谈城市地下工程的基坑围护结构

周东升 李静田

(中国市政工程西北设计研究院有限公司，甘肃兰州 730000)

1 概述

伴随着社会经济的发展，城市化进程的加快，合理开发和综合利用城市地下空间，不仅可以缓解当前存在的各种城市矛盾，满足某些社会和经济发展的特殊需要，而且为进一步建设现代化城市开辟了广阔的前景［1］。所以，修建城市地下工程已成为世界各国各大城市的首选，以地铁为主的各种城市地下工程大量兴起并蓬勃发展。

而围护结构部分作为城市地下工程实施的第一步骤，它在工程建设中起着至关重要的作用，其方案确定的合理与否将直接影响到工程施工的成功。因此，根据不同现场情况和其他地质条件来选定与之相适用的围护结构方案，这样才能确保工程安全、经济、有序的进行。

基坑的围护结构主要承受基坑开挖卸荷所产生的土压力和水压力，并将此压力传递给支撑，是稳定基坑的一种挡墙结构。随着施工机具以及施工技术的发展，目前基坑围护的结构形式众多。

2 主要的基坑围护结构

最初的基坑围护结构形式主要有工字钢桩围护结构，钢板桩围护结构。由于打桩时，施工噪声大，因此，在现在的城市地下工程中已基本上不再采用。但在郊区距居民点较远的基坑施工中，钢板桩围护结构由于其强度高、桩与桩之间连接紧密、隔水效果好等原因，在地下水位较高的基坑中采用较多。

2.1 钻孔灌注桩围护结构

钻孔灌注桩围护墙是排桩式中应用最多的一种。多用于坑深7 m～15 m的基坑工程，在我国北方土质较好地区已有8 m～9 m的臂桩围护墙。其特点是:施工时无振动、无噪声等环境公害，无挤土现象，对周围环境影响小;墙身强度高，刚度大，支护稳定性好，变形小;当工程桩也为灌注桩时，可以同步施工，从而施工有利于组织、方便、工期短;桩间缝隙易造成水土流失，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挡水问题。它适用于软粘土质和砂土地区，但是在砂砾层和卵石中施工困难应该慎用;桩与桩之间主要是通过桩顶冠梁和围檩连成整体，因而相对整体性比较差，当在重要地区，特殊工程以及开挖深度很大的基坑中应用时需要特别慎重。

2.2 挖孔灌注桩围护结构

挖孔灌注桩又称人工挖孔桩，因其具有应用灵活，无机械噪声和泥浆污染，易调整纠偏和控制精度，对施工场地和机具设备要求不高和造价便宜等优点，而被广泛地用于基坑的围护结构。但适用范围还是有限制的:地层必须具有一定的自稳能力，地下涌水量不能太大，挖孔深度不宜超过30 m。在广州地铁车站施工中，广泛地采用了密排的挖孔桩作为基坑的围护结构，直径1 200 mm～1 500 mm，深度15 m～27 m，形状有圆形的，亦有方形的。香港地铁车站施工中不仅采用挖孔桩作为基坑的围护结构，而且也用来作为主体结构的边墙或边墙的一部分。

2.3 深层搅拌桩围护结构

它是利用水泥、石灰等材料作为固化剂通过深层搅拌机械，将软土和固化剂强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥土搅拌桩体，作为基坑的支护结构。其特点是结构防水性能好，可不设支撑，基坑能在开敞的条件下开挖，具有较好的经济效益;便于机械化快速挖土;具有挡土、止水的双重功能;施工中无振动、无噪声、污染少、挤土轻微。但位移相对较大，厚度较大。水泥搅拌桩适宜于各种成因的饱和粘性土，包括淤泥、淤泥质土、粘土和粉质粘土等，加固深度可从数米至50 m～60 m。由于其抗拉强度远小于抗压强度，故常适用于基坑深度不大(5 m～7 m)、可采用重力式挡墙结构形式的基坑。

2.4 高压旋喷桩围护结构

高压旋喷桩是利用高压经过旋转的喷嘴将水泥浆喷入土层与土体混合形成水泥土加固体，相互搭接形成排桩，用来挡土和止水。高压旋喷桩的施工设备结构紧凑、体积小、机动性强、占地少，并且施工机具的振动很小，噪声也较低，不会对周围建筑物带来振动的影响和产生噪声等公害，但施工中有大量泥浆排出，容易引起污染。

2.5 土钉墙及复合土钉墙围护结构

土钉支护是在土体内放置一定长度和密度的土钉体，与被加固土体、混凝土护面固结后而共同作用，以弥补并增强土体的强度，限制其位移，增强坡体的稳定性。具有施工便捷、施工工艺流程相对简单、经济技术性突出等特点。适用于地下水位以上或经降水后的人工填土、粘性土和弱胶结砂土，开挖深度为5 m～10 m的基坑支护。不适用于含水丰富的粉细砂层、砂砾卵石层、饱和软弱土层和对变形有严格要求的基坑支护。南京地铁南北线一期工程奥体中心站，基坑围护结构主要采用土钉支护方案，周围用水泥土搅拌桩作为止水帷幕。广州地铁二号线赤岗站点基坑支护采用土钉支护，经历了雨季和珠江高涌水位的考验，证明土钉墙支护是可行的，有效的，保证了车站主体工程的顺利完成。

复合土钉墙支护是近年来在土钉墙基础上发展起来的新型支护结构，以深层搅拌桩帷幕等超前支护措施解决土体的自立性、隔水性及喷射面层与土体的粘结问题，以水平向压密注浆及二次压力灌浆解决土体加固及土钉抗拔力问题，以相对较长的插入深度解决坑底的抗隆起、抗管涌和抗渗流等问题，组成防渗帷幕、超前支护及土钉等组成的复合型土钉墙支护。它是具有安全可靠、造价低、工期短、使用范围广等特点，弥补了一般土钉墙的许多缺陷和使用限制，极大地扩展了土钉墙技术的应用范围。

2.6 地下连续墙

地下连续墙是一种较为先进的基坑围护方法，即从地面上沿着拟建的地下结构基坑的周边，用特制的挖槽机械开挖一定长度的沟槽，然后将钢筋笼吊放入沟槽，用导管法在沟槽内浇筑混凝土形成的地下墙体［2］。施工时振动小、噪声低，墙体刚度大，止水性能好，同时能兼作临时设施和永久的地下主体结构。但在一些特殊的地质条件下(如很软的淤泥土，含漂石的冲积层和超硬岩石等)，施工难度大。地下连续墙的施工主要包括:导墙施工、开槽施工、泥浆循环与清槽、吊放钢筋笼、浇筑混凝土、槽段接头施工。其施工工艺如图1所示。

图1 地下连续墙施工工艺原理框架图

2.7 SMW 工法

SMW(Soil Mixing Wall)是近年来发展起来的一种新的基坑围护结构，是通过特制的搅拌设备切散土体，同时将水泥浆注入土体，使之在搅拌过程中与地基土反复混合搅拌，然后在水泥土混合体硬结之前插入作为补强材料的H型钢或钢板，等水泥土硬结后，形成的地下墙体。一般可在粘性土、粉土、砂土、砂粒土、φ100以下卵石及单轴抗压强度60 MPa以下的岩层中应用［3］。其整体刚度大、强度高，连续施工防水止水效果好，占用施工场地少，对周边环境影响小，符合环保要求，同时由于型钢可回收重复利用，工程造价低，进度快。但是，在粉细砂层中易产生抱钻现象，其由于结构属于柔性，不太适合太深基坑，一般在深度16 m以内有较大的技术优势。据调查，在日本地铁所有基坑工程几乎都采用该工艺。杭州地铁一号线、天津丰铁基坑、南京地铁二号线等基坑围护中都成功应用了SMW。目前，在我国东南沿海地区的工程建设中较为广泛，由于SMW工法省钱、省地、省时，所以已经逐步在取代混凝土连续墙施工工艺。

2.8 钻孔咬合桩

钻孔咬合桩围护结构是指桩身密排且相邻桩桩身相割形成的具有防渗作用的连续挡土支护结构。作为围护结构，既可全部采用钢筋混凝土桩，也可采用素混凝土桩与钢筋混凝土桩相间布置。由于其特点为桩间的相互咬合，故称为咬合桩。也是近年来发展起来的基坑围护新结构，工艺施工进度快、成桩质量好、抗渗能力强、施工安全、噪声干扰小、无泥浆排放、工程造价低。可适用于任何土层，尤其有淤泥、流沙、地下水富集等不良条件的软土地层。由于咬合桩施工灵活，容易转折变线，更适于施作一些平面几何图形转折多变，或呈各种弧形的基坑围护结构［4］。

图2 钻孔咬合桩施工流程图

钻孔咬合桩其施工工艺流程图见图2，其施工顺序为:B1→B2→A1→B3→A2→B4→A3……。其施工的关键技术是成桩精度控制和混凝土缓凝时间的控制。深圳地铁一期工程、天津地铁三号线华苑车站、上海轨道交通8号线一期工程虹口足球场车站的基坑围护工程中，都成功运用了钻孔咬合桩。作为国内地下工程围护结构的一种新形式、新工法，将对城市文明施工的价值显著，值得推广。

3 结语

基坑围护结构的多样化解决了城市地下工程施工中施工的多样性和复杂性。随着城市地下工程越来越多，施工环节越来越复杂，对施工技术的要求也越来越高，从而促进了基坑围护结构在技术和形式等各方面都有了较快的发展。

［1］ 李彬峰，梁志新.论城市地下工程的可持续发展［J］.铁道工程学报，2003(3):12-15.

［2］ 刘建航，侯学渊.基坑工程手册［M］.北京:中国建筑工业出版社，1997.

［3］ 夏明耀，曾进论.地下工程设计施工手册［M］.北京:中国建筑工业出版社，1999.

［4］ 张春强.地铁基坑各类围护结构的优缺点分析［J］.山西建筑，2007，33(18):84-85.