大型深基坑支护施工新技术

大型深基坑支护施工新技术

一、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

1）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。

2）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

1）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。

2）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

1）极限平衡法:卜鲁姆法、盾恩法、相当梁法等；

2）弹性支点法:解决变形分析问题；

3）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

1）土体加固类:放坡、土钉墙、重力式水泥土墙等。

2）支挡、拉锚式围护墙：排桩、地下连续墙。3）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

1）土钉支护结构的优点:施工方便、设备简单、经济效益显著等。

2）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。

土钉支护结构的主要问题

1）软土地区：稳定性

2）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。

3）软土地区的应用：以水泥土搅拌桩、微型桩等“超前支护”，

4）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）。

5）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）。

6）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。

7）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

1）结构：有较大的侧向刚度，无需支撑或拉锚

2）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

1）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。

2）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

1）型钢：作为挡土结构。

2）水泥土：作为截水帷幕。

型钢水泥土搅拌墙的工作特性

1）墙体变位较小时：水泥土对提高墙体的刚度有相当贡献。

2）墙体的抗弯承载力验算：不应考虑水泥土的作用。

3）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。

4）型钢水泥土搅拌墙的桩身强度是目前工程中矛盾比较集中的问题。

5）设计要求：一般强度为1.0MPa左右，甚至更高。

6）实际情况：往往难以达到设计要求。

7）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？

1）工程实际：鲜有因强度较低而造成破坏的事例；

2）理论分析：要求水泥土28d抗压强度为0.5MPa左右；

3）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

旋挖钻孔灌注桩

1）旋挖成孔：通过桶状斗式钻头回转切削土体。

2）装土外运：直接将土装入钻斗，提升卸土。

3）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）。

4）不易坍塌土层：可采用干式或清水钻进工艺（无需泥浆护壁）。

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”。

1）咬合方法：旋挖钻机成孔、冲抓钻成孔、全套管成孔等。

2）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

1）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。

2）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

1）适用：除用于咬合桩外，还可用于：淤泥、流砂、地下水富集等。2）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

多轴柱列式水泥土搅拌墙：SMW工法（Soil Mixing Wall）

1）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。

2）型钢拔出机械：液压式拔桩机

3）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。

高水灰比的不必要性：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