内撑式支护结构设计与实例解析

内撑式支护结构的含义可用“外护内支”四个字表述。“外护”，指的是用支护结构对外挡住边坡土体、防止地下水渗漏；“内支”是指利用内支撑系统为支护结构的稳定提供足够的支撑力，内撑式支护结构的竖向支承结构一般为柱式受力，主要是保证水平支撑的纵向稳定，加强支撑体系的空间刚度和承受水平支撑传来的竖向荷载，要求具有较好的自身刚度和较小的竖向位移。而水平支撑结构在发挥其支撑功能时是梁式受力，主要是平衡支护墙外侧水平作用力，要求传力直接、平面刚度好而且分布均匀。

内撑式支护结构由支护结构体系与支撑体系两部分组成。支护结构体系常采用钢筋混凝土排桩墙和地下连续墙。支撑体系可采用水平支撑和斜支撑。根据不同开挖深度又可采用单层水平支撑、双层水平支撑及多层水平支撑，分别如图1-4a、b及c所示。当基坑平面面积很大，而开挖深度不同时，宜采用单层斜支撑，如图1-4d所示。

图1-4 常用的支撑体系类型

支撑采用钢筋混凝土支撑和钢管（或型钢）支撑两种形式。钢筋混凝土支撑体系具有刚度大、整体性好的特点，而且可采取灵活的平面布置形式适应基坑工程的各项要求。支撑布置形式目前常用的有正交支撑、圆环支撑或对撑、角撑结合边桁架布置形式。而钢管支撑的优点是钢管可以回收，且加预压力方便。

钢支撑架设和拆除速度快，架设完毕后不需要等待强度即可直接开挖下层土方，而且支撑材料可重复循环使用，对节省基坑工程造价和加快工期具有显著优势，适用于开挖深度一般、平面形状规则、狭长形的基坑工程中。钢支撑几乎成为地铁转车站基坑工程首选的支撑体系。但钢支撑节点构造和安装复杂以及目前常用的钢支撑材料截面承载力较为有限等特点，使其不适用以下几种情况：

（1）基坑尺寸不规则，不利于钢支撑平面布置。

（2）基坑面积巨大，单个方向钢支撑长度过长，拼接节点多易积累形成较大的施工偏差，传力可靠性难以保证。

（3）对周边环境控制要求严格的深大基坑：由于基坑面积大且开挖深度深，钢支撑的刚度相对较小，不利于控制基坑变形和保护周边的环境。

根据上述钢筋混凝土支撑和钢支撑的不同特点，在一定的条件下基坑工程可以充分利用两种材料的特性，采用混凝土与钢组合的支撑形式，在确保基坑工程安全的前提下，可以实现较为合理的经济和工期目标。混凝土与钢组合支撑体系常用的有两种形式，一种是同层支撑平面内混凝土和钢组合支撑；另一种是混凝土支撑平面与钢支撑平面的分层组合的形式。采用混凝土和钢组合支撑时，应注意第一道支撑与其下各道支撑平面应上下统一，以便与竖向支撑系统的共同作用以及基坑土方的开挖施工。

常用的支挡体系有：

1）钻孔灌注桩围护。钻孔灌注桩围护结构为桩列式挡土墙，根据目前我国常用的施工工艺，钻孔灌注桩围护墙多为间隔排列式，由于不具备挡水功能，仅适用于地下水位深、土质较好地区，在地下水位较高的地区，则常辅以旋喷桩或水泥土搅拌桩作为止水帷幕。咬合桩是利用相互咬合的素混凝土桩（B桩）与钢筋混凝土桩（A桩）交错布置的形式，施工时先灌注B桩、并采用超缓凝混凝土，利用B桩缓凝时间，在相邻两根B桩之间压套管切割成孔、浇筑钢筋混凝土A桩，形成强度较大且自身具备止水作用的排桩墙体，是近几年在我国发展较快的一项新技术，如图1-5所示。

图1-5 混凝土灌注桩围护示意图

钻孔灌注桩施工具有无噪声、无振动和无挤土的优点，灌注桩围护墙刚度大、抗弯能力强、变形较小，在我国各地得到广泛的应用。设计时常与支撑相结合，可用于深度7～15m的基坑工程。(www.xing528.com)

2）地下连续墙。地下连续墙是在基坑开挖之前，通过专用成槽设备在泥浆护壁的保护下开挖深槽，下放钢筋笼后用导管浇筑水下混凝土而形成地下连续的混凝土墙体。最早于1950年在意大利成功运用，早期主要作为防渗墙，随着实践经验的积累和施工机械的改进，理论研究和施工工艺渐趋成熟，已逐步成为城市地下建设中的一项重要技术。地下连续墙墙体目前厚度多在600～1200mm之间，采用多头挖槽机分段跳槽开挖，接头主要有十字钢板和锁口管等形式。

图1-6 地下连续墙施工工艺示意图

a）成槽 b）放入接头管 c）放入钢筋笼 d）浇筑混凝土

地下连续墙刚度大、整体性和抗渗性好、基坑变形较小，施工振动和噪声也较低，特别适用于周边建筑物密集、用地紧张的城市深基坑工程，如城市地铁车站、高层建筑较深的地下室等，已被公认是深基坑工程中最佳的挡土结构之一。其缺点主要是泥浆制备和处理存在一定的难度和污染，整体工程造价也相对较高。地下连续墙还可配合逆作法施工，作为地下结构外墙的一部分，以缩短工期、降低工程造价。

3）SMW工法桩。SMW（Soil Mixing Wall）是从日本引进的工法，国内也称为劲性水泥土搅拌桩法，该法是利用水泥土搅拌桩，在原地切削加固土体形成水泥土柱，然后在搅拌桩内插入型钢（多数为H型钢），形成兼具受力与抗渗两种功能的复合围护墙，如图1-7所示。SMW工法的搅拌机械多为专用的三轴搅拌机全断面搅拌，所以搅拌充分，便于插入H型钢，在主体结构施工完成后型钢还可拔出回收。

SMW工法围护结构的主要特点为：施工时基本无噪声，对周围环境影响小；结构强度可靠，凡是适合应用水泥土搅拌桩的场合都可使用，特别适合于以黏土和粉细砂为主的松软地层；挡水防渗性能好、不必另设挡水帷幕；还可以配合多道支撑应用于较深的基坑。如果能够采取工程措施成功回收型钢，则工程造价远低于地下连续墙，在对基坑变形控制不严时，可代替地下连续墙以节省造价，因而具有较大发展前景。

4）拉森钢板桩。拉森钢板桩（图1-8）作为一种新型建材，作为围护支挡结构不仅绿色、环保，而且施工速度快、施工费用低，具有很好的防水功能。产品按生产工艺划分有冷弯钢板桩和热轧钢板桩两种类型。在工程建设中，冷弯钢板桩性价比比较高，工程运用中，两种类型可以相互替代。基于钢板桩在施工作业中的诸多优点，国家质量监督检验检疫总局、国家标准化管理委员会于2007年5月14日发布了国家标准《热轧U型钢板桩》，并于2007年12月1日正式实施。

图1-7 SMW工法桩围护示意图

图1-8 拉森钢板桩支护

另外近些年来还发展出一些其他的支挡结构，如异型桩、大直径薄壁现浇混凝土桩等，在工程中均有一定的应用。