1. 6. 2 止水挡土结构
⑴地下连续墙
地下连续墙是指在基坑四周浇筑的具有相当厚度(如800mm)的钢筋混凝土封闭的墙，它可以是建筑物基础外墙结构，也可以是基坑的临时维护墙。
1)工艺原理
①利用大型挖抓或钻孔机械开筑单元槽段到预定深度，开挖时用配置好的泥浆护壁，单元槽段一般长5～8m。
②开挖前必须先筑起基准作用、防表面泥土坍落的导墙；
③吊装钢筋笼进入单元槽；
④水下浇筑混凝土；
⑤拔出节点管，准备下一单元槽段施工。
地下连续墙的施工工艺过程如图1-46所示。
2)特点
①地下连续墙止水性好，能承受垂直荷载，刚度大，能承受土压力、水压力引起的水平荷载。由于它的这些特性，因此地下连续墙有挡土、抗渗和承重的性能，是深基坑支护的多功能结构。
②对相邻建筑物、构筑物影响甚小。测定记录表明，在离已有建筑物20cm处进行深基坑的施工，对建筑物并无影响。
③可以施工成任意形状，墙体深度易于控制，可浇筑刚度很大的墙体。
④使用机械设备较多，造价较高。
⑤泥浆配置要求高，需建泥浆回收、重复使用的系统。
⑥如将地下连续墙作为建筑基础结构墙体，则应评价双功能的经济性。
⑦可以与锚杆结合支护，也可以在基坑内作内支撑。
3)适用范围
①对土质的适应性强，基本适用于所有土质，特别在软土地质上更易施工；
②邻近其它建筑物的工程特别适宜用地下连续墙；
③施工时噪音及振动较低，适合于环境要求严格的地区施工。
⑵深层搅拌水泥土墙
深层搅拌水泥土墙是加固饱和软土的一种新方法，最早用于加固软土地基。近年来常用做防渗墙及浅基坑的挡土支护桩墙。其施工方法详见本书第二章。
1)深层搅拌水泥土机理
在地基深处将软土和水泥强制搅拌，利用水泥和软土之间所产生的一系列物理化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的桩或墙。
2)特点
①水泥用量小，为被加固土质量的7～15％；
②减少沉降量，提高边坡的稳定性；
③防止地下水渗透；
④节省费用。
３)适用范圈
①软土地区加固地基；
②可作为防渗墙，阻止地下水渗透；
③对桩侧或桩背后的软土加固，能增加侧向承载力。
４)深层搅拌水泥土防渗墙施工平面
在深基坑四周筑深层搅拌水泥土墙防渗，如图1-47所示，按有关规定仅用水泥土墙做基坑支护，其维护深度不得超过6m。一般较好的防渗厚度为3m左右。
⑶密排桩间加高压喷射水泥注浆桩或化学注浆桩
1)高压喷射水泥注浆桩的工艺原理
①利用钻机钻至预定深度后，以高压设备使浆液成为20MPa左右的高压流，从喷嘴中旋转喷射出来，冲击破坏土体。
②当能量大、速度快和呈脉动状的喷射流的动压超过土体结构的强度时，土粒便分离，一部分极细的土粒随浆液冒出水面，其余土粒在喷射流的冲击力、离心力和重力作用下，与浆液搅拌后起化合作用。
③浆液凝固后便形成旋转喷射的桩。
2)化学注浆材料
在地基加固中化学注浆材料分为：聚氨醋、丙烯酰胺类、硅酸盐(水玻璃)、水玻璃水泥浆等。密排桩间加化学注浆桩的化学注浆的主要材料是水玻璃水泥砂浆。根据试验，当水玻璃与水泥浆体积比为1∶1，而水泥浆的水灰比为0.5时，28d抗压强度为20N/mm2，相当于Ｃ30的强度。当水灰比为1时，28d强度约为10.2N/mm2，相当于C15的强度。
3)密排桩与高压喷射水泥注浆桩(或化学注浆桩)的布置
①密排桩可以紧密排列，也可中间离开50～100mm，其间筑高压喷射水泥桩，如图1-48所示。
②高压喷射桩的直径应以与密排桩的圆相切设计。高压喷射桩的目的是起止水作用，以不让水掺入基坑内为原则。
4)特点
①高压喷射水泥桩能止水防渗，减少支护桩承受的土压力；
②排桩与高压喷射水泥注浆桩组成防水帷幕，地下水不能渗入基坑，仅在坑内降水排水，不影响坑外相邻建筑物的沉降；
③有类似地下连续墙的功能，但施工设备简易，施工简单。
5)适用范围
①对砂类土、粘性土、黄土和淤泥土用高压喷射水泥注浆桩效果较好。
②对砾石直径过大、砾石含量过多及大量纤维质的腐植土，喷射注浆桩质量稍差，而采用化学注浆桩效果较好。
③对于地下水流速过大，喷射浆液无法在注浆管周围凝固；或土质对水泥有腐蚀作用时，
都不宜用高压喷射水泥注浆桩。
⑷钢板桩
钢板桩是一种较传统的基坑支护，上海地区用得较多。
1)工艺原理
①锤击打入带锁口的钢板桩，使之在基坑四周闭合，并保证水平、垂直和抗渗质量；
②钢板桩做成悬臂式、坑内支撑、上部拉锚等支护方式，在土方开挖和基础施工时抵抗板桩背后的水、土压力，达到基坑坑壁稳定；
③钢板桩的型式有U形、Z形及直腹形等，常用的U形咬口式(拉森式)结构。
2)施工方法
①钢板桩整修；
②安装围檩(单围、双围)导架
③打设钢板桩；
④使钢板桩轴线封闭合拢。
3)特点
①钢板桩一次性投资大。
②可以拔出重复使用，故平均费用较省。但如拔不出或不拔，则造成很大浪费。
③打桩时易于倾斜，要使全部钢板桩无误地封闭合拢，有些困难，但已有解决办法。
④钢板桩刚度较其它桩的刚度为小。
⑤锤击钢板桩有噪音、振动，扰民。
4)适用范围
①适于软土、淤泥质土及地下水多地区，易于施工；
②难于打入密砂及硬粘土中；
③钢板桩间啮合不好(必须保证啮合)就易渗水、涌砂。
1. 6. 3 支撑部分
⑴自立(悬臂)式支护
自立(悬臂)式基坑支护系指单纯借助挡土墙、灌注桩、钢板桩、H型钢桩等自身刚度及埋深来承受土压力、水压力及上部荷载以求得平衡与稳定，不需支撑、拉锚、锚杆等支护结构。
1)工作原理
①自立(悬臂)式支护的顶端没有支撑或锚杆，完全依靠支护结构，通过足够的入土深度，以板桩前的被动土压力来保持其稳定。
②悬臂桩的受力情况如图1-49所示：h为基坑挖深，t为桩插入深度；基坑上面荷载El、Ea，由插入坑底埋深Ep及Ep′平衡。
③根据受力机理，应准确计算桩的入土嵌固深度。
④悬臂桩应首先计算最大弯矩，其次进行桩的强度计算，如钢板桩强度，灌注桩、连续墙的配筋等。
⑤核算桩顶的变形。
2)施工方法
参照钢板桩、灌注桩、H型钢桩、地下连续墙等施工方法。灌注桩应做桩顶圈梁。
3)特点
①无须基坑内设支撑，也不要桩顶锚拉及使用锚杆；
②挖土方便、基坑四周支护完成即可挖土，但灌注桩(排桩或间隔桩)须等桩顶连接圈梁做完，方能挖土；
③悬臂部分不宜过长，否则要深铺。当基坑深时须采取支撑、锚拉、锚杆等措施。
4)适用范围
①各种土质皆可采用；
②一般适用于深度2～4m、坑壁土体稳定性要求不高的工程。
⑵锚拉式支护
锚拉式支护系在桩、墙顶部向桩后一定距离拉锚梁或锚桩，以确保基坑支护安全。
1)锚拉式支护
①锚梁、桩的位置如图1-50所示，锚梁或桩必须在土的滑移面以后。滑移面应从土压力零点起，作45°＋φ/2线，即ob。过去有按桩与坑底交点d点计算，也有按桩脚处，作45°＋φ/2线为滑移面。土压力零点为滑移点较为合理。
②锚梁或锚桩间的最小间距，需保证支护桩、墙与锚梁或桩间的土体稳定。
③最小间距及锚桩长度应通过计算确定。
２)特点
①锚梁或桩需有拉锚的场地；
②须做锚梁(挖沟埋设)，且须打一定深的锚桩；
③要有一定间距的拉结钢筋、钢索，必须锚紧，否则位移大；
④造价较便宜，无锚杆机时施工较便利；
⑤可做比自立式(悬臂桩)支护深的基坑支护。
３)适用范围
①各种土质皆可使用；
②必须有较宽可拉锚的场地。
⑶土层锚杆
土层锚杆是一种新型受拉杆件，它的一端与工程挡土桩、墙连接，另一端锚固在地基的土层中，以承受结构物或挡土桩、墙承受的侧压力。它利用了地层的锚固力维持桩、墙的稳定。
1)工作原理
锚杆支护如图1-51所示。
①挡土桩、墙受土压力、水压力及上部荷载作用后产生侧压力，该力通过锚杆将拉力传到土层；
②锚固段钢筋与水泥浆通过握裹力产生水泥与钢筋间的剪力，将拉力传给锚固段；
③由锚固段与土层的抗剪强度产生锚杆的抗拔力，抗拔力的安全度大于桩墙侧压力所产生的锚杆轴向力，支护结构就会稳定安全。
2)施工方法
①挖土到锚杆水平位置下50cm；
②用锚杆钻机钻孔，按需要倾角及深度，完成钻孔；
③拔出钻杆，插入钢筋或钢绞线；
④向孔内灌注水泥浆，当压至浆从孔中冒出即可；
⑤安装垫板螺帽或锚头(钢绞线)；
⑥水泥浆强度达75%时，即可拧紧螺帽或进行预应力张拉并锁住锚头。
3)特点
①使用锚杆拉结比坑内支撑便于挖土；
②锚杆需要一定深度，要有一定抗拔力；
③使用预应力锚杆时挡土桩、墙的位移较小；
④对压力水土层及卵砾石层，应用有高压射水钻杆及钻石钻杆的钻机；
⑤锚固段的长度应由计算并加安全度确定；
⑥相邻锚杆张拉有不容忽视的应力损失时，应再张拉调整；
⑦锚杆实际抗拔力应做试验后确定。
4)适用范围
①一般粘土、砂土地区抗拔力低皆可应用，软土、淤泥质土地区要试验后应用；
②地下水压力较大时应用高压射水钻杆钻成孔，并应采取必要措施，防止涌水涌砂；
③采用桩顶圈梁作锚杆腰梁，有利于降低工程成本；
④对灌注桩、H型钢桩、地下连续墙等挡土结构，都可应用锚杆拉结支护。
⑷钢管、型钢水平支撑
挡土板、桩、墙因基坑开挖较深，不能自立而设置水平支撑如图1-52所示。水平支撑可以用钢管、工字钢及各种型钢组成。
1)支撑工作要点
①所有各道支撑皆须通过计算确定钢结构杆件的尺寸。
②多层支撑板桩墙，按每层支撑受力后，不因下阶段支撑设置及开挖而改变数值的原理进行计算。如：第一层支撑阶段，支撑于顶部，计算与拉锚相同，其承载能力应满足挖土及第二层支撑安装的需要。第二层支撑阶段，其承载能力应满足第二次挖土及第三层支撑安装的需要。
③支撑结构由水平撑、横撑、八字撑、水平角撑及中间桩等组成。中间桩的间距为6m左右，可用U形螺栓连接。
④多层支撑板桩墙支撑的拆除，需从下往上逐层拆除。拆除时也需逐层验算支护结构。
2)特点
①钢管、型钢水平支撑是应用较多的构件；
②钢管及型钢用量较多,如能做成工具式支架，则可节省钢材；
③一次投资费用较多；
④开挖土方较不方便；
⑤架设支撑施工简便。
2)适用范围
① 软土、淤泥质土、粘土地区皆适用；
② 对钢板桩、地下墙在软土、淤泥质土地区配合应用较多；
③ 与斜撑配合应用效果好。
⑸斜撑
开挖较大、较深的基坑，板桩刚度不够，又不允许设置过多支撑时，可等支护结构完成后，在护坡桩内侧放坡开挖中央部分土方至坑底，先浇筑好中央部分基础，再从这个基础向支护结构上方支斜撑，如图1-53所示。然后把放坡的土方逐层挖除运出，直至设计深度。最后浇筑靠近支护结构部分的建筑物基础和地下结构，逐步取代斜撑，这种施工方法通常称为中心筑岛开挖法。
1)工作原理
①按安全坡度先开挖基础坑中部，并将部分基础做好。
②开挖预留坡面的土方，挖出第一斜撑面后加斜撑，一端支在基础上，另一端支在板桩墙上。
③继续挖土到第二斜撑面，支第二道斜撑。
④最后挖土到预定标高，接着做基础。
2)特点
①必须采用中心筑岛开挖法；
②支撑材料较少，施工简便；
③有地下构筑物时最适宜，否则可用工程基础，如桩底板垫层等，但须分段施工；
④充分利用预留坡面土的作用，节省支撑材料。
3)适用范罔
①施工方法要用中心筑岛开挖法；
②可以与水平支撑方法合用，使用灵活方便。
⑹环梁支撑法
环梁支护结构最早应用于天津市，这类支撑形式现已成体系，由外接圆环梁发展到内接圆、交叉圆环梁、椭圆环梁和平面格构式环梁等多种形式。如图1-54所示为天津电业局宿舍工程，地下二层深6.4m的外接式环梁支护示意；海口市港澳发展大厦，地上27层，地下3层，基坑深15.3m，地下室平面39.2m×81.9m(约1∶2矩形)，周边高楼林立，采用地下连续墙及内接双圆环梁支护，如图1-55所示。
1)受力机理
环梁支护是将基坑支护桩上设置一道或几道环梁，把土压力传到圆形环梁上，使受弯拉力转化为压力，以发挥混凝土受压强度高的特性。
2)特点
①由于环梁支撑，增加了基坑的稳定，减少侧移；
②解决了软土地区土层抗剪强度低，不宜用锚杆的问题；
③为土方及基础施工提供较大空间，解决了支撑体系中不利于机械化施工的问题，大大提高了机械挖土效率，加速了土方施工进度，但拆除自重较大的环梁时也存在施工困难。
