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基坑开挖方法的分类和存在问题

339 2021-11-25 10:45:36

基坑开挖的形式大体可分为三类∶(1)放坡开挖;(2)挡土支护开挖;(3)分部开挖。

一、放坡开挖

放坡开挖是基坑开挖常用的一种形式,适用于硬质、可塑性粘土和良好砂性土。采用放坡开挖时,基坑开挖的面积要大于实际基础的面积。因此施工现场要有足够的放坡地方,同时还需要选择合理的边坡,以保证开挖过程中边坡的稳定性。为了防止大面积边坡表面强度的降低,有时还需要对边坡表面采 取 保 护 措施。

开挖边坡表面的稳定性包括坡面的自立性和边坡整体的稳定性。开挖的安全边坡要根据士的性质由理论计算确定,另外还要受到实际施工条件变化的影响,例如气候和相邻道路等的影响。

均质的砂质地基开挖,其坡角主要取决于砂的内摩阻角,即坡角应小于内摩阻角。砂质地基开挖中,降低地下水位到开挖基坑底面以下是十分重要的,如果忽视了这一点,则 可能 出现管涌、流砂、甚至导致整体工程的失败。

粘性土地基开挖中,其斜坡的稳定性主要取决于滑动计算,其安全系数通常要求为1.5。这是考虑到施工中种种不利的 实 际条件。在粘性土地基中,处理好地下水、仍然是保证边坡稳定的重要因素。

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放坡开挖的斜面高度芳虑到施工安全和便于作业,通常限于3~6米,如果高于这个斜 面 高度、则必须采用分段开挖,分段之间应设置平台,平台的宽度为2~3米。

处理坡面的材料通常采用砂浆,处理后应防止处理材料的剥落。降雨时,土中的含水量有所变化,因而时常发生涌水,并从斜坡的一部分地方冒出,因此采用砂浆作保护层时,应设置排水孔,排水孔的末端应设置滤水层,以防混浊水的流出,若有混浊水流出时,这就是斜面筋坏或发生其他破坏的前兆,应引起特别注意。(图1.1.1)。

二、挡土支护开挖

挡土支护开挖是在建筑物密集的街道或在工厂区广泛采用的一种方法。先在施工基坑的周围打入板桩或设置地下连续墙等挡土壁,然后开挖。必要时挡土璧之间可采用支撑(图1.1.2)或采用土锚杆以减小挡土壁的内力和位移(图1.1.3)这种方法 可以用于施工场地受到限制的地方。

放坡开挖受土质条件的影响很大,而挡土支护开挖即使在很软弱的土层中也可以使用。

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为了保证挡土和支撑或锚固系统的可靠性,即防止基坑坍塌和产生大的变形,挡土的板桩或连续墙应该打入到某坑开挖深度以下一定的深度,其上部应采用具有足够强度或承载力的圈梁、横撑或士锚杆。

一般来说,挡土支护开挖方法多用于深基坑的开挖,其挡七壁的长度较大。因此挡土壁及其支择或锚固的设计是保证安全施工的关键。

1.挡土壁

挡土壁的种类很多,其施工方法也不一样,应根据 开 挖深度,地下水和土质条件,周围环境、工程的重要性、工程造价、施工条件等多种因素加以考虑。

(1)钢板桩。钢板桩的规格种类在国内尚不多,但在国外是很多的。钢板桩的选择通常是根据土质和基坑的不同深度加以选择的。在日本,钢板桩限于开挖深度在20米以内的基坑。

钢板桃的施工可能会引起相邻地基的变形和 产 生 噪 声、振动,对周围环境影响很大。因此在建筑物密集的地区,其使用有时受到限制。此外,当土层很坚硬时,板桩则难以打下。

板桩施工中,应确保桩的垂直度和相邻板桩的紧密咬合(图1。1.4)。钢板桩本身虽然不透水,但在地下水位高的地质条件下施工时,钢板桩之间互相咬合处的止水问题是必须考虑的,有时应采用一些隔水、防漏措施,以保持整个挡土壁的不透水性。

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此外,由于第一道支撑或锚杆均是在开挖到一定深度之后才能设置的,所以为了减少上部汉桩在开挖初期的变形,应在板桩头部设置一道圈梁。

(2)H型钢与木板组合挡土壁。在有些土质 较 好的条件下,可用H型钢或Ⅰ型钢轨,每隔一段距离打一根, 随着开 挖的进行,在钢板桩或钢轨之间可用木横壁板插入,形成由钢板桩或钢轨和横木板组合面成的挡上壁 (图1。1.5)。横木板常采用松木,板的厚度为7。5~10厘米。

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当地下水位高而又要求不透水时,这种方式应和井点降水联合使用。此外。如果板的后面有空隙,七体局部崩塌时将对四周有所影响,所以,施工挡板时应加强质量监督。这种方法因在基坑底部标高以下板桩的被动士压力小、所以不在易于产生基坑通土的软弱地基采用。

(3)柱列式挡土壁。上述两种方法在施工后均需将板桩拔出,若拔出过程中或拔出后处理不当就会对相邻构造物有影响。特别是建筑物密集的地区应考虑这种影响。柱列式挡土壁是由现浇灌注桩间断排列作为挡土结构的。这种桩刚度大,施工后不用拔起,面且避免了噪音,振动等影响,因此使用范围不断扩大。

杜列式挡上壁的主要缺点是∶ 1)有时要对桩间土进行处理。若在土质坚硬和地下水位较深的情况下,桩间土可以不予处理,反之,桩间土需要妥善的加以处理。图1,1.6所示为几种 桩 间土的处理方法,这种处理的目的在于形成连续的不透水面。在目前的施工中,由于这种处理方法在施工技术上尚不为大家所熟悉,因此应预先进行试验和做好施工质量控制,以达到预期的隔水目的;2)这种方法有时工期较长。周时由于挡土壁本身只是 一种临时构筑物,不是永久结构物的一部分,因此造价也比较高。

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4)地下连续墙。地下连续墙的刚度大,不透水,施工中可以保持相当的精度,所以可以作为永久建筑物的一个组 成 部分。

地下连续墙的主要优点如下∶

1)适用的土质条件较为广泛。特别适用于软土层及砂性土中,施工中无振动、无噪音,不放坡;

2)适用于建筑物和构筑物密集的地区,对邻近的结构和地下工程设施没有影响。国外有离建筑物只有几厘米处顺利进行地下连续墙施工的实例。

地下连续墙的造价虽然较高,但是却减少因基坑开挖而将引起相邻建筑物、结构物变形,而采用许多补救措施所花费的大量资金。

鉴于上述优点,因此地下连续墙不仅作为基坑开挖的临时挡土结构,而且还在地下铁道,防渗透等方面获得应用。

地下连续墙的缺点在干需要用大量泥浆护壁和进行循环,并需要有完备的管理系统。同时还要注意地下连续墙施工中各单元槽段之间的连系。

2。连系梁

连系梁的作用是承受板桩,地下连续墙的土压力,然后传递给支撑。在深基坑开挖中,通常采用钢连系梁或钢筋混凝土连系梁。钢连系梁的材料性能可靠,可以多次使用,但是 一次 投资大,并需解决互相连接等问题。

钢筋混凝土连系梁,适用于大跨度的基坑开控。这种梁的断面可以自由选择,不受限制。缺点是不能重复使用,其强度需要等待一个时间才能发挥,并且.拆除时非常费工。

无论是钢的或者是钢筋混凝土连系梁,其断面均根据所能承受的弯矩而定,并进行其他方面的强度验算。

连系梁的施工中应注意下列事项∶

(1)连系梁与横支撑的节点连接和拐角等处可能会局部压屈,这些部位应在结构上平以加强;

(2)各个接点的螺栓必须拧紧;

(3)当多次使用连系梁时,应检查连系梁有无 损 坏的 地方;

(4)施工过程中应对手压力、变形情况和钢筋应力进行观测。

3。横向支撑与土锚

与连系梁一样,横向支撑梁也可采用钢梁或钢筋混凝士梁。横向支撑梁施工中的注意事项与连系梁相似。在现场应做好十压,力及支撑轴向力的观测。以此研究分析施工过程的安全度。

上述横向支撑是作为受压件采用的。有时也可以采用拉杆和地锚等受拉构件来承受土的压力(图1.1.7)。但这种方法在地基较好的情况下效果较好,而在软弱土质中,必须具有相当的锚固力,才能减少挡土结构的变形和位移。

从50年代起,土层锚杆已开始在基坑挡土中获得应用。近年来,在地下铁道和建筑物地下结构的基坑开挖中,也得到成功的应用。

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土层锚杆由锚头、拉杆、锚固体组成(图1.1.8a)。土 层锚杆以主动滑动面为分界线,分为锚固段和非锚固段(图1.1.8b)。为了提高锚杆的承载力,可以采取加长锚固体或者扩大锚固段等方法。

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4.支柱

采用坑内横向支撑体系时,一旦基坑较宽大,往往在基坑内部要设置若干支柱。支柱的作用在于减小横向支撑的跨度以及承受支撑自重或其他运输荷载(如图1.1.9)。

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在开挖过程中,支柱可能会上抬或下沉,就会引起对支撑的附加弯矩。这对仅仅根据横向土压力计算的支撑横梁会产生不利影响。所以支柱也应具有足够的承载力,并要打入到基坑底部以下一定深度,在施工过程中要观测支柱变形的情况,以便及时采取相应的措施。三、分部开挖

分部开挖法就是首先在基坑的周围将板 桩 打 好, 开挖肘。先在中间部分开挖,而板桩四周一定范围内的土暂不开挖。使之形成对板桩的被动土压力,用以保持板桩的稳定性,当中间的基磁或地下构筑物施工完成后,用斜撑或水平支撑把板桩支撑到已施工完毕的基础或地下构筑物.上,然后进行四周土的挖掘和结构施工(图1.1.10)。

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分部开挖法的缺点是施工分成两个阶段,而工期延长,先施工的基础需要养生,并且在斜撑架设之前板桩顶部可能已有较大的位移。此外,还需注意的斜撑向上分力。

这种方法对土质较好的粘性土和密实的砂层较为适用。因为只要残留较少的土就可以满足形成被动土压力的要求。但对于软弱土层,如软粘土和淤泥,就需要残留大量的土,这样做显然是不适宜的。

在两次开挖量的分配上,通常是第一次开挖量与第二次开挖量之比为1∶2,如果第二次开挖量大于这个限值,则应进一步考虑是否还采用这个方法。

在施工中,既要考虑二次开挖面的稳定性,也要考虑包括斜撑在内的挡土系统的稳定性。二次开挖面设计、施工方法与前述的一般设计方法相同,而挡土系统的稳定性则需要在现场对支撑进行认真量测。

在有些情况下,分析开挖的施工顺序和上述 的相 反, 如图1.1.11所示,即先将两侧的结构物开挖,并施工完毕,然后再将中部残留的北挖去,再进行全部地下结构物的施工。

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这种先两侧后中间的施工方法适用不能大面积开挖的软弱地基。但由于将地下工程分为两期施工,因此工期延长,板桩的数量增加,造价也随之增加。但是为了防止基坑隆起,有时也不得不采取这样的方法。

基坑开挖中,往往要对周围环境引起影响。除了噪音、振动等公害外,通常还存在四周地基下沉的现象。因此,一方面要解决在繁华地区、居民区进行基坑开挖时的噪音和振动问题,同时还必须防止背面士产生位移带来的危害。

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基坑开挖过程中,地基产生下沉的原因是多方面的。这主要的是支撑系统的变形,其中包括连系梁、横向支撑和 锚 杆 的 变形。这种变形可能是因支撑梁强度不足、弯曲、局部屈服或锚杆抗拔引起的变位所致,也可能是板桩强度不足或者打人深度不足而造成。有的则可能是基坑隆起或管涌而产生侧向位移(图1.1。12)。

在雨季由于大量降雨,土的自重增加,并由于抗 剪 强 度 降低,以及地下水位的变化引起地基应力变化而产生下沉。

最后,当基坑施工结束起拔钢板桩时,也可能引起地基的变形,这种情况也经常发生,因此,在拔起之后应妥善处理。