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基坑支护技效对比分析

一、工程概述
1.1、工程概况
xx某大厦位于xx某区，占地面积3222m2，总建筑面积51218.76 m2。自然地面绝对标高46.27～47.85m，±0.00相当于47.70m，室内外高差0.45m。xx工程平面呈“L”型，现浇框支剪力墙结构，地上11～18层，地下2层，基底标高-9.52 m。
根据拟建场地实际钻探资料和附近区域地质资料综合分析，拟建场地土类型为中软场地土，地形基本平坦，建筑场地施工空间狭窄且水位较高，地下水较丰富。
1.2、水文地质及工程地质
● 基坑施工影响范围内的地层从上到下分别为：
表层为人工堆积层，厚度一般在2.00～3.00m左右，以下为第四纪沉积的粘质粉土②层，粉质粘土③层，细砂④层，粉质粘土⑤层，细砂⑥层，细、中砂⑦层和卵砾石⑧层。
● 水文地质条件:
据水文地质资料、地下水位勘察地质剖面及勘察报告，本场地揭露3层地下水，见下面地下水情况一览表：
表1
地下水层
地下水类型
钻孔内静止水位
测量时间
水位埋深（m）
水位标高（m）
1
台地潜水
1.40～5.30
41.72～45.35
xx年xx月中旬
2
层间水
11.20～13.90
33.30～36.06
xx年xx月中旬
3
潜水～承压水
25.50～26.50
20.55～21.07
xx年xx月中旬
场区内第1层地下水（台地潜水）天然动态类型属渗入—蒸发、径流型，其季节变化规律一般为：6月～9月份水位较高，其余月份较低，年自然变幅2m左右。本基坑施工基本上全在雨期进行，该层水更值得引起重视，需要事前预留出一定的降水能力，并采取必要的排水措施，以应付不可遇见的大暴雨。
二、基坑支护设计
2.1、方案选择
建筑基坑支护设计的原则是“技术先进、经济合理、安全可靠”，从而确保地下结构施工期间基坑边坡稳定、基坑周围建筑物、道路及地下设施安全。基坑支护设计与施工，应综合考虑工程地质与水文地质条件、基坑开挖深度、周边环境、施工季节、基坑周边荷载等因素，因地制宜、合理设计、精心施工、严格监测。
下表为五种常见的基坑护坡形式在现场条件、施工工艺、工期以及费用方面的对比表。
表2
序号
结构形式
现场条件
施工工艺
工期
费用
1
护坡桩
适用
复杂
长
高
2
地下连续墙
适用
复杂
长
高
3
土钉墙
适用
一般
一般
低
4
土层锚杆
适用
较复杂
一般
较低
5
原状土放坡
不适用
简单
短
低
综合上表，考虑后续施工用地及场地情况，并考虑到xx工程工期紧、任务重的特点，为确保工程总工期，在保证基础施工安全的前提下，应尽可能降低造价，并最大可能的减小回填量。xx工程选用在xx地区技术比较成熟、应用比较广泛、施工工艺成熟的土钉墙支护形式（即喷锚支护），其具有稳定性高、施工界面美观的特点。
2.2、土钉墙支护
●土钉墙概述
土钉墙支护技术是一种先进的原位岩土加固技术，它充分利用原状土体自身的承载能力，通过密布土钉及压力注浆，彻底改善加固区原状土体的力学性能，在边坡原状土体中形成加固区（土钉墙）以抵抗不稳定的侧向土压力；边坡加固施工紧随开挖，能迅速封闭开挖面，使得因开挖造成的土层应力释放及时得到控制，从而使边坡土体变形得到有效的控制；用土钉将不稳定的土压力引入深层土体中，借助稳定土层自身的承载力，提供有效的锚固力来平衡不稳定的土压力。从而形成一种先进的深层主动承力支护体系，与土体共同作用，充分发挥土层能量，提高边坡土层整体性的自身强度、自稳定能力，使边坡得以稳定。

土钉墙支护技术是用于土体开挖和边坡稳定的一种新的挡土技术，由于经济、可靠且施工快速简便，已在我国得到迅速推广和应用。在基坑开挖中，土钉墙支护技术现在已经成为桩、墙、撑、锚支护之后又一项成熟的支护技术。其独特的优点有：
1）材料用量和工程量少，施工速度快；
2）施工设备轻便，操作方法简单；
3）对场地土层的适应性强；
4）结构轻巧，柔性大，有很好的延性；
5）施工所需的场地较小，能紧贴已有建筑物进行基坑开挖；
6）安全可靠。土钉支护施工采用边开挖边支护，安全程度较高；在与现场量测监控相结合的前提下，比其它支护有更高的安全度；
7）经济。我国由于人工费用相对低廉，机械设备的台班费用昂贵，所以土钉墙支护比灌注桩等支护形式可节约造价30%左右。
其主要局限性有：
1）当基坑附近有地下管线或建筑物基础时，则在施工时有相互干扰的可能；
2）在有丰富地下水源的情况下，不能单独使用，需要考虑进行有效降水。
● 设计方案
根据业主提供的地下管线分布图，北侧电力管线和污水管线紧邻地下车库，西侧天然气和热力管线距基坑边也较近，护坡设计需作特殊处理。尤其是北侧污水管线，因年久可能会存在一定的渗漏现象，从而造成该处的土体性能下降，需要加强支护，其余侧管线可不考虑。
根据现场平面布置图，并参照邻近工程经验，xx工程采用如下护坡方案：
自现状地面以下9.0m范围内按1:0.1开挖，基底肥槽按700mm留设（保证在筏梁顶面处，结构外皮与护壁之间有850mm的空间）。
土钉墙支护护坡从上至下共设6排土钉，长度依次为6.5米、7.5米、8.5米、7米、6米、5米，纵向间距从上至下均为1400 mm，横向间距均为1400 mm。土钉锚筋采用1Ф18，土钉倾角5～10度。其中，因西侧边坡和北侧边坡有地下管线，为有效控制该处边坡变形，西侧第二排和北侧第三排土钉作成预应力土钉，用1[14槽钢作反梁，土钉端部焊接1Φ18螺栓，用螺母锁紧。
土钉横压筋采用通长2Ф16，竖压筋2Ф16长200 mm，与横压筋在土钉端部做井字
型焊接。土钉成孔直径不小于100 mm；钢筋网片采用φ6.5@250×250，现场绑扎，坡面上下段搭接长度应大于300mm；面层喷射C20混凝土，厚度不小于80 mm。坡顶喷射混凝土护顶，宽度不小于500 mm。
xx工程采取信息法施工，各段土钉的排数、长度、间距应根据实际的地下障碍物和土质情况由现场技术负责人及时作出变更和调整。
●基坑降水设计
1）基坑涌水量估算：
基坑开挖深度为-9.52m。由于影响基坑开挖和护坡的地下水为1、2层水，因此满堂红降水水位应按全场区≥-10.50m考虑。根据地勘报告，地下1、2层水之间有水力联系，因此降水应主要考虑对地下1、2层水的联合降排。
由于基坑基底地层渗透系数较小，基坑中部、底部为粉质粘土及粘土相对隔水层，对降水不利。考虑细砂层的分布及降深要求以及轻型井点的能力限制，应采用大口管井方法降水。
根据以上分析，xx工程理论井型为潜水完整井，基坑涌水量可估算如下：

式中 基坑涌水量（m3/d）
潜水含水层厚度（m）
基坑水位降深（m）
渗透系数（m/d）
降水影响半径（m）
基坑等效半径（m）
根据降深范围内卵石层分布较少， 渗透系数K值的选用综合考虑为5m/d。按上述方法估算，基槽总排水量约为1440m3/d。
2）降排水设计：
采用大口井进行基坑降水，兼顾护坡施工、土方开挖，大口井设在基坑四周。经计算并结合以往的施工经验， 单井涌水量按1.0m3/h考虑，则需要管井数n=1.1×1440÷(1.0×24)=66眼，安排如下：

井深 16.00米
井间距 6.0米
成井口径 f600
滤水管内径 ≥f300
滤 料 f3～f7碎石
潜水泵初步选型 扬程＞25m 出水量＞5米3/h
降水井布置在槽边1.5米处，实际施工时应根据地下管网情况适当调整，主要目的是对基槽采取封闭降水，即封堵基槽外部地下水继续向槽内补给，又可同时抽降基槽内地下水。
2.3、护坡桩支护
●护坡桩概述
钻孔灌注桩是高层建筑在闹市施工、取代打入桩的无振动、无噪音的新桩型。20世纪70年代以来，由于其施工对周围建筑、地下管线不造成危害，造价也较低，得到了广泛的应用。
● 设计方案
拟采用在xx地区应用比较成熟的护坡桩加背拉锚支护形式如下（计算从略）：
选用直径800的水下灌注桩，桩长12米，桩顶标高定在46.25米，桩底标高定在33.2米，桩间距1.6米，桩顶往下2米设一道20米长Φ32土层锚杆做背拉锚，倾角为300间距6米，用二次灌浆法，第一次灌浆为水泥砂浆，平均单锚用10包水泥、300kg黄砂，第二次灌浆为水泥浆，平均单锚用6包水泥。锚梁选用28槽钢。混凝土等级为C25、配24Φ25。
三、支护施工
3.1、护坡桩施工主要机械及劳动力
护坡桩施工主要机械设备及劳动力配置计划如下：
1）护坡桩施工主要机械设备
类别
旋挖钻机
25吨吊车
灌注设备
数量
2台
1台
1套

2） 土层锚杆施工设备
类别
工程地质钻机
灰浆泵
泥浆泵
喷射机
搅浆桶
数量
1台
1台
1台
1台
1个
3）劳动力配置计划
工 种
机械工
钢筋工
焊 工
电 工
混凝土工
其它
人 数（人）
10
10
4
1
6
15
3.2、土钉墙施工主要机械及劳动力
土钉墙主要施工机械设备及劳动力配置计划如下：
1）降水施工主要机械设备
类别
正循环钻机
9m3压风机
潜水泵组
数量
2台
1台
70台套
3） 土钉墙（喷锚）施工设备
类别
空压机
喷射机
搅浆桶
注浆泵
数量
2台
2台
2个
2台
3）劳动力配置计划
工 种
成孔工
钢筋工
焊 工
电 工
混凝土工
其它
人 数（人）
20
20
4
1
10
30
四、成本分析
4.1、护坡桩施工
●概述
护坡桩根数合计：270根。
单根护坡桩钢筋24Φ25，箍筋φ10@300，则：
单根护坡桩：混凝土C25为7.18m3，Φ25钢筋312米，φ10钢筋115米
成孔费：150元/米
土层锚杆根数合计：76根
● 护坡桩费用计算

1） 单桩材料费：
Φ25钢筋：312x3.85=1.2t
1.2x2480元/t=2976元
φ10钢筋：115x0.617=0.071t
0.071x2480元/t=176元
C25混凝土：7.18x311元/m3=2232元
合计：5384元/根
2） 单桩机械费：
25t吊车：1200元/台班
电焊机：60元/台班
导管：50元/台班
合计：1310/10根=131元/根
3） 人工费
技术员 2人：2x60元/工日=120元
钢筋工 5人：5x50元/工日=250元
电 工 1人：1x50元/工日= 50元
焊 工 2人：2x55元/工日=110元
混凝土工4人： 4x45元/工日=180元
合计：710元/10=71元/根
4) 成孔费：150元/米
13x150元/米=1950元
桩成本：7536元/根x270=203.4720万元
●土层锚杆费用计算
1）单锚材料费：
Φ32钢筋：20x7.8=0.1225t
0.1225x2480元/t=303.8元
水泥：共16包，为0.8t
0.80x 308元/t=246元
沙子：0.30x32元/t=9.6元

28槽钢：830米x35.823kg/m=29.7t
29.7/76x2550元/t=996.5元
合计：1555.9元/根
2）单锚机械设备费
地质钻机：150元/台班
泥浆泵： 80元/台班
灰浆泵： 30元/台班
电焊机： 60元/台班
合计：320元/台班
3）单锚人工费
技术员1人：1x 60元/工日=60元
钻工 5人：5x55元/工日=275元
钢筋工2人：2x50元/工日=100元
电工 1人：1x55元/工日=55元
焊工 1人：1x50元/工日=50元
混凝土工4人：4x45元/工日=180元
合计：720元/8=90元/根
土层锚杆费用合计：1685.9元/根x76 =12.8218万元
护坡桩方案费用总计：216.2938万元
4.2、土钉墙施工
土钉根数合计：1872根，平均长度6.95米。
1） 单根材料费：
Φ18钢筋：6.95x2.0=0.0139t
0.0139x2480元/t=34.472元
Φ16钢筋：4x1.58=0.00632t
0.00632x2480元/t=15.6736元
φ6钢筋：60x0.223=0.01338t
0.01338x2480元/t=33.1824元
425水泥：共9包，为0.45t

0.45x308元/t=138.6元
砂：为0.3t
0.30x 32元/t=9.6元
石：为0.4t
0.40x30 元/t=12元
成孔费：10元/米
合计：313元/根
2）单锚机械设备费
注浆泵： 80元/台班
电焊机： 60元/台班
搅浆筒： 40元/台班
喷射机： 80元/台班
空压机： 200元/台班
合计：920元/台班
3）单锚人工费
技术员3人：3x 60元/工日=180元
钢筋工20人：20x50元/工日=1000元
电工 1人：1x55元/工日=55元
焊工 4人：4x50元/工日=200元
混凝土工10人：10x45元/工日=450元
配合工人30人：30x40元/工日=1200元
合计：3085元/60=51元/根
4）不可预见费
暂定100元/根
5）西侧、北侧加固费
14槽钢：155米x16.733kg/m=2.593t
2.593x2550元/t=6612元
每套垫板和螺杆、螺帽：55元/套x110=6050元
土钉墙费用合计：479元/根x1872+6612+6050 =90.9350万元

6）降水施工费
32万元（计算从略）。
7）降水电费
18万元（计算从略）。
4.3、成本分析
采用土钉墙支护加降水方案①成本为：140.9万元。
采用护坡桩加背拉锚方案②成本为：216.3万元。
采用方案①可节约成本：75.4万元。
五、结论
由上分析可知，在xx工程中采用了新型的深基坑土钉墙喷锚技术，可以节约直接成本共计75.4万元。在市区中施工因减少了大型机械的使用，而避免了施工噪音扰民，改善了与施工现场周边居民的关系；同时施工中可以不采用膨润土泥浆护壁，也减少了对环境的污染。这些间接效益是无法用成本来估量的。
由xx工程实例分析，显见土钉墙支护技术可在xx公司其它施工项目中，进行有针对性的进一步推广，以积累更多的经验，从而进一步改善施工工艺，并降低成本，在更长远的角度上可使公司能更好地占领建筑市场。