駱春雨，胡 江，曹 景，孫東利

（天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院，天津市 300051）

1 天津市地質(zhì)條件特點(diǎn)

天津市位于渤海灣，屬于華北沖擊平原，由于受到河道常年淤積沖刷，造就了地質(zhì)條件較為復(fù)雜的情況（見表1）。地表有較厚的軟土層，其下有厚度不等的砂層，且地下水位埋藏較淺，對(duì)于大型地下構(gòu)筑物的施工會(huì)造成一定的困難。

表1 天津市地質(zhì)土層分布表

近年來，隨著天津市大規(guī)模的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，特別是地道橋的大量建造，施工中針對(duì)天津地質(zhì)特點(diǎn)選擇合理的基坑開挖與支護(hù)方式對(duì)于工程建設(shè)的成功與否具有重要的意義。

2 地道橋工程基坑常見支護(hù)形式特點(diǎn)及應(yīng)用情況

基坑的開挖是基礎(chǔ)開挖面卸荷的過程，卸荷會(huì)引起坑底土體產(chǎn)生向上位移，同時(shí)也引起基坑邊坡土體水平位移，引起周圍地層運(yùn)動(dòng)隨著開挖深度增加所形成的水土壓力和地面各種超載的作用，就會(huì)使基坑周圍土體向基坑內(nèi)移動(dòng)。為了抵抗這種土體位移，保護(hù)基坑周邊環(huán)境，采取的支擋、加固及保護(hù)措施，統(tǒng)稱為基坑支護(hù)。

基坑支護(hù)技術(shù)發(fā)展很快，種類日益龐雜，傳統(tǒng)的單純“支護(hù)”的概念也發(fā)生了變化。最初的支護(hù)結(jié)構(gòu)僅包括防滲擋土的內(nèi)容，但隨著支護(hù)結(jié)構(gòu)成體系的發(fā)展，支護(hù)的概念已擴(kuò)充了不少，它或者可以成為主體結(jié)構(gòu)的一部分，或者與地基基礎(chǔ)協(xié)同工作，或者要考慮環(huán)境效應(yīng)。目前工程應(yīng)用中主要采用的支護(hù)形式有以下幾種：

（1）鎖口鋼板樁（見圖1）

圖1 鎖口鋼板樁

特點(diǎn)：鋼板樁，尤其是鎖口鋼板樁，能夠有效封堵高流塑性淤泥向坑內(nèi)涌土，并能形成有效的止水帷幕，可以有效克服支護(hù)方法中出現(xiàn)坡腳涌土而失事的弊病?；又ёo(hù)是臨時(shí)性工程，鋼板樁可以回收，目前一般是通過租賃鋼板樁施工，因此綜合施工費(fèi)用不高，但施工噪聲大，振動(dòng)大，對(duì)土體的擾動(dòng)大，自身剛度較小,施工時(shí)易產(chǎn)生較大的變形。

適用范圍：適用各種土層，在硬土層中應(yīng)用效果較好，一般用于開挖深度不大于5 m的基坑。

天津地道橋工程中應(yīng)用情況：應(yīng)用廣泛，常用于地道橋基坑的起終點(diǎn)開挖較淺段。采用該種支護(hù)結(jié)構(gòu)，開挖深度大于3 m時(shí)應(yīng)與橫向支撐結(jié)合使用。

（2）土釘墻（見圖 2）

圖2 土釘墻

特點(diǎn)：土釘墻是先開挖后支護(hù)，分層分段施工，具有比土方開挖稍后一步施工的特點(diǎn)。這個(gè)特點(diǎn)對(duì)那些復(fù)雜的土體結(jié)構(gòu)特別有利，在開挖過程中，視土質(zhì)條件的局部變化，采取相應(yīng)的技術(shù)措施來解決，易于使土坡得到穩(wěn)定，但軟土開挖支護(hù)不宜采用土釘墻。因?yàn)?，軟土的?nèi)摩擦角小，使得土釘錨固體與軟土的界面摩阻力小，土釘?shù)某休d能力小，另外在軟土中成孔也較困難，故技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合效益不理想。

適用范圍：土釘墻主要適用有一定粘結(jié)性的粘性土或粉土地質(zhì)，且施工場(chǎng)地需要滿足開挖放坡、設(shè)置錨桿的條件，開挖深度一般不大于15 m。

天津地道橋工程中應(yīng)用情況：天津市地表覆蓋一層較厚的軟土，因此不適合采用土釘墻支護(hù)，以往的工程應(yīng)用較少。

（3）地下連續(xù)墻（見圖3）

圖3 地下連續(xù)墻

特點(diǎn)：地下連續(xù)墻的剛度大，止水效果好，能承受較大的水平側(cè)向荷載，結(jié)構(gòu)變形較小，周圍地面的沉降少，能夠較好地控制和減少對(duì)鄰近建筑物的影響；地下連續(xù)墻施工時(shí)振動(dòng)小、噪聲低，能在建筑物、構(gòu)筑物密集地區(qū)施工，對(duì)周邊環(huán)境污染較?。坏叵逻B續(xù)墻無需設(shè)置圍檁體系，具有安裝速度快、施加預(yù)應(yīng)力方便等優(yōu)點(diǎn)。但是，地下連續(xù)墻工程量較大，對(duì)施工機(jī)械設(shè)備要求較高，造價(jià)較高。

適用范圍：適用各種深度、各種地質(zhì)條件的基坑支護(hù)。因其造價(jià)較高的特點(diǎn)，常在深基坑支護(hù)中采用。

天津地道橋工程中應(yīng)用情況：地道橋工程基坑一般由兩側(cè)向中間逐漸加深，最大深度一般不大于12 m，這種深度的基坑支護(hù)形式可選性較多，地下連續(xù)墻造價(jià)相對(duì)較高，因此在地道橋工程中應(yīng)用較少。

（4）鉆孔灌注樁（見圖 4）

圖4 鉆孔灌注樁

特點(diǎn)：布置靈活，施工簡(jiǎn)便，成樁快，機(jī)械化程度高，節(jié)省鋼材，價(jià)格低，適應(yīng)性強(qiáng)。鉆孔灌注樁噪聲小，振動(dòng)小，無擠土，無廢氣排放，對(duì)周圍建筑物、地下管線及居民生活影響較小。鉆孔灌注不具備止水的功能，往往要與水泥攪拌樁止水帷幕結(jié)合使用。綜合造價(jià)略低于地下連續(xù)墻，高于其它常見支護(hù)形式。

適用范圍：鉆孔灌注樁適用于各種土層，尤其適宜于在建筑物密集的市區(qū)施工。

天津地道橋工程中應(yīng)用情況：鉆孔灌注樁對(duì)地層條件適應(yīng)性強(qiáng)，機(jī)具簡(jiǎn)單，應(yīng)用廣泛。在天津市地道橋基坑工程中，開挖深度大于7 m段，應(yīng)用非常普遍，施工經(jīng)驗(yàn)豐富。

3 地道橋工程基坑先進(jìn)支護(hù)形式技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用情況

3.1 SMW工法

SMW工法（見圖5）作為一種較新的施工工藝，它是在現(xiàn)有深層攪拌樁的成熟工藝基礎(chǔ)上，加以改進(jìn)，充分利用了攪拌樁的高止水性，增加了型鋼的剛度與強(qiáng)度，彌補(bǔ)了攪拌樁抗側(cè)向土壓力的不足。根據(jù)實(shí)際施工情況和以往監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來看，SMW工法作為基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)有較高的可行性，能有效地控制地面、周邊構(gòu)筑物和地下管線的沉降；從技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面看，它能滿足止水和抗側(cè)向壓力，型鋼的回收在成本核算和間接投入上具有一定的優(yōu)勢(shì)。

圖5 SMW工法

在天津這樣的軟土地基上，特別是在構(gòu)筑物密集的市區(qū)，是較為理想的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)。然而，SMW工法對(duì)施工隊(duì)伍的技術(shù)水平要求較高，型鋼的打拔也是一項(xiàng)不宜控制的施工步驟，這些因素大大制約了SMW工法在天津地區(qū)的應(yīng)用與發(fā)展。

SMW工法的關(guān)鍵技術(shù)在于攪拌樁的制作和型鋼的打拔，掌握這兩項(xiàng)技術(shù)是成功應(yīng)用SMW工法的必要條件，根據(jù)天津以往工程成功經(jīng)驗(yàn)，這兩項(xiàng)技術(shù)設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：

（1）攪拌樁的制作

a.同常規(guī)攪拌樁比較,要特別注重樁的間距和垂直度。施工中垂直度應(yīng)小于1%,以保證型鋼插打起拔順利,保證墻體的防滲性能。

b.漿液配比除滿足抗?jié)B和強(qiáng)度要求外,尚應(yīng)滿足型鋼插入順利等要求。根據(jù)天津地區(qū)以往工程經(jīng)驗(yàn)，注漿配比:水泥摻量、膨潤(rùn)土、緩凝劑、水灰比分別為13%、0.22%、0.8%、0.5左右較為適宜。

c.水泥攪拌樁在施工過程中必須加強(qiáng)攪拌，增加水泥與土體的均勻性。控制三攪二噴工序，第一次攪拌提升和第二次攪拌提升時(shí)進(jìn)行噴漿，第三次攪拌為復(fù)拌，以提高樁身的均勻度，第一次噴漿量控制在60%，第二次噴漿控制在40%。

d.在攪拌下沉及提升過程中，控制下沉速度不大于2.0 m/min左右，提升速度50 cm/min左右?？刂浦貜?fù)攪拌提升速度在0.8～1.0 m/min以內(nèi),以保證加固范圍內(nèi)每一深度均得到充分?jǐn)嚢琛?/p>

e.相鄰樁的施工間隔時(shí)間不能超過24 h。

（2）型鋼的打拔

a.施工前必須檢查型鋼表面平整光滑,直線度必須控制在1.0%以內(nèi)，型鋼插入攪拌樁前必須在表面均勻涂刷減摩劑，與圍檁間用牛皮紙隔離，以利拔樁。

b.型鋼起吊移動(dòng)插入定位框架內(nèi)，檢測(cè)型鋼垂直度，插入型鋼應(yīng)控制在攪拌樁施工完畢12 h內(nèi)（水泥土初凝前）進(jìn)行，同時(shí)監(jiān)控H型鋼的長(zhǎng)度和插入攪拌樁的深度。插入前應(yīng)校正位置,設(shè)立導(dǎo)向裝置,以保證垂直度小于1%。插入過程中,必須吊直型鋼,盡量靠樁錘自重壓沉。

c.型鋼回收,采用2臺(tái)液壓千斤頂組成的起拔器夾持型鋼頂升,使其松動(dòng),然后采用振動(dòng)錘利用振動(dòng)方式或采用卷?yè)P(yáng)機(jī)強(qiáng)力起拔,將H型鋼拔出，采用邊拔邊灌漿的方法較為適宜。

采用SMW工法是未來地道橋基坑支護(hù)技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，掌握攪拌樁的制作和型鋼的打拔等關(guān)鍵技術(shù)是成功應(yīng)用SMW工法的基礎(chǔ)。隨著社會(huì)的進(jìn)步，施工隊(duì)伍水平的提高，SMW工法必將成為天津市地道橋支護(hù)形式中重要的支護(hù)技術(shù)，得到更廣泛的應(yīng)用。

3.2 預(yù)應(yīng)力魚腹梁鋼支撐支護(hù)（簡(jiǎn)稱IPS）

預(yù)應(yīng)力魚腹梁鋼支撐支護(hù)（見圖6）是由型鋼梁、鋼絞線、弦梁支撐件、連接點(diǎn)和錨具組成。其作用原理為：通過對(duì)鋼絞線施加預(yù)應(yīng)力，給魚腹梁支撐桿件產(chǎn)生了一個(gè)較大的反作用力，從而使作用于魚腹梁圍檁上的彎矩大大減少，提高了魚腹梁的彎曲剛度。將預(yù)應(yīng)力魚腹梁通過專用結(jié)點(diǎn)與角撐或?qū)瘟哼B接在一起，便組成了深基坑的支護(hù)系統(tǒng)。

圖6 預(yù)應(yīng)力魚腹梁鋼支撐

經(jīng)基坑工程實(shí)踐證明：該支護(hù)形式是現(xiàn)有基坑支護(hù)技術(shù)的跨越式發(fā)展，不僅能大大降低基坑支護(hù)的造價(jià)，顯著改善地下工程的施工作業(yè)條件，而且大大地減少了支護(hù)結(jié)構(gòu)的安裝、拆除、土方開挖及主體結(jié)構(gòu)施工的造價(jià)及工期。

其特點(diǎn)如下：

（1）安全可靠。相對(duì)于傳統(tǒng)支護(hù)形式的脆性破壞模式，IPS的破壞模式是延性破壞，從而提高了基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全度。

（2）變形較小。及時(shí)支護(hù)并施加預(yù)應(yīng)力，使基坑周邊地層水平位移能控制在20 mm之內(nèi)。

（3）造價(jià)經(jīng)濟(jì)。與傳統(tǒng)的支護(hù)形式相比，IPS可大大減少立柱和支撐的數(shù)量，進(jìn)而降低了工程造價(jià)。

（4）施工方便?，F(xiàn)場(chǎng)拼裝與螺栓連接使圍護(hù)結(jié)構(gòu)的安裝、拆除非常方便，較大的施工作業(yè)面，使土方開挖、建筑材料搬運(yùn)及主體結(jié)構(gòu)施工均十分便利。

預(yù)應(yīng)力魚腹梁鋼支撐支護(hù)是近幾年剛剛出現(xiàn)的一種基坑支護(hù)形式，在浙江、江蘇、上海等地已有工程應(yīng)用，應(yīng)用效果良好。在天津地區(qū)該種支護(hù)形式還處于發(fā)展階段，應(yīng)用較少。鑒于該種支護(hù)形式的種種優(yōu)點(diǎn)，未來必將在天津市地道橋基坑支護(hù)中得到廣泛的應(yīng)用。

4 天津市地道橋工程基坑支護(hù)技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

為了在基坑支護(hù)工程中做到技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)合理，確保安全，應(yīng)綜合場(chǎng)地工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件，基坑開挖深度，周邊環(huán)境和周邊荷載，支護(hù)結(jié)構(gòu)使用期限等因素，因地制宜地選擇合理的支護(hù)形式，來確保工程的造價(jià)合理與結(jié)構(gòu)安全。

天津市地道橋工程基坑具備的特點(diǎn)如下：

（1）天津地區(qū)地表有較厚的軟土層，其下有厚度不等的砂層，且地下水位埋藏較淺。

（2）地道橋工程基坑一般長(zhǎng)寬比較大，寬度約為15～50 m，長(zhǎng)度約為300～1 000 m，開挖深度一般為1～12 m，縱橋向?yàn)橛蓛啥讼蛑虚g逐漸加深。

根據(jù)上述特點(diǎn)以及天津市已建的中紡路地道橋、海河西路地道橋、芥園西道地道橋等工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，天津市地道橋工程基坑支護(hù)應(yīng)根據(jù)不同的開挖深度優(yōu)先選擇不同的支護(hù)形式。

開挖深度小于3 m段：優(yōu)先選擇鎖口鋼板樁支護(hù)；

開挖深度3～7 m段：優(yōu)先選擇SMW工法；

開挖深度大于7 m段：如掌握預(yù)應(yīng)力魚腹梁鋼支撐支護(hù)，應(yīng)優(yōu)先采用，其次選用SMW工法（施工隊(duì)伍應(yīng)具備該種深度型鋼的打拔能力），再次選用鉆孔灌注樁的支護(hù)形式。

5 結(jié)語(yǔ)

近年來，隨著我國(guó)工程技術(shù)的迅猛發(fā)展，向地下要空間已逐漸成為工程建筑行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。地下空間的發(fā)展，可在一定程度上有效解決城市建設(shè)用地緊張的問題，有效緩解建設(shè)用地的供需矛盾，提高有限土地的使用效率，符合我國(guó)走綠色發(fā)展、可持續(xù)發(fā)展道路的要求。

地下工程的施工建設(shè)，不可避免地需要采用基坑支護(hù)方案。本文詳細(xì)論述了目前較為常用的基坑支護(hù)方案以及尚處于推廣前期的新型基坑支護(hù)方案，具體介紹了各方案的優(yōu)缺點(diǎn)及適用條件，希望可借此文為天津市未來的地道橋工程施工提供借鑒。

[1]JGJ 120-99，建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].

[2]GB 50108－2001,地下工程防水技術(shù)規(guī)范[S].