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浅析深基坑支护的几种常用方法

作者: 来源: 日期:2014-09-25 22:10人气:

  摘要:本文主要介绍了深基坑支护的三种常用方法。分别从支护方式的概念、适用条件进行了阐述。

  关键词:深基坑;排桩;地下连续墙;水泥土墙

  随着当前我国城市高层建筑的兴起,地下空间的迅速开发,我国的基坑在数量、开挖深度、平面尺寸及使用领域等方面都得到高速的发展,深、大基坑已经非常常见,加上有些地方土质情况差,周边环境紧张,简单的放坡开挖或少量的钢板桩支护已经难以保证地下结构施工及周边环境的安全。本文主要从排桩、地下连续墙、水泥土挡墙等几种深基坑支护的常用方法进行论述。

  1 排桩

  1.1悬臂式

  护坡方法主要有钻孔灌注桩、人工挖孔桩、预制桩, 板桩(钢板桩组合,异型钢组合, 预制钢筋混凝土板组合)。

  悬臂式排桩悬臂高度不宜超过6m,对深度大于6m的基坑可结合冠梁顶以上放坡卸载使用, 坑底以下软土层厚度很大时不宜采用;嵌入岩层、密实卵砾石、碎石层中的刚度较大的悬臂桩的悬臂高度可以超过6m[1]。

  大截面灌注桩一般用于地下水位较高、土质较弱和基坑较深的支护工程中,桩径为0.6~1.2 m,桩长可由计算决定,一般为大于基坑深度的两倍。悬臂式结构在软土场中基坑深度不宜大于5 m。人工挖孔桩一般用于地下水位较低、坑壁土质好、桩底未进入承压水层的支护工程,桩径为0.9~1.2 m,混凝土或红砖护壁。悬臂桩支护型式桩顶处沿基坑边缘均应设置锁口梁,以加强桩排整体性,增加桩身的抗弯刚度。

  1.2双排桩

  双排桩支护结构是一种空间组合类悬臂支护结构,是将密集的单排悬臂桩中的部分桩向后移,并在桩顶用刚度较大连梁把前后排连接起来,沿基坑长度方向形成双排支护的空间结构体系[2]。它是在没有锚杆(或内支撑)的情况下,利用超静定刚架结构随支承条件及荷载条件的变化而自动调整结构内力分配的特性,发挥空间组合桩的整体刚度和空间效应,并与桩间土协同工作,支挡由于开挖引起的不平衡力,达到保持坑壁或坡体稳定、变形控制、满足施工工期和不影响周边环境的目的。

  双排桩一般是两排钻孔灌注桩,顶部钢筋混凝土横梁连结,必要时对桩间土进行加固处理。使用双排桩可在一定程度上弥补单排悬臂桩变形大支护深度有限的缺点,适宜的开挖深度应视变形控制要求经计算确定;当设置锚杆和内支撑有困难时可考虑双排桩;坑底以下有厚层软土,不具备嵌固条件时不宜采用。双排桩一般适合基坑深度为5~9 m。

  双排桩支护结构的布桩形式非常灵活,常见的形式有梅花形、丁字式、双三角形式、矩形格式、连拱式等,双排桩连梁的形式也是多种多样,有整体板式圈梁、横梁与纵梁连接形成的格栅式等。

  1.3锚固式

  钻孔灌注桩、人工挖孔桩、预制桩, 板桩加预应力或非预应力灌浆锚杆、螺旋锚或灌浆螺旋锚、锚定板(或桩)。

  可用于不同深度的基坑,支护体系不占用基坑范围内空间,但锚杆需伸入邻地,有障碍时不能设置,也不宜锚入毗邻建筑物地基内;锚杆的锚固段不应设在灵敏度高的淤泥层内, 在软土中也要慎用;在含承压水的粉土、粉细砂层中应采用跟管钻进施工锚杆或一次性锚杆。

  1.4内支撑式

  钻孔灌注桩、人工挖孔桩、预制桩, 板桩加型钢或钢筋混凝土支撑,包括各种水平撑(对顶撑、角撑、桁架式支撑),竖向斜撑,能承受支撑点集中力的冠梁或围檩,限制水平撑变位的立柱,提高整个围护体系的整体强度和刚度以及有效控制基坑变形。

  水平支撑整体或单独受力单元宜组成几何不变体系或超静定体系。其布置的基本形式有斜支撑及角撑、水平对顶式支撑、长边对顶加角撑、加强围檩式、格构式支撑、加强角撑式、环梁式支撑等[1]。围檩、水平支撑、钢立柱和立柱桩是内支撑体系的基本构件。

  深基坑开挖中采用内支撑系统的围护方式已得到广泛应用,特别对于软土地区基坑面积大、开挖深度深或是基坑外侧空间资源有限的情况。可用于不同深度的基坑和不同土质条件,变形控制要求严格时宜选用;

  内支撑优点是墙体变形小,支护方法可靠。但预埋件多,要求的施工精度高,对地下结构施工影响大,需分层换撑,工期长,经济性较差,且布置要考虑后续施工的方便。

  内支撑结构各构件可采用钢结构和钢筋混凝土结构。钢支撑施工工期相对钢筋混凝土支撑施工工期较短,但用钢量大,造价高,钢筋混凝土支撑工期长,拆除有诸多不便,但造价低。

  2 地下连续墙

  地下连续墙可用于多层地下室的超深基坑,宜配合逆作法施工使用, 利用地下室梁板柱作为内支撑。

  2.1 悬臂式

  悬臂式地下连续墙主要有平板悬臂式和组合断面悬臂式。

  平板悬臂式适用于土质较好, 开挖深度较浅的基坑护壁。其顶部宜作大圈梁, 以承担部分水平力。组合断面悬臂式是将地下连续墙作成T形、Π形或工字形, 可用于较深的基坑。

  2.2 内支撑式

  内支撑式地下连续墙主要有单层水平支撑式、多层水平支撑式、斜撑式、逆作式。

  单层水平支撑式是在地下连续墙顶部或接近顶部设一道水平内支撑, 下端弹性嵌固于天然岩、土层或加固土层中, 可用于开挖深度较大的基坑。多层水平支撑式可用于开挖深度很大的基坑。斜撑式利用建筑物基础底板或靠近边缘的承台作为支点设置斜撑, 可代替单层支撑。采用此种支撑时应与土方开挖和基础施工密切配合, 在支撑生效之前保留边缘护壁土体不挖除, 以保证施工过程中墙体的稳定并控制其位移。逆作式是自上至下施工地下室梁板, 以各层地下室梁板支撑地下连续墙, 某层支撑生效后再挖除该层梁板以下至下一层梁板施工深度之间的土方。

  2.3 锚拉式

  采用类似桩锚支护结构的方法, 边开挖边设置锚杆, 或设置顶部拉锚(锚碇板或锚碇块)。

  地下连续墙对设置一层以上内支撑或锚杆的地下连续墙应按照施工顺序对不同工况逐一进行计算, 包括内支撑的设置过程和拆除过程, 并按最不利工况进行墙体的设计。

  地下连续墙作为地下室外墙或作为地下室外墙的一部分时, 应将其作为永久性结构纳入主体结构设计范畴。

  3 水泥土墙

  水泥土挡墙是由水泥土桩相互搭接形成的壁状、格栅状、拱状等形式的重力式结构。利用墙体自重和嵌入基坑底面下得嵌固深度对基坑侧壁土体进行支护,可单独作为一种支护方式,也可与混凝土灌注桩、预制桩、钢板桩等结合,形成组合式支护结构,同时还可作为其他支护方式的止水帷幕[3]。

  水泥土墙主要构件是水泥土桩。水泥土桩主要是采用水泥土搅拌法形成的搅拌桩和高压旋喷注浆法形成的旋喷桩。一般由于考虑造价问题,在基坑支护问题上选用搅拌桩居多。

  水泥土挡墙适用于开挖深度不大于6m且墙底有较好持力层的基坑工程。组成“挡墙”的水泥土桩可由深层搅拌(浆喷、粉喷)或高压旋喷形成。水泥土桩的布置可采用格构式或实腹式,其形状可为直线形、直线加扶壁形或连拱形。

  水泥土桩连体桩应采用梅花形布置,优先采用多头深层搅拌设备施工,相邻桩的搭接不宜小于150mm。格构式挡墙的内部墙肋净距不宜大于1.5m;水泥土挡墙所用的深层搅拌桩水泥掺量不应小于12%;在淤泥中不宜小于18%,经过试验可掺入一定量的粉煤灰、氯化钙、石膏、生石灰。设计前应取得土质参数和有关配合比强度的室内试验数据。深层搅拌桩(浆喷、粉喷)施工时应全长范围内复搅;水泥土挡墙顶部应设置厚100mm~200mm的钢筋混凝土压顶板,配筋百分率不宜小于0.15。压顶板在墙顶前缘宜加厚成肋状。压顶板与挡墙用插筋连结,插筋长度不宜小于1.0m,直径不宜小于φ12,每桩一根;为增强挡墙的整体性,提高水泥土的抗拉性能,特别是墙宽不大时,可在水泥土墙受拉区插入型钢等材料。

  4 结论

  基坑支护方式的设计是控制基坑施工质量的保证,对于不同的基坑选用适当的支护方式是重中之重。

  参考文献

  [1]《基坑工程技术规程》(DB42/159——2004)

  [2] 罗漪;王建鸿等.双排桩基坑支护结构受力的Plaxis有限元分析[J].工程建设与设计,2009.11.

  [3]熊智彪.建筑基坑支护[M].中国建筑工业出版社.2007.

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