第二编建筑工程项目深基坑支护设计与施工技术.docx
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第二编建筑工程项目深基坑支护设计与施工技术
第二编建筑工程项目深基坑支护设计与施工技术
第二编
建筑工程项目深基坑支护设计与施工技术
第一章建筑工程项目深基坑支护技术
第一节基坑支护技术的发展概况
随着国内高层建筑和市政建设的发展基坑支护技术已成为地基基础领域的一个难点热点问题引起了行政技术管理部门设计施工监理单位建设单位及本领域众多专家学者工程技术人员的普遍关注并逐渐形成为地基基础的一个专门领域由于我国经济发展水平的特定国情基坑支护结构作为地下结构施工期间的临时结构一般是本着安全经济的原则在保证安全的前提下尽量合理节省工程投资而在经济发达国家情况则不同为了确保工程的安全可靠不惜花费大量资金和建筑材料投入到临时的基坑支护工程中工程设计安全度较高也就造成了较大浪费相对国外而言国内对基坑支护计算理论设计方法和施工技术的研究和开发要比经济发达国家更为必要对基坑支护技术要求的难度更高投入的精力更大从20世纪80年代至今国内在基坑支护技术领域取得了很大的发展总结出了丰富的工程经验同时在全国许多城市的基坑工程中由于经验不足和对该技术掌握的不成熟等原因也出现了不少的工程事故留下了惨痛的教训值得人们总结和引以为鉴在基坑支护领域国内的发展现状主要体现在以下几个方面
1基坑支护工程的发展
基坑支护工程数量越来越多规模越来越大在各种地基基础学术会议和期刊杂志上发表的论文中介绍基坑支护工程实例的文章数量很大在全国范围内对基坑支护工程数量和规模很难进行全面统计根据已公开发表的基坑支护工程报道表211仅列出了国内几个大城市有代表性的大型基坑工程情况可以代表目前国内基坑支护工程的水平由于国内房地产建设高潮的再次兴起和大城市地铁建设项目的开展基坑支护工程将会获得进一步的发展
2基坑支护技术的发展
基坑开挖支护技术由20世纪70年代以前较浅基坑常采用的放坡和钢板桩支护到20世纪80年代广泛采用钢筋混凝土护坡桩加锚杆或内支撑方法由于这种支护结构产生的水平变形较小因此解决了深基坑支护的问题有效保护了城市市区基坑垂直开挖和周边既有建筑地下管线的安全地下连续墙技术在基坑支护工程中的应用使得地下连续墙的优点得以充分发挥既可以挡土也能够有效截止基坑周边地下水向基坑内的渗流解决了基坑开挖造成周边地面和建筑物的下沉问题地下连续墙同时可作为地下室结构外墙可扩大地下空间的利用范围
表211国内几大城市有代表性的大型基坑工程情况
序号地点工程名称层数
基坑深度(m)基坑面积(m2)支护型式支锚型式
1北京中银大厦1523
12000地下连续墙34层锚杆
2北京东方广场201723480190钻孔灌注桩H488
工字钢桩锚杆
3上海金茂大厦881520约20000地下连续墙钢筋
混凝土支撑
4上海恒隆广场661518约25000地下连续墙
钢筋混凝土及钢管支撑
5广州新中国大厦431910070地下连续墙逆作法施工
6广州金汇大厦2819226652地下连续墙钢管支撑
7深圳贤成大厦6016179880挖孔灌注桩锚杆
7深圳侨光广场4920414490挖孔灌注桩锚杆
20世纪80年代后期开始普遍采用的土钉墙支护技术与护坡桩和地下连续墙相比工程造价明显降低土钉墙施工与基坑土方开挖同步交叉进行施工速度较快该技术的应用基坑深度从早期的8m以内发展到应用在15m以上深度的基坑目前也有基坑深度20m的工程采用了土钉墙支护技术特别是近期出现的复合土钉墙支护技术将土钉墙与搅拌桩旋喷桩或预应力锚杆结合起来使得土钉墙技术在深基坑中应用及垂直土钉墙成为现实并改善了土钉墙支护型式变形较大的缺陷锚杆技术自应用到基坑支护工程中以后结合基坑支护的特点其施工工艺也得到了很大的提高和改进为了提高锚杆承载力由常用的一次性注浆发展为二次多次重复高压注浆成孔工艺也出现了机械水冲爆破等扩孔方法施工机械大量引进了国外较为先进的设备使适用地层的范围成孔速度锚杆施工长度等方面的能力都有了明显提高可拆卸锚杆工艺也在国内一些工程上开始采用可以在锚杆使用功能完成后将锚杆中钢绞线抽出回收可用于解决对周边地下存在后期施工障碍的问题并可提高锚杆的承载力20世纪80年代初期以前在高地下水位的地层条件下基坑开挖与支护一般常与井点降水相结合施工期的场地降水会引起场地周围地下水位的下降易造成周围房屋的下沉开裂和危及建筑物安全等严重问题因此常造成建设方与相临建筑产权方的矛盾和纠纷这类工程事故的发生使人们逐渐重视对周边环境的保护并成为基坑支护工程要解决的一个非常重要的问题旋喷摆喷定喷方法的喷射注浆截水帷幕和搅拌桩截水帷幕在目前的基坑截水中常被采用化学注浆的方法有时也被应用
3设计计算方法和计算应用软件的发展
20世纪80年代国内高层建筑发展高潮的初期基坑支护结构的设计计算一般仍建立在土力学极限平衡的经典计算方法基础上对桩墙结构最具代表性的计算方法是静力平衡法和等值梁法但经典方法不能涉及支撑或锚杆的变形刚度支护结构嵌固段的变形基坑在开挖过程中支护结构已产生的变形等因素因此很难得出符合工程实际情况的支护结构的水平位移由于基坑支护工程中岩土问题的复杂性和对变形的严格要求经典方法已难以适应既安全又经济的原则随着工程经验的积累和设计计算方法的完善目前国内在工程应用中较为流行用弹性杆系有限元法计算支护结构弹性支点法作为桩墙结构内力位移支点力计算方法已纳入现行的建设部行业标准建筑基坑支护技术规程内支撑结构计算也普遍采用了杆系有限元法作为支护结构计算方法的更深一步研究分析和发展考虑土与支护结构相互作用的平面空间有限元法也在探讨之中相对桩墙支护结构而言土钉墙支护结构的计算方法进展较为缓慢工程实际应用上仍广泛采用基于极限平衡理论的计算方法计算机技术突飞猛进的发展给各行各业带来了一场技术革命也为岩土工程计算理论和方法提供了发展变革的契机以前很多用手算不能解决的繁琐复杂的计算问题现在也可以很轻松地通过计算机解决了特别是在Windows等操作系统的平台下开发出了一些图形用户界面的基坑支护设计计算软件这类软件运行速度快操作简单易学形象直观为不同支护方案的优化比较提供了方便工具提高了设计计算周期和减少了人为因素的计算出错率施工图软件也将大大减轻设计人员的劳动强度和提高其工作效率
第二节基坑支护技术的基本内容
一基坑支护结构的基本型式
基坑支护是保证地下结构施工及基坑周边环境的安全对基坑侧壁采取的支挡加固与保护措施随着支护技术在安全经济工期等方面要求的提高和支护技术的不断发展在实际工程中采用的支护结构型式也越来越多为了在基坑支护工程中做到技术先进经济合理确保基坑边坡基坑周边建筑物道路和地下设施的安全应综合场地工程地质与水文地质条件地下室的要求基坑开挖深度降排水条件周边环境和周边荷载施工季节支护结构使用期限等因素因地制宜地选择合理的支护结构型式可应用到基坑支护工程中的常用施工方法有各种类型的桩地下连续墙锚杆钢筋混凝土和钢支撑土钉和喷射混凝土护面搅拌桩旋喷桩逆作拱墙钢板桩SMW工法土体冻结等这些方法有的可以单独使用也可以根据需要结合在一起使用到目前为止在实际工程中已被采用的单独或组合型式已不下十几种虽然具体的支护型式很多但按照支护结构受力特点划分可归并为以下五种基本类型图211
图211支护结构的五种基本类型
1桩墙结构
桩墙结构是在基坑开挖前沿基坑边缘施工成排的桩或地下连续墙并使其底端嵌入到基坑底面以下随着基坑的分层向下开挖在桩墙表面设置支点支点型式可以采用内支撑也可以采用锚杆在桩墙结构侧壁上土压力的作用下桩墙结构的受力形式相当于梁板结构内支撑可根据具体结构型式进行结构设计计算锚杆则单独进行承载力的设计计算这种结构不设置支点时为悬臂梁结构但悬臂结构只适用于基坑深度较浅同时周边环境对支护结构水平位移要求不高的情况下采用实际工程中常采用的桩墙结构型式主要有排桩一锚杆结构排桩一内支撑结构地下连续墙锚杆结构地下连续墙内支撑结构等20世纪80年代以前国内外也较流行钢板桩一锚杆结构钢板桩一内支撑结构但目前国内采用的较少桩的类型包括各种工艺的钻孔桩冲孔桩挖孔桩或沉管桩等当搅拌桩内插入型钢时SMWI法也可以纳入这种受力结构型式
2土钉墙结构
最常用的土钉墙结构是在分层分段挖土的条件下分层分段施做土钉和配有钢筋网的喷射混凝土面层挖土与土钉施工交叉作业并保证每一施工阶段基坑的稳定性土钉的水平与竖向间距一般均在12m之间其受力特点是通过斜向土钉对基坑边坡土体的加固增加边坡的抗滑力和抗滑力矩以满足基坑边坡稳定的要求这类结构一般采用钻孔中内置钢筋然后孔中注浆的土钉坡面用配有钢筋网的喷射混凝土形成的土钉墙也有采用打入式钢管再向钢管内注浆的土钉也有采用土钉和预应力锚杆等结合的复合土钉墙结构
3重力式结构
重力式结构是在基坑侧壁形成一个具有相当厚度和重量的刚性实体结构以其重量抵抗基坑侧壁土压力以满足该结构的抗滑移和抗倾覆要求这类结构一般采用水泥土搅拌桩有时也采用旋喷桩使桩体相互搭接形成块状或格栅状等连续实体的重力结构
4拱墙结构
拱墙结构是将基坑开挖成圆形椭圆形等弧形平面并沿基坑侧壁分层逆作钢筋混凝土拱墙利用拱的作用将垂直于墙体的土压力转化为拱墙内的切向力以充分利用墙体混凝土的受压强度由于墙体内力主要为压应力因此墙体厚度可做得较薄很多情况下不用锚杆或内支撑就可能满足承载力和稳定的要求这种结构一般采用分层分段施工的现浇钢筋混凝土拱墙结构
5放坡
放坡是将基坑开挖成一定坡度的人工边坡当基坑较深时可分级放坡并保证边坡自身能够稳定主要验算的是边坡的圆弧滑动稳定性一般坡体应采用某种形式的护面进行保护当坡体存有地下水时应在坡面设泄水孔以减少水压力对边坡的不利影响放坡后基坑开挖范围加大只有在周边场地许可的情况下才能采用
上述五种支护结构的基本型式具有各自的受力特点和适用条件应根据具体工程情况合理选用国家行业标准建筑基坑支护技术规程JGJ12099在第33节中对各种支护结构的选型做了明确的规定提出了各种支护型式的适用条件表212为该规程中支护结构的选型表
表212建筑基坑支护技术规程(JGJ12099)中支护结构选型表
结构型式适用条件
排桩或地下连续墙1适于基坑侧壁安全等级一二三级
2悬臂式结构在软土场地中不宜大于5m3当地下水位高于基坑底面时宜采用降水排桩加截水帷幕或地下连续墙水泥土墙1基坑侧壁安全等级宜为二三级2水泥土桩施工范围内地基土承载力不宜大于150kPa3基坑深度不宜大于6m土钉墙1基坑侧壁安全等级宜为二三级的非软土场地2基坑深度不宜大于12m3当地下水位高于基坑底面时应采取降水或截水措施逆作拱墙1基坑侧壁安全等级宜为二三级2淤泥和淤泥质土场地不宜采用3拱墙轴线的失跨比不宜小于1/84基坑深度不宜大于12m5地下水位高于基坑底面时应采取降水或截水措施放坡1基坑侧壁安全等级宜为三级2施工场地应满足放坡条件3可独立或与上述其他结构结合使用4当地下水位高于坡脚时应采取降水措施
1998年建设部在1994年提出建筑业重点推广应用10项新技术取得明显成效的基础上对原有
的10项新技术进行了修订以建建1998200号文发布了关于建筑业进一步推广应用10项新技术的通知其中深基坑支护技术被列为重点推广应用的10项新技术之一提出深基坑支护是当前建筑施工的一大难点必须因地制宜地推广先进的适用技术方可确保基坑工程安全可靠取得良好的技术经济效益重点推广应用的深基坑支护适用技术主要有桩墙内支撑支护技术桩墙锚杆支护技术水泥土组合挡墙技术与SMWI法土钉墙支护技术它的贯彻实施将会对推动建筑业的技术进步产生更大影响
二基坑支护工程的特点
基坑支护工程具有以下主要特点
1临时性
基坑支护结构大多为临时性结构其作用仅是在基坑开挖和地下结构施工期间保证基坑周边既有建筑物道路地下管线等环境的安全和本工程地下室施工的顺利进行其有效使用期一般在一年左右个别情况下支护结构也可同时兼作地下
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