绿色支护技术在基坑支护中的应用

绿色支护技术在基坑支护中的应用

胡江平

中国一冶集团有限公司    430080

摘 要：现代建筑工程领域中，绿色基坑支护技术与传统技术在基坑施工中的应用相比，其具有较强的发展优势，此类技术可在基坑回收后回填，既符合当前建筑装配所提倡的绿色环保理念，也符合科学发展观的要求。本文主要将理论与工程的实践结合，阐述绿色基坑支护技术下SMW 工法+预应力组合型钢工法在建筑施工中的实际应用，用实践验证绿色基坑支护技术在建筑施工中的稳定性能和环保效果。

关键词：绿色支护技术；基坑工程；应用

本文分析研究SMW工法+预应力组合型钢工法的支护结构在实际工程中的应用，SWM工法独有的三轴搅拌桩可以阻隔基坑里外地下水的联系，降低基坑长期抽取地下水导致的水资源浪费情况，SMW工法中的型钢在基坑作用完成后回填并回收，组合型钢内支撑在主体结构回筑后也会拆除回收。与以往的钢筋混凝土+钢筋混凝土内支撑+敞开式降水方案相比，不但缩减了混凝土的养护周期，而且减少了资源浪费和碳排放，具有绿色高效优势，SMW 工法+预应力组合型钢支撑受内插型钢的钢度和可回收的可靠性限制，对型钢长度30m以内的深基坑工程有很好的适用性，对开挖深度12米以上，或四周有自来水管道、文物等重点保护对象，可用钻孔灌注桩、地下连续墙等钢度较大的围护结构+组合型钢的内支撑方式。对用多道支撑的内支护结构，由于土方开挖加深，内支撑不断架设，支撑和维护结构的内力持续转换，管道内支撑可能受拉，而钢支撑受压不受拉，所以建议对多道内支撑结构，首道内支撑应利用钢筋混凝土支撑和钢筋混凝土内支撑。

1绿色基坑支护技术的概述

1.1基坑支护的定义及种类

所谓基坑支护，是为保证地下结构施工以及周边环境的安全，对基坑侧壁以及四周环境采用支挡、加固、与地下水的控制措施。随着高层建筑的兴起，促进了支护技术的发展，相关行业在基坑施工中不断累积经验，促进了更多支护技术的出现，其中施工常用的支护技术主要包括钢板桩支护技术、深层搅拌水泥桩支护技术、小型钻孔灌注桩支护技术、土钉墙支护技术，地下连续墙支护技术、涂层锚杆技术、内支撑技术等方面。但部分支护技术在基坑的开挖与支护结构中出现许多不合理的问题，资源浪费、安全隐患与破坏生态是其主要问题所在，这也不符合当前倡导的可持续发展理念。因此，在科技的支持下，支护技术在以原有的技术为基础实现了技术的创新，发展成适合现代需要的基坑支护绿色施工技术

1.2基坑支护绿色施工技术

根据相关的调查研究，我国未来基坑支护技术将会朝着节能减排可持续发展，能源有效的利用，资源回收循环使用，污染排放控制等方案的经济安全可靠的方向发展，其主要的绿色施工支护技术包含支护结构与主体结构相结合技术，型钢水泥土搅拌墙技术，绿色预制可回收钢板桩技术，可回收式锚杆技术，本文接下来将会通过实际工程案例来对基坑支护绿色施工技术的应用进行论述[1]。

2工程介绍

以江苏省某市某个写字楼的开发项目为例，已有挖掘深度为12m的蓄水池。此地要挖掘约4789平米的基坑，挖掘边线长度要在391米左右，挖掘深度约在10.7米，售楼处和学校是基坑施工过程影响的区域，基坑边距学校约32.9米，基坑围护桩紧挨售楼处，这就需要严格要求围护结构的控制程度。要进行施工的基坑开挖涉及到的土层从上到下为素填土、粉质黏土、软塑状的粉质黏土、粉砂和可塑状的粉质黏土以及粉砂质的维承压含水层，地下1～2米处为承压水头位置，基坑开挖底部位于粉质黏土层，靠近粉砂层。

3地下水处置方案的选型情况

据相关实例，模拟挖出深度约10.7m，底部接近 <3-3>粉质砂层的基坑，因粉砂层含水量高、透水性大、水层微承压。在开挖过程中，要使微承压水层的水头比基坑底部高出约8m，随着挖掘深度的增加，含水层顶板上部的粉质黏土层覆盖土的厚度就会逐渐的变薄，极易导致承压水穿透上部不透水层，致使基坑底部突现涌水、涌砂的现象，对基坑围护结构产生威胁。为了避免这一现象突然发生，就要求将承压水头降低，并将其控制在基坑底部以下约一米左右。但在降低承压水头后，会降低承压含水层的水压，增加有效应力，导致土体机构发生沉降，影响周边的建筑物。所以防止基坑突现涌水、涌砂，是此次基坑工程地下水控制的首要任务，同样也是为预防承压水水压降低，出现地面沉降的问题。地下水处置有两种设计方案，一种为坑内降水+坑外帷幕，另一种为坑内降水+坑外降水。坑内降水+坑外帷幕是通过顺着基坑的坡顶建设一圈止水帷幕，要使帷幕平面封闭，纵向隔断。后在基坑内部设置降水井，抽干坑内地下水。但本工程的微承压含水层底板在坑底以下10米区域的可塑状黏土层处，所以要应用综合性强的三轴水泥土搅拌桩做水平和纵向都封闭的止水帷幕，在平面上，沿着基坑的周边建设一圈封闭的三轴搅拌桩，纵向上三轴搅拌桩的底部进入粉质黏土层要大于1.5米，从而阻断坑外承压水补给坑内，使坑内降水转为疏干降水。而坑内降水+坑外降水在基坑土方开挖前就要进行预降水，且在开挖期间和地下室回筑期间也要进行降水，要持续6个月以上的降水周期，经相关计算可知，每天降水量在1.5千立方米，持续6个月，会抽取地下水27万立方米，浪费大量的地下水资源，况且在降水期间难免会有停电导致降水井失效，导致坑外土体固结失效的风险。而坑内降水+坑外帷幕方案仅需要抽取地下水1.2万立方米，减少了基坑内愁水量，大大节约了地下水资源，缩减了降水周期，也降低了降水期间出现的风险。所以，本工程采取了坑内降水+坑外帷幕的地下水控制方案

[2]。

4.基坑支挡结构的选型情况

  本次基坑工程设计选型的主要区域为地下室，工程普遍区域地下室外墙退让用地红线只有3m左右，在减去实际占据的4/5m的施工空间后，实际基坑挖掘边线相距用地红线只有2.1m多一点。但由于要求的基坑深度要在10.7m左右，而经过对放坡支护应用的空间计算后，还要20m左右的卸土区域，但由于施工空间狭窄，不具有基坑整体应用放坡挖掘的区域条件。由于施工所属地区规定支护结构不可超出用地红线，所以，就不可以使用类似于锚杆和土钉等会超出用地红线结构的工具。通过对以往相似工程建筑模式的研究，此项工程的设计中，只能利用围护桩加内支撑的支护结构。该支护结构既有现今流行的SMW 工法+预应力组合型钢工法支撑方案，也有传统的钢筋混凝土钻孔灌注桩以及钢筋混凝土内支撑方案。

在钢筋混凝土围护桩 + 钢筋混凝土内支撑设计方案的实际应用过程中，主要是沿基坑挖掘边线安装一排钻孔灌注桩，基坑内部用钢筋混凝土支撑，并与钻孔灌注桩结合，共同抵御外部水土施加的压力。钻孔灌注桩属于分离式排桩，也就是说各排桩之间要有一定的净距，工程常用的净距一般在20cm至50cm之间。本工程设计方案通过计算，采用灌注桩钻孔的直径约80cm，灌桩的中心距在100cm，排桩净距20cm，桩长2270cm，排桩数390根，需要水下强度级别为30的混凝土4.45千立方米。基坑内部支撑设计区域为在6m×7m，需要强度级别为30的混凝土1.4千立方米。该工程使用的混凝土为水、泥、砂构成，砂和水需要开采和运输获得，水泥需要经历开采、运输、燃烧和煅烧的过程获得，而这些获得的渠道都会产生碳排放。在计算混凝土的碳排放量过程中，既要考虑原材料的开采和运输，也要考虑商品混凝土的生产和运输的完整过程，1立方米强度级别在30商品混凝土会产生大约0.35吨的CO2，1立方米强度级别在35的混凝土会产生大约0.38吨的CO2。围桩为水下强度级别在30的混凝度相当于强度级别在35的混凝土，本方案中使用的强度级别在35的混凝土4.45千立方米，会产生1700千千克的CO2。基坑内部使用的强度级别在30的混凝土，会产生约486t的CO2[3]。

SMW 工法 + 组合型钢内支撑设计方案的实际应用过程中，主要是沿着基坑挖掘边线安装三层搅拌桩内安插 H70cm×30cm×1.3cm×2.4cm 型钢围护结构，在基坑内部安装H40cm×40cm×1.3cm×2.1cm 组合型钢内部支撑结构。所谓组合型钢支撑的过程，就是利用多根型钢通过高强螺栓连接成整体的可施加预应力的支撑，该方案在东南沿海一些区域被逐渐应用，这与 SMW 工法中的内插型钢一样，都可以采用基坑回填回收再利用的的方法。这比以往的的钻孔灌注桩 + 钢筋混凝土内支撑方案更加实用，并且在实际应用中不仅可以降低施工成本，缩短工期，还可以实现绿色环保的发展理念。就本工程设计方案而言，SMW 工法 + 组合型钢内支撑方案比以往的钢筋混凝土围护桩 + 钢筋混凝土内支撑方案相对节约成本近240万元左右，缩减近一个月的工期，碳排放量可以减少近2185吨。

5基坑的实际实施效果阐述

该工程自2021年3月1日利用SMW 工法 + 组合型钢内支撑方案施工开始到8月14日基坑回填过程结束，用时166天，与以往的钢筋混凝土支撑相比，节约了养护和拆除的耗时，缩减1个月的工期，根据对基坑监测的数据可知，基坑围护桩累计水平位移的最大值仅在0.8cm，冠梁顶累积纵向位移的最大值仅在0.69cm，这就表明维护结构的稳定和变形控制的相当不错；坑外水位变化最大值在31cm，坑外地下水的水位上升，表明帷幕的止水效果十分可观，坑内降水没有为坑外地下水水位造成影响；周边的管线累积沉降最大值在0.51cm；道路的累积沉降最大值在0.47cm，表明基坑开挖卸荷和坑内降水引起坑外地面的沉降情况较少，此类支护方案合理[4]。

6基坑支护工程在施工中出现的问题及解决方法

6.1基坑支护工程在施工出现的问题

基坑支护工程本身具有临时性和危险性的特点，施工结束后，会导致基坑回填完成支护结构而失去使用功能后，从此永远的深埋地下，从而为周边的环境带来污染，对资源造成浪费，在现有的基坑支护施工中，仍然有不少的工程还在延续传统的以混凝土为主要建筑材料的支护结构，诸如钻孔灌注桩和钢筋混凝土内支撑的方案，其中钻孔灌注桩等基坑回填完成支护任务后随即失去其使用功能，却依然会永久的深埋于地下，依旧不符合生态环境可持续发展的理念。

6.2施工问题的解决方法

在深基坑支护工程中，为了降低工程的危险性和对周围环境带来的破坏，就必须在保证安全的基础上，尽最大的可能利用可回收再利用的支护机构。随着工程技术的发展，绿色环保可回收的支护结构—SMW 工法 + 组合型钢支撑技术工法被逐渐的应用在基坑支护中，其在本工程的实际应用中达到了良好的效果，也解决了该工程施工中出现的一些列问题，其具体体现在如下几个方面：第一，该工法可以有效的缩减工期，在该功法由施工开始到结束期间，仅耗时166天，比钢筋混凝土支撑养护和拆除时间节省约一月左右。第二，该工法有效的降低了工程的造价，与传统的钻孔灌注桩 + 钢筋混凝土支撑相比，该工法节省近240万元的工程费用。第三，该工法降低了资源的浪费，减少了环境污染，与传统的钻孔灌注桩 + 钢筋混凝土支撑相比，该工法节省了混凝土方量四千八百五十立方米，减少碳排放量2185千千克，达到了节约资源、绿色环保的目的。第四，应用三轴搅拌桩隔断坑内外联系，将基坑内部的降水转换为疏干降水，与传统的降水相比，节省水资源25.8万m3。第五，该工法有效的控制了基坑围护结构和周边环境的稳定，实测围护结构最大位移仅在0.8cm。竖向最大位移仅在0.68cm，边管线累计沉降最大值仅0.51cm，道路累计沉降最大值仅0.47cm。切实做到了精准的控制

[5]。

7结束语

通过对以上基坑支护技术的实践应用，可以看出绿色支护技术在基坑工程中的应用效果，本工程利用绿色的基坑支护技术，对周边的生态环境起到了有效的保护作用，还大大降低了工程的造价成本，促进了工程效益的提高，总体来说，大力加强绿色支护技术在基坑施工中应用分析研究，对未来工程的发展具有重要意义。

参考文献

[1]康小明. 土建基础施工中深基坑支护技术的应用[J]. 绿色环保建材, 2017(1):10-15.

[2]候雁红. 型钢绿色支护技术在建筑基坑工程中的应用[J]. 安装, 2019(07):23-25.

[3]陈铭. 建筑深基坑支护中的锚喷支护应用[J]. 绿色环保建材, 2018(03):211-213.

[4]许洪亮. 建筑基坑桩锚支护绿色施工技术开发. 长春工程学院, 2015(05)98-100.

[5]韩晓霞. 浅谈深基坑支护施工技术在建筑工程中的应用[J]. 绿色环保建材, 2016(08):9-11.