建筑基坑桩锚支护绿色施工技术分析

2023-11-16安国阳龚治李平山田苑中建二局安装工程有限公司北京100160

安徽建筑 2023年11期

安国阳，龚治，李平山，田苑（中建二局安装工程有限公司，北京 100160）

0 引言

目前，在大量基坑工程开挖过程中，采取的施工降排水措施主要是通过围护结构形成止水帷幕，防止地下水渗入基坑，同时采取主动降水技术进行水位降深。另一方面采取的围护结构多为混凝土桩、地下连续墙等，这些基坑围护结构和降水技术存在资源浪费、地下水环境破坏、地表沉陷、施工噪声污染以及施工大气污染的问题，不仅与绿色建筑的理念相差甚远，也给生存环境带来沉重负担[1-3]。发展可持续的基坑工程支护技术成为目前最为重要的研究方向，本文尝试结合实际工程项目，通过基坑支护形式采用水泥土压灌桩与H 型钢相结合的围护结构以及可回收再利用预应力锚索，分析其绿色施工技术，以实现基坑工程施工的环境友好并降低造价成本。

1 工程概况

江西东方雨虹生产基地项目（二期）占地面积约为72000m2，建筑面积约为31700m2，主要由卷材车间、库房二、库房三、库房五、沥青防水涂料车间、锅炉房、生产回收间、危废品库、沥青储罐区、污水处理站、雨水收集池1、雨水收集池2 和事故水池这8 个建筑物、5 个构筑物组成，其中建筑物地上为1～3 层，构筑物地下池体居多，屋面防水等级为二级，建筑物基础结构形式有桩基基础、独立基础，构筑物有筏板基础，地上结构为门式刚架，框架、排架结构。

场地地形较为平坦开阔，地势起伏平稳，研究基坑为雨水收集池2 及事故水池深基坑，基坑等级为二级，基坑周边1 倍基坑深度范围内无既有建筑物，基坑呈矩形状，基坑面积为877.00m2，基坑周长为190.20m，基坑深度为3.50～7.20m，坑顶地面标高62.50m，基坑底标高为55.30～59.00m。其中，雨水收集池2 为地下一层，占地面积605.00m2；事故水池为地下一层，占地面积344.52 m2。基坑支护采用桩锚支护，桩墙的结构形式为水泥土桩墙+型钢，锚索为预应力可回收锚索，基坑施工完成后均可回收内插型钢以及预应力钢绞线，达到了资源回收再利用，水泥土桩墙施工就地搅拌成墙，无废浆废液，减少了工程建设污染和环境破坏，属于绿色施工支护技术，基坑的围护断面如图1所示。

图1 基坑桩锚支护断面图

2 场区工程地质背景

根据《江西东方雨虹生产基地项目（二期）工程岩土工程勘察报告（详勘阶段）》钻探揭露，场地勘探深度内地层结岩性分为①素填土、②粉质粘土、③全风化千枚岩、④强风化千枚岩、⑤中风化千枚岩，覆盖层的工程地质特性如表1 所示。场区岩石层的工程地质特性表2 所示。

表1 场区覆盖层的工程地质特性

表2 场区岩石层的工程地质特性

3 基坑桩锚支护绿色施工技术

3.1 基坑长螺旋压灌水泥土桩墙绿色施工技术

采用长螺旋压灌水泥土桩墙可以实现水泥与原有土体的相互拌合成墙，其成桩均匀性使得桩体起到了良好的防水隔水作用，工作原理类似于止水帷幕，避免了传统基坑工程开挖前的降水施工。而内插的H 型钢则作为墙体的补强构造，形成刚度和强度连续完整的挡土受力构件，具备了受弯和抗渗双重功能的结构，基坑施工完成后再将H 型钢拔出，因此，长螺旋成为绿色施工技术的关键[4]。长螺旋压灌水泥土桩墙的施工流程如图2所示。

图2 基坑长螺旋压灌水泥土桩墙绿色施工流程

长螺旋压灌水泥土桩墙可以就地取土，并在地表将土体与水泥进行混合搅拌，通过长螺旋钻机向地下进行压注，因此，长螺旋压灌水泥土桩墙的适用地层较广，从松散软弱的填土、淤泥质土到坚硬的黏土、砂土，甚至还有圆砾的混合土层都适用[5]。在设计和施工时，长螺旋压灌水泥土桩墙的水泥土配备直接关系到桩墙的均匀性、稳定性、防水性和强度，也为了更好地节约水泥土的用量，满足绿色施工的技术要求，减少施工阶段长螺旋压灌水泥土的工程量，以避免基坑施工完成后，H 型钢被拔除，遗留的硬化水泥土对地下环境造成影响，需要对水泥土的掺入比进行优化确定。为此，在施工阶段，采用现场测试的方法对不同水泥土掺入比的试样进行了抗压强度测试、渗透系数以及塌落度测试，结果如图3 所示。从图中可以看出，随着水泥土掺入比的增加，水泥土桩墙的抗压强度呈近线性增加，而渗透系数呈非线性减小，表明水泥土桩墙的力学性能和防水性能均得到了提高。在水泥土掺量从10%增加至14%时，水泥土桩墙的塌落度不断减小，水泥土掺量在14%增加至18%时，水泥土桩墙的塌落度基本不变，水泥土掺量大于18%后，水泥土桩墙的塌落度又呈现减小的趋势。一般而言，水泥土桩墙的渗透系数在1.3×10-7～1.5×10-7cm/s、抗压强度在1.5MPa 时，可以取得较好的支护效果和经济效益，因此，综合分析可以确定施工时水泥土桩墙的水泥土掺入比为16%。

图3 长螺旋压灌水泥土桩墙水泥土掺入比的确定

在水泥土桩墙施工平面布置形式上，可以将水泥土桩墙的布桩形式分为一排或者双排，相对于一排水泥土桩墙而言，双排水泥土桩墙在受到土压力作用下，前后排的密实程度更为紧密，桩间的搭接施工也更为简便、可靠性高[6]。桩体内的H 型钢内插，也可以根据受力分析情况，采取3 种方式，分别为密插、隔一插一、隔一插二，两种材料的合理配置极大地发挥了各自的材料性能，发挥了止水和受力的双重作用，如图4 所示[7]。

图4 长螺旋压灌水泥土桩墙的施工平面布置形式

3.2 基坑H型钢插拔绿色施工技术

可回收H 型钢是长螺旋压灌水泥土桩墙+H 型钢围护结构最为重要的绿色施工技术。H 型钢的插拔工艺直接关系到钢材的回收率。由于钢材在施工过程中容易受到水环境的腐蚀，导致水泥土对H 型钢握裹力增加，摩擦力消耗了驱动力，结果使得H 型钢插入和拔起困难，通过对H 型钢涂刷减阻剂进行摩擦力消除来减小摩阻力。

为了研究H 型钢在拔起时的受力变化情况，在H 型钢中埋入了位移传感器，观测H 型钢拔起力与位移的变化关系，结果如图5 所示。从图中可以看出，H型钢在拔起回收过程中，其拔起力和位移的变化大致经历了四个阶段：在第I阶段，H 型钢的位移变化慢，而拔起力则增加迅速，这个阶段H 型钢的上部往往已经出现松动，而下部仍然纹丝不动，主要克服水泥土对H 型钢的握裹力；在第II阶段，H 型钢的拔起力随着位移的增加而迅速增加，达到峰值后又迅速减小，峰值减小的原因是水泥土对H 型钢握裹力的消失，同时H 型钢出现向上滑动的趋势，摩擦力为滑动摩擦力；在第III 阶段，H 型钢的拔起力随着位移的增加呈近线性减小，这个阶段的拔起力主要克服H型钢的滑动摩擦力、H 型钢的重量以及由材料弯曲造成的阻力；在第IV 阶段，H型钢的拔起力较小且迅速减小，为H 型钢拔出阶段。由此可知，第II 阶段是拔起施工的关键阶段，H 型钢的拔起力出现极限峰值，受力复杂。

图5 H型钢回收施工时位移-拔起力变化曲线

3.3 基坑可回收锚索绿色施工技术

目前大部分的预应力锚索均在基坑施工完成后作为永久置留构件，但对于运营阶段的地下工程结构而言却无任何用处，反而会占用周边地下空间，影响后续地下工程的建设。采用可回预应力锚索则可以有效减小此类问题，同时达到回收钢绞线的目的，实现绿色施工[8]。

在施工可回收锚索时，应对基坑周边的岩土工程环境、锚固设计条件等进行掌握，随后采用钻机进行钻孔，钻孔在水平方向上的间距误差应小于10cm，在垂直方向上的钻孔间距误差也应小于10cm，钻具将预应力锚索放入预定位置，并进行灌浆固结，灌浆的水泥砂浆水灰比为0.40～0.45，并采用张拉设备进行张拉锚固，以保证预应力锚索的正常服役。锚索回收时，钢绞线的露出段为钢管式承载头，采用前卡式张拉千斤顶连接钢管式承载头对预应力钢绞线进行预抽拉，钢绞线的端部发生位移，在抽拔的过程中也不断地对油缸压力进行读数监测，直至钢绞线全部拉出，经过监测表明，本工程的预应力回收时，钢管式承载头可以满足基坑预应力锚杆回收的张拉要求，油缸压力最大值为6.5MPa，最后基本稳定在2.3MPa，实现了锚杆的绿色回收。