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岩土研究院

基坑工程中主要支护类型

416 2021-08-11 08:59:13

随着城市化进程的推进,为满足市民在轨道交通换乘、商业、出行等功能日益增长的需求。结合城市建设,在土体使用率愈发高的城市中心,改造开发新型地下区域已成为一种必然,诸如地下通道、地铁及车站、地下医院、地库、地下商场、超高层建筑的多用多层地下室以及各种地下军用、民用和工业设施等。

钱七虎院士指出19世纪是桥的世纪,20世纪是高层建筑的世纪,21世纪是"地下空间"的世纪。地下空间开发面积及尺寸随着时代的推进愈发增大,如上海某地区已有多达几十个地下项目,其开发总面积达 10~30万m²;基坑开挖面积一般可达2~6万m²,如南京河西金鹰天地广场基坑开挖面积为 53000m²,周长约为 940m;南京河西金融城基坑开挖面积为 79629.8m²;南京河西紫金创业特别社区 152263m²,支护周长约 2399m;上海仲盛广场基坑开挖面积为5万m²;天津市 117大厦工程基坑开挖总面积达到9.6 万 m²等。目前,基坑项目的开挖深度也随之加大,常见基坑开挖深度为16~25m 以上,如金鹰天地广场挖深 21.7~24m;苏州地标建筑物东方之门最大挖深 22m,上海市世博园 500kV地下变电站项目实际挖深 34m。以上深大基坑通常位于繁华的城市中心地带,基坑工程周围环境极其复杂,一般密布着各式各样的地下运输通道、地下管线等各类地下结构体。因此施工现场周围地质条件和施工条件较为复杂,且施工场地及工期相对紧张、周围相应设施对当地环境保护要求相对较高。以上因素均导致基坑工程初步设计和后期施工难度有所增大,重大恶性基坑事故不断发生,工程建设的安全生产形势越来越严峻。

基坑工程的最基本的作用是为了给地下工程敞开开挖创造条件。

《深基坑工程设计施工手册》中把支护方法的选用原则简单的概括为∶ 安全、经济、方便施工和因地制宜;《基坑工程手册》中则根据开挖深度和地区的不同给出了一个方案选择表;基坑支护方案选择顺序∶无支护开挖、放坡+土钉、土钉墙、放坡+桩支护、土钉墙+桩支护、悬臂桩、搅拌桩、放坡+锚桩、土钉墙+锚桩、锚桩墙、地下连续墙。

目前,常用的深基坑支护结构型式有地下连续墙、钻孔灌注桩、人工挖孔桩、SMW法、钢板桩、重力式挡土墙、复合土钉墙、放坡开挖等,其特点见表1-1。

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目前,基坑工程中采用的主要支护结构有地下连续墙、排桩+止水帷墓、重力式挡

墙、土钉墙等,这些技术基本都是原位成孔,然后灌入钢筋混凝土,或原位搅拌形成水泥土。基坑支护结构必需材料通常包括∶水泥、砂浆和钢材等;工程现场施工中一般会造成废渣、泥浆、噪音等污染;现场大量易造成污染的建筑垃圾将在混凝土支撑被拆除后形成;部分地下水资源被消耗,从而造成周围土体不均匀沉降等严重后果;永久性支护结构将废弃于土体内部,在不久的将来易出现难以清除的地下障碍物,污染环境。由于原位形成桩体,受地质情况影响显著,因此基坑支护技术具有明显的区域性,在含泥炭土等有机质含量高的土层、深厚砂层中,搅拌桩止水帷幕容易失效,导致流土、管涌等基坑事故发生。

在设计基坑工程相关方案时,应充分考虑其经济性及可持续发展,多采取相关节约社会资源的措施,从而达到降低能耗的目的。目前,主要措施有;围护结构不得超出红线范围外、通过设计尽量降低围护结构使用量、多采用可重复利用的材料、开发废弃泥浆再次使用等,以减少工程开发对社会的不利影响和对环境的破坏。

预制桩,是提前于工厂或项目现场定制完成不同材料、不同截面型式的桩,并通过相应沉桩设备将已经预制成形的桩沉入土中。目前,在国内多采用混凝土桩和钢桩两大类预制桩。其中,混凝土预制桩质量及工期都有所保证,且荷载承受力大;钢桩主要是钢板桩、H型钢和管桩等。预制桩具有工厂化生产,生产速度快,造价低,桩身质量可靠,施工方便,可以回收等优点,但侧向刚度不高,在基坑支护中应用不多。

钢板桩支护是基坑支护结构中常用的一种类型,是将钢板桩(一般兼作防水帷幕)打入土层,设置必要的支撑或拉锚,抵抗土压力和水压力并保持地层的稳定,维持平衡,保证深基坑开挖施工的顺利进行。在基础结构施工领域,钢板桩自早期欧洲的开创性应用至今已有百余年历史。作为一种现代基础与地下工程领域的重要施工材料,钢板桩可满足传统水利、土木、道路交通工程,环境污染整治及突发性灾害控制等众多工程领域的施工需求。

考虑到单纯的钢板桩支护虽然可以发挥挡土作用,但由于其截面模量较小,不能适用于有较大变形的基坑中。针对此,诞生了各种新型组合钢板桩支护型式,较传统钢板桩支护而言,新型组合钢板桩截面模量明显增大,也因此开拓了组合钢板桩在国内外各方面的应用。组合钢板桩虽然在国内应用较少,但其在国外的应用已经相当广泛,一般表现为传统钢板桩、H型钢和钢管桩等交叉组合型式,如 HSW 组合钢板桩支护型式、 HZ 组合钢板桩支护型式、CAZ 箱型组合钢板桩支护型式、U 型组合墙和 H+U 组合钢板桩支护型式等。