可回收型钢在深基坑支护工程中的应用

2022-12-22谢秋明

西部探矿工程 2022年10期

谢秋明，周堃

（江西省水文地质工程地质大队，江西南昌 330095）

1 概述

深基坑支护工程围护结构、支撑系统均采用可回收型钢，通过可回收型钢的反复使用达到节能、环保、低碳的目标，可回收型钢在深基坑支护工程中的反复使用，可以为业主节省大量投资，而且这种节能、环保、减碳的工法符合国家鼓励的发展方向，应用前景广阔。

围护结构采用SMW工法桩，SMW工法桩是利用搅拌设备就地切削土体，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，即形成一种劲性复合围护结构。这种围护结构的特点主要表现在止水性好，构造简单，施工速度快，型钢可以回收、重复利用。

支撑系统采用型钢组合支撑，型钢组合支撑采用型钢组合桁架，其组合桁架均采用标准件，可在现场拼装或工厂预拼装，构件间采用螺栓进行连接，在支撑完成后可实现全部回收，具有装配式特性并且制造、运输、施工简捷方便。

2 工程概况

南昌市某商业地块位于学府大道以南、丰和南大道以东、泷江路以北。总用地面积约29409.2m2。所有建筑类型结构均为框架结构。下设2层地下室，地下室采用浅基础。基坑总面积为22294m2，总延长米为579m。根据项目总体设计，坑外地坪整平至20.00m标高，基坑坑底标高为9.5m，基坑开挖深度为10.50m。四周道路地下管线主要有雨水管、污水管、供水管、电力管线、通信管线等，基坑西侧有地铁线路，距离基坑边线约51m。地铁出入口，距离基坑边线约15.9m。

3 场地工程地质、水文地质条件

3.1 工程地质条件

场地为平原地貌，场地高程变化较小。勘察期间孔口标高范围为：18.73～21.82m。本次勘察揭露地层最大深度为28.3m，按照地层沉积年代、成因类型、地层岩性及其物理力学性质，将场地地层共划分为7个大层，具体各土层岩性及分布特征概述如下：

①杂填土(Q4ml)：灰褐色，松散，稍湿，主要由粘性土、砾石、建筑垃圾、人类生活垃圾等组成，为近期堆填。

②淤泥（Q4l）：黑褐色，饱和，流塑，有机质含量约为10%～20%，可见植物根系，干强度低，韧性低。

③粉质粘土（Q4al+Pl）：黄灰褐—褐黄色，稍湿，可塑，韧性干强度一般，切面稍具光泽，无摇震反应，岩芯呈土柱状，干钻可钻进。

④细砂（Q4al）：浅黄色，稍湿，松散。主要矿物成分为石英，局部含泥质成分。粒径以0.075～0.25mm为主，分选性较好，级配较差，磨圆度较好。

⑤砾砂（Q4al）：黄色，湿，稍密。主要由粗砂和细砂等组成，含少量粘性土，粒径以2～20mm为主，分选性较好，级配较差，磨圆度较高。

⑥强风化泥质粉砂岩（E）：红色，原岩结构大部分破坏，中厚层构造，风化作用强烈，裂隙发育，岩芯呈碎块状，岩体破碎。

⑦中风化泥质粉砂岩(E)：红褐色，原岩结构部分破坏，岩芯完整性一般，岩芯呈短柱—长柱状，局部为块状，风化裂隙发育，层状构造，锤击声较哑、无回弹、有凹痕、易击碎，属软岩，岩体完整程度为较完整。

该基坑支护设计采用的岩土物理力学参数为地勘报告提供的建议值与类似工程经验值，其取用参数见表1 。

表1 各岩土层基坑设计参数表

3.2 水文地质条件

勘探深度内，勘察场地地下水主要可分为上层滞水、第四系松散岩类孔隙水两种类型。

观测时间：2020年7月，潜水主要赋存于上更新统冲积层的④细砂中，为强透水层，主要接受大气降水、侧向径流补给，以蒸发、侧向径流、人工开采等方式排泄。上层滞水的连通性较差，渗透性能在平面上也不均一，该层无连续的水位面，水位及水量受季节性变化影响大，主要受大气降水补给、蒸发排泄。稳定水位标高9.99～14.08m，水位年变幅2～5m。

因此本基坑设计水位=稳定水位埋深（14.0m）+地下水年变幅（3.0m）=17.0m。

4 设计控制关键点

综合分析场地工程地质条件、基坑开挖深度、基坑平面形状以及周围环境条件，本工程具有以下特点：

（1）基坑变形控制：基坑北侧、南侧、西侧紧邻市政道路，市政道路下埋藏有雨水、污水、电信等市政管线，南侧的多层房屋紧邻基坑，距离红线较近。因此应严格控制基坑变形并加强对基坑位移的监测，减少对周围环境的影响。并且由于周围管线较多，应在施工前对周围管线进行复核后再进行施工。

（2）地下水控制：场地含水砂层厚度深，基坑挖深较大，基坑底位于地下潜水位以下，雨季侧向补给丰富，降水难度大。不宜采用大规模降水方案，需制定安全可靠的截水、止水方案，以保证地下结构施工以及周围环境的安全。

所以本基坑支护设计关键点为周边建筑、道路、市政管线的保护、地下水的控制，以及土方的运输。

5 设计方案选型及确定

5.1 设计原则

基坑支护是一个系统工程，不仅要保证支护结构和周围环境的安全，同时还要考虑土方开挖、地下结构施工的便利性和经济性，以及业主方对工程开发建设周期的要求，应根据工程特点以及工程地质与水文地质条件、周边环境保护要求，结合不同支护形式的特点以及工程造价和工期等方面综合考虑，在保证基坑及周边环境安全的前提下，使工程造价控制在合理范围以内。

设计原则如下：

（1）安全可靠：安全是前提，必须保证。

（2）技术可行：安全可靠的技术措施可能有多种，但选择支护方案时，应结合工程特点，考虑技术的可行性，最好采用在本地区有成功成熟经验的技术措施，对于工程质量更有保障。

（3）经济合理、方便施工：基坑支护是一个系统工程，支护结构的选择不能仅考虑支护工程本身的费用，同时要考虑对地下结构施工的影响，以及对整个项目开发建设总体进度的影响，从全局角度出发，综合各方面影响因素，择优而定。

5.2 方案比选

分别从围护结构、支撑系统、止水帷幕系统三个方面进行比选，综合确定最优方案。

（1）围护结构。根据基坑开挖深度、工程地质以及周围环境条件，结合南昌地区基坑支护经验，可选择的围护结构有：地下连续墙、排桩、SMW工法桩，比选结果如表2所示。

表2 围护结构比选表

在技术可靠性以及区域经验上，SMW工法桩在南昌地区有用于同深度基坑的经验；技术可靠性最佳的连续墙费用太高，一般宜用作主体结构的一部分，但需要与主体结构设计相协调，势必会延长设计周期，无法满足业主的进度要求，故不推荐采用。综上所述，推荐采用SMW工法桩和排桩搭配止水帷幕进行比选。

（2）支撑系统。支撑系统主要分为内撑和外锚，其中内支撑按材料分为钢筋混凝土和钢材。外锚一般有锚杆和锚索，在深基坑中，一般选择受力较大的锚索，比选结果如表3所示。

表3 支撑系统比选表

（3）单项比选结果。经过上述比选，结果如下：

①围护结构：SMW工法桩与钻孔灌注桩。

②支撑系统：钢支撑。

③止水帷幕：三轴搅拌桩。

（4）整体方案比选。

①方案一：整个基坑采用SMW工法桩+局部双排桩+钢支撑的支护方式。

②方案二：整个基坑采用钻孔灌注桩+三轴搅拌桩+钢支撑的支护方式。

可回收型钢在深基坑支护工程中反复使用，在开挖不太深的基坑项目中，完全能够替代支护桩体系，可以为业主节省大量投资，而且这种节能、环保、减碳的工法符合国家鼓励的发展方向。综合本工程特点、工程造价、施工工期、施工工艺及稳定性,本工程推荐采用SMW工法桩+局部双排桩+钢支撑的支护方式。

6 基坑支护结构设计

（1）围护结构。采用SMW工法桩，剖面采用∅850@600三轴水泥土搅拌桩内插型钢H700*300*13*24@600,型钢长18.0m，桩顶设置冠梁连接。基坑支护各分段数据见表4。

表4 基坑支护各分段数据

（2）内支撑。因为业主需要在右侧出土，故在BC段设置出土口，因此在钢支撑布置上采用角撑的布置形式，在角撑断开处采用双排桩支护。

本工程基坑支护采用预应力钢支撑+砼冠梁组合撑的支护方式。支撑顶标高为18.50m。基坑角部设置钢桁架角撑及格构撑，共同抵抗作用在冠梁上的土压力。通过安置在斜撑和对撑上的千斤顶来调节钢支撑平衡体系的张紧程度而限制支护结构的变形。此支撑系统中钢桁架支撑和预应力采用装配式施工，具有快速装卸、循环使用、绿色环保等优点。基坑支护典型剖面图见图1，钢支撑构件平面图见图2，型钢数量表见表5。

表5 型钢数量表

图1 基坑支护典型剖面图

图2 钢支撑构件平面图

在支撑节点处按间距约12m设置型钢立柱，型钢立柱型号H350×350×12×19，立柱长度18m，进入强风化不小于0.5m。型钢组合支撑现场图见图3。

图3 型钢组合支撑现场图

其他。部分区域采用挂网喷砼进行施工，挂网厚度80mm，采用∅8@200×200钢筋网。

7 基坑支护结构施工情况及效果

基坑支护结构主要施工顺序为：SMW工法桩施工→砼冠梁、支撑梁施工→型钢组合支撑安装→开挖至基底标高→施工地下室二层底板及传力带→施工地下室二层顶板及换撑板带→拆除支撑→继续施工地下室→土方回填。SMW工法桩施工完成后进行土方开挖及后续分项的施工。整个使用期间基坑支护结构使用良好，基坑内外水位控制满足了要求。项目已经竣工验收，效果良好，为业主降低了基坑支护造价。

8 基坑监测情况

本工程基坑监测从土方开挖开始到基坑回填完成结束，监测的内容主要有：基坑坡顶水平位移、坡顶沉降、周边建（构）筑物沉降变形、周边道路沉降、深层水平位移、地下水位、支撑轴力、立柱竖向位移，根据监测结果：水平位移最大值6.99mm；累计下沉量最大值16.78mm；地下水位满足设计及施工要求；支撑轴力在报警值以内。