城市地下工程的基坑維護結構

劉劍鋒

摘要：隨著我國社會經濟的發展，城市化進程的加快，城市地下空間的發展也越來越快，尤其是城市地鐵工程，不僅緩解了當前存在的交通壓力，而且為進一步建設現代化城市開辟了廣闊的前景。城市地下工程具有工程環境條件特殊、技術難度大等問題，主要容易產生道路坍塌等方面事故，因此，相關地鐵基坑圍護是地下工程施工的重要方面，本文就此針對地下工程的基坑圍護方面做相關論述。

關鍵詞：城市地鐵工程基坑支護

中圖分類號：U231文獻標識碼： A

城市地下工程，是指在城市內部深入地面以下為開發利用地下空間資源所建造的地下土木工程；城市地下工程具有現場環境條件復雜、工期長、技術要求高、施工難度大、對環境影響控制要求高等特點, 是一項相當復雜的高風險性系統工程。

一、概述

基坑工程是由地面向下開挖一個地下空間，四周設置垂直的擋土圍護結構以及支撐結構的工程。圍護結構一般是在開挖面基底下有一定插入深度的板（樁）墻結構，主要承受基坑開挖卸荷所產生的土壓力和水壓力，并將此壓力傳遞給支撐，是穩定基坑的一種擋墻結構；支撐結構分為內撐和外錨兩種，主要是為了減小圍護結構的變形，控制墻體的彎矩。

城市地下工程中，涉及到基坑圍護結構的主要有兩種土建工程：一種主要用于車站，地下倉庫以及地下停車場；一種主要用于地鐵區間線路修建。

二、 基坑圍護結構設計內容

城市地下工程的基坑圍護結構，由于其所處的特殊地理位置和功能，導致其具有環境效應，會引起周圍地基地下水位的變化和應力場的改變，周圍地基土體的變形，對周圍建筑物和地下管線產生影響，因此在基坑圍護工程設計和施工時首先要保護相鄰建筑物和市政設施的安全。具體的基坑圍護結構設計內容如下：

(1)環境調查及基坑安全等級：在圍護設計中，首先應根據基坑的深度地質條件及周邊環境條件確定基坑的安全等級，這是進行基坑圍護結構設計的首要條件；

(2)圍護結構的選擇和布置：軟粘土地基、黃土地基等工程地質和水文地質條件不同的地基中基坑工程差異性很大，同一城市不同區域也有差異，因此要根據工程規模、主體工程特點、場地條件等因素確定基坑圍護結構的類型；

(3)圍護結構設計計算：通過設計計算確定結構構件的內力和變形，據以驗算截面承載力和基坑位移；

(4)圍護結構穩定性驗算：為防止因圍護墻插入深度不夠等原因產生過大變形，當圍護結構計算完成后進行穩定性驗算；

(5)節點設計：對基坑階段構造進行設計，防止因節點構造不合理或施工問題導致基坑變形過大；

(6)井點降水：在地下水位較高的地區，在設計階段要確定降水深度和采取的技術方案，在開挖深基坑時候注意加強排水防灌措施，風險較大應該提前做好應急預案；

三、基坑圍護結構類型

在我國應用較多的基坑圍護類型有工字鋼樁圍護結構、鋼板樁圍護結構、鉆孔灌注樁圍護結構、 SMW樁、高壓旋噴樁以及地下連續墻等。以下對各種結構類型的特點、優缺點以及適用范圍做簡述，為設計選擇提供參考。

(1)工字鋼樁圍護結構

作為基坑圍護結構中的工字鋼，一般采用I50號、I55號和I60號大型工字鋼?；娱_挖前，使用打樁機按1.0～1.2m的樁間距沿基坑設計邊線打入地下?；娱_挖時，為了擋住樁間土體，在樁間插入50mm厚的水平木板?；娱_挖至一定深度后，設置腰梁和橫撐或者錨索（桿），橫撐采用鋼管或組合鋼梁，腰梁多采用大型槽鋼和工字鋼。

工字鋼樁圍護結構適用于砂性土、黏性土、以及粒徑不大于l00mm的砂卵石地層；當地下水位較高時，必須配合人工降水措施。打樁時，施工噪聲較大，一般都在l00dB以上，超過了環境保護法規定的限值。因此，一般宜用于郊區距居民點較遠的基坑施工中，或者對于基坑范圍不大的地鐵車站出入口，臨時施工豎井也可以考慮采用工字鋼圍護結構。

(2)鋼板樁圍護結構

鋼板樁常采用U形或Z形斷面形式。我國地鐵施工中多用U形鋼板樁，其構成方法分為雙層鋼板樁圍堰、單層鋼板樁圍堰、以及屏幕等，其沉放、拔除方法、以及使用的機械均與工字鋼樁相同。地鐵施工時基坑較深，多采用帷幕式構造，可以保證其垂直度。

鋼板樁，樁與樁之間的連接緊密，強度高，隔水效果好，可以重復使用。因此，上海、天津等沿海城市修建地下鐵道時，在地下水位較高的基坑中經常采用鋼板樁圍護結構。

(3)鉆孔灌注樁圍護結構

鉆孔灌注樁系是指在工程現場通過機械鉆孔在地基土中形成樁孔，并在其內放置鋼筋籠、灌注混凝土而做成的樁。地鐵明挖基坑中多采用沖擊式鉆機、螺旋鉆機和正反循環鉆機等。其特點是墻身強度高，剛度大，支護穩定性好，變形小， 無擠土現象，施工時無振動無噪聲等環境污染，對周圍環境影響小。

對正反循環鉆機，由于其采用泥漿護壁成孔，故成孔時噪聲低，適于城區施工，在地鐵基坑和高層建筑深基坑施工中得到廣泛應用。但是樁與樁之間主要是通過樁頂冠梁和圍檁連成整體，因而相對整體性比較差，當在重要地區，特殊工程以及開挖深度很大的基坑中應用時需要特別慎重。

(4)深層攪拌樁擋土結構

深層攪拌樁擋土結構是利用水泥石灰等材料作為固化劑通過深層攪拌機械，將軟土和固化劑強制攪拌，利用固化劑和軟土之間所產生的一系列物理化學反應，使軟土硬結成具有整體性水穩定性和一定強度的水泥土攪拌樁體，作為基坑的支護結構。簡言之就是用攪拌機械將水泥、石灰等和地基土相拌合，從而達到加固地基的目的。作為擋土結構的攪拌樁一般布置成格柵形，深層攪拌樁也可連續搭接布置形成止水帷幕。

(5) SMW樁

SMW樁擋土墻是利用攪拌設備就地切削土體，然后注入水泥類混合液攪拌形成均勻的擋墻，然后在水泥土混合體硬結之前插入作為補強材料的H型鋼或鋼板，即形成一種勁性復合圍護結構。這種圍護結構的特點主要表現在防水止水性好，整體剛度大強度高、構造簡單，施工速度快，占用施工場地少，對周邊環境影響小，同時型鋼可以部分回收、重復利用，符合環保要求。目前杭州地鐵一號線天津豐鐵基坑南京地鐵二號線等基坑圍護中都成功應用了SMW圍護結構 。

(6)高壓旋噴樁

高壓旋噴樁是利用高壓旋轉將水泥漿噴入土層與土體混合體，形成水泥土加固體，相互搭接形成的排樁。高壓旋噴樁施工結構緊湊、體積小、機動性強、占地少，并且機具的振動很小，對周圍建筑物帶來的振動影響和噪音影響小，但施工中有大量泥漿排出，容易引起污染，但是其施工費用要高于深層攪拌水泥土樁。對于地下水流速過大的地層，由于噴射的漿液無法在注漿管周圍凝固，也不宜采用此法。

地下連續墻墻體剛度大，施工時振動小、噪聲低，對周邊地層擾動??；可適用于多種土層，除過孤石、大顆粒卵礫石等局部障礙物會影響成槽效率外，其他的對黏性土、無黏性土、卵礫石層等各種地層均能高效成槽。

四、基坑圍護注意事項

基坑開挖及圍護結構施作過程中，應嚴格遵循操作流程，同時要進行快速施工，盡量減少基坑支護時間，并且根據現場不同的地質及鄰近建筑物情況采取不同的有針對性的圍護結構。同時對附近重大建筑物荷載的進行監控量測，根據現場監測的實際情況逐步調整施工參數，優化施工工序，如果發現基坑施工的不利因素，及時采取注漿背后回填結構頂面硬化等輔助施工措施，做到及時、有序、高效施工。

結語

圍護結構部分作為城市地下工程實施的第一步驟，它在工程建設中起著至關重要的作用，其方案確定的合理與否將直接影響到工程施工的成功，因此，需根據不同現場情況及其他地質條件選定與之相適應的圍護結構方案，這樣才能確保工程安全經濟有序的進行。

參考文獻

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