井筒式地下車庫施工工藝選型

饒志紅

上海廣聯環境巖土工程股份有限公司 上海 200444

1 工藝簡介

井筒式地下停車庫是解決中心城區“停車難”問題較好的方案，其平面范圍不大，但基礎埋深較深，一般可采用如下2種施工工藝：采用基坑支護方式開挖施工；采用沉井方式施工。

1.1 基坑支護

采用基坑支護方式開挖地下立體車庫一般需設置圍護結構和支撐，圍護結構一般可采用咬合樁、灌注樁＋止水帷幕、地下連續墻等。支撐體系一般采用混凝土支撐或鋼支撐。如果土質條件為巖石等硬土層，則可以采用噴錨支護。各種圍護形式簡介及優缺點如下。

1.1.1 地下連續墻

對于開挖較深和周邊環境保護要求較高的基坑，采用地下連續墻圍護體形式，是一種傳統和成熟的形式，地下連續墻常用厚度有0.6、0.8、1.0和1.2 m幾種，可根據基坑深度和土質條件等情況綜合確定[1]。

1）優點：地下連續墻止水效果良好，可以大大減少基坑施工中地下水滲漏問題；施工工藝成熟，成墻質量可靠，施工風險較小，占用空間也較小；墻體結構剛度大，對周邊環境影響也較小，有利于保護周邊環境。

2）缺點：地下連續墻圍護結構相比于其他板式圍護結構體造價較高，如采用兩墻合一形式，圍護造價有一定下降；地下連續墻施工階段對周邊環境影響稍大。

1.1.2 鉆孔灌注樁＋止水帷幕

一般采用內側布置鉆孔灌注樁，外側布置攪拌樁或旋噴樁等止水帷幕的形式，灌注樁樁徑種類較多，可根據基坑深度和土質條件綜合確定樁徑和樁間距。

1）優點：造價較地下連續墻經濟；施工工藝成熟；平面位置布置靈活，具有一定的剛度，隨著樁徑及樁長的增加，可有效地提高圍護結構的剛度及基坑側壁的穩定性，增加基坑工程的安全度。

2）缺點：當灌注樁剛度與相應的地下連續墻剛度相當時，整體安全性卻不如地下連續墻，實際施工中，圍護結構及周圍地層變形也要比地下連續墻大；隨著基坑開挖深度的增加，止水帷幕施工工藝要求會比較嚴格，止水效果會受到施工工藝、施工水平、結構剛度等限制而逐漸變差，所以目前在深基坑工程中應用較少。

1.1.3 咬合樁

咬合樁通常是采用鋼筋混凝土樁和素混凝土樁間隔布置的排列方式，鉆孔咬合樁在咬合后形成的無縫連續樁墻，兼作基坑擋土結構和止水帷幕。

1）優點：對周圍環境影響小，對沉降及變形容易控制，由于有鋼套管的保護，故能靠近臨時建筑物、地下管線施工；全套管的跟管鉆進，能順利穿越飽和含水地層，有效地防止了孔內流砂、涌泥，并可進行嵌巖，施工較為安全、快捷，對樁身質量能較好地控制，保證了樁承載力；不需要再施工止水帷幕，同其他地下連續墻相比，采用咬合樁圍護在造價上有一定優勢。

2）缺點：圍護剛度相對地下連續墻小；鉆孔咬合樁所選用的機械設備體積較大，狹窄場地施展不開，此外，工地邊界到邊樁中心的距離也要求較大；對特殊超緩凝混凝土的質量穩定性要求極高，緩凝時間波動易造成咬合失敗或偏孔較大；施工中樁鋼筋籠頂、底標高定位問題較難控制，易出現較大偏差，灌注混凝土后，有時會發生鋼筋籠上浮事故；一般施工單位缺乏經濟實力購置多種直徑的套管，因此咬合樁的樁徑受限制。

1.1.4 噴錨支護

較深基坑的噴錨支護僅使用于硬土地區，噴錨支護的作用機理是：采用錨桿和噴射混凝土支護圍巖。錨桿的主要作用是增強節理面和巖層間的摩擦力，增強巖塊或巖層的穩定性。噴射混凝土的作用是加固圍巖，防止巖塊抬動、剝離或墜落。二者結合發揮圍巖的自承能力。

噴錨支護也可以結合其他工藝共同使用，如上部軟弱土質采用灌注樁＋支撐，樁底嵌入穩定巖石，下部巖石層采用噴錨支護。

1.2 沉井

沉井的施工方法是將位于地下一定深度的建筑物或建筑物基礎，先在地表制作成一個沉井，然后在井壁的圍護下通過從井內不斷挖土，使沉井在自重作用下逐漸下沉，達到預定設計標高后，再進行封底，構筑內部結構。按制作方式不同，有現澆混凝土沉井、預制混凝土拼裝分段沉井2種[2]。

沉井的挖土方式一般有2種，即傳統工藝和VSM工藝。

傳統工藝一般采用排水挖土工藝，挖土機輔助人工在坑底干作業條件下挖土，也可以采用不排水作業，并配備潛水員。

VSM工藝采用德國海瑞克公司開發的新型垂直豎井掘進設備（圖1），井內無人施工，不排水下沉，該工藝在國外用于地下立體車庫、污水井、隧道通風井等工程，已有50多個成功案例，最大深度可達165 m，但國內尚無先例，直徑超過16 m的井筒國外也無案例，且國內目前也沒有該設備。

圖1 海瑞克VSM施工設備

2種工藝的優缺點對比如下。

1.2.1 傳統工藝

1）優點：經濟性較高；井體平面形狀可采用圓形、矩形等，尺寸大小靈活可變；埋置深度可以很大，整體性強；沉井既是基礎，又是施工時的擋土和擋水結構物，簡化了施工。

2）缺點：施工時會引起周邊土體和建筑下沉；施工中易發生流砂造成沉井傾斜或下沉困難等；施工技術要求高；施工工期較長。

1.2.2 VSM工藝

1）優點：采用不排水下沉，無需降低地下水位，對周邊環境影響小；遙控操作，井內無人施工；施工速度快，結構沉放過程可控，建設的豎井精度高；可應對多種地層條件。

2）缺點：設備較貴，造價較傳統工藝高；只能采用圓形沉井；目前設備能施工的最大直徑為16 m，如需采用更大直徑，還需對設備進行改進。

2 施工工藝選型分析

2.1 基坑支護與沉井對比

2.1.1 基坑支護

1）安全性：安全性較好，可根據不同土質條件選取相應的圍護形式。

2）經濟性：造價要遠高于沉井，尤其是在土質軟弱區域。

3）工期：前期存在圍護樁施工、養護等工序，工期相對沉井要長。

4）施工方便性：工序相對沉井復雜，但施工工藝更加成熟。

2.1.2 沉井

1）安全性：傳統工藝施工時周邊地表沉降較大；VSM工藝地表沉降和基坑支護相當。

2）經濟性：傳統工藝造價要遠低于基坑支護；VSM工藝造價較高，VSM在國內還無工程應用。

3）工期：工期相對較快。

4）施工方便性：工藝簡單，但施工技術要求高；施工中易發生流砂造成沉井傾斜或下沉困難等。

2.1.3 對比結果

由此可見，基坑支護和傳統沉井工藝主要差別在于經濟性和安全性上，前者安全性好，造價高；后者經濟性好，但安全性不如前者。而VSM工藝受到井筒大小限制，適用范圍有限。

2.2 不同深度基坑支護造價對比

基坑支護適用性較廣，任何環境情況及平面尺寸規模均可采用。下面以直徑18 m、深度30 m和40 m的車庫造價進行分析。

不同地質條件下圍護做法會有很大的差別，本次分析以上海地區典型土層為例。

2.2.1挖深30 m

1）基坑支護選型：采用深62 m、厚1.2 m地下連續墻，豎向設置7道圓環支撐，經計算可滿足上海市規范安全要求[3]。地下連續墻較深，建議采用銑槽機設備施工。基坑形狀為圓形，水土壓力很大部分通過地下連續墻自身的環向拱作用來承擔，因此地下連續墻接頭建議采用受力效果更好的銑接頭。地下連續墻采用兩墻合一形式，兼作車庫永久使用階段受力構件，車庫地下室外墻建議采用疊合墻，可在地下連續墻內側再行澆筑混凝土內襯墻。

2）造價：基坑支護及車庫底板、內襯墻造價如表1所示。

表1 深30 m基坑支護造價

3）停車數量：停車庫直徑18 m，每層可停6輛車。每層停車高度按1.6 m考慮，扣除底板厚度后，可停車17層。因此，停車總數量為102輛。平均每個車位造價為12.9萬元。

2.2.2 挖深40 m

1）基坑支護選型：采用深70 m、厚1.2 m地下連續墻，豎向設置11道圓環支撐，經計算可滿足上海市規范安全要求。

2）造價：基坑支護及車庫底板、內襯墻造價如表2所示。

表2 深40 m基坑支護造價

3）停車數量：停車庫設置同挖深30 m基坑，扣除底板厚度后，可停車23層。因此，停車總數量為138輛。平均每個車位造價為12.7萬元。

通過以上對比可知，經濟性上，深30～40 m停車庫，每個車位造價相當；但基坑深度增加后，風險、施工難度大大增加，工期也有一定增加。

2.3 車庫平面形式對比

矩形井筒和圓形井筒停車庫（圖2），兩者在經濟性和使用便利性上各有優缺點。

圖2 車庫平面布置形式

2.3.1 經濟性

對比21 m×7 m的矩形井筒和直徑18 m圓形井筒，兩者周圍地下連續墻及內襯墻周長相同，但矩形井筒需在中部設置2道分隔混凝土墻作為支撐，混凝土用量要稍高，從結構受力角度上分析，圓形井筒外圍土壓力很大部分轉換為地下連續墻環向軸力，地下連續墻受力以承壓為主，地下連續墻含鋼量也可優化，因此矩形井筒造價要高于圓形井筒，且外圈周長相同時，圓形井筒內部空間更大。

2.3.2 使用便利性

矩形井筒停、取車口比圓形井筒多，矩形井筒停、取車速度快，在早晚高峰時期使用更加方便。

3 選型建議

1）對于周邊環境保護要求較為寬松的區域，如周邊沒有重要保護建（構）筑物、管線時，首選方案為傳統沉井工藝。

2）環境復雜區域，根據地下車庫的平面輪廓和尺寸確定。若為圓形且外徑小于16 m，可選擇海瑞克VSM工藝，或是采用基坑支護形式；如果平面尺寸為其他規格，則目前只能采用基坑支護形式。

3）當采用基坑支護施工工藝時，以上海地區土質條件為例，對比深度30 m和40 m圓形井筒式地下車庫，兩者每個車位造價相當，但基坑深度增加后，工期、風險、施工難度大大增加。因此，軟土地區車庫深度建議取小值；反之，硬土地區車庫深度取大值，經濟性更好。

4）矩形井筒停車庫相對圓形造價稍高，但停、取車速度快，使用更加方便。