對深基坑支護(hù)方案選擇的分析

花春根 王章虎

隨著我國城市高速發(fā)展，城市用地越發(fā)緊張，建筑物之間距離越來越狹窄，高層或超高層建筑不斷涌現(xiàn)和地下空間的發(fā)展，導(dǎo)致基坑出現(xiàn)深、大和周圍環(huán)境復(fù)雜等特點(diǎn)，基坑深度由 6m，8m到目前的 30m以上。合理的選擇支護(hù)類型不但能確保安全，而且能節(jié)約成本和縮短工期。

1 常用支護(hù)類型

1.1 土釘墻支護(hù)

土釘墻支護(hù)是用于土體開挖和邊坡穩(wěn)定的一種新的擋土技術(shù)，由于經(jīng)濟(jì)、可靠且施工快速簡便，與其他樁墻支護(hù)相比，工期可縮短 50%以上，土釘支護(hù)費(fèi)用大概在 400元/m2～800元/m2，是其他樁墻造價(jià)的 1/3左右，已在我國得到迅速推廣。

土釘墻不足之處:這主要因?yàn)橥玲攭κ窍抻诘叵滤陨匣蚪?jīng)過人工降水后的土體，從施工角度來看作為土釘墻支護(hù)的土體必須具有一定臨時(shí)自穩(wěn)能力，以便給出時(shí)間進(jìn)行土釘墻的施工。

土釘墻適用范圍:一般適用于地下水位以上或經(jīng)人工降水后的人工填土、粘性土和弱結(jié)砂土的基坑支護(hù)或邊坡加固;土釘墻不宜用于含水豐富的粉細(xì)砂層、砂礫卵石層和淤泥質(zhì)土;當(dāng)基坑深度超過 12m或?qū)幼冃我髧?yán)格的時(shí)候不宜單獨(dú)采用。

1.2 鋼板樁支護(hù)

它由鋼板樁、錨拉桿(或內(nèi)支撐)組成，施工時(shí)將鋼板樁用打樁機(jī)打(壓)入地基，使其互相連接成鋼板樁墻對坑壁土體進(jìn)行支擋。鋼板樁強(qiáng)度高，防水性能好;造價(jià)相對較低，以 6m深基坑為例，鋼板樁 +2道型鋼內(nèi)支撐，綜合造價(jià)大概在 3 200元/延米 ～4 000元/延米;其施工快，能適用多種平面形狀和土質(zhì)，可以重復(fù)使用，因此常被采用。

不足之處:鋼板樁的施工可能會引起相鄰地基的變形和產(chǎn)生噪聲振動，對周圍環(huán)境影響較大，因此在人口密集、建筑密度很大的地區(qū)，其使用常常會受到限制。

鋼板樁使用范圍:鋼板樁一般適合安全等級為二級、三級，淤泥、淤泥質(zhì)土、飽和軟土及地下水位較高的深基坑支護(hù);鋼板樁本身柔性較大，如支撐或錨拉系統(tǒng)設(shè)置不當(dāng)，其變形會很大，所以當(dāng)基坑支護(hù)深度大于 7m時(shí)，不宜采用。

1.3 深層攪拌樁支護(hù)

深層攪拌支護(hù)是利用水泥作為固化劑，采用機(jī)械攪拌，將固化劑和軟土劑強(qiáng)制拌和，使固化劑和軟土之間產(chǎn)生一系列物理化學(xué)反應(yīng)而逐步硬化，形成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的水泥土樁墻，作為支護(hù)結(jié)構(gòu)。由于一般坑內(nèi)無支撐，便于機(jī)械化快速挖土;具有擋土、止水的雙重功能;一般情況下較經(jīng)濟(jì)，以 5m深基坑為例，采用懸臂式深層攪拌樁綜合造價(jià)大概在 5 000元/延米 ～6 000元/延米;施工中無振動、無噪聲、污染少、操作簡便、成樁工期較短、擠土輕微，因此在鬧市區(qū)內(nèi)施工更顯出優(yōu)越性。

深層攪拌支護(hù)不足之處:厚度大(約為 0.6h～0.8h，h為基坑深)，占用建筑紅線內(nèi)一定面積，墻身水平位移較大等。

深層攪拌樁適用范圍:適用于基坑安全等級為二、三級，建筑紅線允許，基坑周圍環(huán)境要求不高，開挖深度不大于 6m情況下。深層攪拌樁在軟土，地下水位較高的地區(qū)常和土釘墻支護(hù)、排樁支護(hù)等聯(lián)合使用，充當(dāng)止水帷幕作用。

1.4 排樁支護(hù)

排樁支護(hù)是指柱列式間隔布置鋼筋混凝土挖孔、鉆(沖)孔灌注樁作為主要擋土結(jié)構(gòu)的一種支護(hù)形式。這種支護(hù)特點(diǎn)是剛度大，抗彎強(qiáng)度高，變形小，適應(yīng)性強(qiáng)，對工作場地要求不高，振動小。

不足之處:造價(jià)較高，以 8m深基坑為例，采用排樁支護(hù) +一道內(nèi)支撐綜合造價(jià)在 9 800元/延米 ～10 000元/延米左右;止水能力較差且工期較長，當(dāng)?shù)叵滤惠^高時(shí)，使用排樁時(shí)要加止水帷幕。

適用范圍:大多數(shù)情況下，懸臂式柱列樁適用于二級和三級基坑，基坑深度不大于 7m;支錨式柱列樁適合于一、二級基坑工程，當(dāng)基坑深h=8m～14m、對周圍環(huán)境要求不十分嚴(yán)格時(shí)，多考慮采用支錨式排樁支護(hù)。當(dāng)排樁支護(hù)不能采用懸臂式，地質(zhì)條件允許情況下優(yōu)選樁錨式結(jié)構(gòu)，這種形式造價(jià)相對便宜，施工速度相對較快，但當(dāng)在有機(jī)質(zhì)土、液限大于 50%的粘性土層或相對密度小于 0.3的砂土，或?qū)χёo(hù)變形要求嚴(yán)格時(shí)，不宜采用錨桿支撐，應(yīng)采用排樁加內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)形式。

1.5 地下連續(xù)墻支護(hù)

地下連續(xù)墻就是指專用設(shè)備沿著深基礎(chǔ)或地下構(gòu)筑周邊采用泥漿護(hù)壁開挖出一條具有一定寬度與深度的溝槽，在槽內(nèi)設(shè)置鋼筋籠，采用導(dǎo)管法在泥漿中澆筑混凝土，筑成一單元墻段，依次順序施工，以某種接頭方法連接成的一道連續(xù)的地下鋼筋混凝土墻，以便基坑開挖時(shí)防滲、擋土，作為鄰近建筑物基礎(chǔ)的支護(hù)以及成為承受直接荷載的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的一部分。地下連續(xù)墻具有強(qiáng)度大，抗?jié)B性能好，施工時(shí)振動小，噪聲低，對周圍環(huán)境和臨近建筑物影響小，占地少，可以充分利用建筑紅線以內(nèi)有限的地面和空間，施工中無需放坡、支模且土方工程量小，基本上可以適用各種地質(zhì)條件等優(yōu)點(diǎn)，在大型基坑中已被廣泛采用，目前已使用在開挖深度超過 36m的深基坑工程中。

不足之處:地下連續(xù)墻造價(jià)高，以 12 m深基坑為例，采用地下連續(xù)墻綜合造價(jià)大概在 28 000元 /延米 ～36 000元/延米;施工較慢、施工工藝技術(shù)要求高;在城市施工時(shí)，廢泥漿的處理比較麻煩等缺點(diǎn)使地下連續(xù)墻使用受到限制。

適用范圍:一般情況下當(dāng)基坑開挖深度不小于 12m、地下水位較高、軟土地區(qū)、場地特別狹窄且環(huán)境要求非常高等情況下才考慮使用地下連續(xù)墻支護(hù)形式。

1.6 SMW工法

SMW工法亦稱勁性水泥土攪拌樁法，即在水泥土樁內(nèi)插入 H型鋼等(多數(shù)為 H型鋼，亦有插入拉森式鋼板樁、鋼管等)，將承受荷載與防滲擋水結(jié)合起來，使之成為同時(shí)具有受力與抗?jié)B兩種功能的支護(hù)結(jié)構(gòu)的圍護(hù)墻。SMW支護(hù)結(jié)構(gòu)的支護(hù)特點(diǎn)主要為:施工時(shí)對周圍環(huán)境影響小;結(jié)構(gòu)強(qiáng)度可靠，凡是適合應(yīng)用水泥土攪拌樁的場合都可使用，特別適合于以粘土和粉細(xì)砂為主的松軟地層;擋水防滲性能好，不必另設(shè)擋水帷幕;可以配合多道支撐應(yīng)用于較深的基坑;此工法在一定條件下可代替作為地下圍護(hù)的地下連續(xù)墻，在費(fèi)用上如果能夠采取一定施工措施成功回收 H型鋼等受拉材料，則大大低于地下連續(xù)墻，以 8m深基坑為例，采用 SWM工法綜合造價(jià)大概在 6 500元/延米 ～7 500元/延米;目前已使用在開挖深度超過 16m的深基坑工程中。

不足之處:經(jīng)驗(yàn)不足;SMW工法施工設(shè)備較為復(fù)雜，設(shè)備的運(yùn)輸有一定的限制;噪聲污染較嚴(yán)重，在對噪聲控制要求較高的地區(qū)使用受限制;SMW工法插入的H型鋼雖可回收利用，經(jīng)過多次插拔后鋼材性質(zhì)變脆，不能再投入使用。

適用范圍:水泥土攪拌樁能適用的范圍 SWM工法均能適用，一般基坑開挖深度在 8 m～15m情況下，地下水位較高、軟土地區(qū)考慮使用SMW工法較經(jīng)濟(jì)。

2 案例分析

2.1 工程概況和地質(zhì)條件

擬建基坑地下 3層，基坑呈矩形，平面尺寸約 185m×125m，基坑開挖深度為10.90m～13.18m，基坑周邊距用地紅線 1.9m～3.3m。場地地勢高差 2.28m。根據(jù)勘察報(bào)告，擬建場地 30m深度范圍內(nèi)土層共分為 5個(gè)土層:第①層素填土約為 0.3m～1.2m;第②層軟可塑～硬塑狀態(tài)粘土約為 0.3m～1.6m;第③層為流塑狀淤泥約為 7.3m～13.4m;第④層為軟塑狀粘土約為 1.9m～8.0m;第⑤層為軟可塑 ～硬塑狀粘土約為 9.1m～16.4m。該建筑場地地下水位埋藏較淺，在 0.40m～1.75m之間。

2.2 支護(hù)方案選擇

該工程地質(zhì)條件差，地下水位高，基坑開挖深等特點(diǎn)，初步選定鉆孔灌注樁加止水帷幕、地下連續(xù)墻和 SMW工法三種支護(hù)方案。下面通過表 1對這三種支護(hù)形式技術(shù)經(jīng)濟(jì)進(jìn)行比較。

表1 支護(hù)方案比較

通過比較，采用鉆孔灌注樁加止水帷幕方案，總造價(jià)為1 302萬元，總工期為 206 d;采用 SMW工法方案，總造價(jià)為1 178萬元，總工期為 62 d;采用地下連續(xù)墻支護(hù)方案，總造價(jià)為2 170萬元，總工期為 39 d。從技術(shù)、工期和造價(jià)方面綜合考慮采用 SMW工法方案。

在整個(gè)施工過程中基坑沒發(fā)現(xiàn)異常情況，圍護(hù)樁最大水平位移僅 13.5mm。距離基坑 5m處建筑物最大不均勻沉降僅 11.2mm。

3 結(jié)語

深基坑支護(hù)方案選擇要考慮到周圍環(huán)境、地質(zhì)條件、工期和造價(jià)等綜合指標(biāo)。在確保安全的條件下，合理的選擇支護(hù)類型不但能縮短工期，而且能節(jié)約成本。

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