劉敏

（中鐵建工集團(tuán)有限公司，北京100071）

1 引言

20 世紀(jì)60 年代， 美國建筑師Paolo Soleri 首次將建筑學(xué)與生態(tài)學(xué)融合，提出了生態(tài)建筑的新理念，標(biāo)志著建筑業(yè)發(fā)展的新方向至此誕生。 現(xiàn)階段，世界各國也都圍繞著綠色建筑積極探索發(fā)展。 綠色裝配式支護(hù)技術(shù)從產(chǎn)品材料的組成到施工工藝特點(diǎn)，都是以綠色建筑和可持續(xù)發(fā)展為要點(diǎn)。GRF 綠色裝配式支護(hù)技術(shù)作為一項(xiàng)新興起的新技術(shù)新工藝， 發(fā)展歷程較短，較之傳統(tǒng)的土釘墻噴錨支護(hù)技術(shù)應(yīng)用還不廣泛。 隨著我國建筑業(yè)發(fā)展日益成熟，也越來越重視綠色建造。 2022 年3 月，住建部印發(fā)了《“十四五”建筑節(jié)能與綠色建筑發(fā)展規(guī)劃》，明確了“十四五”時(shí)期建筑節(jié)能與綠色建筑發(fā)展的重點(diǎn)任務(wù)，并積極推動(dòng)裝配式建筑的應(yīng)用。由此可見，GRF 綠色裝配式支護(hù)技術(shù)擁有很好的發(fā)展?jié)摿Α?本文將通過對GRF 綠色裝配式支護(hù)技術(shù)的具體研究， 對比出這項(xiàng)技術(shù)相對傳統(tǒng)土釘墻噴錨支護(hù)技術(shù)的優(yōu)勢，對于這項(xiàng)新技術(shù)的推廣具有重要意義。

2 項(xiàng)目概況

長沙市軌道交通長沙西站為3 層車站， 規(guī)劃有4 條軌道交通線路接入。 本項(xiàng)目總建筑面積99 412.30 m2，基坑開挖面積約55 000 m2，深度約12～20 m，屬于危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程，并涉及鐵路既有線施工，需編制專項(xiàng)施工方案并經(jīng)專家論證。 項(xiàng)目場地周邊區(qū)域暫未進(jìn)行開發(fā)，多為農(nóng)田、水塘，村莊等。 經(jīng)勘察，項(xiàng)目施工區(qū)域地層從上至下依次為第四系全新統(tǒng)人工填土層（Q4ml），第四系全新統(tǒng)沖洪積層（Q4al+pl），第四系殘積層（Q4el）元古界冷家溪群下段地層（Pt1L）。 本項(xiàng)目基坑開挖分為兩個(gè)階段，第一階段為放坡開挖，開挖深度9 m 內(nèi)，支護(hù)結(jié)構(gòu)形式采用GRF 綠色裝配式支護(hù)，支護(hù)面積約為30 000 m2；第二階段為垂直開挖，開挖深度9～20 m，支護(hù)結(jié)構(gòu)形式采用圍護(hù)樁加內(nèi)支撐支護(hù)。

3 GRF 綠色裝配式支護(hù)概述

3.1 GRF 綠色裝配式支護(hù)技術(shù)分類

根據(jù)現(xiàn)有最新的分類標(biāo)準(zhǔn)，GRF 綠色裝配式支護(hù)技術(shù)有以下幾類：

1）GRF01 綠色裝配式土釘墻支護(hù)技術(shù)， 是在傳統(tǒng)的土釘墻噴錨支護(hù)技術(shù)上利用綠色環(huán)保的結(jié)構(gòu)面層替代鋼筋混凝土面層[1]；

2）GRF02 綠色裝配式垂直支護(hù)技術(shù)，是一種利用綠色環(huán)保的新型材料結(jié)構(gòu)面層替代鋼筋混凝土面層的垂直式支護(hù)形式；

3）GRF11（GRF12）綠色裝配式永久邊坡（垂直）支護(hù)技術(shù)，是利用綠色環(huán)保材料構(gòu)成的永久性的邊坡支護(hù)類型，并具有良好的美觀性。

3.2 GRF 綠色裝配式支護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)成

GRF 綠色裝配式支護(hù)結(jié)構(gòu)由面層、錨釘、鋼絲繩及緊固件等構(gòu)成，其面層又由加筋層、防護(hù)層及性能層構(gòu)成，如圖1 和圖2 所示。

圖1 GRF 裝配式支護(hù)立面示意圖

圖2 GRF 裝配式面層構(gòu)造示意圖

3.3 驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

3.3.1 進(jìn)場驗(yàn)收

裝配式面層進(jìn)場時(shí)應(yīng)有產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)合格證明， 其規(guī)格型號(hào)、構(gòu)件牌號(hào)、產(chǎn)品長度等主要性能參數(shù)應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求,見表1 和表2。

表1 面層外觀驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

表2 面層技術(shù)質(zhì)量檢驗(yàn)

3.3.2 施工驗(yàn)收

面層現(xiàn)場施工按照分區(qū)分塊驗(yàn)收， 驗(yàn)收范圍不應(yīng)大于3 000 m2；全部工程不足3 000 m2時(shí)按一個(gè)施工分區(qū)。 驗(yàn)收的主要內(nèi)容包括：邊坡坡率、平整度、面層鋪設(shè)方向、構(gòu)件搭接、構(gòu)件鏈接、連接構(gòu)件緊固度及壓邊等，并應(yīng)滿足表3 要求。

表3 面層質(zhì)量檢驗(yàn)

4 GRF 綠色裝配式支護(hù)整體分析

4.1 力學(xué)性能分析

放坡開挖范圍內(nèi)的土層分布情況如表4 所示。

表4 土層分布表

在土體自重及附加載荷的作用下， 裝配式護(hù)坡面層會(huì)受到側(cè)向的土壓力，因此GRF 綠色裝配式支護(hù)面層的抗拉強(qiáng)度應(yīng)符合式（1）和式（2）規(guī)定[1]：

式中，F(xiàn)fx、Ffs分別為綠色裝配式面層沿水平方向和坡度方向的抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，kN/m；Nkx、Nks分別為錨固構(gòu)件間計(jì)算單元內(nèi)綠色裝配式面層沿水平方向和坡度方向的單位寬度軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值，kN/m；Kf為綠色裝配式面層的抗拉安全系數(shù)；永久性邊坡，Kf不應(yīng)小于2.0；安全等級(jí)為一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)的臨時(shí)性邊坡，Kf分別不應(yīng)小于1.8、1.6、1.4。 本工程取值1.8。

綠色裝配式面層的單位寬度軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值可按式（3）和式（4）計(jì)算：

式中，Pks為錨固構(gòu)件間計(jì)算單元內(nèi)的平均側(cè)向主動(dòng)土壓力強(qiáng)度，kPa；Sx、Sz分別為錨固構(gòu)件水平及垂直間距，m， 本工程分別取值1.5 m；β 為坡面與水平面的夾角，（°）， 本工程取值38.66°；ωsx、ωsz分別為裝配式面層在計(jì)算單元中心處水平位移與錨固構(gòu)件水平方向或豎直方向間距的比值， 其中，ωsx=f/Sx，0＜ωsx≤0.23；ωsz=f/Sz，0＜ωsz≤0.23； 本工程分別取值0.1；cotβ為邊坡的坡比之倒數(shù)； 本工程取值1.25；f 為面層或加強(qiáng)筋在兩支座豎向或水平中點(diǎn)處的水平位移，m；λx、λs分別為作用在裝配式面層上的載荷在水平方向每邊和坡度方向每邊的分配系數(shù)，本工程分別取值0.25。

在土體自重及附加載荷的作用下， 裝配式支護(hù)面層會(huì)受到側(cè)向的主動(dòng)土壓力，當(dāng)坡面有錨固構(gòu)件及坡面傾斜時(shí)，土壓力也會(huì)隨之折減， 則面層所受的側(cè)向平均主動(dòng)土壓力強(qiáng)度Pks估算如式（5）：

式中，ηs為受錨固構(gòu)件影響的主動(dòng)土壓力折減系數(shù)， 與土性參數(shù)、錨固構(gòu)件的間距和排距有關(guān)，無經(jīng)驗(yàn)時(shí)可取0～0.6，其中，黏聚力較大的的土體或錨固構(gòu)件間距或排距較小時(shí)取小值，黏聚力較小的土體或錨固構(gòu)件間距或排距較大時(shí)取大值，本工程取值0.3；ξ 為坡面傾斜時(shí)的主動(dòng)土壓力折減系數(shù)；pak為計(jì)算單元中點(diǎn)處由支護(hù)土體自重及附加荷載共同引起的主動(dòng)土壓力強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，kPa，當(dāng)pak＜0 時(shí)，應(yīng)取pak=0；φm為計(jì)算單元及其以上各土層按厚度加權(quán)的內(nèi)摩擦角均值，（°），本工程取值11.49°。

主動(dòng)土壓力強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值按照水土合算土層計(jì)算，宜按式（7）估算[2]：

式中，σak為計(jì)算單元中點(diǎn)處的豎向應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值，kPa；Ka為主動(dòng)土壓力系數(shù)；cm為計(jì)算單元及其以上各土層按厚度加權(quán)的黏聚力均值，kPa， 本工程取值28.82 kPa；γm為計(jì)算單元及其以上各土層按厚度加權(quán)的天然重度均值，kN/m， 本工程取值19.9 kN/m；σac為計(jì)算單元土的自重產(chǎn)生的豎向總應(yīng)力，kPa；Δσk為附加載荷下計(jì)算單元中點(diǎn)處的豎向應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值，kPa，本工程取值10 kPa（其他工程根據(jù)基坑周邊是否有建（構(gòu)）筑物、堆砌物等其他物體施加附加載荷， 再依據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行取值驗(yàn)算）；z 為計(jì)算單元土深度，m，本工程取值9 m。

結(jié)合計(jì)算公式和工程實(shí)際， 計(jì)算可得：Ffx≥13.86 kN/m；Ffs≥24.84 kN/m。

由檢測報(bào)告可知，F(xiàn)fx=33.6 kN/m，F(xiàn)fs=38.4 kN/m，即該GRF綠色裝配式面層抗拉強(qiáng)度符合要求。

4.2 綜合成本分析

通過施工測算，GRF 綠色裝配式護(hù)坡綜合成本 （含人工、材料、機(jī)械、維護(hù)、拆除及處置費(fèi)用）約130 元/m2，土釘墻噴錨護(hù)坡綜合成本（含人工、材料、機(jī)械、維護(hù)、拆除及消納費(fèi)用）約220 元/m2。 GRF 綠色裝配式護(hù)坡的總成本僅為土釘墻噴錨護(hù)坡的總成本的一半多一點(diǎn)， 即每施工1 000 m2護(hù)坡就能節(jié)省大約9 萬元成本，由此可見GRF 綠色裝配式護(hù)坡的經(jīng)濟(jì)效益非?？捎^。

4.3 施工工藝分析

4.3.1 基坑土方施工

基坑土方開挖前需做好定位放線， 嚴(yán)格按照基坑設(shè)計(jì)要求進(jìn)行開挖。 若基坑地下水位線過高， 還應(yīng)做好基坑降水處理。 開挖方式采用分層開挖，要保證邊坡平整度跟坡度符合要求，并在開挖過程中做好基坑監(jiān)測及現(xiàn)場巡查工作。 開挖至基底時(shí)，嚴(yán)禁擾動(dòng)基底原狀土，在有樁基施工的部位預(yù)留不低于1 000 mm 厚土層供樁基施工，其余部位預(yù)留300 mm 厚土層，由人工挖掘修整。

4.3.2 基坑邊坡支護(hù)施工

基坑邊坡支護(hù)施工流程如圖3 和圖4 所示。 由圖3、圖4及表5 可知，GRF 綠色裝配式支護(hù)施工流程簡單， 施工機(jī)具需用量較少，相同人員配置下，施工進(jìn)度比土釘墻噴錨支護(hù)快5 倍多，并且裝配式護(hù)坡的施工工序受惡劣天氣的影響較小，施工完成后也不需要進(jìn)行養(yǎng)護(hù)， 因此能夠非常有效地節(jié)省施工工期。

表5 GRF 綠色裝配式護(hù)坡及土釘墻噴錨護(hù)坡施工對比表

圖3 GRF 綠色裝配式護(hù)坡施工流程示意圖

圖4 土釘墻噴錨護(hù)坡施工流程示意圖

4.4 節(jié)能環(huán)保分析

GRF 綠色裝配式支護(hù)面層是由新型高分子復(fù)合材料構(gòu)成，可標(biāo)準(zhǔn)化大量生產(chǎn)，因?yàn)樵诠S就已加工為成品，到施工現(xiàn)場只需對其構(gòu)件進(jìn)行安裝即可， 施工過程中幾乎不會(huì)產(chǎn)生污染源，對各類資源的消耗也相對較少；建筑工程施工中，對于大型及群體建筑往往會(huì)分區(qū)段依次施工， 施工次序靠前的區(qū)段在完成支護(hù)面層拆除回收后，對其進(jìn)行缺陷及質(zhì)量檢測，對檢測合格的產(chǎn)品進(jìn)行修繕后可以直接用于下一施工區(qū)段的基坑支護(hù)施工，這樣就在很大程度上節(jié)省了支護(hù)材料的使用。GRF 綠色裝配式支護(hù)相對于土釘墻噴錨支護(hù)在能耗、 材耗及環(huán)境保護(hù)方面的優(yōu)勢非常明顯，并且GRF 綠色裝配式支護(hù)施工后的完成面相比來說更加美觀大氣， 也更能與周圍的環(huán)境融為一體。

5 結(jié)語

通過上述分析可知，GRF 綠色裝配式支護(hù)在滿足基坑支護(hù)力學(xué)性能的條件下，相比土釘墻噴錨支護(hù)成本更低，施工工藝流程簡單，能有效節(jié)省工期，更節(jié)能環(huán)保，更符合“十四五”規(guī)劃的生態(tài)文明建設(shè)。 因此，在基坑支護(hù)施工中，可逐步使用GRF 綠色裝配式支護(hù)替代傳統(tǒng)的土釘墻噴錨支護(hù)[3]。