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我国各地区基坑工程的现状

320 2021-09-08 14:15:11

基坑的深度主要取决于地下室层数,一层地下 室的基坑深度大致为一 (4~6)m,二层地下室的基坑深度为—(8~9)m,三层地下室的基坑深度为一(11~12)m,四层地下室的基坑深度为一(14~16)m。底板厚度一般为1~3m。在此,简要介绍一下我国几个基坑工程量最多、最为复杂的典型城市基坑工程的现状,就可以体现我国基坑工程当前的技术水平和现状。

1 北京

 1.1 地质特征

北京市位于北京平原。北京平原区第四纪堆积物按其成因类型,在山麓地带分布有残积、坡积、洪积物,平原区以洪积、冲积物为主,并有零星分布的湖沼堆积物和风积物。目前,北京的基坑工程多集中在城区,一般基坑工程常遇到的地层是;(1)填土层,厚度 1~8m;(2)粉质粘土、粘质粉士或粉土互层,厚度 5~10m;(3)砂、砾、卵石层;(4)粘土层。从分布来看,东部一般以填土和粘土为主,西部以填土和砂、砾、卵石层为主,中间夹有粘土层。相对而言,土层条件较好,有利于基坑工程施工。

基坑工程常碰到的地下水主要有三层,即上层滞水、潜水和承压水。上层滞水埋藏于填土、粉土及粉质粘土层中,主要分布十东部及南部;潜水理藏于砂、砾、石层中。水位-般在白

然地表以下 15m 左右;承压水亦埋藏于砂、砾、卵石层中,埋深多在 20m 以下。

1.2 基坑开挖的主要形式

(1)无支护开挖∶北京土质条件较好,不少基坑垂直开挖深度达 5~6m,有些土质好的地区基坑放坡开挖深度达 15m 左右。

(2)钻孔灌注桩护坡开挖∶钻孔灌注桩护坡是最广泛采用的支护形式,深度在—10~12m 以内的基坑一般采用悬臂式单排或双排桩支护,也有的采用拉结形式支护。深度在一12~15m 的基坑一般采用直径 φ800mm 的灌注桩加一层锚杆支护,上面 2~4m砌砖墙。深度超过—15m 的基坑,-一般采用灌注桩加多层锚杆支护,锚杆长度为 15~ 25m。经 贸委综 合业务 楼基坑深度 为一26.6m,采用灌注桩加多层锚杆支护,旋喷桩止水。

(3)钢桩护坡开挖;型钢悬臂支护时,基坑开挖深度有限,一般与锚杆联合支护或桩顶拉锚。如京城大厦,地上 52 层,地 下 4层,高度为183m,基坑开挖深度一23.5m,支护桩采用 H 型钢(488mm×300mm),桩长 27m、24m 及18m,间距1.lm,三道锚杆(一5m,—12m,—18m),基坑施工时间为 1986年。

(4)地下连续墙护坡开挖∶北京大深度的基坑有的采用地下连续墙支护,如中银大厦,基坑深度为一24.0m,采用地下连续墙加锚杆支护,

(5) 土钉墙或喷锚支护开挖∶ 早些年,插筋补强支护多用于 6m 以内的基坑,近来,土钉墙与喷锚支护混用范围不断扩大,尤其适用于土质较好,地下水位较低的场地,造价可节省 10%。北京庄胜广场基坑深—14.8~—16.2m,已应用1 万多 m²,针径

28mm,钉长 10~15m,按 1.5m×1.5m 布置。北京西客站用十钉墙支护一17m 的深基坑。

1.3 地下水的治理

北京城区东部地下水位较高,基坑工程经常采用明排降水、井点抽降、自渗降水和止水帷幕防渗等。

2 上海 

2.1 地质特征

上海是世界上三大软土地基城市之一,地处长江三角洲,覆盖层厚达 150~400m,其中埋有很深厚的软弱淤泥质粘性土。从地质成因上看,上海属于长江三角洲相和河口滨海相沉积,在 20余米深度内,主要土层为淤泥质粉质粘土和淤泥质粘土层,含水量一般在 37%~50%,孔隙比一般在 1.05~1.37 之间,土体的压

缩量大,压缩系数在 0.72~1.24MPa-1之间,抗剪强度低,渗透系数很小,—般为 6×10-7~2×10-cm/s。在外荷载作用下,地

基承载能力低,变形大,不均匀沉降大。

2. 2 基坑开挖的主要形式

(1) 板桩支护开挖。上海的浅基坑开挖多用钢板桩、预制钢筋混凝土板桩等。板桩刚度较低,打桩和压桩的垂直度不高,噪声大,但是,它有着造价低、施工方便等优点。另外,拉锚板桩和支撑板桩的发展,扩大了板桩的适用范围。

(2)地下连续墙支护开挖∶上海的深基坑工程中,地下连续墙已成为主要支护方法之一,它的主要形式有;悬臂式地下连续墙,内支撑地下连续墙,斜支撑地下连续墙,地下连续墙加锚杆支撑等。上海徐家汇地铁站,地下 3 层,基坑深17m,采用地下连续墙支护开挖;上海宝钢热轧厂铁皮坑,内径 27.3m,基坑开挖深度 31.4m,采用1.2m 厚的地下连续墙支护,墙深49.9m,嵌固深度 18.5m;上海银冠大厦,地下 4 层,基坑深度为一15.1~一19.6m,基坑开挖面积 7900m²,开挖土方 13 万 m3,基坑支护采用 1.0m 厚的地下连续墙加对撑、角撑和拱结构相互结合的平面刚架支撑,地下连续墙长度 364m。同时,许多大型建筑采用"墙二用",即钢筋混凝十地下连续墙既作深基坑支护结构, 又作为永久性的地下 室承重外墙。并日采用逆作头施工。

另外,预制地下墙在上海明天广场基坑支护中,深度可达 30m。

(3)重力式水泥土挡墙支护开挖;上海博物馆基坑深度一9.8m,采用重力式水泥土挡墙挡土止水。

(4)钢筋混凝土灌注桩加内支撑开挖∶ 内支撑体系在上海得到了很大的发展,有钢管内支撑、钢筋混凝土内支撑等,有对撑、角撑、排架撑及环梁支撑等。上海世贸商场,建筑面积 22 万 m²,基坑深度一10.7~一13m,采用φ1000mm 钻孔灌注桩支护,钢筋混凝土内支撑。上海万都大厦,主楼 54 层,2 层地下车库,基坑深度一12.8~—14.6m,采用φ850、φ950、φ1050mm 灌注桩支护,直径 92m 的钢筋混凝土圆形窄腹桁架内支撑。

3 天津 

3.1 地质特征

天津地处渤海之滨, 土质情况从总体上看偏软。 自上而下 的土层分布大致为∶

(1)填土层,厚1~4m。

(2)新近沉积层,厚 4~14m,以黄、灰、绿色粘土、粉质粘土为主,土质松软,强度较低,多分布于河漫滩。

(3)上层陆相层,层顶埋深 0~—4m,厚4~5m,以黄褐色粉质粘十、粉十为主,普遍分布。

(4)第—海相层,层顶理深一4~—7m。厚6~9m,以灰色粉质粘土为主,普遍分布。

(5)中上层陆相层,层顶埋深—11~—15m,厚 3~6m,以黄褐色粉质粘土为主,普遍分布。

(6)中下层陆相层,层顶理深一17~—18m,厚11~12m,以黄褐色粉质粘土、粉土和粘土为主,普遍分布。

(7)第二海相层,层顶墠深—29~—30m,厚 2m,以

灰、灰黄色粉质粘土和粘土组成,土质好于第一海相层。

天津地下水位较高,水位受季节影响较大,般潜水位多在一0.5~—1.5m 之间,最高水位多出现在雨季后期(9 月份),最低水位多出现在旱季(5月份)。

3. 2 基坑开挖支护结构的主要形式

天津基坑开挖所采用的支护结构形式有∶钢筋混凝土预制桩、灌注桩、地下连续墙和钢桩支护,并根据基坑的实际情况采取悬臂、环梁支撑和锚杆拉结等形式。

(1) 钢筋混凝十预制桩护坡开挖∶天津大型建筑物基坑开挖中,最早采用的支护形式便是钢筋混凝土预制桩支护,它便于施工,造价较低,但挡水效果差,对周围环境影响较大。天津内贸大厦,33 层,高 110m,基坑深7m,采用长 14m,净距1.1m 的钢筋混凝土预制桩支护,效果良好,大厦于 1987 年竣工。

(2)环梁支护开挖,我国最早的环染支护技术是1989 年在天津国际贸易大厦基坑中采用,该大厦地上 38 层,地下 3 层,基坑深12.3m,采用长14m、截面 450mm×450mm、间距1.02m 的钢筋混凝土预制桩加后浇钢筋混凝土环梁支护,环梁直径 50m,共4 道(—2.5m,—5.0m,—7.5m,一11.6m),预制桩嵌入深度 4m。环梁支护开挖有三大优点;基坑稳定,变形小,施工安全可靠;基坑内形成较大的空间,便于作业,有利于加快施工进度;造价合理。目前,环梁支护技术已由外接圆环梁、内接圆环梁发展到交叉圆环梁、椭圆环梁、平面格构式环梁等,形成环梁支护体系。

(3)预应力锚杆背拉地下连续墙、灌注桩和钢桩支护开挖∶预应力锚杆背拉各种类型支护结构,在天津成功地解决了高水位软土地层基坑稳定问题。天津百货大楼扩建工程,基坑深13.5m,采用预应力锚杆背拉地下连续墙支护,墙厚 0.8m,高 29m;天津邮电通信中心大厦,基坑深 9.3m,采用 2 排预应力锚杆背拉钢筋混凝土灌注桩支护。天津万科中心,基坑深 9.6m,采用 2 排预应力锚杆背拉 H型钢桩支护。

4 深圳

深圳地区的经济建设迅猛发展,目前深圳地区已建和在建的 18 层以上建筑达 600~700 幢,位居全国各大城市前列。随着城市建设用地的紧张,城市发展模式由平面型向地下或空间发展已成为一大趋势。

由于建筑结构及使用功能上的要求,深圳地区的基坑开挖深度越来越大,由过夫的 5m 左右发展至 目前的 20 多m,同时,基坑邻近的环境条件越来越复杂。

深圳地区的工程地质、水文地质条件较为复杂,受气候条件的限制,每年长达 4个月的雨季及台风等自然灾害,均对基坑支护造成了严重的威胁,以上因素都给基坑支护带来了极大困难。

深圳地区基坑支护结构的主要类型

4.1 排桩法支护

排桩法系指由呈队列式间隔布置的钢筋混凝土挖孔、钻孔等灌注桩组成的挡土结构,又可分为悬臂式支护结构或支锚(支撑或锚杆)支护结构,从布桩型式又可分单排与双排布置。排桩法支护是深圳地区最常用的支护结构类型。

根据深圳地区的经验,悬臂式支护结构适用于开挖深度不超过 10m 的粘性土层,不超过 8m 的砂性土层,以及不超过 4~5m的淤泥质土层。

支锚结构中的桩锚式支护是深圳地区最为常见的基坑支护结构型式,比较典型的 工程有鸿昌广 场(四层地 下 室,挖深 16.3m)、侨光广场 (挖深 14m)、亚洲商业大厦(挖深 13~ 14.5m)等工程。

内支撑结构造价较锚杆低,但地下结构施工不方便,因此在深圳地区应用比较少。在特殊情况下,内支撑结构具有显著优点。如深业集团建设路停车库,基坑平面尺寸约为30m×30m,基坑深约 10m,最后采用了人工挖孔护坡桩结合单层钢筋混凝土内支撑方案,实施效果较好,缺陷是拆除钢筋混凝土支撑工作量大。

最近也出现了护坡桩,锚杆结合半逆作法施工的地下结构的工程实例,如地王商业大厦、京广中心大厦等,效果良好。

4.2 地下连续墙支护

地下连续墙对各种地质条件及复杂的施工环境适应能力强,结构刚度大,整体性及防渗耐久性能良好,是一种比较有前途的基坑支护方式。深圳地区基坑支护工程中采用的地下连续墙—般集挡土、承重、截水和防渗于一体,则兼作地下室外墙。

地下连续墙结合半逆作法在深圳地区已有的地下墙工程中占较大比重。则基坑开挖时,控制地下墙悬臂高度在 3~5m 以内,预留一定宽度的平衡十体,完成中心岛部分十方及地下结构,设署临时支撑,正作法完成平衡十体十方及地下结构至+0.00。

4.3 喷锚支护

喷锚支护是喷射混凝土面层、锚杆、钢筋网联合支护的,总称。喷锚网支护作为—种岩十原体加固技术,通过对十体的嵌因、加筋作用,与土体形成共同工作体系,目前在深圳地区,喷锚支护技术已广泛应用于 10m 以上的基坑工程。

喷锚支护施工中必须做到逐层逐段开挖。逐层支护,随挖随支,以及有效地保持十体强度,减少对十体的扰动。由干施工灵活、快捷,用于基坑工程枪险的效果显著。如久理出现护坡桩倒塌事故的新世界大厦基坑(坑深 8~14m)和文锦广场基坑(坑深8m)等。

喷锚支护对于淤泥等软弱地层不适用,对于饱和含水的其它土层,则需与降、截水措施联合应用。喷锚支护技术还可与排桩法联合应 用,即基坑边坡 上部采用喷锚支护,下部采用护坡桩,以降低基坑工程造价。

4.4 其它支护型式

除上述的儿种常见的基坑支护结构型式外,目前深圳地区对于开挖深度在 7m 以内的基坑也有采用钢板桩或格栅状粉喷桩重力式挡墙等支护方式。

4.5 深圳地区深基坑工程中地下水的治理

深基坑工程中, 为防 止通砂、流泥等诱透发基坑周围建筑物的过大变形或开裂等事故、病害,必须对地下水进行有效治理, 主要为降水及截水两种方式。

截水主要是采用搅拌桩、 高压旋喷、摆喷、定喷或灌浆等方式形成一定厚度的防渗墙,根据深圳地区的工程经验,灌浆效果一般 比较差,难以形成全封闭的帷幕体。

深圳地区基坑工程的降水一般采用管井或深井。降水设计,应确保相邻建筑的安全,必要时可设置回灌井点。

5 武汉

1980 年以前,武汉地区的地下室一般不超过一层,基坑开挖深度极少超过 7m,进入 90 年代以来,高层、超高层建设项目大增,基坑工程规模更大,由干缺乏经验,各类事故不断发生。 武汉地区地质条件复杂。建筑密度大,这方面的困难更大。作用于支护结构上的土压力、水压力及其他荷载,其计算方法与分布模式的假定并不统-一,但根据变形限制程度选取土压力是合理的方法。当允许变形很小时,主动区土压力系数 K应介干主动土压力系数与静止土压力系数之间,即 K。>K>K。,对被动区,同样有 K,<K<K。。而目 K远比 K。为小。《岩十 工程勘察规范》对有内支撑的支护结构土压力计算作了明确规定,可供参考。

计算水压力有两种方法,即总应力法和有效应力法。前者采用总应力c、φ值和天然重度(或饱和重度)计算土压力,并认为水压力已包括在内,不另计算。后者采用有效应力 c',d及浮重度 7'计算土压力,另加静水压力,即水土分算。

武汉地区厂广泛分布 Q,、Q3地层老粘性土,一般不含水,不存在水压力问题。但在开挖年载之后。 文种超固结的老粘性土易干产生胀裂隙,给水分进入提供通道。裂隙中充满水之后,就会产生水压力,对土体的破坏类似于水力劈裂,后果严重是不容忽视的。

与支护结构设计有关的土质参数,主要是抗剪强度 c,g,土的重度 7 以及水文地质参数。c,的试验方法有直剪、三轴之分,按排水条件和剪切速率有不固结不排水 (UU)、固结不排水(CU)和固结排水(CD)之分。不同方法会得出不同的结果。深基坑开挖,宏观上属于卸载路径的范畴,用 UU试验反而是偏危险的,所以对老粘性土不能使用Cu(=g,/2)、Cuu(三轴)和 C。(直快剪)。对汉口地区的软土则情况有所不同。对淤泥应以 UU为主。对粉质较强的士,不要人为地加大 Cu值,是不可靠的。

武汉地区常用的支挡结构有如下型式∶

5.1 悬臂桩排支挡是武汉地区过去应用最广泛的一种支护结构形式。在基坑深度不大的情况 (例如 5~6m)下,尚未发现大的问题。近几年来,随着基坑深度的增大,悬臂支挡发生的问题越来越多。

按现行设计方法,悬臂桩必须有很大的入土深度,例如达悬臂高度的 1~2 倍,承受的弯矩很大,因而侧向位移也很大。武汉地区悬臂桩支挡变形以前倾者居多,建议对悬臂支撑的高度作一定的限制。结合武汉的十后条件,建议对φ600~φ800mm 的悬臂桩高度限制为 3~5m。 当基坑深度过大,不能满足 上述要求时,建议采用支挡与放坡结合的方式。

作为悬臂支挡结构的一种变型是在支挡桩排后,紧挨着加一排止水桩。设计者指望 止水桩排除隔渗外,还能增大支挡的抗弯刚度。其实止水桩排设置之后很难与前排支挡桩形成组合刚度,而隔渗之后,必然增大支护系统承受的水压力,致使系统变形加大,失效的可能性更大。

悬臂支挡结构的另一种变型是双排桩,前后排以横梁连结,组成"门式刚架"。事实表明,这种形式对悬臂支挡的特性并没有多大的改善。由于两排桩之间的土一般都是很松软的,前后桩不可能形成组合刚度。 如果在两排桩之间采用深搅、高喷等方法将软十固化,有可能取得好的效果。

5. 2 桩、锚 (内支撑)支挡

桩、锚支护已在武汉应用,效果也很好。对锚固力、支撑力的计算多采用简化方法。如对单层锚杆采用等值梁法计算入土深度、锚固力和桩身内力。国内外的实践经验证明。这种简化方法是可行的,与精确解相比,相差不大日偏于安全。认为简化方法比用连续梁弯矩分配法计算的结果更接近干实际。在经验不足的情况下,暂时采用这种简化方法是可行的。

另外,在条件合适的情况下,采用围筒式支护是十分有利的,它能将径向土、水压力转变为环向压应力,使支护结构处于最佳受力状况,在限制土体变形方面也能获得最佳效果。

5.3 放坡与固坡

相对于垂直开挖、垂直支挡而言,放坡总是较为安全也可能是较经济的办法,例如土质边坡达 1∶1或1∶1.5,基本上可保持稳定,毋需采取更多的固坡措施。但由于场地限制一般只能做成 50°~70°的陡坡,必须另加可靠的固坡措施,固坡方法可采用挂网喷(抹)浆护面、土钉、螺旋锚、土工织物加筋、砂包叠置反压等。即使不能全高度放坡,采用部分放坡、部分支挡的方式也较全高度支挡有利。

5.4 降水与隔渗

武汉沿江一级阶地下水文地质条件、工程地质条件给深基础施工带来的困难是最为突出的。

近年来,武汉深基坑突涌事故多次发生,严重时导致基坑被涌通砂押没,四周地面下沉。房屋倾斜开裂 。-般是在基坑深达 7~8m 时,即有发生突涌的危险。因此在考虑深基坑支护设计时,对地下水的危害千万不可掉以轻心。必须有十分良好的施工技术来保证。

关于深基坑中水的治理目前有两种方法,一为降水,二为隔渗,两者各有其利弊。降水费用可能低于隔渗。降水后,对边坡稳定也有一定的好处。但降水必须持续很长时间。如果不能降水,则 只能隔渗。-一为竖向隔渗, 即设置竖向隔渗帷幕一直深入到卵石层底,故称 "落地式"隔渗,另一种为较浅的竖向隔渗幕和水平封底,亦称"五面"隔渗。

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