基坑支护类型简介及选型要点 (上篇)

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楼主 2018-09-23 12:23:40
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一、 各种基坑支护形式简介及适用范围


1. 放坡开挖——放

放坡开挖的指导思想是“放”,通过“撤军”,挖除部分土,放出的足够的边坡,实现“前方”(基坑内)的安全。


土方边坡一般用边坡坡度表示,不同的土质允许的边坡坡度也不同。


放坡开挖的优点是施工速度快,造价较低;缺点是开挖和回填土方均较大,坑边变形大。软土地层中采用单级放坡开挖的基坑开挖深度不宜大于4m,采用多级放坡开挖的基坑开挖深度不宜大于7m。


适用条件:

a. 基坑周边开阔,满足放坡条件;

b. 基坑周边土体允许有较大位移;

c. 开挖面以上一定范围内无地下水或己经降水处理。


不适用范围:

a. 淤泥和流塑土层;

b. 地下水高于开挖面或未降水处理。


图1 放坡开挖剖面示意图


表1 各类土质放坡坡率允许值


图2 荣域项目B4地块多级边坡


2. 土钉墙——钉

土钉墙通过打入“土军内部”一道道土钉,让前方的活跃好战分子有了后方的儿女情长的牵挂,自然不会玩命来犯了。


土钉墙是将基坑边坡通过由钢筋制成的土钉进行加固,边坡表面铺设一道钢筋网再喷射一层砼面层,使之与土方边坡相结合的边坡加固型支护施工方法。除了被加固的原位土体外,土钉墙由土钉、面层及必要的防排水系统组成。土钉墙也可以与水泥土桩、微型桩及预应力锚杆组合形成的复合土钉墙。


土钉墙的优点:材料用量和工程量少,施工速度快,经济性好;施工设备轻便,操作方法简单;对场地土层的适应性强;结构轻巧,柔性大,有很好的延性。


土钉墙的缺点:要求锚杆能避开场地周边其他建筑的基础和管线;在松散砂土、软塑、流塑粘性土以及有丰富地下水源的情况下不能单独使用土钉支护,必须与其他的土体加固支护方法相结合;基坑变形大。


图3 土钉墙剖面示意图


图4 荣域项目B3地块一级土钉支护


适用条件:

a. 岩土条件较好;

b. 基坑周边土体允许有较大位移;

c. 己经降水处理或止水处理的岩土;

d. 地下水位以上为粘土、粉质粘土、粉土和砂土;

e. 开挖深度不宜大于12m。


不适用范围:

a. 土层为富含地下水的岩土层、含水砂土层,且未降水处理;

b. 膨胀土等特殊土层;

c. 基坑周边有严格控制位移的建筑物、构筑物和地下管线等


3. 水泥土重力式围护墙——重

水泥土重力式围护墙同样打入“土军”内部,不过它是通过搅拌机械,将水泥等加固材料和地基土强行搅拌,形成连续搭接的水泥土柱状加固体挡墙。


由于水泥土重力式围护墙是无支撑自立式挡土墙,依靠墙体自重、墙底摩阻力和墙前基坑开挖面以下土体的被动土压力稳定墙体,因此一般水泥土重力式围护墙一般都比较墩重厚实,墙厚一般为0.7~0.8倍的开挖深度,这就要求基坑边与红线间有足够的宽度。


图5 重力式水泥土墙剖面示意图


图6 重力式水泥土墙现场图


重力式水泥土墙的平面布置有壁状布置、格栅状布置、锯齿形布置等形式。工程实践中,为了节省工程造价,又以格栅状的平面布置较为常用。


图7 重力式水泥土墙的平面布置方式

(a)壁状支护结构;(b)锯齿状支护结构;(c)格栅状支护结构


图8 水泥土搅拌桩成桩过程示意图


重力式水泥土墙的优点:由于一般坑内无支撑,便于机械化快速挖土;具有挡土、止水的双重功能;一般情况下较经济;施工中无振动、无噪音、污染少、挤土轻微。


重力式水泥土墙的缺点:首先是位移相对较大,尤其在基坑长度大时;其次是厚度较大,只有在红线位置和周围环境允许时才能采用,而且在水泥土搅拌桩施工时要注意防止影响周围环境。


重力式水泥土墙的适用条件:

a. 基坑开挖深度不宜大于7m,基坑周边土体允许有较大位移,基坑周边有足够的施工场地;

b. 填土、可塑、流塑粘性土、粉土、粉细砂、松散的中粗砂;

c. 坡顶超载不宜大于20kPa。


不适用范围:

a. 周边无足够施工场地;

b. 基坑周边有严格控制位移的建筑物、构筑物和地下管线等;

c. 墙深度范围内存在富含有机质的淤泥。


4. 悬臂式支护结构——抗


兄弟们,给我顶住!


上面这张图片的台词充分说明了的悬臂式支挡结构的特点:硬顶生抗。    

悬臂式支挡结构顶部位移较大,内力分布不理想,但可省去锚杆和支撑,当基坑较浅且基坑周边环境对支护结构位移的限制不严格时,可采用悬臂式支挡结构。悬臂式支护结构一般用于坑深7m以下。悬臂式支护结构可以采用不同的挡土结构,主要有排桩、钢板桩、SMW工法桩等。


1) 排桩——一字长蛇阵

排桩支护结构是将桩体按照一定的距离或者咬合排列形成的支护挡土结构。根据成桩工艺的不同,可以将排桩分为:钻孔灌注桩、挖孔桩、压浆桩、预制混凝土桩和钢管桩等。


悬臂钢管桩适用于坑深小于5m的情况,抗弯刚度相对较小,优势是施工速度快,成本比混凝土排桩低。混凝土排桩适用于悬臂高度大于5m,抗弯刚度相对较大,但施工速度慢,成本也相对较高。排桩桩体根据实际需要可以有多种不同的平面排列形式,如图9所示。


图9 排桩围护体的常见形式


其中分离式排列形式(图 a)适用于没有地下水或者地下水位比较低的土质好的基坑工程;如果地下水位需要防水要求并不高时,可采用连续排列如图(b)所示;如果基坑工程要求增加支护结构的整体刚度,可以将桩交错排列,如图(c)所示;要求更大的整体刚度时可以用双排桩形式,如图(d)所示;如果需要防水而且空间有限可以选择咬合排列形式,如图(e)所示;有空间时可以在排桩后面进行连续止水形式或者分离式止水形式,如图(f)、(g)所示。


图10 荣域项目B2地块排桩(钢管桩)支护


排桩中钻孔灌注桩是最常见的支护结构形式。采用混凝土灌注桩时,悬臂式排桩的桩径宜大于或等于600mm。排桩的中心距不宜大于桩直径的2.0倍,桩间土防护措施宜采用内置钢筋网或钢丝网的喷射混凝土面层。围护桩上部往往结合砖砌挡土墙或者天然放坡或土钉墙,以降低围护结构造价。


图11 钻孔灌注桩现场图

(钻孔灌注桩一字排开,列阵挡土,故称之为一字长蛇阵)


钻孔灌注桩的优点:施工工艺简单,施工噪音低、振动小、对环境影响小,成本低(与地下连续墙相比),平面布置灵活,自身刚度和强度较大。


缺点是施工速度慢,需处理泥浆,自防水差、需要结合防水措施,整体刚度较差。


悬臂式钻孔灌注排桩适用于软土地层,一般开挖深度5~7m;在砂砾层和卵石中施工慎用。


2) 钢板桩——八门金锁阵

钢板桩是一种带锁口的热轧型钢,靠锁口相互连接咬合,形成连续的钢板桩墙,用来挡土和挡水。


钢板桩的优点:材料质量可靠,施工快捷,工期短;占用场地较小;在防水要求不高的工程中,可采用自身防水;基坑施工完毕回填土后可将槽钢拔出回收再次使用。


钢板桩的缺点:钢板桩抗侧刚度相对较小,变形较大;钢板桩打入和拔除对土体扰动较大;钢板桩拔除后需对土体中留下的孔隙进行回填处理。


图12 钢板桩

(八字状的钢板桩手挽手肩并肩列阵迎敌,故称之为八门金锁阵)


图13 钢板桩现场图


钢板桩适用于开挖深度不大于7m、周边环境保护要求不高的基坑工程。由于钢板桩打入和拔除对周边环境影响较大,邻近对变形敏感建构筑物的基坑工程不宜采用。


3) 型钢混凝土搅拌墙——外圆内方阵

型钢混凝土搅拌墙是在水泥土深层搅拌桩墙体中插入型钢所形成的一种同时具有受力和防渗功能的加劲复合围护结构。SMW工法桩是在国内应用最多的型钢混凝土搅拌墙。


图14 SMW工法桩现场图


图15 SMW工法桩施工中插入型钢

(圆形的搅拌桩中插入方形的型钢加强,故称之为外圆内方阵)


SMW工法桩有如下优点:

a. 对周边环境影响小,施工不扰动邻近土体,能有效控制周边地面构筑物的沉降;

b. 抗渗性好,工法桩机连续作业的墙体无接缝,从而使它可比传统的连续墙具有更可靠的止水性;

c. 刚度较大,支护效果好;

d. 构造简单、施工简便、工期短;

e. 由于型钢可回收重复使用,成本较低。


SMW工法桩的问题和缺点:

a. 搅拌桩和型钢协同工作方面,仍有许多问题需要进一步深入研究;

b. 对型钢水泥土搅拌墙的一些设计施工参数还没有统一的标准,施工质量难于保证;

c. 由于型钢拔除后在搅拌桩中留下的孔隙需采取注浆等措施进行回填,特别是邻近变形敏感的建构筑物时,对回填质量要求较高。


SMW工法桩以水泥土搅拌桩为基础,凡是能够施工三轴水泥土搅拌桩的场地都可以考虑使用该工法。


随着开挖深度的加深,生顶硬抗已经无法阻挡“水土大军”了,还有什么“兵种”能够应敌,且看下回。



未完待续,敬请期待下期:

《基坑支护类型简介及选型要点(下篇)》




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