許洪亮，靖向黨，彭 第，何世鳴，于天野

（1.長(zhǎng)春工程學(xué)院勘查與測(cè)繪工程學(xué)院，長(zhǎng)春130021；2.北京建材地質(zhì)工程公司，北京100102）

0 引言

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市化步伐的加快，城市空間的利用率不斷增高，相應(yīng)城市建設(shè)中出現(xiàn)了大量基坑工程。基坑工程是建造地下建筑結(jié)構(gòu)時(shí)的臨時(shí)性支護(hù)工程，因此研究節(jié)約資源、降低成本、保護(hù)環(huán)境的綠色施工技術(shù)是目前基坑支護(hù)工程的重要課題，對(duì)推動(dòng)城市建設(shè)以及經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

1 基坑工程常用的支護(hù)形式與存在的問(wèn)題

1.1 基坑工程常用的支護(hù)形式

目前基坑工程中比較成熟的支護(hù)形式主要有：樁錨支護(hù)、懸臂樁支護(hù)、土釘墻支護(hù)、微型樁復(fù)合土釘墻支護(hù)和地下連續(xù)墻支護(hù)等。其中樁錨支護(hù)形式，即護(hù)坡樁加錨桿（索）支護(hù)結(jié)構(gòu)形式被廣泛用于深度6m以上的建筑基坑工程中，而6m以上的建筑基坑占建筑基坑的絕大多數(shù)，如鄭州地鐵一號(hào)線七里河基坑工程、深圳星河國(guó)際酒店基坑工程、北京地鐵西四車站基坑工程、杭州錢江商務(wù)廣場(chǎng)基坑工程、上海證大喜馬拉雅藝術(shù)中心基坑工程、上海仁濟(jì)醫(yī)院地下車庫(kù)房基坑工程、深圳東海商務(wù)中心基坑工程、北京第五廣場(chǎng)基坑工程、西安旅游國(guó)際中心基坑支護(hù)及降水工程、甘肅廣播電視大學(xué)綜合樓基坑工程等等[1]，而且這些基坑支護(hù)工程中的支護(hù)樁大多采用泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁，也有的采用長(zhǎng)螺旋成孔壓灌混凝土后插鋼筋籠成樁工藝，如中國(guó)農(nóng)業(yè)銀行北方數(shù)據(jù)中心基坑工程和中國(guó)人壽研發(fā)中心項(xiàng)目二期基坑工程。同時(shí)為了方便基坑開挖大多采用了降低地下水位的措施。

1.2 樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)形式存在的問(wèn)題

樁錨支護(hù)加降水的設(shè)計(jì)方案是目前城市建筑基坑工程中被廣泛采用的支護(hù)方案，在該方案中支護(hù)樁均采用鋼筋混凝土樁，且樁的施工多采用泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁或長(zhǎng)螺旋成孔壓灌混凝土后插鋼筋籠成樁工藝。根據(jù)基坑開挖深度錨桿（索）采用一層或多層，且工程完成后也不再回收；降水是通過(guò)抽吸地下水把基坑內(nèi)外一定范圍的地下水位降低到基坑底部以下。該方案雖然能夠很好地解決建筑基坑支護(hù)的安全問(wèn)題，但作為臨時(shí)工程存在浪費(fèi)資源、破壞或污染環(huán)境、影響后續(xù)地下工程建設(shè)等問(wèn)題。

1.2.1 資源浪費(fèi)問(wèn)題

作為支護(hù)結(jié)構(gòu)的鋼筋混凝土樁和錨桿（索），起著確保地下工程施工安全的作用。一旦地下工程結(jié)束，投入的大量鋼材及混凝土等材料不能回收，永久埋藏在地下，建筑鋼材得不到循環(huán)利用，造成極大的浪費(fèi)。如北京中關(guān)村某建筑基坑22 000m2，采用樁錨支護(hù)，基坑開挖深度14.60m，投入的鋼筋、鋼絞線和腰梁等鋼材約663.5t，C30混泥土用量約3 304m3，大量的鋼材被埋入地下而未回收，浪費(fèi)極大。

1.2.2 破壞和污染環(huán)境

為了實(shí)現(xiàn)基坑開挖的干作業(yè)，希望通過(guò)降水方法將基坑內(nèi)的水位降到基坑底部以下，事實(shí)上在降低基坑內(nèi)水位的同時(shí)基坑外較大范圍的地下水位被降低，如圖1所示。根據(jù)降水漏斗，基坑外一定范圍的土體由于孔隙水及細(xì)顆粒的排出發(fā)生壓縮變形，可導(dǎo)致地面產(chǎn)生不均沉降，從而引起基坑周圍附近建筑物、構(gòu)筑物、道路及地下管線產(chǎn)生位移、沉降，甚至破壞。如上海市某軌道交通站基坑工程[2]由于基坑降水引起周圍建筑物、地表及地下管線急劇沉降的問(wèn)題。

圖1 降水影響示意圖

其次，建筑基坑降水會(huì)造成大量的地下水流失，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成不良影響，例如北京市長(zhǎng)安街某商展大廈的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，該工程基坑6 000m2，開挖深度為16m，每天抽水量達(dá)1.8萬(wàn)t左右，到建筑物完工停止抽水，共抽取地下水37萬(wàn)t。所以目前已有一些城市在建筑施工中出臺(tái)限制施工降水的規(guī)定，如北京市建委2007年發(fā)布了《北京市建設(shè)工程施工降水管理辦法》。

另外，由于護(hù)坡樁施工多采用泥漿護(hù)壁的鉆孔施工方法，施工產(chǎn)生的大量廢棄泥漿處理易造成環(huán)境污染或增加施工費(fèi)用。如用罐車?yán)揭巴鈨A倒（目前廣泛采用），一是當(dāng)泥漿的水分蒸發(fā)后造漿的黏土細(xì)顆粒就會(huì)隨風(fēng)而產(chǎn)生揚(yáng)塵，二是如泥漿中使用了化學(xué)處理劑，會(huì)造成土壤和地下水的污染等。如果在現(xiàn)場(chǎng)用分離設(shè)備將泥漿的固相顆粒與水分離，一是會(huì)大大增加施工費(fèi)用，二是泥漿中細(xì)小的黏土顆粒不易分離，如分離不徹底將會(huì)引起城市排水管道堵塞。

1.2.3 影響后續(xù)地下工程建設(shè)

樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)中的錨桿（索）是為了防止支護(hù)樁傾倒而設(shè)置的，所以隨著基坑深度增加，錨桿（索）的層數(shù)也會(huì)增多，錨桿（索）的長(zhǎng)度會(huì)延伸在基坑外較遠(yuǎn)的范圍。因此，基坑工程結(jié)束后，若錨索或錨桿不回收，將其永久埋在地下就會(huì)影響建筑物附近后續(xù)管線鋪設(shè)等地下工程的施工，甚至年久腐爛可能引起環(huán)境污染，因此北京市正著手編制《可拆除錨桿技術(shù)規(guī)程》。

2 建筑基坑樁錨支護(hù)綠色施工技術(shù)研究

針對(duì)目前基坑工程廣泛采用的樁錨支護(hù)存在的問(wèn)題，通過(guò)初步研究提出建筑基坑支護(hù)工程綠色施工方案，即：水泥土防滲樁墻插型鋼與可回收錨索技術(shù)，如圖2所示。該技術(shù)采用就地取土地面攪拌水泥土漿，長(zhǎng)螺旋壓灌施工搭接式水泥土防滲樁墻，水泥土樁體內(nèi)插入可回收型鋼，基坑開挖過(guò)程中施工可回收錨索，從而實(shí)現(xiàn)基坑防滲不降水、就地取土拌入水泥成樁體、支護(hù)型鋼與錨索可回收，達(dá)到節(jié)約資源、降低基坑工程費(fèi)用、減少或避免破壞污染環(huán)境、不為建筑物周圍后續(xù)地下工程埋下隱患的目的。其施工工藝流程如圖3所示。

圖2 支護(hù)結(jié)構(gòu)剖面示意圖

圖3 施工工藝流程圖

2.1 水泥土防滲材料實(shí)驗(yàn)研究

通過(guò)調(diào)研和該綠色施工技術(shù)的要求確定，水泥土漿材應(yīng)可泵送，塌落度為18～22cm；水泥土漿材結(jié)石體應(yīng)具有一定抗壓強(qiáng)度和較好的防滲性能，其結(jié)石體28d抗壓強(qiáng)度應(yīng)不小于0.8MPa，滲透系數(shù)不大于1×10－6cm／s。根據(jù)施工技術(shù)對(duì)漿材性能要求，本著降低成本的原則，通過(guò)初步配比實(shí)驗(yàn)，確定粉質(zhì)黏土、水泥和碎石作為漿材組成。粉質(zhì)黏土廣泛存在，可就地取用，本實(shí)驗(yàn)選用長(zhǎng)春地區(qū)常見(jiàn)的粉質(zhì)黏土，含水量20.1%～27.6%，液限34.4%～46.8%，塑限19.5%～26.2%。水泥選用亞泰鼑鹿P·O32.5普通硅酸鹽水泥；碎石選用粒徑小于15mm的碎石，摻入碎石的主要目的是為了水泥土漿具有良好流動(dòng)性，以便泵送。加水量通過(guò)漿液塌落度控制。

為了確定合適的配比，進(jìn)行了水泥不同摻入比的試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 28d水泥土結(jié)石體的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和滲透系數(shù)及漿液塌落度

由表1可見(jiàn)，水泥摻入比為15%、18%、20%的水泥土結(jié)石體28d的抗壓強(qiáng)度和滲透系數(shù)均滿足要求，但考慮到樁體成本及其特性盡可能接近土體等，可選用水泥摻入比為15%的配方。

2.2 水泥土樁的施工工藝與防滲樁墻布置形式

2.2.1 水泥土樁的施工工藝

為了避免樁孔施工產(chǎn)生大量廢泥漿造成的環(huán)境污染或施工成本增加，選用干式鉆孔方法，即采用長(zhǎng)螺旋壓灌成樁工藝[3]，該方法的工藝流程如圖4所示。

該工藝方法采用就地取土地面攪拌成漿，泵送壓灌，以確保樁體致密、均勻，有足夠的防滲性能與抗壓強(qiáng)度。

長(zhǎng)螺旋壓灌成樁工藝適用于填土、淤泥質(zhì)土、黏性土、粉土、砂性土，甚至含有砂卵石的地層及泥炭土等特殊土層。

圖4 長(zhǎng)螺旋壓灌水泥土樁施工工藝流程圖

2.2.2 水泥土防滲樁墻布置形式

如圖5所示，為了防止基坑開挖時(shí)地下水滲入基坑內(nèi)，水泥土樁必須做成搭接的排樁墻，以便形成止水帷幕。所以樁墻可以采用一排搭接布置形式，也可以采用兩排搭接布置。但從基坑運(yùn)行中的防滲效果和對(duì)搭接的要求來(lái)看，兩排的布置形式防滲效果好，且對(duì)樁間的搭接要求低。因?yàn)樵诨舆\(yùn)行中后排樁在土壓力的作用下會(huì)產(chǎn)生向基坑內(nèi)的位移，迫使兩排樁壓的更加緊密，而使得兩排樁的重力式擋土效果增強(qiáng)[4]。

如采用兩排布置形式，應(yīng)先施工后排水泥土樁，然后施工前排插型鋼的水泥土樁，水泥土樁的直徑與孔距等參數(shù)，應(yīng)根據(jù)基坑深度和土質(zhì)條件等計(jì)算確定。

2.3 型鋼及其插拔工藝

2.3.1 型鋼的要求

型鋼是抵抗基坑邊坡變形的主要構(gòu)件，因此對(duì)其的要求是：

（1）型鋼材料強(qiáng)度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，一般采用Q235B級(jí)鋼和Q345B級(jí)鋼。

（2）一般按GB／T 11263—1998《熱軋 H 型鋼和部分T型鋼》取用熱軋型鋼，規(guī)格為H300×300、H500×300、H500×200、H700×300、H800×300、H850×300型鋼。

圖5 水泥土防滲樁墻布置形式

（3）當(dāng)型鋼采用鋼板焊接成型時(shí)，應(yīng)按照YB 3301—92《焊接H型鋼》的有關(guān)要求焊接成型。

（4）型鋼宜采用整材，當(dāng)較長(zhǎng)需采用分段焊接時(shí)，應(yīng)采用坡口焊接。對(duì)接焊縫的坡口形式和要求應(yīng)遵照J(rèn)GJ81—2002《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定，焊縫質(zhì)量等級(jí)不應(yīng)低于二級(jí)。

2.3.2 型鋼的插拔工藝

型鋼的插拔直接關(guān)系到型鋼的回收率，是基坑綠色施工技術(shù)的關(guān)鍵之一。為了提高型鋼的回收率，通常型鋼在插入前涂抹減阻劑，以便拔出過(guò)程中減小阻力，利于回收。但是事實(shí)上，一是市場(chǎng)上沒(méi)有效果明顯的專用減阻劑，且價(jià)格較高；二是涂抹在型鋼表面的減阻劑在插入過(guò)程中被周圍水泥土摩擦消耗，特別是型鋼下部基本不存在減阻劑，從而導(dǎo)致起拔困難，而且往往不能全部回收。因此，課題組開展了型鋼插拔的工藝研究，以及不同條件下插拔型鋼的對(duì)比研究，如壓灌水泥土后即刻插入型鋼，壓灌水泥土后即刻插入涂抹減阻劑的型鋼，待壓灌的水泥土初凝后插入型鋼，待壓灌的水泥土初凝后插入型鋼并即刻拔出再插入，待壓灌的水泥土初凝后插入型鋼并在即刻拔出型鋼的孔內(nèi)灌入減阻劑后再插入等等。

2.4 可回收新型錨索

錨索的回收也是該項(xiàng)綠色施工技術(shù)的關(guān)鍵之一?？紤]到建筑基坑肥槽的空間比較狹窄，所以必須選擇和設(shè)計(jì)可回收錨索作為錨固方式。目前我國(guó)眾多科研機(jī)構(gòu)和施工單位對(duì)錨桿的回收進(jìn)行了大量的研究與開發(fā)工作，而對(duì)可回收錨索研究較少，檢索到的僅僅是幾項(xiàng)專利技術(shù)，如廣東省工程勘察院的發(fā)明專利“土木工程的可回收錨索”[5]，中鐵第四勘察院的發(fā)明專利“一種注漿囊式可回收錨索”[6]等。這些可回收錨索不同程度存在一些不足，如結(jié)構(gòu)較繁雜、沒(méi)有實(shí)際工程應(yīng)用、回收情況不得而知等。所以，應(yīng)針對(duì)建筑基坑支護(hù)的特點(diǎn)，開發(fā)滿足錨固要求、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于回收的新型錨索結(jié)構(gòu)。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）建筑基坑支護(hù)是臨時(shí)性工程，目前多采用樁錨支護(hù)加降水形式。該支護(hù)形式雖然能夠很好解決建筑基坑支護(hù)的安全問(wèn)題，但作為臨時(shí)工程存在資源浪費(fèi)、破壞和污染環(huán)境、影響后續(xù)地下工程建設(shè)等問(wèn)題。

（2）基于目前建筑基坑支護(hù)存在的問(wèn)題，應(yīng)采用水泥土防滲樁墻插型鋼與可回收錨索技術(shù)，實(shí)現(xiàn)基坑防滲不降水、就地取土拌入水泥成樁體、支護(hù)型鋼與錨索可回收，達(dá)到節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境和不為建筑物周圍后續(xù)地下工程施工埋下隱患的目的。

（3）應(yīng)進(jìn)一步開展型鋼插拔工藝、新型可回收錨索結(jié)構(gòu)及防滲支護(hù)體系設(shè)計(jì)計(jì)算研究，完善建筑基坑支護(hù)綠色施工技術(shù)。

[1]龔曉南.基坑工程實(shí)例3[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

[2]陳在華.深基坑降水技術(shù)的應(yīng)用及對(duì)周圍環(huán)境影響的分析[J].安徽建筑，2004（3）：83－86.

[3]何世鳴.一種水泥土樁：中國(guó)，ZL2005 1 0082950.4[P].2005－07－07.

[4]何世鳴.長(zhǎng)螺旋壓灌水泥土型鋼樁基坑止水支護(hù)方法：中國(guó)，ZL 201210509638.9[P].2013－04－03.

[5]陸觀宏.土木工程的可回收錨索：中國(guó)，ZL 200410027469.0[P].2005－02－23.

[6]張占榮.一種注漿囊式可回收錨索：中國(guó)，ZL 201120537159.9[P].2012－08－15.