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围护结构的设计与施工

365 2021-09-09 15:09:48

基坑围护结构可以分为桩 (墙) 式和重力式两类体系。桩(墙)式体系的墙体厚度相对较小,靠墙体的埋入深度和支撑体系(或锚拉) 抵抗墙后的水土压力。 重力式围护墙的厚度一般较大,主要靠墙体的自重和埋入深度保持墙后土体的稳定。常用的桩 (墙)式围护结构有∶ 地下连续墙、柱列式钻孔灌注桩、钢板桩、 钢筋混凝土板桩以及由间隔立柱和横板组成的挡土墙体等。 采用连续搭接施工方法,把水泥土加固体组成的格栅形挡土墙属于重力式围护墙体系。

设计所需的基本资料主要有;

(1)工程水文地质资料;

(2)场地环境条件资料;

(3) 所建工程的有关资料;

(4) 与施工条件有关的资料。对于地下连续墙设计时还应根据不同的安全等级提供有关实验资料。这些资料的详细内容可参阅有关规程或规节。

基坑设计的主要内容可参阅本章第二节。围护桩 (墙)的设计计算步骤如图 5-15。

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一、桩 (墙)围护结构的设计和施工

在桩 (墙)围护结构的顶部应设置沿基坑四周统长的连续圈梁,以增加墙体的整体工作性能。墙顶圈梁通常兼作第一层支撑

(或锚杆)的围檩。当圈梁采用现浇钢筋混凝十时,圈梁宽度应大于墙体厚度,墙体顶端伸人圈梁底部的厚度应不小于 50mm。钢板桩围护墙的】顶部圈梁一般常用—对通常槽钢置于墙前, 用螺栓与墙体连接。

当基坑深度不大(在地下水位较高的软土地区不超过 4m),环境条件容许有较大的变形时,可以采用不设支撑 (或锚拉)的悬臂式围护墙。设计围护结构时需要验算以下内容∶

(1)围护结构 (包括墙体、支撑或锚拉体系)和地基的整体抗滑动稳定性。一般采用通过墙底的圆弧滑动面计算;

(2)基坑底部土体的抗隆起稳定性;(3)基坑底部土体的抗渗流管涌稳定性;

(4) 围护结构的内才和变形计算。通常采用弹性地基反 力法

计算,对于自立式围护墙以及单道支撑 (或锚钉)的围护墙也可以采用极限平衡法计算。 对于钢筋混凝十墙体, 当采用弹性地基反力法计算时,墙体的抗弯刚度应乘以 0.65~0.75 的折减系数(预应力墙体除外)。对于有支撑 (或锚拉)的围护结构当采用极限平衡法计算时,由于支撑(或锚拉)点假定为墙体的不动支点,因此墙体跨中最大弯矩计算值一般偏大,截面设计时应乘以O.6~0.8 的折减系数。

1 柱列式钻孔灌注桩

利用并列的钻孔灌注桩组成的围护墙体由于施工简单,墙体刚度较大,造价比较低,因此在我国用的较多。就挡土而言,钻孔灌注桩围护墙可用干开按深度较大的基坑。 伯在地下水位较高地区往往由于隔水措施失效而导致基坑事故的例子时有发生 。 因此当开挖深度较大而 又缺乏有把握的隔水手段时,不宜采用钻孔灌注桩作为围护墙。

1.1 墙体构造

用于围护墙体的钻孔灌注桩一般直径 500~1000mm。邻桩的中心距一般不大于桩径的 1.5 倍,在地下水位低的地区,当墙体没有隔水要求时,中心距还可以再大一些,但不宜超过桩径的 2倍。为防 让桩间士塌落,可采用在桩间十表面抹水泥砂浆或对桩间土注浆加固等措施予以保护。

在地下水位较高地区采用钻孔灌注桩围护墙时,必须在墙后架设隔水帷幕。图5-16 为采用不同隔水方法的钻孔,灌注桩墙体构

造。其中图 5-16a 由于施工偏差,桩间的树根桩或注浆体往往难于封堵灌注桩的间隙而导致地下水流入基坑。因此在开挖深度超过 5m 时,必须慎重使用。其余几种形式的隔水帷幕效果相对比较可靠。隔水帷幕下端深度应满足地基土抗渗流稳定的要求。

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墙体顶部圈梁构造如图 5-17 所示,当圈梁兼作支撑围檩时,其截面尺寸应根据静力计算确定,梁宽通常不宜小于支撑间距的 1/6。圈梁顶面标高宜低于主体工程地下管线的埋设深度,以便于今后管线施工。

1.2 墙体截面计算

钻孔灌注桩墙体截面内力应根据支护结构静力计算确定,截面承载能力可按现行《混凝土结构设计规范》(GBJ10—89)中的圆截面受弯构件正截面受弯承载力计算。 桩内钢筋笼通常全长配筋,也可根据弯矩包络图分段配筋,以节省钢材。

1.3 墙体施工

柱列式钻孔灌注桩围护墙体可以采用一般钻孔灌注桩施工机械和施工规程中有关技术要求进行施工。

在钻孔时为了防止邻桩混凝土坍落或损伤, 相邻桩位的施工间隔时间不应小于 72 小时,实际施工时一般成采取每间隔 3~5根桩位跳打方法。此时在每—个跳打间隔内。总有—根桩是在左石已成桩的条件 下嵌入施工。 为了能使其正确就位,要求用护桩的容许施工误差小干普通工程桩。桩位偏差应控制在正负 30mm以内。桩身垂直度偏差小干1/200,桩径变化应控制在 5/100 以内。为此在地下水位较高的软土地区,当采用一般回转式钻机成孔时,除必须采用优质泥浆护壁外,钻杆直径不应小于 89mm,最好采用114mm钻杆。必要时可在钻头上加配重,以保证成孔垂苜度。此外,钻头旋转速度应控制在每分钟 40~70 转范围内,在淤泥土内应小于每分钟 40 转。在地层中的进钻速度应控制在每小时 4~5m 以内。

2 钢板桩围护墙,

钢板桩围护墙一般采用 U 形或 Z形截面形状,当基坑较浅时也可采用正反扣的槽钢;当基坑较深,荷载较大时也可采用钢管、 H 钢及其它组合截面钢桩。

2.1 墙体构造

每块钢板桩的边缘一般设置通常锁口,使相邻板桩能相互咬合起到挡水和隔水作用。国内常用 U 形钢板桩,其性能和特点可参阅有关手册。当采用钢管或其它型钢做作围护墙时,在其两侧也应加焊通长锁口,如图 5-18。带锁口的钢板桩一般能起到隔水作用,但考虑到施工中的不利因素,在地下水位较高的地区。 环境保护要求较高时。应与柱列式围护墙—样,在钢板桩背面另外加设水泥土之类的隔水帷幕。

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钢板桩围护墙可以用于圆形、矩形、多边形等各种平面形状的基坑,对干矩形和多力形基坑在转角处应根据转角平面形状做相应的异型转角桩, 如无成品角桩。可将普通钢板桩裁开后, 加焊型钢或钢板后拼制成角桩。角桩长度应适当加长。

2.2 墙体截面计算

截面内力 应根据支护结构静力计算确定,截面承载力按现行《钢结构设计规范》(GB17一88)计算。如图 5-18 相互咬合的钢板桩如能发挥整体作用,其截 面性能指标要比单块钢板桩大得多。

根据材料力学知识,此时截面中性轴应在咬合部位。 截面最大剪应力也将产生在这一部位。但实际上这种咬合连接构造能否有效地传递剪力是有疑问的。根据有关实验资料表明,这种组合截面受力后,发现中性轴并不在咬合处,而是位于单块钢板桩上。对干用护墙,钢板桩的应 力和变形是重要的控制参数,因此设计时局把整体截面的惯性矩和截面抵抗,矩作适 当折减后使用。

2.3 墙体施工

钢板桩通常采用锤击、静压或振动等方法沉入十中。 这此方法可以单独或相互配合使用。沉桩前,现场钢板桩应逐块检查并分类编号,钢板桩尺寸的容许偏差应按下列标准控制∶

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截面宽度(十10~一5)mm; 长度挠曲 1%板桩边缘锁口应以一块长约 1.5~2m 同型标准锁口做通长检香,不合格时应予修正。经检验合格的锁口应涂上黄油或其它厚质油脂后待用。

当板桩长度不够时,可采用相同型号的板桩按等强度原则接长,通常先对焊,再焊接头加强板。打钢板桩应分段进行,不宜单块打入。封闭或半封闭围护墙应根据板桩规格和封闭段的长度事先计算好块数,第一块沉入的钢板桩应比其它的桩长2~3m,并应确保它的垂直度,否则应采取措施纠正。有条件时,最好在打桩前在地面以上沿围护墙位置先设置导架,将一组钢板桩沿导架正确就位后逐根沉入土中,如图 5-19。

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钢板桩一般作为临时性的基坑支护,在地下主体工程完成后即可将钢板桩拔除,但是在拔除钢板桩时容易引起周围地基土体的侧向位移和沉降,从而影响周边环境安全,发生这种情况的原因主要时∶(1)主体工程完成后,基坑内四周回填土没有充分填实,板桩拔除后将使坑壁土体卸载而变形;(2)拔钢板桩时,粘着在钢板桩内表面的土体随之带出,在土中形成宽度相当于板桩截面高度,深度接近于板桩长度的空隙,此空隙很难用常规方法填实。根据近年来的实践经验,在这种情况下采用跟踪注浆的办法效果较好。具体做法有两种;第一,沿着拔桩方向在钢板桩外侧土中事先插入注浆管,待板桩起拔后随即通过临近的注浆管往土层中压浆,使浆液充填钢板桩留下的空隙;第二,是在钢板桩起拔后,随即在桩位孔中插入套好布袋或塑料袋的压浆管百至空隙底部,面后马, 下压浆,浆液使布袋(或塑料袋)膨胀而充填空隙。

3 钢筋混凝土桩墙

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3.2 截面计算

截面内力根据支护结构的静力特征由计算确定,并应考虑板桩在起吊和运输过程中产生的内力。截面承载力应按现行钢筋混凝土设计规范确定。

3.3 墙体施工

钢筋混凝土板桩通常采用锤击、静压和振动等方法沉入十中,这些方法可以单独使用,也可以相互配合使用,打桩前应根据围护墙的水平总长度和板桩规格事先确定所需要的板桩数量。沉桩应分段进行,不应单独打入。定位桩应确保它的沉桩垂直度,否则应采取纠正措施。其它板桩在定位桩打好后,以此沿着导架逐块打入土中。