基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)比分析

■孫 靜 ■中鐵十四局集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250014

近年來(lái)隨著城市化發(fā)展的加快，地下交通工程建設(shè)蓬勃發(fā)展，全國(guó)各地大、中城市都在發(fā)展地下交通，以城市地鐵、快速地下通道等為主的深基坑明挖法施工被廣泛采用，技術(shù)日趨成熟。對(duì)于明挖法施工，施工風(fēng)險(xiǎn)主要集中在土建施工的基坑開挖階段，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定是能否順利開挖的關(guān)鍵因素之一。

1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)概述

基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式多樣，常見的有地下連續(xù)墻+旋噴樁、鉆孔灌注樁+止水帷幕、SMW工法樁、鉆孔咬合樁、鋼板樁等。為確保施工過(guò)程的安全性和經(jīng)濟(jì)性，在實(shí)際工程中應(yīng)根據(jù)基坑深度、水文地質(zhì)情況、周邊環(huán)境及工程投資情況，合理采用不同的圍護(hù)形式。

2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)工藝及優(yōu)缺點(diǎn)分析

2.1 地下連續(xù)墻

2.1.1 施工工藝

地下連續(xù)墻施工采用液壓抓斗成槽(常用的有寶峨GB34、GB46型，金泰40、50、60型，利勃海爾等)，鋼筋籠現(xiàn)場(chǎng)整體式加工成形、履帶式起重機(jī)吊裝入槽，最后進(jìn)行水下混凝土灌注。

2.1.2 工藝分析

(1)優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)整體受力好，剛度大，適用于深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)［1］;通過(guò)鎖口管或H型鋼，容易進(jìn)行分段施工，施工進(jìn)度快;地連墻接頭止水效果好，尤其采用H型鋼或十字鋼板接頭;基坑開挖后，坑壁表面平整，易于防水層施工。(2)缺點(diǎn):工程造價(jià)高，機(jī)械設(shè)備多，且為大型配套設(shè)備，設(shè)備性能要求高，場(chǎng)地要開闊;鋼筋籠焊接質(zhì)量、泥漿質(zhì)量要求高，H型鋼防繞流控制難;異形槽段易塌方，局部滲漏水;遭遇地下障礙物處理困難;超深地連墻H型鋼背后的接頭箱起拔有風(fēng)險(xiǎn);現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員、管理人員、操作人員水平要高。

2.2 鉆孔樁+止水帷幕

2.2.1 鉆孔樁施工工藝

鉆孔灌注樁+止水帷幕是內(nèi)側(cè)一排或兩排鉆孔樁(樁間距一般20cm)和外側(cè)連續(xù)三軸攪拌樁(樁間咬合25cm)做止水帷幕的方法［2］。

2.2.2 鉆孔樁工藝分析

(1)優(yōu)點(diǎn):①鉆孔樁工藝較為簡(jiǎn)單，方便操作;②工程造價(jià)稍低;③機(jī)械設(shè)備易滿足施工需要;④鉆孔樁相對(duì)來(lái)說(shuō)剛度較大，且不同地層均適用。(2)缺點(diǎn):①要求地質(zhì)條件相對(duì)較好，不適用于雜填土層，易造成擴(kuò)孔、混凝土超方;②樁基定位要求高、樁身垂直度較難控制;③施工雖然簡(jiǎn)單，但樁的數(shù)量較多，施工頻繁，對(duì)施工人員責(zé)任心是一個(gè)考驗(yàn);④鉆孔樁外側(cè)一般需進(jìn)行攪拌樁止水，由于“鉆孔樁遇雜填土地層易擴(kuò)孔”的不確定性，攪拌樁后施工時(shí)定位較困難，因此要求攪拌樁先行施工，但攪拌樁由于工藝原因，對(duì)場(chǎng)地破壞嚴(yán)重，不利于鉆孔樁施工，兩者相互關(guān)系對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工組織要求高。⑤基坑開挖后，鉆孔樁表面需進(jìn)行樁間噴射混凝土處理，方能進(jìn)行防水層施工。

2.3 鉆孔樁+止水帷幕

2.3.1 止水帷幕工藝

鉆孔樁外側(cè)配套的止水帷幕一般采用攪拌樁止水，以三軸攪拌樁為例，其工藝如下:三軸攪拌樁是采用三軸攪拌機(jī)向設(shè)計(jì)深度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)掘進(jìn)，同時(shí)在灰漿系統(tǒng)及高壓風(fēng)系統(tǒng)作用下，在鉆頭噴射出水泥漿液，鉆頭及螺旋鉆桿將水泥漿與原位土體反復(fù)攪拌，在各樁之間采取咬合方式施工，在套打一孔的施工工藝下，止水效果及接頭連接性大大提高。

2.3.2 三軸攪拌樁工藝分析

(1)優(yōu)點(diǎn):①三軸攪拌樁費(fèi)用低;②機(jī)械施工效率高，對(duì)于施工工期要求緊的工程，此法施工特別有效;(2)缺點(diǎn):①施工機(jī)械設(shè)備比較大，現(xiàn)場(chǎng)組裝及施工需要提供很大的施工場(chǎng)地，且組裝時(shí)間較長(zhǎng);②雖然施工前開挖溝槽，避免了泥漿的溢出，但隨著深度的增加置換出的泥漿會(huì)逐漸增多，置換出的泥漿在短時(shí)間內(nèi)無(wú)法固結(jié)致使無(wú)法及時(shí)運(yùn)到指定的棄土場(chǎng)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)文明施工造成一定的影響。

2.4 鉆孔咬合樁

2.4.1 鉆孔咬合樁工藝

鉆孔咬合樁是采用機(jī)械鉆機(jī)鉆孔施工，樁與樁之間相互咬合的一種基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)［3］。施工主要采用“套管鉆機(jī)+超緩凝型混凝土”方案，裝的排列方式為一根素混凝土樁(B樁)和一根鋼筋混凝土樁(A樁)間隔。如圖1所示，先施工B樁，后施工A樁，B樁混凝土采用超緩凝混凝土，要求在B樁混凝土初凝之前完成A樁的施工，A樁施工時(shí)，利用套管鉆機(jī)的切割能力切割掉相鄰B樁相交部分的混凝土，實(shí)現(xiàn)咬合。

圖1 咬合樁施工平面示意圖

2.4.2 咬合樁工藝分析

(1)優(yōu)點(diǎn):①機(jī)械設(shè)備噪音低、無(wú)震動(dòng)、無(wú)泥漿污染近似于干法取土，對(duì)周圍環(huán)境影響小。②對(duì)沉降及變形容易控制，由于有鋼套管的保護(hù)能靠近臨時(shí)建筑物、地下管線施工。③在套管的保護(hù)下，人員可下到孔底清除障礙物。全套管的跟管鉆進(jìn)，能順利穿越飽和含水地層，有效的防止了孔內(nèi)流沙、涌泥，并可進(jìn)行嵌巖，施工較為安全、快捷，對(duì)樁身質(zhì)量能較好的控制，保證了樁承載力。④第二序次施工的樁在已有的第一序次兩樁間實(shí)施切割咬合，全套管的護(hù)孔方式保證了樁間緊密咬合，形成良好的整體連續(xù)結(jié)構(gòu)。⑤不需要再施工止水帷幕，同鉆孔圍護(hù)樁相比，采用咬合樁圍護(hù)在造價(jià)上有一定優(yōu)勢(shì)。(2)缺點(diǎn):①咬合樁的樁徑受限制，需配置多種直徑的套管。②無(wú)水挖掘時(shí)需要注意防止缺氧、有害氣體等發(fā)生。③灌注混凝土后，提升套管時(shí)有時(shí)會(huì)發(fā)生鋼筋籠上升的事故。④樁身垂直度控制難。

2.5 SMW工法樁

2.5.1 SMW工法樁工藝

SMW工法樁類似于三軸攪拌樁，是在三軸攪拌樁的基礎(chǔ)上，在水泥土混合體未凝固之前插入型鋼作為強(qiáng)度補(bǔ)強(qiáng)材料，至水泥結(jié)硬，形成一道有一定強(qiáng)度和剛度的、連續(xù)完整的、無(wú)接縫的地下墻體，用作基坑擋土和側(cè)向防水結(jié)構(gòu)，當(dāng)其圍護(hù)功能完成后，型鋼可以拔出重復(fù)利用［4］。

2.5.2 工藝分析

(1)優(yōu)點(diǎn):①造價(jià)低，用過(guò)的型鋼能回收。②成樁止水效果好。③施工進(jìn)度快。④低震動(dòng)、低噪音。(2)缺點(diǎn):①機(jī)械用電量大。②遇粉細(xì)砂層鉆進(jìn)困難。③與地連墻、鉆孔樁相比，剛度較低。④置換出的泥漿短時(shí)間內(nèi)無(wú)法固結(jié)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)文明施工有一定影響。⑤鉆進(jìn)遇到障礙物處理困難。⑥樁間防水處理相對(duì)較為復(fù)雜。⑦大型設(shè)備對(duì)場(chǎng)地要求高。

2.6 鋼板樁

2.6.1 鋼板樁工藝

鋼板樁采用型鋼導(dǎo)向架定位，液壓震動(dòng)錘錘擊。

2.6.2 工藝分析

(1)優(yōu)點(diǎn):①施工快捷、環(huán)保、可循環(huán)利用。②對(duì)施工環(huán)境影響較小。③鋼板樁可循環(huán)利用，故施工造價(jià)相對(duì)較低。(2)缺點(diǎn):①鋼板樁承擔(dān)側(cè)向水土壓力，其承載能力受材料強(qiáng)度的限制。②完全依靠鋼板樁的入土深度保持擋墻的穩(wěn)定，一般用于不大于5m的基坑工程［5］。③鋼板樁遇到障礙物處理困難。

2.7 高壓旋噴樁

2.7.1 高壓旋噴樁工藝(三重管)

三重管法高壓旋噴是一種水、氣噴射、漿液灌注攪拌混合噴射的方法［6］。即用三個(gè)噴射管使高壓水和空氣同時(shí)橫向噴射，并切割地基土體，借空氣的上升力把被破碎的土由地表排除;與此同時(shí)，另一個(gè)噴嘴將水泥漿噴射注入到被切割、攪拌的地基中，使水泥漿與土混合達(dá)到加固目的，其加固直徑可達(dá)600～2000mm。

2.7.2 工藝分析

(1)優(yōu)點(diǎn):①工程造價(jià)相對(duì)較低。②適用于多種地層。(2)缺點(diǎn):①置換出的泥漿由于無(wú)法及時(shí)運(yùn)走，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)文明施工影響較大。②深度較深時(shí)，成樁的樁徑難以保證，如用作地連墻接縫止水，止水效果難以保證。③遇到障礙物處理困難。④由于其工藝原理，提升速度較慢，工效低。

3 結(jié)論

圍護(hù)結(jié)構(gòu)的多樣化解決了不同深度、地質(zhì)條件下的基坑采取何種經(jīng)濟(jì)、有效的支護(hù)形式，尤其解決了在城市施工中“場(chǎng)地有限、管線較多、文明施工要求高”等難題。通過(guò)多種圍護(hù)形式從基坑深度、地層適用性、場(chǎng)地要求、工前準(zhǔn)備、施工速度、文明施工、工程造價(jià)、技術(shù)要求等方面進(jìn)行詳細(xì)分析比較，我們可以根據(jù)工程的實(shí)際情況選擇加快施工進(jìn)度、確保結(jié)構(gòu)安全、降低工程造價(jià)、創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益的圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式，為方便施工組織，指導(dǎo)設(shè)計(jì)變更，提供一點(diǎn)有意義的借鑒。

綜上所述，不同的圍護(hù)方式各自使用的工程情況也不相同。在實(shí)際工程中，工程人員必須綜合考慮工程的安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等多方面條件，合理選用合適的維護(hù)方式。

［1］吳祥祖，朱小龍，王慧康.地下連續(xù)墻施工中常見問(wèn)題及控制措施［J］，施工技術(shù)，2005，34(6)，51 －53.

［2］喬為國(guó)，伊學(xué)智.鉆孔樁施工技術(shù)問(wèn)題探討及處理措施［J］，中國(guó)科技信息，2007，18，35 －37.

［3］張?jiān)毫?，張水賓，朱曉莉.鉆孔咬合樁施工技術(shù)分析［J］，城市道橋與防洪，2009，9，101 －103.

［4］張立柱.SMW工法樁施工［J］，工程施工技術(shù)，工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2010，5，140 －143.

［5］鄧肇新.鋼板樁施工工藝與工程實(shí)踐［J］，廣東土木與建筑，2007，1，29－31.

［6］韓東，趙雪，丁潤(rùn)華.高壓旋噴樁施工工藝［J］，建設(shè)管理，2014，33(4)，80－81.