可回收型鋼在深基坑支護(hù)工程中的應(yīng)用

謝秋明，周 堃

（江西省水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì)，江西南昌 330095）

1 概述

深基坑支護(hù)工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)、支撐系統(tǒng)均采用可回收型鋼，通過可回收型鋼的反復(fù)使用達(dá)到節(jié)能、環(huán)保、低碳的目標(biāo)，可回收型鋼在深基坑支護(hù)工程中的反復(fù)使用，可以為業(yè)主節(jié)省大量投資，而且這種節(jié)能、環(huán)保、減碳的工法符合國家鼓勵(lì)的發(fā)展方向，應(yīng)用前景廣闊。

圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用SMW工法樁，SMW工法樁是利用攪拌設(shè)備就地切削土體，然后注入水泥類混合液攪拌形成均勻的擋墻，最后，在墻中插入型鋼，即形成一種勁性復(fù)合圍護(hù)結(jié)構(gòu)。這種圍護(hù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在止水性好，構(gòu)造簡單，施工速度快，型鋼可以回收、重復(fù)利用。

支撐系統(tǒng)采用型鋼組合支撐，型鋼組合支撐采用型鋼組合桁架，其組合桁架均采用標(biāo)準(zhǔn)件，可在現(xiàn)場拼裝或工廠預(yù)拼裝，構(gòu)件間采用螺栓進(jìn)行連接，在支撐完成后可實(shí)現(xiàn)全部回收，具有裝配式特性并且制造、運(yùn)輸、施工簡捷方便。

2 工程概況

南昌市某商業(yè)地塊位于學(xué)府大道以南、豐和南大道以東、瀧江路以北。總用地面積約29409.2m2。所有建筑類型結(jié)構(gòu)均為框架結(jié)構(gòu)。下設(shè)2層地下室，地下室采用淺基礎(chǔ)。基坑總面積為22294m2，總延長米為579m。根據(jù)項(xiàng)目總體設(shè)計(jì)，坑外地坪整平至20.00m標(biāo)高，基坑坑底標(biāo)高為9.5m，基坑開挖深度為10.50m。四周道路地下管線主要有雨水管、污水管、供水管、電力管線、通信管線等，基坑西側(cè)有地鐵線路，距離基坑邊線約51m。地鐵出入口，距離基坑邊線約15.9m。

3 場地工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件

3.1 工程地質(zhì)條件

場地為平原地貌，場地高程變化較小。勘察期間孔口標(biāo)高范圍為：18.73～21.82m。本次勘察揭露地層最大深度為28.3m，按照地層沉積年代、成因類型、地層巖性及其物理力學(xué)性質(zhì)，將場地地層共劃分為7個(gè)大層，具體各土層巖性及分布特征概述如下：

①雜填土(Q4ml)：灰褐色，松散，稍濕，主要由粘性土、礫石、建筑垃圾、人類生活垃圾等組成，為近期堆填。

②淤泥（Q4l）：黑褐色，飽和，流塑，有機(jī)質(zhì)含量約為10%～20%，可見植物根系，干強(qiáng)度低，韌性低。

③粉質(zhì)粘土（Q4al+Pl）：黃灰褐—褐黃色，稍濕，可塑，韌性干強(qiáng)度一般，切面稍具光澤，無搖震反應(yīng)，巖芯呈土柱狀，干鉆可鉆進(jìn)。

④細(xì)砂（Q4al）：淺黃色，稍濕，松散。主要礦物成分為石英，局部含泥質(zhì)成分。粒徑以0.075～0.25mm為主，分選性較好，級配較差，磨圓度較好。

⑤礫砂（Q4al）：黃色，濕，稍密。主要由粗砂和細(xì)砂等組成，含少量粘性土，粒徑以2～20mm為主，分選性較好，級配較差，磨圓度較高。

⑥強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖（E）：紅色，原巖結(jié)構(gòu)大部分破壞，中厚層構(gòu)造，風(fēng)化作用強(qiáng)烈，裂隙發(fā)育，巖芯呈碎塊狀，巖體破碎。

⑦中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖(E)：紅褐色，原巖結(jié)構(gòu)部分破壞，巖芯完整性一般，巖芯呈短柱—長柱狀，局部為塊狀，風(fēng)化裂隙發(fā)育，層狀構(gòu)造，錘擊聲較啞、無回彈、有凹痕、易擊碎，屬軟巖，巖體完整程度為較完整。

該基坑支護(hù)設(shè)計(jì)采用的巖土物理力學(xué)參數(shù)為地勘報(bào)告提供的建議值與類似工程經(jīng)驗(yàn)值，其取用參數(shù)見表1 。

表1 各巖土層基坑設(shè)計(jì)參數(shù)表

3.2 水文地質(zhì)條件

勘探深度內(nèi)，勘察場地地下水主要可分為上層滯水、第四系松散巖類孔隙水兩種類型。

觀測時(shí)間：2020年7月，潛水主要賦存于上更新統(tǒng)沖積層的④細(xì)砂中，為強(qiáng)透水層，主要接受大氣降水、側(cè)向徑流補(bǔ)給，以蒸發(fā)、側(cè)向徑流、人工開采等方式排泄。上層滯水的連通性較差，滲透性能在平面上也不均一，該層無連續(xù)的水位面，水位及水量受季節(jié)性變化影響大，主要受大氣降水補(bǔ)給、蒸發(fā)排泄。穩(wěn)定水位標(biāo)高9.99～14.08m，水位年變幅2～5m。

因此本基坑設(shè)計(jì)水位=穩(wěn)定水位埋深（14.0m）+地下水年變幅（3.0m）=17.0m。

4 設(shè)計(jì)控制關(guān)鍵點(diǎn)

綜合分析場地工程地質(zhì)條件、基坑開挖深度、基坑平面形狀以及周圍環(huán)境條件，本工程具有以下特點(diǎn)：

（1）基坑變形控制：基坑北側(cè)、南側(cè)、西側(cè)緊鄰市政道路，市政道路下埋藏有雨水、污水、電信等市政管線，南側(cè)的多層房屋緊鄰基坑，距離紅線較近。因此應(yīng)嚴(yán)格控制基坑變形并加強(qiáng)對基坑位移的監(jiān)測，減少對周圍環(huán)境的影響。并且由于周圍管線較多，應(yīng)在施工前對周圍管線進(jìn)行復(fù)核后再進(jìn)行施工。

（2）地下水控制：場地含水砂層厚度深，基坑挖深較大，基坑底位于地下潛水位以下，雨季側(cè)向補(bǔ)給豐富，降水難度大。不宜采用大規(guī)模降水方案，需制定安全可靠的截水、止水方案，以保證地下結(jié)構(gòu)施工以及周圍環(huán)境的安全。

所以本基坑支護(hù)設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)為周邊建筑、道路、市政管線的保護(hù)、地下水的控制，以及土方的運(yùn)輸。

5 設(shè)計(jì)方案選型及確定

5.1 設(shè)計(jì)原則

基坑支護(hù)是一個(gè)系統(tǒng)工程，不僅要保證支護(hù)結(jié)構(gòu)和周圍環(huán)境的安全，同時(shí)還要考慮土方開挖、地下結(jié)構(gòu)施工的便利性和經(jīng)濟(jì)性，以及業(yè)主方對工程開發(fā)建設(shè)周期的要求，應(yīng)根據(jù)工程特點(diǎn)以及工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件、周邊環(huán)境保護(hù)要求，結(jié)合不同支護(hù)形式的特點(diǎn)以及工程造價(jià)和工期等方面綜合考慮，在保證基坑及周邊環(huán)境安全的前提下，使工程造價(jià)控制在合理范圍以內(nèi)。

設(shè)計(jì)原則如下：

（1）安全可靠：安全是前提，必須保證。

（2）技術(shù)可行：安全可靠的技術(shù)措施可能有多種，但選擇支護(hù)方案時(shí)，應(yīng)結(jié)合工程特點(diǎn)，考慮技術(shù)的可行性，最好采用在本地區(qū)有成功成熟經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)措施，對于工程質(zhì)量更有保障。

（3）經(jīng)濟(jì)合理、方便施工：基坑支護(hù)是一個(gè)系統(tǒng)工程，支護(hù)結(jié)構(gòu)的選擇不能僅考慮支護(hù)工程本身的費(fèi)用，同時(shí)要考慮對地下結(jié)構(gòu)施工的影響，以及對整個(gè)項(xiàng)目開發(fā)建設(shè)總體進(jìn)度的影響，從全局角度出發(fā)，綜合各方面影響因素，擇優(yōu)而定。

5.2 方案比選

分別從圍護(hù)結(jié)構(gòu)、支撐系統(tǒng)、止水帷幕系統(tǒng)三個(gè)方面進(jìn)行比選，綜合確定最優(yōu)方案。

（1）圍護(hù)結(jié)構(gòu)。根據(jù)基坑開挖深度、工程地質(zhì)以及周圍環(huán)境條件，結(jié)合南昌地區(qū)基坑支護(hù)經(jīng)驗(yàn)，可選擇的圍護(hù)結(jié)構(gòu)有：地下連續(xù)墻、排樁、SMW工法樁，比選結(jié)果如表2所示。

表2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)比選表

在技術(shù)可靠性以及區(qū)域經(jīng)驗(yàn)上，SMW工法樁在南昌地區(qū)有用于同深度基坑的經(jīng)驗(yàn)；技術(shù)可靠性最佳的連續(xù)墻費(fèi)用太高，一般宜用作主體結(jié)構(gòu)的一部分，但需要與主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相協(xié)調(diào)，勢必會(huì)延長設(shè)計(jì)周期，無法滿足業(yè)主的進(jìn)度要求，故不推薦采用。綜上所述，推薦采用SMW工法樁和排樁搭配止水帷幕進(jìn)行比選。

（2）支撐系統(tǒng)。支撐系統(tǒng)主要分為內(nèi)撐和外錨，其中內(nèi)支撐按材料分為鋼筋混凝土和鋼材。外錨一般有錨桿和錨索，在深基坑中，一般選擇受力較大的錨索，比選結(jié)果如表3所示。

表3 支撐系統(tǒng)比選表

（3）單項(xiàng)比選結(jié)果。經(jīng)過上述比選，結(jié)果如下：

①圍護(hù)結(jié)構(gòu)：SMW工法樁與鉆孔灌注樁。

②支撐系統(tǒng)：鋼支撐。

③止水帷幕：三軸攪拌樁。

（4）整體方案比選。

①方案一：整個(gè)基坑采用SMW工法樁+局部雙排樁+鋼支撐的支護(hù)方式。

②方案二：整個(gè)基坑采用鉆孔灌注樁+三軸攪拌樁+鋼支撐的支護(hù)方式。

可回收型鋼在深基坑支護(hù)工程中反復(fù)使用，在開挖不太深的基坑項(xiàng)目中，完全能夠替代支護(hù)樁體系，可以為業(yè)主節(jié)省大量投資，而且這種節(jié)能、環(huán)保、減碳的工法符合國家鼓勵(lì)的發(fā)展方向。綜合本工程特點(diǎn)、工程造價(jià)、施工工期、施工工藝及穩(wěn)定性,本工程推薦采用SMW工法樁+局部雙排樁+鋼支撐的支護(hù)方式。

6 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）圍護(hù)結(jié)構(gòu)。采用SMW工法樁，剖面采用?850@600三軸水泥土攪拌樁內(nèi)插型鋼H700*300*13*24@600,型鋼長18.0m，樁頂設(shè)置冠梁連接。基坑支護(hù)各分段數(shù)據(jù)見表4。

表4 基坑支護(hù)各分段數(shù)據(jù)

（2）內(nèi)支撐。因?yàn)闃I(yè)主需要在右側(cè)出土，故在BC段設(shè)置出土口，因此在鋼支撐布置上采用角撐的布置形式，在角撐斷開處采用雙排樁支護(hù)。

本工程基坑支護(hù)采用預(yù)應(yīng)力鋼支撐+砼冠梁組合撐的支護(hù)方式。支撐頂標(biāo)高為18.50m。基坑角部設(shè)置鋼桁架角撐及格構(gòu)撐，共同抵抗作用在冠梁上的土壓力。通過安置在斜撐和對撐上的千斤頂來調(diào)節(jié)鋼支撐平衡體系的張緊程度而限制支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形。此支撐系統(tǒng)中鋼桁架支撐和預(yù)應(yīng)力采用裝配式施工，具有快速裝卸、循環(huán)使用、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。基坑支護(hù)典型剖面圖見圖1，鋼支撐構(gòu)件平面圖見圖2，型鋼數(shù)量表見表5。

表5 型鋼數(shù)量表

圖1 基坑支護(hù)典型剖面圖

圖2 鋼支撐構(gòu)件平面圖

在支撐節(jié)點(diǎn)處按間距約12m設(shè)置型鋼立柱，型鋼立柱型號H350×350×12×19，立柱長度18m，進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化不小于0.5m。型鋼組合支撐現(xiàn)場圖見圖3。

圖3 型鋼組合支撐現(xiàn)場圖

其他。部分區(qū)域采用掛網(wǎng)噴砼進(jìn)行施工，掛網(wǎng)厚度80mm，采用?8@200×200鋼筋網(wǎng)。

7 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)施工情況及效果

基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)主要施工順序?yàn)椋篠MW工法樁施工→砼冠梁、支撐梁施工→型鋼組合支撐安裝→開挖至基底標(biāo)高→施工地下室二層底板及傳力帶→施工地下室二層頂板及換撐板帶→拆除支撐→繼續(xù)施工地下室→土方回填。SMW工法樁施工完成后進(jìn)行土方開挖及后續(xù)分項(xiàng)的施工。整個(gè)使用期間基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)使用良好，基坑內(nèi)外水位控制滿足了要求。項(xiàng)目已經(jīng)竣工驗(yàn)收，效果良好，為業(yè)主降低了基坑支護(hù)造價(jià)。

8 基坑監(jiān)測情況

本工程基坑監(jiān)測從土方開挖開始到基坑回填完成結(jié)束，監(jiān)測的內(nèi)容主要有：基坑坡頂水平位移、坡頂沉降、周邊建（構(gòu)）筑物沉降變形、周邊道路沉降、深層水平位移、地下水位、支撐軸力、立柱豎向位移，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果：水平位移最大值6.99mm；累計(jì)下沉量最大值16.78mm；地下水位滿足設(shè)計(jì)及施工要求；支撐軸力在報(bào)警值以內(nèi)。

9 結(jié)語

（1）深基坑支護(hù)工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)、支撐系統(tǒng)均采用可回收型鋼，通過可回收型鋼的反復(fù)使用達(dá)到節(jié)能、環(huán)保、低碳的目標(biāo)，可回收型鋼在深基坑支護(hù)工程中的反復(fù)使用，可以為業(yè)主節(jié)省大量投資，而且這種節(jié)能、環(huán)保、減碳的工法符合國家鼓勵(lì)的發(fā)展方向，應(yīng)用前景廣闊。

（2）型鋼組合支撐采用型鋼組合桁架，其組合桁架均采用標(biāo)準(zhǔn)件，可在現(xiàn)場拼裝或工廠預(yù)拼裝，構(gòu)件間采用螺栓進(jìn)行連接，在支撐完成后可實(shí)現(xiàn)全部回收，其結(jié)構(gòu)體系簡單、受力明確，具有裝配式特性并且制造、運(yùn)輸、施工簡捷方便。