大型深基坑支護施工技術整理

大型深基坑支護施工技術整理

　　城市橋梁工程基坑主要用于承臺、橋臺和擴大基礎施工，一般分為無支護和有支護兩類。下面為大家整理了一些大型深基坑支護施工技術，希望對大家有所幫助!

　　一、基坑工程技術的發(fā)展歷程

　　第一階段：上一世紀80年代末到90年代末，研究、探索階段。

　　第二階段：新世紀初的十多年，發(fā)展階段。

　　1、兩個階段的標志

　　1)第一階段：2000年前后基坑工程的國家行業(yè)標準和地方標準的頒布。

　　2)第二階段：2009年《建筑基坑工程監(jiān)測技術規(guī)范》GB50497)的頒布、一批相關的規(guī)范全面修訂。

　　2、基坑工程設計理念的改變

　　1)早期：設計往往以滿足地下工程施工為主。或以經驗為主;或以理論為主。

　　2)現(xiàn)今：滿足環(huán)境保護已成為設計施工的基本出發(fā)點。理論和經驗相結合。

　　3、基坑設計方法

　　1)極限平衡法:卜魯姆法、盾恩法、相當梁法等 ;

　　2)彈性支點法:解決變形分析問題;

　　3)有限元法:平面、空間;土體與結構共同作用;考慮土的彈塑性等

　　4、對基坑穩(wěn)定性的認識

　　基坑事故主要是巖土類型的破壞形式。整體滑動穩(wěn)定性、抗隆起穩(wěn)定性等在軟土中尤其重視。

　　二、基坑工程的新型支護結構

　　常用的基坑支護結構

　　1)土體加固類:放坡、土釘墻、重力式水泥土墻等。

　　2)支擋、拉錨式圍護墻：排樁、地下連續(xù)墻。

　　3)支錨體系：拉錨式，內支撐。

　　圍護墻

　　支錨體系：拉錨和錨桿

　　1、復合土釘墻

　　1)土釘支護結構的優(yōu)點:施工方便、設備簡單、經濟效益顯著等。

　　2)土釘支護結構的主要問題:適用有一定限制，僅適用于非軟土場地。

　　土釘支護結構的主要問題

　　1)軟土地區(qū)：穩(wěn)定性

　　2)復合土釘墻：采用水泥土攪拌樁、預應力錨桿、微型樁等的一類或幾類結構與土釘墻復合而成的支護結構。

　　3)軟土地區(qū)的應用：以水泥土攪拌樁、微型樁等“超前支護”，

　　4)解決：隔水性;土體的自立性(加大自立高度和持續(xù)時間、提高穩(wěn)定性)。

　　5)非軟土地區(qū)的應用：通過微型樁、預應力錨桿等對限制土體的位移。預應力錨桿復合土釘墻，加大預應力可使位移減少40%~50%。使其適應的基坑開挖深度有所增加。復合土釘墻使開挖深度有所增加(12~15m)。

　　6)復合土釘墻結構設計中應注意的問題：可計入復合體的共同作用，但復合體的作用不可過高估計。

　　7)原位土層、土釘對結構穩(wěn)定性的貢獻：應占有主要的份額。

　　2、雙排樁結構

　　雙排樁結構：由前、后兩排支護樁和梁連接成的剛架及冠梁組成的支擋式結構。

　　雙排樁結構的特點

　　1)結構：有較大的側向剛度，無需支撐或拉錨

　　2)施工：適應性廣、工藝簡單、與土方開挖無交叉作業(yè)、施工工期短等。

　　雙排樁的設計

　　嵌固穩(wěn)定性驗算：以結構前后排樁與樁間土的整體分析，但嵌固段被動土的抗力作用在總抵抗力矩中占主要部分。

　　剛架結構受力分析

　　1)前、后排樁的受力前排受壓;后排受拉，并引起前、后排樁豎向位移和樁身彎矩。

　　2)前、后排樁之間土體：考慮其的反力與變形關系(樁間土看作水平向單向壓縮體，按壓縮模量確定剛度系數)

　　考慮開挖后應力釋放引起的初始壓力(按樁間土自重占滑動體自重的比值確定)

　　3)樁頂梁

　　3、型鋼水泥土攪拌墻

　　1)型鋼水泥土攪拌墻：由水泥土墻和內插的型鋼組成的復合支護結構。

　　2)特點：支護性能好、造價低、環(huán)保(型鋼可回收)等。我國于2010年頒布了《型鋼水泥土攪拌墻技術規(guī)程》JGJ/T199 ，標志了該技術已較為成熟。

　　型鋼和水泥土作用

　　1)型鋼：作為擋土結構。

　　2)水泥土：作為截水帷幕。

　　型鋼水泥土攪拌墻的工作特性

　　1)墻體變位較小時：水泥土對提高墻體的剛度有相當貢獻。

　　2)墻體的抗彎承載力驗算：不應考慮水泥土的作用。

　　3)型鋼間水泥土的受剪：包括型鋼間水泥土的錯動受剪和最弱截面處的局部受剪。

　　4)型鋼水泥土攪拌墻的樁身強度是目前工程中矛盾比較集中的問題。

　　5)設計要求：一般強度為1.0MPa左右，甚至更高。

　　6)實際情況：往往難以達到設計要求。

　　7)取芯檢測：28d強度值一般在0.4MPa左右。

　　如何確定水泥土攪拌墻的樁身強度?

　　1)工程實際：鮮有因強度較低而造成破壞的事例;

　　2)理論分析：要求水泥土28d抗壓強度為0.5MPa左右;

　　3)規(guī)范建議：采用不小于0.5MPa較為適宜。

　　三、深基坑工程施工新設備和新工藝

　　施工中新設備和新工藝：地下連續(xù)墻、混凝土咬合樁排樁、超深多軸水泥土攪拌樁(SMW工法)、水泥土攪拌連續(xù)墻(TRD工法)、超大型環(huán)形支撐體系、十字鋼支撐雙向復加預應力技術、混凝土支撐的繩(鏈)鋸切割法、錨桿的回收 技術等。

　　1、地下連續(xù)墻成槽機械和工藝

　　常用的成槽機械

　　銑削式成槽機——最大成槽深度可達150m，墻體厚度可達2.5m。

　　槽壁穩(wěn)定

　　粉土、粉砂土等易坍塌土層的技術措施：① “夾心”地下連續(xù)墻(水泥土攪拌樁保護槽壁);② 改良泥漿性能。

　　2、灌注樁施工新技術

　　旋挖鉆孔灌注樁

　　1)旋挖成孔：通過桶狀斗式鉆頭回轉切削土體。

　　2)裝土外運：直接將土裝入鉆斗，提升卸土。

　　3)泥漿護壁：易坍塌土層——采用靜態(tài)泥漿護壁泥漿排量僅傳統(tǒng)工藝的1/4~1/5)。

　　4)不易坍塌土層：可采用干式或清水鉆進工藝(無需泥漿護壁)。

　　鉆孔咬合灌注樁

　　由間隔布置的混凝土素樁和配筋樁相互咬合，形成的 “樁墻”。

　　1)咬合方法：旋挖鉆機成孔、沖抓鉆成孔、全套管成孔等。

　　2)性能：與間隔式灌注樁排樁相比：截水性能良好、不需附加的截水帷幕。與地下連續(xù)墻相比：功能基本相同，但施工簡便、造價低廉。

　　素樁和配筋樁

　　1)素樁的混凝土：(超緩凝)初凝時間不小于40~70h;3d強度不大于3MPa;8d強度不小于C15。

　　2)配筋灌注樁：素樁混凝土初凝階段施工，咬合素樁。

　　全套管成孔

　　1)適用：除用于咬合樁外，還可用于：淤泥、流砂、地下水富集等。

　　2)不良地層;城市建筑物密集或有地下障礙的地區(qū)。

　　3、型鋼水泥土攪拌墻施工工藝

　　多軸柱列式水泥土攪拌墻：SMW工法(Soil Mixing Wall)

　　1)攪拌樁施工機械：三軸(四軸或五軸)攪拌樁機械;樁徑650~1000mm，最大深度可達60m。

　　2)型鋼拔出機械：液壓式拔樁機

　　3)關于水泥土水灰比的討論：我國規(guī)范建議水泥摻量高達20%左右;水灰比為1.5~2.0，砂礫土中為1.2~2.0。

　　高水灰比的不必要性：對水泥土強度并無益處;大量原土被置換，施工中難以實現(xiàn)(實際施工中往往出現(xiàn)涌土時便停止注漿);置換排出的土為水泥含量較高的廢土，造成污染。

　　基于水泥土強度0.5MPa可滿足要求的前提

　　1)建議：水泥摻量取15%~18%; 水灰比取0.8~1.0。改用震動插入型鋼的方法。

　　2)日本有關資料：水泥摻量15%左右，水灰比0.8~1.0之間。

　　型鋼插入

　　型鋼插入時間

　　1)規(guī)范規(guī)定：水泥土攪拌后30min內插入;

　　2)工程經驗;水泥土攪拌后1~2h內插入，并無影響。

　　3)振動插入對型鋼與水泥土的粘結力的影響：在攪拌樁施工后1~2h內(水泥初凝前)，振動插入型鋼不會影響粘結力。

　　水泥土攪拌連續(xù)墻

　　日本稱TRD工法(Trench Cutting Re-mixing Deep Wall)

　　特點：與多軸柱列式水泥土攪拌墻相比：成墻連續(xù);表面平整;深度大。

　　攪拌連續(xù)墻施工機械

　　1)成墻：采用鏈鋸式攪拌刀具。

　　2)成墻深：刀具用銷栓連接，深度可達數十米。

　　3)高度小：整體高低僅10m左右。

　　4)施工工藝：主機所帶的鏈鋸式攪拌刀具沉入地基土中并沿刀架移動，作往復運動，并在深度方向灌入水泥漿液，與土體攪拌、混合成墻。

　　四、逆作法和利用“時空效應”的開挖技術

　　1、地下結構的逆作法建造

　　1)逆作法：地下工程由上向下施工的方法。

　　2)特別適用：超深地下結構、環(huán)境保護要求高。

　　3)優(yōu)點：①以主體結構作為“支撐”，剛度大，基坑變形較小;②無需支撐，大大節(jié)約資源、降低能耗;③可實現(xiàn)上、下結構同步施工，不同程度縮短工期;④地下結構頂板較早形成，施工現(xiàn)場布置方便。

　　逆作的幾種方法

　　1)上下結構是否同步施工

　　2)平面區(qū)域是否全部逆作施工

　　3)頂板以下結構是否采用逆作

　　4)圍護結構是否兼作主體結構外墻

　　逆作法的土方開挖

　　2、軟土地區(qū)利用“時空效應”的開挖技術

　　1)軟土地區(qū)土的特點：含水率高、強度低，在開挖時有很大的流變性。開挖易引起基坑過大變形，甚至危及周邊環(huán)境。

　　2)基坑工程的“時空效應”：基坑支護結構的變形和周邊地層的變形：隨時間推移而發(fā)展;因開挖的空間尺度、坑底暴露面積而不同。這在軟土地基的條件下尤為突出。

　　3)利用“時空效應”的開挖技術：“分層、分塊、對稱、平衡、限時”。

　　超大深基坑中，分塊開挖是最基本的措施。

　　1)分塊開挖典型方式之一 ：超長線性基坑

　　采用分段分層開挖方法，及時設置支撐、施工墊層。在前區(qū)段的基礎底板完成后進行后續(xù)區(qū)段的開挖。形成線性的流水作業(yè)。

　　2)分塊開挖典型方式之二：無內支撐的大面積基坑

　　利用后澆帶進行分塊施工，在前一區(qū)塊基礎底板施工完成后進行后一區(qū)塊的土方開挖。各塊之間可采用跳倉施工法以加快進度。

　　3)分塊開挖典型方式之三：大面積采用內支撐的深基坑

　　采用分層盆式開挖或分層島式開挖的方式。

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