河南某商务大酒店基坑支护方案优选及应用(硕士论文、附示意图).pdf

桂林理工大学 硕士学位论文 南阳市光彩商务大酒店基坑支护方案优选及应用 姓名 吴帅涛 申请学位级别 硕士 专业 岩土工程 指导教师 牟春梅 201204 摘要 在经济快速发展的今天 我国城市高层建筑和超高层建筑日益增多 基坑工程正朝 着规模化 复杂化 纵深化的方向迈进 然而 在快速发展的背后也存在着大量的问题 诸如在设计和施工中如何降低基坑工程成本 如何保证基坑工程安全 可靠 如何节约 工期达到各方成本最大化 如何减小对周边环境和居民生活的影响等等 这些也给基坑 支护工程方案优选和结构形式选择提出更新 更高的要求 基坑支护工程内容丰富 涉及面广 综合性 系统性很强 这就势必导致在设计和 施工过程中出现各种各样的难题 如何使基坑支护工程方案优选即能达到良好的社会效 益和经济效益 又能使基坑工程朝着安全 环保 可靠 节约的方向良性发展 这就需 要一套科学 合理而且行之有效的基坑设计方案优选方法 但由于目前技术和理论还不 够成熟 事故时有发生 因此 开展对深基坑支护工程方案优选的研究就具有十分重要 的意义 本文结合南阳市光彩大市场商务酒店深基坑工程的实际情况 采用层次分析法 模 糊综合法和二元对比法对三个备选基坑支护方案进行优选 并最终确定方案二 土钉墙 支护结构 为最优方案 其优选结果也正好原设计单位的设计方案相吻合 通过对评优 理论和方法的学习与研究 可总结以下几方面 1 本文运用层次分析法将定量和定性的决策问题予以量化 选取经验丰富的专 家对基坑优选方案中的各个指标元素进行科学 合理的评价 最终得到元素综合权重值 与传统方法相比 层次比较清晰 准确性有了较大的提高 2 模糊数学综合法评优应用的范围很广 涉及到各个领域 本文将此法应用于 南阳市光彩商务大酒店深基坑支护工程方案评优中 通过计算分析得出最优方案 而且 与原设计和施工方案一致 充分说明了此法的优越性 科学性和可行性 3 为了证实层次分析法与模糊数学综合法评优联合使用的准确性 本文又选取 模糊数学中的另一种方法 二元对比法 进一步研究和优选 最终评选计算结果两者也 是吻合的 同时也和原设计单位的方案一样 充分说明该方法在基坑评优中是行之有效 的 关键词 基坑支护 方案优选 指标权重 模糊综合评优 应用 a b s t r a c t r a p i de c o n o m i cd e v e l o p m e n t c h i n a su r b a nh i g h r i s eb u i l d i n g sa n ds u p e rh i g h r i s e b u i l d i n g si si n c r e a s i n g f o u n d a t i o np i ti sm o v i n gi nt h es c a l e c o m p l e x i t y d e p t ho fd i r e c t i o n b e h i n dt h er a p i dd e v e l o p m e n t h o w e v e r t h e r ea r eal o to fp r o b l e m s s u c ha sh o wt or e d u c e t h ec o s to ff o u n d a t i o np i ti nt h ed e s i g na n dc o n s t r u c t i o n a n dh o wt oe n s u r et h a tt h e e x c a v a t i o ne n g i n e e r i n gi ss a f e r e l i a b l e a n dh o wt os a v et h ed u r a t i o nt om a x i m i z et h ep a r t i e s c o s t s h o wt or e d u c eo ns u r r o u n d i n ge n v i r o n m e n ta n dt h ei m p a c to fl i v i n ga n ds oo n f o u n d a t i o np i te n g i n e e r i n gp r o g r a mo p t i m i z a t i o na n ds t r u c t u r et om a k eu p d a t e s h i g h e r r e q u i r e m e n t s t h ef o u n d a t i o np i te n g i n e e r i n gc o n t e n ti sr i c h i n v o l v i n ga 谢d er a n g eo fc o m p r e h e n s i v e s y s t e m a t i cs 仃o n g t h i sw i l li n e v i t a b l yl e a dt oav a r i e t yo fc h a l l e n g e si nt h ed e s i g na n d c o n s t r u c t i o np r o c e s s h o wt om a k et h ef o u n d a t i o np i te n g i n e e r i n gs c h e m e st oa c h i e v es o c i a l a n de c o n o m i cb e n e f i t s b u ta l s om a k et h es o u n dd e v e l o p m e n to ft h ep i tw o r k st o w a r d sa s a f e e n v i r o n m e n t a l l yf r i e n d l y r e l i a b l e e c o n o m i c a ld i r e c t i o n t h i sr e q u i r e sas c i e n t i f i c r a t i o n a l a n de f f e c t i v ep i td e s i g no p t i m i z a t i o nm e t h o d h o w e v e r d u et ot h ec u r r e n tt e c h n o l o g ya n d t h e o r yi sn o tm a t u r ee n o u g h a c c i d e n t sh a v eo c c u r r e d t h e r e f o r e t os t u d yt h eo p t i m a l e n g i n e e r i n gs o l u t i o n so nt h ed e e pf o u n d a t i o np i ts u p p o r ti so fg r e a ts i g n i f i c a n c e i nt h i sp a p e r t h ea c t u a ls i t u a t i o no ft h el u s t e rb i gm a r k e tb u s i n e s sh o t e li nn a n y a n gc i t y d e e pe x c a v a t i o n s u s i n gt h ea n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s f u z z ys y n t h e s i sm e t h o da n dt h e b i n a r yc o m p a r i s o nm e t h o dt ot h r e ea l t e r n a t i v ef o u n d a t i o nb r a c i n gp r o g r a mo p t i m i z a t i o n a n d f i n a l i z et h ep r o g r a m s o i ln a i l i n gw a l ls t r u c t u r e f o rt h eo p t i m a ls o l u t i o n t h ep r e f e r r e dr e s u l t s a l s oh a p p e n st ot h eo r i 咖a ld e s i g nu n i td e s i g ni sc o n s i s t e n t a p p r a i s e dt h e o r ya n dm e t h o d so f l e a r n i n ga n dr e s e a r c h c a nb es u m m a r i z e di nt h ef o l l o w i n ga s p e c t s 1 i nt h i sp a p e r t h ea n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s sb o t hq u a n t i t a t i v ea n dq u a l i t a t i v ed e c i s i o n p r o b l e mt ob eq u a n t i f i e d s e l e c te x p e r i e n c e dp r o f e s s i o n a l sf o re a c hi n d e xe l e m e n ti nt h ep i t o p t i m i z a t i o np r o g r a m f o rs c i e n t i f i ca n dr a t i o n a le v a l u a t i o n t h ef i n a le l e m e n to f c o m p r e h e n s i v ew e i g h tv a l u e c o m p a r e d 晰也t r a d i t i o n a lm e t h o d s t h el e v e li sr e l a t i v e l yc l e a r t h ea c c u r a c yh a sb e e ne n h a n c e d 2 i n t e g r a t e dm e t h o do ff u z z ym a t h e m a t i c sa p p r a i s e dt h ea p p l i c a t i o no faw i d er a n g eo f r e l a t e dt ot h ev a r i o u sf i e l d s i nt h i sp a p e rt h i sm e t h o di s a p p l i e dt ot h el u s t e rb i gm a r k e t b u s i n e s sh o t e l i nn a n y a n gc i t yd e e pf o u n d a t i o np i te n g i n e e r i n gp r o g r a ma p p r a i s e d t h r o u g hc a l c u l a t i o na n da n a l y s i so ft h eo p t i m a ls o l u t i o n c o n s i s t e n tw i t ht h eo r i g i n a ld e s i g n a n dc o n s t r u c t i o np r o g r a m f u l l yd e m o n s t r a t e st h es u p e r i o r i t yo ft h i sm e t h o di ss c i e n t i f i ca n d i i f e a s i b l e 3 i no r d e rt oc o n f i r mt h ea c c u r a c yo f t h ej o i n tu s eo ft h ea n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s sa n d f u z z ym a t h e m a t i c sm e t h o da p p r a i s e d s e l e c tf u z z ym a t h e m a t i c si naw a yd u a lc o n t r a s t m e t h o d f u r t h e rs t u d ya n do p t i m i z a t i o n t h ef m a ls e l e c t i o nt oc a l c u l a t et h er e s u l t so fb o t ha r e c o n s i s t e n t a l s ot h eo r i g i n a ld e s i g nu n i tp r o g r a m s f u l ld e s c r i p t i o no ft h em e t h o di se f f e c t i v e i nt h ep i ta p p r a i s e d k e y w o r d s f o u n d a t i o np i t p r o g r a mo p t i m i z a t i o n i n d e xw e i g h t s f u z z yc o m p r e h e n s i v e e v a l u a t i o n a p p l i c a t i o n i i i 桂林理工大学硕士学位论文 1 1 引言 第1 章绪论 基坑是房屋建筑 市政工程或地下建筑物等施工时需要开挖的地坑 一般深为6 m 的称为深基坑 为保证深基坑施工 主体地下结构安全和周围环境不受损害而采取的支 护结构 降水和土方开挖与回填 包括勘察 设计 施工和监测等 统称为深基坑工程 职捌 有人说2 0 世纪是高层建筑的世纪 2 1 世纪必将是地下工程的世纪 如何做好地 下工程 采取什么样的设计方法 选择什么样的支护方案等等一系列问题必将引起人 们的重视 而基坑支护方案优选和设计则是影响工程成败的重要因素之一 因此 科学 合理的选择支护方案并根据工程实际特点进行设计具有十分重要的现实意义和实践价 值 1 2 选题背景及研究意义 1 2 1 选题背景 2 0 世纪8 0 年代以前 国内高层很少 深基坑工程并没有引起大家足够的重视 改 革开放之后 随着经济建设的高速发展 大城市的高层建筑如春笋般的不断涌现 深基坑 工程也越来越多 而且越挖越深 有的挖深达到2 5 米左右 地下室达到4 5 层 这给 基坑支护设计和施工带来诸多困难 别外 随着房价继续走高 大中城市的建筑土地变 的更加珍贵 尤其在黄金地段 可谓是寸土寸金 基坑放坡空间越来越小 或是三面紧 挨已建建筑 或是地下管线密集 或是各种情况集合体 这些为基坑支护优化和设计提 到一个更高的水准 基坑支护是基础和地下工程施工中的一个古老的传统课题 既涉及土力学中强度 稳定性等问题 又涉及变形问题1 4 1 其中包括土力学 结构力学 岩体力学 基础工程 学 工程地质学等 同时还涉及到原位技术 土与支护结构的共同作用 因此 基坑支 护是一个综合性较强的学科 目前 深基坑支护技术并不够成熟 理论也不够规范 大 都处于边摸索边实践中 深基坑支护事故时有发生 如京光广场 珠海的祖国广场等 每个工程事故 其经济损失都在千万元以上 5 1 据国内统计 事故率约占总工程量的1 4 严重阻碍了深基坑技术和理论的发展 因此 有针对性的选择制定基坑优选方案 对基 坑支护工程成败起着至关重要的影响 桂林理 大学硕士学位论文 1 2 2 研究意义 基坑支护是一项复杂性较强的系统工程 在工程实践应用中的支护种类繁多 组合 形式各有各的优点 也各有各的缺点 选择一种合理的支护形式和和结构类型对基坑工 程至关重要 当然啦 优化设计 优选方案是基坑支护的重中之重 它不但能达到良好 的社会效益和经济效益 而且还能使基坑工程朝着安全性 环保性 可靠性 节约性的 方向良性发展 城市的快速发展给基坑支护带来很多不确定因素 如 周边环境 基底地下水 支 护结构土压力 地质构造 土方开挖和局部土体补强等 选择一种科学 符合现场实际 支护方案是比较困难的 由于设计师们水平参差不齐 导致工程事故时有发生 如边坡 土体失稳 结构材料破坏 管涌 流砂和突涌等 尤其在一些淤泥 淤泥质土地质复杂 分布区 基坑的安全性 可靠性更难以控制 因此 选择一种环保 可靠 经济 安全 的最优方案 是必要的 有针对性地选取一定的支护类型和结构 根据现场实际情况定 性 定量的对基坑工程进行优化设计分析和研究 具有十分重要的理论价值和工程实践 意义 1 3 深基坑工程的国内外研究现状 1 3 1 国外现状 基坑工程的研究在国内只有几十年 但已取得骄人的成绩 国外的研究已有一百多 年的历史 2 0 世纪3 0 年代 基坑工程在国外已经有人开始着手研究 以t e r z a g h i 和p e e k 等人为代表 6 在预估挖方稳定程度和支护荷载的总应力方面取得长足的发展 5 0 年 代 以8 j e r u r m 和e i d e 等人为代表 7 对基底应力的计算进行了研究 6 0 年代 各种仪 器监测手段开始在挪威和北美等地软粘土深基坑中使用 并取得良好的效果 g j 随后的 几十年 在计算机等辅助软件的帮助下 基坑工程得到迅速发展 同时 法律 法规的 出现 也为基坑工程迈向正规化奠定了基础 基坑工程优化设计在国外起步也较早 发展迅速 特别是美国的l a z a d e h 教授和 t l s a a t y 专家在2 0 世纪6 0 7 0 年代分别提出了模糊集合的数学理论和层次分析法 t h e a n a l y a ch i e r a r c h yp r o c e s s 9 它们将方案者的经验判断给予量化 并根据各方权重指 标将定性 定量的问题巧妙结合在一起 为基坑工程方案优化设计提高了科学性 准确 性 同时 他的快速发展也得到国内外专家的一致认可 而随后的几十年 国外在基坑 工程支护方面又涌现出多种新的优化方法 如 二元对比法 l o 有序加权平均算子 l j 和遗传算法1 1 2 等 这些方法的出现给基坑工程支护带来又一次革命 2 桂林理工大学硕士学位论文 1 3 2 国内现状 2 0 世纪8 0 年代之后 随着我国沿海和大城市快速发展 深基坑工程越来也多 突 出的问题不断涌现 事故率不断提高 在这种情况下 国内学者开始总结国内外基坑工 程相关经验理论 编制相应的法律 法规 基坑工程逐渐走向正规 同时 也涌现出一 大批的科研成果和理论 具体总结如下 1 在基坑工程优化方面 如 肖位枢 i3 编写的 模糊数学基础与应用 阐述了模 糊数学法如何应用于基坑工程的初步理论 张轩和吕培印 1 4 通过研究创立了一套深基坑 支护方案优选方法 即模糊相似优先比决策法 很好地解决了不确定指标因素和己知因 素共同影响的深基坑工程 并通过求实际情况和理想情况之间的相似度解 得到基坑合 理的最优支护方案 邓聚龙 l5 教授创立的在定量指标已知 而定性指标较模糊的情况下 采用二元对比的方法对多个备选方案进行判断和评价的优选理论模型 张尚根和徐杨青 u 6 j l7 j 提出了基坑支护方案的优化确定方法 模糊优化决策模型 实例证明 该法对指标 元素模糊性较大较为适用 遗传优化算法是美国j h h o l l a n d 教授最先提出的 1 2 1 并于 8 0 年代初传入我国 它以达尔文进化论中的名言 适者生存 优胜劣汰一的自然法则 为基础 以实物从低级到高级演化过程为发展动向 并结合相应的数学模型和协同演化 算法 以及实现遗传优化的相关技术对基坑工程进行优化设计 大量事实证明 它对于 解决基坑支护优化是非常有效的 2 在基坑工程变形方面 如 侯学明掣1 8 i 对地下连续墙结构基坑稳定提出了一种比 较合理的计算模式 并充分考虑了空间作用和土体间环向挤压效应而引起的抗隆起稳定 的各种因素 孙钧 侯学渊 1 9 采用有限元 边界元方法对基坑开挖等地下工程与围岩介 质的静 动态共同作用进行了分析 并引入了弹性 塑性 粘弹塑性等不同的介质本构 模型 从线性分析发展到非线性分析 陈页开 2 0 通过模型试验和数值分析对作用于刚性 和柔性挡土墙上土压力的大小及其分布规律进行了研究 并采用有限单元法对刚性挡土 墙变位方式和被动土压力大小进行了分析 张耀东 龚晓南1 2 1 采用有限元计算机软件对 深基坑合理选型及稳定性验算进行研究与分析 3 在监测方面 如 钟正雄 马忠政等 2 2 1 等人通过对基坑工程监测数据库和计 算机连接的研究 发现利用计算机管理监测数据即方便快捷又省心省事 同时也提高了 监测的效果和施工速度 李二兵 谭跃虎等 冽等人以弹性薄板理论法为核心 以深基坑 支护结构 以地下连续墙为例 的侧向位移为研究对象进行了研究和分析 最终得出了侧 向位移的数学计算公式 沈华中幽 通过对堤防工程监测的研究 创立了一套人工智能预 测和监测理论模型 经过后期大量的试验和施工现场的应用 证明了该模型是比较科学 合理的 3 桂林理t 大学硕十学位论文 1 4 深基坑工程的特点和未来发展趋势 1 4 1 深基坑工程特点 深基坑支护种类繁多 方法也是各式各样 下面从整体上总结下基坑工程的工程特 点 具体如下g 1 基坑支护体系在地下工程初期一般作为临时结构进行设计的 安全储备系数 较小 多数情况下 基坑支护工程即作为围护支挡体系又可作为地基工程的一部分 由 于地质条件 荷载 周边环境等因素的不确定性的影响 因此 具有较大风险性 2 全国基坑工程的地质条件各不相同 大多具有一定的区域性 而且施工对象 自然土或是岩石土 其力学性质千变万化 即使在同一地区有时岩土性质也差别较大 因此 施工和设计人员要因地制宜 结合周边环境和已建工程的相关经验进行优化计算 3 基坑工程在国外发展近百年 在国内也有几十年的历史 尽管这方面的研究 是硕果累累 但在理论上 强度验算 稳定性验算 变形监测等 并不成熟 很多工程 仍然采用半理论 半经验方法进行设计和施工 因此 科学理论研究仍有较大空间待后 人继续发展 4 深基坑工程工期较长 一般约占总工期的1 3 而且工程造价比重较大 基坑 工程是整栋建筑的根基 他的成败至关重要 同时 也是保证上层建筑可靠性 顺利施 工的关键性工作 5 基坑支护是基础和地下工程施工中的一个古老的传统课题 既涉及土力学中 强度 稳定性等问题 又涉及变形问题 其中包括土力学 结构力学 岩体力学 基础 工程学 工程地质学等 同时还涉及到原位技术 土与支护结构的共同作用 因此 基 坑支护是一个综合性较强的学科 6 影响基坑工程支护的不确定因素较多 如 外力因素 地质条件性质 暴雨 震动等 因此 施工过程中要因地制宜 随着各种因素的变化而应采取相应的措旅 同 时 要做好每段施工过程中监测工作 使不确定因素转化为确定因素 降低事故率发生 1 4 2 深基坑未来发展趋势 随着国内经济和建设的快速发展 高层和超高层建筑不断涌现 地下空间的利用越 来越受到人们的关注 对基坑工程的设计和施工提出了更高的要求 事故率的不断增加 促使基坑工程设计者更要以科学 严肃的理念对待一问题 下面总结近2 0 年国内基坑 工程的发展趋势 1 基坑工程朝着深度深 面积大的方向发展 城市用地紧张 基坑周边环境变 得越来越复杂 为基坑设计带来更多困难 单一的 常规的开挖支护难以达到理想的效 果 因此 采用两种或是多种复合方法进行支护是今后发展的大趋势 4 桂林理工大学硕士学位论文 2 强度和变形是贯穿基坑工程成败的两个重要因素 大多数工程设计者只是强 调满足基坑边坡稳定性即可 往往忽略了强度和变形的重要性 很多工程的监测形同虚 设 事故发生也在所难免 尤其在粘土地区或周围环境要求较高的基坑工程后者往往占 主导地位 即设计应由变形控1 2 5 因此 基坑工程即要保证边坡稳定性 同时也要充分 考虑强度和变形因素的影响 并不是单单的满足设计要求即可 3 随着深基坑的发展 预应力也广泛应用于深基坑工程中 作为柔性支护 不 但占用地下空间小 节约成本 而且施工方便 基坑变形小 尤其在超深基坑得到广泛 应用 4 地下水和地表水给基坑支护带来很多不确定因素 在现行基坑规范设计中 一般假设土压力是不变的 但在现场实际监测中是变化的 往往设计时以满足要求 但 由于下暴雨 坑边堆载过多或是震动等周围因素的影响 增加了事故率的发生 5 基坑工程的信息化施工 施工监测 科技的快速发展 计算机的广泛应用 推 动基坑工程朝着更快 更准 更安全的方向不断前进 摆脱了完全靠经验监测时代 随 着各种新的施工方法和先进的监测技术不断地应用于深基坑工程中 不但加快了施工效 率 而且还大大降低事故率的发生 1 5 本文研究内容 本文共分为六个章节进行叙述 内容如下 第一章主要提出基坑工程的选题背景和研究意义 以及国内现状 并介绍了基坑工 程的发展趋势和特点 第二章主要介绍了基坑工程的分类和适用范围 以及支护类型选 择的依据 原则和国内常用的施工方法 第三章主要介绍了各种国外内的经典土压力理 论 如静止土压力理论 朗金土压力理论 库仑土压力理论 同时 根据我国的最新法 律 法规 又介绍了几种其它土压力计算理论 以及基坑支护工程设计常见的计算方法 第四章主要介绍了深基坑支护的设计原则 计算方法 极限平衡法 有限元法等 基 坑整体稳定性验算 抗倾覆稳定性理论 坑底抗隆起稳定性计算理论 以及基坑监测理 论的重要性 最后对基坑支护研究及实际应用中存在的问题进行剖析 第五章主要介绍 了层次分析法 模糊数学综合法 二元对比法的模型和理论 第六章结合基坑工程实例 运用优选理论模型进行分析和研究 得出基坑支护最优方案 第七章是结论和展望 5 桂林理工大学硕 学位论文 第2 章基坑工程支护结构分类与施工方法分析 2 1 基坑工程的分类及适用范围 基坑工程的分类较多 支护类型繁杂 目前国内的基坑支护种类有以下几种 土钉 墙支护 悬臂式支护 拉锚式支护 重力式支护 内支撑式支护 复合土钉支护等 1 土钉墙支护 土钉墙技术是在基坑开挖过程中将密集的土钉群植入土体中 在其边坡表面焊接钢筋网 并喷射混凝土面层 通过土钉群 被加固的原位土体和钢筋 网混凝土面层形成一个复合的 能自稳的挡土结构 土钉一般是通过钻孔 插筋 注浆 来完成的 主要依靠与接触面的粘结摩阻力提高支挡稳定性 最终形成一个能与周边环 境相适应的复合结构 2 6 1 如图2 1 所示 土钉墙本身结构轻 柔性较大 施工机械简单 方便 工程总价低 能合理利用原位土体的自承能力等优点 被广泛应用于基坑支护工 程中 s 冬套尽念采冬 妻 图2 1 土钉墙支护结构简图 土钉墙主要应用于地下水以上或是经人工降水 截水后的较密集人工填土 粘性土 粉土 胶结性较好的砂土等 基坑深度一般小于1 2 米 对软土场地的原位土体并不太 适应 2 悬臂式支护 是指在结构内部未加任何支撑或是锚杆 主要靠墙体嵌入坑底 原位土体一定深度来平衡墙体自重 上部地面荷载和人工堆载 以及主动土压力和水压 力的一种轻型支挡结构 通常分为排桩式支挡结构和地下连续墙式结构两种 由于坑底 以上支挡部分处于悬臂状态 因此 结构受力条件比较明确 近年来 在国内已开始大 量应用 2 6 j 悬臂式支护主要适用于地质条件的较好原位土体 基坑深度不太深 地基承载力较 小 开挖深度应控制在十米以下 3 拉锚式支护 主要是由支挡结构 原位土体 受拉力锚杆共同组成的一种围 护支挡结构 拉锚式结构共分为两大类 地面拉锚围护结构 外拉系统在地面设置 和 6 桂林理工大学硕十学位论文 锚杆围护结构 外拉系统沿坑壁土体内设置 在基坑工程中应用的较多 较常见的是 锚杆支护体系 这种体系一般占用地下空间面积小 经济 施工较方便 快捷 越来越 受到甲方 乙方 设计等单位的青睐 受力较简单 主要靠锚杆提供的拉力来稳固原位 土体 使支护结构 上部荷载 土压力 水压力能达到共同平衡 2 6 随着钻孔机械和泵 送混凝土注浆设备不断更新换代 此技术在国内外已得到大家的广泛认可 拉锚式支护结构主要适用于硬度较强的粘性土 较密实人工填土 粉质粘土和砂土 等 开挖深度一般控制在1 2 米以内为最好 虽然拉锚式支护技术在国内外已得到大家 的广泛认可 但是缺点也不少 尤其是对地质较差的淤泥 淤泥质土 软塑粘性土 松 散砂土等并不太适应 当基坑周边建筑物和构筑物较多时 应尽量做好勘察和排查工作 4 重力式支护 顾名思义是靠材料自身重量来平衡上部荷载 侧向土压力和水 压力的一种围护支挡结构 如图2 2 a b c 为三种形式 所示 主要施工方法比较简 单 一般采用深层搅拌机或是高压旋喷机将水泥和原位土体充分搅拌 经过一系列的化 学物理反应 形成具有一定强度 稳定性的支护墙体 该方法的优点是取材简单 用石 材或是混凝土 施工也较便捷 而且渗透系数较小 控水作用良好 而且工程造价较 低 矧 口 6 c 图2 2 重力式支护结构简图 适用条件 一般应用于地质条件较好的地区 对于局部有淤泥 淤泥质土 粉土等 区域 要求基坑深度应控制在6 米以内 缺点是自重较大 墙体较厚 占用基坑空间 开挖面扩大 5 内支撑式支护 通常又分为水平支撑和竖向斜撑两种形式 如图2 3 所示 主 要由挡土支护结构和内支撑体系两部分体系共同组成 挡土支护结构主要承受上部荷 载 侧向土压力及水压力等 内支撑体系主要给挡土结构提供足够的支撑力 与重力式 挡土墙比 具有更好的稳定性 开挖深度较大 对软弱土层也适合嘲 一般适用于粘性土 砂土 人工填土 软弱土等 尤其是在基坑深度大于6 米时 7 类型复舍王钉墙支护结构简圈 8 桂林理 厂大学硕士学位论文 2 2 基坑工程支护类型选择的依据和原则 2 2 1 基坑工程支护类型选择的依据 基坑工程选型 般考虑的因素较多 但总体上也是围绕着造价 可靠性 施工技术 等进行的 常遵循 造价低 可靠性安全 施工技术优良 环境不受到污染 为依据 简要叙述如下l z 7 j 1 不同的支护方法都有自己的优缺点 深基坑选型首先要考虑各种因素的影响 和制约 如 基坑支护坡度的选取必须要合理 否则费工 费时 费材料 严格控制基 坑开挖深度 需要分层开挖的 必须做好上部支护后再进行下道程序 严谨超挖 充分 了解周边已有构筑物和建筑 地下水 地下管线的分布情况 做到心中有数 基坑外围 的堆载要合理分布 把有关堆载数据计算清楚 已备设计之用 2 基坑施工前各种材料要齐备 如 设计院提供的基坑支护图纸要齐全 测量 基准点要准确 岩土勘察院要提供详细的原位测试数据 物理和力学详细参数 施工 前最好了解周边环境和主要建筑的情况 包括地基埋深 沉降 变形后期监测等 3 作用在支挡结构上荷载要了解清楚 以便对症下药 如侧向土压力 基坑周 边上部荷载 人工堆载等 4 要充分了解岩土勘察单位提供的详细勘察报告 如 地质条件 地下水分布 和补给情况 土体分层情况 是否是特种土等情况 2 2 2 基坑工程支护类型选择的原则 基坑工程支护一般围绕边坡稳定性 可靠性 变形三者进行选型和设计的 稳定性 是指围护支挡结构与侧向土压力 动静水压力 基坑周边上部荷载之间达到平衡状态 可靠性就是从基坑整体安全角度进行剖析 防止失稳 原位土体移动 坍塌等情况发生 变形主要是从监测角度进行分析 如 基坑土体裂缝 倾斜 沉降 支挡结构材料发生 形变和蠕动等 选型是否恰当 合理 科学 经济 对基坑支护稳定性 安全性至关重要 不但可 以减少事故率的发生 而且能节约工程总造价 可谓是一举多得 下面从几个方面介绍 一下选型的基本原则 1 基坑开挖深度和面积要合理 每种基坑支护类型大多都有最优开挖深度 开 挖较深或是较浅 都有可能造成财力 人力 物力的浪费 因此 要根据设计施工图和 基坑的实际情况选择最优的开挖深度 2 要根据场地条件合理选型 基坑周边管线密集时 不应采用土钉墙支护 锚 杆支护等 避免穿过原位土体 造成不必要的经济损失 基坑较深时 要合理分层 严 格控制点 线 面的分层位置 能放坡的尽量放坡 坡度选择是适当 9 桂林理下大学硕士学位论文 3 从勘察报告上的地质条件考虑 土层分层情况要分清 否则会影响选型判断 对于硬塑 可塑 软塑 松散 密实等不同土质状态 要根据各自支护类型的特点进行 恰当选型 4 从基坑工程总体上考虑 土体种类接近的或是相同 尽量选择同一类型的支 护结构 土体种类和分层不一样的 要从总体考虑 该分段的应严格分段 最好即能达 到基坑支护要求 又能与周边环境条件相适应 5 选型要遵循区域问题 一定的区域地质条件从大的方面有许多相似之处 可 参考已建工程的有关经验进行设计和施工 但不能完全采取 拿来主义 否则容易犯 致命错误 俗话说 万事开头难 只有充分考虑各种因素的影响 才能使选型选择更加合理 恰当 2 3 国内常用的支护类型施工方法分析 随着国内基坑工程的快速发展 支护方法百家齐放 遍地开花 各具各的优点 各 具各的缺点 适用范围也各不相同 但应用较广泛的一般有以下几种 如 基坑放坡开 挖 土钉墙边坡支护 锚杆挡土墙支护 重力式挡土墙支护 钢板桩支护 地下连续墙 支护 复合型支护等 2 3 1 基坑放坡开挖 放坡开挖是指在基坑地质条件较好的原位土层中 根据设计规范和法规的要求 选 择一个最优的放坡角度 无需任何支护形式的一种较简单的基坑工程 这种类型要求周 边无建筑物和构筑物 地势开阔 基坑设计深度较浅 土层较好 如坚硬 硬塑粘性土 密实的粉质粘土等 优点是 造价较低 施工方便 技术含量较小等 缺点是 回填 土方量较大 放坡一般采用两种常见形式 放阶开挖 阶梯型放坡 和放坡开挖 线性放坡 这两种方案都要求开挖后的边坡有一定的自身维稳强度和可靠性 应具有足够的放坡安 全系数 如果基坑底部有水出现 要设置相应的排水和降水系统 保证边坡始终处于干 燥状态 挖方弃土要远离边坡周边 使边坡侧向土压力 水压力等尽量保持原来状态 同时要时时刻刻关注边坡的动向 做好监测工作 消除事故安全隐患 保证基坑边坡有 足够的稳定性 安全性和强度 2 3 2 土钉墙边坡支护 土钉墙施工放法相对其他支护结构较简单 但应用广泛 尤其是北方地区比较受欢 l o 桂林理工大学硕七学位论文 迎 土钉墙支护系统有土钉群 被加固的原位土体和混凝土面层三部分组成 主要是靠 土钉自身的抗拉强度和土体之间的相互摩擦力来稳定边坡 土钉墙本身结构轻 柔性较 大 施工机械简单 方便 工程总价低 能合理利用原位土体的自承能力等优点 施工顺序 测量一基坑开挖 钻孔一放入土钉 注浆一边坡面层焊接钢筋网一浇筑混凝 土面层 测量是在基坑开挖之前 首先要确定整个工程的基准控制点 一般由建设单位 提供 然后确定基坑工程永久控制点 并测量放线 基坑开挖是在放线完成之后 按 照轴线进行机械开挖 到设定边坡顶3 0 c m 左右采用人工开挖 应严禁超挖 保护原有 土体的承载力等 开挖后立即进入下一道施工程序 钻孔要根据边坡地质条件选取施工 机械和成孔方法 常采取钻机 洛阳铲等工具 对局部地质条件较差的土层应采取相应 的措施 如用人工抹面等 保证边坡面层有一定的强度 钻孔时注意钻杆的角度 深度 控制 要符合土钉施工方案规定 放入土钉前要把孔内清理干净 确保能混凝土粘结牢 固 充分发挥土钉的作用 同时要注意土钉位置是否正确 如果发现土钉没有在钻孔中 央 要及时调整固架 注浆就是预先按设计配合比规定的混凝土浆体注入孔内 浇筑时 要注意速度控制 确保孔内的气体能迅速排出 否则会出现蜂窝 麻面 空洞 断面等 边坡面层焊接钢筋网就是注浆完成后按设计要求迅速铺设钢筋网 并绑扎或是焊接 确 保钢筋网的强度和稳定性 浇筑混凝土面层是在所有工序完成后 预先湿润边坡 按实 验室配合比浇筑面层 要注意控制浇筑厚度 以及混凝土养护问题 开挖之后要及时做好排水措施 在坑底设置降水井 挖排水沟 地下较丰富的要结 合其他降水施工方法 确保边坡面处于较干燥状态 边坡周边顶设置简单的排水措旌 一旦有下雨或是下雪等 是地表水能够排到基坑外的排水系统中 土钉墙主要应用于地下水以上或是经人工降水 截水后的较密集人工填土 粘性土 粉土 胶结性较好的砂土等 基坑深度一般小于1 2 米 对软土场地的原位土体并不太 适应 2 3 3 钢板桩支护 钢板桩支护是利用较厚的热轧钢板 通过机械连接或是焊接将其组合在一起 既起 到挡土墙的作用 又能起到隔水 截水的效果 如图2 5 所示 钢板桩的优点是能重复 利用 止水效果好 自身材料刚度大 整体性能较好 缺点是自身材料具备一定的柔性 当坑壁侧身土压力 水压力和上部荷载变化较大 自身会产生一定蠕动和变形 因此 基坑支护高度 深度受到一定限制 超过7 米时 国内用此法较少 而且基坑施工接受 后 将钢板取出较困难 桂林理工大学硕士学位论文 1 钢板桩2 围擦3 锚拉杆 图2 5 钢板桩支护结构简图 施工方法常采用打桩机将一块一块钢板植入基坑土体内 边植入边连接 形成一个 整体性较好的支挡结构 钢板桩支护适用范围受到自身柔性因素的影响 应用有一定的 局限性 对于支护等级为一级的并不适合 仅适用于基坑深度不深 地下水不丰富 一 些软土地质条件 在城市构筑物过多 要考虑谨慎适用 在钢板植入过程中噪音较大 对周边的构筑物等可能会引起一定变形 因此 要多考虑环境因素的制约 2 3 4 重力式挡土墙支护 重力式挡土墙支护中常用的水泥土重力式支护结构 施工方法一般采用深层搅拌机 或是高压旋喷机将水泥浆和原位土体充分搅拌 经过一系列的化学物理反应 形成具有 一定强度 稳定性的支挡墙体 该方法的优点是取材简单 用石材或是混凝土 施工 也较便捷 而且渗透系数较小 控水作用良好 且工程造价较低 污染小等 2 6 重力挡 土墙自身较重 墙体较厚 正是利用这一性质起到平衡侧向土压力和水压力的作用 深层水泥搅拌技术作为重力式挡土墙支护的一种 近年来在沿海发达地区应用较广 泛 此技术对软土地基有一定的适应性 经人工处理后 支护和加固效果理想 对基坑 开挖不是很深时 能节约一定经济 一般适用于地质条件较好的地区 基坑深度应控制在1 0 米以内 对于地质条件较 差的土体 应控制在6 米以内较经济 由于对周边的环境影响较小 故可以用于人口较 密集地区 缺点是对有机质土等不太适用 自重大 墙体厚 占用基坑空间 2 3 5 锚杆挡土墙支护 锚杆支护结构在国内应用较广泛 施工方法和技术较完善 主要由支挡结构 原位 土体 受拉力锚杆等共同组成的一种围护支挡结构 共分为两大类 地面拉锚围护结构 外拉系统在地面设置 和锚杆围护结构 外拉系统沿坑壁土体内设置 结构简图如 图2 6 所示 1 2 桂林理工大学硕士学位论文 锚杆支护结构机理是靠锚杆提供的拉力和摩擦力来稳固原位土体 同时发挥基坑边 坡自身条件的稳定性 与围护结构组成一个共同体 共同抵抗侧向土压力和水压力 锚杆支护结构施工工艺 基坑开挖 成孔 制作和安装锚杆 向孔内浇筑混泥土 对锚杆施加预应力 如有分层开挖支护的重复上一道施工流程即可 锚杆式支护主要适用于土质较好的粘性土 较密实人工填土 粉质粘土和砂土等 开挖深度一般控制在1 2 米以内为最好 虽然拉锚式支护技术在国内外已得到大家的广 泛认可 刘i 强 f r 图2 6 锚杆支护结构示意简图 锚杆式支护的优点 2 j 施工方便 工期比其他支护结构有一定的优势 施工机械作业 空间较小 对基坑的场地适用性较强 锚杆的设计拉力一般由实验室测试得出 可靠性 有保证 施工时噪音较低 对周边居民生活影响较小 但是缺点也不少 尤其是对地质 较差的淤泥 淤泥质土 软塑粘性土 松散砂土等并不太适应 当基坑周边建筑物和构 筑物较多时 应尽量做好勘察和排查工作 2 3 6 地下连续墙支护 地下连续墙施工方法是在基坑开挖之前 利用特殊的施工机具进行开挖成槽 并用 泥浆对坑壁防护 再将预制好的钢筋笼放入槽内 浇筑混凝土 并养护使结构达到设计 要求的一种支挡围护方法 3 1 1 9 5 0 年 此技术在意大利最先使用 7 0 年代初出现在国内 最早并不是应用与基坑围护 而是应用于截水 防渗工程 随着改革开放的快速发展 地下连续墙作为支挡围护结构被广泛应用 根据地下连续墙成槽方式不同可分为两大类 排桩式地下连续墙和壁板式地下连续 1 3 桂林理t 大学硕 学位论文 墙 根据施工方法不同可分为 预制板式和现浇式 3 l 地下连续墙作为支挡围护结构即 能作为上部结构承重的一部分 又能起到支护边坡和防渗的作用 可谓一举多得 施工工艺流程1 3 1 为 铺设轨道 组装挖槽机 挖槽 挖导沟 筑导墙 泥浆拌制 和护壁 吸泥清底 钢筋笼制作 吊装 放入槽内 浇筑混泥土 养护 监测 后期质 量控制 地下连续墙具备很多特点 优点如下 1 施工方便 经济 安全有保证 2 地下连续墙即能作为上部结构承重的一部分 又能作为临时支挡围护结构 3 地下连续墙属钢筋混泥土结构 因而强度 刚度 稳定较好 围护结构蠕动 变形较小 使用寿命较长 4 地下连续墙最早应用于防渗工程 对地下静动水截获能力较强 对防渗要求 较高的基坑支护工程 此法优先考虑 5 此法在城市人口密集地区易于使用 污染较小 施工声音很低 与土钉墙和 锚杆支护相比 对周边构筑物和环境破坏较少 6 混凝土成型模具较多 根据基坑工程支护的特点 可做成多种形状 缺点也较明显 1 施工机械笨重 不利于灵活周转 2 与放坡开挖 土钉墙 锚杆支护等相比 不太经济 整体工期较长 施工严 格 3 地下连续墙开挖后 采用泥浆护壁保证边坡有一定的稳定性 但遗留的泥浆 废弃物处理较麻烦 如果清理不干净会影响混泥土墙体的强度等 也可能造成蜂窝 麻 面 狗洞等的出现 降低围护结构的质量 4 地下连续墙防渗效果较好 但可能会引起周边地下水位升高 使基坑壁原位 土体长期处于水中浸泡状态 容易造成局部边坡崩塌 地下连续墙适用范围较广 尤其是对软土边坡 深基坑和变形要求较高的支护工程 更经济 2 3 7 复合型支护 复合型支护是在基坑开挖深度越来越深 地质状况和环境因素的不断变化的情况下 逐渐兴起的一种新型支挡围护结构 它采用两种或是两种以上的方法对基坑边坡进行围 护 因此 适用性较强 较广泛 对于地质条件复杂的基坑支护工程 采用复合型支护比采用单一的支护形式更加经 济 旌工方案更加合理 同时 施工方便 快捷 可以缩短工期 1 4 桂林理