基坑支护工程.doc

第二篇 基坑支护工程一 支护结构的作用高层建筑的基础埋深一般较大，这对于增加建筑物的稳定性和充分利用地下空间是有利的。但是，在城市建筑物密集地区，深基础给施工带来很多困难。基坑开挖的施工工艺一般有两种：放坡开挖（无支护开挖）和在支护体系保护下开挖（有支护开挖）。前者既简单又经济，在空旷地区或周围环境允许时能保证边坡稳定的条件下应优先选用。（刘俊岩83页图27） 但是在城市中心地带、建筑物稠密地区，往往不具备放坡开挖的条件。因为放被开挖需要基坑平面以外有足够的空间供放坡之用，如在此空间内存在邻近建(构)筑物基础、地下管线、运输道路等，都不允许放坡，一般采用占地面积小的垂直开挖方式，由于基坑深度较大（多在620m，甚至在20m以上），开挖出的基坑土壁难以保持稳定；或者土壁变形过大，从而影响了邻近建筑物、道路和地下管线的安全使用，因此，基坑的开挖往往需要在人工支护条件下进行，支护结构的首要作用既是起到挡土，控制基坑变形、保证基坑稳定的作用。有些支护结构的挡墙还可起到止水的作用，象水泥土搅拌桩、地下连续强等挡墙都有很好的止水作用，而板桩、钻孔灌注桩等挡墙则需要在结构壁外侧做水泥土桩或旋喷桩作为止水帷幕，以形成隔水维护壁，如图所示（刘俊岩102页图37）。由于采用的是隔水维护壁，当地下水位较高时，我们仅要求进行坑内降水，坑外的地下水基本保持，这样可以避免由于水位的降落对周围环境产生的破坏作用，有效地保护周围环境。总之，支护结构的作用是在深基坑施工期间挡土、挡水、保证基坑开挖和地下结构施工的安全，并在施工期间不对邻近的建筑物、道路和地下管线等产生危害。支护结构的选型、计算与施工，目前已成为高层建筑施工的关键技术之一，对施工的安全、工期和经济效益都有巨大的影响，不少高层建筑的支护结构费用已超过工程桩基的费用，达到千万元以上。二 目前我国深基坑支护结构中常用的支护形式支护结构一般包括挡墙和支撑（或拉锚、土层锚杆）两部分。挡墙即基坑的围护结构，主要承受基坑开挖荷载所产生的土压力和水压力并将此压力传递给支撑（或拉锚），是稳定基坑的一种施工临时挡墙结构。地下连续墙挡墙也可做地下结构的外墙，从而成为永久结构的一部分。围护结构（挡墙）类型可归纳为以下几种，见表。（刘俊岩103页表）支护结构的支撑系统是承受挡墙所传递的土压力、水压力的结构体系。支撑系统又分为两大类：基坑外拉锚和基坑内支撑。深度较大的基坑，为使围护墙经济合理和受力后变形的控制在一定范围内，都需沿围护墙竖向增设支承点，以减小跨度。如在坑内对围护墙加设支承称为内支撑；如在坑外对围护墙拉设支承，则称拉锚(土锚)。内支撑受力合理、安全可靠、易于控制维护墙的变形、但内支撑的设置给基坑内挖土和地下室结构的支模和浇筑带来一些不便。用基坑外拉锚围护墙，坑内施工无任何阻挡，但于软土地区土锚的变形较难控制。一般情况下，外拉锚多用于地质条件较好的有足够锚固力的地层中，而内支撑多用于软弱地层的深基坑工程中。目前，在我国应用较广、技术上较成熟的深基坑支护方案有： 桩墙内支撑支护方案由排桩或排桩加止水帷幕、地下连续墙组成的挡土结构和按基坑平面设计的内支撑体系，是软土地区应用最多的深基坑支护形式。常见的型式有（参见图）：（刘俊岩104页图38） 钻孔灌注桩钢支撑或钢筋混凝土支撑支护方案（如图(a)）； 钻孔灌注桩排桩外设水泥土搅拌桩（或旋喷桩）止水帷幕钢支撑或钢筋混凝土支撑支护方案（如图(b)）； 地下连续墙钢支撑或钢筋混凝土支撑支护方案（如图(c)）。内支撑根据基坑周围土质、开挖深度可设置成单层或多层，平面上可布置成对撑、角撑、水平桁架或拱圈等形式，已控制深基坑开挖时挡墙的变形；还可采用“逆作法”施工技术，利用地下结构的楼层作为支护结构的内支撑。（刘俊岩286页图116）高层建筑多层地下室传统的施工方法，是放坡开挖或用支护结构支护后垂直开挖，挖至设计标高后浇筑钢筋混凝土底板，再由上而下逐层施工各层地下室结构，待地下结构完成后再进行地上结构施工。而“逆作法”的施工程序与传统的施工方法正好相反。其工艺原理是：先沿建筑物周围施工地下连续墙，再在建筑物内部施工中间支承柱（也称中柱桩），然后进行地下首层的梁板楼面结构施工。完成后同时施工地下、地上结构。施工时是利用地下连续墙及中间支承柱作为施工期间承受地上、地下结构荷载及施工荷载的构件，利用地下室楼板作为地下连续墙支护的支撑（由于节省了支护结构的支撑，可大大降低施工费用）。在工程建设中，有些工程项目的工期要求很紧，若地上、地下同时施工将会缩短工期；有的市政工程（如地铁隧道、地下车库或广场）希望先将地面层施工完毕，以便于地面的通行，然后再施工地下结构部分，例如上海南京路上的地铁车站，施工时就有这方面的要求。解决这类问题的好办法就是采用“逆作法”施工。“逆作法”施工的缺陷是由于至上而下施工，上面已覆盖，使下面的施工作业条件较差，需采用一些特殊的施工技术，对施工质量的要求也更加严格。 桩墙预应力锚杆支护方案（刘俊岩105页图39）挡土结构仍为排桩、排桩加止水帷幕或地下连续墙，支撑体系采用土层锚杆，锚杆将桩、墙等挡墙所承受的荷载通过拉杆（索、管、栓）传递到稳定土层中，形成锚杆体系。锚杆可带扩大体或采用二次高压灌浆并施加预应力，以提高与土体的锚固力和承载能力。该法适用的土质范围广（当土质过软时慎用），在采用多层锚杆情况下，基坑的开挖深度不受限制。 重力式水泥土挡墙支护方案由喷浆深层搅拌桩组成的重力式水泥土挡墙，它是以结构自身重力来维持围护结构在侧向土压力作用下的稳定。该挡墙具有挡土和止水双重功能，一般用于开挖深度不大于6m的软土地区基坑支护。当基坑深度超过6m时，可在水泥土中插入加筋杆件，形成加筋水泥土挡墙，必要时还可辅以内支撑或锚杆支护加筋水泥土挡墙，以加大基坑的支护深度。从经济方面考虑，水泥土挡墙较排桩挡墙、地下连续墙成本低。 土钉墙支护方案（刘俊岩106页图40）土钉墙是一种利用土钉加固的基坑侧壁土体与混凝土护面等组成的结构。它将拉筋插入土体内部，全长与土粘结，并在护面上喷射混凝土，从而形成加筋土体加固区带，用以提高整个原位土体的稳定性。该支护方案结构轻型、施工操作方便，是一种较有前途的深基坑支护方法，适用于地下水位以上或经降水后的粘性土或密实较好的砂土地层，开挖深度一般不大于15m。以上四类深基坑支护技术已由建设部以“建筑业10项新技术”的形式下文在全国推广。上述各种支护结构可分为两类，即重力式支护结构和非重力式支护结构。深层水泥土搅拌桩和旋喷桩帷幕墙属于重力式支护结构；其它如钢板桩、钻孔灌注桩、H钢加横挡板和地下连续墙等都属于非重力式支护结构。三 支护结构的破坏形式 非重力式支护结构的破坏形式非重力式支护结构挡墙的破坏包括强度破坏和稳定破坏。 强度破坏强度破坏包括（如图）： 拉锚破坏或支撑压曲引起的原因可能是：水土压力过大，水土压力计算有误；或者是地面荷载引起的附加荷载增多过多，使得支护结构设计的抵抗力不足，引起拉杆断裂，或锚固部分失效、腰梁破坏，或内支撑断面过小而受压失稳。为此需计算拉锚承受的拉力或支撑荷载，正确选择其截面或锚固体；施工时控制地面附加荷载。 底部走动支撑墙的底部由于入土深度不足，或在挖土时出现超挖现象时，可能引起这种形式的破坏。为此设计时需正确计算支护结构的入土深度；施工时严禁超挖，并防止雨水冲刷坑底，造成水土流失。 支护墙的平面变形过大或弯曲破坏引起的原因可能是：墙后土压力估算不准、地面附加荷载增大、超挖、支撑安装不及时以及支护墙的截面选择过小。为此，设计时要正确计算支护墙承受的最大弯矩值，以此验算其截面；施工时，挖土工况应与设计工况一致，减小时空效应的影响，遵循“先撑后挖、分层开挖、严禁超挖”的原则。 稳定破坏非重力式支护结构的稳定破坏包括（如图）： 土体整体滑动失稳如拉锚的长度不够，锚固段在滑动面以内，软粘土发生圆弧滑动，引起支护结构的整体失稳。 挡墙倾覆原因可能是：挡墙入土深度不够，或上部土压力过大等。 坑底隆起坑底隆起是地基土卸荷从而改变了坑底原始应力状态的反应。当坑深不大时，坑底为弹性隆起，基本上不会引起坑外土体向坑内移动；当坑深较大时，坑内外的高差所形成的加载和地面各种超载的作用就会使维护墙外侧土体向坑内移动，引起坑底的塑性变形，并引起基坑周围地面沉降。因此，挖深大的基坑需进行这方面的验算，必要时需对坑底土进行加固处理。施工时应注意挖至坑底后要尽快浇筑垫层和底板；挖土期间还应保证井点降水的正常进行。 管涌在砂性土地区，当坑深较大、地下水位较高时，挖土后在水头差产生的动水压力下，地下水会绕过挡墙连同砂土一同涌入基坑，这种现象称为“管涌”。管涌会减小墙前被动区的土压力，影响基坑的稳定，并使基坑周围地面产生沉降。 重力式支护结构的破坏形式重力式支护结构的破坏也包括强度破坏和稳定破坏两方面。其强度破坏只有水泥土抗剪强度不足，产生剪切破坏，为此需验算最大剪应力处的墙身应力。其稳定性破坏包括： 倾覆水泥土挡墙如截面、重量不够大，在墙后推力作用下，会绕某一点产生