謅議建筑深基坑工程支護體系的技術與其經濟性

王　靜

【摘 要】由于不同的深基坑支護體系涉及到不同的施工技術方法,其經濟性也各不相同,故本文作者對目前國內常用的幾種深基坑支護體系技術經濟方面的特點進行了探討,并對其進行了對比分析。希望能有一定的借鑒價值。

【關鍵詞】施工技術、建筑深基坑、技術經濟性、支護體系

隨著國民經濟快速增長和建筑業的不斷發展,高層建筑如雨后春筍般紛紛涌現,如躋身于世界頂級摩天大廈之列的上海金茂大廈、深圳地王大廈、廣州中信大廈。這些大廈的高度均已經超過300米,而其基坑深度也已逐漸由6m、8m、10m發展至20m以上。建筑物高度越高,其埋置深度也就越深,對基坑工程支護的要求也越來越高。這些工程的實施,促進了建筑科學技術的進步和施工技術、施工機械和建筑材料的更新與發展,其投資也隨之不斷增長。如何在現有施工條件下,選擇一個既經濟又安全的支護體系,是高層建筑深基坑工程施工中需要解決的一個問題。

1 、深基坑工程支護類型

1.1、擋土支護系統。常用的有鋼板樁、鋼筋混凝土板樁、深層水泥攪拌樁、鉆孔灌注樁、地下連續墻、土層錨桿與土釘墻。其功能是形成支護排樁或支護擋土墻阻擋坑外土壓力。

1.2、擋水支護系統。常用的有深層水泥攪拌樁、旋噴樁、壓密注漿、地下連續墻、鎖口鋼板樁。其功能是阻擋抗外滲水。

1.3、支撐支護系統。常用的有鋼管與型鋼內支撐、鋼筋混凝土內支撐、鋼與鋼筋混凝土組合支撐。其功能是支承圍護結構側力與限制圍護結構位移。

2 、施工技術比較

2.1、鋼板樁支護。鋼板樁由于施工簡單而應用較廣。但是鋼板樁的施工可能會引起相鄰地基的變形和產生噪聲振動,隔水性能差,周圍建筑物及地下管線會引起較大的沉降和位移,對周邊環境影響很大,因此在人口密集、建筑密度很大的地區,其使用常常會受到限制。而且鋼板樁本身柔性較大,如支撐或錨拉系統設置不當,其變形會很大,所以當基坑支護深度大于7m時,不宜采用。同時由于鋼板樁在地下室施工結束后需要拔出,因此應考慮拔出時對周圍地基土和地表土的影響。

2.2、深層攪拌樁支護。作為支護結構,水泥土深層攪拌樁適用于淤泥、淤泥質土、粘土、粉質粘土、粉土、素填土等土層,基坑開挖深度不宜大于6m。對有機質土、泥炭質土,宜通過試驗確定。我國目前多采用格柵形式,即重力壩式擋墻。

2.3、排樁支護。一般來說,當基坑深h=8m-14m,周圍環境要求不十分嚴格時,多考慮采用排樁支護。柱列式灌注樁的工作比較可靠,但要重視帽梁的整體拉結作用,在基坑邊角處,帽梁應連續交圈。當周圍環境保護要求嚴格時,為減少排樁的變形,在軟土地區有時對基坑底沿灌注樁周邊或部分區域,用水泥攪拌樁或注漿進行被動區加固,以提高被動區的抗力,減少支護結構變形。

2.4、地下連續墻。地下連續墻適用于地下水位以下的軟粘土和砂土等多種地層條件和復雜的施工環境,尤其是基坑底面以下有深層軟土需將墻體插入很深的情況,因此在國內外的地下工程中得到廣泛的應用。并且隨著技術的發展和施工方法及機械的改進,地下連續墻發展到既是基坑施工時的擋土圍護結構,又是擬建主體結構的側墻,如支撐得當,且配合正確的施工方法和措施,可較好地控制軟土地層的變形。

2.5、土釘支護。土釘支護由于經濟、可靠且施工快速簡便,已在我國得到迅速推廣和應用。土釘墻適用于二、三級基坑、非軟土場地、基坑深度不宜大于12m。土釘是用來加固現場原位土體的細長桿件,由于隨挖隨支,能有效地保持土體強度,減少土體的擾動。

2.6、錨桿支護。我國的錨桿支護最早用于地鐵工程,20世紀80年代初開始用于高層建筑深基坑支護。在天然土層中,錨固方法以鉆孔灌漿為主,一般稱為灌漿錨桿。除了以上六種常用支護形式外,另外還有拱圈支護和逆作法支護等。一般來說,水泥土攪拌樁和土釘墻是我國目前的基坑深度在5m以內,后者乃至10m以內首選的支護形式,土層條件好時,15m左右基坑亦經常使用。對于5-10m深軟土基坑,常采用鉆(沖、挖)孔樁、沉管灌注樁或鋼筋砼預制樁等,并可作各種布置,如需防滲止水時,則輔之以水泥土攪拌樁、化學灌漿或高壓注漿形成止水帷幕,有時亦用鋼板樁或H型鋼樁。當基坑深度大于10m時,可考慮采用地下連續墻,或SMW工法連續墻,并根據需要設置支撐或錨桿。

3 、經濟性分析

不同的地質條件和基坑深度應選擇相應的經濟合理的支護結構體系。第一,鋼板樁支護是造價最低的。在一些簡單的工程中常常采用,如一些小型的頂管工程,橋梁工程等,但因噪聲大、易變形、防水性不強等特點,已逐步被支護方式所替代。第二,深層水泥土攪拌樁這種支擋結構不透水,不設支撐,使基坑能在敞開的條件下開挖,而使用的材料僅水泥而已,因此具有較好的經濟效益。第三,土釘墻支護施工速度快、用料省、造價低,與其他樁墻支護相比,工期可縮短50%以上,節約造價60%左右;而且土釘支護可以緊貼已有建筑物施工,從而省出樁體或墻體所占用的地面。第四,排樁支護中的灌注樁施工簡便,可用機械鉆(沖)孔或人工挖孔,施工中不需要大型機械,且無打入樁的噪聲、振動和擠壓周圍土體帶來的危害,成本較地下連續墻低。同時,灌注樁圍護結構在建筑主體結構外墻設計時也可視為外墻中的一部分參與受力(承受側壓),這時在樁與主體之間通常不設拉結筋,并用防水層隔開,相對來說也可以節省一些造價。第五,地下連續墻的優越性早已為世界公認。在大深度基坑和復雜的工程環境下非它莫屬。唯其造價較高,需綜合考慮。SMW工法連續墻在近年應用以來,普遍認為其性能良好,造價適宜。但我國尚缺乏自制的能用于大深度施工的專用機械。武漢、上海已從日本引進SMW工法專用機械,正在推廣使用。在此基礎上研制了減磨擦劑,能將加勁鋼材拔出后重復利用,更可以降低造價。我國還進行了預制裝配式地下連續墻和預應力地下連續墻的研究和試用。預制裝配式地下連續墻墻面光滑,由于配筋合理可使墻厚減薄并加快施工速度。而預應力地下連續墻則可提高圍護墻的剛度達30%以上,可減薄墻厚,減少內支撐數量,由于曲線布筋張拉后產生反拱作用,可減少圍護結構變形,消除裂縫,從而提高抗滲性。這兩種方法已經在工程中試用,并取得較好的社會效益和經濟效益。第六,逆作法施工一般用在城市建筑高層時,周圍施工環境比較惡劣,場地四周鄰近建筑物、道路和地下管線不能因任何施工原因而遭到破壞,為此在基坑施工時,通過發揮地下結構本身對坑壁產生支護作用的能力,減少支護結構變形,使其剛度大為增強,節省支撐或錨桿的費用,使支護結構的變形及對相鄰建筑物的影響大為減少,從而使總造價降低,一舉多得,是一種先進的施工作業方法。第七,閉合擋土拱圈有時尚需采用水泥土攪拌樁或化學灌漿等方法形成止水帷幕。但即使如此,其造價仍低于一般的樁墻支護結構。已在廣州、珠海、深圳等地6-12m深基坑中應用,比一般樁墻結構降低造價約50%。廣東省地處東南沿海地帶,地區地質條件屬于以淤泥及淤泥質土為主的軟土帶,廣州市區由于建筑物密布,地下管線縱橫交錯,在進行高層建筑深基坑施工時,在深基坑支護方案的選擇方面首選內支撐與支護樁相結合方式較為經濟合理;如土質良好,施工場地面積允許,也可考慮采用復合土釘支護,不僅經濟、可靠而且施工快速簡便;如需提高支護結構的擋土和止水抗滲效應,則加筋水泥土墻不失為一種設置支撐方便、性價比較合理的選擇。

4、結 論

建筑基坑支護工程是一項系統工程,具有技術復雜、進度快、質量要求高等特點,必須要借助結構力學、土力學、地基基礎等學科知識和豐富的施工經驗,結合擬建場地土質及周圍環境情況,才能因地制宜地制定出經濟合理的支護結構方案和施工方法。

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