建筑基坑樁錨支護綠色施工技術分析

安國陽，龔治，李平山，田苑 （中建二局安裝工程有限公司，北京 100160）

0 引言

目前，在大量基坑工程開挖過程中，采取的施工降排水措施主要是通過圍護結構形成止水帷幕，防止地下水滲入基坑，同時采取主動降水技術進行水位降深。另一方面采取的圍護結構多為混凝土樁、地下連續墻等，這些基坑圍護結構和降水技術存在資源浪費、地下水環境破壞、地表沉陷、施工噪聲污染以及施工大氣污染的問題，不僅與綠色建筑的理念相差甚遠，也給生存環境帶來沉重負擔[1-3]。發展可持續的基坑工程支護技術成為目前最為重要的研究方向，本文嘗試結合實際工程項目，通過基坑支護形式采用水泥土壓灌樁與H 型鋼相結合的圍護結構以及可回收再利用預應力錨索，分析其綠色施工技術，以實現基坑工程施工的環境友好并降低造價成本。

1 工程概況

江西東方雨虹生產基地項目（二期）占地面積約為72000m2，建筑面積約為31700m2，主要由卷材車間、庫房二、庫房三、庫房五、瀝青防水涂料車間、鍋爐房、生產回收間、危廢品庫、瀝青儲罐區、污水處理站、雨水收集池1、雨水收集池2 和事故水池這8 個建筑物、5 個構筑物組成，其中建筑物地上為1～3 層，構筑物地下池體居多，屋面防水等級為二級，建筑物基礎結構形式有樁基基礎、獨立基礎，構筑物有筏板基礎，地上結構為門式剛架，框架、排架結構。

場地地形較為平坦開闊，地勢起伏平穩，研究基坑為雨水收集池2 及事故水池深基坑，基坑等級為二級，基坑周邊1 倍基坑深度范圍內無既有建筑物，基坑呈矩形狀，基坑面積為877.00m2，基坑周長為190.20m，基坑深度為3.50～7.20m，坑頂地面標高62.50m，基坑底標高為55.30～59.00m。其中，雨水收集池2 為地下一層，占地面積605.00m2；事故水池為地下一層，占地面積344.52 m2。基坑支護采用樁錨支護，樁墻的結構形式為水泥土樁墻+型鋼，錨索為預應力可回收錨索，基坑施工完成后均可回收內插型鋼以及預應力鋼絞線，達到了資源回收再利用，水泥土樁墻施工就地攪拌成墻，無廢漿廢液，減少了工程建設污染和環境破壞，屬于綠色施工支護技術，基坑的圍護斷面如圖1所示。

圖1 基坑樁錨支護斷面圖

2 場區工程地質背景

根據《江西東方雨虹生產基地項目（二期）工程巖土工程勘察報告（詳勘階段）》鉆探揭露，場地勘探深度內地層結巖性分為①素填土、②粉質粘土、③全風化千枚巖、④強風化千枚巖、⑤中風化千枚巖，覆蓋層的工程地質特性如表1 所示。場區巖石層的工程地質特性表2 所示。

表1 場區覆蓋層的工程地質特性

表2 場區巖石層的工程地質特性

3 基坑樁錨支護綠色施工技術

3.1 基坑長螺旋壓灌水泥土樁墻綠色施工技術

采用長螺旋壓灌水泥土樁墻可以實現水泥與原有土體的相互拌合成墻，其成樁均勻性使得樁體起到了良好的防水隔水作用，工作原理類似于止水帷幕，避免了傳統基坑工程開挖前的降水施工。而內插的H 型鋼則作為墻體的補強構造，形成剛度和強度連續完整的擋土受力構件，具備了受彎和抗滲雙重功能的結構，基坑施工完成后再將H 型鋼拔出，因此，長螺旋成為綠色施工技術的關鍵[4]。長螺旋壓灌水泥土樁墻的施工流程如圖2所示。

圖2 基坑長螺旋壓灌水泥土樁墻綠色施工流程

長螺旋壓灌水泥土樁墻可以就地取土，并在地表將土體與水泥進行混合攪拌，通過長螺旋鉆機向地下進行壓注，因此，長螺旋壓灌水泥土樁墻的適用地層較廣，從松散軟弱的填土、淤泥質土到堅硬的黏土、砂土，甚至還有圓礫的混合土層都適用[5]。在設計和施工時，長螺旋壓灌水泥土樁墻的水泥土配備直接關系到樁墻的均勻性、穩定性、防水性和強度，也為了更好地節約水泥土的用量，滿足綠色施工的技術要求，減少施工階段長螺旋壓灌水泥土的工程量，以避免基坑施工完成后，H 型鋼被拔除，遺留的硬化水泥土對地下環境造成影響，需要對水泥土的摻入比進行優化確定。為此，在施工階段，采用現場測試的方法對不同水泥土摻入比的試樣進行了抗壓強度測試、滲透系數以及塌落度測試，結果如圖3 所示。從圖中可以看出，隨著水泥土摻入比的增加，水泥土樁墻的抗壓強度呈近線性增加，而滲透系數呈非線性減小，表明水泥土樁墻的力學性能和防水性能均得到了提高。在水泥土摻量從10%增加至14%時，水泥土樁墻的塌落度不斷減小，水泥土摻量在14%增加至18%時，水泥土樁墻的塌落度基本不變，水泥土摻量大于18%后，水泥土樁墻的塌落度又呈現減小的趨勢。一般而言，水泥土樁墻的滲透系數在1.3×10-7～1.5×10-7cm/s、抗壓強度在1.5MPa 時，可以取得較好的支護效果和經濟效益，因此，綜合分析可以確定施工時水泥土樁墻的水泥土摻入比為16%。

圖3 長螺旋壓灌水泥土樁墻水泥土摻入比的確定

在水泥土樁墻施工平面布置形式上，可以將水泥土樁墻的布樁形式分為一排或者雙排，相對于一排水泥土樁墻而言，雙排水泥土樁墻在受到土壓力作用下，前后排的密實程度更為緊密，樁間的搭接施工也更為簡便、可靠性高[6]。樁體內的H 型鋼內插，也可以根據受力分析情況，采取3 種方式，分別為密插、隔一插一、隔一插二，兩種材料的合理配置極大地發揮了各自的材料性能，發揮了止水和受力的雙重作用，如圖4 所示[7]。

圖4 長螺旋壓灌水泥土樁墻的施工平面布置形式

3.2 基坑H型鋼插拔綠色施工技術

可回收H 型鋼是長螺旋壓灌水泥土樁墻+H 型鋼圍護結構最為重要的綠色施工技術。H 型鋼的插拔工藝直接關系到鋼材的回收率。由于鋼材在施工過程中容易受到水環境的腐蝕，導致水泥土對H 型鋼握裹力增加，摩擦力消耗了驅動力，結果使得H 型鋼插入和拔起困難，通過對H 型鋼涂刷減阻劑進行摩擦力消除來減小摩阻力。

為了研究H 型鋼在拔起時的受力變化情況，在H 型鋼中埋入了位移傳感器，觀測H 型鋼拔起力與位移的變化關系，結果如圖5 所示。從圖中可以看出，H型鋼在拔起回收過程中，其拔起力和位移的變化大致經歷了四個階段：在第I階段，H 型鋼的位移變化慢，而拔起力則增加迅速，這個階段H 型鋼的上部往往已經出現松動，而下部仍然紋絲不動，主要克服水泥土對H 型鋼的握裹力；在第II階段，H 型鋼的拔起力隨著位移的增加而迅速增加，達到峰值后又迅速減小，峰值減小的原因是水泥土對H 型鋼握裹力的消失，同時H 型鋼出現向上滑動的趨勢，摩擦力為滑動摩擦力；在第III 階段，H 型鋼的拔起力隨著位移的增加呈近線性減小，這個階段的拔起力主要克服H型鋼的滑動摩擦力、H 型鋼的重量以及由材料彎曲造成的阻力；在第IV 階段，H型鋼的拔起力較小且迅速減小，為H 型鋼拔出階段。由此可知，第II 階段是拔起施工的關鍵階段，H 型鋼的拔起力出現極限峰值，受力復雜。

圖5 H型鋼回收施工時位移-拔起力變化曲線

3.3 基坑可回收錨索綠色施工技術

目前大部分的預應力錨索均在基坑施工完成后作為永久置留構件，但對于運營階段的地下工程結構而言卻無任何用處，反而會占用周邊地下空間，影響后續地下工程的建設。采用可回預應力錨索則可以有效減小此類問題，同時達到回收鋼絞線的目的，實現綠色施工[8]。

在施工可回收錨索時，應對基坑周邊的巖土工程環境、錨固設計條件等進行掌握，隨后采用鉆機進行鉆孔，鉆孔在水平方向上的間距誤差應小于10cm，在垂直方向上的鉆孔間距誤差也應小于10cm，鉆具將預應力錨索放入預定位置，并進行灌漿固結，灌漿的水泥砂漿水灰比為0.40～0.45，并采用張拉設備進行張拉錨固，以保證預應力錨索的正常服役。錨索回收時，鋼絞線的露出段為鋼管式承載頭，采用前卡式張拉千斤頂連接鋼管式承載頭對預應力鋼絞線進行預抽拉，鋼絞線的端部發生位移，在抽拔的過程中也不斷地對油缸壓力進行讀數監測，直至鋼絞線全部拉出，經過監測表明，本工程的預應力回收時，鋼管式承載頭可以滿足基坑預應力錨桿回收的張拉要求，油缸壓力最大值為6.5MPa，最后基本穩定在2.3MPa，實現了錨桿的綠色回收。

4 結論

以江西東方雨虹生產基地項目（二期）為研究對象，支護形式采用水泥土壓灌樁與H 型鋼相結合的圍護結構以及可回收再利用預應力錨索，分析支護結構的綠色施工技術，得到以下三個結論。

①隨著水泥土摻入比的增加，水泥土樁墻的抗壓強度呈近線性增加，而滲透系數呈非線性減小，表明水泥土樁墻的力學性能和防水性能均得到了提高；水泥土樁墻的塌落度整體上隨水泥土摻入比的增加呈現減小的趨勢。

②由于鋼材在施工過程中容易受到水環境的腐蝕，導致水泥土對H 型鋼握裹力增加，摩擦力提高。通過對H 型鋼涂刷減阻劑進行摩擦力消除來減小摩阻力，經監測，H 型鋼在拔起回收過程中其拔起力和位移的變化大致經歷了四個階段，第II 階段是拔起施工的關鍵階段，H型鋼的拔起力出現極限峰值，受力復雜。

③經過監測表明，本工程的預應力錨索回收時，鋼管式承載頭可以滿足基坑預應力錨桿回收的張拉要求，油缸壓力最大值為6.5MPa，最后基本穩定在2.3MPa，實現了錨桿的綠色回收。