中建大型深基坑支护结构和施工新技术

大型深基坑支护结构和施工新技术中建三局建设工程股份有限公司2013.07.1521我国基坑工程的发展概况2基坑工程的新型支护结构3深基坑工程施工新设备和新工艺4逆作法和利用“时空效应”的开挖技术5结语31我国基坑工程的发展概况上一世纪九十年代以来我国基坑工程技术长足发展。基坑工程技术的发展历程——第一阶段：上一世纪80年代末到90年代末，研究、探索阶段；第二阶段：新世纪初的十多年，发展阶段。4基坑工程技术的发展历程两个阶段的标志——第一阶段：2000年前后基坑工程的国家行业标准和地方标准的颁布；第二阶段：2009年《建筑基坑工程监测技术规范》（GB50497）的颁布、一批相关的规范全面修订。1我国基坑工程的发展概况5基坑工程设计理念的改变——早期：设计往往以满足地下工程施工为主。或以经验为主；或以理论为主。现今：满足环境保护已成为设计施工的基本出发点。理论和经验相结合。1我国基坑工程的发展概况基坑工程技术的发展历程6基坑设计方法——极限平衡法（卜鲁姆法、盾恩法、相当梁法等）；弹性支点法（解决变形分析问题）；有限元法（平面、空间；土体与结构共同作用；考虑土的弹塑性等）1我国基坑工程的发展概况基坑工程技术的发展历程7对基坑稳定性的认识——基坑事故主要是岩土类型的破坏形式。整体滑动稳定性、抗隆起稳定性等在软土中尤其重视。1我国基坑工程的发展概况基坑工程技术的发展历程8放坡重力式水泥土墙土钉墙

常用的基坑支护结构

土体加固类——放坡、土钉墙、重力式水泥土墙等。2基坑工程的新型支护结构9钢板桩地下连续墙灌注桩排桩型钢水泥土 搅拌墙

常用的基坑支护结构

支挡、拉锚式——围护墙：排桩、地下连续墙； 支锚体系：拉锚式，内支撑。

围护墙：2基坑工程的新型支护结构10常用的基坑支护结构支挡、锚拉式——围护墙：排桩、地下连续墙；支锚体系：拉锚式，内支撑。支锚体系：内支撑钢支撑混凝土支撑2基坑工程的新型支护结构常用的基坑坑支护结构构支挡、拉锚锚式——围护墙：排排桩、地下连续续墙；支锚体系：：拉锚式，，内支撑。。支锚体系：：拉锚和锚锚杆锚定式拉锚锚土层锚杆2基坑工程的的新型支护护结构122.1复合土钉墙墙土钉支护结结构的优点点——施工方便、、设备简单单、经济效效益显著等等。土钉支护结结构的主要要问题——适用有一定定限制，仅仅适用于非非软土场地地。软土地区：：稳定性。。2基坑工程的的新型支护护结构13整体失稳坑底隆起过大变形土钉支护结结构的主要要问题——软土地区：稳定性性。2基坑工程的新型支支护结构2.1复合土钉墙14复合土钉墙——采用水泥土搅拌桩桩、预应力锚杆、、微型桩等的一类或几类结构与与土钉墙复合而成成的支护结构。2基坑工程的新型支支护结构2.1复合土钉墙15a）截水帷幕复合土土钉墙b）预应力锚杆复合合土钉墙c）微型桩复合土钉钉墙d）截水帷幕-预应力锚杆复合土钉墙墙e）截水帷幕-微型桩复合土钉墙f）微型桩-预应力锚杆复合土钉墙g）止水帷幕-微型桩-预应力锚杆复合土土钉墙2基坑工程的新型支支护结构2.1复合土钉墙软土地区的应用——以水泥土搅拌桩、、微型桩等“超前前支护”，解决：隔水性；土体的自立性（加大自立高度和和持续时间、提高稳定性）。16水泥土搅拌桩复合合土钉墙2基坑工程的新型支支护结构2.1复合土钉墙超前桩施加预应力超前桩-预应力锚杆复合土土钉墙非软土地区的应用用——通过微型桩、预应应力锚杆等对限制土体的位移。预应力锚杆复合土土钉墙，加大预应应力可使位移减少40%~50%。使其适应的基坑坑开挖深度有所增增加。复合土钉墙使开挖深度有所增加加（12~15m）。2基坑工程的新型支支护结构2.1复合土钉墙HθiqObiRθiNUj/PUj/αmjαj21431－土钉；2－预应力锚杆；3－截水帷幕；4－微型桩复合土钉墙结构设设计中应注意的问问题——可计入复合体的共共同作用，但复合体的作用：不可过高估计；原位土层、土钉对对结构稳定性的贡贡献：应占有主主要的份份额182基坑工程程的新型型支护结结构2.1复合土钉钉墙192.2双排桩结结构由前、后后两排支支护桩和和梁连接接成的刚刚架及冠冠梁组成的支支挡式结结构。双排桩结结构的特特点——结构：有较大的的侧向刚刚度，无无需支撑撑或拉锚锚施工：适应性广广、工艺艺简单、、与土方方开挖无无交叉作业业、施工工工期短短等。2基坑工程程的新型型支护结结构双排桩结结构——132GPpkEаkPаkEpk1－前排桩桩；2－后排桩桩；3－刚架梁梁双排桩的的设计——嵌固稳定定性验算算：以结构前前后排桩桩与桩间间土的整体分析析，但嵌嵌固段被动土的的抗力作用在总总抵抗力力矩中占占主要部部分。202.2双排桩结结构2基坑工程程的新型型支护结结构hldh1－前排桩桩；2－后排桩桩；3－刚架梁梁双排桩的的设计——刚架结构构受力分分析：1）前、后后排桩的的受力前排受压压；后排排受拉，q0bsbp·o123并引起前前、后排排桩竖向向位移和和桩身弯弯矩。q0pak·abpak·a123212.2双排桩桩结构构2基坑工工程的的新型型支护护结构构hldh双排桩桩的设设计——2）前、、后排排桩之之间土土体考虑其其的反力与与变形形关系系（桩间间土看看作水水平向向单向向压缩缩体，，按压压缩模模量确定刚刚度系系数））考虑开开挖后后应力力释放放引起起的初始压压力（按桩桩间土土自重重占滑滑动体体自重重的比比值确确定））。22刚架结结构受受力分分析：：q0bsbp·o123q0pak·abpak·a1232.2双排桩桩结构构2基坑工工程的的新型型支护护结构构23双排桩桩的设设计——刚架结结构受受力分分析：：3）桩顶顶梁桩与桩桩顶梁梁的连连接形成刚刚架结结构。2.2双排桩桩结构构2基坑工工程的的新型型支护护结构构242基坑工工程的的新型型支护护结构构2.3型钢水水泥土土搅拌拌墙型钢水水泥土土搅拌拌墙——由水泥泥土墙墙和内内插的的型钢钢组成成的复复合支支护结结构。。特点——支护性能好好、造价低低、环保（（型钢可回回收）等。。我国于2010年颁布了《型钢水泥土土搅拌墙技技术规程》JGJ/T199，标志了该该技术已较较为成熟。。25型钢和水泥泥土作用——型钢：作为挡土结结构；水泥土：作为截水帷帷幕。2基坑工程的的新型支护护结构2.3型钢水泥土土搅拌墙26型钢水泥土土搅拌墙的的工作特性性——墙体变位较较小时：水泥土对提提高墙体的的刚度有相相当贡献；；墙体的抗弯弯承载力验验算：不应考虑水水泥土的作作用；型钢间水泥泥土的受剪剪：包括型钢间间水泥土的的错动受剪剪和最弱截面处的局局部受剪。。2基坑工程的的新型支护护结构2.3型钢水泥土土搅拌墙27型钢水泥土土搅拌墙的的桩身强度度——这是目前工工程中矛盾盾比较集中中的问题。。设计要求：：一般强度度为1.0MPa左右，甚甚至更高；实际情况况：往往难以以达到设设计要求求；取芯检测测：28d强度值一一般在0.4MPa左右。2基坑工程程的新型型支护结结构2.3型钢水泥泥土搅拌拌墙28如何确定定水泥土土搅拌墙墙的桩身身强度？？工程实际际：鲜有因强强度较低低而造成成破坏的的事例；；理论分析析：要求水泥泥土28d抗压强度度为0.5MPa左右；规范建议议：采用不小小于0.5MPa较为适宜宜。2基坑工程程的新型型支护结结构2.3型钢水泥泥土搅拌拌墙293深基坑工工程施工工新设备备和新工工艺施工中新新设备和和新工艺艺——地下连续续墙、混混凝土咬咬合桩排排桩、超超深多轴轴水泥土土搅拌桩（（SMW工法）、、水泥土土搅拌连连续墙（（TRD工法）、、超大型环环形支撑撑体系、、十字钢钢支撑双双向复加加预应力力技术、、混凝土支支撑的绳绳（链））锯切割割法、锚锚杆的回回收技技术等。。1）抓斗式成槽槽机（适用软弱土土层）2）回转式多头头钻成槽机（适用较硬的的土层）3深基坑工程施施工新设备和和新工艺3.1地下连续墙成成槽机械和工工艺常用的成槽机机械——3）双轮铣削削式成槽机（适用坚硬土土层和岩石，，也适用软土及及砂性土）3031上海500kV世博地下变电电站（成槽1.2m厚、60m深）3深基坑工程施施工新设备和和新工艺3.1地下连续墙成成槽机械和工工艺铣削式成槽机机——最大成槽深度可达达150m，墙体厚度可达2.5m。32槽壁稳定——粉土、粉砂土等易易坍塌土层的技术术措施：①“夹心”地地下连续墙（水水泥土搅拌桩保保护槽壁）；②改良泥浆性性能。3深基坑工程施工工新设备和新工工艺3.1地下连续墙成槽槽机械和工艺水泥土搅拌桩保保护槽壁331）旋挖钻孔灌注注桩3深基坑工程施工工新设备和新工工艺3.2灌注桩施工新技技术341）旋挖钻孔灌注注旋挖成孔：通过桶状斗式钻钻头回转切削土土体。装土外运：直接将土装入钻钻斗，提升卸土土。泥浆护壁：易坍塌土层——采用静态泥浆护护壁（泥浆排量仅传传统工艺的1/4~1/5）；不易坍塌土层——可采用干式或清水钻进工艺（无需泥浆护壁壁）。3深基坑工程施工工新设备和新工工艺3.2灌注桩施工新技技术352）钻孔咬合灌注注桩由间隔布置的混混凝土素桩和配筋桩相相互咬合，形成的“桩墙墙”。3深基坑工程施工工新设备和新工工艺3.2灌注桩施工新技技术咬合方方法——旋挖钻钻机成成孔、、冲抓钻钻成孔孔、全套管管成孔孔等。。362）钻孔孔咬合合灌注注桩性能——与间隔隔式灌灌注桩桩排桩桩相比比：截水性性能良良好、、不需附附加的的截水水帷幕幕。与地下下连续续墙相相比：：功能基基本相相同，，但施施工简简便、、造价价低廉廉。3深基坑坑工程程施工工新设设备和和新工工艺3.2灌注桩桩施工工新技技术372）钻孔孔咬合合灌注注桩3深基坑坑工程程施工工新设设备和和新工工艺3.2灌注桩桩施工工新技技术382）钻孔孔咬合合灌注注桩素桩和和配筋筋桩——素桩的的混凝凝土：：（超缓缓凝））初凝时时间不不小于于40~70h；3d强度不不大于于3MPa；28d强度不不小于于C15。配筋灌灌注桩桩：素桩混混凝土土初凝凝阶段段施工工，咬咬合素素桩。。3深基坑坑工程程施工工新设设备和和新工工艺3.2灌注桩桩施工工新技技术392）钻孔孔咬合合灌注注桩全套管管成孔孔——适用：：除用于于咬合合桩外外，还还可用用于：：淤泥、、流砂砂、地地下水水富集集等不不良地地层；；城市建建筑物物密集集或有有地下下障碍碍的地地区。。3深基坑坑工程程施工工新设设备和和新工工艺3.2灌注桩施工新新技术403深基坑工程施施工新设备和和新工艺3.3型钢水泥土搅搅拌墙施工工工艺1）多轴柱列式式水泥土搅拌拌墙SMW工法（SoilMixingWall）搅拌桩施工机机械：三轴（四轴轴或五轴））搅拌桩机机械；桩径650~1000mm，最大深度度可达60m。型钢拔出机机械：液压式拔桩桩机。三轴搅拌桩机液压式拔桩机41高水灰比的必要性？3深基坑工程程施工新设设备和新工工艺3.3型钢水泥土土搅拌墙施施工工艺1）多轴柱列列式水泥土土搅拌墙关于水泥土土水灰比的的讨论：我国规范建建议水泥掺掺量高达20%左右；水灰比为1.5~2.0，砂砾土中中为1.2~2.0。高水灰比的必要性？不必要——对水泥土强强度并无益处；大量原土被被置换，施施工中难以实现（实际施工工中往往出出现涌土时时便停止注注浆）；置换排出的的土为水泥泥含量较高高的废土，，造成污染。423深基坑工程程施工新设设备和新工工艺3.3型钢水泥土土搅拌墙施施工工艺1）多轴柱列列式水泥土土搅拌墙431）多轴柱列列式水泥土土搅拌墙高水灰比必要性？基于水泥土土强度0.5MPa可满足要求求的前提，建议——水泥掺量取取15%~18%；水灰比比取0.8~1.0。改用震动插插入型钢的的方法。日本有关资资料：水泥掺量15%左右，水灰灰比0.8~1.0之间。3深基坑工程程施工新设设备和新工工艺3.3型钢水泥土土搅拌墙施施工工艺443深基坑工程程施工新设设备和新工工艺3.3型钢水泥土土搅拌墙施施工工艺1）多轴柱列列式水泥土土搅拌墙型钢插入：：震动沉入自重下沉型钢插入时间？规范规定：：水泥土搅拌拌后30min内插入；工程经验；；水泥土搅拌拌后1~2h内插入，并并无影响。。振动插入对型钢与水水泥土的粘粘结力的影影响？在搅拌桩施施工后1~2h内（水泥初初凝前），振动插插入型钢不会影响粘粘结力。453深基坑工程程施工新设设备和新工工艺3.3型钢水泥土土搅拌墙施施工工艺1）多轴柱列列式水泥土土搅拌墙462）水泥土搅搅拌连续墙墙日本称TRD工法（TrenchCuttingRe-mixingDeepWall）3深基坑工程程施工新设设备和新工工艺3.3型钢水泥土土搅拌墙施施工工艺472）水泥土搅搅拌连续墙墙特点——与多轴柱列列式水泥土搅拌拌墙相比：成墙连续；；表面平整；；深度大。3深基坑工程程施工新设设备和新工工艺3.3型钢水泥土土搅拌墙施施工工艺482）水泥土搅拌连连续墙搅拌连续墙施工工机械——成墙：采用链锯式搅拌拌刀具；成墙深：刀具用销栓连接接，深度可达数数十米；高度小：整体高低仅10m左右。3深基坑工程施工工新设备和新工工艺3.3型钢水泥土搅拌拌墙施工工艺492）水泥土搅拌连连续墙施工工艺——主机所带的链锯锯式搅拌刀具沉沉入地基土中并并沿刀架移动，作往往复运动，并在在深度方向灌入入水泥浆液，与土体搅拌、混混合成墙。3深基坑工程施工工新设备和新工工艺3.3型钢水泥土搅拌拌墙施工工艺504.1地下结构的逆作作法建造逆作法——地下工程由上向向下施工的方法法。特别适用：超深地下结构、、环境保护要求高高。4逆作法和利用““时空效应”的的开挖技术①②③④以主体结构作为为“支撑”，刚刚度大，基坑变形较小；无需支撑，大大大节约资源、降降低能耗；可实现上、下下结构同步施施工，不同程度缩短短工期；地下结构顶板板较早形成，，施工现场布置置方便。51优点——4.1地下结构的逆逆作法建造4逆作法和利用用“时空效应应”的开挖技技术52全逆作法逆作的几种方方法——上下结构是否否同步施工半逆作法4.1地下结构的逆逆作法建造4逆作法和利用用“时空效应应”的开挖技技术53逆作的几种方方法——平面区域是否否全部逆作施施工全平面逆作法法主楼顺做裙楼逆作坑边逆作法4.1地下结构的逆逆作法建造4逆作法和利用用“时空效应应”的开挖技技术54逆作的几种方方法——顶板以下结构构是否采用逆作从顶板以下结结构是否采用用逆作的角度度——盖挖法4.1地下结构的逆逆作法建造4逆作法和利用用“时空效应应”的开挖技技术55逆作的几种方方法“两墙合一”(地下连续墙)“两墙合一”的逆作法临时围护墙(灌注桩排桩)临时围护墙、、水平结构的逆逆作法4.1地下结构的逆逆作法建造4逆作法和利用用“时空效应应”的开挖技技术56逆作法的土方方开挖——取土架（抓斗斗）挖土抓斗挖土4.1地下结构的逆逆作法建造4逆作法和利用用“时空效应应”的开挖技技术57逆作法的土方方开挖——长臂挖土机4.1地下结构的逆逆作法建造4逆作法和利用用“时空效应应”的开挖技技术58逆作法的土方方开挖——皮带运输机取取土4.1地下结构的逆逆作法建造4逆作法和利用“时时空效应”的开挖挖技术59逆作法的土方开挖挖——加大取土孔面积、、增加取土孔数量——提高挖土效率4.1地下结构的逆作法法建造4逆作法和利用“时时空效应”的开挖挖技术604.2软土地区利用“时时空效应”的开挖挖技术软土地区土的特点点——含水率高、强度低低，在开挖时有很很大的流变性。开挖易引起基坑过过大变形，甚至危危及周边环境。4逆作法和利用“时时空效应”的开挖挖技术61基坑工程的“时空空效应”——基坑支护结构的变变形和周边地层的的变形：随时间推移而发展展；因开挖的空间尺度度、坑底暴露面积积而不同。这在软土地基的条条件下尤为突出。。4.2软土地区利用“时时空效应”的开挖挖技术4逆作法和利用“时时空效应”的开挖挖技术62利用“时时空效应应”的开开挖技术术——“分层、分分块、对称、、平衡、、限时”。超大深基基坑中，，分块开开挖是最最基本的的措施。。4.2软土地区区利用““时空效效应”的的开挖技技术4逆作法和和利用““时空效效应”的的开挖技技术63分块开挖挖典型方方式之一一——超长线性