超长线性深基坑绿色装配式支护技术应用

超长线性深基坑绿色装配式支护技术应用

李宝成，崔金涛，高新、杜昊

中国建筑第二工程局有限公司河北分公司 河北省 石家庄 050000

济南市城乡规划编制研究中心 山东 济南 250000

摘要：在深基坑施工过程中，传统土钉墙是目前应用非常广泛的边坡支护技术。传统土钉墙是在边坡上施作土钉加固土体以及为坡面提供水平抗力，并在边坡坡面上挂钢筋网喷射混凝土以达到稳定坡面的目的。笔者结合工程经验，总结了深基坑支护技术的优劣，并指出组合型基坑支护具有较好的发展前景。结合以往工程经验进行了综合研究，最终决定采用一种绿色装配式深基坑支护GRF 系统，并对该支护系统采用有限元法进行分析，给出了参考设计方法。计算及实用结果表明，该支护系统对复杂地质条件适应强，施工方便快捷，而且具有绿色环保、可回收等优点。

关键词：超长线结构；深基坑支护

随着中国经济的增长、科技的进步、城市化进程的加速，对地下空间资源的开发利用及改造已成为社会发展的重要战略之一。地下空间开发的规模越来越大，对深基坑支护技术的要求也越来越高，基坑不断向“深大近”方向发展已成为必然趋势。为了保证复杂环境下基坑施工、主体地下结构和基坑周边环境的安全，践行绿色环保施工、建设生态文明社会的发展理念，对基坑侧壁、周边土体、周围环境的支挡、加固及保护措施的要求就越来越高，为此，深基坑开挖与支护引起了各方面的广泛重视，新的技术、方法、工艺也随之不断涌现。

一、深基坑支护新技术发展

深基坑支护技术在岩土工程领域是一个实践性很强而又富有变化的课题，近些年来随着建设规模的扩大和地下空间资源的改造、利用，深基坑支护技术在原有的基础上有了很大的发展和突破，并在工程实践中得以广泛应用。

1、复合土钉墙。复合土钉支护技术可根据土层特性、基坑深度、周边条件的限制以及工程需要进行灵活的有机结合，适用范围较广，方便设计施工，可大大缩短建设工期，降低工程造价。随着材料和技术的不断更新，及其在冻土、湿陷性黄土、膨胀土、盐渍土等特殊土地区的应用研究，复合土钉墙在中国建筑工程领域具有良好的发展前景，必将在工程中得到广泛应用。

2、新型地下连续墙。新型地下连续墙在国内外大量的深基础工程中都得到了应用，此种技术无论是作为地下结构的主体（或主体的一部分）还是作为防水、挡土结构，都是一种使用价值非常高的施工技术。随着工程实践的积累、技术的不断进步、新型材料的不断产生，新型地下连续墙的设计方法、施工工艺、防渗漏措施以及整体性能等方面都有了进一步的发展和完善。“两墙合一”地下连续墙新技术将是深大基坑支护技术的主要发展趋势，预制装配式地下连续墙、预应力地下连续墙符合现代社会倡导绿色施工需求，在深基坑支护领域将是一个新的研究方向。

二、超长线形结构的常规深基坑支护系统及问题

基坑支护是在进行基坑开挖时，采取相应措施，合理保护地质结构，并保证开挖后边坡或土墙具有足够的强度、刚度和稳定性，关系到坑内作业人员安全、工程质量以及环境保护等重大问题，在地质条件复杂、地层软弱等不利条件下，工程事故发生的风险仍然较大。

1、喷锚支护系统。喷锚支护系统是由锚杆、土体、钢筋网和混凝土面层等组成并共同作用，以提高土体的结构强度和刚度，约束土体侧向变形。对本工程而言，当地建设主管部门严禁现场搅拌混凝土，周边搅拌站又无法生产锚喷用的混凝土材料，且喷锚工序较为烦琐，施工耗时较长。

2、排桩支护系统。排桩支护系统通常由支护桩、水平支撑体系和防渗帷幕等组成。本工程中，岩层多为中风化泥岩、砂岩，其强度达到52 MPa，相当于C45 混凝土，高功率旋挖机，旋挖成孔时间长，钻进困难，极易造成机械的损坏。GRF01M-A面层+GRF岩石锚杆支护系统，常规基坑支护系统于本工程而言不再适用，借鉴以往工程经验，本工程若采用排桩支护系统，每根桩钻进需用时5~6 h，采用高功率旋挖钻机施工860 根支护桩共需约42 d方可完成，无法满足其施工工期节点要求。

（1）GRF01M-A面层。支护面层GRF01M-A 系列采用高分子复合材料组成的多层加筋绿色可回收的新型支护面层及配套连接构件组成，抗拉强度不小于25 kN/m2，基坑顶部及底部翻边宽度不小于1.5m，采用不小于0.9m 长的HRB40025 的钢筋固定，并采用0.15 m 厚C30 混凝土覆盖。

（2）GRF岩石锚杆。因地质强度较高，采用冲击水钻进行钻孔，直径为100 mm，钻孔后嵌入HRB400 25 钢筋，与水平面的夹角为20°，矩形四角布置，横纵向间距2 m，采用钢丝绳将嵌入钢筋相连，钢筋外露端头采用M25螺栓焊接，设置管口压板。水泥浆液水灰比为0.5~1.0（42.5 水泥），注浆压力为0.5~1.0 MPa，遇到主体结构桩基础的区域，锚杆水平间距可做相应的调整，合理避让桩基础。

3、受力分析和设计方法

（1）GRF01M-A面层受力分析。支护设计采用预制柔性面层代替混凝土面层，利用面层的抗拉力抵抗面层所受土压力，在土钉合理布置的情况下，分析面层受力情况，内力按下式计算：

根据GB 50330《建筑工程边坡工程技术规范》6.3 2-1，α =90°，β =3，φ=25°，外倾结构面倾角θ=45°+φ/2=58°，外倾结构面粘聚力Cs 为40 kPa，外倾结构面内摩擦角φs 为18°，岩石与挡墙的摩擦角δ=0.33，φ 为8.3°，γ 为21.0 kN/m3， 附加荷载q=10 kN/m2，计算所得主动岩石压力合力Ea=577 kN/m。采用现行国家标准规定的荷载分项系数和组合值系数；支护结构的重要性系数γ0 按有关规范规程，本工程安全等级为一级，γ0 取值为1.1，边坡稳定安全系数取1.35，则：P=2 424.640 7 N/m2。综上所述，现有面层均布荷载设计值大于原有放坡喷锚设计值，所以变更后的装配式面层支护方案可行。

4、施工技术工艺

（1）基坑分层开挖和修坡：根据本工程特点，按相应规范对基坑进行分段分层开挖，每层不得超过2 m，每层开挖完成后对边坡进行人工修坡，确保达到图纸坡比要求。

（2）锚杆孔放线定位： 利用全站仪及钢尺测放出锚杆孔的孔位，纵横向矩形布置，间距为2 m×2 m，局部尺寸略有调整。

（3）锚杆孔注浆： 水泥浆搅拌设计水灰比0.6~1.0， 注浆时根据地质情况， 压力设定为0.5~1.0 MPa，待强度达到相应要求后，进行抗拔试验，待水泥浆强度设计值达到75%即可进行下层土开挖。

（4）基坑顶部及底部翻边宽度不小于1.5 m，采用不小于0.9 m 长的HRB400 25 的钢筋固定，并采用0.15 m 厚C30 混凝土覆盖，坡底面层通过排水沟进入基础垫层不小于1.5 m，根据需要每25 m 设置1 个集水井，其他有关排水降水要求按原设计要求执行。

（5）GRF 回收：待主体结构完成后，肥槽回填之前，对绿色装配式面层进行拆除，对锚杆端部压板及螺帽进行拆除后切断与面层的连接，由坡底向坡顶顺序拆除，卷成捆状，待下次进行循环使用。

绿色装配式GRF 深基坑支护技术对土层适用性较强，在不改变传统理论机理的基础上，可取代喷射混凝土面层；与传统喷锚工艺或排桩支护相比，绿色可回收装配式GRF 支护体系具有施工工效高，能耗低、污染小、节材、绿色环保等优点。超长线性基坑绿色装配式GRF 支护技术在工程成功应用，实施效果良好，保证了基坑工程安全。

参考文献：

[1] 潘学刚，李琛，王梦琴. 现代建筑工程深基坑支护施工技术控制分析[J]. 建材与装饰，2019，（ 22）: 35–36.

[2] 潘凯. 岩土工程施工中深基坑支护问题研究[J]. 中国标准化， 2019（16）： 17.