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基坑工程中常见的基坑支护结构形式介绍

510 2021-02-04 08:52:27


基坑支护是保护地下主体结构施工和基坑周边环境的安全,对基坑采用的临时性支挡、加固、保护与地下水控制的措施。常见的基坑支护结构方式有放坡、土钉墙(复合土钉墙)、重力式水泥土墙(重力坝)、型钢水泥土复合搅拌桩(SMW工法桩)、排桩、地下连续墙等。一般基坑支护形式的选取主要取决于基坑挖深、场地条件、周边环境(邻近既有建构筑物、市政道路、管线)、场地水文地质条件、项目工期要求等因素,应综合分析合理选取。


一、

放坡


放坡是最简单的基坑支护形式,也是工程造价最经济的支护形式。集中绿地项目基坑围护结构东西两侧就是采用了放坡,如图1所示。

图1


坡率应根据土层性质、挖深确定,挖深大于4m应采用多级放坡,多级放坡应设置平台;土质条件较好的地区,应优先选用天然放坡;软土地区大面积放坡开挖的基坑,边坡表面应设置钢筋网片护坡面层。若开挖面在地下水位之下,坡顶和平台处应采取井点降水措施,提高坡体稳定性;坡顶设置挡水坎或排水沟,防止坑外积水流入坑内,侵蚀坡体。坡脚附近如有局部深坑,坡脚与局部深坑的距离应不小于2倍深坑落深,如不能保证,应按深坑的深度验算边坡稳定。


二、

土钉墙(复合土钉墙) 


土钉墙是一种原位土体加筋技术。将基坑边坡通过由钢筋制成的土钉进行加固,边坡表面铺设一道钢筋网再喷射一层砼面层和土方边坡相结合的边坡加固型支护施工方法。其构造为设置在坡体中的加筋杆件(即土钉或锚杆)与其周围土体牢固粘结形成的复合体,以及面层所构成的类似重力挡土墙的支护结构,如图2 所示。


图2


土钉墙的构造要求如下:

(1)基坑支护技术规程规定土钉墙墙面坡度不宜大于1:0.2

(2)土钉必须和面层有效连接,应设置承压板或加强钢筋等构造措施,承压板或加强钢筋应与土钉螺栓连接或钢筋焊接连接;

(3)土钉的长度宜为开挖深度的0.5~1.2倍,间距宜为1~2m,与水平面夹角宜为5度~20度;

(4)土钉钢筋宜采用HRB335、HRB400级钢筋,钢筋直径宜为16~32mm,钻孔直径宜为70~120mm;

(5)土钉墙注浆材料宜采用水泥浆或水泥砂浆,其强度等级不宜低于M20;

(6)土钉墙喷射混凝土面层宜配置钢筋网,钢筋直径宜为6~10mm,间距宜为150~300mm,喷射混凝土强度等级不宜低于C20,面层厚度不宜小于80mm;

(7)土钉墙坡面上下段钢筋网搭接长度应大于300mm。

土钉墙基坑侧壁安全等级宜为二、三级的非软土场地,基坑深度一般是在15米以内;当地下水位高于基坑底面时,应采取降水或截水措施;土钉墙墙顶应采用砂浆或混凝土护面,坡顶和坡脚应设排水措施,坡面上可根据具体情况设置泄水孔。


三、

重力式水泥土墙


重力式水泥土墙是水泥土桩相互搭接成格栅或实体的重力式支护结构。既可以作为一种单独的基坑支护结构形式,也可以作为其他支护结构形式的止水帷幕。集中绿地项目、社区文化活动中心项目都大量采用了重力式水泥土墙作为基坑支护,如图3所示。


图3


重力式挡墙形式:一般选用双轴或三轴水泥土搅拌桩,搅拌桩可按搭接施工,搭接长度控制在150mm~200mm,挡墙顶面宜设置混凝土面板。一般土层条件下,搅拌深度小于16m的应优先选用造价更低的双轴,超过16m的应选用三轴,遇到淤泥等软弱土层,水泥掺量适当提高。水泥土搅拌桩应按格栅布置,建议格栅平面布置形式如图4所示(以双轴为例)。


图4


四、

型钢水泥土复合搅拌桩支护结构(SMW工法桩)


SMW工法桩是以多轴型钻掘搅拌机在现场向一定深度进行钻掘,同时在钻头处喷出水泥系强化剂而与地基土反复混合搅拌,在各施工单元之间则采取重叠搭接施工,然后在水泥土混合体未结硬前插入H型钢或钢板作为其应力补强材,至水泥结硬,便形成一道具有一定强度和刚度的、连续完整的、无接缝的地下墙体。重固派出所项目就是采用了这种支护结构。如图5、图6所示。


图5

图6


型钢水泥土复合搅拌桩支护结构SMW工法特点:

(1)对周围地层影响小

SMW工法是直接把水泥类悬浊液就地与切碎的土砂混合,不像存在槽(孔)壁坍塌现象的地下连续墙、灌注桩,需要开槽或钻孔,故不会造成邻近地面下沉、房屋倾斜、道路裂损或地下设施破坏等危害。

(2)施工噪声小、无振动,工期短,造价低SMW挡墙采用就地加固原土的方法而一次筑成墙体,成桩速度快,墙体构造简单,省去了挖槽、安装钢筋笼等工序,同地下连续墙施工相比,工期可缩短近一半;如果考虑芯材的适当回收,可较大地降低造价。

(3)废土产生量小,无泥浆污染水泥悬浊液与土混合不会产生废泥浆,不存在泥浆回收处理问题。

(4)适用地层范围广

能适应各种地层,可在黏性土、粉土、砂砾土(卵石直径在100mm以内)和单轴抗压强度在60MPa以下的岩层中应用。

(5)大壁厚、大深度,成墙厚度可在550~1300mm之间,最大深度达70m。

(6)内插型钢可以反复使用,节省成本,降低造价。


五、

排桩


通常由支护桩、支撑(或土层锚杆)及防渗帷幕等组成。排桩可根据施工情况为悬臂式支护结构、拉锚式支护结构、内撑式支护结构和锚杆式支护结构,如图7所示。


图7


由排桩作为挡土结构,桩顶设置冠梁组成悬臂式排桩支护,一般用于开挖深度小于6米、土层地质条件较好的地基。排桩根据不同地质条件和基坑深度,选用冲、钻孔灌注桩或人工挖孔灌注桩,亦有采用预制桩。


当基坑开挖面涉及地下水时,应在灌注桩外侧设置隔水帷幕。帷幕选型:若隔水帷幕深度小于16m,建议采用造价较低的双轴;若帷幕深度超过16m或者浅层存在深厚密实砂层,建议采用止水效果更好的三轴。帷幕深度:对于仅需坑内疏干降水的基坑,软土地区粘性土弱透水层中隔水帷幕深度应控制在基坑基底以下6~7m即可(如上海地区项目);若遇粉性、砂性土等(较)强透水层,且含水层厚度适中、底埋深不深,可考虑帷幕隔断该含水层(如南通、武汉沿江地区);若基坑基底承压水稳定性不满足要求需降承压水,且承压含水层厚度不厚、层底埋深不深,隔水帷幕也应尽量隔断承压含水层,以减少降压降水对周边环境的沉降影响。为避免支护结构的浪费,可利用原本在基坑完成后通常废弃的围护排桩作为正常使用阶段主体地下结构一部分,形成“桩墙合一”,围护桩可承担大部分的土压力,减小地库外墙受力,可有效减小地下室外墙厚度、边桩数量,增大地下室建筑面积,实现节能降耗,具有较好的经济效益。


六、

地下连续墙


地下连续墙是基础工程在地面上采用一种挖槽机械,沿着深开挖工程的周边轴线,在泥浆护壁条件下,开挖出一条狭长的深槽,清槽后,在槽内吊放钢筋笼,然后用导管法灌筑水下混凝土筑成一个单元槽段,如此逐段进行,在地下筑成一道连续的钢筋混凝土墙壁,作为截水、防渗、承重、挡水结构,如图8所示。地下连续墙对土壤的适应范围很广,可以应用于软弱的冲积层、中硬地层、密实的砂砾层以及岩石的地基中等。现实生活中如房屋的深层地下室、地下停车场、地下街、地下铁道、地下仓库、矿井等均可应用。


图8


软土地区三层地下室以上的基坑采用“两墙合一”地墙较排桩方案较为经济。所谓“两墙合一”即在基坑工程施工阶段地下连续墙作为围护结构,起到挡土和止水的目的;在结构永久使用阶段作为主体地下室结构外墙,通过设置与主体地下结构内部水平梁板构件的有效连接,不再另外设置地下结构外墙。地下连续墙的常用厚度为600mm、800mm、1000mm、1200mm。


施工时,1、地墙两侧应设置钢筋混凝土导墙。2、当浅层分布有粉性土或砂性土较厚时,地墙两侧可适当采用水泥土搅拌桩进行槽壁预加固。原则上搅拌桩深度只需覆盖粉性土或砂土层即可,避免在无加固条件下进行地墙槽段成槽施工(否则在无槽壁加固条件下进行成槽施工,容易造成地墙充盈系数过大而大量增加混凝土浇灌量,后续超灌混凝土的凿除量较大也会增加成本)。3、地墙成槽泥浆护壁:应优先选用自然造浆泥浆护壁成槽,若自然造浆无法满足成槽要求,再选用人工造浆;4、地墙槽段施工槽段外侧可设置高压旋喷桩进行接缝加强止水,墙内侧应设置扶壁柱、排水沟结合构造砌体墙的防渗构造措施。


end

供稿|李仁达

编辑|张琳

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