地下基坑支护设计(挖孔桩-地连墙)

XX地区基坑支护形式简述

xxXXXXX

（XX省建科建筑设计院XX）

【摘要】本文介绍XX地区基坑支护的主要类型及其适用范围，并在分析选

型各影响因素的基础上，总结出设计选型的要点。

【关键词】地质基坑支护选型

1.XX地区地质条件及基坑支护类型

1.1工程地质及水文地质

XX地区的地质情况比较复杂，按其岩性有花岗岩、石灰岩、红层（砂岩或

泥岩）之分，上覆土层也复杂多变，软弱土层包括淤泥、淤泥质土等，强透水的

砂层等较普遍。不同的地区地质条件差别极大，而在同一地区地质条件也有很大

的不同。各层土的具体表述如下：

①人工填土人工填土主要为素填土和杂填土。大部分此层欠压实，局部压

实。

②一1淤泥质土层主要组成物为粘粒及有机质，具粘性。深灰色，灰黑色,

流塑状，饱和。

②一2淤泥质砂层主要为淤泥质粉砂及淤泥质细砂，灰黑色，松散，饱和,

海陆交互相沉积。

③一1冲积一洪积砂层由冲积、洪积作用而形成，主要为细砂、砾砂，其

次为粉砂，灰白色、灰色，稍密〜密实，饱和，含砾石，含粘粒。

③一2冲积洪积砂层以中砂为主，其次为粗砂，灰色，灰黄色，含粘粒

及砾砂，饱和，呈松散状。

④冲积一洪积土层由冲积、洪积作用而形成的粘性土，包括粉质粘土、粘

土及粉土组成。颜色一般为棕红色、灰黄色、深红色、灰褐色，杂白色等，粘性

土呈可塑〜硬塑状，粉土呈稍密〜中密状，具粘性。冲积洪积土层中在不同地

段含有砾砂及中粗砂等。

⑤一1残积土层由残积作用而形成的粉质粘土、粉土组成；粉质粘土以粘

粒为主，粘性较强；粉土以粉粒为主，棕红色、紫红色等，粉质粘土及粉土呈可

塑状态。

⑤一2残积土层由残积作用而形成的粉质粘土、粉土组成，含有细砂、中

砂、粗砂，局部含砾石，粉质粘土呈硬塑〜坚硬状态。

⑥岩石全风化带岩石己风化成土柱状或土块状，较密实、坚硬；岩石组织

结构已基本破坏，但尚可辨认；局部夹强风化岩块。岩石全风化带在可挖性方面

属于土层。

⑦岩石强风化带矿物成分已显著变化，风化裂隙较发育。岩芯较破碎，多

呈碎块状，岩质较软，遇水易软化。

⑧岩石中风化带岩石组织结构部分破坏，矿物成分基本未变化，风化裂隙

较发育，岩芯较完整，呈柱状或碎块状值，岩质较硬，岩石质量指标RQD值一般

为10%〜40%,个别达80%。

⑨岩石微风化带岩石组成结构基本未变化，有少量风化裂隙。泥质、钙质

胶结，岩质较硬，岩芯较完整，一般以呈柱状为主，岩石质量指标RQD值一般在

30%〜100%之间。

尽管地层的岩土类别复杂多变，但基坑底部一般处于或迫近风化岩层，在基

坑开挖中不易发生深层软土中的基坑隆起、踢脚失稳等困难问题，在地层变形控

制上也要容易一些。部分地区地下水位较高，水量补给丰富，且有较厚的淤泥层,

在施工过程中容易造成涌砂、涌泥或支护受力过大，并对环境安全造成威胁。

1.2基坑支护体系

xx地区基坑支护体系，概括起来包括人工挖孔桩（钻孔灌注桩）加支撑（或

预应力锚索）、地下连续墙加支撑（或预应力锚索）、土钉墙工法、水泥搅拌桩等

等。在围护型式上向多样化发展，究其原因主要有以下几个方面：

（1）不同的地质条件占主导地位，如基坑地质条件较好，虽然周边环境较

复杂，但还是采用锚杆和土钉支护；

（2）xx市地区人工挖孔桩经验较为丰富，且经济安全，因此选用人工挖孔

桩支护的基坑较多；

（3）技术方面的原因，如有些靠近xx边以及地下水较丰富的基坑必须考虑

防水带来的一系列问题。

2.工程实例

2.1人工挖孔桩加支撑（或预应力锚索）基坑支护体系

当现场地下管线复杂且其准确位置又不清楚时，采用人工挖孔桩对这些设施

有一定的保护作用。

2.1.1某文体活动大楼基坑

某文体活动大楼位于xx市农林下路与中山一路交界处，场地总占地面积约

3218m2,场地内兴建1栋26层的建筑，为框架剪力墙结构，设三层地下室。建

筑的基础大部分采用“单桩单柱”的形式，不设承台，仅“核心筒”部分设置

承台，基坑开挖深度为9.1013.70m,局部位置（核心筒）开挖深度为17.

该基坑西面临近xx繁华的农林下路，西侧、北侧地势较低，东侧、南侧地

势均较高，高差约4.Omo基坑周边情况复杂，基坑西侧边线距农林下路人行道

最近处约22.0m；南侧有两栋居民住宅楼（7、8层），最近距离约13.0m,基坑

西南角有一栋高层，其下为三层地下室，最近距离约17.63m；东侧有三、四层

高的旧居民住宅楼，最近距离约2.10m,采用天然基础，埋深约0.6口〜1.0叱基

坑北侧有7、8层高的居民住宅楼，最近距离约2.7m,其采用人工挖孔桩基础，

桩基础长度进入岩层，详见图1。

图1某文体活动大楼基坑与周边建筑物关系图

本场地土、岩层主要有：杂填土；素填土；坡积层粉质粘土；残积层可塑粉

质粘土；残积层硬塑粉质粘土；残积层粉土；全风化泥质粉砂岩；强风化泥质粉

砂岩；中风化泥质粉砂岩；微风化泥质粉砂岩。

地下水位埋深为：0.30〜3.40米。

考虑到本场地基坑深度范围内土质较好、地势变化较大、周边建筑物临近基

坑边线，对位移变形敏感等相关因素，本基坑支护结构选定采用”①1200mm人

工挖孔桩十三道钢筋碎内支撑（局部采用预应力锚索）”的撑锚结合的支护方式。

止水措施：采用巾550水泥土搅拌桩，相邻桩之间搭接150皿n,形J封闭抗

渗帷幕，水泥掺量约15%,搅拌桩长依地层变化且进入粘土层（粉质粘土）不

小于0.80米。

人工挖孔桩：桩径为1200mm（含护壁1500mm）,两桩中心距为1400mm,碎

强度等级为C30,护壁强度等级为C20。冠梁、腰梁及支撑：碎强度等级为C30,

冠梁截面尺寸为搅拌桩：采用42.5R普通硅酸盐水泥，设计水泥

掺入比15%,且不少于50kg/m,水灰比不大于0.5。注浆材料：注浆体采用纯水

泥浆，设计强度不低于20MPa,水灰比不大于0.5。预应力锚索采用765,强度

标准值1860N/mm：'的钢较线，锚具采用OVM系列挤压型锚具。

人工挖孔桩桩位允许偏差为50mm,桩垂直度允许偏差为小于1%,桩钢筋保

护层厚50mm,梁钢筋保护层厚为50mm；桩头嵌入冠梁长度不小于100mm,主筋

须全部锚入梁中。桩端进入全（强）风化岩层的深度不小于4.0米。搅拌桩垂直

度允许偏差为1.5%,桩位允许偏差为50mm,桩径允许偏差为攸，相邻桩施工间

隔时间不宜超过2h；采用四搅两喷工艺，提升速度不大于每分钟0.5叱桩与桩

搭接时间不宜超过24小时。

基坑开挖待支护桩及锁口梁混凝土达到设计强度后进行。基坑开挖时分段、

分层开挖，分段长度不超过15nb分层厚度不大于1.2%每层土开挖至支撑位置

后施工支撑，后续土方开挖待上一层内支撑（锚杆）施工并且达到设计强度的

70%（张拉锁定）后进行下一层土方的开挖。

系坡积层粉质粘土、第四系残积层粉质粘土、白垩系上统泥质粉砂岩全风化带、

强风化带、中风化带和微风化带。

地下水静止水位埋深0.8~3.3米，相当于高程4.85〜7.34米。

基坑周边环境复杂：基坑北侧边线距市政道路边线距离为4米，路下有多种

市政管线；基坑南侧距规划道路4.3米，距甲工程地下室边线最近距离21.0米;

基坑西侧边线距建筑用地红线1.3米，距乙工程地下室边线最近为6.5米；基坑

东侧边线距丙工程地下室为3.5米且紧贴建筑用地红线（详见图3）。

考虑到基坑边各段地质条件和周边环境，各段基坑支护拟采用如下的形式：

⑴基坑南侧采用喷锚网结合预应力锚杆的支/方式，由于南侧无重要管线，

且甲工程地下室最近离本基坑边线有21米，所以设置了两排锚索控制变形和缩

短其余锚杆长度，减小锚杆用钢筋直径；

⑵基坑北侧同南侧相似，使用喷锚网结合预应力锚杆的支护方式，由于市政

道路下有市政管线，因此第一层锚杆要穿过最深管线的底部；

⑶基坑东侧与丙工程地下室距离仅3.5米，挖除中间土是首先想到的，但丙

工程已修建道路，埋设了管线，为保证管线安全需要控制位移，因此采用人工挖

孔桩支护，上部设冠梁连接各桩，在中间设置一道锚杆，锚杆用腰梁连接，锚杆

设计从丙工程基础承台底向下穿过。

⑷基坑西侧由于乙工程正在进行地下室施工，中间土体的宽度为5.5米和

10.5米。采用人工挖孔桩支护，顶上设置冠梁，将乙工程施工留下的4杆在本

基坑而与钢筋网喷射混凝土面层连接，并将两基坑中间土体统一挖除1.2米，以

减少位移量。

在支护结构的南北两侧喷锚网面层外侧设置咬合搅拌桩止水帷幕，西侧土体

乙工程施工已有搅拌桩止水墙，在东侧人工挖孔桩间距为30cm,挖空护壁施工

时可将其连接成整体墙止水。

人工挖孔桩桩径为1200mm,锚杆杆体材料使用钢较线，锚具采用OVM系列

挤压型锚具，挖孔桩护壁厚度为150mln,护壁混凝土强度等级为C25,土锚需采

用一次注浆锚杆，注浆压力为0.5〜l.OMpa,注浆用水泥为32.5R水泥，水灰比

为0.5。冠梁碎强度等级为C20,腰梁碎强度等级为C30。预应力锚杆自由段为

5m,自由段涂抹防锈漆后外包塑料波纹管，沿杆体每隔2米设置定位支架。土锚

钻孔需比锚杆设计长度长0.30-0.50m。

2.2钻孔灌注桩加锚杆支护体系

锚杆的锚固机理就是通过锚杆将上部桩体所受的力反作用于深部岩体，通过

预加力可以有效地控制桩体的变形，锚杆这种锚固机理使其在xx地区的地层能

够较好地发挥作用。

2.2.1某新办公楼基坑

某新办公楼位于xx大道南东侧，首层总建筑面积11950痛，场地内兴建多功

能建筑，为框架结构，楼高1~19层，下设二、三层地下室，基坑最大深度为

13.90米。

该基坑平面大体呈矩形，大小为157.20米X92.20米。基础为桩基，基坑

深度为6.93〜12.90米，基坑采用土钉墙支护和桩锚支护相结合，局部放坡。

该基坑西面临近xx大道，除东侧和东南侧地势较低外，南侧、西侧、北侧

地势均较高；南侧为空地，东侧为菜地。西侧边线距xx大道人行道约27.0米，

人行道旁有两层商铺；基坑东北向有大小约51.0X68.0米的水塘，三层地下室

约有2/3都位于塘中；基坑正北向为水塘，水塘与北向用地红线相接，水塘角点

距支护桩外边线约10.0米；塘中有占建筑需要保护，古建筑与塘边最小距离约

18.70米，与基坑边线最小距离约37.50米。

本基坑岩土分层依次为：杂填土、细砂（局部孔为中粗砂）、流塑状淤泥、

软塑〜硬塑状（粉质）粘土、全风化〜微风化泥质粉砂岩、粉砂岩。

地下水位埋深为0.20、2.75米，相当于高程5.35~5.95米。砂层是主要的富

水层位，水量较大；粉质粘土（粘土）渗透性能差，属微弱含水层或相对近似隔水

层。

本基坑深度较大，不宜采用搅拌桩等柔性支护结构形式；由于地下连续墙支

护费用很高，且本基坑没有特殊的变形要求；因此，结合本场地基坑深J范围内

土质较软弱、有水塘、既有两层建筑物临近基坑边线等情况，本基坑支护结构选

定土钉墙结合特殊段桩锚支护。

钻孔灌注桩桩径为800mm,两桩中心距为90Dnmi,预应力锚杆杆体材料使用

强度标准值1860N/mm2的钢较线，锚具采用0VM系列挤压型锚具。锚索自由段为

5m,自由段涂抹防锈漆后外包塑料波纹管，沿杆体每隔2米设置定位支架。

围护桩碎强度等级为C25,冠梁碎强度等级为C25,腰梁碎强度等级为C30。

围护桩碎保护层厚度为50mm,冠梁和腰梁碎保护层厚度为35mm。围护桩桩顶设

置钢筋混凝土冠梁连接桩顶，冠梁截面尺寸为1000X800mln。

预应力锚杆在锚固体和外锚头强度达到15.OMpa时逐根进行张拉锁定，米拉

荷载为设计的荷载的L05倍，稳定lOmin后，退至锁定荷载。锚杆孔内采用32.5R

水泥按水灰比0.55配制水泥浆灌浆，灌浆压力0.5〜1.5MPa,锚杆钻孔需比锚

杆设计长度长0.50-l.OOrno土钉灌浆压力为0.4-0.6MPa＜）

止水措施为：采用@550水泥土搅拌桩，相邻桩之间搭接150nim,形成封闭

抗渗帷幕，水泥掺量15%,水泥用量不少于55kg/m,水灰比为0.50。搅拌桩长

依地层变化且以进入粘性土层不小于0.80米。

2.3连续墙基坑围护结构

地铁二号线中xx广场站基坑采用连续墙围护结构（见图5）,此站开挖深度

达26.5m,是目前xx地区最深的基坑工程。

图5xx广场站连续墙及钢支撑布置

xx广场车站场区范围内地形平坦、开阔，上部普遍覆盖有杂填土、海相冲

积淤泥层、冲积砂层，局部有少量的残积土层，下伏基岩为石垩系上统三水组东

湖段紫红色泥岩、粉砂泥岩，泥质粉砂岩和青灰色泥灰岩。地下水主要为孔隙水

和基岩裂隙水两大类，孔隙水主要赋存于人工填土和冲积砂层中，站区内砂层厚

度较大，属强透水层，区内地下水位与xx水紧密相连，随潮汐而起落，有长年

不枯的补给水源：基岩裂隙水贮存于基岩裂隙和构造裂隙中，基岩裂隙水不发育。

淤泥层、淤泥质细砂层较厚，这类场地进行深基坑开挖，对围护结构的挡土功能

要求很高，尤其是对其止水功能要求更高，在此选用地下连续墙能得到较好的效

果。

连续墙厚度800mm,幅长一般为5m,最大一幅为6m0该连续墙采用钢板焊

接的I字型接头。为了防止接头漏水，在工字钢腹板与翼缘相接的垂直交角之处

预留025通长灌浆孔四个，在连续墙达到设计强度的70%后，灌筑膨胀水泥砂

浆。采用的混凝土等级为C25,抗渗标号＞0.8MPa；普通硅酸盐水泥和犷与水泥;

花岗岩碎石粗骨料，粒径不宜＞30mni；细骨料为级配良好的中粗砂；水灰比不大

于0.6,塌落度宜控制在180〜200mm之间。地下连续墙的配筋见图6。

本站的钢支撑共设五层，见图5,立面上从上往下依次为第1层~第5层。

平面上，第1、2层，大体上每隔5m一根，并加钢围棵；第3、4、5层的间电为

3m或4m布置一根。每层钢支撑的预加力为：第1层50t,第2层100t,第3层

160t,第4层1503第5层150t。当基坑开挖至钢支撑中心线标高以下1m时，

应安装第1层钢支撑并施加预顶力后继续下挖，依次到基底高程。

基坑的斜撑不但承受轴力，还承受较大的水平剪力，此处的钢支撑固定瑞应

焊接在预埋钢板上，钢支撑的两个头部应设置钢垫块以平衡其较大的剪力，为了

保证支撑的平面稳定，用45号工字钢将同一方向的斜撑用电焊的办法联为一个

整体。工字钢的间距一般为5口。当施工完底板且混凝土强度之70%后，可拆除第

5道支撑。当施工完站台层顶板（即地下三层中板）且混凝土达到70%强度后，

可拆除第4道支撑。依次类推，直到拆除第1道支撑。在施工中当该层支撑还没

安装完毕M,不得进入下一土层的开检。

图6连续墙的配筋

主体结构与围护结构之间是重合关系，连续墙与内衬墙混凝土的接触面，要

修整光滑平顺冲洗干净，无需凿毛。地下连续墙与内衬墙之间设隔离面，接触面

不传递剪力，只传递压力。

2.4土钉墙支护体系

2.4.1地铁xx火车站站土钉墙围护

xx火车站站刚好处于火车站广场上，如果同时开挖定将影响火车站的进出，

而且要采取一定的临时便桥等措施，为此，决定将火车站分三个区进行施工。首

先，施工南部和中部基坑，然后回填，再施工北部基坑；其次，为了最大限度地

减少施工对火车站的影响，工期要求紧；另外，此处的地质条件较好，）工场地

比较开阔，这都为采用土钉施工提供了良好的条件。故在该站中部采用了土钉支

护（图7）。

图7火车站站中部土钉支护及地质剖面图

在车站南端靠东边的基坑的水平位移，最大值为27.5mnb相当于0.33%H,

小于设计时所设定的报警值，只有在施工地下二层时，地下一层地面出现裂缝。

这可能是地下二层坡面处的土钉过短所导致。后来采取加长土钉的长度，裂缝得

到控制。在基坑周边没有出现裂缝。

此处地层从上到下依次是杂填土、淤泥土、粉粘土、粉土，尤其是粉土的厚

度较大，在基坑开挖过程中可以保持较好的自稳。为保证施工安全，采用分层、

分段施工，每层开挖的高度为1.5m,严格禁止超挖；每层开挖的纵向长度1.5m,

对上部土层和下部岩层都采用二次喷射混凝土。上部土层第1次先喷lOOmm,安

设钢筋网，再喷50mm；下部岩层第1层喷50nmi,安设钢筋网，再喷50mm。喷射

混凝土为0.8MPa防水混凝土，强度为C20。在混凝土喷射过程中设置的钢筋网

为08@200*200的钢筋网和一层一级钢筋01641500x1500的加强钢筋网。钢筋网

搭接长度为300mm,加强钢筋网采用焊接连接。钢筋设计强度I级f尸210N/mnK

2

II级fy=310N/mmo

2.4.2地铁三元旦站土钉墙围护

三元里站人工挖孔桩的上部采用土钉墙围护，本基坑支护方案中采用了钻孔

土钉、打入锚管注浆等多种支护方式。

土钉的间距视具体的位置和地质条件不同，间距从1m到1.5m不等，土钉的

布置见图8,锚管采用042厚3mm的热扎钢管，锚管上均匀布置注浆孔。每米锚

管开设四个注浆孔，错管前段设015,中段010,管口段不开孔，让水泥浆倒流

封塞管口壁隙。土钉钻孔直径均为100mm,土钉体采用水泥净浆，其强度为20MPa；

水泥浆的水灰比为0.5；水泥浆拌合均匀，随拌随用，一次拌合的水泥浆在初凝

前用完。注浆前将孔内残留的或松动的杂土清除干净；注浆时检查注浆设备和管

路是否完好、孔口部位是否设置止水带浆塞和排气孔，注浆时从孔底向外顶浆，

以保证注浆饱满。如浆液初凝后收缩，及时补浆；采用花管注浆时，孔口设止浆

塞及出气管，注浆先从端部开始，最后封闭管口压力注浆。加压至0.5MPa左右，

保持压力不降15min后停止注浆。

喷射混凝土面层厚100mm,混凝土强度为C20,钢筋网采用08@2OOx200mm,

坡面钢筋网搭接长度大于300mmo上层土钉砂浆及喷射混凝土面层达到设计强度

70%后，开挖下层土方及下层土钉施工。基坑开挖自上而下分层并及时支护，用

机械开挖时，留有30cm厚的保护层，再用人工修整坡面；在坡面喷射混凝土支

护前，清除坡面虚土。基坑放坡支护时，土钉钢筋(支护体)通过井字形锁定筋

(长300mm,016)焊接固定到面层钢筋网025锁定筋。

。

帷先致

质内土等锚位；

水水优大

地明弱层支墙

用下防应h

地说软砂。桩

采地。！度

场并在的桩式

析应的水浅深

括存水喷锚

分般区防较按

包否透摆支

素行一地的若们

是强，或，层

因进内x坑我

及视x桩素，；单

响别地基

以重。喷因验锚、

影分场虑

砂的墙考旋的经喷墙

要下看

泥够挡应用要往。型桩

主以键

图，淤足式均采重以型强式;

，关、锚

面择起力时多根据类加臂

等式土喷

剖选状引重层水个根护或悬：

化形质料。、型况

置形须砂防是支型。

优护泥填择素锚强情

布面必遇间的通法

支淤孔因喷加种

钉行平、就，桩选用普、

进种，挖，的、型作几

土坑泥型的选墙

件何大非桩杆性墙强逆下

管基淤类应桩、

条用较而拌制挡加

锚、、护锚对式墙以

的采比，搅力。控者

8境土支可式锚桩有

同。都护的应撑个或

图环填种出力支式要

不素度支接预支是型

边的何列重层锚主

据因厚锚搭于内型、通般

周大是并单支

的和喷择，法

r根、较论互对选普：层一

§00ZH点性围型选述：，

应度度无相浅护率mm多

g要。定阐05杂

2护深况厚范强以式深应度支坡11：境

C型支点决布加排则深行：-m复

挖情且所的坑m〜05环

选坑要个分或，密藏否挖基进611较

开质散〈6=>边

护基择地一