謅議建筑深基坑工程支護(hù)體系的技術(shù)與其經(jīng)濟(jì)性

王　靜

【摘 要】由于不同的深基坑支護(hù)體系涉及到不同的施工技術(shù)方法,其經(jīng)濟(jì)性也各不相同,故本文作者對(duì)目前國(guó)內(nèi)常用的幾種深基坑支護(hù)體系技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面的特點(diǎn)進(jìn)行了探討,并對(duì)其進(jìn)行了對(duì)比分析。希望能有一定的借鑒價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】施工技術(shù)、建筑深基坑、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性、支護(hù)體系

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)和建筑業(yè)的不斷發(fā)展,高層建筑如雨后春筍般紛紛涌現(xiàn),如躋身于世界頂級(jí)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(jīng)超過(guò)300米,而其基坑深度也已逐漸由6m、8m、10m發(fā)展至20m以上。建筑物高度越高,其埋置深度也就越深,對(duì)基坑工程支護(hù)的要求也越來(lái)越高。這些工程的實(shí)施,促進(jìn)了建筑科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和施工技術(shù)、施工機(jī)械和建筑材料的更新與發(fā)展,其投資也隨之不斷增長(zhǎng)。如何在現(xiàn)有施工條件下,選擇一個(gè)既經(jīng)濟(jì)又安全的支護(hù)體系,是高層建筑深基坑工程施工中需要解決的一個(gè)問(wèn)題。

1 、深基坑工程支護(hù)類(lèi)型

1.1、擋土支護(hù)系統(tǒng)。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(xù)墻、土層錨桿與土釘墻。其功能是形成支護(hù)排樁或支護(hù)擋土墻阻擋坑外土壓力。

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

1.3、支撐支護(hù)系統(tǒng)。常用的有鋼管與型鋼內(nèi)支撐、鋼筋混凝土內(nèi)支撐、鋼與鋼筋混凝土組合支撐。其功能是支承圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)力與限制圍護(hù)結(jié)構(gòu)位移。

2 、施工技術(shù)比較

2.1、鋼板樁支護(hù)。鋼板樁由于施工簡(jiǎn)單而應(yīng)用較廣。但是鋼板樁的施工可能會(huì)引起相鄰地基的變形和產(chǎn)生噪聲振動(dòng),隔水性能差,周?chē)ㄖ锛暗叵鹿芫€會(huì)引起較大的沉降和位移,對(duì)周邊環(huán)境影響很大,因此在人口密集、建筑密度很大的地區(qū),其使用常常會(huì)受到限制。而且鋼板樁本身柔性較大,如支撐或錨拉系統(tǒng)設(shè)置不當(dāng),其變形會(huì)很大,所以當(dāng)基坑支護(hù)深度大于7m時(shí),不宜采用。同時(shí)由于鋼板樁在地下室施工結(jié)束后需要拔出,因此應(yīng)考慮拔出時(shí)對(duì)周?chē)鼗梁偷乇硗恋挠绊憽?/p>

2.2、深層攪拌樁支護(hù)。作為支護(hù)結(jié)構(gòu),水泥土深層攪拌樁適用于淤泥、淤泥質(zhì)土、粘土、粉質(zhì)粘土、粉土、素填土等土層,基坑開(kāi)挖深度不宜大于6m。對(duì)有機(jī)質(zhì)土、泥炭質(zhì)土,宜通過(guò)試驗(yàn)確定。我國(guó)目前多采用格柵形式,即重力壩式擋墻。

2.3、排樁支護(hù)。一般來(lái)說(shuō),當(dāng)基坑深h=8m-14m,周?chē)h(huán)境要求不十分嚴(yán)格時(shí),多考慮采用排樁支護(hù)。柱列式灌注樁的工作比較可靠,但要重視帽梁的整體拉結(jié)作用,在基坑邊角處,帽梁應(yīng)連續(xù)交圈。當(dāng)周?chē)h(huán)境保護(hù)要求嚴(yán)格時(shí),為減少排樁的變形,在軟土地區(qū)有時(shí)對(duì)基坑底沿灌注樁周邊或部分區(qū)域,用水泥攪拌樁或注漿進(jìn)行被動(dòng)區(qū)加固,以提高被動(dòng)區(qū)的抗力,減少支護(hù)結(jié)構(gòu)變形。

2.4、地下連續(xù)墻。地下連續(xù)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(fù)雜的施工環(huán)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(guó)內(nèi)外的地下工程中得到廣泛的應(yīng)用。并且隨著技術(shù)的發(fā)展和施工方法及機(jī)械的改進(jìn),地下連續(xù)墻發(fā)展到既是基坑施工時(shí)的擋土圍護(hù)結(jié)構(gòu),又是擬建主體結(jié)構(gòu)的側(cè)墻,如支撐得當(dāng),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(hù)。土釘支護(hù)由于經(jīng)濟(jì)、可靠且施工快速簡(jiǎn)便,已在我國(guó)得到迅速推廣和應(yīng)用。土釘墻適用于二、三級(jí)基坑、非軟土場(chǎng)地、基坑深度不宜大于12m。土釘是用來(lái)加固現(xiàn)場(chǎng)原位土體的細(xì)長(zhǎng)桿件,由于隨挖隨支,能有效地保持土體強(qiáng)度,減少土體的擾動(dòng)。

2.6、錨桿支護(hù)。我國(guó)的錨桿支護(hù)最早用于地鐵工程,20世紀(jì)80年代初開(kāi)始用于高層建筑深基坑支護(hù)。在天然土層中,錨固方法以鉆孔灌漿為主,一般稱(chēng)為灌漿錨桿。除了以上六種常用支護(hù)形式外,另外還有拱圈支護(hù)和逆作法支護(hù)等。一般來(lái)說(shuō),水泥土攪拌樁和土釘墻是我國(guó)目前的基坑深度在5m以內(nèi),后者乃至10m以內(nèi)首選的支護(hù)形式,土層條件好時(shí),15m左右基坑亦經(jīng)常使用。對(duì)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(yù)制樁等,并可作各種布置,如需防滲止水時(shí),則輔之以水泥土攪拌樁、化學(xué)灌漿或高壓注漿形成止水帷幕,有時(shí)亦用鋼板樁或H型鋼樁。當(dāng)基坑深度大于10m時(shí),可考慮采用地下連續(xù)墻,或SMW工法連續(xù)墻,并根據(jù)需要設(shè)置支撐或錨桿。

3 、經(jīng)濟(jì)性分析

不同的地質(zhì)條件和基坑深度應(yīng)選擇相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)合理的支護(hù)結(jié)構(gòu)體系。第一,鋼板樁支護(hù)是造價(jià)最低的。在一些簡(jiǎn)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(qiáng)等特點(diǎn),已逐步被支護(hù)方式所替代。第二,深層水泥土攪拌樁這種支擋結(jié)構(gòu)不透水,不設(shè)支撐,使基坑能在敞開(kāi)的條件下開(kāi)挖,而使用的材料僅水泥而已,因此具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。第三,土釘墻支護(hù)施工速度快、用料省、造價(jià)低,與其他樁墻支護(hù)相比,工期可縮短50%以上,節(jié)約造價(jià)60%左右;而且土釘支護(hù)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(hù)中的灌注樁施工簡(jiǎn)便,可用機(jī)械鉆(沖)孔或人工挖孔,施工中不需要大型機(jī)械,且無(wú)打入樁的噪聲、振動(dòng)和擠壓周?chē)馏w帶來(lái)的危害,成本較地下連續(xù)墻低。同時(shí),灌注樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)在建筑主體結(jié)構(gòu)外墻設(shè)計(jì)時(shí)也可視為外墻中的一部分參與受力(承受側(cè)壓),這時(shí)在樁與主體之間通常不設(shè)拉結(jié)筋,并用防水層隔開(kāi),相對(duì)來(lái)說(shuō)也可以節(jié)省一些造價(jià)。第五,地下連續(xù)墻的優(yōu)越性早已為世界公認(rèn)。在大深度基坑和復(fù)雜的工程環(huán)境下非它莫屬。唯其造價(jià)較高,需綜合考慮。SMW工法連續(xù)墻在近年應(yīng)用以來(lái),普遍認(rèn)為其性能良好,造價(jià)適宜。但我國(guó)尚缺乏自制的能用于大深度施工的專(zhuān)用機(jī)械。武漢、上海已從日本引進(jìn)SMW工法專(zhuān)用機(jī)械,正在推廣使用。在此基礎(chǔ)上研制了減磨擦劑,能將加勁鋼材拔出后重復(fù)利用,更可以降低造價(jià)。我國(guó)還進(jìn)行了預(yù)制裝配式地下連續(xù)墻和預(yù)應(yīng)力地下連續(xù)墻的研究和試用。預(yù)制裝配式地下連續(xù)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(yù)應(yīng)力地下連續(xù)墻則可提高圍護(hù)墻的剛度達(dá)30%以上,可減薄墻厚,減少內(nèi)支撐數(shù)量,由于曲線布筋張拉后產(chǎn)生反拱作用,可減少圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形,消除裂縫,從而提高抗?jié)B性。這兩種方法已經(jīng)在工程中試用,并取得較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。第六,逆作法施工一般用在城市建筑高層時(shí),周?chē)┕きh(huán)境比較惡劣,場(chǎng)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(shí),通過(guò)發(fā)揮地下結(jié)構(gòu)本身對(duì)坑壁產(chǎn)生支護(hù)作用的能力,減少支護(hù)結(jié)構(gòu)變形,使其剛度大為增強(qiáng),節(jié)省支撐或錨桿的費(fèi)用,使支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形及對(duì)相鄰建筑物的影響大為減少,從而使總造價(jià)降低,一舉多得,是一種先進(jìn)的施工作業(yè)方法。第七,閉合擋土拱圈有時(shí)尚需采用水泥土攪拌樁或化學(xué)灌漿等方法形成止水帷幕。但即使如此,其造價(jià)仍低于一般的樁墻支護(hù)結(jié)構(gòu)。已在廣州、珠海、深圳等地6-12m深基坑中應(yīng)用,比一般樁墻結(jié)構(gòu)降低造價(jià)約50%。廣東省地處東南沿海地帶,地區(qū)地質(zhì)條件屬于以淤泥及淤泥質(zhì)土為主的軟土帶,廣州市區(qū)由于建筑物密布,地下管線縱橫交錯(cuò),在進(jìn)行高層建筑深基坑施工時(shí),在深基坑支護(hù)方案的選擇方面首選內(nèi)支撐與支護(hù)樁相結(jié)合方式較為經(jīng)濟(jì)合理;如土質(zhì)良好,施工場(chǎng)地面積允許,也可考慮采用復(fù)合土釘支護(hù),不僅經(jīng)濟(jì)、可靠而且施工快速簡(jiǎn)便;如需提高支護(hù)結(jié)構(gòu)的擋土和止水抗?jié)B效應(yīng),則加筋水泥土墻不失為一種設(shè)置支撐方便、性價(jià)比較合理的選擇。

4、結(jié) 論

建筑基坑支護(hù)工程是一項(xiàng)系統(tǒng)工程,具有技術(shù)復(fù)雜、進(jìn)度快、質(zhì)量要求高等特點(diǎn),必須要借助結(jié)構(gòu)力學(xué)、土力學(xué)、地基基礎(chǔ)等學(xué)科知識(shí)和豐富的施工經(jīng)驗(yàn),結(jié)合擬建場(chǎng)地土質(zhì)及周?chē)h(huán)境情況,才能因地制宜地制定出經(jīng)濟(jì)合理的支護(hù)結(jié)構(gòu)方案和施工方法。

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