深基坑常用围护结构的优缺点分析及选择

2014-04-16范晓敏

中国科技纵横 2014年3期

关键词：施作优缺点围护结构

范晓敏

(中铁三局集团华东建设有限公司,江苏南京 210000)

深基坑常用围护结构的优缺点分析及选择

范晓敏

(中铁三局集团华东建设有限公司,江苏南京 210000)

随着城市人口越来越多,地铁作为一种不受道路情况影响,能快速、安全运送乘客的交通系统被广泛运用。地铁深基坑围护结构作为地铁车站施工的一个不可忽视的重要环节,如何确定安全可靠、经济适用的围护结构形式,尤为重要。本文从围护结构的作用、形式、选择参考因素以及经济合理性等多方面详细阐述了如何选择一个合理使用的围护结构,同时简单讲述了在基坑围护结构施工时的注意事项,以期能够在大家进行类似工程的施工时起到一定的指导作用。

地铁深基坑围护结构

随着城市人口的集中化，以及个人私有车辆的普及，城市交通情况日益紧张，为了改善人们的出行条件，各大城市也纷纷开始地下轨道交通工程的规划建设。地铁拥有快捷、舒适、准时等优点，深受广大人民的喜爱。地铁的施工总体来说包括车站及区间两大部分，其中地铁车站作为乘客乘坐地铁的构筑物，对地铁运营起到了至关重要的作用。根据车站与地面相对位置关系分为高架车站、地面车站及地下车站，其中以地下车站居多。地下车站的施工不可避免的存在深基坑开挖的问题，为了给基坑开挖及车站结构施作提供一个安全、稳定的工作环境，通常在基坑外侧先行施作围护结构，本文就主要针对围护结构的选择提出一些建议。

1 基坑围护体系的定义及几种主要形式

基坑围护结构体系包括板(桩)墙、围檩(冠梁)及其他附属构件。板(桩)墙主要承受基坑开挖卸荷所产生的土压力和水压力，并将此压力传递到支撑，是稳定基坑的一种施工临时挡墙结构。地铁基坑所采用的围护结构形式很多，其施工方法、工艺和所用的施工机械也各异；因此，应根据基坑深度、工程地质和水文地质条件、地面环境条件等，特别要考虑到城市施工特点，经技术经济综合比较后确定。我国常用的围护结构分为以下几种：

(1)桩板式墙板式桩：通常采用H型钢背后加水平挡板的方式形成支护。优点是造价低、施工简单、有障碍物时可改变间距；缺点是止水性差，地下水位高的地方不适用，坑壁不稳的地方不适用。这种围护结构形式开挖深度在上海达到6m左右，日本用于开挖深度在10m以内的基坑。

(2)钢板桩围护结构：通常为U形或Z形钢板桩，桩与桩之间通过构造形式相互咬合，具有一定的止水性。优点是采用成品制作，可反复使用，施工简便；缺点是施工噪声较大，刚度小，变形大，新的时候止水性尚好，重复使用时易发生漏水现象，需增加防水措施。

(3)人孔挖孔桩：采用人工配置简易的提升设备进行开挖成孔，下放钢筋笼后浇筑混凝土，形成支护体系。优点是施工造价低，设备简单，易于大批量上场同时施工，施工灵活度高，无泥浆、噪音低、文明施工、环保效果好，整体性强；缺点是人员施工风险打，不适合进行淤泥层和流砂层施工。

(4)机械成孔灌注桩：一般采用螺旋钻机、冲击式钻机和正反循环钻机成孔，下放钢筋笼后浇筑混凝土，形成支护体系。优点是刚度大，可用于深大基坑，施工时对周边地层、环境影响较小；缺点是无止水功能，需配合降水或止水措施使用。

(5)SMW工法桩：利用搅拌设备切削土体，然后注入水泥类混合液搅拌形成均匀的挡墙，最后在墙中插入型钢，形成一种劲性复合围护结构。优点是止水性好，构造简单，施工速度快，型钢可以部分回收重复利用；缺点是在基坑深度较大时该围护结构刚性不足，需增加内支撑密度，对施工影响较大。

(6)地下连续墙：采用专用的挖槽设备，沿着基坑的周边开挖狭长的沟槽，按事先划分好的幅段安放钢筋笼、浇筑混凝土。优点是施工时振动小、噪声低，墙体刚度大，对周边地层扰动小，可适用于多种土层；缺点是造价较高。

2 围护结构选择影响因素

通过对以上常用围护结构的优缺点分析，为基坑围护结构的选择提供了依据，但是在围护结构选择过程中还要考虑到多方面因素，具体有以下几个方面：(1)基坑开挖深度：基坑开挖深度是围护结构选择的一个最重要的考虑因素，对于一些开挖深度小的基坑可选择钢板桩、土钉墙等造价较低的围护结构进行施工，甚至在周边环境允许的条件下可以采用放坡开挖方式进行施作。(2)地质条件：很多围护结构形式的施工工艺均对地质条件有一定的要求，因此在选择围护结构形式时必须考虑工程所处位置的地质条件。(3)地下水情况：地下工程无法避免要与地下水打交道，在地下水丰富的地方围护结构的选择需要考虑围护结构的止水性能，如选用半封闭形式的围护结构如钻孔灌注桩等则需要配合止水帷幕进行使用，常用的止水帷幕有搅拌桩、旋喷桩。(4)经济合理性：围护结构的选择除了以上几方面需要考虑的因素外，还需选择几种适合运用的围护结构形式进行经济合理性分析，尽可能在起到应有的支护效果的情况下降低工程造价，节约能源。

3 围护结构施工注意事项

围护结构的选择完成后进入施工阶段，作为地下水土压力的第一重防线，围护结构的重要性不言而喻，这里就几种常用围护结构的施工提出几点需注意的事项。

(1)灌注桩：无论采用何种成孔方式，最终形成结构阻挡水土压力的是桩体，在桩体混凝土灌注过程中须掌控泥浆比重、首盘混凝土方量、导管的拔除时间把握等几个方面，保证成桩质量，使其发挥应有的作用。(2)SMW工法桩：工法桩是在搅拌桩内插入型钢形成一个整体受力的支护结构，搅拌桩的施工需要注意的是围护结构整体施工顺序的安排，最重要的是封闭桩位置的选择，如果是一台设备按照一个方向进行施工，则在进行最终封闭时因首根桩施作时间较长，有了一定的强度，则相邻封闭桩无法有效的咬合，导致出现桩体侵限、出现冷缝等问题。(3)地下连续墙：地下连续墙作为一种使用地质条件广泛、强度高、整体性好的围护结构越来越广泛的应用与地下基坑围护工程，在进行地下连续墙施工时需要合理的选用接头形式，地连墙的接缝止水是一个关键的工序，目前最有效的办法是选用止水性好的接头形式，如十字钢板接头，或者在接缝处施作旋喷桩进行止水。