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岩土研究院

建筑深基坑的两大支护类型

347 2021-06-08 10:41:44

钢板桩支护

20 世纪 80 年代修建的高层建筑的地下室一般是 1~2 层基坑,埋深最多 4~7m,因此基坑支护绝大多数采用钢板桩支护。钢板桩支护的优点是施工简便,速度快,而工程造价低。进入 20 世纪 90 年代,高层建筑的地下室发展到 3~5 层,再用钢板桩支护,已不能满足支护工程的安全要求,所以基坑支护频频发生失效。据统计,在软土地区基坑支护失效每年达 1/4 左右,在其他地区基坑失效也达 10%~15%以上。当时主要是设计和施工都缺乏经验。之后原建设部下发文件规定当基坑深度达到 7m 时,各地必须对基坑支护方案经过专家评审后,方能施工。 1.2.2 地下连续墙支护

1950 年在意大利米兰,连续钻孔成墙的排桩式地下连续墙施工成功,引起世界各国的注意,这一技术被纷纷引进。起先,这种地下连续墙仅作为土坝的防渗心墙。后来很快

发展成为深基础和地下构筑物施工中的一项重要手段。其中,意大利在 1954~1963 年间就浇筑了约 200 万 m2的地下连续墙;法国在 1956 年前,只施工完成1000m²的地下连续墙,但到 1968 年,施工完成的地下连续墙就上升到 100 万 m²。这一时期,成槽工艺也有了很大的改进。如西欧较著名的有意大利的采用导板抓斗和冲击钻成槽的伊科斯 (ICOS)法、单斗挖槽的埃尔塞 (ELSE)法,法国的冲击回转式钻机成槽的索列汤舍 (Solet- anche)法,西德的反循环法等。

拉美以墨西哥为代表,从法国引进地下连续墙支护技术后,发展很快,1967~1968年在首都墨西哥城的地下铁道建造中,采用地下连续墙,以 16 个月的工期,高速度地完成了全长 41.5km 的地下铁道,创造了高速度施工的记录。

日本于 1959 年引进这一新技术,并结合本国的具体情况,成功研制了许多本国独创的地下连续墙的新工艺专利,发展极为迅速,有后来居上之势。较著名的有 BW 工法,为多头钻切削式成槽机;TBW 法,为双头滚刀式成槽机;TM 法,为凿侧式成槽机等,大量地用于各种地下设施和按抗震要求设计的深基础施工中。1959~1969 年的 11 年中,日本浇筑了约 250 万 m²的地下连续墙。

美国干1963 年才开始使用地下连续墙,到1969 年浇筑完成的地下连续墙仅有 9,5 万m²。但为了赶超其他国家,1974 年美国在伊利诺大学举办了世界性地下连续墙专题讨论会,并出版了有关专著,以期引起美国工程界的注意。

前苏联迟至 1966 年开始试制导板抓斗。波兰于1970 年开始在厂房基础中采用地下连续墙。此外,澳大利亚和东南亚各国也都先后采用了这一新技术。

1958 年,我国在山东月子口水库和河北密云水库 (现隶属于北京市) 十坝工程中采用了排桩式素混凝土地下连续墙作为防渗心墙,并获得成功。之后地下连续墙支护技术在全国各地 50 多项水利工程中推广采用,总计成墙面积约达 35 万m²,最大深度为 65.4m,最大厚度为 1.3m,所用造孔设备为红旗 20型及 22 型冲击式钻机。

1974 年,我国已将地下连续墙施工推广到工业与民用建筑、城建和矿山等建设项目中。以后煤炭部试用排桩式地下连续墙于地下水位较高的覆盖层中修建竖井成功。此后两年多时间内,这一技术即已在 17 座竖井中使用,最深为 57m。上海市隧道建设工程公司成功研制了液压导杆抓斗,并在上海冲积软土淤泥层中开挖了深达 30m 的槽段,然后搁置一年多,进行长期观测,槽段维持稳定不塌。北京市市政三公司也采用排桩式地下连续墙建成一座直径 10m、深12.5m 的顶管工作井。交通部各工程局也都致 力干地下连续墙技术的研究,其中第一航务工程局在塘沽新港,以 4 台潜水电钻并联组成四钻头成槽机,成功地完成了岸坡抗滑墙工程。广东省则率先将地下连续墙技术应用到施工环境较复杂的大型锻锤振动基础上。

1977 年,上海市基础工程公司又试制成功了导板抓斗成槽机和 SF-60 型多头钻成槽机,并结合工程完成了四项较为典型的试验性施工任务,效果较好。这四项试验性施工任务是;①某修船港池,长 70m,宽 17m,港池开挖深 8m,成墙深度为 lm,部分为 26m(26m 部分地下墙兼作升船机墩柱桩基)。②某钢厂高炉车间冲渣池,长 60m,宽 18m,深6~6.5m,成墙深度为 12.5m。值得注意的是该工程的施工环境极差,位于密集的重要建筑群中,离高炉仅 10m,距专用泵房仅 6m,与运行频繁的出钢专用铁路线相隔仅 5m,场地极为狭窄。③某轧钢厂沉渣池,施工条件极为不利,工程位于车间内部,设有 50t 级桥式行车。后述两项工程在如此不利与复杂的施工环境与条件下,采用地下连续墙施工。没有影响邻近基础,并在施工期间保证了这些生产设施的正常工作。④甬江管道工作井,直径 16m,开挖深度 20.5m,墙深达 26m,并在深度 16.3m 处墙体内预留了直径 2.6m 的孔洞。以上工程施工速度快,质量高,全面完成了各项技术经济指标。而 SF--60 梨多头钻成槽机经过原国家建委召开现场技术鉴定会正式鉴定通过,专家们一致认为其工艺及机组已达到实用阶段,其主机性能已基本赶上国际 上先讲的 BW 多头钻,适合在沿海软十及无大粒径的松散无黏性土层中使用,已成为主要的特种基础施工手段。

但地下连续墙也存在不足之处,主要有以下几个方面。

(1) 在岩溶地区,含有较高承压水头的夹层细、粉砂地层不能适用地下连续墙;对干沿海、河口三角洲处于不稳定流态软黏土以及具有动水渗流的细、粉砂层,如不辅以其他措施,则很难成槽。

(2) 对干小型的独立单体深基坑支护以及深度不大的地下构筑物,如采用地下连续墙,设备笨重,操作不灵活,则工程造价较高,不如其他施工方案经济。

(3)施工技术要求高。如果施工掌握不当、成槽机械选用欠妥,均易造成超挖浪费和成墙表面粗糙等缺陷,致使地下连续墙完工后,增加大量的表面光洁处理工作量,有时甚至墙段下端不能连锁合拢,带来开挖基坑时的困难。

(4)槽段接头处的质量控制比较复杂,尤其对于整体性要求很高的结构,更是如此。

(5)如组织管理不善,易干造成施工现场泥不堪,影响施工场地条件和周围的环境。

(6)若地下连续墙单纯用于基坑开挖中的临时性支护措施,则不如采用板桩,后者可以拔出重复利用。

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