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排桩支护各种形式、特点及应用范围

792 2021-08-19 16:03:02

由于排桩支护对各种地质条件的适应性、施工简单易操作且设备投入一般不是很大,在我国排桩式支护是应用较多的一种。排桩通常多用于坑深7~15m 的基坑工程,做成排桩挡墙,顶部浇筑混凝土圈梁,它具有刚度较大、抗弯能力强、变形相对较小,施工时无振动、噪声小,无挤土现象,对周围环境影响小等特点。当工程桩也为灌注桩时,可以同步施工,从而有利于施工组织,且C期短。当开挖影响深度内地下水位高且存在强透水层时,需采取隔水措施或降水措施。当开挖深度较大或对边坡变形要求严格时,需结合拉锚系统或支撑系统使用。

一、排桩支护按结构形式分类

排桩支护依其结构形式可分为悬臂式支护结构、与内支撑(混凝土支撑、钢支撑)结合形成桩撑式支护结构和与(预应力)锚杆结合形成桩锚式支护结构。

(一)悬臂式排桩支护结构

悬臂式支护结构主要是根据基坑周边的土质条件和环境条件的复杂程度选用.其技术关键之一是严格控制支护深度,如图 1-3 所示。悬臂式支护结构适用于开挖深度不超过10 m 的黏土层,不超过5 m 的砂性土层,以及不超过4~5 m 的淤泥质士层。

悬臂式排桩结构的优缺点及适用范围如下;

(1)优点∶结构简单,施工.方便,有利于基坑采用大型机械升挖。

(2)缺点∶相同开挖深度的位移大,内力大,支护结构需要更大截面和插入深度。(3)适用范围∶场地土质较好,有较大的 c、φ 值,开挖深度浅且周边环境对土坡位移要求不严格。

(二)桩撑式排桩支护结构

桩撑式支护结构由支护结构体系和内撑体系两部分组成。支护结构体系常采用钢筋混凝土桩排桩墙 ,SMW 工法、钢筋混凝七咬合桩等型式。内撑体系可采用水平支撑和斜支撑。根据不同开挖深度又可采用单层水平支撑 、二层水平支撑及多层水平支撑.分别如图 1-7(a)、(b)及(d)所示。当基坑平面面积很大,而开挖深度不太大时,官采用单层斜支撑如图 1-7(c)所示。

内撑常采用钢筋混凝土支撑和钢管或型钢支撑两种。钢筋混凝土支撑体系的优点是刚度好、变形小,而钢管支撑的优点是钢管可以回收,且加预压力方便。内撑式支护结构适用范围广,可适用各种土层和基坑深度。

内支撑结构造价比锚杆低。但对地下室结构施工及土方开挖有一定的影响。但是在特殊情况下,内支撑式结构具有显著的优点。

桩撑式支护结构的优缺点及适用范围∶ 1.桩撑式支护结构的优点

(1)施工质量易控制,工程质量的稳定程度高。

(2)内撑在支撑过程中是受压构件,可充分发挥出混凝土受压强度高的材性特点。(3)桩撑支护结构的适用土性范围广泛,尤其适合在软土地基中采用。 2.桩撑式支护结构的缺点

(1)内撑形成必要的强度以及内撑的拆除都需占据一定工期。

(2)基坑内布置的内撑减小了作业空间,增加了开挖、运土及地下结构施工的难度,不利于提高劳动效率和节省工期,随着开挖深度的增加,这种不利影响更明显。

(3)当基坑平面尺寸较大时,不仅要增加内撑的长度,内撑的截面尺寸也随之增加,经济性较差。

3.桩撑式支护结构的适用范围

(1)适用于侧壁安全等级为-、二、三级的各种土层和深度的基坑支护工程,特别适合在软土地基中采用。

(2)适用于平面尺寸不太大的深基坑支护工程,对于平面尺寸较大的,可采用空间结构支撑改善支撑布置及受力情况。

(3)适用于对周围环境保护及变形控制要求较高的深基坑支护工程。(三)桩锚式排桩支护结构

桩锚式支护结构由 支护结构体系和锚固体系两部么组成。支护结构体系后内撑式支

护结构相同。道采用钢節混准十非析墙利地下连续墙两种。锚固体系 可分头为锚杆式和0曲

面拉锚式两种。随基坑深度不同,锚杆式也,可分为单层锚杆、双层锚杆和多层锚杆。地面拉锚式支护结构示意图如图 1-9 所示。地面拉锚式支护结构需要有足够的场做设置锚村,或其他锚同物。锚杆式需要地基十能提代较大的钻锚估力。锚杆式较适 用于砂十 地基

或黏土地基。由于软黏土地基不能提供锚杆较大的锚固力,所以很少使用。

1. 桩锚式支护结构的优,点

(1)桩锚支护结构的尺寸相对较小,而整体刚度大,在使用中变形小,有利于满足变形控制的要求。

(2)与桩撑支护结构相比,桩锚支护结构的拉锚力与深基坑的平面尺寸无关,在平面尺寸较大的深基坑工程采用桩锚支护结构能凸显它的这个优势。

(3)桩锚支护结构的施工相对较为简单,而且由于基坑内没有支挡,坑内有较大的净空空间,从而能确保土方开挖与运输、结构地下部分施工所需的作业空间,也为提高劳动效率、节省工期创造了前提性条件。

(4)桩锚支护结构的造价相对较低,有利于节省工程费用。 2. 桩锚式支护结构的缺,点

(1)桩锚支护结构所占作业空间较大,锚杆的设立要求场地有较宽敞的周边环境和良好的地下空间。

(2)需要有稳定的土层或岩层以设置锚固体。

(3)地质条件太差或土压力太大时使用桩锚支护结构,容易发生支护结构的受弯破坏或倾覆破坏。

3.桩锚式支护结构的适用范围

(1)适用于周边环境比较宽敞、地下管线少且没有不明地下物的深基坑支护工程。(2)特别适用于平面尺寸较大的深基坑支护工程。

(3)对于使用锚杆作为外拉系统的桩锚支护结构,宜运用在具有密实砂土 、粉上、黏性土等稳定土层或稳定岩层的深基坑支护工程中。

二、排桩支护按支撑结构分类

按支撑结构的不同,排桩支护结构可分为柱列式排桩支护、连续式排桩支护和组合式排桩支护。

(一)柱列式排桩支护

当边坡土质尚好、地下水位较低时,可利用土拱作用,以稀疏钻孔灌注桩或挖孔桩支挡土坡,如图 6-1(a)所示。

(二)连续式排桩支护

在软土中一般不能形成土拱,支挡桩应该连续密排,如图6-1(b)所示。密排的钻孔桩可以互相搭接,或在桩身混凝七强度尚未形成时,在相邻桩之间做一根素混凝十树根桩把钻孔桩排连起来,如图 6-1(c)所示。也可 以采用钢板桩、钢筋混凝十板桩,如图 6-1(d)、(e)所示。

(三)组合式排桩支护

在地下水位较高的软土地区,可采用钻孔灌注桩排桩与水泥土桩防渗墙组合的形式,如图 6-1(f)所示。

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间隔钻孔桩加钢丝网水泥墙特点及适用范围;在桩上必须筑钢筋混凝土连梁以调整各桩间的位移变形,并增加整体性能。施工简单,无振动噪声,基坑浅可悬臂,深时可与撑杆或锚杆搭配。造价低。不抗渗,地下水位高时需降水。适用于黏土、砂土 、粉土地下水位低地区。

钢板桩特点及适用范围∶锁口 U 型Z型钢板桩整体性,刚度好,一次投人钢材多。能止水,能重复利用,故造价低。难以打入砂卵石及砾石层,拔桩有孔洞需处理,重复使用要修整,施工有噪声。重复使用止水效果较差,如不能拔出则钢材多,造价高。适用于软土、淤泥质土地区且水位高。

H 型钢加横档板特点及适用范围∶整体性差,如各桩以型钢拉结,则可克服桩与桩之间变形不均的缺点,一般与锚杆配合拉结,效果好。H 型钢需拔出,造价低,否则浪费大。抗渗不好,打桩有振动噪声,砾石层难施工,拔桩有孔洞需处理。适用于黏土、砂土地区。

三、排桩支护按布桩形式分类

排桩从布桩形式上,又可分为单排布置和双排布置。

双排桩支护结构体系属于悬臂类空间组合支护体系。所谓空间组合,是指支护桩从平面上看可按需要采用不同的排列组合,前排桩顶用圈梁连接,前后排之间有连梁拉接,在没有锚杆或内支撑的情况下,发挥空间组合桩的整体刚度和空间效应,并与桩土协同工作,支挡因开挖引起的不平衡力,达到保持坑壁稳定、控制变形、满足施工和相邻环境安全的目的。本章将评述国内已有双排桩支护结构体系分析方法。

如前所述,双排桩支护结构可以理解为将密集的单排臂桩中的部分桩向后移,并在柱顶用刚性连系梁一连梁把前后排桩连接起来,沿基坑长度方向形成双排桩支护的空间支护结构体系,因此双排桩支护结构的布桩形式非常灵活,常见的形式有之字式、双三角式、梅花式、并列式(也可称其为矩形格构式)、丁字式、连拱式等,其组合形式如图 6-2所示。

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双排桩支护结构体系的特点及其优缺点如下;

(1)双排桩支护结构体系的特点。

①在双排桩支护结构中,前后排桩均分担主动土压力,其中前排桩主要起分担土压力的作用,后排桩兼起支挡和拉锚的双重作用。

②双排桩支护结构形成空间格构,增强支护结构自身稳定性和整体刚度。③充分利用桩土共同作用的土拱效应,改变土,体侧压力分布,增强支护效果。(2)与单排悬臂桩支护结构相比,双排桩支护结构的优点如下∶

①单排悬臂桩完全依靠弹性嵌入基坑土内的足够深度来承受桩后的侧压力并维持其稳定性,坑顶位移和桩身变形较大,悬臂工双排桩支护结构因为有刚性连系梁将前后排柱连接而组成一个空间静不定结构,整体刚度大,乂因为前后排桩均能产生与侧土压力反向作用的力偶,使双排桩的位移明显减小,同时桩身的内力也有所下降,并形成交变内力。

②悬臂式双排桩支护结构为--静不定结构,在复杂多变的外荷载作用下能自动调整结构本身的内力,使之适应复杂而又往往难以预计的荷载条件,而单排悬臂桩为一静定结构,将土压力看做已知力作用于其上则不具备此种功能。

③当受施工技术或场地条件等限制时,如果基坑深度条件合适,悬臂式双排支护桩是代替桩锚支护结构的一种好的支护形式。施工实践证明,其施工简便、速度快、投资少。

(3)双排桩支护结构体系的缺点∶

①双排支护桩的设计计算方法还不够成熟,实测数据还不多,受力机制不够清楚。②基坑周边要有一定空间,以利于双排支护桩的布置和施'T。

在对深基坑挡上支护结构的位移有限制的要求下,对于一般黏性土地区来说,双排支护桩是一种很有应用价值的挡土支护结构类型。地下水位较高的软土地区采用双排支护桩时,应做好挡土、挡水,以防止桩间土流失而造成结构失效,上海、杭州、宁波、福建 、广东等地区已经有很多双排桩挡土支护结构的成功实例。