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深基坑支护结构分类资深讲解

382 2021-04-21 17:12:24

支护结构一般由挡土(挡水)结构和支撑系统(保持墙稳定的系统)两部分组成,简称挡土墙系统。而挡土部分因工程地质、水文地质情况不同又分为透水部分及止水部分,透水部分的挡土结构需在基坑内外设排水降水井,以降低地下水位;止水部分挡土结构防水抗渗,不使基坑外地下水进入坑内,如作防水帷幕、地下连续墙等,只在坑内设降水井。各种墙和支撑系统的适用性见表1-4。

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1.2.1 深开挖挡土结构类型

目前深开挖挡土结构常用以下四种类型∶(1)钢板桩(H型钢或工字钢桩加横插板挡土)

将带锁口或钳口的热轧型钢用板桩锤或振动打桩设备打入土中并相互连接起来形成钢板桩墙,如图1-2(a)所示。钢板桩的强度重量比高,可重复使用,广泛用于容易打入的黏土、砂土和砂黏土中挡土和挡水,在坚硬地层容易打坏。

(2)桩板式墙

将工字型钢以2~3m 间距打入地层中,然后随着开挖在工字钢后翼面插入 50~ 100mm 厚的木板形成桩板墙,如图 1-2(b)所示。亦可只挖至工字钢前翼面,焊上螺栓,装上接触板,用螺母紧固,这种施工方法简单,而且墙外土的水平位移较小,因此较流行。桩板墙适合于超固结黏土、黏土质砂以及能充分降水的砂层中。

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(3)钻孔灌注桩

以一定间距排列的大直径钻孔灌注桩(或双排桩) 形成的挡土结构,如图 1-3 (a)所示。桩顶可用混凝土梁联系起来,可采用后拉式或内撑式支撑系统。这种结构利用桩间十拱作用挡十。这种挡十结构近年来在我国用得越来越多,其主要优点是墙刚度大,施工

简单,可插入坚硬土层和岩石中,而且没有打桩振动和噪声。缺点是不能挡水,桩间土可能坍落等。

以较密间距打设或插入预钻孔中的工字型钢桩 (不带挡板)同钻孔桩一样,也是利用桩间土拱作用挡土,如图 1-3(b)所示。

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(4)地下连续墙

在地面上沿着开挖工程周边(如地下结构的边墙等),用特制挖槽机械,在泥浆护壁情况下开挖一定长度沟槽(一个单元槽段),然后用吊车将钢筋笼吊放沟槽内,再用导管向充满泥浆的沟槽中浇注混凝土,逐段施工,最后形成连续的地下墙,其施工程序如图 1-4所示。墙的厚度一般 50~100cm,槽段长 7m左右,深度可达 50m 以上,最深已达 100m。这种结构具有挡土、截水、防渗兼作主体承重结构多种功能,限制墙外地面沉降和土的水平位移效果好。因此,在建筑物地下室、地下油库、地下街道、地下停车场、地下铁道、蓄水池、污水处理场以及各种挡土、水防渗墙等工程中均可使用。连续墙单纯作为深开挖的支护结构则费用昂贵,故很少如此使用。

国外也逐渐广泛应用一种预制桩式或板式连续墙。这种施工方法在成槽后,用自凝泥浆置槽用的护壁泥浆,或者直接以自凝泥浆成槽。再在自凝泥浆内插入预制管桩、方桩、H 型钢、钢管或预应力空心板等结构件,形成连续墙。

此外,钢筋混凝土钻孔灌注桩除单排灌注桩(疏排混凝土灌注桩、密排桩)外,尚有双排灌注桩、连拱式灌注桩挡土、桩墙合一地下室逆作法以及土钉支护法等。为了实现止水功能,也常考虑采用插筋补强支护、深层搅拌水泥土墙、密排桩间加高压喷射水泥注浆桩等。

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1.2.2 支撑系统

深开挖挡土结构物的支撑类型较多,主要支撑系统如图1-5 所示。按支撑与否及支撑方式,挡土墙支撑系统可划分为以下几种类型∶

(1)悬臂式挡土墙

悬臂式挡土墙,墙上没有内撑或锚杆完全靠足够的入土深度来保持墙的稳定,见图1-5(a)。对钢板桩来说,由于刚度小,容易产生较大水平变位,对荷载和土质变化特别敏感,一般只适合深 3~4m 的临时开挖工程。砂土中钢板桩插入挖土线以下深度可参考表 1-5。钢筋混凝土钻孔桩和地下连续墙也可采用悬臂式,由于刚度大,因而可维持较大开挖深度,但费用较高。

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(2)内撑式挡土墙

内撑式系统由撑杆和腰梁等组成。有横撑(平横)和斜撑两种,分别如图1-5(b)和(c)所示。横撑主要用于开挖断面较小的线性建筑,如地铁和地下管道等工程,但也可用于"窄沟法"施工墙柱的宽度较大的深开挖工程。斜撑用于开挖深度不大而断面尺寸较宽的场合,施工时可配合斜撑在边脚压重,斜撑的后座可采用混凝土板或短工字钢桩。

(3)锚杆挡土墙

锚杆挡土墙是深大开挖最常采用的支撑方式,如图 1-5(d)所示。锚杆的作用和内撑杆一样,只不过一个是从内向外推墙,一个是从后拉墙,使墙保持稳定。锚杆适用于在墙外一定范围内具有适合锚固的地层条件和各种墙。主要优点在于,预应力锚杆增强了承载能力和刚度,使水平变位和墙外沉降得到控制,且提供了自由开挖空间;缺点是锚杆力的竖向分量有可能使墙向下移动并产生弯曲,因而要求较好的墙基支承条件。

施工顺序如图 1-6 所示,先沿墙挖比较窄的沟槽,供施工机械下第一层锚,然后进行内部开挖,再下第二层锚杆,直到开挖标高。每个锚杆经验收试验后一般可锁定在75%~ 80%以上设计荷载,而对永久锚杆或严格限制墙后沉降场合,可锁定在 100%设计荷载。

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