深基坑支护讲座-罗斌

主讲 罗斌 深基坑支护讲座 目录 一 概述二 深基坑支护形式板桩水泥土搅拌桩灌注桩土层锚杆土钉墙地下连续墙等三 深基坑内支撑结构四 深基坑支护计算 一 概述 高层建筑基础工程约占总造价的1 3 占总工期的1 3 高层建筑深基础工程施工主要解决四个问题 长桩的沉设 打入桩 钻孔灌注桩 人工挖孔灌注桩等 深基坑支护深基坑降水大体积砼施工 地下室结构的施工程序 1 7逆作施工法 地下结构的逆作法施工 注 施工时只要条件允许 地质和场地条件 采用放坡是较经济的方案 无支护开挖直立壁开挖放坡开挖 天然自立边坡开挖 人工加固边坡开挖 深度 5m无支撑边坡 城墙侧湖底段采用围堰挡水 二级轻型井点降水 辅以管井井点降水 放坡大开挖 挂网喷浆护坡 1 板桩支护作用 连续板桩既可挡土 又可挡水 当开挖的基坑较深 地下水位较高且有可能发生流砂时 如果未采用井点降水方法 则宜采用连续板桩支护结构类型 木板桩 钢筋混凝土板桩 钢板桩等 1 钢木混合式板桩适用 埋深较浅的粘土 沙土层 地下水位较浅 注意 软土地基要慎用 二 深基坑支护形式 2 工字钢 H型钢 衬板支护结构 适用于粘性土 砂土等土质较好且地下水位较低的基坑 水位高时要先降水 在软土地基中要慎用 卵石地基中较难施工 挖深 25m 传力机理 土的侧压力 衬板 工字钢桩 导梁 或顶撑或拉锚 3 钢板桩支护由带锁口或钳口的热轧型钢制成 既能挡土又能挡水 适用于较弱地基土及地下水位较高 水量较多的深基坑工程 在砂砾及密实砂土中施工困难 挖深 15m 最小 最大 4 钢板桩支护特点 打设方便 重复使用 承载力大 既可挡土 又可挡水等 分类无锚板桩 悬臂式板桩 悬臂长度一般不超过5m 有锚板桩 板桩上部用拉锚或顶撑加以固定 又分为单锚和多锚 常用单锚板桩 单锚板桩设计要素 入土深度 截面弯距 锚杆拉力 主要破坏形式 入土深度不够 本身强度 刚度不够 拉锚承载力或长度不够 5 钢筋混凝土板桩 传统支护结构 企口榫接有较好防水作用 厚可达500mm 总费用低 已向薄壁工字形方向发展大截面如500 500mm以上 壁厚100 120mm 腹板预制后在现场浇成整体 在两工字形板桩间钻孔注浆堵漏 挖深 10m 适用软土 一般粘性土 2 灌注桩支护结构 应用日趋广泛 可在平面上采取不同的排列方式形成桩墙式支护结构 以抵抗不同条件下侧向水 土压力 一般桩顶设置连续的钢筋混凝土压顶地圈梁 帽梁 使支护桩共同工作 提高整体性 1 稀疏排桩 仅挡土 不可挡水应采取可靠降水措施以防止管涌和流砂现象发生 2 稀疏排桩加水泥砂浆抹面 可挡土 挡水稀疏排桩间距S较大时用 桩净距一般1 0m以内 以0 6 0 8m为宜 基坑挖土 钢丝网水泥砂浆抹面均分层施工 南京火车站综合楼地下室两层 采用稀疏排桩方案 挖深9m 基坑支护 3 连续排桩灌注桩连续排列 排列方式有多种 图中黑色桩为素混凝土桩 或砂桩注入砂浆 化学浆液等形成无筋桩 既可挡土 又可挡水 适用软土 一般粘性土 挖深 7m 挡土 挡水 4 双排式 或框架式 灌注桩支护 仅挡土灌注桩双排布置 用盖板连接形成门式刚架结构 适用软土 砂土 一般粘性土 挖深 12m 5 悬臂式组合排桩 挡土和挡水 稀疏排桩加钢丝网水泥抹面 适用一般粘性土 砂土 挖深 10m 排桩加深层搅拌桩止水 适用软土 挖深 8m 排桩加水泥旋喷桩止水 适用软土 砂性土 挖深 8m 排桩加薄壁砼防渗墙 适用软土 砂性土 挖深 10m 5 连拱式支护结构 仅可挡土新型的大直径与小直径桩的组合结构 拱的矢高f 1 4 1 2 L 桩顶用钢筋混凝土圈梁 即盖板 相连接 基坑较深时可加1 2道横肋梁以增强拱截面的整体性 可省去内支撑或土层锚杆 6 挡土与阻水组合排桩支护结构 东南大学土木工程学院施工教研室 可分为深层搅拌桩 粉喷水泥搅拌桩和高压旋喷桩等 既可挡土又可止水 其中深层搅拌水泥土挡墙广泛用于软土地区 淤泥质土 地基承载力 120kPa粘性土 的深基坑工程 挖深 8m 3 重力式水泥土挡墙 格栅式水泥土挡墙构造要求墙体纵向相邻拉结格构墙沿纵向的总厚度不应小于纵向长度的1 4 挡墙的转角处宜采用圆弧形实墙 实体式 纵向墙体与拉结格构墙搭接均应不小于150mm 作为止水结构的纵向搭接应不小于200mm 挡墙宽度一般取开挖深度的0 6 0 8倍 墙体在基坑底面下的嵌固深度取开挖深度的0 8 1倍 根据基坑条件可做成变阶宽度和深度 也可成拱 为加强整体性 挡墙可插入毛竹 大头直径不小于100mm 长度4m左右 墙顶应设置钢筋混凝土压顶 地圈梁 厚度取200mm 配 12 200双层双向 在可能的情况下 宜将压顶与基坑周围的混凝土路面或地面连成一体 4 深层搅拌桩 深层搅拌桩施工质量要求桩位准确 桩体垂直 放线误差20mm 就位误差50mm 成桩误差100mm 水泥浆不得离析 水灰比0 4 0 6 水泥浆停置时间不超过2h 不得离析 确保水泥搅拌桩的强度与均匀性 搅拌下沉速度不超过0 7m min 喷浆提升速度不超过0 5m min 确保加固体的连续性 相邻桩间施工间隔不超过24h 南京市级机关33层住宅楼 地下室一层 挖深6m 采用水泥土搅拌桩支护技术 上海新世纪商厦8m深基坑采用水泥土搅拌桩支护技术 桩长19m 坝宽8 7m 插10m毛竹 5 土层锚杆 锚杆与支护桩墙组合而成的桩锚式支护结构 是深基坑支护结构的常用型式之一 应用日益广泛 当基坑面积较大 或基坑平面形状不规则 或地下层高差关系较复杂时 土层锚杆较内支撑有较大的优越性 各种桩墙式支护结构均能与土层锚杆 单层或多层 组合为锚杆支护结构 1 土层锚杆构造锚头 一般由锚具 台座和腰梁等组成 自由段 位于土体主动滑裂面内的部分 由锚筋 隔离套 定位板 器 及水泥砂浆等构成 定位板 器 一般用硬塑料或铁板 钢筋等制成 锚固段 位于土体主动滑裂面以外 由锚筋 定位器 锚固体构成 锚固段是用水泥砂浆或水泥浆将锚筋与土体粘结在一起的锚固体 锚头 自由段 锚固段 南京电网调度中心土层锚杆支护 土层锚杆 2 土层锚杆的分类类型 普通锚杆 高压灌浆锚杆 预应力锚杆 锚固段 圆柱型 端部扩大头型和连续球体型 c圆柱型锚杆 端部扩大头型 适用于锚固于砂质土 硬粘土层且要求较高抗拔力 连续球体型 适用于锚固于淤泥土 淤泥质土土层 且要求较高抗拔力 3 土层锚杆的施工 灌浆材料要求 水泥砂浆 灰砂比 1 1 1 2 水灰比 0 38 0 45 纯水泥浆 水灰比 0 4 0 45 预应力张拉 6 土钉墙支护结构土钉墙由被加固土体 土钉群和喷射混凝土面板组成 形成一个以土挡土的类似重力式的挡土墙 全段锚固 挡土墙 南京市玄武湖隧道施工梁洲段直壁支护采用土钉支护 土钉墙类型土钉可分为 不注浆和钻孔注浆两种 不注浆土钉 又分为打入型和射入型 前者是用气动土钉机将长度不超过6m的小型角钢打入土内 后者是用气动射钉机将25 38mm的粗钢筋或钢管射入土内 长度6m以内 钻孔注浆土钉 适用于土体面层维护或开挖较浅的边坡维护 全长注浆土钉适用于开挖较深的边坡维护 土钉墙构造设计要点 土钉墙墙面坡度一般应为1 0 1 1 0 7 土钉长度一般取开挖深度的0 5 1 2倍 间距宜取1 0 2 0m 与水平面夹角一般取5 20 注浆土钉钢筋一般采用 级钢筋 直径16 32mm 钻孔直径应大于钢筋直径50mm以上 注浆材料为水泥砂浆或水泥净浆 不低于20MPa 土钉必须与喷射混凝土面层有效地连接成整体 可通过设承压钢板 加强钢筋和螺母等实现之 喷射混凝土面层厚不小于80mm 一般取100mm 不低于C20 配 6 10 150 300mm钢筋网 土钉墙墙顶应做砂浆或混凝土护面 坡顶和坡脚应采取排水措施 坡面上可设置泌水孔 7 逆作拱墙支护结构 逆作拱墙可以是全封闭的拱墙 称逆作拱圈 也可以是局部拱墙与其它支护结构 为拱墙提供支点 组合而成的非闭合拱墙 拱墙由椭圆 抛物线 圆弧线等及其组合线构成 逆作系指拱墙由上而下逆向而作 分层挖土 分层制作拱墙 每层拱墙需分段施工 每开挖8 15m宽的土体 即需支拱形模板浇拱墙混凝土 而上口肋梁应待整层拱墙完成后整体浇筑 土与拱墙共同作用 减小了拱墙的土压力 拱墙本身强度破坏或失稳的可能性甚微 非闭合拱墙或非连续曲线闭合拱墙在支座处需设置可靠的支座 逆作拱墙构造要点 拱墙轴线矢跨比应 1 8 否则应设置支点 拱墙水平肋梁的竖向间距 3m 当组合曲线拱墙支座处不平衡力指向基坑内 或非闭合拱墙支座处 应设内支撑或土层锚杆 混凝土强度等级应 C25 拱墙内水平方向钢筋配筋率应 0 7 拱墙的壁厚应 500mm 拱墙截面宜为Z字型 拱壁上 下端宜加肋梁 当基坑较深时 沿高度方向应设数道肋梁 当基坑边场地较窄时 可不加肋梁但加厚拱壁 非闭合拱墙与挡土桩组合时 拱支座应嵌入基坑下不小于基坑深度一半 并设置桩顶圈梁 当采用拱与钢筋混凝土直墙组合结构时 钢筋混凝土直墙应按计算加设内支撑或锚杆 8 地下连续墙 地下连续墙的优点适用于各种土质 施工时的不良影响小 可在各种复杂条件下施工 刚度大 变形小 整体性好 防水抗渗性能好 可用于逆作法施工 地下连续墙在深基坑工程中的常用形式壁板形T形及 形格栅形 壁板形 应用最多的结构型式 主要有直线形和圆弧形 实际是折线形 T形及 形 适用于开挖深度较大的基坑 内支撑或土层锚杆的层数可减少 支点间的间距可以增大 增大了悬臂式地下连续墙支护的适用深度 格栅形 将壁板形与T形地下连续墙组合而成的结构 靠自重及格栅内的土体重量维持墙体的稳定 类似于重力式挡土墙 已应用于大型的工业基坑 三 内支撑结构 1 内支撑结构构成 由围檩 腰梁 支撑 杆或桁架 刚架 环梁等 立柱 立柱桩等构件组成 2 内支撑结构分类按材料分为 钢支撑 钢筋混凝土支撑 钢和钢筋混凝土组合支撑等 按结构形式分为 水平支撑结构和竖向斜撑结构两类 其中水平支撑结构的支撑构件有对撑 杆 桁架 刚架 角撑 水平斜撑 边桁架 大直径环梁等 3 内支撑结构的选型应注意综合考虑以下因素 基坑平面的形状 尺寸和开挖深度 基坑周围的环境保护要求和邻近地下工程的施工情况 场地的工程地质和水文地质条件 主体工程地下结构的布置 土方工程和地下结构的施工顺序和施工方法 4 水平内支撑结构的平面布置 支撑轴线宜避开柱网轴线 支撑水平距离应 4m 机械挖土时应 8m 支撑端部与支护桩墙间应设沿桩墙周边贯通的水平围檩即腰梁 腰梁沿长度方向水平支撑点的间距 对钢腰梁应 4m 对钢筋混凝土腰梁应 9m 在主支撑两侧设置八字撑 琵琶撑 来实现之 基坑平面为长条形 可采用单向布置的对撑或对撑与角撑组合型式 东山广场深基坑支护结构示意图 开挖深度9 10m 采用逆作拱圈与逆作连续墙组合挡土壁加两层钢支撑 矩形或多边形基坑 应优先采用相互正交均匀布置的双向支撑结构 如有向内凸出的阳角时 应在两个方向上均设支撑点 多道水平支撑最上一道可为混凝土双向或环形内支撑 以下双向水平钢支撑 对变形控制严格时宜用多层混凝土双向内支撑 1 2 3 第一 二 三道支撑 4 环梁 5 围檩 6 压密注浆 7 700长18m双头单排深层搅拌桩 8 1100 1250长25m钻孔灌注桩 开挖深12 13 2m 用钻孔灌注桩加三层双向钢筋混凝土内支撑挡土 深层搅拌桩挡水 在搅拌桩与灌注桩之间16m深度内和坑底四周采用压密注浆加固土体 上海滩国际大厦支护结构示意图 双向对撑 当需要留设较大作业空间时 可用桁架式对撑 当基坑为方形或三角形时 亦可采用桁架式角撑结构 采用环形混凝土内支撑是适宜的 也可选择边桁架和对撑或角撑桁架的组合结构 边桁架和桁架式对撑或角撑组合对多边形基坑的适应性较强 开挖深度 主楼为19 65m 裙房15 1m 采用厚1m 深36m地下连续墙支护 主楼四道 裙房三道钢筋混凝土内支撑 三个大空间 最大一个空间为主楼位置 图中涂黑部分为土方开挖阶段的栈桥式停机平台 上海金茂大厦基坑支撑平面图 对于长方形和多边形基坑 也可采用圈环形或其与其它结构的组合结构来布置内支撑 海口港澳发展大厦基坑支撑平面图 双圆环 基坑深15 3m 平面尺寸39 2m 81 9m 采用地下连续墙加双圆环梁组合支护结构 5 水平内支撑结构的竖向布置 多层支撑的轴线应在同一竖向平面内 竖向净间距应 3 0m 当机械下坑时 宜 4 0m 支撑竖向布置时应避开主体工程地下结构底板和楼板 支撑底面与主体结构的净距应 700mm 支撑顶面与主体结构的净距应 300mm 立柱应布置在纵横支撑交点或桁架节点处 间距由计算确定 一般 15m 立柱支承桩可单独设或结合工程桩设 立柱及立柱桩应有足够承载力和刚度 立柱与支撑 立柱与立柱桩应连接牢固 6 竖向斜支撑结构的布置 基坑开挖深度 7m 对周边环境条件要求不严 场地的工程地质条件较好 基坑内的预留土坡能保证斜撑安装和受力前的边坡稳定 斜撑基础具备可靠的水平力传递条件 一般可利用地下结构的底板或梁或桩基承台等传递荷载 竖向斜支承多用于中心岛法施工 一般竖向斜撑层数不大于2层 斜撑多采用型钢或组合型钢截面 应沿基坑对称布置 7 内支撑结构的构造 混凝土支撑的强度等级不应低于C20 钢结构支撑构件的拼接可采用高强螺栓连接或焊接 拼接点的强度应不低于构件的截面强度 不得采用钢筋作缀条 支撑杆截面高度应不小于其竖向平面内计算跨度的1 20 腰梁水平向截面宽度应不小于其水平方向计算跨度的1 8 腰梁截面高度应不小于支撑杆截面高度 纵向钢筋直径应 16mm 沿截面四周纵向钢筋的最大间距应 200mm 箍筋直径应 8mm 间距 250mm 内支撑结构应在同一平面内整浇 腰梁与支护桩墙间不留水平间隙 基坑平面转角处的腰梁连接点应按刚节点处理 支撑与腰梁斜交时 其连接以及腰梁与支护桩墙之间的连接处 均应计算抗剪承载力 1 现浇混凝土支撑和腰梁构造 2 钢结构支撑和腰梁构造 水平支撑的安装节点应设置在纵横向支撑的交汇点附近 相邻两个横向 或纵向 水平支撑间的纵向 或横向 支撑的安装节点数不得多于2个 钢腰梁安装前 一般先在支护桩墙上安装牛腿 可将角钢三角架或d 25mm的钢筋构架直接焊在支护桩墙的主筋或预埋件上 其间距应 2m 钢腰梁的安装节点应设置在支撑点附近 并不应超过支撑间距的1 3 腰梁的分段预制长度不应小于支撑间距的3倍 一般在钢腰梁与支护桩墙之间不低于C30的细石混凝土填充 钢支撑与钢腰梁的连接可采用焊接或螺栓连接 节点除应满足轴向力的传递外 尚应满足支撑和腰梁间的剪力传递要求 节点处支撑与腰梁的翼缘和腹板均应加焊加劲板 厚度 10mm 焊缝高度 6mm 钢支撑一般应施加预压力 预加压力值一般为支撑力设计值的0 4 0 6倍 3 立柱的构造要求 立柱可用钢管或H型钢桩 也可用上部钢结构 常用格构式钢柱 钢管或H型钢 下部钻孔桩 上部钢柱应埋入钻孔桩内不小于4倍钢柱边长或直径 并与桩内钢筋焊接 立柱的埋入长度应计算确定 软土地质下应 2倍的开挖深度 并穿过淤泥或淤泥质土层 立柱与水平支撑的连接可采取铰接构造 连接强度应大于支撑轴向力的1 50 当用钢牛腿连接时 钢牛腿的承载力和稳定性应计算确定 立柱穿过主体工程底板以及支撑穿越主体工程地下室外墙的部位 必须采取有效的止水构造措施 钢筋砼内撑支护技术 钢筋砼内撑刚度好中心区域采用了环梁 便于挖土机从坡道进入基坑 钢管内撑支护技术 南京的振兴大厦基坑支护 采用钻孔灌注桩支护 外侧水泥土搅拌桩止水 坑内采用钢管正交作内撑 南京地铁二号线深基坑施工 玄武湖隧道为南京市规划的 经五纬九 路网的重要组成部分 玄武湖隧道东起新庄立交二期 西起模范马路 全长2 66KM 暗埋段2 23KM 设计宽32M 双向六车道 南京地铁二号线所街站土质为长江古河漫滩 粉沙土 深基坑支护采用水泥土搅拌桩内插H型钢 钢管内撑 地铁站深基坑支护角撑 无锡蠡湖隧道深基坑支护采用水泥土搅拌桩支护内插H型钢 基坑顶面钢筋混凝土内撑 第二道钢管内撑 内插H型钢 SMW工法支护结构 香港广场钢内撑的预应力对撑布置第一道撑施加100t 第二道250t 第三道300t 上海淮海中路处的香港广场深基坑支护基坑挖深13 85m围护墙采用厚800mm的地下连续墙 预应力钢内撑采用 盆式 开挖 先撑后挖 香港广场的钢内撑的角撑布置 浦东开发区世界广场16m深基坑支护1m厚地下连续墙支护 卢深堡产H型钢内撑 6 6m网格 南京玄武湖隧道施工 玄武湖隧道为南京市规划的 经五纬九 路网的重要组成部分 东起新庄立交二期 西起模范马路 全长2 66KM 暗埋段2 23KM 设计宽32M 双向六车道 玄武湖隧道由新庄立交穿入玄武湖 古城墙 中央路 过芦席营路口 在南京工业大学附近出地面 隧道的陆地段采用SMW工法作基坑支护 基坑支护失效实例 1994年9月上海黄浦区某大厦基坑支护靠马路40m长支撑破坏 600厚地下连续墙倒塌 基坑挖深23 5m 原因为设计 施工和监测多方面 基坑支护屈曲实例 角撑受压平面外失稳 四 深基坑支护计算 参考规范 建筑边坡工程技术规范 GB50330 2002 深基坑支护计算内容荷载 土和水的侧压力 构件自重等 按照简化计算模型 计算支护桩入土深度建立支护结构整体计算模型 结构分析 确定内力和变形等构件 支护桩 支撑 立柱 腰梁 立柱桩 锚杆等 及其连接承载力验算 抗滑和抗倾覆验算 地基承载力验算等 悬臂式支护结构的计算 1 确定计算简图 各层土压力合力用Eai Epi表示 P为桩墙底部阻力 C点为土压力为零点 2 求嵌固深度h0 先求土压力为零点C的位置即x 以C点以下嵌固长度t为未知变量 对E点的力矩平衡 ME 0 试算求出t Eaibai Epjbpj桩墙计算嵌固深度h0 x t3 支护桩墙设计长度 L 支护桩墙悬臂长度h 桩墙设计嵌固深度hd 单锚深板桩的计算 1 相当梁法 或等梁法 的原理图 a 中的ab为一荷载梁 一