摘 要:当前，桩锚支护结构在建筑基坑施工中得到广泛的应用，其施工技术直接关系到基坑的整体施工质量及效益。本文分析了当前建筑基坑桩锚支护结构中存在的问题，并对桩锚支护绿色施工技术在建筑基坑施工中的应用进行了详细的介绍，为基坑工程施工提供参考。
关键词:基坑工程；桩锚支护；问题；应用
0 引言
随着城市建设的快速发展以及城市土地资源的日益紧缺，提高土地利用率成为了城市建设的一个重点，基于此，基坑工程在城市建设中的施工越来越普遍。在现代高层建筑施工中，基坑施工是其中的重点和难点，同时由于其施工技术等问题，普遍存在着严重的资源浪费和环境污染现象。对此，笔者对桩锚支护绿色施工技术在建筑基坑施工中的应用进行了介绍。
1 建筑基坑桩锚支护结构存在的问题
(1)资源浪费问题:桩锚支护结构的整体刚度大，施工相对较为简单，且有利于节省工程费用，因此被广泛应用于建筑基坑项目中。但桩锚支护结构所必备的混凝土和钢筋，因为数量庞大且这些材料是项目工程重要的不可或缺的地下支柱，造成了资源的极大浪费。如某高层建筑基坑工程，开挖深度14.6m，桩锚作为强有力的支护，大约需要消耗的钢筋和腰梁材料664t，C30混凝土3300m3，如果将我国一年内以这个数据来估计支护工程的总材料，不仅会浪费很多可回收利用的材料，也很消耗资源。
(2)破坏和污染环境问题:因为基坑施工必须避免潮湿的环境，所以必然要将水位降低基坑内的底部以下。但实际上在基坑外较大的范围内，降水工程会引发降水漏斗，如图1所示，从而导致地面不均匀沉降，基坑周围建筑物发生沉降、破坏等。基坑降水也会造成地下水的大量流失。如我国某商场大厦基坑开挖，每周约抽取12.5万t地下水，截至停止排水，共抽取了378万t地下水，对生态环境造成了一定的影响。此外护坡桩施工多采用泥浆护壁，很容易产生废弃泥浆，造成环境污染，如泥浆侵占土地，泥浆中化学处理剂的应用既可能造成扬尘或雾霾，又可能造成土壤和地下水污染。
图1 降水漏斗示意图
(3)影响后续地下工程建设问题:桩锚支护结构中的锚杆能有效控制支护结构的水平位移，并随着基坑深度的增加而延伸，大多时候将会延伸到建筑红线外，工程结束后，若不及时回收，不仅影响后续管线铺设等地下工程施工，又会引起水土污染。
2 桩锚支护绿色施工技术在建筑基坑施工中的应用
2.1 长螺旋压灌水泥土桩墙
2.1.1 工程概况
某办公大楼人防基坑工程，基坑开挖深度6.1m，根据地质勘察报告，基坑支护方案采用钢筋混凝土桩+长螺旋压灌水泥土桩+锚拉复合支护。最终通过开挖证实了该方案具有较好的止水效果，其桩位布置如图2所示。
图2 桩位布置平面图
2.1.2 施工技术研究
(1)施工顺序。①水泥土桩应搭接成连续的桩墙，形成止水帷幕，以防止基坑开挖地下水的渗入。桩墙的搭接布置既可采用一排，也可采用两排搭接，但综合考虑到搭接要求和防渗效果，本工程选用了两排的布置形式。由于基坑运行中，受土压力的影响，后排桩产生了位移，使得两排桩压更为紧密，并且两排搭接的费用也相对较高，因此型钢根据土压力选择了隔一插一的插入方式。②桩与桩的搭接厚度与基坑开挖的深度密切相关，一般来说，基坑深度≤10m，搭接厚度应≥100mm；基坑深度≤15m，搭接厚度应≥150mm；基坑深度≤20m，搭接厚度应≥200mm。③长螺旋压灌水泥土桩成桩顺序，应根据工程水位、工程施工环境等条件而定，对于一排搭接布置既可以采用顺序钻孔，又可以采用跳打；两排布置就要把施工排水作为首要工作，之后才能实行插型钢的工作。
(2)桩墙深度确定。根据不透水层位置的深浅，应选用相应的帷幕方式。如位置较深，应采用悬挂式帷幕，其插入基坑地面深度D可由下式确定:
D≥h-(h+b)i/2i
式中:h为基坑内外水头差；b，i分别为帷幕底部宽度和基坑底部土层允许水力坡度。
反之若不透水层位置不深，则应采用落底式帷幕，其计算公式为:
D=0.2h-0.5b
需注意的是，落底式帷幕的深度不应小于1.5m。
(3)施工要点。一方面是水泥土浆的配制，首先对进场水泥进行取样复验，并在现场取土，确定水泥浆配比，并采用强制式搅拌机计量配制，冬季时应做好泥浆防冻；另一方面要做好桩身质量检测，要求成桩28d的取芯率要大于98%，实验室进行无侧限抗压强度和渗透系数测试，要求28d无侧限抗压强度不小于0.8MPa，渗透系数不大于1.0×10-6cm/s。
2.2 型钢及其插拔工艺
作为抵抗基坑边坡变形的主要构件，型钢既要具有足够的抗弯性能，又要便于插入和回收。
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2.2.1 型钢截面设计
型钢的抗弯、抗剪承载力的计算公式分别为:
1.25γ0Mk/W≤f
1.25γ0QkS/I·tw≤fv
式中:γ0为结构重要性系数；Mk、Qk分别为型钢受到的弯曲标准值和剪力标准值；W、S分别为沿型钢弯矩作用方向的截面模量和截面惯性矩；tw为型钢腹板厚度；f、、fv分别为型钢抗弯、抗剪强度设计值。
2.2.2 型钢插拔工艺
型钢的插拔是基坑绿色施工技术的关键之一，关系着型钢的回收率。一般为了更好地回收利用型钢，可在插入前在H型钢上涂上减阻剂，以减少拔出时的阻力，但事实上效果并不明显。受插入过程中周围水泥土摩擦作用，型钢下部的减阻剂几乎不存在，因此导致不能全部回收。由此为更好地提高回收率，寻找起拔力最小的工艺，对该技术进行了以下研究:
(1)实验方案。本次实验采用3根0.5m长的2cm×2cm的角钢，为防止拉拔实验中出现断裂现象，在角钢端部内侧焊接了直径2cm的螺母。水泥选用32.5普通硅酸盐水泥，减阻剂采用废机油，检测仪采用北京某公司生产的SW-40多功能强度检测仪，其他实验设备还有电子天平，捣棒等。
(2)实验工艺设计。为了更好地探寻型钢工艺与起拔阻力的关系，本次共设计了六种测试方法:①灌注水泥土浆后，直接将角钢垂直插入；②待灌注的水泥土浆初凝后，再将角钢垂直插入，并于1min后拔出，在空洞内注入废机油，然后将角钢重新插入；③待灌注的水泥土浆初凝后，把废弃机油涂抹角钢表面后直接垂直插入；④灌注水泥土浆后，直接将表面涂抹废机油的角钢垂直插入；⑤待灌注的水泥土浆初凝后，直接垂直插入角钢；⑥待灌注的水泥土浆初凝后，将角钢垂直插入，并于1min后拔出，不注入废机油，直接原路重新插入；
(3)实验结果分析。通过制作试样，并利用检测仪测定，实验结果如下:
工艺一:与水泥土接触面积为37600mm2，拉拔力6.00kN，单位面积拉拔阻力0.160MPa；
工艺二:与水泥土接触面积为36000mm2，拉拔力2.82kN，单位面积拉拔阻力0.078MPa；
工艺三:与水泥土接触面积为36000mm2，拉拔力5.50kN，单位面积拉拔阻力0.153MPa；
工艺四:与水泥土接触面积为34400mm2，拉拔力16.80kN，单位面积拉拔阻力0.488MPa；
工艺五:与水泥土接触面积为34400mm2，拉拔力16.00kN，单位面积拉拔阻力0.465MPa；
工艺六:与水泥土接触面积为34400mm2，拉拔力15.20kN，单位面积拉拔阻力0.442MPa。
从以上实验结果可以看出:①工艺二的拉拔值明显低于工艺一和工艺三，由此可以说明工艺二的减阻效果较为明显；工艺一的拉拔值高于工艺二和工艺三，表明其起拔阻力相对较小，有利于角钢的拔出。②初凝插入后的工艺五和工艺六略小于工艺四，表明初凝后插入角钢工艺更有利于角钢的回收。
从整体分析来说，工艺二、三、五、六都可以有效减小起拔力，结合经济成本和可行性来看，工艺二需要消耗大量的减阻剂，成本较高，因此具体实践中应选用工艺三、五、六插拔型钢。并且工艺四、五、六的拉拔力明显高于工艺一、二、三，其原因为水泥购置的批次不同，后一批次的水泥质量高于第一批次水泥。
2.2.3 工程应用分析
某基坑开挖深度11.4m，其含水层为粉土层，根据地质勘察报告，其土层从上到下依次为:素填土层、粉质粘土层、粉砂层、粘质粉土层和细中砂层。
本次支护方案采用放坡+水泥土型钢桩+锚杆，其中上部5.6m采用1:1放坡，下部水泥土桩间距0.6m，桩径800mm，桩长11.2m，工程采用HW300×300型钢，插入桩体11.2m，外露1m，插入方式采用隔一插一，不做冠梁。并且型钢下端做成“尖”型以便于插入。基坑开挖和监测数据显示，桩体间没有漏点，侧向及竖向位移稳定。本次插入工艺采用工艺五，也即是灌注、初凝、插入；型钢拔出采用振拔机直接拔出，本次共计使用51根型钢桩，回收48根，受场地限制，其余3根无法回收。
本次的施工要点主要有:
(1)型钢插入前应对型钢平直度和接头焊缝质量进行检查，以最大限度地降低静摩擦力和变形阻力。
(2)移除混凝土的冠梁是有效解决型钢的变形阻力的好方法，其他角度来说对型钢的拔出也是有好处的，所以必须设置可拆装的钢质冠梁。
(3)要采用定位导向架，这样可以让型钢的插入更为稳定，而且还可以利用来校对型钢的垂直度，这有控制好型钢插入在标准范围内的作用。
(4)型钢的拔出回收可采用跳拔、限制拔除等措施，并对拔出后的空洞进行回灌。
通过本次工程实践，可以看出:①在混凝土初次凝结后插入型钢，能够有效地减少水泥土对型钢的握裹力，这对于型钢拔出具有重要的意义；②在处理型钢下端的时候，在形状方面可以制成“尖”状，这种方式有利于型钢的插入，而且振拔机的应用，也大大提高了型钢的拔出效率。
3 结语
综上所述，桩锚支护结构以其适应性强、可靠性高等优点，在基坑施工中得到广泛的采用，而桩锚支护绿色施工技术的应用，能够在确保基坑安全和质量的前提下，减少环境污染，节约成本。因此，在建筑基坑施工中，设计人员要结合工程的实际情况，采取合理的桩锚支护绿色施工技术方案进行施工，从而提高工程施工的经济效益和环境效益。
参考文献：
[1]基坑支护设计与桩锚式支护施工技术研究[J].揭晶.科技展望.2015(07)
[2]深基坑桩锚支护体系施工技术例析[J].许志.建筑.2016(07)
论文作者:刘盛妪
论文发表刊物:《防护工程》2017年第15期
论文发表时间:2017/10/17
标签：基坑论文; 型钢论文; 拉拔论文; 工艺论文; 水泥论文; 角钢论文; 阻力论文; 《防护工程》2017年第15期论文;