第３５卷第６期 青岛理工大学学报 Ｖｏ１．３５ Ｎｏ．６ ２０１４ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｉｎｇｄａｏ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ 两种基坑支护形式在同一工程的应用与对比分析 刘宗帅，高冬冬，郭祥坤 （青岛博海建设集团有限公司，青岛２６６００１） 摘要：某工程由于地理因素，地下水位深浅不一，所以在深基坑支护过程中，降水、止水显得尤为重要． 常见的止水帷幕类型有深层搅拌桩和高压旋喷桩两种止水桩．考虑到现场情况及施工进度要求，现场采用了 型钢水泥土搅拌桩墙（ＳＭＷ工法桩）与高压旋喷桩＋钢管桩组合支护两种方式进行止水．通过分析这两种方 法在工程中的实际应用，得出了经济可行的止水帷幕施工方法． 关键词：ＳＭＷ工法桩；高压旋喷桩＋钢管桩组合支护；止水帷幕；支护；稳定性 中图分类号：ＴＵ７４５．５ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７３—４６０２（２０１４）０６—００５３—０５ Ｔｗｏ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｐｉｔ ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ｆｏｒｍｓ ｏｆ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ＬＩＵ Ｚｏｎｇ—ｓｈｕａｉ，ＧＡＯ Ｄｏｎｇ ｄｏｎｇ，ＧＵＯ Ｘｉａｎｇ—ｋｕｎ （Ｑｉｎｇｄａｏ Ｂｏｈａｉ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ． Ｌｔｄ．，Ｑｉｎｇｄａｏ ２６６００１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｒ ｔｈｅ ｒｅａｓｏｎ ｏｆ ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ ｄｅｐｔｈ ｓｈａｄｅｓ ａｎｄ ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌ ｆａｃｔｏｒｓ ｌｉｍｉｔｉｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｐｒｏｊ ｅｃｔ，ｉｔ ｐｒｏｖｅｓ ｖｅｒｙ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｔｏ ｋｅｅｐ ｇｒｏｕｎｄ－ｗａｔｅｒ ｌｏｗｅｒｉｎｇ ｉｎ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｐｉｔ ｓｕｐ— ｐｏｒｔｉｎｇ．Ｔｈｅ ｕｓｕａｌ ｗａｙｓ ｏｆ ｗａｔｅｒｐｒｏｏｆ ｃｕｒｔａｉｎ ａｒｅ ｔｈｅ ｍｉｘｅｄ ｐｉｌｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｊｅｔ ｇｒｏｕｔｉｎｇ ｐｉｌｅ．Ｂｙ ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｍｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｊ ｅｃｔ，ｔｈｅ ｏｎ－ｓｉｔｅ ＳＭＷ ｐｉｌｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ｏｆ ｈｉｇｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｊｅｔ ｇｒｏｕｔｉｎｇ ｐｉｌｅ＋ｓｔｅｅｌ ｐｉｐｅ ｐｉｌｅ ｔｏ ｓｔｏｐ ｗａｔｅｒ ｉｓ ｕｓｅｄ．Ｔｈｉｓ ａｒｔｉ— ｃｌｅ，ｔｈｒｏｕｇｈ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔＷＯ ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ｆｉｎｄｓ ａ ｗａｙ ｏｆ ｅｃｏｎｏｍｉｃａｌｌｙ ｆｅａｓｉｂｌｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＳＭＷ ｐｉｌｅ；ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ｏｆ ｈｉｇｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｊ ｅｔ ｇｒｏｕｔｉｎｇ ｐｉｌｅ＋ｓｔｅｅｌ ｐｉｐｅ ｐｉｌｅ；ｗａｔｅｒｐｒｏｏｆ ｃｕｒｔａｉｎ；ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ；ｓｔａｂｉｌｉｔｙ 目前北方深基坑支护采用的方法主要为土钉墙和护坡桩两大类．土钉墙支护最大的特点是造价低，施 工方便，因此在边坡位移无特殊要求的地方被广泛应用．护坡桩支护最大的优点是控制位移能力强，但投 ，成本高，施工复杂．笔者以工程实例介绍两种止水帷幕支护方法：高压旋喷桩＋钢管桩组合支护与 ＳＭＷ工法桩．这两种方法施工便利，造价介于护坡桩与土钉墙之间，对控制边坡位移变形，增强整体稳定 性，保证边坡开挖过程中不发生局部坍塌等具有很好的作用．通过分析对比高压旋喷桩＋钢管桩组合支护 与ＳＭＷ工法桩的适用条件、质量控制难易、施工成本等方面，总结针对场区面积狭小，地下水位较高情况 下的合理支护方法． 收稿日期：２０１４—１０—０８ 作者简介：刘宗帅（１９８２一），男，山西大同人．工程师，主要从事土木工程施工技术、工业民用建筑施工管理研究 Ｅ－ｍａｉｌ：１７３５７１７９９＠ｑｑ．ｃｏＩＩＬ ５４ 青岛理工大学学报 第３５卷 １ 工程概况 拟建建筑物为框架剪力墙结构，筏板基础，基坑周长约２８０ ｍ，基底绝对标高２４．５１ ｍ。场区现状地面 平均绝对标高约２９．８１～３０．１５ ｍ，基坑开挖深度约５．３０～５．６４ ｒｎ．场区地形较平坦，地面标高最大值 ３０．１５ ＩＴＩ，最小值２９．８１ ｍ，地表相对高差０．３４ ｍ；根据场地野外钻探、现场鉴定和原位测试结果，该场区 在勘探深度范围内所揭露的地层主要由第四系人工堆积物、第四系全新统堆积物及风化岩组成． ２技术难点 １）工期紧．工程于２０１３年６月开工，计划于２０１５年２月竣工．深基坑施工是整个项目总计划的关键 工作．深基坑支护及后期的土方开挖工作直接关系着工程的总工期． ２）地质情况复杂．待建建筑距离城区河水较近，深基坑施工易受周围地质情况影响． ３）场区狭小．由于场区狭小，距离住宅区较近，深基坑支护工作需充分考虑周围环境因素及深基坑周 边荷载情况． ３方案选择 深基坑工程一般采用板式支护体系。板式支护体系由围护墙结构、支撑与围檩体系，以及防渗与止水 结构等组成．适合本工程基坑开挖深度的围护结构有ＳＭＷ工法桩、钻孔灌注桩＋止水帷幕、地下连续墙、 土钉墙．其中地下连续墙既可以作为临时围护结构，也可采用兼做地下室外墙的“两墙合一”形式口 ］． ３．１ ＳＭＷ工法桩 ＳＭＷ工法桩即在水泥土搅拌桩中内插型钢进行挡土止水．ＳＭＷ工法桩相对于其他板式支护结构刚 度较小，通常适用于开挖深度不大于１２ ｎｌ的基坑，其施工占用场地较小，型钢可以回收利用，如工期不是 很长，能在很大程度上节省工程造价．若应用在超深基坑工程中，因其刚度小，基坑开挖产生的周围地面沉 降和位移较大，同时较大的变形容易使搅拌桩开裂而发生渗漏． ３．２钻孔灌注桩＋止水帷幕法 钻孔灌注桩＋止水帷幕是软土地区传统的基坑围护结构形式，开挖深度小于１５ ｍ的建筑基坑工程 中绝大多数都是采用钻孔灌注桩＋止水帷幕作为围护体．根据基坑开挖深度的不同，止水帷幕可以选择双 轴水泥土搅拌桩、三轴水泥土搅拌桩和高压旋喷桩．止水帷幕造价由高到低依次为高压旋喷桩、三轴水泥 土搅拌桩和双轴水泥土搅拌桩． 与地下连续墙相比，钻孔灌注桩围护结构在经济上占有一定的优势，但对于超大超深基坑，采用钻孔 灌注桩＋止水帷幕风险较大，主要是因为止水帷幕的质量难以得到有效地保证．随着基坑开挖深度的加 大，水泥土搅拌桩的垂直精度受到，导致深处搅拌桩桩间的搭接较难控制，影响止水效果；在土层较为 软弱、基坑开挖深度很深的情况下，钻孔灌注桩围护结构变形大，容易导致止水帷幕开裂；基坑工程周边环 境保护要求一般都较高，大多不允许进行基坑外降水，随着基坑开挖深度的增加，坑内外水头差增大，止水 帷幕的抗渗性能变差，细小的渗漏都可能引起管涌、流沙等严重后果ｌ４ ］． ３．３地下连续墙 地下连续墙刚度大，止水效果在所有围护体中最好，可以在很大程度上减少周边地下水的渗漏问题． 地下连续墙方案施工工艺成熟，墙体的质量有保证，施工风险较小，占用空间较少，对周边环境影响也较 小，而且地下连续墙更适合使用于软土地基． 由于场区狭小，根据场地因素及地质条件，排除放坡土钉墙支护方案．考虑项目经济性及工期，基 坑深度不足１５ ｍ，土质情况良好，且地下连续墙施工时间较长，经济性较差，故该工程采用ＳＭＷ工法桩 和高压旋喷桩＋钢管桩组合支护． 第６期 刘宗帅，等：两种基坑支护形式在同一工程的应用与对比分析 ５５ ４两种深基坑支护施工 ４．１高压旋喷桩＋钢管桩组合支护 施工 ｉ ｆ虎 施工场地狭小，现场无放坡可能； ｛ ｌ １路 待建项目北侧及东侧为住宅区域，主 要材料堆放于待建工程的东侧（见图 ｉ）．由于高压旋喷桩＋钢管桩组合支 护中采用的钢管桩能增强边坡的整体 稳定性，有效控制边坡的变形，并且此 施工方案能够控制每步土方开挖期间 施 工 道 路 的边坡稳定，防止局部边坡土体坍塌， 最关键的是采用这种方法使基坑东侧 ／／ ｊ直 加 器机房、Ｉ 、 ’ 图１施工现场场区 可以作为材料堆场使用，为施工提供 了极大的便利．故设定基坑北侧和东 …一高压旋喷桩＋钢管桩组合支护； ＳＭＷ工法桩 一一侧采用高压旋喷桩＋钢管桩组合支护 的方法（见图２）． ４．１．１施工工艺流程 区 ～注浆一安装钢管一封孔一灌水泥砂 平整场地一测量放线一钻孔旋喷 浆一成桩一冠梁施工一养护 ４．１．２质量控制要点 素填土 粉质黏土 砂砾 角砾 １）场地平整后按设计要求进行 桩位放线，桩位误差小于５０ ｍｍ． ～—．．材料堆放区～．，．． ．．，． ．， ．Ｌ 强风化砂岩 ２）应按设计要求注浆，严格控制 水泥砂浆配合比，搅拌均匀，并使注浆 设备和管路处于良好的工作状态．每 段支护体施工完后，应检查坡顶或坡 图２高压旋喷桩＋钢管桩组合支护的支护方案 中风化砂岩 面位移、坡顶沉降及周围环境变化，如 有异常情况应及时采取措施，待恢复正常后方可继续施工． ４．２ ＳＭＷ工法桩支护施工 该项目北侧、西侧采用ＳＭＷ工法桩施工． ４．２．１施工工艺流程 该工程采用 ８５Ｏ搅拌桩，桩间距６００ ｍｍ．主要施工流程： 平整场地，导沟开挖（确定是否有障碍物及做泥水沟）一测量放线定位、对中，设定施工标志一调整导 向架垂直度一预喷浆搅拌下沉一喷浆搅拌上升一第２次喷浆搅拌下沉一第２次喷浆搅拌上升一完毕，桩 机移位一下一根桩 ４．２．２质量控制要点 施工前，做工艺性试桩，以确定各项目施工技术参数，其中包括：水泥掺量（应在１６％～１８ ）、水灰 比、外掺剂的配方、搅拌桩的转速和提升速度、灰浆泵的压力、输浆量等．水泥浆的水灰比为０．４Ｏ～Ｏ．５５， 施工时宜用流量泵控制输浆速度，输浆速度应保持常量．搅拌桩机机架就位应水平，搅拌桩的垂直度偏差 不得超过０．５％，桩位偏差不得大于５０ ｍｍ，桩径偏差不得大于４Ｎ． 青岛理工大学学报 第３５卷 ５ 施工对比 ５．１ 钢管桩、ＳＭＷ工法桩施工过程及质量要点对比分析 前期工作均为平整场地，测量放线，只有在精确放线的基础上，才能保证后续工作的有效进行．所以两 种方法在施工的过程中，控制好放线的精确度是较为重要的一个环节．另外不管是钢管桩，还是ＳＭＷ工 法桩在施工过程中对水泥浆的质量也提出了很高的要求，在施工过程中，要控制好水泥浆的技术性质． ５．２施工、质量效果分析 由于两种方案均采用预应力锚杆作为组合结构，相应的施工时间较土钉墙施工有所增加．因ＳＭＷ工 法桩在施工时，成桩工序比高压旋喷桩＋钢管桩组合支护工序少，ＳＭＷ工法桩基本上一次成活，所以从 工期上分析，ＳＭＷ工法桩的成桩工期短，有利于后期土方的开挖． 从施工工艺对比来看，采用这两种方法施工，对工人的技术水平、操作水平要求较高，施工中较难控制 的是灌注用水泥砂浆的强度等级，水泥砂浆的强度直接制约着高压旋喷桩及ＳＭＷ工法桩的强度．因此， 在水泥砂浆搅拌过程中对进行搅拌作业的工人要求较高．而在钢管桩及ＳＭＷ工法桩施工过程中，人岩深 度的测量尤为重要，入岩深度能否达到设计要求，直接影响着整个支护的安全性及止水帷幕的止水效果． 从止水效果来看，对现场１４０ ｍ范围内止水效果进行巡查发现，ＳＭＷ工法桩的止水效果要优于高压 旋喷桩＋钢管桩组合支护（见表１）． 表１施工效果对比分析 ５．３经济性分析 由表２、表３可见，采用ＳＭＷ工法桩相对高压旋喷桩＋钢管桩组合支护造价降低． 表２高压旋喷桩＋钢管桩组合支护经济性分析 注：折算造价是根据高度及支护长度折算，以上造价含人、材、机、管理费（下同）． 第６期 刘宗帅，等：两种基坑支护形式在同一工程的应用与对比分析 表３ ＳＭＷ工法桩经济性分析 ５７ 综上所述，从技术经济眭分析及施工过程、施工成型效果来看，采用ＳＭＷ工法桩要优于高压旋喷桩＋ 钢管桩组合支护． ６ 结论 １）通过高压旋喷桩＋钢管桩组合支护与ＳＭＷ工法桩的组合使用，较好地解决了该工程基坑周围渗 水的问题，为以后受地理影响较大、场区狭小的基坑支护施工提供了一种合理的解决方案． ２）采用高压旋喷桩＋钢管桩组合支护与ＳＭＷ工法桩经过近半年的边坡和沉降监测，边坡安全稳 定；与护坡桩方案相比，可节约造价约３Ｏ 。因此采用ＳＭＷ工法组合桩施工技术无论在技术上还是经济 上都有明显的优势，在深基坑支护应用方面会有很大的发展空间． ３）优缺点分析：ＳＭｗ工法桩止水效果好、经济性好、成桩工期较短、工字钢可以回收基本无浪费，但 是ＳＭＷ工法桩入岩深度相对较浅，且在卵石粒径较大（大于２００ ｒａｍ）或者有较厚卵石层的地质情况下钻 机搅拌困难，不适宜采用此方法施工；高压旋喷桩＋钢管桩组合支护地质条件适应性好、人岩深度好，但止 水效果较差、工期较长、经济性差，在高压旋喷桩阶段水泥浆浪费严重，钢管桩无法回收． ［１］ＪＧＪ １２０－－２０１２，建筑基坑支护技术规程Ｅｓ］． ＪＧＪ １２０－－２０１２，Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｒｅｔａｉｎｉｎｇ ａｎｄ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎｓ［ｓ］． Ｉ－２］赵志缙，应惠清．简明深基坑工程设计施工手册［Ｋ］．北京：中国建筑工业出版社，２０００． ＺＨＡＯ Ｚｈｉ—ｊｉｎ，ＹＩＮＧ Ｈｕｉ一（１ｉｎｇ．Ｃｏｎｃｉｓｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｄｅｅｐ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｐｉｔ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ ｍａｎｕａｌ［Ｋ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｃｈｉｎａ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ＆ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｐｒｅｓｓ，２０００． ［３］刘建杭，侯学渊．基坑工程手册［Ｋ］．北京：中国建筑工业出版社，１９９７． ＬＩＵ Ｊｉａｎ－ｈａｎｇ，ＨＯＵ Ｘｕ￣ｙｕａｎ．Ｍａｎｕａｌ ｏｆ ｐｉｔ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ［Ｋ］．Ｂｅｉｉｉｎｇ：Ｃｈｉｎａ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ＆Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｐｒｅｓｓ，１９９７． Ｅ４］《建筑施工手册》（第五版）编委．建筑施工手册［Ｋ］．５版．北京：中国建筑工业出版社，２０１２． Ｅｄｉｔｏｒｉａｌ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ ｏｆ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｈａｎｄｂｏｏｋ（５ｔｈ ｅｄ）．Ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇ ｈａｎｄｂｏｏｋ［Ｋ］．５ｔｈ ｅｄ．Ｂｅｒｉｎｇ：Ｃｈｉｎａ Ａｒｃｈｉｔｅｃ— ｔｕｒｅ＆Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｐｒｅｓｓ，２０１２． ［５］ＧＢ ５０２０２－－２００２，建筑地基基础工程施工质量验收规范［Ｓ］． ＧＢ ５０２０２－－２００２，Ｃｏｄｅ ｆｏｒ ａｃｃｅｐｔａｎｃｅ ｏｆ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ［Ｓ］．
