“绿色”基坑支护技术

付增

（中铁工程装备集团有限公司， 河南 郑州　450016）

摘要：近些年来，在工程建设过程中，因盲目的追求进度而忽视质量，或兼恶劣天气的影响，导致基坑坍塌、支撑脱落事故频发。另外一方面，随着“双碳”标准的进一步落实，环保的要求也越来越高。明挖法作为工程建设过程中的常用工法，亟需进行升级或者被替代，在此背景下，“绿色”基坑支护技术应运而生。“绿色”基坑支护技术也叫沉架法，沉架法利用拼装钢构支护体系，使土压力传递给护板，护板传递给横、竖支撑，竖撑靠对撑互相提供反力，从而使两侧土体保持平衡。采用沉架法施工，基坑支护无需围护桩及锚索，环保无污染；土方开挖与支护同步进行，超静定钢构随开挖同步下沉，无土方坍塌、支撑失稳等风险。沉架自身钢构采用工厂加工，现场拼接，施工便捷。长基坑钢构体系拆除与拼装同步循环实施摊销更低，废钢回收更环保。具有广阔的应用前景及良好的经济和社会效益。

关键词：沉架；绿色；明挖法；环保；开挖及支护；钢构

0.引言

为保证基坑的安全，基坑支护结构形式主要分为围护结构+内支撑体系、围护结构+锚索、放坡+土钉支护等形式。放坡+土钉支护适用于场地比较开阔的工程项目，对于城市市政项目，由于场地较为狭小，多采用围护结构+内支撑体系、围护结构+锚索两种形式。围护结构多为临时结构，项目完成之后，围护桩、锚索等便永久留在土体里，成为建筑垃圾，造成资源的浪费，尤其是锚索留在土层里，可能还影响着远期临近项目的实施，甚至还要花费更大的代价去处理。

围护结构+内支撑体系、围护结构+锚索在开挖及支护过程中风险较大，支护不及时或者支撑体系焊接不到位，会存在土方坍塌、钢支撑失稳等风险。

图1 基坑坍塌事故现场

近几年来，对环境的保护要求越来越高，尤其是“既要金山银山，又要绿水青山”、“坚决打赢蓝天保卫战是重中之重”等要求的提出，需要一种可重复利用的结构支护体系，来代替传统的桩+内支撑和桩+锚索体系。

图2 废桩凿除

若不需要围护桩，可减少围护桩成孔过程中，泥浆护壁对地层的污染；可减少混凝土的使用造成的混凝土垃圾，同时也减少生产混凝土过程中原石的开采及减少了粉尘和霾烟的产生，在一定程度了减少了对环境影响。

图3 原石开采

在这种背景条件下，提出一种“绿色”基坑支护技术，基坑支护无需桩和锚索，环保无污染。土方开挖与支护同步，超静定钢构随开挖同步下沉，无土方坍塌、支撑失稳等风险。钢构工厂加工，现场拼接，施工便捷。长基坑钢构体系拆除与拼装同步循环实施摊销更低，废钢回收更环保。具有广阔的应用前景及良好的经济和社会效益。

1.依托工程概况

洛阳地铁2号线博物馆站位于隋唐城路与隋唐园北路交叉口的东北象限，是地下两层框架结构的地铁车站，其中博物馆站1号出入口是跨隋唐城路的过街出入口，为地下一层箱型结构，基坑深0～13.14m。1号出入口采用明挖顺做法施工，采用600mm钻孔灌注桩+内支撑的支护形式。

图4 博物馆站1号出入口平面图

设计阶段采用沉架法进行了设计研究，后因没有施工先例，且工期紧等原因，最后放弃沉架法，采用常规的明挖法施工，但是做了一定深度的设计研究。

2.设计方案研究

2.1总体方案设计

“沉架法”明挖技术是利用钢结构支护体系（也叫“沉甲”，简称CJ），包括顶架（CJ-A）、底架（CJ-C）、标准架（CJ-B）、护板（CJ-D）组成，共分为四个部分。原理是土压力传递给护板，护板传递给横向支撑，横向支撑传递给竖向支撑，竖向支撑靠对撑互相提供反力，整个钢支撑体系应有有足够的刚度和强度，确保基坑两侧土体稳定。

施工时，边开挖边下沉沉架（CJ）,每开挖下沉一个标准架（CJ-B）的高度，上面就再安装一个标准架和护板，直至开挖至基坑设计深度。然后施工底板防水及衬砌结构，并在沉架（CJ）底部中间安装千斤顶，同时对称将沉架（CJ）分节顶出，边分节提升沉架（CJ）边分块施工下部衬砌结构，直至完成顶板衬砌浇筑及地表覆土回填。

沉架法”明挖技术适用于细长型基坑，每3榀约6m作为一个单元，在一个点开挖至设计深度后即顶出向此点两侧施工，直至全部完成基坑开挖，以节约沉架数量，提高周转利用率。

图5 顶架剖面图

图6 标准架剖面图

图7 沉架整体拼装横、纵展开图

2.2施工流程

“沉架法”明挖技术是利用钢结构支护体系，土压力传递给护板，护板传递给横向支撑，横向支撑传递给竖向支撑，竖向支撑靠对撑互相提供反力，从而使两侧土体保持平衡。

在沉架底部空间范围内采用小型挖机开挖土体，靠沉架自重下沉，必要时还可以使用两侧的千斤顶驱动下沉或者进行纠偏。待衬砌结构从下至上依次施工时，标准架依次顶出，直至顶出最后的底架，然后回填覆土完成明挖基坑的施工。具体施工流程如下：

步序1：场地平整，施工导向定位槽和纵向地梁。

步序2：将伸缩件安装在地面上的纵向地梁上，将顶架安装在伸缩件上，将底架安装在顶架上，底架侧部的护板下放在导向定位槽内。

步序3：进行土方开挖，伸缩件驱动底架下放，底架侧部的护板对土体进行支护，同时利用开挖顺序和两侧的伸缩件进行纠偏，避免倾斜。

步序4：开挖一定坑深后，拆除顶架与底架之间的连接，并在顶架与底架之间加装标准架，标准架侧部的护板对土体进行支护，并继续进行开挖。

步序5：开挖一定坑深后，拆除顶架与最顶部的标准架之间的连接，并在最顶部的标准架3与顶架之间加装标准架，依次重复，直到基坑底部。

步序6：铺设底板防水保护层、底板侧墙防水，绑扎底板及部分侧墙钢筋，浇筑混凝土。

步序7：待混凝土强度达到后，安装底架中间的伸缩件 ，配合地面两侧的伸缩件，开始提升底架。

步序8：底架采用分段提升，依次拆除最顶部的标准架，并依次铺设侧墙防水，绑扎侧墙钢筋及浇筑混凝土，直至完成顶板浇筑。

步序9：继续提升，施工顶板防水，并进行分层压实覆土回填；

步序10：拆除支护体系，恢复顶部管线；

步序11：回填覆土，恢复地表。

2.3　与常规明挖法经济对比分析

博物馆站采用桩+内支撑的支护形式，明挖法施工，围护桩的参数为Ф600@800，内支撑采用Ф609钢管撑，第一道间距6m，第二道采用3m。采用常规明挖法施工，工程数量及费用如表1所示。

表1 工程数量表

沉架法施工只考虑沉架的租赁、安拆、吊装等费用，每10m的综合单价35万元。因此，采用沉架法施工，节约围护结构造价的费用约39.57万元。

工期方面，常规明挖法，开挖10m段，需要的工期约为60天，若采用沉架法施工，开挖与支护同步，省去了围护桩施工的时间，工期约45天。节省工期约15天，占整个项目工期的1/4左右。

4.结论与建议

沉架法作为一种创新型工法，在施工安全、造价、工期方面都有着突出的优势，最重要的一点，它更加环保、无污染，有着良好的社会效益和广阔的应用前景，主要体现如下几个面：

1）有益效果：

（1）沉架法支护，基坑支护无需围护桩和锚索，环保无污染。

（2）减少围护桩，就减少原石的开采，就保住了青山，也保住了蓝天，符合习总书记倡导的：“既要金山银山，又要绿水青山”新时代发展理念要求。

（3）土方开挖与支护同步，超静定钢构随开挖同步下沉，无土方坍塌、支撑失稳等风险。

（4）钢构均采用工厂加工，现场拼接，施工便捷。

（5）长基坑钢构体系拆除与拼装同步循环实施摊销更低，废钢回收更环保。

2）应用前景：

本工法是安全、经济、环保的新型工法，在细长基坑施工领域替代常规工法。

本工法较适用于细长型基坑，如地铁出入口、综合管廊、沟渠、市政隧道等工程，应用前景十分广阔。

[1] 发明专利 《一种基坑支护体系及其施工方法》 专利权人 中铁工程装备集团有限公司 地址 450016 河南省郑州市经济技术开发 区第六大街99号 发明人 付增 程鹏 李洋 于少辉 白中坤 授权公告号CN 111456032 B 授权公告日 2022.02.15

[2] 实用新型专利 《基坑支护装置》 专利权人 [中国中铁航空港建设集团有限公司, 中铁航空港集团第一工程有限公司] 地址 北京市海淀区闵庄路87号 发明人 杨改锁 授权公告号 CN204112337U 授权公告日 20150121

[3] 实用新型专利 一种岩土工程用多功能支护装置 专利权人 遵义师范学院 地址 贵州省遵义市新蒲新区平安大道中段 发明人 袁余洋授权公告号 CN209891212U 授权公告日 20200103