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基坑支護設計中節能環(huán)保技術(shù)的實(shí)踐論文
［摘要］伴隨著(zhù)無(wú)錫地區城市化進(jìn)程的發(fā)展，地下空間開(kāi)發(fā)力度加大。深基坑工程規模越來(lái)越大，周邊環(huán)境越來(lái)越復雜，但是基坑支護設計還相對保守。介紹了在無(wú)錫地區基坑工程支護設計中的一些環(huán)保節能設計方案的實(shí)踐，并提出了嘗試在基坑工程支護設計中建立以碳排放量為目標函數的評價(jià)體系作為方案節能環(huán)保指標評價(jià)的標準之一，對于環(huán)境保護、節約能源有著(zhù)重要的意義。
［關(guān)鍵詞］基坑支護;設計;節能;環(huán)保;碳排放量;評價(jià)體系
�。壑袌D分類(lèi)號］TU74;TU753.1［文獻標識碼］A［文章編號］1002-8498(2016)04-0079-03
無(wú)錫地區近年來(lái)城市化進(jìn)程發(fā)展迅速，伴隨著(zhù)地下空間開(kāi)發(fā)力度的增大，深基坑工程規模越來(lái)越大，深度也不斷加深。由于基坑周邊環(huán)境要素日益復雜，對基坑變形控制的要求越來(lái)越高。相應的，基坑支護設計所采用的手段日益保守和復雜，大直徑灌注樁(地下連續墻)、多道混凝土支撐以及三軸攪拌樁的應用越來(lái)越多，支護結構所用混凝土可多達上萬(wàn)m3，支護造價(jià)動(dòng)輒數以?xún)|計，同時(shí)伴隨著(zhù)泥漿大量排放和地下水無(wú)序抽排，基坑支護施工事實(shí)上已成為地下工程污染大戶(hù)，在保護周邊建筑環(huán)境的同時(shí)破壞自然環(huán)境。當前，節能環(huán)保和綠色巖土的觀(guān)念已經(jīng)深入人心，在基坑支護設計實(shí)踐中只有貫徹先進(jìn)理念和采用先進(jìn)技術(shù)的設計方案才能真正做到“安全適用、保護環(huán)境、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟合理和確保質(zhì)量”，也才能確保自身的長(cháng)期可持續發(fā)展。目前，我們已在多個(gè)工程設計中展開(kāi)初步實(shí)踐，簡(jiǎn)要介紹如下。
1節能環(huán)保理念在概念設計階段的應用
1.1節能環(huán)保理念在概念設計階段的實(shí)踐
方案概念設計階段在滿(mǎn)足基坑安全需要的前提下要做到真正節能環(huán)保，應充分對施工現場(chǎng)進(jìn)行調查測繪，并結合工程自身特點(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計圖紙后，需要結合上述資料對基坑周邊環(huán)境要素進(jìn)行校核測繪，初步方案完成后還要取得施工現場(chǎng)布置總平面圖以避開(kāi)施工道路以及臨建設施等，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。對于周邊環(huán)境條件復雜程度不一情況下，可采用分段、多種支護手段組合形式以盡量降低材料用量來(lái)實(shí)現節能環(huán)保的目標。無(wú)錫某工程結合周邊環(huán)境分區采用斜拋撐、斜拉錨和二級放坡等手段支護，如圖1所示。3)結合無(wú)錫地層特點(diǎn)充分利用第一硬土層力學(xué)指標較高、自立高度較大的特點(diǎn)上部適度放坡，對于目前較多的10m左右2層地下室，上部放坡4m左右可減少?lài)o樁混凝土總量的20%～25%，節能減排效果非常顯著(zhù)。4)對于剛性樁的選擇，在滿(mǎn)足設計安全度前提下應優(yōu)先選擇預制樁(管樁、方樁)，預制樁在制作及現場(chǎng)施工減排方面遠優(yōu)于灌注樁。其次可根據變形控制及工期情況選擇灌注樁或鋼板樁。5)當基坑開(kāi)挖面積不大或基坑性狀為條形時(shí)，采用內支撐支護形式其節能減排的效益較錨桿等其他形式好，因此應優(yōu)先采用內支撐支護;當基坑面積較大情況下，采用內支撐結構混凝土的用量偏大，可采用雙排疏樁剛性門(mén)架支護形式，其節能減排的效果最為顯著(zhù)。6)當必須采用內支撐時(shí)，應盡量采用斜拋撐尤其是鋼拋撐形式(見(jiàn)圖2)。
1.2節能環(huán)保理念在模型計算階段的實(shí)踐
在總體設計方案確定后，根據巖土工程勘察報告所建議基坑參數進(jìn)行設計計算。在該階段，主要體會(huì )如下。1)對設計參數需要結合自身經(jīng)驗進(jìn)行合理調整。計算得到的圍護樁內力設計值可根據變形控制情況進(jìn)行適度折減。2)對于大多數電梯基坑是否需要降低承壓水頭應根據地質(zhì)報告以及相關(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構設計中已經(jīng)廣泛應用，但是由于巖土體的參數、本構模型復雜性在實(shí)踐中應用還不多。目前簡(jiǎn)化的計算程序雖然可以總體對基坑的安全度予以把握，但是對于復雜的節點(diǎn)結構無(wú)能為力。在實(shí)踐中采用二者相互結合的方法進(jìn)行較為精確的計算，進(jìn)而可實(shí)現對圍護結構的安全、經(jīng)濟評估(見(jiàn)圖3)。
2豎向擋土結構應用節能環(huán)保技術(shù)的實(shí)踐
豎向擋土結構的選擇盡量采用耗材量最少的樁型作為設計實(shí)施方案，如選用木樁、竹子、預應力管樁、預應力空心方管樁、鋼板樁、SMW工法等，從保護環(huán)境角度可選用預制型樁，少用排污量大的水鉆孔樁;如必須選用鉆孔型樁，則在施工機具選型上盡量選用干挖鉆機或旋挖鉆機施工方法，以降低耗能及減少對環(huán)境的污染。
2.1選擇竹木材料作為豎向擋土結構
通過(guò)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，當邊坡穩定性不能滿(mǎn)足要求時(shí)可采用雙排或多排木樁形成門(mén)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構
鋼板樁/SMW工法承載力強，自身結構輕，鋼板樁構成的連續墻體具有很高的強度與剛度，可有效完成基坑支護工作，同時(shí)鋼材可循環(huán)利用達20～30次，因此具有顯著(zhù)的節能環(huán)保特點(diǎn)。此外，其具有施工簡(jiǎn)便，能適應不同的地質(zhì)情況和土質(zhì)，可減少基坑開(kāi)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，可有效保護土地資源。因此在基坑支護實(shí)踐中盡量利用。
2.3選擇預應力管樁及預制方樁作為豎向擋土結構
對于無(wú)錫地區2層地下室開(kāi)挖深度10m以?xún)葧r(shí)，當必須選擇剛性樁支護情況下，如鋼板樁等因工期導致造價(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結構。同時(shí)，管樁可盡量采用常規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層地下室基坑支護設計中采用管樁支護技術(shù)，經(jīng)濟效益顯著(zhù)。
3其他技術(shù)思路與需要解決的問(wèn)題
3.1基坑支護設計中節能環(huán)保的其他思路
1)設計中充分利用可再生材料作為結構體，這樣可大大減少礦產(chǎn)的開(kāi)采，最大限度保護礦產(chǎn)資源。最大限度減少使用冶煉及燒結的材料，多使用竹木等自然生長(cháng)材料以減少碳排放量。2)多選用可循環(huán)使用的材料，如基坑支護中的型鋼支撐、SMW工法中的工字鋼等。3)在設計可能的情況下，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村秸稈(農村中的秸稈大部分在田里燒掉，影響環(huán)境)，達到環(huán)保的目的。在達到噴射混凝土強度的前提下，秸稈的摻和量應做一定的試驗。
3.2需要解決的問(wèn)題
在工程安全度得到保證的前提下，如何評價(jià)設計方案節能環(huán)保性目前還沒(méi)有明確方法。如能根據設計方案的耗能、耗材(資源)量最終建立起以碳排放量為目標函數的評價(jià)體系，則可將設計方案的節能環(huán)保性進(jìn)行量化計算，進(jìn)而成為方案比較的重要依據。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(guò)程以及現場(chǎng)施工過(guò)程等環(huán)節組成，建立工程碳排放量函數關(guān)系如下:F(c)=∑F1(c)+F2(c)++Fn(c)式中:Fn(c)為某分項碳排放量，其計算方法為:Fn(c)=Ab式中:A為材料總用量，b為單位材料碳排放量�？梢�(jiàn)，要想對方案的節能環(huán)保指標進(jìn)行量化分析，目前需要解決的問(wèn)題是要盡快進(jìn)行計算分析，取得不同材料的碳排放量計算方法。
4結語(yǔ)
環(huán)保、節能、低碳及可持續發(fā)展的理念逐漸被人們所接受，巖土工程施工過(guò)程中大量耗能耗材、并對環(huán)境產(chǎn)生一定破壞，巖土工程師應認識到在滿(mǎn)足工程建設目標的前提下，還要對方案的節能環(huán)保指標予以重點(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、多節約水資源、多節約電能，對于能源和環(huán)境保護有著(zhù)非常重要的意義。巖土工程師應不斷通過(guò)技術(shù)創(chuàng )新和工藝改良，確保設計方案的節能環(huán)保。
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