基坑圍護結構對比分析

■孫 靜 ■中鐵十四局集團有限公司，山東 濟南 250014

近年來隨著城市化發展的加快，地下交通工程建設蓬勃發展，全國各地大、中城市都在發展地下交通，以城市地鐵、快速地下通道等為主的深基坑明挖法施工被廣泛采用，技術日趨成熟。對于明挖法施工，施工風險主要集中在土建施工的基坑開挖階段，基坑圍護結構安全穩定是能否順利開挖的關鍵因素之一。

1 圍護結構概述

基坑圍護結構形式多樣，常見的有地下連續墻+旋噴樁、鉆孔灌注樁+止水帷幕、SMW工法樁、鉆孔咬合樁、鋼板樁等。為確保施工過程的安全性和經濟性，在實際工程中應根據基坑深度、水文地質情況、周邊環境及工程投資情況，合理采用不同的圍護形式。

2 圍護結構工藝及優缺點分析

2.1 地下連續墻

2.1.1 施工工藝

地下連續墻施工采用液壓抓斗成槽(常用的有寶峨GB34、GB46型，金泰40、50、60型，利勃海爾等)，鋼筋籠現場整體式加工成形、履帶式起重機吊裝入槽，最后進行水下混凝土灌注。

2.1.2 工藝分析

(1)優點:結構整體受力好，剛度大，適用于深基坑圍護結構［1］;通過鎖口管或H型鋼，容易進行分段施工，施工進度快;地連墻接頭止水效果好，尤其采用H型鋼或十字鋼板接頭;基坑開挖后，坑壁表面平整，易于防水層施工。(2)缺點:工程造價高，機械設備多，且為大型配套設備，設備性能要求高，場地要開闊;鋼筋籠焊接質量、泥漿質量要求高，H型鋼防繞流控制難;異形槽段易塌方，局部滲漏水;遭遇地下障礙物處理困難;超深地連墻H型鋼背后的接頭箱起拔有風險;現場技術人員、管理人員、操作人員水平要高。

2.2 鉆孔樁+止水帷幕

2.2.1 鉆孔樁施工工藝

鉆孔灌注樁+止水帷幕是內側一排或兩排鉆孔樁(樁間距一般20cm)和外側連續三軸攪拌樁(樁間咬合25cm)做止水帷幕的方法［2］。

2.2.2 鉆孔樁工藝分析

(1)優點:①鉆孔樁工藝較為簡單，方便操作;②工程造價稍低;③機械設備易滿足施工需要;④鉆孔樁相對來說剛度較大，且不同地層均適用。(2)缺點:①要求地質條件相對較好，不適用于雜填土層，易造成擴孔、混凝土超方;②樁基定位要求高、樁身垂直度較難控制;③施工雖然簡單，但樁的數量較多，施工頻繁，對施工人員責任心是一個考驗;④鉆孔樁外側一般需進行攪拌樁止水，由于“鉆孔樁遇雜填土地層易擴孔”的不確定性，攪拌樁后施工時定位較困難，因此要求攪拌樁先行施工，但攪拌樁由于工藝原因，對場地破壞嚴重，不利于鉆孔樁施工，兩者相互關系對現場施工組織要求高。⑤基坑開挖后，鉆孔樁表面需進行樁間噴射混凝土處理，方能進行防水層施工。

2.3 鉆孔樁+止水帷幕

2.3.1 止水帷幕工藝

鉆孔樁外側配套的止水帷幕一般采用攪拌樁止水，以三軸攪拌樁為例，其工藝如下:三軸攪拌樁是采用三軸攪拌機向設計深度進行旋轉掘進，同時在灰漿系統及高壓風系統作用下，在鉆頭噴射出水泥漿液，鉆頭及螺旋鉆桿將水泥漿與原位土體反復攪拌，在各樁之間采取咬合方式施工，在套打一孔的施工工藝下，止水效果及接頭連接性大大提高。

2.3.2 三軸攪拌樁工藝分析

(1)優點:①三軸攪拌樁費用低;②機械施工效率高，對于施工工期要求緊的工程，此法施工特別有效;(2)缺點:①施工機械設備比較大，現場組裝及施工需要提供很大的施工場地，且組裝時間較長;②雖然施工前開挖溝槽，避免了泥漿的溢出，但隨著深度的增加置換出的泥漿會逐漸增多，置換出的泥漿在短時間內無法固結致使無法及時運到指定的棄土場，對現場文明施工造成一定的影響。

2.4 鉆孔咬合樁

2.4.1 鉆孔咬合樁工藝

鉆孔咬合樁是采用機械鉆機鉆孔施工，樁與樁之間相互咬合的一種基坑圍護結構［3］。施工主要采用“套管鉆機+超緩凝型混凝土”方案，裝的排列方式為一根素混凝土樁(B樁)和一根鋼筋混凝土樁(A樁)間隔。如圖1所示，先施工B樁，后施工A樁，B樁混凝土采用超緩凝混凝土，要求在B樁混凝土初凝之前完成A樁的施工，A樁施工時，利用套管鉆機的切割能力切割掉相鄰B樁相交部分的混凝土，實現咬合。

圖1 咬合樁施工平面示意圖

2.4.2 咬合樁工藝分析

(1)優點:①機械設備噪音低、無震動、無泥漿污染近似于干法取土，對周圍環境影響小。②對沉降及變形容易控制，由于有鋼套管的保護能靠近臨時建筑物、地下管線施工。③在套管的保護下，人員可下到孔底清除障礙物。全套管的跟管鉆進，能順利穿越飽和含水地層，有效的防止了孔內流沙、涌泥，并可進行嵌巖，施工較為安全、快捷，對樁身質量能較好的控制，保證了樁承載力。④第二序次施工的樁在已有的第一序次兩樁間實施切割咬合，全套管的護孔方式保證了樁間緊密咬合，形成良好的整體連續結構。⑤不需要再施工止水帷幕，同鉆孔圍護樁相比，采用咬合樁圍護在造價上有一定優勢。(2)缺點:①咬合樁的樁徑受限制，需配置多種直徑的套管。②無水挖掘時需要注意防止缺氧、有害氣體等發生。③灌注混凝土后，提升套管時有時會發生鋼筋籠上升的事故。④樁身垂直度控制難。

2.5 SMW工法樁

2.5.1 SMW工法樁工藝

SMW工法樁類似于三軸攪拌樁，是在三軸攪拌樁的基礎上，在水泥土混合體未凝固之前插入型鋼作為強度補強材料，至水泥結硬，形成一道有一定強度和剛度的、連續完整的、無接縫的地下墻體，用作基坑擋土和側向防水結構，當其圍護功能完成后，型鋼可以拔出重復利用［4］。

2.5.2 工藝分析

(1)優點:①造價低，用過的型鋼能回收。②成樁止水效果好。③施工進度快。④低震動、低噪音。(2)缺點:①機械用電量大。②遇粉細砂層鉆進困難。③與地連墻、鉆孔樁相比，剛度較低。④置換出的泥漿短時間內無法固結，對現場文明施工有一定影響。⑤鉆進遇到障礙物處理困難。⑥樁間防水處理相對較為復雜。⑦大型設備對場地要求高。

2.6 鋼板樁

2.6.1 鋼板樁工藝

鋼板樁采用型鋼導向架定位，液壓震動錘錘擊。

2.6.2 工藝分析

(1)優點:①施工快捷、環保、可循環利用。②對施工環境影響較小。③鋼板樁可循環利用，故施工造價相對較低。(2)缺點:①鋼板樁承擔側向水土壓力，其承載能力受材料強度的限制。②完全依靠鋼板樁的入土深度保持擋墻的穩定，一般用于不大于5m的基坑工程［5］。③鋼板樁遇到障礙物處理困難。

2.7 高壓旋噴樁

2.7.1 高壓旋噴樁工藝(三重管)

三重管法高壓旋噴是一種水、氣噴射、漿液灌注攪拌混合噴射的方法［6］。即用三個噴射管使高壓水和空氣同時橫向噴射，并切割地基土體，借空氣的上升力把被破碎的土由地表排除;與此同時，另一個噴嘴將水泥漿噴射注入到被切割、攪拌的地基中，使水泥漿與土混合達到加固目的，其加固直徑可達600～2000mm。

2.7.2 工藝分析

(1)優點:①工程造價相對較低。②適用于多種地層。(2)缺點:①置換出的泥漿由于無法及時運走，對現場文明施工影響較大。②深度較深時，成樁的樁徑難以保證，如用作地連墻接縫止水，止水效果難以保證。③遇到障礙物處理困難。④由于其工藝原理，提升速度較慢，工效低。

3 結論

圍護結構的多樣化解決了不同深度、地質條件下的基坑采取何種經濟、有效的支護形式，尤其解決了在城市施工中“場地有限、管線較多、文明施工要求高”等難題。通過多種圍護形式從基坑深度、地層適用性、場地要求、工前準備、施工速度、文明施工、工程造價、技術要求等方面進行詳細分析比較，我們可以根據工程的實際情況選擇加快施工進度、確保結構安全、降低工程造價、創造經濟效益的圍護結構形式，為方便施工組織，指導設計變更，提供一點有意義的借鑒。

綜上所述，不同的圍護方式各自使用的工程情況也不相同。在實際工程中，工程人員必須綜合考慮工程的安全、經濟、環保等多方面條件，合理選用合適的維護方式。

［1］吳祥祖，朱小龍，王慧康.地下連續墻施工中常見問題及控制措施［J］，施工技術，2005，34(6)，51 －53.

［2］喬為國，伊學智.鉆孔樁施工技術問題探討及處理措施［J］，中國科技信息，2007，18，35 －37.

［3］張院良，張水賓，朱曉莉.鉆孔咬合樁施工技術分析［J］，城市道橋與防洪，2009，9，101 －103.

［4］張立柱.SMW工法樁施工［J］，工程施工技術，工程建設與設計，2010，5，140 －143.

［5］鄧肇新.鋼板樁施工工藝與工程實踐［J］，廣東土木與建筑，2007，1，29－31.

［6］韓東，趙雪，丁潤華.高壓旋噴樁施工工藝［J］，建設管理，2014，33(4)，80－81.