北京地区基坑支护技术现状研究

罗文林，韩 煊，刘　炜

（北京市勘察设计研究院，北京 100038）

摘 要：随着北京城市建设向高空及地下发展，深基坑工程的规模、开挖面积、开挖深度愈来愈大，开挖支护技术的难度也愈来愈大。基坑工程事故时有发生，造成了巨大的负面影响和经济损失。本文在总结北京地区工程地质、水文地质条件以及基坑工程的一些主要特点的基础上，对所搜集的北京地区141个基坑工程实例进行分析，讨论、总结了一些常用的支护技术，从中可以看到北京地区基坑支护技术的概貌。

关键词：基坑工程；深开挖；支护结构；北京地区

中图分类号：TU94 文献标识码：A 文章编号：1000–4548(2006)S0–1534–04

作者简介：罗文林(1978–)，男，湖南常德人，工学硕士，主要从事岩土工程方面的设计与研究工作。

Studies on present status of retaining structures for deep excavation in Beijing

LUO Wen-lin, HAN Xuan, LIU Cheng-wei

(Beijing Geotechnical Institute, Beijing 100038, China)

Abstract: With the trend of quick development of the Beijing urban construction, more and more difficulties for the design and construction of the pit excavation and retaining structures have been encountered because the deeper and deeper foundation is used to utilize the underground space. A lot of cases of the foundation pit failures have been reported recently which cause not only enormous economic losses, but also negative influences. Based on a wide literature review including 141 case studies, the characteristics of the engineering geology and the main foundation pit excavations and support techniques in Beijing were summarized and discussed, from which the present technical and application status of the typical foundation pit excavation and supporting techniques in Beijing can be reflected.

Key words: foundation pit; deep excavation; retaining structure; Beijing area

0 概 述

随着我国高层建筑和城市地下空间利用的发展，促进了基坑工程设计和施工技术的创新与发展。各地根据当地的工程地质水文地质条件和当地的施工经验，发展了许多新的基坑支护方式，达到了预期支护效果。但是也有相当一部分基坑支护工程，特别是深大基坑由于设计或施工过程中的失误，导致了支护失效，造成了重大的经济损失，并延误了建设周期。据有关资料报道，近年来，深基坑工程事故时有发生，一般的发生率约占基坑工程数量的20%左右，有的城市甚至达30%左右，造成了重大的损失和严重后果[1]。

北京做为一个国际化的大都市，高层及地下建筑多，规模大，在这方面问题尤为突出。因此，如何保证基坑支护工程既安全可靠，又经济合理，也成为北京当前城市建设的一项重要问题。本文在总结北京地区工程地质、水文地质条件以及基坑工程的一些主要特点的基础上，对所搜集的北京地区141个基坑工程实例进行分析，讨论、总结了一些当地常用的支护技术，从中可以对北京地区基坑支护的设计与施工技术有一个概要的了解。

1 北京地区工程地质及水文地质概况

北京地区对工程建设影响最大的主要是第四纪地层。第四纪地层在平原区以洪积、冲积物为主，并有零星分布的湖沼堆积物和风积物[1]。沉积物厚度由西向东逐渐增大。西部的各大河流冲积扇顶部以厚层砂土和卵、砾石为主；向东于城区内大部分范围内地层过渡为粘性土、粉土与砂土、卵、砾石土互层；再向东则以厚层粘性土、粉土为主。北京城区因历史悠久，自然形成的地层结构受人为扰动比较大，城内有许多堙埋的河、湖、沟、坑分布，还有厚度分布不均的人工填土（炉灰，垃圾，房渣土等等），分布没有规律，土质不均匀，对工程影响比较大。

北京地区地下水的分布从山麓地带到平原区也具───────

收稿日期: 2006–04–14增刊罗文林，等. 北京地区基坑支护技术现状研究 1535

有不同的特征。由西向东含水层层数由少逐渐变多。西部一般为单水层，在东部发展到4～5层甚至更多；含水层岩性的粒度由西向东逐渐变细。西部以砂卵石，砾石层含水为主，东部则以砂土层含水为主；单个含水层厚度由西向东度逐渐变薄。西部一般30～40 m 左右，东部一般10～20 m。工程中常遇到的地下水主要有三层，即上层滞水、潜水和承压水。上层滞水埋藏于填土、粉土及粉质粘土层中，主要分布于东北部及南部。这层水主要受大气降水和管线渗水的影响；潜水埋藏于砂、砾、卵石层中，水位一般在自然地表以下15～35 m左右，一般2～3层；承压水亦埋藏于砂、砾、卵石层中，埋深多在35 m以下，有多层。

2 北京地区基坑工程的特点

北京地区作为首都，高层建筑越来越多，相对于软土地区而言，北京土层条件较好，有利于基坑工程施工。但是，随着北京中心城区建设密度的增加，加上地下水条件和周围环境的复杂作用，北京地区基坑工程事故也不在少数。总体来说，北京地区基坑工程具有以下特点：

(1) 基坑工程的规模、开挖面积、开挖深度愈来愈大。据统计，随着建筑高度不断增加以及对地下空间利用要求突出等因素，北京地区很多基坑的开挖深度都超过了20 m（表1，张在明，2005），国家大剧院工程基坑深度甚至达到34 m。

表1 CBD区部分在建工程基坑概况

Table 1 Some deep excavation projects in CBD area

(2) 地层条件较好。东部一般以填土和粘土为主，西部以填土和砂、砾、卵石层为主，中间夹有粘土层。土质条件相对较好，有利于基坑工程施工。

(3) 水文地质条件复杂。北京地区受多种因素的影响，地下水赋存条件复杂，水位变化较大。其中，北京城区地下管线众多，尤其是污水、上水和热力管线的漏水，往往形成上层滞水，对基坑的安全影响不容忽视。

(4) 基坑工程施工环境日趋严峻。目前，北京地区由于用地紧张，很多大深基坑都建在城市中心区。这些地区地下管线密集、周边建筑物拥挤，而且新建建筑的基础埋深往往深于已有建筑，因此为基坑工程的设计和施工水平提出了很高的要求。

3 北京地区常用基坑开挖支护技术

基坑开挖的主要形式分无支护开挖和有支护开挖两大类。无支护开挖即通常所说的直立开挖或放坡开挖。北京地区有支护开挖则主要包括悬臂桩支护、桩锚（钢桩或灌注桩加锚杆）支护、土钉墙支护、地下连续墙支护等几种主要形式。因此，本文主要总结灌注桩、钢桩、锚杆、土钉墙、地下连续墙等几种技术在北京的应用情况。

3.1 放坡开挖

北京土质条件较好，不少基坑垂直开挖深度达5～6 m。有些地区基坑放坡深度可达15 m。所以在场地条件允许的条件下，大都可以采用放坡开挖的形式。其它各种基坑支护形式，往往也和放坡开挖组合使用。但是随着城区建筑不断密集，采用直接放坡的形式越来越少见了。

3.2 钻孔灌注桩

钻孔灌注桩是直接在桩位上就地成孔，然后在孔内安放钢筋笼灌注混凝土而成。根据成孔工艺不同，分为螺旋钻孔灌注桩、人工挖孔灌注桩、泥浆护壁成孔的灌注桩等[2]。

灌注桩常与锚杆支护联合使用，形成桩锚支护形式。这种形式在北京地区应用十分广泛，支护效果好，是主要的支护形式之一。桩径一般为600～1000 mm。桩顶做帽梁。一般加1～2道锚杆，有的达4道锚杆。如北京白石桥商住楼，基坑开挖10.27 m，基坑南北长94 m，东西宽40 m。基坑东侧距民族大学3层楼图书馆4.5 m，西侧距万寿寺东路绿化带不足2 m，东北侧距舞蹈系教学楼6 m，施工现场狭窄。采用钻孔灌注桩加两道锚杆的支护方式。

钢管桩是焊接或无缝钢管。与其它类型的钢桩比较，钢管桩贯入能力、抗弯曲的刚度，单桩承载力和接长焊接等方面都有显著的优越性，但是钢管桩的造价较高。

钢桩适用于地下水位低的粘土、砂土地基。水位高或有上层滞水时，应降水，使水位低于坑底标高。钢桩与混凝土桩相比较价格高、抗腐蚀性能较差，须做表面防腐处理。在北京地区，早期使用钢桩比较多，如北京发展大厦基坑开挖深度11 m，采用H型钢桩和锚杆支护。京城大厦基坑开挖深度23.5 m，采用H型钢桩和锚杆支护，桩长27 m，间距1.1 m，三道锚杆。现在钢桩使用相对减少，且多采用微型钢管桩。

3.3 土层锚杆

工程名称基坑面积/m基坑深度/m 国贸三期 295×139 19.4～25.2 电视台新址 210×275 10.5～23.0 北京银泰中心 254×129 23.0

中环世贸中心 133×131 24.7

北京电视台新址 171×226 18.2

北京财富中心 244×119 15.8

光华世贸中心 143×191 25.6

世纪财富中心约100×100 23.0

建外SOHO 约200×114 12.5～16.11536 岩土工程学报 2006年

土层锚杆支护由于具有施工速度快、施工难度较小、造价较低以及具有开阔的基坑作业空间而有利于土方开挖及地下室施工等特点，已成为深基坑支护中普遍采用的支护技术。一般粘土、砂土地层皆可应用。

锚杆技术在北京应用十分广泛，它大多与灌注桩、钢桩、土钉、地下连续墙联合应用，形成组合支护，其中桩锚支护方式在北京基坑支护中占到了近61%。锚杆一般压力注浆较多，也有二次注浆的，锚筋从粗钢筋发展到钢铰线，从一层锚杆到四层锚杆。锚杆倾角一般不小于13°不大于45°，以15°～35°为宜。在北京地区临时土层锚杆的抗拔力实测安全系数根据工程经验按土质做如下取值建议[3]：

锚固段在粘土、粉质粘土中取K＝1.3～1.4，锚固段在砂及砂卵石中取K＝1.2～1.3。

3.4 土钉支护

士钉支护挡土技术由于经济、可靠且施工快速简便，已在我国得到迅速推广和应用，在北京地区的应用也非常广泛。目前已经成为继桩、墙、撑、锚支护之后又一项较为成熟的支护技术[4]。

土钉支护在北京地区的应用十分广泛，积累了大量的工程经验。早些年，土钉支护多用于10 m以内的基坑，比如20世纪90年代的国家体委办公楼、方庄11号楼，邮政枢纽等工程。近来土钉支护应用范围不断扩大，尤其适用于土质较好，地下水位较低的场地。有的土钉支护工程规模很大，如北京庄胜广场的深基坑深14.8～16.2 m，应用1万多m2，钉径φ28 mm，钉长10～15 m，按1.5 m×1.5 m布置。

在北京地区，土钉支护一般用于15 m以内的边坡，斜面坡为70°～90°。土钉长度一般为开挖深度的0.5～1.2倍，其间距以1～2 m为宜，土钉与水平面夹角一般在10°～20°之间。喷射混凝土面层厚度宜为80～150 mm，通常为100 mm。喷射混凝土强度等级不宜低于C15。土钉多用Ⅱ级以上螺纹钢，钢筋直径φ16～φ32 mm，钻孔直径φ70～φ150 mm。钢筋网采用Ｉ级钢筋φ6～φ10 mm，间距150～300 mm。注浆材料用水泥净浆，强度不低于20 MPa。

3.5 地下连续墙

地下连续墙结构刚度大，适用于多种土质情况，具有挡土、防渗、截水、承重等多种功能，还特别适合在建筑物密集的地区采用（国外已能在距离建筑物基础约20 cm处进行地下连续墙施工）[5-6]。所以地下连续墙作基坑支护结构，加以适当撑锚，能有效地防止由于基坑开挖对邻近建筑物和地下管线造成的影响。但是地下连续墙因其造价高、施工工艺复杂等诸多因素，在同等条件下不如其它支护方式经济、便利，所以在北京应用相对较少，一般用作大深度基坑的挡土墙、防渗墙。如中银大厦，基坑深度24.0 m，采用地下连续墙加锚杆支护。国家大剧院工程部分槽壁采用了地下连续墙支护。基坑一般深27.5 m，台仓部分基坑深达34 m，基底标高为-26.0 m，基坑处的地下连续墙共24 m，嵌固深度13.5 m。台仓部分的地下连续墙共8.2 m，嵌固深度4.7 m。

4 北京地区基坑支护技术调查

为了对北京地区基坑支护技术的概貌有一个全面的了解，搜集了相关的文献进行了分类总结和统计分析。主要结果总结于表2。

桩锚联合支护以及土钉墙支护方式是北京地区基坑支护的重要形式，应用十分广泛。

悬臂桩支护的挡土能力主要取决于桩的入土深度和桩身的强度，往往变形较大。虽可用双排、多排悬臂桩来增加其支护能力，但不经济，所以在北京地区的应用受到了一些。一般适合8 m以下深度基坑。

地下连续墙由于造价高、施工工艺复杂等不利因素，使其推广、应用得到了一定。但因其对地层条件适应能力强，适合各种深度的基坑开挖，挡土、防渗性好，还可以用作主体结构，在北京地区一般多用于大深基坑的支护。当然，根据不同的工程特点也还有很多其它的支护方法。比如采用的水泥土搅拌桩、高压旋喷桩既可以挡土也可以用来止水，场地土层条件好时可采用小坡度大开挖，同时用钢丝网水泥护坡等等。

本文所搜集的141个工程均来源于近年来正式发表的工程实例。受样本代表性的影响（例如常规的工法可能报道相对较少，早期的一些实例可能搜集较少等等），可能与北京的实际工程情况有一定出入。但也能在一定程度上说明了各种工法在北京的应用情况。另外，表中的统计数字均以工程实例中采用的主要支护方法为准，例如土钉墙一项中合并计入了各种组合土钉（一般为土钉＋预应力锚杆的形式），地下连续墙也计入了墙锚组合支护。

5 结 语

本文在文献调查基础上，总结了北京地区目前基坑工程领域主要支护形式的设计与施工技术现状，分析了目前几种主要支护技术在北京地区应用情况。

桩锚联合支护方式对施工场地条件、土层条件要求低，是北京地区基坑支护的重要形式，在所统计的工程中，应用超过半数。多用于粘性土、砂土，要求锚固段有较好土层。地下水位较低或有效降水。

士钉支护挡土技术由于经济、可靠且施工快速简增刊罗文林，等. 北京地区基坑支护技术现状研究 1537 表2 北京地区各主要基坑支护形式的应用情况

Table 2 The application of some typical foundation pit supporting techniques in Beijing

支护类型类别施工及场地条件土层条件

实例报道

最大深度

工程数

百分

比/%

悬臂桩钢桩、灌注

桩等

基坑周围不具备放坡条件或重力式挡墙的

宽度；邻近基坑边无重要建筑或地下管线。

一般粘性土、砂土，水位

较低或可有效降水。

<10 m 17 12 钢桩加锚

邻近基坑边无重要建筑或地下管线。邻近基

坑边无深基础建筑物。

<24 m 16 11

桩锚

灌注桩

加锚杆基坑周围施工宽度狭小；邻近基坑边有建筑

物或地下管线需要保护；邻近基坑边无深基

础建筑物。

粘性土、砂土，锚固段有

较好土层。水位较低或可

有效降水。<23 m 73 52

土钉墙包括复合

土钉（土钉

＋锚杆）

基坑周围不具备放坡条件；临近基坑边无重

要建筑物、深基础建筑物或地下管线。

一般粘土、中密以上砂土，

水位较低或可有效降水。

<17 m 46 33

地下连续墙包括地下

连续墙加

锚杆

基坑周围施工宽度狭小；邻近基坑边有建筑

物或地下管线需要保护。

不限<24 m 12 8

水泥土

搅拌桩

1

高压旋

喷桩

基坑周围不具备放坡条件，但具备挡墙的施

工条件；邻近基坑边无重要建筑或地下管

线。

软土、粉土，有粘性土能

形成隔水层。

<18

m

3 钢丝网

水泥护坡

基坑周围不具备放坡条件；邻近基坑边无重

要建筑或地下管线。

一般粘土、中密以上砂

土，水位较低。

<12 m 1

刚架护

坡桩

基坑周围施工宽度狭小；邻近基坑边有建筑

物或地下管线需要保护。

粘土、砂土。<14 m 1

其它

内支撑桩墙基坑周围施工场地狭窄或有相邻重要建筑

物，且基坑尺寸较大。

可塑以上粘性土。<19 m 3

6

便，在北京地区的应用十分广泛，多用于开挖深度小于15 m的基坑工程。多用于一般粘土、中密以上砂土，要求地下水位较低或有效降水。

随着对基坑安全、经济等方面因素要求的越来越高，单一类型的支护形式（例如悬臂桩）应用越来越少，取而代之的是利用各种支护形式优点的组合型支护技术。

致谢感谢北京市勘察设计研究院张在明院士在文本撰写过程中给予的帮助及建议。

参考文献：

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