墙；板墙式围护墙一般指现浇或预制钢筋混凝土地下连续墙和插型钢的水泥土搅拌墙。板墙式围护墙因有止水结构，如连续搭接的水泥土搅拌帷幕或不插型钢的水泥土搅拌连续墙、高压喷射注浆帷幕和注浆帷幕等。今年来也有采用咬合桩和带止水构造的钢板桩等新型的排桩式围护墙，不另设防渗帷幕结构。

 

　　板式支护体系的形式多种多样，至今仍处在创新和发展之中，应用范围十分广泛，也是目前基坑工程中使用最多的支护形式。工程实践中，应根据场地工程地质与水文地质条件、施工条件、环境条件以及基坑使用条件与建设规模等因素，通过技术与经济的综合对比确定。

 

　　2.6冷冻法

 

　　冷冻法实质是利用人工制冷技术，把地层中不稳定的自由水冻结成冰，以改良土的结构，提高土层自身的强度和稳定性。因此，在地下工程中，可以利用封闭的冻土帷幕墙来抵挡水、土压力，保证施工的安全。冻结法以其隔水性好、适用型强、技术成熟可靠而广泛应用于地下工程的建设。实践表明冻结法具有如下特点：适应复杂的地质条件；冻结施工方法灵活，形式多样；冻结加固均匀、完整。

 

　　3.结语

 

　　目前我国基坑工程的开挖投资大，若不能制定科学规划并贯彻实施，将带来不少盲目施工，重复建设的问题，甚至造成不可挽回的损失。规划应始终要走在建设之前，并针对基坑支护中可能遇到的各类紧急情况制定预案，未雨绸缪，避免严重的损害。

 

　　地下工程支护技术是土木工程中非常活跃的领域，也是非常有挑战性的领域。复杂的工程地质情况，现代土木工程对地基日益严格的要求，给我们土木工程师提出了一个又一个的难题，让我们面对挑战，促进地下工程加固改良技术更大的发展。

 

　　参考文献：

 

　　[1]王国庆.苏州软土地区的基坑支护工程.江苏地质，2001，25（2）：111-114.

 

　　[2]王晚中，李为民，温文富.苏州某软土深基坑支护设计.山西建筑，2011，37（12）：51-52.

 

　　[3]中华人民共和国行业标准.建筑基坑支护技术规程，JGJ120-2012.