深基坑支护技术对比分析_王秀梅

深基坑支护技术对比分析

王秀梅1, 单立华2, 李化明3, 李广军

3

(1.宝清建筑设计室,黑龙江双鸭山155600;2.建龙监理公司宝清监理部黑龙江双鸭山155600;3.佳木斯大学建筑工程学院,黑龙江佳木斯154007)

摘 要: 随着我国经济规模的不断扩大,城市化进程不断加剧,高层建筑如雨后春笋般拔地而起.与之相应的基坑工程技术也得到不断发展与更新,越来越引起人们的重视,而在深基坑工程中,支护体系的选型和设计工作十分重要.本文列举了目前国内对高层建筑基坑支护的一些技术,对常用的一些方法进行了对比分析,指出其中存在的优缺点和适用范围,从而为设计和施工提供参考.

关键词: 高层建筑;基坑支护;对比分析中图分类号: TU473.2 文献标识码: A 近年来,随着我国经济建设和城市建设的迅速发展,地下工程日益增多.高层建筑地下室、地铁车站、地下车库、地下商场、地下人防工程、桥墩等施工时都需要开挖较深的基坑.大量深基坑工程的出现,促进了设计计算理论的提高和施工工艺的发展,通过大量的工程实践和科学研究,逐步形成了基坑工程这一新的学科.基坑工程呈现出紧(场地紧凑)、近(工程距离近)、深(越来越深)、大(规模和

尺寸大)等特点[1]

.深基础施工是大型和高层建筑施工中极其重要的环节,而深基坑支护结构技术无疑是保证深基础顺利施工的关键.

1 基坑工程发展状况

我国的基坑工程发展于上世纪70年代末,那时只有少量的大型工程项目有开挖深度达10m 以

上的基坑工程,这些工程大多选址在较少或没有周边建筑物、地下构造物的地区,因此深基坑支护技术的研究并没有得到足够的重视.到上世纪80年代后期,尤其是90年代以来,我国的经济实力有了飞速的发展,充分利用地下空间建造地下车库、商场和人防设施来解决我国人多地少的矛盾己在城市建设中形成共识.同时城市高层建筑越来越多,这些高层建筑大都有1~3层的地下室,基坑开挖深度通常达到6m~20m.一些大城市,如北京,上海,天津,广州的地铁工程的建设也需要进行大规

模的地下开挖.

概括而言,我国的基坑工程具有以下特点:(l)基坑深度越来越深

因为使用方便,地皮珍贵,或为了符合建管规定及人防需要,建筑投资者不得不向地下和高空发展.在城市交通日益紧张的今天,地下空间更好的利用也是解决大型城市停车难的重要手段之一,所以随着建筑体量的增大,基坑的面积也越做越大.例如,上海金茂大厦基坑开挖深度达到-19.65m,北京的外经贸委综合楼开挖深度达到-26.68m 、京城大厦-23.50m.

(2)工程地质差的场地增多

城市建设不像水电站、核电站等重要设施那样,可以在广阔的地域中选择优越的建设场地,只能根据城市规划的需要而进行选择,因此,有些工程地质条件往往较差.这一点在某些沿海经济开发区如上海,广州等尤为突出.有些开发区位于填海、填湖、淤泥、泥塘或沼泽地,工程地质条件十分复杂.

(3)基坑支护出现了很多新技术、新工艺诸如地下连续墙排柱支护、水泥搅拌柱、土钉墙及复合土钉墙、喷锚网支护、逆作法与半逆作法施工、环形支护结构等等.实践中根据土质条件、基坑深度、地下水情况等,结合不同支护方式的优缺点,选择经济合理的方案.

收稿日期:2008-12-19

作者简介:王秀梅(1976-),女,黑龙江省讷河市人,宝清建筑设计室助理工程师.

第27卷第2期 佳木斯大学学报(自然科学版) Vol.27No.2 2009 年03月 Journal of Jiamusi University (Natural Science Edition)

Mar. 2009

2 基坑工程支护技术

2.1 基坑支护的基本要求

深基坑支护结构的主要作用是挡土、挡水,使基坑在开挖和基础施工的全过程中能安全顺利地进行,并保证对临近建筑和周边环境不产生危害,所以,基坑支护结构的基本要求为:

(1)要求支护结构技术先进,结构简单,受力可靠,确保基坑围护体系能起到挡土、挡水作用,使基坑四周边坡保持稳定.

(2)确保基坑四周相邻建筑物,地下管线、道路等的安全,要求在基坑土方开挖及地下工程施工期间,不因土体的变形、沉陷、坍塌或位移而受到危害.(3)同时,要求基坑工程在经济上合理,并且要求保护环境,保证施工安全.2.2 目前所采用的支护技术

支护结构按其工作机理和挡墙形式,一般可分

为图1中的一些类型[2]

.

图1 支护结构类型

在这些支护结构中,常用的方法是钢板桩支护、深层搅拌水泥土桩、地下连续墙、钻孔灌注桩、

土钉墙、加筋水泥土墙等[3]

,它们各有不同的适用条件和优缺点,下面就将详细的对比分析,以便给基坑工程选择提供参考.2.3 几种常用方法对比分析

2.3.1 钢板桩支护

常用的钢板桩有两种:槽钢钢板桩和热轧锁口钢板桩.钢板桩支护的优点是:材料质量可靠,在软土地区打设方便,施工速度快而且简便;有一定的挡水能力;可重复使用;费用较低.缺点:由于钢板桩刚度不够大,用于较深的基坑时支撑工作量大(常用于7m 以下),否则变形较大;在透水性较好

的土层中不能完全挡水;拔出时易带土,如处理不

当会引起土层移动,可能危害周围的环境.2.3.2 深层搅拌水泥土桩

深层搅拌水泥土桩是用特制的进入土深层的深层搅拌机,将喷出的水泥浆固化剂与地基土进行原位强制拌合,制成水泥土桩,相互搭接,硬化后即形成具有一定强度的壁状挡墙

[4]

.目前,许多工程

都用了深层搅拌水泥土桩法作为支护结构,如图1所示.该方法的优点是:由于坑内无支撑,便于机械化快速挖土;既可挡土又可形成隔水帷幕;基坑平面形状不受;比较经济.缺点是:不宜用于深基坑(一般坑深不宜大于6m);位移相对较大,尤其在基坑边长较长时;墙体厚度相对较大,所以红线位置和周围环境要有充足的余地;另外,施工时要防止对周围环境的影响.2.3.3 地下连续墙

地下连续墙是于开挖之前,用特殊挖槽设备在泥浆护壁之下开挖深槽,然后下钢筋笼浇注混凝土形成的地下土中的混凝土墙,如图2所示.地下连续墙已成为深基坑支护结构的主要方法之一,国内大城市深基坑工程利用此支护结构为多,常用厚度为600mm~1000mm,目前也可施工厚度为450mm,上海至今已完成一百多万平方米地下连续墙.

地下连续墙的优点是:施工时对周围环境影响小,能紧邻建(构)筑物等进行施工;刚度大、整体性好、变形小,能用于深基坑;如处理好接头能较好的抗渗止水;如用逆作法施工,可实现两墙合一,可降低成本.尤其是地下水位高的软土地区,当基坑深度大且邻近的建(构)筑物、道路和地下管线相距甚

近时,它往往是首先考虑的支护方案.缺点是如单纯用作支护墙费用较高.

图2 深层搅拌水泥土桩

2.3.4 钻孔灌注桩

灌注桩是指在工程现场通过机械钻孔、钢管挤土或人力挖掘等手段在地基土中形成桩孔,并在其内放置钢筋笼、灌注混凝土而做成的桩,依照成孔方法不同,灌注桩又可分为沉管灌注桩、钻孔灌注桩和挖孔灌注桩等几类.我国各地都有应用,是支护结构中应用较多的一种.钻孔灌注桩是按成桩方

273

第2期王秀梅,等:深基坑支护技术对比分析

法分类而定义的一种桩型,如图3所示

.图3 地下连续墙

钻孔灌注桩支护的优点是:施工无噪声、无振动、无挤土,挡墙的刚度较大,抗弯能力强,变形相

对较小,在土质较好的地区已有7m~8m 悬臂者,在软土地区坑深不超过14m 皆可用之,经济效益较好.缺点是:由于其永久保留在地基土中,可能为日后的地下工程施工造成障碍;由于目前施工时它难以做到相切,桩之间留有100mm ~150mm 的间隙,挡水效果差,有时将它与深层搅拌水泥土桩挡墙组合应用,前者抗弯,后者做成防水帷幕起挡水作用.

2.3.5 土钉墙

土钉墙是一种利用土钉加固后的原位土体来维护基坑边坡土体稳定的支护方法.它由土钉、钢丝网喷射混凝土面板和加固后的原位土体三部分组成,如图4所示.土钉墙不仅应用于临时支护结构,而且也应用于永久性构筑物,是一种较有前途的基坑边坡支护技术.适用于地下水位以上或经降水后的粘性土或密实性较好的砂土地层,基坑深度一般不大于

15m.

图4 钻孔灌注桩挡墙

土钉墙应用于基坑开挖支护和挖方边坡稳定具有以下的优点:它形成土钉复合体、显著提高边坡整体稳定性和承受边坡超载的能力;施工设备简单,由于钉长一般比锚杆的长度小的多,不必加预应力,所以设备简单;随基坑开挖逐层分段开挖作业,不占或少占单独作业时间,施工效率高,占用周期短;施工不需单独占用场地,本身变形很小,对现场狭小,放坡困难,有相邻建筑物时显示其优越性;土钉墙成本费用较其他支护结构显著降低;施工噪

音小、振动小,对环境影响小.缺点是:不适用于地下水位较高的基坑;对土质有要求,不适用于含水丰富的粉细砂层、砂卵石层土、没有临时自稳能力的淤泥土层;另外,不宜在腐蚀性土如煤渣、煤灰、炉渣、酸性矿物废料等土质作永久性支挡结构.

图5 土钉墙

2.3.6 加筋水泥土墙(SMW 工法)

该工法是以多轴型钻掘搅拌机在现场向一定深度进行钻掘,同时在钻头处喷出水泥而与地基土反复混合搅拌,在各施工单元之间则采取重叠搭接施工,然后在水泥土混合体未结硬前插入H 型钢或钢板作为其应力补强材,至水泥结硬,便形成一道具有一定强度和刚度的、连续完整的、无接缝的地下墙体.

该技术近年在北京、上海等地都有大量应用,有以下优点:施工不扰动邻近土体,不会产生邻近地面下沉、房屋倾斜、道路裂损及地下设施移位等危害;钻杆具有螺旋推进翼与搅拌翼相间设置的特点,随着钻掘和搅拌反复进行,可使水泥系强化剂与土得到充分搅拌,而且墙体全长无接缝,从而使它可比传统的连续墙具有更可靠的止水性,其渗透

系数K 可达10-7

cm s;成墙较深,最大深度目前为65m,视地质条件尚可施工至更深;工期短,在一般地质条件下,每一台班可成墙70m 2

~80m 2

;废土外运量远比其他工法少;施工速度快、工程造价低,目前在日本造价约为15000日元 m 3,约合人民币2600元 m 3

左右,钢材用量约为200kg m

3[5]

.

3 结 论

随着基坑支护技术理论和施工技术的不断发展,还将会出现大量新的支护方法.总之,在进行基坑支护时必须充分考虑合理性、经济性、施工方便性,既不能光图便宜,而盲目采用成本低的处理方法;也不能过于求保险,而忽视施工成本的大幅度增加.只要掌握了基坑支护的原理、施工方法以及适用的条件,就可以在实际设计中针对不同场地的具体情况,寻找到最适合的基坑支护方法.

(下转277页)

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佳木斯大学学报(自然科学版)2009年

值,所得比值离散性较大,存在较大的不确定性

[10]

.从中也可以看出即便两次地震的震级、震中

距和场地条件三个要素都相同,但其PGA 还是有很大的差异,这应该是震源机制不同造成的,另一方面也说明仅仅用震级来表示震源的全部特性是不够的.

3 结 论

强震地面运动的特性决定于许多因素,如震源机制,传播途径,地震波的反射、折射、散射和聚焦以及局部地质和土质条件等.通常认为震级、震中距和场地条件是影响强震地面运动的重要因素,而且这三方面相对于其他的一些因素也有较强的确定性,但由于影响因素较多,各种因素交织在一起更加复杂了,所以目前还很难明确的说明各种因素的影响状况,还有待于进一步的研究.

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Analysis of Factors Influencing Ground Motion Peak Value

SHAN Li -hua 1

, Z HAO Yan 2

, LI Guang -jun 2

, LI Hua -ming

2

(1.Baoqing Su pervision O ffice ,Jianlong Supervis ion Company ,Shuangyashan 155600,Ch ina ;2.College of Arch itecture and Civil Engineer -

ing ,Jiamusi Univers ity ,Jiamu si 154007,China )

Abstract : Amplitude,duration and frequency spectrum are three basic components of ground motion charac ter -istics.Because amplitude is affec ted by many factors,there are many indeterminate factors though many investigators have done plenty of work.The authors analyzed the factors influencing the amplitude,researched the status of ground motion amplitude,and pointed out many problems to be studied further.

Key words : ground motion;peak ground velocity;site condition

(上接274页)

参考文献:

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Contrast Analysis of Supporting Technology of Deep Foundation Pit

WANG Xiu -mei 1

, SHAN Li -hua 2

, LI Hua -ming 3

, LI Guang -jun

3

(1.Baoqing Architectural Des ign Office ,Shuangyas han 155600,China ; 2.Baoqing Sup ervis ion O ffice ,Jianlong Supervis ion Company ,Shuangyashan 155600,China ;3.College of Architecture and Civil Engineering ,Jiamusi Univers ity ,Jiamu si 154007,China )

Abstract : With economy growth of our country and the progress of urbaniza tion,high buildings are more and more.Technology on foundation engineering was developed and updated,which was paid more attention to by people.In deep foundation engineering,it is important to select supporting syste ms and design work.Some technologies on foundation engineering in high building are listed in the thesis.Some usual methods are compared and analyzed.Ad -vantages and disadvantages are pointed out in these technologies.The objective is to provide reference for design and construc tion.

Key words : high building;foundation supporting;contrast and analysis

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第2期单立华,等:地震动幅值影响因素分析