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干货!基坑支护及优化知识大全!值得收藏

296 2020-06-01 11:43:58


01 常见基坑支护类型


No.1

支护作用


1、保证基坑四周土体的稳定性,同时满足地下室施工有足够空间要求,此为土方开挖和地下室施工的必要条件;


2、保证基坑四周相邻建筑物和地下管线等设施在基坑支护和地下室施工阶段不受损害,控制坑壁的土体变形(地面、地上土体竖向和侧向位移控制在一定范围以内);


3、通过截水、降水、排水等措施,保证基坑工程施工作业面在地下水位以上。

支护结构的安全等级


No.2

常见支护形式


      2.1 放坡


简介:放坡是指为了防止土壁塌方,确保施工安全,当挖方超过一定深度或填方超过一定高度时,其边沿应放出的足够的边坡,土方边坡一般用边坡坡度和坡度系数表示。


适用条件:1、基坑周边开阔、满足放坡条件;2、土层较好,周边无重要建筑物及地下管线的工程;3、基坑周边允许有较大位移;4、开挖面以上一定范围内无地下水或已降水处理。


不适用条件:1、淤泥和流塑土层;2、地下水高于开挖面或未降水处理;3、基坑周边有严格控制位移的建筑物、构筑物和地下管线等。


注意事项:1、软土底层中采用单级放坡的基坑开挖深度不宜大于4m,采用多级放坡开挖的基坑开挖深度不宜大于7m;2、周边条件允许情况下,尽量放坡放大,尽量增加放坡脚反压;3、做好降水、截水、泄水措施,地下水不断地渗入基坑,基础施工中需要不断的抽水;4、坡面土体裸露,受雨水冲刷,影响边坡稳定。


优势:1、造价最便宜;2、支护施工进度快。


劣势:1、坑边变形大;2、占用场地,回填土方较大,雨季或地下水浸泡容易坍塌;3、大放坡土方开挖及回填工程量大,土方贵的地方造价高。


参考造价:各地土方价格差异较大,暂按150元/m3计算,1560元/延长米。


参考工期:16小时工作制,1台220挖机1天完成1500m3土方,完成160延长米边坡土方平整。

支护_放坡

      2.2 土钉墙支护


简介:将基坑边坡通过由钢管或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。


适用条件:1、主要用于岩土条件较好,基坑周边土体允许有较大位移,开挖深度不大于12m的基坑;2、适用于地下水位以上为粘土、粉质粘土、粉土和砂土,或已经降水处理、止水处理的岩土。


不适用条件:1、土层为富含地下水的岩土层、含水砂土层,且未降水处理,不适用膨胀土等特殊土层;2、基坑周边有严格控制位移的建筑物、构筑物和地下管线等。


注意事项:对于周边临近建筑物或道路等对变形控制较严格区段或较深基坑需增加预应力锚索,因施加预应力较小,可设置简易腰梁。


优势:1、材料用量少经济性好;2、施工设备轻便,操作简单,施工速度较快;3、对场地土层适应性强,结构轻巧,有很好的延性。


劣势:1、坑边变形大;2、在软土地基中稳定性差;3、占用场地,回填土方较大,雨季或地下水浸泡容易坍塌。


参考造价:80厚C20喷射混凝土Φ6@200*200钢筋网Φ22@1500长2m土钉1232元/延长米。


参考工期:16小时工作制, 1台机械1天完成完成400m2钢筋混凝土护坡及土钉墙。

土钉墙支护

      2.3 锚杆


简介:旋喷锚杆是一种通过高强度预应力钢绞线和锚固将荷载传递到深层稳定岩土层的构件。常与土钉墙组合形成复合土钉墙;常与悬臂式结构组合型材桩锚支护体系。


适用条件:1、场地狭小且需要深开挖;2、周边有严格控制位移的建筑物、构筑物和地下管线等;3、基坑边壁有锚杆设置地下空间。


不适用条件:1、锚杆不宜用在软土层和高水位的碎石土、砂土层中;2、当邻近基坑有建筑物地下室、地下构筑物等,锚杆的有效锚固长度不足时,不应采用锚杆;3、锚杆施工会造成基坑周边建(构)筑物的损害或违反城市地下空间规划等。


注意事项:须查下当地规定,是否允许锚杆出红线?


优势:1、控制结构的变形量,确保安全;2、保证排桩与锚杆构件共同作用,从而提高加固体的抗拉、抗弯与抗剪能力;3、施工速度快,经济性好。


劣势:1、属于隐性支护,对支护重量和可靠性的监测和检测不易,有时会出现无明显先兆冒顶事故;2、对变形量很大的软土地基,支护效果难以保证。


参考造价:Φ500@3000长15m,自由段4m,内置2根Φ15.2预应力钢绞线旋喷锚杆1230元/延长米;


参考工期:16小时工作制, 1台机械1天完成完成20根旋喷锚杆。

锚杆

      2.4 钢板桩


简介:钢板桩的形式:槽钢:(不能止水)、拉森钢板桩:(止水效果不理想)。


适用条件:1、钢板桩适用于开挖深度不大于7m;2、周边环境保护要求不高、防水要求不高的基坑工程。


不适用条件:由于钢板桩打入和拔除对周边环境影响较大,邻近对变形敏感建构筑物的基坑工程不宜采用。


注意事项:1、使用前须评判下工期,租赁期长费用较高不选择使用;2、使用前须评判下是否存在无法回收风险,钢板桩买断费用非常高昂。


优势:1、施工快捷,工期短;2、在防水要求不高的工程中,可采用自身防水;3、经济性较好可二次利用(造价随租赁期变化),租赁期按常规4个月考虑造价是钻孔灌注桩加内支撑的30%,是水泥搅拌桩重力式挡墙的50%,是复合式土钉墙的60%。


劣势:1、钢板桩抗侧刚度相对较小,变形较大;2、钢板桩打入和拔除对土体扰动较大,钢板桩拔除后需对土体中留下的孔隙进行回填处理;3、施工机械自身宽度4.5m,旋转半径6-7m,需要相应工作面。


参考造价:拉森钢板桩IV型,桩长15m,租赁期按120天,4200元/延长米。


参考工期:16小时工作制, 1台机械1天完成完成36根钢板桩。

高压旋喷桩

      2.5 水泥搅拌桩


简介:通过搅拌桩机将水泥土进行搅拌,形成水泥土搅拌桩,桩与桩相互搭接形成水泥土搅拌墙,既具有挡土作用,又兼有隔水作用。通常布置成格栅式。一般不设支撑。


水泥搅拌桩止水帷幕:水泥搅拌桩止水帷幕是基坑止水的常用手段之一,基坑(特别是深基坑)开挖及地下结构施工至关重要,多与柱列式钻孔灌注桩构成基坑支护结构。


水泥搅拌桩重力式挡墙:在软粘土地基中开挖深度为5~7米左右的基坑,应用深层搅拌法形成的水泥土桩挡墙,可以较充分利用水泥土的强度,并可利用水泥土防渗性能,同时作为防渗帷幕。


适用条件:1、基坑开挖深度不宜大于7m,基坑周边土体允许有较大位移;2、填土、可塑、流塑粘性土、粉土、粉细砂、松散的中粗砂、淤泥区域。


不适用条件:基坑周边有严格控制位移的建筑物、构筑物和地下管线等。


注意事项:待搅拌桩达到一定强度方可开挖,否则极易引起坍塌,可添加适量外加剂,搅拌桩无法穿透淤泥层时,需增加被动土加固。


优势:1、施工时无振动、无噪音、污染少、挤土轻微;2、无需设置锚杆或支撑,便于机械化快速挖土;3、防渗性良好,具有挡土墙兼止水帷幕双重功效;4、一般情况下较经济。


劣势:1、位移相对较大,尤其在基坑长度大时;2、施工速度较慢,因需搅拌桩达到一定期龄方可开挖,基坑加深,则挡墙宽度加宽,造价增加较多。


参考造价:双轴水泥搅拌桩φ600@450桩长15m,1775元/延长米;三轴水泥搅拌桩φ600@450桩长15m,2825元/延长米,是双轴水泥搅拌桩的1.5倍。


参考工期:16小时工作制, 1台机械1天完成14幅双轴水泥搅拌桩φ600@450桩长15m,每幅2根水泥搅拌桩;16小时工作制, 1台机械1天完成28幅三轴水泥搅拌桩φ600@450桩长15m,每幅3根水泥搅拌桩。

      2.6 SMW工法桩


简介:

型钢混凝土搅拌墙是在水泥土深层搅拌桩墙体中插入型钢所形成的一种同时具有受力和防渗功能的加劲复合围护结构。SMW工法桩是在国内应用最多的型钢混凝土搅拌墙。

适用条件:1、可在淤泥土、粉土、粘土等土层中应用;2、凡是能够施工三轴水泥土搅拌桩的场地都可以考虑使用该工法。


注意事项:

因一般设置单排搅拌桩,施工时需保证搅拌桩的垂直度,及搭接厚度,否则极易导致下部开叉涌沙,H型钢需选质量可靠型材,施工时涂抹减摩剂,否则较难回收易变形

优势:

1、对周边环境影响小,施工不扰动邻近土体,能有效控制周边地面构筑物的沉降;

2、抗渗性好,工法桩机连续作业的墙体无接缝,从而使它可比传统的连续墙具有更可靠止水性;3、刚度较大,支护效果好;4、构造简单、施工简便、工期短;5、由于型钢可回收重复使用,成本较低。


劣势:

1、 对型钢水泥土搅拌墙的一些设计施工参数还没有统一的标准,施工质量难于保证;

2、由于型钢拔除后在搅拌桩中留下的孔隙需采取注浆等措施进行回填,特别是邻近变形敏感的建构筑物时,对回填质量要求较高。


参考造价:

φ650@450桩长15m型钢隔一布一,租赁期按120天,6000元/延长米;


参考工期:16小时工作制,1台机械1天完成20幅/天,3根/幅。

      2.7 钻孔灌注桩


简介:钻孔灌注桩是指在工程现场通过机械钻孔在地基土中形成桩孔,并在其内放置钢筋笼、灌注混凝土而做成的桩。依靠围护结构足够的入土深度和结构的抗弯能力来维持整体稳定和结构的安全。


适用条件:1、多用于2层及以上地下室支护设计的基坑中;2、适用于软土地层,一般开挖深5~7m。


不适用条件:在砂砾层和卵石中施工慎用。


注意事项:周边对基坑变形极敏感区域,即使基坑较浅也可采用灌注桩施工。


优势:灌注桩排桩墙身强度高,自身刚度较大,支护稳定性好,变形小。


劣势:1、造价较高;2、工期较长;3、桩间缝隙易造成水土流失,特别是在高水位砂层地区,需根据工程条件采取注浆、普通水泥搅拌桩、旋喷桩、三轴搅拌桩等施工措施以解决止水问题,结合防水措施后,整体刚度较差。


参考造价:φ800@1300桩长15m,10045元/延长米。


参考工期:16小时工作制,1台机械1天完成3根桩长15mφ800钻孔桩。

钻孔灌注桩

      2.8 钻孔灌注桩双排刚架


简介:实际的基坑工程中,在某些特殊条件下,锚杆、土钉、支撑受到实际条件的限制而无法实施,而采用单排悬臂桩又难以满足承载力、基坑变形等要求的情况下,双排桩刚架结构是一种可供选择的基坑支护结构形式。


适用条件:1、多用于2层及以上地下室支护设计的基坑中;2、适用于软土地层,一般开挖深度5~7m。


不适用条件:双排桩排距一般在2D~5D之间(D为桩径)。因此双排桩支护占地较大,对于建筑退线较少地块不适用。


优势:1、与单排悬臂桩相比,其安全可靠性优于单排悬臂桩;2、与支撑式支挡结构相比,由于坑内不设支撑,不影响基坑开挖、地下结构施工,同时省去设置、拆除内支撑的工序,大大缩短了工期。在基坑面积很大、基坑深度不是很大的情况下,双排桩刚架支护结构的造价常低于支撑式支挡结构;3、与锚拉式支挡结构相比,在某些情况下,双排桩刚架结构可避免锚拉式支挡结构难以克服的缺点。


劣势:1、造价高;2、工期较长。


参考造价:φ800@1600/3200(前桩数量:后桩数量)=1:2,前桩长15m,后桩长10m,联系梁17008元/延长米。


参考工期:16小时工作制,1台机械1天完成3根桩长15mφ800钻孔桩或4根桩长10mφ800钻孔桩。

      2.9 内支撑


简介:支撑式结构包含挡土结构与内支撑结构。在悬臂式挡土结构无法抵抗时,可采用内支撑形式进行加固。分为钢支撑和钢筋混凝土支撑。


钢支撑适用条件:形状规则的基坑(如地铁狭长型基坑)常采用钢支撑。


钢筋混凝土适用条件:布置形式和方式基本不受基坑平面形状的限制,适用各种土层和基坑深度,一般用于安全等级高的深基坑工程。


钢支撑优势:1、钢支撑具有自重轻、安装和拆除方便、施工速度快、可以重复利用等优点;2、安装后能立即发挥支撑作用,对减小由于时间效应而产生的支护结构位移十分有效。


钢筋混凝土支撑优势:1、具有刚度大、整体性好;2、变形易控制、对周围环境影响小等优点,同时占用的场地较小;3、施工技术相对简单。


钢支撑劣势:1、钢支撑刚度相对较小,软土地基不适用;2、节点构造和安装相对复杂,需要具有一定的施工技术水平。


钢筋混凝土支撑劣势:1、施工完毕后必须养护到一定强度后方可开挖土方,工期较长;2、破除困难,产生大量建筑垃圾,工期较长;3、支撑体系造价高。


参考造价:钢支撑租赁期按120天,2000元/T;钢筋混凝土支撑1830元/m3,拆除费(含钢筋残值回收)400元/m3。


参考工期:16小时工作制,钢支撑1天完成15T,1天拆除40T;16小时工作制,钢筋混凝土支撑1天完成300m3,1天拆除40m3。


其他不常用桩:

松木桩支护
空心方桩支护
高压旋喷桩支护
地下连续墙


No.3

小结


基坑支护类型施工速度、综合单价选型表
常用支护类型施工速度、每延米造价选型表


No.4

常用降水形式


止水法:通过有效手段在基坑周边形成止水帷幕,将地下水止于基坑之外,如灌浆法、地下连续墙等。


排水法:将基坑范围内地表水与地下室排除,如明沟排水、井点降水等。


      常用降水形式1-明沟排水


用水泵通过明沟、集水井等将基坑开挖底面的地下水抽出基坑外的降水方法。可减小作用在支护结构上的侧压力,增加边坡的稳定性,降低地下水渗流破坏的风险和土方开挖难度。


适用条件:1、土层比较密实,坑壁较稳定,基础埋深浅,降水深度小;2、地下水量不大的工程,明排时,坑底不会发生流砂、管涌的工程。


优势:1、施工方法简单,抽水设备少,管理方便;2、造价低。


劣势:1、由于地下水沿基坑坡面或坡脚或坑底涌出,易使基坑软化,影响地基强度。解决方法;常与边坡喷射素砼结合使用;2、由于地下水位降低至基底下的距离较小,人员发生水位回升而侵泡基坑。


参考造价:180元/延长米。

参考工期:16小时工作制,1天完成40延长米。


      常用降水形式2-井点降水


轻型井点:轻型井点是一个排水系统,由井管、集水总管、普通离心式水泵、真空泵道和集水箱等组成的排水系统。地下水从井管下端的滤水管凭借真空泵和水泵的抽吸作用流入专管内,汇入集水总管,流入集水箱,由水泵排出。冲设成本低,运行费用高。


管井降水:管井是单独作用的排水属设备,在基坑周围布置一些单独工作的管井,地下水在重力作用下流入井中,用抽水设备将水抽走。成井费用高,运行费用低,降水能力强。


适用条件:井点降水选择哪种井点装置和降水方法.应根据含水层中土的类别及其渗透系数、要求降水深度、工程特点、施工设备条件和施工期限、经济性等因素进行技术经济比较。选择适宜的井点装置和降水方法。

井点降水

优势:可以使所挖的土始终保持干燥状态。


参考造价:20m管井井点7000元/座。

参考工期:16小时工作制,1天完成轻型井点降水6套,1天完成深层井点降水4套。




02 支护选型重点及精细化设计


No.1

护等级及设计前准备


2.1 基坑等级判别

一级:周边环境条件很复杂;破坏后果很严重;基坑深度H>12M;工程地质条件复杂;地下水位很高、条件复杂、对施工影响严重
二级:周边环境条件较复杂;破坏后果严重;基坑深度6M<H≤12M;工程地质条件较复杂;地下水位较高、条件较复杂、对施工影响较严重
三级:周边环境条件简单;破坏后果不严重;基坑H≤6M;地下水位低、条件简单,对施工影响轻微
备注:从一级开始,有两项(含两项)以上,最先符合该等级标准者,即可定为该等级。

基坑等级不同,造价差异大,规划阶段通过竖向标高策划减少地下室埋深从而降低基坑深度。


2.2 土质好差判别:好、较好、中、差。


2.3 基坑支护设计前,应查明的周边环境条件

1)既有建筑物的结构类型、位置、基础形式、重要程度;

2)既有地下管线、地下构筑物的类型、位置、尺寸、埋深等;

3)道路类型、位置、宽度、道路行驶情况、最大车辆荷载等;

4)基坑施工与支护结构使用期内施工材料、施工设备等临时荷载要求;

5)雨期时的场地周围地表水汇流和排泄条件。


2.4 场地布置资料

协调工程部尽早完成初步的施工场地布置、土方开挖方案及出图方案、场地堆场、场地道路位置、出车大门的设置及市政道路的关系(关系到场地荷载).


2.5 基坑支护的选型应考虑下列因素

1)基坑开挖深度、平面尺寸和形状;

2)工程地质及水文地质条件;

3)场地条件;

4)支护结构及周边环境的变形控制要求;

5)基坑支护施工的可行性、质量可靠性及施工过程的环境影响;

6)周围建(构)筑物、地下管线的基础形式、位置、走向,以及对土体位移的敏感程度;

7)经济指标和施工工期。


2.6 基坑支护设计应考虑下列作用效应

1)土压力;2)水压力;3)地面超载;4)开挖影响范围内的建筑物荷载;5)施工荷载;6)邻近工程施工的影响;7)温度影响。


2.7 控制基坑工程施工扰动影响可采用以下策略

1)对砂性土地基中的基坑工程,当地下水较丰富时,地下水的处理是关键,应重视选用合理的地下水控制(降、止)措施

2)对软粘土地基中的基坑工程,处理土压力的问题是关键。围护结构的位移是产生周边土体沉降的主要原因,采取措施减小围护结构位移可有效减小基坑扰动造成对周围环境的影响。


2.8 基坑工程环境效应的控制方法可分为二大类

主动控制方法

通过采取措施,减小基坑施工对周边土体的影响,从而减小土体位移使保护对象免于损坏。具体包括:

1)围护体系的合理选用;2)围护结构的优化设计,尤其是按变形控制设计;3)被动区和主动区土体改良;4)地下水回灌;5)补偿性注浆;6)合理的施工组织设计:分块开挖,分区施工。


被动控制方法

预先对基坑周边的保护对象采取保护措施,加强其刚度和强度,提高其抗变形能力从而保证其正常使用。具体包括:

1)基础托换(树根桩、锚杆静压桩等);2)注浆法和高压喷射注浆法加固;3)结构补强;4)临时支护;5)保护迁移

应优先考虑主动控制方法,必要时可同时考虑采取主动控制方法和被动控制方法。


No.2

支护选型重点


支护选型重点


No.3

复盘-精细化设计


所有的优化行为的依据是《规范》、《技术规程》,优化过剩功能,让方案功能合理、经济合理。

1、放坡坡度根据土质情况按下表允许值选型

浙江省《建筑工程基坑工程技术规程》

2、复盘-精细化设计-素砼喷射、土钉、锚杆

素砼喷射规范要求厚度为100mm/80mm,设计图纸内按80mm厚设置,实际施工厚度为40-60mm厚,两个处理方案:

1)清单编制时增补素砼喷射每增减5mm厚清单子目,根据现场实际厚度结算;

2)如合同没有约定增补清单子目,施工时未达到图纸要求厚度时要求监理下发整改单,如未整改到位,作为反索赔资料便于索赔、签证金额冲抵或结算时按实际施工厚度扣取;

3、坡顶位置素砼喷射宽度常规设置为1m,可调整为0.5m;

4、钢筋网Φ6.5@200双向钢筋,因市场钢筋规格Φ6.5已改为Φ6,调整为Φ6@300双向钢筋;

5、让设计院计算复核土钉的间距是否有优化空间;

6、让设计院计算复核锚杆的间距是否有优化空间,自由段长度一般为4-5m,少于4-5m让设计院调整。

典型剖面图


No.4

支护精细化设计-钢板桩


1、钢板桩桩长一般进持力层,在软土地基的话插入比按地库埋深的2倍计算,浙江市场上常见的钢板桩尺寸为9m,12m,15m,如4m的地库可以选择9m钢板桩,5m的地库选择12m钢板桩,7m的地库选择15m钢板桩;

2、钢板桩腰梁的规格进行控制,减少型材租赁费用。


No.5

支护精细化设计-水泥搅拌桩


两轴水泥土搅拌桩和三轴水泥土搅拌桩对比


No.6

支护精细化设计-钻孔灌注桩/内支撑


1、4-5m挖深基坑,在抗裂弯矩满足的情况下可使用管桩代替钻孔灌注桩,须设计院计算可行性;


2、4-5m挖深基坑常规采用钻孔灌注桩孔径Φ600-Φ700,10m深挖基坑常规采用钻孔灌注桩孔径Φ800-Φ900;


3、钻孔灌注桩孔径Φ600常用间距为950mm, Φ700间距常用间距1050mm, Φ800间距常规为1150mm,在计算通得过的情况下,间距还能加大;


4、围护钻孔灌注桩钢筋笼通长配置,桩底部1/3桩长可按桩上部2/3桩长钢筋数量的一半进行配置,常规桩顶钢筋配置12C22桩底底部1/3桩长钢筋6C22 ,土质好的情况下可减少钢筋配置为10C18,桩底部1/3桩长钢筋5C18;


5、降低内支撑顶标高,从而降低其余支护桩的间距、数量;


6、平面布置方式可采用对撑、角撑、边桁架及内环形支撑,内支撑的设置位置,尽量避开主楼,以免影响主楼预售进度;


7、复核内支撑的规格尺寸、内支撑的钢筋配置规格是否经济合理。



03 新项目预控


寻找当地经验丰富、服务配合意识好的地勘单位-四两拨千斤作用


地勘费用占比很小,但地勘报告对基坑围护、基础形式及地下室等与土体有关部分的成本造价起决定性作用,有的时候甚至可以彻底改变地基基础方案。投入产出比非常高,建议给予合理的勘察费用,取得真实场地地勘参数。


现状:常见一些勘察单位以低价中标,往往土体取样与实验不足,只好向甲方提交偏于安全,甚至过于安全的勘察结果,对于建设单位来说是因小失大、得不偿失


甲方对标周边地块,如发现地勘参数保守时需要地勘单位根据经验进行调整到较合理参数。未长期合作建立信任关系地勘单位不情愿做,因为地勘单位承担调整的风险和责任,愿意配合的单位一般只愿在积累了很多当地工程数据和经验的地区进行。

新项目预控

内部协调好关键人物-项目总、职能总,双重驱动推进落地

关键点:获得职能总支持!说服项目总!


1)优化时间要尽早,在方案阶段主动参与优化,以免影响工程进度,项目总不支持优化,如在施工阶段不能进行方案选型,可以说服项目总在不影响工程进度前提下,对未施工部分进行精细化优化。


2)目标成本分两种情况去沟通

1. 目标成本无富余量时,以目标成本超支为主要理由,临时性工程投入过多成本须从其余工程调剂费用补贴支护工程,会影响到项目品质;

2. 目标成本有富余量时,以价值工程为主要理由,减少临时性工程费用投入,节省费用可作为:

a、追加客户敏感性成本投入,为项目销售作贡献;

b、可作为规避交付风险的改造、提配成本投入;

c、可作为签证、索赔的预留费用,作为风险储备金。