基坑工程的分类与支护形式

基坑(包括沟槽)，是指为进行建(构)筑物地下部分的施工由地面向下开挖出的空间，基坑工程包括基坑的土方开挖、边坡支护、降排水、土方回填等。

1.基坑工程的安全等级分类

基坑工程分级标准，各地不尽相同。根据《高层建筑岩土工程勘察规程》(JGJ 72-2004)规定:基坑安全等级应根据周边环境、破坏后果和严重程度、基坑深度、工程地质和地下水位条件，划分为三级，具体情况见表1-2.

表1-2　基坑的安全等级

2.基坑工程的支护形式

常见的基坑支护形式包括:支挡式结构、土钉墙、重力式水泥挡土墙、放坡。常见的支挡式结构包括:锚拉式结构、支撑式结构、悬臂式结构、双排桩。根据基坑深度、土质情况采取不同的支护形式。

(1)浅基坑的支护形式

浅基坑的支护形式主要有间断式支撑、断续式支撑等形式，见表1-3.

表1-3　浅基坑(挖深5m以内)的支护形式表

续表1-3

注:1-水平挡土板；2-垂直挡土板；3-竖木方；4-横木方；5-撑木；6-工具式横撑；7-木楔；8-柱桩；9-锚桩；10-拉杆；11-斜撑；12-撑桩；13-回填土；14-装土草袋

(2)深基坑的支护

由于深基坑的支护结构一般情况下既要挡土又要挡水，既要为基坑土方开挖和地下结构施工创造条件，又要保护基坑周围环境。因此深基坑支护较浅基坑更加复杂，主要形式有挡土排桩、地下连续墙、钢板桩等，有的还需要增加内支撑。主要形式见表1-4.

表1-4　常用支护结构形式的选择

续表1-4

(3)常见支护形式的施工

1)土钉墙支护

①构造要求

土钉墙支护的构造做法如图1-1所示，墙面的坡度不宜大于1∶0.1；土钉必须和面层有效连接，应设置承压板或加强钢筋与土钉螺栓连接或钢筋焊接连接；土钉钢筋宜采用新Ⅱ、Ⅲ级钢筋，钢筋直径宜为16～32mm，土钉长度宜为开挖深度的0.5～1.2倍，间距宜为1～2m，呈矩形或梅花形布置；注浆材料宜采用水泥浆或水泥砂浆，其强度等级不宜低于M10；喷射混凝土面层宜配置钢筋网，喷射混凝土。在土钉墙的墙顶部，应采用砂浆或混凝土护面。在坡顶和坡脚应设排水设施，坡面上可根据具体情况设置泄水孔。

图1-1　土钉墙支护

1-土钉；2-喷射混凝土面层；3-垫板

②施工工艺要点

土钉墙的施工顺序为:按设计要求自上而下分段、分层开挖工作面，修整坡面→埋设喷射混凝土厚度控制标志，喷射第一层混凝土→钻孔、安设土钉→注浆，安设连接件→绑扎钢筋网，焊接承压板→喷射第二层混凝土→设置坡顶、坡面和坡脚的排水系统。

2)挡土墙

①挡土墙的作用

挡土墙主要用来维护土体边坡的稳定，防止坡体的滑动和边坡的坍塌，因而在建筑工程中应用广泛。但由于使用不当，使挡土墙崩塌而发生的伤亡事故也不少，因此挡土墙的安全使用是十分必要的。

②挡土墙的基本构造和形式

挡土墙有重力式挡土墙、钢筋混凝土挡土墙、锚杆挡土墙、锚锭板挡土墙和其他轻型挡土墙等。对于高度在5m以内的，一般多采用重力式挡土墙，即主要靠自身的重力来抵抗倾覆，这类挡土墙构造简单、施工方便，也便于就地取材。

重力式挡土墙的基本形式有垂直式和倾斜式两种(图1-2)。其基础埋置深度应根据地基上的容许承载力、冻结深度、岩石风化程度、雨水冲刷等因素来确定。对于土质地基，挡土墙埋深一般为1.0～1.2m；对于岩石地基，挡土墙埋深则视风化程度而定，一般为0.25～1.0m。基础宽与墙高之比为1/2～2/3，沿水平方向每隔10～25m要设置一道宽10～20mm的伸缩缝或沉降缝，缝内填塞沥青柔性防水材料。在墙体的纵横方向，每隔2～3 m，外斜5%，留置孔眼尺寸不小于φ100mm的泄水孔，并在墙后做滤水层和必要的排水盲沟，地面宜铺设防水层；当墙后有山坡时，还应在坡下设置排水沟，以便减少水土压力。

图1-2　重力式挡土墙

3)土层锚杆(锚索)

近年来国外大量将土层锚杆(锚索)用于地下结构作护墙的支撑，它不仅用于基坑立壁的临时支护，而且在永久性建筑工程中亦得到广泛应用。土层锚杆(锚索)由锚头、拉杆(钢绞线)、锚固体等组成[图1-3(a)]，同时根据主动滑动面分为锚固段和非锚固段[图1-3(b)]。土层锚杆(锚索)目前还是根据经验数据进行设计，然后通过现场试验进行检验，一般包括确定基坑支护承受的荷载及锚杆布置，锚杆承载能力计算，锚杆(锚索)的稳定性计算，确定锚固体长度，钻孔和锚杆(钢绞线)直径等。

土层锚杆(锚索)一端锚固在土体中，将支护结构的荷载通过拉杆传递到周围稳定的土层中。土层锚杆(锚索)可与钢筋混凝土钻孔灌注桩、钢板桩、地下连接墙等支护桩与墙联合使用，这已是非常成功的经验，已广泛应用。土层锚杆(锚索)的锚固力较大，低黏性土中最大锚固力可达1 000kN，非黏性土中可达2 500kN，无内支撑，大大改善基坑开挖施工条件，造价低。但它的使用也受到一定限制，在有机质土、液限大于50%的黏土及松散的土层中不宜采用，基坑周围有地下管线或其他障碍物也不能用。

土层锚杆(锚索)施工的工艺流程如下:钻孔→安放拉杆(锚索)→灌浆→养护→安装锚头→张拉锚固→下层土方开挖。

图1-3　土层锚杆(锚索)

1-锚头；2-锚头垫座；3-支护；4-钻孔；5-锚固体；6-拉杆(钢绞线)
L0-锚固段长度；LfA-非锚固段长度；LA-锚杆(锚索)长度；φ-土层内摩擦角