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大型深基坑支护施工新技术大搜罗,一网打尽,值得收藏!

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大型深基坑支护施工新技术大搜罗,一网打尽,值得收藏!

发布日期:2017-11-08 作者:哈尔滨基坑支护 点击:

一、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。

1、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。

1)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。

2)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。

3)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

4)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。

二、基坑工程的新型支护结构

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。


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


支锚体系:拉锚和锚杆


1、复合土钉墙

土钉支护结构的优点——施工方便、设备简单、经济效益显著等。

土钉支护结构的主要问题——适用有一定限制,仅适用于非软土场地。软土地区:稳定性。

土钉支护结构的主要问题——软土地区:稳定性


复合土钉墙——采用水泥土搅拌桩、预应力锚杆、微型桩等的一类或几类结构与土钉墙复合而成的支护结构。


软土地区的应用——以水泥土搅拌桩、微型桩等“超前支护”,

解决:隔水性;土体的自立性(加大自立高度和持续时间、提高稳定性)。


非软土地区的应用——通过微型桩、预应力锚杆等对限制土体的位移。预应力锚杆复合土钉墙,加大预应力可使位移减少40%~50%。使其适应的基坑开挖深度有所增加。复合土钉墙使开挖深度有所增加(12~15m)。


复合土钉墙结构设计中应注意的问题——可计入复合体的共同作用,但复合体的作用:不可过高估计;原位土层、土钉对结构稳定性的贡献:应占有主要的份额。


2、双排桩结构

双排桩结构——由前、后两排支护桩和梁连接成的刚架及冠梁组成的支挡式结构。

双排桩结构的特点——结构:有较大的侧向刚度,无需支撑或拉锚

施工:适应性广、工艺简单、与土方开挖无交叉作业、施工工期短等。


双排桩的设计——

嵌固稳定性验算:以结构前后排桩与桩间土的整体分析,但嵌固段被动土的抗力作用在总抵抗力矩中占主要部分。



刚架结构受力分析:

1)前、后排桩的受力前排受压;后排受拉,并引起前、后排桩竖向位移和桩身弯矩。


2)前、后排桩之间土体:考虑其的反力与变形关系(桩间土看作水平向单向压缩体,按压缩模量确定刚度系数)

考虑开挖后应力释放引起的初始压力(按桩间土自重占滑动体自重的比值确定)


3)桩顶梁



3、型钢水泥土搅拌墙

型钢水泥土搅拌墙——由水泥土墙和内插的型钢组成的复合支护结构。

特点——支护性能好、造价低、环保(型钢可回收)等。我国于2010年颁布了《型钢水泥土搅拌墙技术规程》JGJ/T199 ,标志了该技术已较为成熟。


型钢和水泥土作用——型钢:作为挡土结构;

水泥土:作为截水帷幕。


型钢水泥土搅拌墙的工作特性——

墙体变位较小时:水泥土对提高墙体的刚度有相当贡献;

墙体的抗弯承载力验算:不应考虑水泥土的作用;

型钢间水泥土的受剪:包括型钢间水泥土的错动受剪和最弱截面处的局部受剪。

型钢水泥土搅拌墙的桩身强度——这是目前工程中矛盾比较集中的问题。

设计要求:一般强度为1.0MPa左右,甚至更高;

实际情况:往往难以达到设计要求;

取芯检测:28d强度值一般在0.4MPa左右。

如何确定水泥土搅拌墙的桩身强度?

工程实际:鲜有因强度较低而造成破坏的事例;

理论分析:要求水泥土28d抗压强度为0.5MPa左右;

规范建议:采用不小于0.5MPa较为适宜。

三、深基坑工程施工新设备和新工艺

施工中新设备和新工艺——地下连续墙、混凝土咬合桩排桩、超深多轴水泥土搅拌桩(SMW工法)、水泥土搅拌连续墙(TRD工法)、超大型环形支撑体系、十字钢支撑双向复加预应力技术、混凝土支撑的绳(链)锯切割法、锚杆的回收 技术等。


1、地下连续墙成槽机械和工艺

常用的成槽机械——


铣削式成槽机——最大成槽深度可达150m,墙体厚度可达2.5m。


槽壁稳定——

粉土、粉砂土等易坍塌土层的技术措施:

① “夹心”地下连续墙(水泥土搅拌桩保护槽壁);

② 改良泥浆性能。


2、灌注桩施工新技术

1)旋挖钻孔灌注桩



旋挖成孔:通过桶状斗式钻头回转切削土体。

装土外运:直接将土装入钻斗,提升卸土。

泥浆护壁:易坍塌土层——采用静态泥浆护壁泥浆排量仅传统工艺的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)。

2)钻孔咬合灌注桩:由间隔布置的混凝土素桩和配筋桩相互咬合,形成的 “桩墙”。

咬合方法——旋挖钻机成孔、冲抓钻成孔、全套管成孔等。


性能——与间隔式灌注桩排桩相比:截水性能良好、不需附加的截水帷幕。

与地下连续墙相比:功能基本相同,但施工简便、造价低廉。





素桩和配筋桩——

素桩的混凝土:(超缓凝)初凝时间不小于40~70h;3d强度不大于3MPa;8d强度不小于C15。

配筋灌注桩:素桩混凝土初凝阶段施工,咬合素桩。



全套管成孔——适用:除用于咬合桩外,还可用于:淤泥、流砂、地下水富集等不良地层;城市建筑物密集或有地下障碍的地区。



3、型钢水泥土搅拌墙施工工艺

1)多轴柱列式水泥土搅拌墙:SMW工法(Soil Mixing Wall)


搅拌桩施工机械:三轴(四轴或五轴)搅拌桩机械;桩径650~1000mm,最大深度可达60m。

型钢拔出机械:液压式拔桩机


关于水泥土水灰比的讨论:我国规范建议水泥掺量高达20%左右;水灰比为1.5~2.0,砂砾土中为1.2~2.0。


高水灰比的必要性?


不必要——对水泥土强度并无益处;大量原土被置换,施工中难以实现(实际施工中往往出现涌土时便停止注浆);置换排出的土为水泥含量较高的废土,造成污染。

基于水泥土强度0.5MPa可满足要求的前提,


建议——水泥掺量取15%~18%; 水灰比取0.8~1.0。改用震动插入型钢的方法。

日本有关资料:水泥掺量15%左右,水灰比0.8~1.0之间。

型钢插入:


型钢插入时间?

规范规定:水泥土搅拌后30min内插入;

工程经验;水泥土搅拌后1~2h内插入,并无影响。

振动插入对型钢与水泥土的粘结力的影响?

在搅拌桩施工后1~2h内(水泥初凝前),振动插入型钢不会影响粘结力。

2)水泥土搅拌连续墙:日本称TRD工法(Trench Cutting Re-mixing Deep Wall)


特点——与多轴柱列式水泥土搅拌墙相比:成墙连续;表面平整;深度大。



搅拌连续墙施工机械——

成墙:采用链锯式搅拌刀具;

成墙深:刀具用销栓连接,深度可达数十米;

高度小:整体高低仅10m左右。


施工工艺——主机所带的链锯式搅拌刀具沉入地基土中并沿刀架移动,作往复运动,并在深度方向灌入水泥浆液,与土体搅拌、混合成墙。


四、逆作法和利用“时空效应”的开挖技术

1、地下结构的逆作法建造

逆作法——地下工程由上向下施工的方法。

特别适用:超深地下结构、环境保护要求高。

优点——

①以主体结构作为“支撑”,刚度大,基坑变形较小;

②无需支撑,大大节约资源、降低能耗;

③可实现上、下结构同步施工,不同程度缩短工期;

④地下结构顶板较早形成,施工现场布置方便。

逆作的几种方法——

1)上下结构是否同步施工



2)平面区域是否全部逆作施工


3)顶板以下结构是否采用逆作


4)围护结构是否兼作主体结构外墙


逆作法的土方开挖——

基坑支护工艺流程:


测量、放线——桩机就位——钻孔——吊装钢筋笼——浇筑混凝土——桩机移位——桩养护——破桩——冠梁施工


特点: 


①刚度大,可用在深大基坑;


②施工对周边地层、环境影响小;


③需降水或和止水措施配合使用,如搅拌桩、旋喷桩等


钻孔灌注桩围护结构经常与止水帷幕联合使用,止水帷幕一般采用深层搅拌桩。也可以采用高压旋喷桩止水帷幕。近年来,素混凝土桩与钢筋混凝土桩间隔布置的钻孔咬合桩也有较多应用,此类结构可直接作为止水帷幕。


基坑支护


2、软土地区利用“时空效应”的开挖技术

软土地区土的特点——含水率高、强度低,在开挖时有很大的流变性。开挖易引起基坑过大变形,甚至危及周边环境。

基坑工程的“时空效应”——基坑支护结构的变形和周边地层的变形:随时间推移而发展;因开挖的空间尺度、坑底暴露面积而不同。这在软土地基的条件下尤为突出。

利用“时空效应”的开挖技术——“分层、分块、对称、平衡、限时”。超大深基坑中,分块开挖是最基本的措施。

分块开挖典型方式之一 ——超长线性基坑

采用分段分层开挖方法,及时设置支撑、施工垫层。

在前区段的基础底板完成后进行后续区段的开挖。形成线性的流水作业。

分块开挖典型方式之二——无内支撑的大面积基坑

利用后浇带进行分块施工,在前一区块基础底板施工完成后进行后一区块的土方开挖。

各块之间可采用跳仓施工法以加快进度。

分块开挖典型方式之三——大面积采用内支撑的深基坑

采用分层盆式开挖或分层岛式开挖的方式。

分层盆式开挖示例


分层盆式开挖示例——竖向分层盆式开挖


分层盆式开挖示例——平面分块开挖

五、结语

我国基坑工程的新技术、新工艺、新设备不断涌现。

地下工程规模将向大面积、超深度方向发展——需要基坑工程技术的不断提升和创新。

基坑工程地域性、复杂性、综合性和不可预见性的特点——需要在设计与施工中给予加倍重视和精心。


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