基坑支护结构分析与选择

基坑支护结构分析与选择 常用的支护结构体系 排桩式 土钉墙 槽型钢板桩 板墙式 板桩式 粉喷桩挡土墙 钻孔灌注桩 高压旋喷桩挡土墙 深层水泥搅拌桩挡土墙 边坡稳定类 排桩与板墙类 水泥挡土墙类 现浇地下连续墙 型钢板桩 水泥挡土墙类 深层水泥搅拌桩挡土墙是重力式围护墙 利用水泥作为固化剂 通过特制的搅拌机械 在地基深处将软土和固化剂强制搅拌 利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理化学反应 使软土硬结成具有整体性 水稳定性和一定强度的优质水泥加固土 水泥土墙宜用 基坑侧壁安全等级为二 三级 地基土承载力 150kPa的情况 优点 由于坑内无支撑 便于机械化快速挖土 即可挡土支护又防渗止水 经济性较好 缺点 成型养护期相对较长 位移变形相对较大 成型墙体厚度大 有时受周围环境限制 高压旋喷桩挡土墙是利用钻机将旋喷注浆管及喷头钻置于桩底设计高程 将预先配制好的浆液通过高压发生装置从注浆管边的喷嘴中高速喷射出来 直接破坏土体 喷射过程中 钻杆边旋转边提升 使浆液与土体充分搅拌混合 在土中形成一定直径的柱状固结体 从而使地基达到加固 特点 施工占地少 振动小 噪音较低 但容易污染环境 成本较高 对于特殊的不能使喷出浆液凝固的土质不宜采用 适用 高压喷射注浆法适用于处理淤泥 淤泥质土 粉土 粘性土 黄土 碎石土等地基 粉喷桩是指利用打桩机具将干粉状的硬化剂 如水泥 石灰 粉煤灰等 均匀的搅入成桩范围内的土体中 使土体硬化形成桩身 是一种常用的采用粉体状固化剂来进行软基搅拌处理的方法 粉喷桩是 建筑地基处理技术规范 中的干法 特点 振动小 无污染 粉喷桩机和空气压缩机振动小 噪音低 不扬尘 无污染 对周围的建筑物不会产生振动影响和噪音污染 处理效果明显 处理后可很快投入使用 适用 粉喷桩适合于各种成因的饱和软粘土 中国常用于加固淤泥 淤泥质土 粉土和含水量较高的粘性土 三种支护桩主要区别 排桩与板墙类 灌注桩是指在工程现场通过机械钻孔 钢管挤土或人力挖掘等手段在地基土中形成桩孔 并在其内放置钢筋笼 灌注混凝土而做成的桩 优点 在各种地基上均可使用 支护刚度大抗渗性好 安全性高 施工噪声和震动要小的多 可应用于深度较大的基坑 缺点 因混凝土是在泥水中灌注的 因此混凝土质量较难控制 费工费时 成孔速度慢 泥渣污染环境 成本较高 经济型不好 槽型钢板桩支护是采用长度为6m 12m的槽型钢板桩 利用震动打桩机或压桩机垂直打入地面 利用钢桩自身的抗弯强度进行土体支护的方法 优点 槽型钢板桩支护完毕后可重复使用 经济性高 施工周期短 打桩完毕后可立即进行开挖 受场地影响小 施工便捷 缺点 不具有防水性 对有抗渗要求的基坑不适用 受地质影响较大 个别坚硬地质条件下施工困难 型钢板桩根据钢板桩横截面形状和用途主要分为 U形 Z形 W形三种形状钢板桩 U型钢板桩的应用比较普遍 而带止口 锁扣 的钢板桩称为拉森钢板桩 拉森型钢板桩有热轧和冷弯两种大类 形状以U型为主 还有Z型 一字型等 优点 拉森钢板桩相对于槽型钢板桩的主要优点是挡护强度高 具有止水及土体防冲刷效果 缺点 拉森钢板桩相对于普通槽型钢板桩的主要缺点是施工速度慢 成本高 对拉森钢板桩的桩身完整性要求高 现浇地下连续墙是基础工程在地面上采用一种挖槽机械 沿着深开挖工程的周边轴线 在泥浆护壁条件下 开挖出一条狭长的深槽 清槽后 在槽内吊放钢筋笼 然后用导管法灌筑水下混凝土筑成一个单元槽段 如此逐段进行 在地下筑成一道连续的钢筋混凝土墙壁 作为截水 防渗 承重 挡水结构 本法特点是 施工振动小 墙体刚度大 整体性好 施工速度快 可省土石方 可用于密集建筑群中建造深基坑支护 可用于各种地质条件下 包括砂性土层 粒径50mm以下的砂砾层中施工等 适用于建造建筑物的地下室 地下商场 停车场 地下油库 挡土墙 高层建筑的深基坑施工 地下连续墙的优点 施工时振动小 噪音低 占地少 可以充分利用建筑红线以内有限的地面和空间 充分发挥投资效益 防渗性能好 可以紧贴原有建筑物建造地下连续墙 墙体刚度大 用于基坑开挖时 可承受很大的土压力 极少发生地基沉降或塌方事故 目前地下连续墙不再单纯作为防渗防水 深基坑围护墙 而且越来越多地用地下连续墙代替桩基础 沉井或沉箱基础 承受更大荷载 缺点 在城市施工时 废泥浆的处理比较麻烦 成本较高 如果施工方法不当或施工地质条件特殊 可能出现相邻墙段不能对齐和漏水的问题 在一些特殊的地质条件下如很软的淤泥质土 含漂石的冲积层和超硬岩石等 施工难度很大 土钉墙 土钉墙护坡工艺是指天然土体通过钻孔 插筋 注浆来设置土钉 亦称砂浆锚杆 并与喷射砼面板相结合 形成类似重力挡墙的土钉墙 以抵抗墙后的土压力 保持开挖面的稳定 也称为喷锚网加固边坡或喷锚网挡墙 原理 土钉墙支护是在基坑开挖过程中将较密的细长杆件钉置于原位土体中 并在坡面上喷射钢筋网混凝土面层 通过土钉 土体和喷射混凝土面层的共同工作 形成复合土体 利用复合土体的自稳达到支护目的 土钉墙适用条件 地下水低于土坡开挖段或经过降水措施后使地下水位低于开挖层的情况 适用于有粘性土 粉性土 含有30 上粘土颗粒的砂土边坡 常用于开挖深度不大 周围相邻建筑或地下管线对沉降与位移要求不高的基坑支护 优点 施工设备简单 由于钉长一般比锚杆的长度小的多 不加预应力所以设备简单 随基坑开挖逐层分段开挖作业 不占或少占单独作业时间 施工效率高 占用周期短 施工不需单独占用场地 对现场狭小 放坡困难 有相邻建筑物时显示其优越性 土钉墙成本费较其他支护结构显著降低 施工噪音 振动小 不影响环境 土钉墙本身变形很小 对相邻建筑物影响不大 缺点 适用范围较小 支护刚度低 容易破损及渗水 有时会对其他分部工程产生影响 如 地源热泵钻孔施工 周边管道开挖等 除去前面介绍的几种比较常用高层建筑深基坑支护形式外 还有几种支护结构形式在某些工程中应用 一 SMW工法SMW是SoilMixingWall的缩写 SMW工法连续墙于1976年在日本问世 SMW工法是以多轴型钻掘搅拌机在现场向一定深度进行钻掘 同时在钻头处喷出水泥系强化剂而与地基土反复混合搅拌 在各施工单元之间则采取重叠搭接施工 然后在水泥土混合体未结硬前插入H型钢或钢板作为其应力补强材 至水泥结硬 便形成一道具有一定强度和刚度的 连续完整的 无接缝的地下墙体 平面示意图 SMW工法施工工艺1 导沟开挖 确定是否有障碍物及做泥水沟 2 置放导轨 3 设定施工标志 4 SMW钻拌 钻掘及搅拌 5 置放应力补强材 6 固定应力补强材 7 施工完成SMW 8 H型钢拔出回收 二 逆作拱墙当基坑平面形状适合时 可采用拱墙作为围护墙 拱墙有圆形闭合拱墙 椭圆形闭合拱墙和组合拱墙 对于组合拱墙 可将局部拱墙视为两铰拱 拱墙截面宜为z字型 拱壁的上 下端宜加肋梁 当基坑较深 一道z字型拱墙不够时 可由数道拱墙叠合组成 或沿拱墙高度设置数道肋梁 肋梁竖向间距不宜小于2 5m 亦可不加设肋梁而用加厚肋壁的办法解决 基坑支护结构类比选取表 复合支护方案 应用单一支护方式中的任何一种或多种方式同时采用 配合进行 以提高施工安全度的支护方法 常见复合支护方式 槽钢钢板桩配合土钉墙槽钢钢板桩配合拉森桩深层水泥搅拌桩配合高压旋喷桩深层水泥搅拌桩配合土钉墙深层水泥搅拌桩配合钢板桩钻孔灌注桩配合锚杆 混凝土连系梁 事故案例 海珠城广场基坑坍塌事故原因 原因分析1 超挖 原设计4层基坑 17米 后开挖成5层基坑 20 3米 挖孔桩成吊脚桩 2 超时 基坑支护结构服务年限一年 实际从开挖及出事已有近三年 3 超载 坡顶商品混凝土罐车 吊车 挖掘机超载 4 地质原因 岩面埋深较浅 但岩层倾斜 设计单位仍采用理正软件对元基坑设计