搜索
2015年一级建造师执业资格考试《市政实务》精讲班主讲老师：胡宗强1K413022深基坑支护结构与边坡防护基坑工程是由地面向下开挖一个地下空间，深基坑四周一般设置垂直的挡土围护结构，围护结构一般是在开挖面基底下有一定插入深度的板(桩)墙结构；板(桩)墙有悬臂式、单撑式、多撑式。支撑结构是为了减小围护结构的变形，控制墙体的弯矩；分为内撑和外锚两种。本条文主要以地铁车站为主介绍基坑开挖支护与变形控制。1K413020明挖基坑施工一、围护结构(一)基坑围护结构体系1.基坑围护结构体系包括板(桩)墙、围檩(冠梁)及其他附属构件。板(桩)墙主要承受基坑开挖卸荷所产生的土压力和水压力，并将此压力传递到支撑，是稳定基坑的一种施工临时挡墙结构。2.地铁基坑所采用的围护结构形式很多，其施工方法、工艺和所用的施工机械也各异；因此，应根据基坑深度、工程地质和水文地质条件、地面环境条件等，特别要考虑到城市施工特点，经技术经济综合比较后确定。(二)深基坑围护结构类型1.在我国应用较多的有排桩、地下连续墙、重力式挡墙、土钉墙，以及这些结构的组合形式等。2.不同类型围护结构的特点见表1K413021-1。不同类型围护结构的特点表1K41322-1类型特点排桩型钢桩①H钢的间距在1.2~1.5m；②造价低，施工简单，有障碍物时可改变间距；③止水性差，地下水位高的地方不适用，坑壁不稳的地方不适用预制混凝土板桩①预制混凝土板桩施工较为困难，对机械要求高，而且挤土现象很严重；②桩间采用槽榫接合方式，接缝效果较好，有时需辅以止水措施；③自重大，受起吊设备限制，不适合大深度基坑钢板桩①成品制作，可反复使用；②施工简便，但施工有噪声；③刚度小，变形大，与多道支撑结合，在软弱土层中也可采用；④新的时候止水性尚好，如有漏水现象，需增加防水措施钢管桩①截面刚度大于钢板桩，在软弱土层中开挖深度可大；②需有防水措施相配合灌注桩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SMW工法桩①强度大，止水性好；②内插的型钢可拔出反复使用，经济性好；③具有较好发展前景，国内上海等城市己有工程实践；④用于软土地层时，一般变形较大类型特点地下连续墙①刚度大，开挖深度大，可适用于所有地层；②强度大，变位小，隔水性好，同时可兼作主体结构的一部分；③可邻近建筑物、构筑物使用，环境影响小；④造价高重力式水泥土挡墙/水泥土搅拌桩挡墙①无支撑，墙体止水性好，造价低；②墙体变位大土钉墙①可采用单一土钉墙，也可与水泥土桩或微型桩等结合形成复合土钉墙；②材料用量和工程量较少，施工速度快；③施工设备轻便，操作方法简单；④结构轻巧，较为经济续表1)型钢桩作为基坑围护结构主体的工字钢，一般采用Ⅰ50号、Ⅰ55号和Ⅰ60号大型工字刚，基坑开挖前，在地面用冲击式打桩机沿基坑设计边线打入地下，桩间距一般为1.0〜1.2m。若地层为饱和淤泥等松软地层也可采用静力压桩机和振动打桩机进行沉桩。基坑开挖时，随挖土方随在桩间插入50mm厚的水平木板，以挡住桩间土体。基坑开挖至一定深度后，若悬臂工字钢的刚度和强度都够大，就需要设置腰梁和横撑或锚杆（索），腰梁多采用大型槽钢、工字钢制成，横撑则可采用钢管或组合钢梁。工字钢桩围护结构适用于黏性土、砂性土和粒径不大于100mm的砂卵石地层;当地下水位较高时，必须配合人工降水措施。打桩时，施工噪声一般都在100dB以上，大大超过环境护法规定的限值，因此，这种围护结构一般用于郊区距居民点较远的基坑施工中。当基抗范围不大时，例如地铁车站的出入口，临时施工竖井可以考虑采用工字钢做围护结构。2)预制混凝土板桩常用钢筋混凝土板桩截面的形式有四种：矩形、T形、工字形及口字形。矩形截面板桩制作较方便，桩间采用槽榫接合方式，接缝效果较好，是使用最多的一种形式;T形截面由翼缘和加劲肋组成，其抗弯能力较大，但施打较困难。翼缘直接起挡土作用，加劲肋则用于加强翼缘的抗弯能力，并将板桩上的侧压力传至地基土，板桩间的搭接一般采用踏步式止口，工字形薄壁板桩的截面形状较合理，因此受力性能好、刚度大、材料省，易于施打，挤土也少；口字形截面一般由两块槽形板现浇组合成整体，在未组合成口字形前，槽形板的剐度较小。由于预制混凝土板桩施工较为困难，对机械要求高，而且挤土现象很严重；此外，混凝土板桩一般不能拔出。因此，它在永久性的支护结构中使用较为广泛，但国内基坑工程中使用不很普遍。3)钢板桩与钢管桩钢板桩强度高，桩与桩之间的连接紧密，隔水效果好。具有施工灵活，板桩可重复使用等优点，是基坑常用的一种挡土结构。但由于板桩打入时有挤土现象，而拔出时则又会将土带出，造成板桩位置出现空隙，这周边环境都会造成一定影响。此外，由于板桩的长度有限，因此其适用的开挖深度也受到限制，一般最大开挖深度在7〜8m。板桩的形式有多种，拉森型是最常用的，在基坑较浅时也可采用大规格的槽钢（采用槽钢且有地下水时要辅以必要的降水措施)。采用钢板桩作支护墙时在其上口及支撑位置需用钢围檩将其连接成整体，并根据深度设置支撑或拉锚。钢板桩断面形式较多，常用的形式多为U形或Z形。我国地下铁道施工中多用U形钢板桩，其沉放和拔除方法、使用的机械均与工字钢桩相同，但其构成方法则可分为单层钢板桩围堰、双层钢板桩围堰及屏幕等。由于地铁施工时基坑较深，为保证其垂直度且方便施工，并使其能封闭合龙，多采用帷幕式构造。钢板桩结构与其他排桩围护相比，一般刚度较低，这就对围檩的强度、刚度和连续性提出了更高的要求。其止水效果也与钢板桩的新旧、整体性及施工质量有关。在含地下水的砂土地层施工时，要保证齿口咬合，并应使用专门的角桩，以保证止水效果。为提高钢板桩的刚度以适用于更深的基坑，可采用组合式形式，也可用钢管桩。但钢管桩的施工难度相比于钢板桩更高，由于锁口止水效果难以保证，需有防水措施相配合。4)钻孔灌注桩围护结构钻孔灌注桩一般采用机械成孔。地铁明挖基坑中多采用螺旋钻机、冲击式钻机和正反循环钻机等。对正反循环钻机，由于其采用泥浆护壁成孔，故成孔时噪声低，适于城区施工，在地铁基坑和高层建筑深基坑施工中得到广泛应用。对悬壁式排桩，桩径宜大于或等于600mm；对拉锚式或支撑式排桩，桩径宜大于或等于400mm；排桩的中心距不宜大于桩直径的2倍。桩身混凝土强度等级不宜低于C25。排桩顶部应设置混凝土冠梁。混凝土灌注桩宜采取间隔成桩的施工顺序；应在混凝土终凝后，再进行相邻桩的成孔施工。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。如果基坑上部受环境条件限制时，也可采用高压旋喷桩止水帷幕，但要保证髙压旋喷桩止水帷幕施工质量。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。5)SMW工法桩（型钢水泥土搅拌墙）SMW工法桩挡土墙是利用搅拌设备就地切削土体，然后注人水泥类混合液搅拌形成均匀的水泥土搅拌墙，最后在墙中插入型钢，即形成一种劲性复合围护结构。此类结构在上海等软土地区有较多应用。型钢水泥土搅拌墙中三轴水泥土搅拌桩的直径宜采用650mm、850mm、1000mm；内插的型钢宜采用H型钢。搅拌桩28d龄期无侧限抗压强度不应小于设计要求且不宜小于0.5MPa,水泥宜采用强度等级不低于P•O42.5级的普通硅酸盐水泥，材料用量和水灰比应结合土质条件和机械性能等指标通过现场试验确定。在填土、淤泥质土等特别软弱的土中以及在较硬的砂性土、砂砾土中，钻进速度较慢时，水泥用量宜适当提高。在砂性土中搅拌桩施工宜外加膨润土。当搅拌桩直径为650mm时，内插H型钢截面宜采用H500X300、H500X200;当搅拌桩直径为850mm时，内插H型钢截面宜采用H700X300;当搅拌桩直径为1000mm时，内插H型钢截面宜采用H800X300、H850X300。型钢水泥土搅拌墙中型钢的间距和平面布置形式应根据计算确定，常用的内插型钢布置形式可采用密插型、插二跳一型和插一跳一型三种。单根型钢中焊接接头不宜超过2个，焊接接头的位置应避免设在支撑位置或开挖面附近等型钢受力较大处；相邻型钢的接头竖向位置宜相互错开，错开距离不宜小于1m，且型钢接头距离基坑底面不宜小于2m。拟拔出回收的型钢，插入前应先在干燥条件下除锈，再在其表面涂刷减摩材料。6)重力式水泥土挡墙深层搅拌桩是用搅拌机械将水泥、石灰等和地基土相拌合，形成相互搭接的格栅状结构形式，也可相互搭接成实体结构形式。采用格栅形式时，要满足一定的面积转换率，对淤泥质土+不宜小于0.7;对淤泥，不宜小于0.8;对一般黏性土、砂土，不宜小于0.6。由于采用重力式结构，幵挖深度不宜大于7m。对嵌固深度和墙体宽度也要有所限制，对淤泥质土,嵌固深度不宜小于1.2/1h(h为基坑挖深），宽度不宜小于0.7h;对淤泥，嵌固深度不宜小于1.3h，宽度不宜小于0.8h。水泥土挡墙的28d无侧限抗压强度不宜小于0.8MPa。当需要增加墙体的抗拉性能时，可在水泥土桩内插入钢筋、钢管或毛竹等杆筋。杆筋插人深度宜大于基坑深度，并应锚入面板内。面板厚度不宜小于150mm，混凝土强度等级不宜低于C15。7)地下连续墙地下连续墙主要有预制钢筋混凝土连续墙和现浇钢筋混凝土连续墙两类，通常地下连续墙一般指后者。地下连续墙有如下优点：施工时振动小、噪声低，墙体刚度大，对周边地层扰动小；可适用于多种土层，除夹有孤石、大颗粒卵砾石等局部障碍物时影响成槽效率外，对黏性土、无黏性土、卵砾石层等各种地层均能高效成槽。地下连续墙施工采用专用的挖槽设备，沿着基坑的周边，按照事先划分好的幅段，开挖狭长的沟槽。挖槽方式可分为抓斗式、冲击式和回转式等类型。地下连续墙的一字形槽段长度宜取4～6m。当成槽施工可能对周边环境产生不利影响或槽壁稳定性较差时，应取较小的槽段长度。必要时，宜采用搅拌桩对槽壁进行加固；地下连续墙的转角处或有特殊要求时，单元槽段的平面形状可采用L形、T形等。地下连续墙的槽段接头应按下列原则选用：①地下连续墙宜采用圆形锁口管接头、波纹管接头、楔形接头、工字形钢接头或混凝土预制接头等柔性接头；（14年二建单选）②当地下连续墙作为主体地下结构外墙，且需要形成整体墙时，宜采用刚性接头；刚性接头可采用一字形或十字形穿孔钢板接头、钢筋承插式接头等；在采取地下连续墙墙顶设置通长冠梁、墙壁内侧槽段接缝位置设置结构壁柱、基础底板与地下连续墙刚性连接等措施时，也可采用柔性接头。二、支撑结构类型（一）支撑结构体系(1)内支撑一般有钢支撑和钢筋混凝土支撑，也可采用钢或钢筋混凝土混合支撑；外拉锚有土锚和拉锚两种形式。(2)在软弱地层的基坑工程中，支撑结构承受围护墙所传递的土压力、水压力。支撑结构挡土的应力传递路径是围护（桩）墙一围檩（冠梁）一支撑；在地质条件较好的有锚固力的地层中，基坑支撑可采用土锚和拉锚等外拉锚形式。拉锚和土锚(3)在深基坑的施工支护结构中，常用的内支撑系统按其材料可分为现浇钢筋混凝土支撑体系和钢支撑体系两大类，其形式和特点见表1K413022-2。——2014年案例考点材料截面形式布置形式特点现浇钢筋混凝土可根据断面要求确定断面形状和尺寸有对撑、边桁架、环梁结合边桁架等，形式灵活多样混凝土硬化后刚度大，变形小，强度的安全可靠性强，施工方便，但支撑浇制和养护时间长，围护结构处于无支撑体位移大，如对控制变形有较高要求时，需对被动区软土加固。施工工期长，拆除困难，爆破拆除对周围环境有影响钢结构单钢管、双钢管、单工字钢、双工字钢、槽钢及以上钢材的组合竖向布置有水平撑、斜撑；平面布置形式一般为对撑、井字撑、角撑，也有与钢筋混凝土支撑结合使用的情况，但要谨慎处理变形协调问题装、拆除施工方便，可周转使用，支撑中可加预应力，可调整抽力而有效控制围护墙变形；施工工艺要求较高，如节点和支撑结构处理不当，或施工支撑不及时不准确，会造成失稳两类内支撑体系的形式和特点表1K413022-2现浇钢筋混凝土支撑体系由围檩（圈梁）、支撑及角撑、立柱和围檩托架或吊筋、立柱、托架锚固件等其他附属构件组成。钢结构支撑（钢管、型钢支撑）体系通常