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一、前 言
随着我国经挤建设的迅猛发展,各个城市的大型和超高层建筑大量涌现,基坑工程呈现出“紧”(场地紧凑)、“近”(工程距离近)、“深”(开挖深度大)、“大”(规模和尺寸大)等特点。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。
二、基坑支护技术种类殛其特点
目前国内深基坑支护技术有:钢板桩支护、排桩支护、深层搅拌水泥桩、地
下连续墙、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。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。在这里,本文只选取其中的几种作下深入的分析,具体如下:
(1)排柱支护(灌注桩支护)
排桩支护是指柱列式间隔布置钢筋混凝土挖孔、钻(冲)孔灌注桩作为主要挡土结构的一种支护形式。柱列式间隔布置包括桩与桩之间有一定净距的疏排布置形式和桩与桩相切的密排布置形式。柱列式灌注桩作为挡土围护结构有很好的刚度,但各桩之间的联系需要依靠桩顶浇注较大截面的钢筋混凝土帽梁。通过桩间或桩背高压注浆,设置深层搅拌桩、旋喷桩,或在桩后专门构筑防水帷幕等措施,来防止地下水夹带士体颗粒从桩间孔隙流入(渗入)坑内。
灌注桩施工简便,可用机械钻(冲)孔或人工挖孔,施工中不需要大型机械,且无打入桩的噪声、振动和挤压周围土体带来的危害,成本较地下连续墙低。同时,灌注桩围护结构在建筑主体结构外墙设计时也可视为外墙中的一部分参与受力(承受侧压力),这时在桩与主体之间通常不设拉结筋,并用防水层隔开。
一般来说,当基坑深为8m-14m,且周围环境要求不太严格时,多考虑采用排桩支护。柱列式灌注桩的工作比较可靠,但需要重视帽梁的整体拉结作用,在基坑边角处,帽梁应连续交圈。当要求灌注桩围护结构起到抗水防渗作用时,必须保证桩间和桩背的深层防水搅拌桩或旋喷柱的施工和作用。当周围环境保护要求严格时,为减少排桩的变形,在软土地区有时对基坑底沿灌注桩周边或部分区域,用水泥搅拌桩或注浆进行被动区加固,以提高被动区的抗力,减少支护结构的变形。
(2)地下连续墙
地下连续墙具有整体刚度大的特点和良好的止水防渗效果,适用于地下水位以下的软粘土和砂土等多种地层条件和复杂的施工环境,尤其是基坑底面以下有深层软土需将墙体插入很深的情况,因此在国内外的地下工程中得到广泛的应用。并且随着技术的发展和施工方法及机械的改进,地下连续墙发展到既是基坑施工时的挡土围护结构,又是拟建主体结构的侧墙,如支撑得当,且配合正确的施工方法和措施,可较好地控制软土地层的变形。
在基坑深度大干10m、周围环境保护要求高的工程中,经技术经济比较后多采用此技术。但是地下连续墙在坚硬土体中开挖成槽困难较大,尤其是遇到岩层时需要特殊的成槽机具,施工费用较高。在施工中泥浆污染施工现场,造成场地泥泞不堪。目前采用的逆作法施工使得两墙合一,即施工时用作围护结构,同时又是地下结构的外墙。逆作法施工一般用在城市建筑高层时,周围施工环境比较恶劣,场地四周邻近建筑物、道路和地下管线不能因任何施工原因而遭到破坏,为此在基坑施工时,通过发挥地下结构本身对坑壁产生支护作用的能力(即利用地下结构自身的桩、柱、梁、板作为支撑,同时可省去内部支撑体系),减少支护结构变形,降低造价并缩短工期,是推广应用的新技术之一。除现场浇筑的地下连续墙外,还有预制装配式地下连续墙和预应力地下连续墙,预制装配式地下连续墙墙面光滑,由于配筋合理可使墙厚减薄并加快施工速度。而预应力地下连续墙则可提高围护墙的刚度达30%以上,可减薄墙厚,减少内支撑数量,由于曲线布筋张拉后产生的反拱作用,可减少围护结构变形,消除裂缝,从而提高抗渗性。
(3)土钉墙(复合土钉墙)支护
土钉墙支护是用于土体开挖和边坡稳定的一种新的挡土技术,由于经济,可靠且施工快速简便,已在我国得到迅速推广和应用。土钉是用来加固现场原位土体的细长杆件,通常采用钻孔,放入变形钢筋并沿孔全长注浆的方法做成、它依靠与土体之间的粘结力或摩擦力,在土体发生变形时被动承受拉力作用。它由密集的土钉群、被加固的土体、喷射混凝土面层形成支护体系。随挖随支的工艺能有效地保持土体强度,减少土体的扰动。
土钉支护的使用要求土体具有临时自稳能力,以便给出一定时间施工土钉墙,因此对土钉墙适用的地质条件应加以限制。《建筑基坑支护技术规程(JGJl2021999)》规定了土钉墙适用于二、三级基坑、非软土场地、基坑深度不宜大于12m。土钉墙支护施工速度快、用料省、造价低,与其他桩墙支护相比,工期可缩短50%以上,节约造价60%左右,而且土钉支护可以紧贴已有建筑物施工,从而省出桩体或墙体所占用的地面。但从许多工程经验看,土钉墙的破坏几乎均是由干水的作用,水使土钉墙产生软化,引起整体或局部破坏,因此规定采用土钉墙工程必须做好降水,且其不宜作为挡水结构。
(4)锚喷网支护
喷锚网支护是目前深基坑支护工程中采用较多的一种支护方式。它是喷射混凝土、锚杆、钢筋网联合支护的简称,作为一种先进的支护加固技术,在岩土质高边坡和大跨度地下工程,特别是在不良地质条件下,国内外已进行了广泛而成功的应用。喷锚网支护,是通过在岩土体内施工一定长度和分布的锚杆,与岩土体共同作用形成复合体,弥补岩土体强度不足并发挥锚拉作用,使岩土体自身结构强度潜力得到充分发挥,保证边坡的稳定。坡面设置钢筋网喷射混凝土,起到约束坡面变形的作用,使整个坡面形成一个整体。其施工的工艺流程为:开挖土石方、修坡→钻孔→锚杆(索)安装→压力注浆→挂设钢筋网→焊加强筋→喷射混凝土→(锚索预应力张拉、锚固)→开挖下层。对不稳定土层,开挖修坡后,还应增加喷射第一次混凝土。
为做到及时支护、有效地保持土体强度,喷锚网支护的施工要“紧跟开挖,随挖随支”,每层开挖高度,随地质条件而定,一般为1.5m-2.5m。
采用喷锚网支护的主要特点是:结构简单,承载力高,安全可靠:可用于多种土层,适应性强-施工机具简单、施工灵活,污染小,噪声低,对周围环境的影响小,可与土方开挖同步进行,不占用绝对工期:本身不需要打桩,支护费用相对较低。
工程实践证明,锚喷支护较传统的现浇混凝土衬砌支护优越。由于锚喷结构能及时支护和有效地控制士俸的变形,防止土方坠落和坍塌的产生,充分发挥土体的自承能力,所以锚喷支护结构受力更为合理。锚喷支护能大量节省混凝土、木材和劳动力,加快施工进度,工程造价可大幅度降低,并有利于提高施工机械化程度和改善劳动条件。此外,锚喷支护能及时地支护和加固土体,与土体密贴并封闭图体的张性裂隙,加固土体结构面,有效地发挥和利用土体颗粒间的镶嵌咬合和自锁作用,从而提高土体自身的强度、自承能力和整体性。由于锚喷支护结构柔性好,它能同土体构成一个共同工作的承载体系。在变形过程中,它能调
整土体应力,抑制土体变形的发展,避免土体坍塌的产生。此外,锚喷支护的使用也是有一定条件的,在土体的自承能力差、有涌水及大面积淋水处、地层松软处很难成型。
三、结 语
深基坑支护工程技术较复杂,而且当基坑支护失效时,会造成邻近房屋、地下管线及道路的开裂,引发工程纠纷,甚至出现严重的破坏,造成重大的经济损失及人员的伤亡。因此,在具体的工程实践中,科学设计和处理深基坑支护结构,并采用安全合理的支护技术措施保证深基坑施工至关重要。
随着我国经挤建设的迅猛发展,各个城市的大型和超高层建筑大量涌现,基坑工程呈现出“紧”(场地紧凑)、“近”(工程距离近)、“深”(开挖深度大)、“大”(规模和尺寸大)等特点。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。
二、基坑支护技术种类殛其特点
目前国内深基坑支护技术有:钢板桩支护、排桩支护、深层搅拌水泥桩、地
下连续墙、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。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。在这里,本文只选取其中的几种作下深入的分析,具体如下:
(1)排柱支护(灌注桩支护)
排桩支护是指柱列式间隔布置钢筋混凝土挖孔、钻(冲)孔灌注桩作为主要挡土结构的一种支护形式。柱列式间隔布置包括桩与桩之间有一定净距的疏排布置形式和桩与桩相切的密排布置形式。柱列式灌注桩作为挡土围护结构有很好的刚度,但各桩之间的联系需要依靠桩顶浇注较大截面的钢筋混凝土帽梁。通过桩间或桩背高压注浆,设置深层搅拌桩、旋喷桩,或在桩后专门构筑防水帷幕等措施,来防止地下水夹带士体颗粒从桩间孔隙流入(渗入)坑内。
灌注桩施工简便,可用机械钻(冲)孔或人工挖孔,施工中不需要大型机械,且无打入桩的噪声、振动和挤压周围土体带来的危害,成本较地下连续墙低。同时,灌注桩围护结构在建筑主体结构外墙设计时也可视为外墙中的一部分参与受力(承受侧压力),这时在桩与主体之间通常不设拉结筋,并用防水层隔开。
一般来说,当基坑深为8m-14m,且周围环境要求不太严格时,多考虑采用排桩支护。柱列式灌注桩的工作比较可靠,但需要重视帽梁的整体拉结作用,在基坑边角处,帽梁应连续交圈。当要求灌注桩围护结构起到抗水防渗作用时,必须保证桩间和桩背的深层防水搅拌桩或旋喷柱的施工和作用。当周围环境保护要求严格时,为减少排桩的变形,在软土地区有时对基坑底沿灌注桩周边或部分区域,用水泥搅拌桩或注浆进行被动区加固,以提高被动区的抗力,减少支护结构的变形。
(2)地下连续墙
地下连续墙具有整体刚度大的特点和良好的止水防渗效果,适用于地下水位以下的软粘土和砂土等多种地层条件和复杂的施工环境,尤其是基坑底面以下有深层软土需将墙体插入很深的情况,因此在国内外的地下工程中得到广泛的应用。并且随着技术的发展和施工方法及机械的改进,地下连续墙发展到既是基坑施工时的挡土围护结构,又是拟建主体结构的侧墙,如支撑得当,且配合正确的施工方法和措施,可较好地控制软土地层的变形。
在基坑深度大干10m、周围环境保护要求高的工程中,经技术经济比较后多采用此技术。但是地下连续墙在坚硬土体中开挖成槽困难较大,尤其是遇到岩层时需要特殊的成槽机具,施工费用较高。在施工中泥浆污染施工现场,造成场地泥泞不堪。目前采用的逆作法施工使得两墙合一,即施工时用作围护结构,同时又是地下结构的外墙。逆作法施工一般用在城市建筑高层时,周围施工环境比较恶劣,场地四周邻近建筑物、道路和地下管线不能因任何施工原因而遭到破坏,为此在基坑施工时,通过发挥地下结构本身对坑壁产生支护作用的能力(即利用地下结构自身的桩、柱、梁、板作为支撑,同时可省去内部支撑体系),减少支护结构变形,降低造价并缩短工期,是推广应用的新技术之一。除现场浇筑的地下连续墙外,还有预制装配式地下连续墙和预应力地下连续墙,预制装配式地下连续墙墙面光滑,由于配筋合理可使墙厚减薄并加快施工速度。而预应力地下连续墙则可提高围护墙的刚度达30%以上,可减薄墙厚,减少内支撑数量,由于曲线布筋张拉后产生的反拱作用,可减少围护结构变形,消除裂缝,从而提高抗渗性。
(3)土钉墙(复合土钉墙)支护
土钉墙支护是用于土体开挖和边坡稳定的一种新的挡土技术,由于经济,可靠且施工快速简便,已在我国得到迅速推广和应用。土钉是用来加固现场原位土体的细长杆件,通常采用钻孔,放入变形钢筋并沿孔全长注浆的方法做成、它依靠与土体之间的粘结力或摩擦力,在土体发生变形时被动承受拉力作用。它由密集的土钉群、被加固的土体、喷射混凝土面层形成支护体系。随挖随支的工艺能有效地保持土体强度,减少土体的扰动。
土钉支护的使用要求土体具有临时自稳能力,以便给出一定时间施工土钉墙,因此对土钉墙适用的地质条件应加以限制。《建筑基坑支护技术规程(JGJl2021999)》规定了土钉墙适用于二、三级基坑、非软土场地、基坑深度不宜大于12m。土钉墙支护施工速度快、用料省、造价低,与其他桩墙支护相比,工期可缩短50%以上,节约造价60%左右,而且土钉支护可以紧贴已有建筑物施工,从而省出桩体或墙体所占用的地面。但从许多工程经验看,土钉墙的破坏几乎均是由干水的作用,水使土钉墙产生软化,引起整体或局部破坏,因此规定采用土钉墙工程必须做好降水,且其不宜作为挡水结构。
(4)锚喷网支护
喷锚网支护是目前深基坑支护工程中采用较多的一种支护方式。它是喷射混凝土、锚杆、钢筋网联合支护的简称,作为一种先进的支护加固技术,在岩土质高边坡和大跨度地下工程,特别是在不良地质条件下,国内外已进行了广泛而成功的应用。喷锚网支护,是通过在岩土体内施工一定长度和分布的锚杆,与岩土体共同作用形成复合体,弥补岩土体强度不足并发挥锚拉作用,使岩土体自身结构强度潜力得到充分发挥,保证边坡的稳定。坡面设置钢筋网喷射混凝土,起到约束坡面变形的作用,使整个坡面形成一个整体。其施工的工艺流程为:开挖土石方、修坡→钻孔→锚杆(索)安装→压力注浆→挂设钢筋网→焊加强筋→喷射混凝土→(锚索预应力张拉、锚固)→开挖下层。对不稳定土层,开挖修坡后,还应增加喷射第一次混凝土。
为做到及时支护、有效地保持土体强度,喷锚网支护的施工要“紧跟开挖,随挖随支”,每层开挖高度,随地质条件而定,一般为1.5m-2.5m。
采用喷锚网支护的主要特点是:结构简单,承载力高,安全可靠:可用于多种土层,适应性强-施工机具简单、施工灵活,污染小,噪声低,对周围环境的影响小,可与土方开挖同步进行,不占用绝对工期:本身不需要打桩,支护费用相对较低。
工程实践证明,锚喷支护较传统的现浇混凝土衬砌支护优越。由于锚喷结构能及时支护和有效地控制士俸的变形,防止土方坠落和坍塌的产生,充分发挥土体的自承能力,所以锚喷支护结构受力更为合理。锚喷支护能大量节省混凝土、木材和劳动力,加快施工进度,工程造价可大幅度降低,并有利于提高施工机械化程度和改善劳动条件。此外,锚喷支护能及时地支护和加固土体,与土体密贴并封闭图体的张性裂隙,加固土体结构面,有效地发挥和利用土体颗粒间的镶嵌咬合和自锁作用,从而提高土体自身的强度、自承能力和整体性。由于锚喷支护结构柔性好,它能同土体构成一个共同工作的承载体系。在变形过程中,它能调
整土体应力,抑制土体变形的发展,避免土体坍塌的产生。此外,锚喷支护的使用也是有一定条件的,在土体的自承能力差、有涌水及大面积淋水处、地层松软处很难成型。
三、结 语
深基坑支护工程技术较复杂,而且当基坑支护失效时,会造成邻近房屋、地下管线及道路的开裂,引发工程纠纷,甚至出现严重的破坏,造成重大的经济损失及人员的伤亡。因此,在具体的工程实践中,科学设计和处理深基坑支护结构,并采用安全合理的支护技术措施保证深基坑施工至关重要。