大型深基坑支護施工新技術和優(yōu)秀案例全面分享,,值得收藏!
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(實際施工中往往出現涌土時便停止注漿);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?。赫w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,。
分層盆式開挖示例
分層盆式開挖示例——豎向分層盆式開挖
分層盆式開挖示例——平面分塊開挖
五、深基坑優(yōu)秀案例分享
案例1:北京財源國際中心基坑支護工程
北京財源國際中心位于朝陽區(qū)東長安街延長線,,原北京第一機床廠院內,。基坑北側距居民樓最近距離為3.36m,,西側距麗晶苑(24)層為6.9m,。工程占地面積9444.8m²,總建筑面積23.96萬m²,。該工程基坑開挖長279m,,寬47-67m,開挖深度為24.86-26.56m,。
基坑北側:磚砌擋墻+灌注樁+5層錨桿支護體系,。
西側、南側:連續(xù)墻+5層錨桿支護體系,。
基坑的東側,、南側東段:采用土釘墻+灌注樁+錨桿支護體系。
連續(xù)墻厚度600-800mm,,深度20.24-34.1m,;管棚采用φ108鋼花管,水平間距1.5m,,豎向間距1.5m,;護坡樁采用φ800鋼筋混凝土灌注樁,樁間距均為1.4m;錨桿長度21-30m,。
降水方式:采用大口管,、滲井抽滲結合的閉合降水方案。
西側支護形式:連續(xù)墻+錨桿樁
北面支護形式:擋土墻+灌注樁+錨桿樁
案例2:北京銀泰中心基坑支護工程
銀泰中心位于北京建國門外大街國貿橋西南角原第一機床廠院內,。北側緊鄰地鐵變電站,,基坑圍護與其結構外墻凈距僅1.95m~2.13m。該工程由三棟塔樓及裙房組成,,總建筑面積35.75萬m² ,。基坑開挖長219.4m,,寬100.4m,,最深部位22.95m。
基坑圍護形式:采用10m土釘墻+灌注樁+2層錨桿,。灌注樁為φ800mm,,樁間距為1.5m,樁深15.6-19.5m,,共計407根,。錨桿為φ150預應力錨桿,第一道長度為15-18m,,第二道長度為16-23m,,間距為1.5m,共779根,。
北側支護形式:土釘墻+灌注樁+錨桿樁
案例3:央視TVCC基坑支護,、降水、土方及基礎樁工程
CCTV新臺址建設工程位于北京市朝陽區(qū)東三環(huán)中路32號,,地處東三環(huán)路東側,、光華路以北、朝陽路以南,,地處北京市中央商務區(qū)(CBD)規(guī)劃范圍內,。該工程建筑用地面積總計17800m²,總建筑面積56.6萬m²,,高度234m?;娱_挖深度12-22m,。
支護形式:采取土釘墻、土釘墻+灌注樁,、土釘墻+灌注樁+1(2,、3)錨桿等綜合支護形式,土釘直徑φ120mm,水平間距1.5m,,豎向間距1.5m,,灌注樁采用φ800、φ600鋼筋混凝土灌注樁,,樁長4.6m-19.7m,,嵌固深度2.5m-4.0m,樁間距1.2-1.6m,,灌注樁數量280余根,。錨桿長度13-29m,間距1.6m,。
降水方式:采用抽取和疏干基坑范圍內層間潛水,,降低承壓水。
支護形式:采取擋土墻,、土釘墻,、灌注樁、錨桿樁等綜合支護形式
案例4:國家大劇院基坑支護工程
國家大劇院位于人民大會堂西側,,建筑面積149500平方米,。該工程基坑屬超深、超大基坑工程,,基礎平均埋深26米,,局部埋深32.6米。
基坑支護形式:采用灌注樁,、地下連續(xù)墻和隔水帷幕等多種支護形式聯合并用,,其中連續(xù)墻周長610米,厚度800mm,;采用了“兩鉆一抓”施工工藝,,解決了深厚卵石地層條件下地下連續(xù)墻的垂直度控制和成槽速度的施工難題;解決了深大基坑富含高承壓水砂卵石地層錨索成孔與注漿難題,。
基坑降水:采用疏干,、抽滲、隔離,、減壓等多種降,、排水并用的地下水控制方法。
支護形式:擋土墻,、灌注樁,、地下連續(xù)墻和隔水帷幕
案例5:中國國家博物館改擴建基坑支護工程
本工程位于天安門東側,長安街南側,,國家公安部西側,,為天安門地區(qū)標志性建筑,,在中國革命博物館和中國歷史博物館原址上進行改建。本工程東側結構緊鄰建筑紅線,,新館建筑鑲嵌于老館之中,,且南北兩側局部緊靠老館基礎,基坑周邊存在各種地下管線,,基坑開挖深度14.65m,。
支護形式:采用擋土墻+灌注樁+1(2、3)道錨桿,,南,、北汽車坡道處局部采用土釘墻支護形式。擋土墻高度2m,,護坡樁直徑800mm,,間距1600mm,樁長19.45m,,共5148根,。第一道錨桿長25m,第二道錨桿長22m,。第三道錨桿18m,,錨桿間距1.6m,一樁一錨,。
降水方式:采用坑內設選自.投標書代寫網 yipai178.com 滲水井,,抽排結合。
支護形式:采用擋土墻+灌注樁+錨桿樁
案例6:世紀財富中心基坑支護工程
世紀財富中心基坑支護工程位于大北窯國貿北,,嘉里中心與漢威大廈之間,。基坑長160米,,寬140米,,基坑深20.6米。
支護形式:土釘墻+灌注樁+錨桿樁支護形式,。
支護形式:采用土釘墻+灌注樁+錨桿樁
支護形式:采用土釘墻+護坡樁+錨桿樁
案例7:太原萬達基坑支護工程
太原萬達廣場B1區(qū)位于太原市新建北路以東,,焊西門街以北,東側緊鄰龍?zhí)逗?。該工程基坑開挖深度11.2m,。
支護形式:主要采用鋼筋混凝土灌注樁+兩層錨桿的支護形式,四角部位采用鋼筋砼灌注樁+內支撐+一層錨桿的支護形式,,混凝土灌注樁樁徑800mm,,樁長18.5m(一期施工樁長19.2m),樁間距1.3m,,共計484根,。第一道錨桿間距1.3m,長度18m,;第二道錨桿間距2.6m,,長度22.5m,共計678根,?;觾冉邓捎霉芫邓游鱾仍O置回灌井,。帷幕樁均采用三層水泥深層攪拌樁,,φ500@350mm,有效樁長為18m,,止水帷幕樁共計約5500根,。
支護形式:灌注樁+內支撐+錨桿樁
案例8:軌道交通亦莊線肖村橋車站支護工程
肖村橋站位于宋家莊站與小紅門站之間,南四環(huán)與成壽寺路交叉口的北側,,城外誠家具城廣場上,,地下多種管線交錯復雜?;娱_挖深度16.7m,,基坑長192.4,寬19.7,,總建筑面積10200平方米,。
支護形式:為擋土墻+鉆孔灌注樁+3道錨桿,為一樁一錨,,東端大里程處及盾構井段圍護結構形式為鉆孔灌注樁+3道鋼支撐(斜撐),。擋土墻高2.3m,護坡樁直徑800mm,,間距1.3m,,樁長19.661m,嵌固長度為5m,,護坡樁共計342根,。錨桿為一樁一錨,長度為27-30m,。
降水方式:采用大口徑管井降水,。
支護形式:擋土墻+鉆孔灌注樁+錨桿樁
支護形式:擋土墻+鉆孔灌注樁+錨桿樁
支護形式:擋土墻+鉆孔灌注樁+錨桿樁
案例9:杭州地鐵1號線濱康路車站基坑支護工程
杭州地鐵1號線工程濱康路站位于濱安路、濱康路及西興路間的三角地塊內,,與濱康路成60º夾角,,施工條件良好。該工程基坑開挖長170m,,寬21.7-25.8m,,
支護形式:采用800mm厚地下連續(xù)墻,,標準段采用1道混凝土支撐加3道鋼支撐,端頭井采用1道混凝土支撐加4道鋼支撐,。連續(xù)墻共87槽,。鋼支撐采用φ609壁厚16mm鋼管,支撐間距1.7~4.5m,,一般為3m,;混凝土支撐為八字形撐,支撐間距8.4~9.5m,,一般為9.0m,。出入口采用SMW樁施工,樁徑φ850mm,,共136根,。
降水形式:采用大口徑無砂管降水。承壓氣體排氣井,,施工期間進行坑外排氣,,在排氣井外設置回灌井。
支護形式:地下連續(xù)墻+鋼支撐+混凝土支撐
支護形式:地下連續(xù)墻+鋼支撐+混凝土支撐
案例10:深圳地鐵翠竹車站基坑支護工程
翠竹站位于東門北路與翠竹路,、華麗路交叉路口地下,,東南側緊鄰銀漢大廈(原海洋大廈)、翠竹小學,,西北角與深圳市人民醫(yī)院相臨,。車站建筑總面積10053.9m²?;娱_挖深度16.4-17.8m,,基坑開挖長度192m,寬約18.5-23m,。
支護形式:采用連續(xù)墻+3道鋼管支撐,。連續(xù)墻厚度800mm,槽深21.4-22.83m,,共74槽,,總長433.4m鋼支撐三道,第一道鋼支撐設在地連墻冠梁上,,間距6m,,采用直徑609mm鋼管,壁厚12mm,;以下兩道支鋼撐水平間距為3m,,采用直徑609mm鋼管,壁厚16mm,。
降水方式:采用集水井明排降水,?;觾染c延縱向方向分一 排布置,間距20m左右,。
支護形式:地下連續(xù)墻+鋼管支撐
支護形式:地下連續(xù)墻+鋼管支撐
案例11:北京地鐵房山線世界公園站~郭公莊站區(qū)間基坑支護工程
北京軌道交通房山線工程世界公園站~郭公莊站地下區(qū)間位于葆臺北路與豐葆路交叉口,,區(qū)間橫穿豐葆路及郭公莊路。明挖段區(qū)間總長268.222m,,寬度為11m~15.7m,基坑深度8.712m ~14.626m,。
支護形式:采用擋土墻+圍護樁+2(3,、4)內支撐的支護形式。擋土墻為磚砌,,高1.1m,;圍護樁直徑800mm,間距1.6m,,樁長11.4-21.4m,;內支撐采用工字鋼488雙拼,間距5m,,樁間采用100mm厚C20噴射混凝土支護,。
支護形式:擋土墻+圍護樁+內支撐
支護形式:擋土墻+圍護樁+內支撐
案例12:北京地鐵五號線劉家窯車站基坑支護工程
劉家窯站位于南三環(huán)路與蒲黃榆路交叉口,車站位置橫越南三環(huán)(劉家窯橋),,呈南北向布置,。北側為現狀蒲黃榆路,南側為規(guī)劃的蒲黃榆南路,,是南三環(huán)重要的交通樞紐?,F狀為大量1~2層平房,周圍地勢平坦,。該車站總建筑面積11426.26m²,。基坑開挖分南側和北側,,南側基坑開挖深度為16.7m~20.0m,,開挖寬度為20.3m,開挖長度為75.7m,;北側基坑開挖深度為17.5m~20.6m,,開挖寬度為22.35m,開挖長度為49.8m,。
支護形式:采用灌注樁+3道鋼支撐+1道一樁一錨桿(僅北側基坑北側),,圍護樁直徑600mm,間距800-1100mm,,樁長為19.54m~23.82m,,共385根,;錨桿長20m,豎向設三道鋼圍檁及φ609X14mm的鋼支撐,。
降水方式:采用管井降水,,抽滲結合。
支護形式:灌注樁+鋼支撐+錨桿樁
支護形式:灌注樁+鋼支撐+錨桿樁
六,、結語
1,、我國基坑工程的新技術、新工藝,、新設備不斷涌現,。
2、地下工程規(guī)模將向大面積,、超深度方向發(fā)展:需要基坑工程技術的不斷提升和創(chuàng)新,。
3、基坑工程地域性,、復雜性,、綜合性和不可預見性的特點:需要在設計與施工中給予加倍重視和精心