任务1.3 基坑支护
1.3.1 钢板桩施工
钢板桩支护具有施工速度快、可重复使用的特点。常用的钢板桩有U形和Z形，还有直腹板式、H形和组合式钢板桩。常用的钢板桩施工机械有自由落锤、气动锤、柴油锤、振动锤，使用较多的是振动锤。
1.钢板桩施工工艺流程
钢板桩施工工艺流程如图1.19所示。
图1.19 钢板桩施工工艺流程
2.施工要点
1）打入方式选择
（1）单独打入法。这种方法是从板桩墙的一角开始，逐块（或两块为一组）打设，直至工程结束。根据板桩与板桩之间的锁扣方式，可分为大锁扣扣打施工法和小锁扣扣打施工法。这种方法只适用于板桩墙要求不高且板桩长度较小的情况，如图1.20（a）所示。
（2）屏风式打入法。这种方法是将10～20根钢板桩成排插入导架内，呈屏风状，然后再分批施打。用这种方法打设板桩墙比较多，它耗费的辅助材料不多，但能保证质量，如图1.20（b）、（c）所示。
图1.20 钢板桩打入方式
2）钢板桩拔除
为便于修整后重复使用，在进行基坑回填土时，要拔除钢板桩。拔除前要研究钢板桩的拔除顺序、拔除时间及桩孔处理方法。
3.常见问题的原因及处理方法
钢板桩打设中常见问题见图1.21，其原因及处理方法见表1-14。
图1.21 钢板桩打设中常见问题
表1-14 钢板桩打设中常见问题的原因及处理方法
1.3.2 深层搅拌水泥土桩墙施工
深层搅拌水泥土桩墙是采用水泥作为固化剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基深处就地将软土和水泥强制搅拌形成水泥土，利用水泥和软土之间所产生的一系列物理化学反应，使软土硬化成整体性的并有一定强度的挡土、防渗墙。
1.深层搅拌水泥土桩墙施工工艺流程
深层搅拌水泥土桩墙施工工艺流程如图1.22所示。
图1.22 深层搅拌水泥土桩墙施工工艺流程
2.施工要点
（1）桩机就位。深层搅拌桩机开行到达指定桩位、对中。当地面起伏不平时，应注意调整机架的垂直度。
（2）预搅下沉。深层搅拌机运转正常后，启动搅拌机电动机，使搅拌机沿导向架切土搅拌下沉。如遇硬黏土等下沉速度太慢时，可以适当补给清水以利于钻进。深层搅拌机预搅下沉到一定深度后，开始拌制水泥浆。
（3）提升喷浆搅拌。深层搅拌机下沉到达设计深度后，开启灰浆泵将水泥浆压入地基土中，此后边喷浆、边旋转、边提升深层搅拌机，直至设计桩顶标高。
（4）重复下沉搅拌。再次沉钻进行复搅，如果水泥掺入比较大，或因土质较密在提升时不能将应喷入土中的水泥浆全部喷完，可在重复下沉搅拌时予以补喷，即采用“二次喷浆、三次搅拌”的工艺，但此时仍应注意喷浆的均匀性。第二次喷浆量不宜过少，可控制在单桩总喷浆量的30%～40%，因为过少的水泥浆很难做到沿全桩均匀分布。
（5）重复提升搅拌。边旋转、边提升，重复搅拌至桩顶标高，并将钻头提出地面。
3.常见问题的原因及处理方法
水泥土桩墙施工中常见问题的原因及处理方法见表1-15。
表1-15 水泥土桩墙施工中常见问题的原因及处理方法
1.3.3 土钉墙
天然土体通过钻孔、插筋、注浆来设置土钉（也称砂浆锚杆）并与喷射混凝土面板相结合，形成类似重力挡墙的土钉墙（图1.23），可抵抗墙后的土压力，保持开挖面的稳定。土钉墙也称为喷锚网加固边坡或喷锚网挡墙。
土钉墙施工工艺流程和施工过程分别如图1.24和图1.25所示。
图1.23 土钉墙
图1.24 土钉墙施工工艺流程
图1.25 土钉墙施工过程
1.3.4 排桩支护
排桩支护是开挖前在基坑周围设置混凝土灌注桩。桩的排列有间隔式、双排式和连续式，桩顶设置混凝土连系梁或锚桩、拉杆。其施工方便、安全度好、费用低，适于开挖面积大、深度大于6m、不允许放坡、邻近建（构）筑物的基坑支护，如图1.26所示。
图1.26 挡土灌注桩排桩支护
直径0.6～1.1m的钻孔灌注桩可用于深度在7～13m基坑的支护，直径0.5～0.8m的沉管灌注桩可用于深度在10m以内基坑的支护，单层地下室常用0.8～1.2m的人工挖孔灌注桩作支护结构。钢筋混凝土灌注桩的排列方式如图1.27所示。
图1.27 钢筋混凝土灌注桩的排列方式
1.3.5 锚杆支护
该法是在未开挖的土层立壁上钻孔至设计深度，孔内放入拉杆，灌入水泥砂浆与土层结合成抗拉力强的锚杆（图1.28），锚杆一端固定在坑壁结构上，另一端锚固在土层中，将立壁土体侧压力传至深部的稳定土层。该法适于较硬土层，或在破碎岩石中开挖较大、较深的基坑，或邻近建（构）筑物须保证边坡稳定时采用。
图1.28 土层锚杆的构造
1.锚杆支护施工工艺流程
锚杆支护施工工艺流程和施工过程分别如图1.29和图1.30所示。
图1.29 锚杆支护施工工艺流程
图1.30 锚杆支护施工过程
2.挡土灌注桩与土层锚杆结合支护
该法在桩顶不设锚桩、拉杆，而是挖至一定深度，每隔一定距离向桩背面斜向打入锚杆，达到强度后，安上横撑，拉紧固定，在中间挖土，直至设计深度，如图1.31所示。该法适用于大型较深基坑，施工期较长，邻近建筑物，不允许支护、邻近地基不允许有下沉或位移时使用。
图1.31 挡土灌注桩与土层锚杆结合支护
1.3.6 挡墙加内撑支护
当基坑深度较大，悬臂式挡墙的强度和变形无法满足要求、坑外锚拉可靠性低时，可在坑内采用内撑支护。它适用于各种地基土层，缺点是内支撑会占用一定的施工空间。常用的有钢管内撑支护和钢筋混凝土构架内撑支护。
钢管支撑一般采用φ609钢管，用不同壁厚适应不同的荷载，支撑的形式为对撑或角撑，对撑的间距较大时，可设置腹杆形成桁架式支撑；钢筋混凝土内支撑刚度大、变形小，能有效控制挡墙和周围地面的变形，可随挖土逐层就地现浇，形式可随基坑形状而变化，适用于周围环境要求较高的深基坑，如图1.32所示。
图1.32 挡墙加内撑支护
图1.32 挡墙加内撑支护（续）
1.3.7 地下连续墙施工
地下连续墙施工工艺：用特制的挖槽机械，在泥浆护壁下开挖一个单元槽段的沟槽，清底后放入钢筋笼（图1.33），用导管浇筑混凝土至设计标高，一个单元槽段即施工完毕；各单元槽段间由特制的接头连接，形成连续的钢筋混凝土墙体。工程开挖土方时，地下连续墙可用作支护结构，既挡土又挡水，还可同时用作建筑物的承重结构。
图1.33 钢筋笼构造
1.地下连续墙施工工艺流程
地下连续墙施工工艺流程和施工过程分别如图1.34和图1.35所示。
图1.34 地下连续墙施工工艺流程
图1.35 地下连续墙施工过程
2.施工要点
1）挖导沟、筑导墙
导墙可起到挡土墙的作用，同时可以作为测量的基准，也可作为挖槽机械轨道的支承，还能起到存蓄泥浆的作用。导墙的施工程序为：平整场地→测量定位→挖槽及处理弃土→绑扎钢筋→支模板→浇筑混凝土→拆模并设置横撑→导墙外侧回填土（如无外侧模板，可不进行此项工作）。
2）泥浆护壁
在地下连续墙的施工中，需要泥浆来护壁、清渣，同时泥浆还可作为挖土的润滑剂和机具的冷却剂。泥浆的费用占地下连续墙工程费用的一定比例，所以如何合理配置和正确使用泥浆，不仅是挖槽成功的一个关键工序，还是控制投资成本的重要一环。
3）挖槽
挖槽要选择合理的施工机械，科学划分施工单元槽段，施工中要防止槽壁坍塌。
4）钢筋笼的加工和吊放
制作钢筋笼，要确保钢筋的根数、位置、间距按配筋图施工，最好按单元槽段做成整体，如果需分段制作吊放时再连接，宜采用绑条焊接。钢筋笼的起吊、运输、吊放应制定周密的施工方案，不允许在此过程中产生不能恢复的变形。
5）地下连续墙的接头
一个单元槽段挖好后于槽段的端部用吊车放入接头管，然后吊放钢筋笼并浇筑混凝土，在混凝土浇筑后3～5h，当混凝土强度达到0.05～0.2MPa时开始拔接头管，每隔20～30min提拔一次，每次上拔30～100cm。应在混凝土浇筑结束后8h以内将接头管全部拔出。
6）浇筑混凝土
采用导管浇筑混凝土，在浇筑过程中，导管下口总是埋在混凝土内1.5m以上，最深不宜超过9m，在施工中要随时掌握混凝土的浇筑量、混凝土的上升高度和导管的埋入深度，浇筑时导管可以上下抽动，但不能做横向运动，槽内混凝土面上升速度不宜小于2m/h。考虑浮浆，混凝土面需要超浇30～50cm，留待以后凿去。
3.常见问题的原因及处理方法
地下连续墙施工中常见问题的原因及处理方法见表1-16。
表1-16 地下连续墙施工中常见问题的原因及处理方法
1.3.8 逆作法施工
1.逆作法施工工艺流程
逆作法施工工艺流程如图1.36所示。
图1.36 逆作法施工工艺流程
2.逆作法施工的优点
（1）逆作法施工，根据地下一层的顶板结构是封闭还是敞开，分为封闭式逆作法和敞开式逆作法。前者在地下一层的顶板结构完成后，上部结构和地下结构可以同时施工，有利于缩短总工期；后者上部结构和地下结构不能同时施工，只是地下结构自上而下地逆向逐层施工。还有一种方法称为半逆作法，又称局部逆作法，其施工特点是：开挖基坑时，采用盆式挖土，先放坡开挖基坑中心部位的土体，靠近围护墙处留土以平衡坑外的土压力，待基坑中心部位开挖至坑底后，再由下而上顺作施工基坑中心部位地下结构至地下一层顶；然后浇筑留土处和基坑中心部位地下一层的顶板，用作围护墙的水平支撑；最后进行周边地下结构的逆作施工，上部结构也可同时施工。
（2）逆作法施工能缩短工程施工的总工期。具有多层地下室的高层建筑，如采用传统方法施工，其总工期为地下结构工期加地上结构工期，再加装修等所占的工期。而用封闭式逆作法施工，一般情况下只有地下一层占绝对工期，而其他各层地下室可与地上结构同时施工，不占绝对工期，因此可以缩短工程的总工期。
（3）逆作法施工基坑变形小，能减少深基坑施工对周围环境的影响。采用逆作法施工，是利用地下室的楼盖结构作为支护地下连续墙的水平支撑体系，其刚度比临时支撑的刚度大得多，而且没有拆撑、换撑工况，因而可减少围护墙在侧压力作用下的侧向变形。此外，挖土期间用作围护墙的地下连续墙，在地下结构逐层向下施工的过程中，成为地下结构的一部分，而且与柱（或隔墙）、楼盖结构共同作用，可减少地下连续墙的沉降，即减少了竖向变形。这一切都使逆作法施工可最大限度地减少对周围相邻建筑物、道路和地下管线的影响，在施工期间可保证其正常使用。
（4）逆作法施工可简化基坑的支护结构，有明显的经济效益。采用逆作法施工，一般地下室外墙与基坑围护墙采用两墙合一的形式，一方面省去了单独设立的围护墙，另一方面可在工程用地范围内最大限度地扩大地下室面积，增加有效使用面积。此外，围护墙的支撑体系由地下室楼盖结构代替，省去了大量支撑费用，而且楼盖结构即支撑体系，还可以解决特殊平面形状建筑或局部楼盖缺失所带来的支撑布置的困难，并使受力更加合理。由于上述原因，再加上总工期的缩短，因而在软土地区对于具有多层地下室的高层建筑，采用逆作法施工具有明显的经济效益。
（5）逆作法施工期间，楼面恒载和施工荷载等通过中间支承柱传入基坑底部，压缩土体，可减少土方开挖后的基坑隆起。同时中间支承柱作为底板的支点，使底板内力减小，而且无抗浮问题存在，使底板设计更趋合理。
3.逆作法施工存在的问题
（1）该法多利用人工开挖和运输，机械化程度较低。逆作法施工挖土是在顶部封闭状态下进行的，基坑中还分布有一定数量的中间支承柱（也称中柱桩）和降水用井点管，在目前尚缺乏小型、灵活、高效的小型挖土机械的情况下，使挖土的难度增大。
（2）对于层高较高的地下室，有时需另设临时水平支撑或加大围护墙的断面及配筋。因为逆作法用地下室楼盖作为水平支撑，支撑位置受地下室层高的限制，无法调整。
（3）逆作法施工需设中间支承柱，作为地下室楼盖的中间支承点，承受结构自重和施工荷载。为方便施工，数量不宜过多，此时可加设临时钢立柱，但会提高施工费用。
（4）对地下连续墙、中间支承柱与底板和楼盖的连接节点需进行特殊处理。如何减少地下连续墙和底板的沉降差异，在设计方面尚需研究。
（5）需要配备专用设备。在地下封闭的工作面内施工，要求使用低于36V的低电压，还需增设一些垂直运输土方和材料设备的专用设备，而且地下施工需要通风、照明设备。
4.施工要点
（1）选择逆作施工形式。逆作法分为封闭式逆作法、敞开式逆作法、半逆作法三种施工形式。对于工期要求短或经过综合比较经济效益显著的工程，在技术可行的条件下应优先选用封闭式逆作法。当地下室结构复杂、工期要求不紧、技术力量相对不足时，应考虑敞开式逆作法或半逆作法，半逆作法多用于地下结构面积较大的工程。
（2）施工洞孔布置。应合理布置出土口、上人口、通风孔。
（3）中间支承柱（中柱桩）施工。中间支承柱多采用灌注桩方法进行施工，成孔方式视土质和地下水位而定。施工质量要求要高于常规施工方法。
（4）确定降水方案。逆作法施工时，多采用深井泵或加真空的深井泵进行地下水位降低。降水时一定要在坑内水位降至各工况挖土面以下1.0m以后，方可开始挖土施工，施工中要定时记录坑内外的水位，以便掌握挖土时间和降水速度。
（5）地下室土方开挖。挖土先从出土口处开始，逐皮逐层推进。为防止坍塌伤人，开挖的土方坡面不宜大于75°，严禁掏挖。
（6）地下室结构施工。地下室结构的浇筑，尽可能利用土模浇筑梁板楼盖结构，对于地面梁板或地下各层梁板，挖至其设计标高后，将土面整平夯实，浇筑一层C10厚约100mm的素混凝土，然后刷一层隔离层，就可以施工楼板钢筋。对于梁模板，土质较好时，按梁的截面尺寸挖出沟槽作为土胎模，土质较差时，可用模板搭设或采用砖模。