基坑围护结构对比分析

■孙 静 ■中铁十四局集团有限公司，山东 济南 250014

近年来随着城市化发展的加快，地下交通工程建设蓬勃发展，全国各地大、中城市都在发展地下交通，以城市地铁、快速地下通道等为主的深基坑明挖法施工被广泛采用，技术日趋成熟。对于明挖法施工，施工风险主要集中在土建施工的基坑开挖阶段，基坑围护结构安全稳定是能否顺利开挖的关键因素之一。

1 围护结构概述

基坑围护结构形式多样，常见的有地下连续墙+旋喷桩、钻孔灌注桩+止水帷幕、SMW工法桩、钻孔咬合桩、钢板桩等。为确保施工过程的安全性和经济性，在实际工程中应根据基坑深度、水文地质情况、周边环境及工程投资情况，合理采用不同的围护形式。

2 围护结构工艺及优缺点分析

2.1 地下连续墙

2.1.1 施工工艺

地下连续墙施工采用液压抓斗成槽(常用的有宝峨GB34、GB46型，金泰40、50、60型，利勃海尔等)，钢筋笼现场整体式加工成形、履带式起重机吊装入槽，最后进行水下混凝土灌注。

2.1.2 工艺分析

(1)优点:结构整体受力好，刚度大，适用于深基坑围护结构［1］;通过锁口管或H型钢，容易进行分段施工，施工进度快;地连墙接头止水效果好，尤其采用H型钢或十字钢板接头;基坑开挖后，坑壁表面平整，易于防水层施工。(2)缺点:工程造价高，机械设备多，且为大型配套设备，设备性能要求高，场地要开阔;钢筋笼焊接质量、泥浆质量要求高，H型钢防绕流控制难;异形槽段易塌方，局部渗漏水;遭遇地下障碍物处理困难;超深地连墙H型钢背后的接头箱起拔有风险;现场技术人员、管理人员、操作人员水平要高。

2.2 钻孔桩+止水帷幕

2.2.1 钻孔桩施工工艺

钻孔灌注桩+止水帷幕是内侧一排或两排钻孔桩(桩间距一般20cm)和外侧连续三轴搅拌桩(桩间咬合25cm)做止水帷幕的方法［2］。

2.2.2 钻孔桩工艺分析

(1)优点:①钻孔桩工艺较为简单，方便操作;②工程造价稍低;③机械设备易满足施工需要;④钻孔桩相对来说刚度较大，且不同地层均适用。(2)缺点:①要求地质条件相对较好，不适用于杂填土层，易造成扩孔、混凝土超方;②桩基定位要求高、桩身垂直度较难控制;③施工虽然简单，但桩的数量较多，施工频繁，对施工人员责任心是一个考验;④钻孔桩外侧一般需进行搅拌桩止水，由于“钻孔桩遇杂填土地层易扩孔”的不确定性，搅拌桩后施工时定位较困难，因此要求搅拌桩先行施工，但搅拌桩由于工艺原因，对场地破坏严重，不利于钻孔桩施工，两者相互关系对现场施工组织要求高。⑤基坑开挖后，钻孔桩表面需进行桩间喷射混凝土处理，方能进行防水层施工。

2.3 钻孔桩+止水帷幕

2.3.1 止水帷幕工艺

钻孔桩外侧配套的止水帷幕一般采用搅拌桩止水，以三轴搅拌桩为例，其工艺如下:三轴搅拌桩是采用三轴搅拌机向设计深度进行旋转掘进，同时在灰浆系统及高压风系统作用下，在钻头喷射出水泥浆液，钻头及螺旋钻杆将水泥浆与原位土体反复搅拌，在各桩之间采取咬合方式施工，在套打一孔的施工工艺下，止水效果及接头连接性大大提高。

2.3.2 三轴搅拌桩工艺分析

(1)优点:①三轴搅拌桩费用低;②机械施工效率高，对于施工工期要求紧的工程，此法施工特别有效;(2)缺点:①施工机械设备比较大，现场组装及施工需要提供很大的施工场地，且组装时间较长;②虽然施工前开挖沟槽，避免了泥浆的溢出，但随着深度的增加置换出的泥浆会逐渐增多，置换出的泥浆在短时间内无法固结致使无法及时运到指定的弃土场，对现场文明施工造成一定的影响。

2.4 钻孔咬合桩

2.4.1 钻孔咬合桩工艺

钻孔咬合桩是采用机械钻机钻孔施工，桩与桩之间相互咬合的一种基坑围护结构［3］。施工主要采用“套管钻机+超缓凝型混凝土”方案，装的排列方式为一根素混凝土桩(B桩)和一根钢筋混凝土桩(A桩)间隔。如图1所示，先施工B桩，后施工A桩，B桩混凝土采用超缓凝混凝土，要求在B桩混凝土初凝之前完成A桩的施工，A桩施工时，利用套管钻机的切割能力切割掉相邻B桩相交部分的混凝土，实现咬合。

图1 咬合桩施工平面示意图

2.4.2 咬合桩工艺分析

(1)优点:①机械设备噪音低、无震动、无泥浆污染近似于干法取土，对周围环境影响小。②对沉降及变形容易控制，由于有钢套管的保护能靠近临时建筑物、地下管线施工。③在套管的保护下，人员可下到孔底清除障碍物。全套管的跟管钻进，能顺利穿越饱和含水地层，有效的防止了孔内流沙、涌泥，并可进行嵌岩，施工较为安全、快捷，对桩身质量能较好的控制，保证了桩承载力。④第二序次施工的桩在已有的第一序次两桩间实施切割咬合，全套管的护孔方式保证了桩间紧密咬合，形成良好的整体连续结构。⑤不需要再施工止水帷幕，同钻孔围护桩相比，采用咬合桩围护在造价上有一定优势。(2)缺点:①咬合桩的桩径受限制，需配置多种直径的套管。②无水挖掘时需要注意防止缺氧、有害气体等发生。③灌注混凝土后，提升套管时有时会发生钢筋笼上升的事故。④桩身垂直度控制难。

2.5 SMW工法桩

2.5.1 SMW工法桩工艺

SMW工法桩类似于三轴搅拌桩，是在三轴搅拌桩的基础上，在水泥土混合体未凝固之前插入型钢作为强度补强材料，至水泥结硬，形成一道有一定强度和刚度的、连续完整的、无接缝的地下墙体，用作基坑挡土和侧向防水结构，当其围护功能完成后，型钢可以拔出重复利用［4］。

2.5.2 工艺分析

(1)优点:①造价低，用过的型钢能回收。②成桩止水效果好。③施工进度快。④低震动、低噪音。(2)缺点:①机械用电量大。②遇粉细砂层钻进困难。③与地连墙、钻孔桩相比，刚度较低。④置换出的泥浆短时间内无法固结，对现场文明施工有一定影响。⑤钻进遇到障碍物处理困难。⑥桩间防水处理相对较为复杂。⑦大型设备对场地要求高。

2.6 钢板桩

2.6.1 钢板桩工艺

钢板桩采用型钢导向架定位，液压震动锤锤击。

2.6.2 工艺分析

(1)优点:①施工快捷、环保、可循环利用。②对施工环境影响较小。③钢板桩可循环利用，故施工造价相对较低。(2)缺点:①钢板桩承担侧向水土压力，其承载能力受材料强度的限制。②完全依靠钢板桩的入土深度保持挡墙的稳定，一般用于不大于5m的基坑工程［5］。③钢板桩遇到障碍物处理困难。

2.7 高压旋喷桩

2.7.1 高压旋喷桩工艺(三重管)

三重管法高压旋喷是一种水、气喷射、浆液灌注搅拌混合喷射的方法［6］。即用三个喷射管使高压水和空气同时横向喷射，并切割地基土体，借空气的上升力把被破碎的土由地表排除;与此同时，另一个喷嘴将水泥浆喷射注入到被切割、搅拌的地基中，使水泥浆与土混合达到加固目的，其加固直径可达600～2000mm。

2.7.2 工艺分析

(1)优点:①工程造价相对较低。②适用于多种地层。(2)缺点:①置换出的泥浆由于无法及时运走，对现场文明施工影响较大。②深度较深时，成桩的桩径难以保证，如用作地连墙接缝止水，止水效果难以保证。③遇到障碍物处理困难。④由于其工艺原理，提升速度较慢，工效低。

3 结论

围护结构的多样化解决了不同深度、地质条件下的基坑采取何种经济、有效的支护形式，尤其解决了在城市施工中“场地有限、管线较多、文明施工要求高”等难题。通过多种围护形式从基坑深度、地层适用性、场地要求、工前准备、施工速度、文明施工、工程造价、技术要求等方面进行详细分析比较，我们可以根据工程的实际情况选择加快施工进度、确保结构安全、降低工程造价、创造经济效益的围护结构形式，为方便施工组织，指导设计变更，提供一点有意义的借鉴。

综上所述，不同的围护方式各自使用的工程情况也不相同。在实际工程中，工程人员必须综合考虑工程的安全、经济、环保等多方面条件，合理选用合适的维护方式。

［1］吴祥祖，朱小龙，王慧康.地下连续墙施工中常见问题及控制措施［J］，施工技术，2005，34(6)，51 －53.

［2］乔为国，伊学智.钻孔桩施工技术问题探讨及处理措施［J］，中国科技信息，2007，18，35 －37.

［3］张院良，张水宾，朱晓莉.钻孔咬合桩施工技术分析［J］，城市道桥与防洪，2009，9，101 －103.

［4］张立柱.SMW工法桩施工［J］，工程施工技术，工程建设与设计，2010，5，140 －143.

［5］邓肇新.钢板桩施工工艺与工程实践［J］，广东土木与建筑，2007，1，29－31.

［6］韩东，赵雪，丁润华.高压旋喷桩施工工艺［J］，建设管理，2014，33(4)，80－81.