摘要:随着我国城市建设的飞速发展，城市人口越来越密集，用地越来越紧张，出现了各种各样的高层、超高层建筑，以及大片地下工，如地铁得以施工建设。这些建筑物的出现使得基础的埋深越来越大，基坑深度的增加导致土压力的增加，对于基坑支护的要求也随之增加。基坑支护显得尤为重要。本文首先分析了研究背景和发展现状，然后分析了基坑支护的构造原理及特点，最后分析了类型及其适用范围和案例分析，并对全文进行总结，以便为以后的工作提供参考意见。

关键词：基坑，支护方法，构造原理，适用范围

一、引言

（一）研究背景

近几年来，高层建筑的迅速兴起，促进了深基坑支护技术的发展。各地在深基坑开挖和支护技术方面积累了丰富的设计和施工经验，新技术、新结构、新工艺不断涌现。但是，现在的城市建筑间距很小，有的基坑边缘距已有建筑仅十几米、甚至几米，给基础工程施工带来很大的难度，给周围环境带来极大威胁，也相应地增加了施工工期和施工费用。另外，原来的深基坑支护结构的设计理论、设计原则、运算公式、施工工艺等，已不符合深基坑开挖与支护结构的实际情况，导致一些基坑工程出现事故，造成巨大的损失。经过近些年的理论研究和工程实践，人们逐渐认识到基坑工程既是实现信息化施工、避免事故发生的有效措施，又是完善、发展设计理论、设计方法和提高施工水平的重要手段。通过对基坑工程施工进行严密监测可以为施工及时提供反馈信息；为基坑周围环境进行及时有效的保护提供依据；将监测结果反馈设计，通过对监测结果同设计预估值的比较、分析，检验设计理论的正确性，并且可以为今后的优化设计提供依据。因此，深基坑支护的安全问题工程技术人员应予以高度重视[周沈华,深基坑开挖对周边地表沉降影响因素分析[J].土工基础, 2008, 22(3):38-42.]。

（二）发展现状

基坑支护是一个复杂的结构和岩土工程问题,它技术复杂且综合性很强,是提高工程质量减少事故的关键。它涉及安全、经济、环保、施工工期等多方面。当下大部分基础埋深都很大，从几米到几十米，并且大多采用明挖法施工，又是在市区建设，所以根本没有足够的空间采用放坡法施工。这就要求在施工建设时，需要采取加固措施对此类深基坑工程进行支护,防止由于基坑开挖过程土体的卸荷作用导致周围土体产生过大的沉降、基坑中部土体产生过大隆起或者基坑失稳等事故的发生，以避免因此类事故发生而造成生命和财产的损失。我国经济发达的城市大多位于沿海及长江流域一带的软土地区，并且由于这个地区的土质比较软弱，基坑开挖过程很容易产生较大的变形。基坑的变形过大将影响周边的建筑、地下管线以及其他的市政设施。如果有足够的场地，采用放坡在开挖的形式最为经济，而且工期短、安全性高。但场地狭小，不能采用大放坡的形式开挖，如何采用安全、合理、可行的基坑支护方案,和施工方法成了大家关注的问题[王体广，基坑变形过大的原因分析[J].西部探矿工程, 2010, 22(3):3-6.]。

二、基坑支护的构造原理及特点

（一）构造原理

基坑支护的构造原理是利用沿途介质的自承能力，借助锚杆与周围土体的摩擦力和粘聚力，将外部不稳定土体和深部稳定土体联在一起，形成一个稳定的组合体。锚杆端部互相连接的喷射混凝土面板，由于紧密嵌固于土体中，它不仅能很好的调节锚杆相互之间的应力分布，而且可以很好的起到防水作用。一是防止水冲刷边坡给基础施工带来不便，二是可以有效地防止地下水的渗漏，避免周围地面沉降，影响建筑物的安全。基坑的挖土过程，对基坑底下的土体是卸荷的过程。随着基坑内土体的开挖，坑底下层的土压力随之减少，引起坑内土体隆起。另外，由于基坑内土体的开挖，使坑内外的土体形成压力差，坑外土体通过围护墙体底往坑内涌挤，严重时会产生坑底隆起现象，使坑外的土体涌入基坑，造成涌土。进行基坑坑底隆起监测就是为及早发现问题，采取工程措施。坑底隆起可采用分层沉降仪或深层沉降标的高程变化测定。由于基坑内挖土、降水以及运输等种种原因的影响，基坑内坑底隆起监测点难以存活，因此应特别做好测点保护工作[蒋洪胜，基坑开挖过程中的时空效应分析[J].建筑技术,2011(2):1-6.]。

土层分层竖向位移监测是为了掌握上层中不同深度处的土体的变形情况，同时可以对坑外的土体通过围护墙体底部涌入基坑的不利情况提供预警信息。土层分层竖向位移监测可结合预估地表沉降曲线，在地表沉降较大的部位埋设分层沉降管，然后采用电感测探仪进行量测。喷锚网由于采用水平压力灌浆新技术，大大加强了地面的承载能力。重型施工机械、车辆可在边坡地面任意行走。基坑施工过程中，土体开挖、降低地下水位等会引起周边地层变形，从而会影响到地层中地下管线的安全。特别是供气管、水管及通讯光缆等，一旦因变形受到破坏，常常会造成较为严重的后果。为确保地下管线的正常工作，在进行基坑工程施工时必须对周边地下管线进行变形监测。地下管线的竖向位移可用精密水准仪量测；水平位移可用精密经纬仪量测。地下管线的监测方法可采用直接测量法，即开挖布点，直接对地下管线进行竖向位移观测;也可采用间接测量法，即通过监测其周围土体的竖向位移情况间接反映管线的变形。喷锚网支护方法的施工不单独占用施工工期，它和土方开挖同时进行，边开挖边支护,无污染，噪声低。到最后的收口时，灵活机动，可以开口放坡、降低马道或者台阶开挖，以便最大限度提高开挖功效，但土回填马道后，再用锚杆将出口加固复原，对边坡无任何影响[卢礼顺,深基坑周围土体沉陷研究[J].岩土工程学报,2010,28(z1)]。

（二）基坑支护特点

1、基坑的平面尺寸很大，长度和宽度可达到几百甚至上千米，这样大的基坑给支撑结构带来相当大的困难，它的竖向深度不断增大，施工过程中很容易产生塌方等严重事故，基坑开挖会给周围土体造成很大的位移，导致周边的建筑物、地下管线以及市政设施发生变形甚至是破坏。大型的深基坑工程的施工周期都很长，对支护系统的要求，对基坑稳定的要求都很高。控制基坑周边土体的沉降和维持基坑稳定的最重要的就是基坑支护体系。

2、建筑趋向高层化,基坑向大深度方向发展，基坑开挖面积大，长度与宽度有的达数百米,给支撑系统带来较大难度，基坑开挖会产生较大的位移和沉降、对周围建筑，市政设施和地下管线造成影响。深基坑施工工期长,场地狭窄,降雨,重物堆放对基坑稳定不利，在相邻的场地的施工中、打桩、降水、挖土及浇注混凝土等与工序会相互制约和影响，增加协调工作的难度[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, 2008.4-8. ]。

三、类型及其适用范围

（一）深层搅拌桩支护

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( 浆液或粉体) 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桩体( 水泥土搅拌桩) , 利用搅拌桩作为基坑的支护结构。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50～60 米。由于其抗拉强度远小于抗压强度, 故常适用于基坑深度不( 5～7 米) 、可采用重力式挡墙结构形式的基坑。这种支护结构防水性能好,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。

（二）土钉墙支护

土钉墙支护是在基坑开挖过程中将较密的细长杆件钉置于原位土体中, 并在坡面上喷射钢筋网混凝土面层。通过土钉、土体和喷射混凝土面层的共同工作, 形成复合土体。利用复合土体的自稳达到支护目的。土钉墙支护必须自始至终做到施工及现场监测相结合, 根据施工中出现的情况和监测数据, 及时反馈修改设计, 并指导下一步施工。常用于开挖深度不、周围相邻建筑或地下管线对沉降与位移要求不高的基坑支护, 具有施工快捷简便、经济可靠的特点, 得到广泛的应用[李东，SMW工法在天津软土深基坑施工中的应用[期刊论文]-水文地质工程地质 2010(4)

]。基坑侧壁安全等级宜为二、三级的基坑，基坑深度不宜大于12 m的基坑，苏南地区基坑深度不宜大于6 m的基坑(地区经验) 3)当地下水位高于基坑地面时，应采取降水或截水措施 在设计中通常因为根据土钉工艺为先成孔后植入土钉体，在软土区成孔困难，设计师常为此而放弃施工土钉墙的围护结构体系。

（三）排桩支护

排桩包括钢板桩、钢筋混凝土板桩及钻孔灌注桩、人工挖孔桩等,其支护形式包括:柱列式排桩支护、连续排桩支护、组合式排桩支护。柱列式排桩支护当边坡土质较好、地下水位较低时,可利用土拱作用,以稀疏的钻孔灌注桩或挖孔桩作为支护结构；连续排桩支护，在软土中常不能形成土拱, 支护桩应连续密排,并在桩间做树根桩或注浆防水；也可以采用钢板桩、钢筋混凝土板桩密排。组合式排桩支护，在地下水位较高的软土地区,可采用钻孔灌注桩排桩与水泥搅拌桩防渗墙组合的形式。

对于开挖深度小于6 米的基坑,在无法采用重力式深层搅拌桩的情况下,可采用密排钻孔桩, 桩后用树根桩防护, 也可采用打入预制混凝土板桩或钢板桩, 板桩后注浆或加搅拌桩防渗,顶部设圈梁和支撑；对于开挖深度为6～10 米的基坑, 常采用800～1000mm 的钻孔桩,后面加深层搅拌桩或注浆防水,并设置2～3 道支撑; 对于开挖深度于10 米的基坑,可采用地下连续墙加支撑的方法,也可采用800～1000mm 直径钻孔桩加深层搅拌桩防水,设置多道支撑。钢筋混凝土桩常采用钻孔灌注桩，人工挖孔灌注桩，沉管灌柱桩及预制桩.悬臂式支护结构依靠足够的入土深度和支护墙体的抗弯能力来维护整体稳定和结构的安全，它对开挖深度很敏感，容易产生奇较大的变形，而对周围环境产生不利影响，因而适用于土质较好，开挖深度较浅的基坑工程[汪中卫,复杂环境下地铁深基坑变形行为的实测研究[J].岩土工程学报,2009, 28(1):1263-1266.]。

（四）地下连续墙支护

当在软土层中基坑开挖深度大于10 米、周围相邻建筑或地下管线对沉降与位移要求较高时常采用地下连续墙作基坑的支护结构。地下连续墙具有如下优点：墙体刚度大、整体性好, 因而结构和地基变形较小, 可用于超深的支护结构；适用于各种地质条件。特别是遇到砂卵石地层或要求进入风化岩层时, 钢板桩难于施工, 可采用地下连续墙支护；可减少工程施工时对环境的影响。但是造价高、对废浆液难于处理。内支撑体系可采用水平支撑和斜支撑。根据不同开挖深度可采用单层支撑和多层支撑。当基坑面积较大，而基坑开挖深度又不时，可采用单层斜支撑形式。内支撑采用钢筋混凝土支撑和钢管支撑两种。其优点就是刚度大，变形小，布置灵活，而钢支撑的优点是可重复使用，施工速度快，且可施加预压力。内支撑支护结构适用广泛，可适用于各种基坑和基坑深度[陈由美：《当代房屋建筑基坑支护工程施工技术现状及对策》，《湖南人民出版社》，2010年1月出版；]。当在软土层中基坑开挖深度于10 米、周围相邻建筑或地下管线对沉降与位移要求较高时常采用地下连续墙作基坑的支护结构。地下连续墙墙体刚度、整体性好,因而结构和地基变形较小,可用于超深的支护结构，适用于各种地质条件。特别是遇到砂卵石地层或要求进入风化岩层时,钢板桩难于施工,可采用地下连续墙支护，可减少工程施工时对环境的影响。但是造价高、对废浆液难于处理。

四、案例分析

（一）工程概况

本工程位于西城区复兴门外，工会大楼后院，天宁寺西侧，主楼26层，地下室3层；西侧裙楼4层，地下室3层；南侧裙楼4层，地下室2层。基坑深度有5种即：15.15m、13.95m、11.95m、9.40m、6.45m。基坑南侧紧邻原职工之家大楼，南侧西段有一座高层塔楼，塔楼有一层半地下室，深约7米，南裙楼基坑距塔楼16.38m，西裙楼基坑距塔楼13.4m，南侧有污水管和雨水管，相距5-8m；基坑北侧有一座4层楼，基础埋深约 3.0m，距基坑13.7m，并有地下电力线（距基坑7m），污水管（相距6.5m）；基坑东侧距真武庙路3.5m，并有通讯电缆（相距6.5m）；基坑两侧有污水管、热力管、雨水管，相距3.0-4.5m，地下水深度-14米。基坑支护共分五个单元：A单元采用桩锚形式支护，旋喷桩止水；B单元采用复合土钉墙支护形式，旋喷桩止水；C单元采用灌注桩支护，旋喷桩止水兼作重力式挡墙；D单元采用桩锚形式支护，旋喷桩止水；E单元采用复合土钉墙支护形式，旋喷桩止水[赖伙珠：《浅谈高层建筑深基坑支护施工技术》，《清华大学出版社》2009年8月]。

（二）工作原理

1、桩体和锚力锚杆通过围梁形成二元挡土围护结构，该支护体系通过整体刚度来控制基坑变形。一方面通过钻孔灌注桩进行挡土，另一方面，通过预应力锚杆将支护结构承受的力传递给稳定地层，对锚杆施加张拉应力，有利于锚固体与土体之间的摩擦力、拉杆与锚固体的握裹力以及锚杆强度的共同作用，使锚固体系保持稳定。旋喷桩的主要作用是止水，同时旋喷桩也是整体性较好的重力式挡墙。

2、土钉在土体中起加筋作用，通过灌注砂浆和拉杆以约束土体的松弛和位移，钢筋网片和喷射混凝土面层具有良好的柔韧性和整体性，并与注浆土钉连接成一体，既大大改善了被加固土体的物理力学性能，形成一种新的地质体，又能有效地调整表土层与土钉内固段的应力分布，维持和加强了边坡整体稳定性和局部稳定性。

（三）支护方案的特点

1、桩锚支护结构适用于坑深较大的深基坑，嵌固深度、桩径、配筋率可大大减小，在深基坑中，桩锚支护成本较高。桩顶位移量大大减小，提高了基坑安全性。可根据周边环境的要求，增减锚杆的数量、长度、位置来有效地控制基坑围护结构变形位移量，而且在基坑开挖过程中，根据变形值的大小和发展趋势，可方便地调节施加于锚朽的预应力值，因而有利于信息化施工和变形控制[林健珍：《建筑基坑支护工程安全性影响分析》，《金融纵横》，2012年第8期。]。

2、土钉支护目前各种基坑支护方法中造价较低，但基坑容易变形，所以支护边坡的坡度较桩锚大。因为土钉支护是边开挖，边支护，边进行基坑变形观测。可以根据己支护面的变形大小和发展趋势，及时灵活地调整下层土钉的长度、间距等设计参数，达到及时控制基坑变形的目的，有利于提高基坑的稳定性和安全性[5]。

五、结论

建筑基坑的开挖与支护结构是一个系统工程，涉及工程地质、水文地质、工程结构、建筑材料、施工工艺和施工管理等多方面。它是集土力学、水力学、材料才学和结构力学等于一体的综合性学科。支护结构又是由若干具有独立功能的体系组成的整体。正因如此，无论是结构设计还是施工组织都应当从整体功能出发，将各组成部分协调好，才能确保它的安全可靠、经济合理。基坑工程位于力学性质相当复杂的土层中，在基坑支护结构进行设计和预估时，设计人员采用的模型往往对地层和支护结构做了较多的简化和假定，而围护体系所承担的水土压力等荷载有很大的不确定性，另外基坑施工过程中，由于时间、空间的延迟及自然条件的影响，这样对结构内力计算以及结构和土体变形的预估与工程实际情况可能有较大的差异。

开展基坑工程工作有助于实现信息化施工，能对基坑工程的安全性和对周边环境的影响程度提供有力的数据，以确保工程安全顺利进行，可在出现异常情况时及时反馈，采取必要的应急措施。同时基坑工程施工也是验证设计计算及反馈设计积累经验的有效途径。

参考文献：

1、周沈华,深基坑开挖对周边地表沉降影响因素分析[J].土工基础, 2008, 22(3):38-42.

2、王体广，基坑变形过大的原因分析[J].西部探矿工程, 2010, 22(3):3-6.

3、蒋洪胜，基坑开挖过程中的时空效应分析[J].建筑技术,2011(2):1-6.

4、卢礼顺,深基坑周围土体沉陷研究[J].岩土工程学报,2010,28(z1)

5、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, 2008.4-8.

6、李东，SMW工法在天津软土深基坑施工中的应用[期刊论文]-水文地质工程地质 2010(4)

7、汪中卫,复杂环境下地铁深基坑变形行为的实测研究[J].岩土工程学报,2009, 28(1):1263-1266.

8、陈由美：《当代房屋建筑基坑支护工程施工技术现状及对策》，《湖南人民出版社》，2010年1月出版；

9、赖伙珠：《浅谈高层建筑深基坑支护施工技术》，《清华大学出版社》2009年8月

10、林健珍：《建筑基坑支护工程安全性影响分析》，《金融纵横》，2012年第8期。