欢迎来到『东合南岩土』官方网站!

基坑支护类型和基坑支护优化重点要点(下)

282 2020-07-22 17:11:45

引言

上期给大家带来了《基坑支护类型和基坑支护优化重点要点(上)》,文中对基坑支护形式简介及适用范围中的放坡开挖——放、土钉墙——钉、水泥土重力式围护墙——重、悬臂式支护结构——抗等内容做了详细的分析论述。本期内容将继续分享基坑支护类型简介及选型的要点。


一、 各种基坑支护形式简介及适用范围



5. 地下连续墙——铜墙铁壁

地下连续墙是采用原位连续成槽浇筑形成的钢筋混凝土围护墙,具有挡土和隔水双重作用。通常连续墙的厚度为600mm、800mm、1000mm,也有厚达1200mm的,地下连续墙一般与锚索或支撑组成锚拉式结构或支挡式结构。


图16 地下连续墙施工现场图

(钢筋混凝土墙连续一字排开,形成一道铜墙铁壁)


图17 地下连续墙施工程序示意


在工程应用中地下连续墙已被公认为是深基坑工程中最佳的挡土结构之一,它具有如下显著的优点:

a. 施工具有低噪音、低震动等优点,工程施工对环境的影响小;

b. 连续墙刚度大、整体性好,基坑开挖过程中安全性高,支护结构变形较小;

c. 墙身具有良好的抗渗能力,坑内降水时对坑外的影响较小;

d. 可作为地下室结构的外墙,可配合逆作法施工,以缩短工程的工期、降低工程造价。


地下连续墙造价较高,施工要求专用设备,只有用在一定深度的基坑工程或其它特殊条件下才能显示其经济性和特有的优势。一般情况下地下连续墙适用于如下条件的基坑工程:

a. 深度较大的基坑工程,一般开挖深度大于15m才有较好的经济性;

b. 邻近存在保护要求较高的建、构筑物,对基坑本身的变形和防水要求较高的工程;

c. 基地内空间有限,地下室外墙与红线距离极近,采用其它围护形式无法满足留设施工操作空间要求的工程;

d. 围护结构亦作为主体结构的一部分,且对防水、抗渗有较严格要求的工程。



6. 锚拉式支护结构——锚

锚拉式结构包含挡土结构与锚拉结构两部分。当悬臂式挡土结构招架不住的时候,就要上“预备队”了。这“预备队”就是锚拉结构,一般采用预应力锚索。预应力锚索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。当环境保护不允许在支护结构使用功能完成后锚杆杆体滞留在地层内时(此类工程越来越多),应采用可拆芯钢绞线锚杆。


图18 排桩+锚索支护现场图


图19 预应力锚索基本构造简图


锚拉式结构中的挡土结构可采用混凝土排桩、土钉墙、地下连续墙、SMW工法桩等,其中排桩+预应力锚索是应用最为普遍的锚拉式结构。


锚拉式结构一般还需要设置腰梁和冠梁。腰梁主要有钢腰梁(双拼工字钢或槽钢)和混凝土腰梁,锚拉结构的锚固力通过腰梁传递给支护结构,形成整体围护,保证基坑侧壁稳定性。冠梁是为了提高挡土结构的整体性。


锚拉式结构适用范围:

a. 场地狭小且需要深开挖;

b. 周边有严格控制位移的建筑物、构筑物和地下管线等;

c. 基坑边壁有锚杆设置地下空间。


不适用范围:

a. 锚杆不宜用在软土层和高水位的碎石土、砂土层中;

b. 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;

c. 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。



7. 支撑式支护结构——撑

支撑式结构包含挡土结构与内支撑结构。也是在悬臂式挡土结构无法抵抗时,设置了一道道支援前线的支撑。内支撑可采用钢支撑、混凝土支撑、钢与混凝土混合支撑。


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,而且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。因此,形状规则的基坑(如地铁狭长型基坑)常采用钢支撑,但钢支撑刚度相对较小,节点构造和安装相对复杂,需要具有一定的施工技术水平。


混凝土支撑是在基坑内现浇而成的结构体系,布置形式和方式基本不受基坑平面形状的限制,具有刚度大、整体性好、施工技术相对简单等优点,所以应用范围较广。缺点是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,且破除困难,产生大量建筑垃圾。


支撑式支护结构中的挡土结构可采用排桩、地下连续墙、SMW工法桩等。


图20 钢支撑+排桩支护现场图


图21 混凝土支撑+排桩支护现场图


支撑式支护结构适用范围广,可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。



8. 双排桩——父子兵

“打虎亲兄弟,上阵父子兵。”双排桩就是这对“父子兵”。双排桩是沿基坑侧壁排列设置的由前、后两排支护桩和梁连接成的刚架及冠梁组成的支挡结构。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、基坑变形等要求或者造价明显不合理的情况下,双排桩刚架结构是一种可供选择的基坑支护结构形式。


图22 双排桩支护剖面图


图23 双排桩现场图


与常用的支挡式支护结构如单排悬臂桩结构、锚拉式结构、支撑式结构相比,双排桩刚架支护结构有以下特点:

a. 与单排悬臂桩相比,其安全可靠性、经济合理性优于单排悬臂桩。

b. 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。

c. 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。


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。



9. 支护结构与主体结构结合的逆作法——坚强后盾

此种工法通过支护结构与主体结构相结合,为支护结构提供了坚强的后盾,支护结构可以自豪的宣称:“找到靠山,我不怕不怕啦!”


支护结构与主体结构相结合是指采用主体地下结构的一部分构件(如地下室外墙、水平梁板、中间支承柱和桩)或全部构件作为基坑开挖阶段的支护结构,不设置或仅设置部分临时支护结构的一种设计和施工方法。


图24 逆作法施工顺序示意图


与常规的临时支护方法相比,采用支护结构与主体结构相结合的逆作法深基坑和地下结构具有诸多的优点

a. 此工法可以上同时向地上和地下施工,可以缩短工程的施工工期;

b. 水平梁板支撑刚度大,挡土安全性高,基坑变形小,对周围的环境影响小;

c. 地面层先行完成,可作为材料堆置场或施工作业场;

d. 避免了采用临时支撑的浪费现象。


但逆作法也有如下缺点

a. 支撑位置受地下室层高的限制,无法调整高度;

b. 挖土作业空间狭小,作业环境较差,不利于规模机械化施工、土方施工困难;

c. 结构接头处理多;

d. 对围护结构施工精度要求高。


支护结构与主体结构相结合适用于如下基坑工程:

a. 大面积的地下工程,一般边长大于100m的大基坑更为合适;

b. 大深度的地下工程,一般3层及以上地下室工程更为合理;

c. 复杂形状的地下工程;

d. 周边状况苛刻,对环境要求很高的地下工程;

e. 作业空间较小和上部结构工期要求紧迫的地下工程。



10. 多种基坑支护形式的联合使用——多兵种联合作战

实际工程中,尚有两种或两种以上支护形式联合使用的情况,发挥各自优势,力求达到安全与经济的最优平衡点。具体工程实例如下:


1) 荣域项目B2地块:土钉墙+钢管桩+锚索。


图25 荣域项目B2地块基坑


2) 北京银泰中心基坑支护工程:土钉墙+灌注桩+锚杆。


图26 北京银泰中心基坑


3) 国家大剧院基坑支护工程:挡土墙+灌注桩+地下连续墙+隔水帷幕。


图27 国家大剧院基坑





二 、 基坑支护选型要点

“安全可靠、经济合理、施工便利”是基坑设计的三原则。从安全角度,国家标准《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012根据基坑破坏的后果将基坑安全等级分为三级。


 

基坑支护设计时,首先应当依据基坑深度、工程水文地质条件、环境条件和使用条件等合理划分基坑侧壁安全等级,这是基坑选型的决定性因素。然后综合基坑侧壁安全等级、施工、气候条件、工期要求、造价等因素合理选择支护结构类型。同一基坑的不同侧壁可分别确定为不同的安全等级,并依据侧壁安全等级分别进行设计。



北京市地方标准《建筑基坑支护技术规程》DB11/489-2016表3.1.5中,将基坑侧壁安全等级结合开挖深度、水文地质条件、周边环境条件进行了更明确的对应。


基坑的安全等级确定后,可以结合水文地质情况和开挖深度,进行基坑选型,一般的基坑支护初步选型流程如下:


图28 基坑支护初步选型流程


具体细化的常见基坑选型表如下:


表2 常见基坑支护选型表


注:

1.各类基坑的造价均按基坑周长的单位长度计。

2.表中排桩造价均按钻孔灌注桩造价考虑。

3.表中造价分别按坑深3m(H≤3m)、6m(3m<H≤6m)、9m(6m<H≤10m)、12m(10m<H≤15m)粗略估算,旨在说明各种支护型式之间的大概的造价差异。工程造价应结合具体工程的实际情况,根据基坑支护设计单位的设计文件确定。


由于基坑支护有着很强的地域性、经验性,因此上表中仅是对大多数情况适用的基坑支护选型做了总结,具体工程还需要结合工程实际情况,经过详细分析比选,做出合理的基坑支护选型,达到安全适用、经济合理的最终目的。





三 、 结语

本文介绍了常见的基坑支护型式,以及每种支护型式的适用条件和优缺点,并分析了深基坑支护方案选型和设计的影响因素,列出了常见基坑支护选型表,可为基坑支护选型提供参考。文中如有不当之处欢迎广大有识之士给予点拨和指导!