小型復(fù)雜深基坑支護(hù)方案選擇

身份證號碼：450103197002060518

摘要：隨著建筑科技的進(jìn)步，各種機(jī)械與材料的普及，深基坑支護(hù)的方法也變得更多。如今支護(hù)結(jié)構(gòu)日臻完善，出現(xiàn)了許多新的支護(hù)結(jié)構(gòu)形式與穩(wěn)定邊坡的方法，選擇最適合該工程特點(diǎn)的支護(hù)方式成為廣大設(shè)計(jì)師和工程師們積極思考的問題。本文嘗試從某供水工程取水泵房基坑方案選擇過程為實(shí)例探討小型工程深基坑支護(hù)方案的選取應(yīng)注意的問題。

關(guān)鍵詞：小型深基坑支護(hù)；型鋼或拉森鋼板樁；鉆孔咬合灌注樁；地下連續(xù)墻；混凝土圍筒；礦山豎井施工方法施工；逆作法

一、工程和地質(zhì)概況

1.概況：

賓市遷江鎮(zhèn)工業(yè)園區(qū)供水工程位于來賓市興賓區(qū)遷江鎮(zhèn)橋鞏水電站上游約一公里處的西岸邊。工程所處地紅水河年正常水位為84.0米、最低水位為82.0米、最高水位為88.0米。建筑物為直徑13m的筒體結(jié)構(gòu)地下水池底標(biāo)高-11.3m；地上1層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。北側(cè)距離基坑邊5.8m為已建建筑物圍墻，南側(cè)距基坑邊7.2m為紅水河邊，其余部位為空曠平地，初步擬將周邊場地標(biāo)高開挖至-0.5m，河面寬廣且岸坡比較陡、河水深。原設(shè)計(jì)圖紙為放坡加土釘墻支護(hù)，基坑邊坡坡度為1：0.5，施工單位在按照原設(shè)計(jì)圖紙指定制定施工方案后進(jìn)行施工，發(fā)現(xiàn)地下水滲透嚴(yán)重，在還沒有來得及進(jìn)行掛網(wǎng)錨噴砼就已經(jīng)出現(xiàn)局部塌方的現(xiàn)象，不得不回填停止施工。重新制定基坑支護(hù)方案。

2.水文地質(zhì)情況：

據(jù)本工程場地所處的地貌單元和形成環(huán)境綜合分析：表層填為雜填土土（Qml）：灰色，深灰色，褐黃色。主要由粘性土、碎石塊，欠壓實(shí)，為新近人工填成。稍濕～濕，松散～稍密狀態(tài)。本層場地內(nèi)大部份地段有分布，揭露層厚0.60～1.20m。下部土層為硬塑狀粘土、

3.基坑支護(hù)設(shè)計(jì)情況：

原設(shè)計(jì)圖紙采用放坡加錨噴混凝土土釘墻的支護(hù)方案，放坡系數(shù)為1：0.5.

二、方案選型

基坑工程根據(jù)其施工、開挖方法可分為無支護(hù)開挖與有支護(hù)開挖方法。無支護(hù)放坡基坑開挖是在施工場地處于空曠環(huán)境的一種普遍常用的基坑開挖方法，一般包括以下內(nèi)容：降水工程、土方開挖、地基加固及土坡護(hù)面。有支護(hù)的基坑工程一般包括以下內(nèi)容：圍護(hù)結(jié)構(gòu)、支撐/錨桿體系、土方開挖（工藝及設(shè)施）、降水工程、地基加固、監(jiān)測、環(huán)境保護(hù)、安全風(fēng)險(xiǎn)管理。在基坑工程施工中，尤其需要注意基坑周圍環(huán)境保護(hù)和施工安全風(fēng)險(xiǎn)管理方面的問題。

1.總體方案選型

基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)通常由圍護(hù)墻、隔水帷幕、水平內(nèi)支撐系統(tǒng)（或錨桿系統(tǒng)）以及支撐的豎向支承系統(tǒng)組成。根據(jù)目前基坑方面的設(shè)計(jì)施工經(jīng)驗(yàn)和科研技水平，總體方案有順做法、逆作法、順逆結(jié)合法：

（1）順做法

順作法，是指先施工周邊圍護(hù)結(jié)構(gòu)，然后由上而下分層開挖，并依次設(shè)置水平支撐（或錨桿系統(tǒng)），開挖至坑底后，再由下而上施工主體地下結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)底板、豎向墻柱構(gòu)件及水平樓板構(gòu)件，并按一定的順序拆除水平支撐系統(tǒng)，進(jìn)而完成地下結(jié)構(gòu)施工的過程。當(dāng)不設(shè)支護(hù)結(jié)構(gòu)而直接采用放坡開挖時(shí)，則是先直接放坡開挖至坑底，然后自下而上依次施工地下結(jié)構(gòu)。

順作法是基坑工程的傳統(tǒng)開挖施工方法，施工工藝成熟，支護(hù)結(jié)構(gòu)體系與主體結(jié)構(gòu)相對獨(dú)立，相比逆作法，其設(shè)計(jì)、施工均比較便捷。對施工單位的管理和技術(shù)水平的要求相對較低。

（2）逆作法：

逆作法即先施工地下結(jié)構(gòu)的地面部分，然后按順序由上往下逐層開挖土方和施工地下結(jié)構(gòu)，直至底板結(jié)構(gòu)完成的施工方法。逆作法的圍護(hù)體一般都采用地下連續(xù)墻作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，地下連續(xù)墻同時(shí)作為地下室的外墻，即通常所說的“兩墻合一”。

采用逆作法地上和地下結(jié)構(gòu)同時(shí)施工，因此可縮短工程的總工期。逆作法采用支護(hù)結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)相結(jié)合，因此可以節(jié)省常規(guī)順作法中大量臨時(shí)支撐的設(shè)置和拆除，經(jīng)濟(jì)性好，且有利于降低能耗、節(jié)約資源

但是逆作法技術(shù)復(fù)雜，垂直構(gòu)件續(xù)接處理困難，接頭施工復(fù)雜。對施工技術(shù)要求高。采用逆作暗挖，作業(yè)環(huán)境差，結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量易受影響。

（3）順逆做結(jié)合做法

對于某些條件復(fù)雜或具有特別技術(shù)經(jīng)濟(jì)性要求的基坑工程，采用單純的順作法或逆作法都難以同時(shí)滿足經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、工期及環(huán)境保護(hù)等多方面的要求。在工程實(shí)踐中，有時(shí)為了同時(shí)滿足多方面的要求，采用了順作法與逆作法結(jié)合的方案，通過充分發(fā)揮順作法與逆作法的優(yōu)勢，取長補(bǔ)短，從而實(shí)現(xiàn)工程的建設(shè)目標(biāo)。

2支擋圍護(hù)結(jié)構(gòu)選型

深基坑工程一般采用板式支護(hù)體系。板式支護(hù)體系由圍護(hù)墻結(jié)構(gòu)、支撐與圍檁體系，以及防滲與止水結(jié)構(gòu)等組成。施工單位提出適合本工程基坑開挖深度的圍護(hù)結(jié)構(gòu)有型鋼或鋼板樁維護(hù)支擋、地下連續(xù)墻、鉆孔咬合灌注樁、

（1）型鋼或拉森鋼板樁

鋼板樁支護(hù)應(yīng)用于基坑深度超過五米的深基坑支護(hù)。它屬于一種連續(xù)支護(hù)。鋼板樁支護(hù)施工占用場地較小，型鋼可以回收利用，如工期不是很長，能在很大程度上節(jié)省工程造價(jià)。但鋼板樁應(yīng)用在超深基坑工程中，因其剛度小，基坑開挖產(chǎn)生的周圍地面沉降和位移較大，同時(shí)較大的變形而發(fā)生滲漏。特別地下水比較豐富時(shí)需要做特別的止水設(shè)施工程。造價(jià)會(huì)比較大。

（1）鉆孔咬合灌注樁

鉆孔咬合樁是指平面布置的排樁間相鄰樁相互咬合（樁圓周相嵌）而形成的鋼筋混凝土“樁墻”。鉆孔咬合樁與普通鉆孔支護(hù)排樁相比，大幅度提高了支護(hù)結(jié)構(gòu)的抗剪強(qiáng)度和安全性。鉆孔咬合樁具有良好的截水性能，不需普通鉆孔排樁的輔助截水及樁間擋土措施。

鉆孔咬合樁與地下連續(xù)墻功能基本相同，但是與地下連續(xù)墻相比，鉆孔咬合樁配筋率較低、抗?jié)B能力更強(qiáng)，施工靈活方便，更適合于施工一些平面多變的幾何圖形或呈各種弧形的基坑。鉆孔咬合樁采用全套管鉆機(jī)，無需泥漿護(hù)壁，節(jié)約了施工費(fèi)用，有利于文明施工。

（2）地下連續(xù)墻

地下連續(xù)墻即利用挖槽機(jī)械，借助于泥漿的護(hù)壁作用，在地下預(yù)先挖出窄而深的溝槽，然后在溝槽內(nèi)澆注鋼筋混凝土或其他適當(dāng)?shù)牟牧隙纬梢坏谰哂蟹罎B（水）、擋土和承重功能的連續(xù)的地下墻體。地下連續(xù)墻具有施工振動(dòng)小，墻體剛度大，整體性好，施工速度快，可省土石方，可用于密集建筑群中建造深基坑支護(hù)及進(jìn)行逆作法施工，可用于各種地質(zhì)條件下。在工程應(yīng)用中地下連續(xù)墻已被公認(rèn)為是深基坑工程中最佳的擋土結(jié)構(gòu)之一。但地下連續(xù)墻也存在棄土和廢泥漿處理、粉砂地層易引起槽壁坍塌及滲漏等問題。因而需采取相關(guān)的措施來保證連續(xù)墻施工的質(zhì)量。地下連續(xù)墻由于受到施工機(jī)械的限制，不能像灌注樁一樣對樁徑和剛度進(jìn)行靈活調(diào)整，受場地的影響較大，地下連續(xù)墻需要做配套的導(dǎo)墻和泥漿制作設(shè)備，工程消耗比較大，所以對地下連續(xù)墻的選用必須經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，確實(shí)認(rèn)為是經(jīng)濟(jì)合理時(shí)才可采用。如果經(jīng)過設(shè)計(jì)單位驗(yàn)證，用地下連續(xù)墻來替代水泵房地下部分的外墻體，可以節(jié)約一大筆投資費(fèi)用。

（3）礦山豎井施工法。

這種方案為礦山豎井規(guī)范推薦的自上而下逐層開挖土體逐層直接施工內(nèi)襯的方法。這種方案即利用逆作法施工混凝土護(hù)壁，類似大型人工挖孔樁。需考慮基坑結(jié)構(gòu)四周的土體有一定的強(qiáng)度，或通過注漿、土釘、凍結(jié)等方法加固后有一定的強(qiáng)度，土體自身能夠自立，承受開挖一定深度的土壓力，而不需要支護(hù)。但是這樣的基坑圍護(hù)是從上到下的一圈一圈的沒有豎向圍護(hù)壁圓型支護(hù)內(nèi)襯，從開挖開始需面對離散性較大的土體帶來的風(fēng)險(xiǎn)。用這種方案施工成的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)是一組平行于水平方向的結(jié)構(gòu)桿件，結(jié)構(gòu)體系缺少兩個(gè)方向的正交組合。施工過程中，同樣應(yīng)盡快形成結(jié)構(gòu)，或者采取控制開挖工作面，采取小段開挖，小段砌筑支護(hù)，以及圈與圈之間錯(cuò)開一定的平臺，讓土體有一定的坡度，減少邊坡土自重壓力，以有效控制土體變形。由于沒有有效的結(jié)構(gòu)支護(hù)，應(yīng)更加重視“時(shí)空效應(yīng)”的影響，開挖后內(nèi)襯施工形成的時(shí)間需控制在4一8h間。更由于本工程臨近河邊，中可能會(huì)出現(xiàn)的覆蓋層中地下水比較豐富，在開挖中出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，必須在止水和排水措施，迅速施工井壁內(nèi)襯，阻斷滲漏，但由于滲漏的存在，內(nèi)襯和土體壁面的結(jié)合可靠度會(huì)降低。

三、綜合對比選擇

下表對以上幾個(gè)方案做一個(gè)初步的對比分析

基坑支

護(hù)做法型鋼或鋼板樁支護(hù)地下連續(xù)墻支護(hù)鉆孔咬合灌注樁礦山豎井施工方法

主要施工

機(jī)械液壓錘打樁機(jī)、挖掘機(jī)、自卸汽車、槽鋼或拉森鋼板樁、起重機(jī)、鉆孔機(jī)、泥漿攪拌系統(tǒng)及循環(huán)系、成槽機(jī)、泥漿攪拌系統(tǒng)及循環(huán)系統(tǒng)、自卸汽車、起重機(jī)全套管鉆機(jī)、挖掘機(jī)、起重機(jī)普通鋼模板，小型挖掘機(jī)，卷揚(yáng)機(jī)

優(yōu)點(diǎn)鋼板樁圍堰具有施工進(jìn)度快、安全、占地空間小等優(yōu)點(diǎn)，對在水較深、淤泥或粉細(xì)砂等軟土地基施工較為有利。

施工具有低噪音、低震動(dòng)，墻體剛度大、整體性好，基坑開挖過程中安全性高，支護(hù)結(jié)構(gòu)變形較小，墻身具有良好的抗?jié)B能力，可作為地下室結(jié)構(gòu)的外墻。鉆孔咬合樁配筋率較低、抗?jié)B能力更強(qiáng)，施工靈活方便，適合本工程地形及主體需要。無需泥漿護(hù)壁，節(jié)約了施工費(fèi)用，有利于文明施工。施工難度小，支護(hù)防水性能強(qiáng)。圍筒混凝土護(hù)壁剛度大，對周圍已完成結(jié)構(gòu)影響很小。不用進(jìn)場大型施工機(jī)械設(shè)備。

經(jīng)濟(jì)造價(jià)指標(biāo)348萬元275萬元268萬元152萬元

主要材料及來源技術(shù)已經(jīng)很成熟，槽鋼或拉森鋼板樁，市場有現(xiàn)成的出租或出賣，市場成熟，有保證，一般混凝土攪拌設(shè)備，但是本地沒有，需要從外地租用。成槽機(jī)、泥漿攪拌，水下混凝土攪拌設(shè)備，本地沒有，外地租用本省應(yīng)用，不多，設(shè)備難租。普通人工挖孔樁的維護(hù)模板，一般的混凝土攪拌設(shè)備或用商品混凝土

投入勞動(dòng)力和工期指標(biāo)止水帷幕注20天，打鋼板樁30天，邊開挖基坑邊做水平支撐，15天。共65天。安裝系統(tǒng)，10天，導(dǎo)墻開挖和澆筑5天，地下連續(xù)墻施工30天，總共45天安裝系統(tǒng)，5天，導(dǎo)墻開挖和澆筑5天，地下連續(xù)墻施工30天，總共40天每一層施工步距10天，13層施工步距，共130天。

施工難點(diǎn)和不利因素需要機(jī)械多，拉森鋼板樁支護(hù)防水性一般，因需提前做止水系統(tǒng)，開口截面較小，對撐施工難度大，主體施工受水平支撐影響大，止水工程造價(jià)過大。止水帷幕注漿有可能引起環(huán)境問題。地下連續(xù)墻也存在棄土和廢泥漿處理、粉砂地層易引起槽壁坍塌及滲漏等問題，在本工程中場地有限，泥漿攪拌和循環(huán)系統(tǒng)需要場地大，毗鄰水庫，容易引發(fā)環(huán)境問題但地下連續(xù)墻也存在棄土和廢泥漿處理、粉砂地層易引起槽壁坍塌及滲漏等問題。

沒有有豎向圍護(hù)壁圓型支護(hù)內(nèi)襯，從開挖開始需面對離散性較大的土體帶來的風(fēng)險(xiǎn)，所以開挖工作面不大，施工進(jìn)度慢。缺少工程案例。

基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)形式對比分析表

四、結(jié)論語

本工程由于原設(shè)計(jì)圖紙中的土釘墻錨噴支護(hù)方案不具有實(shí)際的施工操作行，施工單位以往工作經(jīng)驗(yàn)，提供以上四種種基坑支護(hù)方案并進(jìn)行對比，并結(jié)合整個(gè)工程項(xiàng)目的進(jìn)度情況，提出更改設(shè)計(jì)，采用地下連續(xù)墻作為水泵房地下部分主體墻體，應(yīng)該是比較節(jié)約和快速的選擇，但是由于業(yè)主未能說服設(shè)計(jì)單位同時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)，且考慮到由于取水泵房在整個(gè)項(xiàng)目中為非關(guān)鍵施工項(xiàng)目，自由施工時(shí)間較長，業(yè)主最后業(yè)主最后采用了礦山豎井施工方法支護(hù)方案，根據(jù)廣西壯族自治區(qū)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳文件 桂建管【2011】8號文件第二條和在來賓市住建委行政審批項(xiàng)目審批操作規(guī)范中附件1-16，《建設(shè)工程質(zhì)量安全監(jiān)督登記操作規(guī)范》13、14點(diǎn)，交由有關(guān)設(shè)計(jì)、勘察單位做出詳細(xì)的邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)及指導(dǎo)施工的有關(guān)施工設(shè)計(jì)圖，并由審圖公司進(jìn)行審查，確認(rèn)無誤后進(jìn)行實(shí)施了改工程項(xiàng)目。

通過本工程實(shí)踐中的對比，在不影響生產(chǎn)線總體施工進(jìn)度的前提下，圓形小型基坑采取放坡卸載加混凝土圍筒支護(hù)也能作為一種可行的選擇。在某些沒有太多理論支持的實(shí)踐工程學(xué)，各單位不應(yīng)拘泥于形式，根據(jù)不同的施工環(huán)境、地質(zhì)條件、工程特點(diǎn)、施工要求，大膽借鑒其他行業(yè)的一些成功經(jīng)驗(yàn)做法，要勇于實(shí)踐和創(chuàng)新，在深基坑支護(hù)工程的科學(xué)領(lǐng)域?qū)ふ腋茖W(xué)的施工方案，為社會(huì)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]《基坑工程手冊》，中國建筑工業(yè)出版社，2009年

[2]《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120）

[3]《建筑基坑工程技術(shù)規(guī)范》（YB9258）

[4]《兩種圓形深基坑開挖方案施工過程分析》徐偉，孫昊

[5]《基坑支護(hù)圓環(huán)受力分析》盧偉煌