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   別小勇1，陳家冬2，吳  亮2

  （1．無(wú)錫市建筑設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，江蘇無(wú)錫214001；2．無(wú)錫市大筑巖土

  工程技術(shù)有限公司，江蘇  無(wú)錫214000）

[摘要]伴隨著無(wú)錫地區(qū)城市化進(jìn)程的發(fā)展，地下空間開發(fā)力度加大。深基坑工程規(guī)模越來(lái)越大，周邊環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜，但是基坑支護(hù)設(shè)計(jì)還相對(duì)保守。介紹了在無(wú)錫地區(qū)基坑工程支護(hù)設(shè)計(jì)中的一些環(huán)保節(jié)能設(shè)計(jì)方案的實(shí)踐，并提出了嘗試在基坑工程支護(hù)設(shè)計(jì)中建立以碳排放量為目標(biāo)函數(shù)的評(píng)價(jià)體系作為方案節(jié)能環(huán)保指標(biāo)評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)之一，對(duì)于環(huán)境保護(hù)、節(jié)約能源有著重要的意義。

[關(guān)鍵詞]基坑支護(hù)；設(shè)計(jì)；節(jié)能；環(huán)保；碳排放量；評(píng)價(jià)體系

[中圖分類號(hào)] TU74；TU753.1  [文章編號(hào)]1002-8498(2016)04-0079-03

  無(wú)錫地區(qū)近年來(lái)城市化進(jìn)程發(fā)展迅速，伴隨著地下空間開發(fā)力度的增大，深基坑工程規(guī)模越來(lái)越大，深度也不斷加深。由于基坑周邊環(huán)境要素日益復(fù)雜，對(duì)基坑變形控制的要求越來(lái)越高。相應(yīng)的，基坑支護(hù)設(shè)計(jì)所采用的手段日益保守和復(fù)雜，大直徑灌注樁（地下連續(xù)墻）、多道混凝土支撐以及三軸攪拌樁的應(yīng)用越來(lái)越多，支護(hù)結(jié)構(gòu)所用混凝土可多達(dá)上萬(wàn)m3，支護(hù)造價(jià)動(dòng)輒數(shù)以億計(jì)，同時(shí)伴隨著泥漿大量排放和地下水無(wú)序抽排，基坑支護(hù)施工事實(shí)上已成為地下工程污染大戶，在保護(hù)周邊建筑環(huán)境的同時(shí)破壞自然環(huán)境。

  當(dāng)前，節(jié)能環(huán)保和綠色巖土的觀念已經(jīng)深入人心，在基坑支護(hù)設(shè)計(jì)實(shí)踐中只有貫徹先進(jìn)理念和采用先進(jìn)技術(shù)的設(shè)計(jì)方案才能真正做到“安全適用、保護(hù)環(huán)境、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理和確保質(zhì)量”，也才能確保自身的長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展。目前，我們已在多個(gè)工程設(shè)計(jì)中展開初步實(shí)踐，簡(jiǎn)要介紹如下。

1  節(jié)能環(huán)保理念在概念設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用

1.1  節(jié)能環(huán)保理念在概念設(shè)計(jì)階段的實(shí)踐

  方案概念設(shè)計(jì)階段在滿足基坑安全需要的前提下要做到真正節(jié)能環(huán)保，應(yīng)充分對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查測(cè)繪，并結(jié)合工程自身特點(diǎn)及地層特性進(jìn)行多方案比較。

  1)取得建筑總圖、地形圖以及地下室設(shè)計(jì)圖紙后，需要結(jié)合上述資料對(duì)基坑周邊環(huán)境要素進(jìn)行校核測(cè)繪，初步方案完成后還要取得施工現(xiàn)場(chǎng)布置總平面圖以避開施工道路以及臨建設(shè)施等，確保方案能夠方便施工，安全可行。

  2)在充分分析場(chǎng)地條件前提下，盡可能采用自然放坡等耗材較少的處理形式，穩(wěn)定性不足時(shí)可以輔助采用地面拉錨、坡面增加木樁、微型鋼管樁以及降水等措施進(jìn)行局部加強(qiáng)。對(duì)于周邊環(huán)境條件復(fù)雜程度不一情況下，可采用分段、多種支護(hù)手段組合形式以盡量降低材料用量來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)。無(wú)錫某工程結(jié)合周邊環(huán)境分區(qū)采用斜拋撐、斜拉錨和二級(jí)放坡等手段支護(hù)，如圖1所示。

  3)結(jié)合無(wú)錫地層特點(diǎn)充分利用第一硬土層力學(xué)指標(biāo)較高、自立高度較大的特點(diǎn)上部適度放坡，對(duì)于目前較多的10m左右2層地下室，上部放坡4m左右可減少圍護(hù)樁混凝土總量的20%~25%，節(jié)能減排效果非常顯著。

  4)對(duì)于剛性樁的選擇，在滿足設(shè)計(jì)安全度前提下應(yīng)優(yōu)先選擇預(yù)制樁（管樁、方樁），預(yù)制樁在制作及現(xiàn)場(chǎng)施工減排方面遠(yuǎn)優(yōu)于灌注樁。其次可根據(jù)變形控制及工期情況選擇灌注樁或鋼板樁。

  5)當(dāng)基坑開挖面積不大或基坑性狀為條形時(shí)，采用內(nèi)支撐支護(hù)形式其節(jié)能減排的效益較錨桿等其他形式好，因此應(yīng)優(yōu)先采用內(nèi)支撐支護(hù)；當(dāng)基坑面積較大情況下，采用內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)混凝土的用量偏大，可采用雙排疏樁剛性門架支護(hù)形式，其節(jié)能減排的效果最為顯著。

  6)當(dāng)必須采用內(nèi)支撐時(shí)，應(yīng)盡量采用斜拋撐尤其是鋼拋撐形式（見圖2）。

1.2節(jié)能環(huán)保理念在模型計(jì)算階段的實(shí)踐

  在總體設(shè)計(jì)方案確定后，根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告所建議基坑參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。在該階段，主要體會(huì)如下。

  1)對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)需要結(jié)合自身經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行合理調(diào)整。計(jì)算得到的圍護(hù)樁內(nèi)力設(shè)計(jì)值可根據(jù)變形控制情況進(jìn)行適度折減。

  2)對(duì)于大多數(shù)電梯基坑是否需要降低承壓水頭應(yīng)根據(jù)地質(zhì)報(bào)告以及相關(guān)施工反饋資料進(jìn)行慎重分析。

  3)雖然目前大型的有限元分析程序在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中已經(jīng)廣泛應(yīng)用，但是由于巖土體的參數(shù)、本構(gòu)模型復(fù)雜性在實(shí)踐中應(yīng)用還不多。目前簡(jiǎn)化的計(jì)算程序雖然可以總體對(duì)基坑的安全度予以把握，但是對(duì)于復(fù)雜的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)無(wú)能為力。在實(shí)踐中采用二者相互結(jié)合的方法進(jìn)行較為精確的計(jì)算，進(jìn)而可實(shí)現(xiàn)對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的安全、經(jīng)濟(jì)評(píng)估（見圖3）。

2  豎向擋土結(jié)構(gòu)應(yīng)用節(jié)能環(huán)保技術(shù)的實(shí)踐

  豎向擋土結(jié)構(gòu)的選擇盡量采用耗材量最少的樁型作為設(shè)計(jì)實(shí)施方案，如選用木樁、竹子、預(yù)應(yīng)力管樁、預(yù)應(yīng)力空心方管樁、鋼板樁、SMW工法等，從保護(hù)環(huán)境角度可選用預(yù)制型樁，少用排污量大的水鉆孔樁；如必須選用鉆孔型樁，則在施工機(jī)具選型上盡量選用干挖鉆機(jī)或旋挖鉆機(jī)施工方法，以降低耗能及減少對(duì)環(huán)境的污染。

2.1  選擇竹木材料作為豎向擋土結(jié)構(gòu)

  通過選用木樁等材料替代坡腳超前錨桿實(shí)踐證明其效果良好且施工方便，當(dāng)邊坡穩(wěn)定性不能滿足要求時(shí)可采用雙排或多排木樁形成門架抵抗土壓力。

2.2  選擇可循環(huán)利用的鋼材作為豎向擋土結(jié)構(gòu)

  鋼板樁/SMW工法承載力強(qiáng)，自身結(jié)構(gòu)輕，鋼板樁構(gòu)成的連續(xù)墻體具有很高的強(qiáng)度與剛度，可有效完成基坑支護(hù)工作，同時(shí)鋼材可循環(huán)利用達(dá)20~30次，因此具有顯著的節(jié)能環(huán)保特點(diǎn)。此外，其具有施工簡(jiǎn)便，能適應(yīng)不同的地質(zhì)情況和土質(zhì)，可減少基坑開挖量，作業(yè)占用場(chǎng)地較小。施工環(huán)保，取土量和混凝土用量大幅減少，可有效保護(hù)土地資源。因此在基坑支護(hù)實(shí)踐中盡量利用。

2.3選擇預(yù)應(yīng)力管樁及預(yù)制方樁作為豎向擋土結(jié)構(gòu)

  對(duì)于無(wú)錫地區(qū)2層地下室開挖深度10m以內(nèi)時(shí)，當(dāng)必須選擇剛性樁支護(hù)情況下，如鋼板樁等因工期導(dǎo)致造價(jià)偏高時(shí)盡可能采用耗能、耗材少的管樁或者方樁作為支護(hù)結(jié)構(gòu)。同時(shí)，管樁可盡量采用常規(guī)PHC管樁。實(shí)踐證明其造價(jià)可降低50%。目前已在無(wú)錫近10個(gè)2層地下室基坑支護(hù)設(shè)計(jì)中采用管樁支護(hù)技術(shù)，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

3  其他技術(shù)思路與需要解決的問題

3.1基坑支護(hù)設(shè)計(jì)中節(jié)能環(huán)保的其他思路

  1)設(shè)計(jì)中充分利用可再生材料作為結(jié)構(gòu)體，這樣可大大減少礦產(chǎn)的開采，最大限度保護(hù)礦產(chǎn)資源。最大限度減少使用冶煉及燒結(jié)的材料，多使用竹木等自然生長(zhǎng)材料以減少碳排放量。

  2)多選用可循環(huán)使用的材料，如基坑支護(hù)中的型鋼支撐、SMW工法中的工字鋼等。

  3)在設(shè)計(jì)可能的情況下，充分利用降水管井建立自滲流體系的裝置，可永久利用滲上來(lái)的地下水。

  4)輕型井點(diǎn)降水體系中，盡量采用竹管或PVC管代替鋼管作為降水管使用。

  5)在基坑噴錨支護(hù)技術(shù)中，采用秸稈噴射混凝土技術(shù)，即在噴射混凝土中摻和一定量的秸稈材料，這樣可以消耗掉一定量的農(nóng)村秸稈（農(nóng)村中的秸稈大部分在田里燒掉，影響環(huán)境），達(dá)到環(huán)保的目的。在達(dá)到噴射混凝土強(qiáng)度的前提下，秸稈的摻和量應(yīng)做一定的試驗(yàn)。

3.2需要解決的問題

  在工程安全度得到保證的前提下，如何評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)方案節(jié)能環(huán)保性目前還沒有明確方法。如能根據(jù)設(shè)計(jì)方案的耗能、耗材（資源）量最終建立起以碳排放量為目標(biāo)函數(shù)的評(píng)價(jià)體系，則可將設(shè)計(jì)方案的節(jié)能環(huán)保性進(jìn)行量化計(jì)算，進(jìn)而成為方案比較的重要依據(jù)。如假定某方案的總碳排放量分別由所用建材如水泥、混凝土、鋼筋的生產(chǎn)過程以及現(xiàn)場(chǎng)施工過程等環(huán)節(jié)組成，建立工程碳排放量函數(shù)關(guān)系如下：

式中：A為材料總用量，b為單位材料碳排放量。

  可見，要想對(duì)方案的節(jié)能環(huán)保指標(biāo)進(jìn)行量化分析，目前需要解決的問題是要盡快進(jìn)行計(jì)算分析，取得不同材料的碳排放量計(jì)算方法。

4  結(jié)語(yǔ)

  環(huán)保、節(jié)能、低碳及可持續(xù)發(fā)展的理念逐漸被人們所接受，巖土工程施工過程中大量耗能耗材、并對(duì)環(huán)境產(chǎn)生一定破壞，巖土工程師應(yīng)認(rèn)識(shí)到在滿足工程建設(shè)目標(biāo)的前提下，還要對(duì)方案的節(jié)能環(huán)保指標(biāo)予以重點(diǎn)關(guān)注。在巖土工程領(lǐng)域盡量多使用竹、木、秸稈等可循環(huán)使用的建筑材料，盡量多利用太陽(yáng)能、多節(jié)約水資源、多節(jié)約電能，對(duì)于能源和環(huán)境保護(hù)有著非常重要的意義。巖土工程師應(yīng)不斷通過技術(shù)創(chuàng)新和工藝改良，確保設(shè)計(jì)方案的節(jié)能環(huán)保。