《城市地下空间建设新技术》第7章

城市地下空间建设新技术,2014年11月19-22日 合肥,全国注册土木工程师（岩土）继续教育必修教材,第7章 城市高密集地区地下空间开发岩土环境保护新技术,1.1 概述1.2 全回收的深基坑围护系统 WSP桩（可回收的预制隔水桩） RCA可回收的复合锚杆1.3 集装箱式土方挖运方法1.4 地基隔振技术1.5 工程应用1.6 结语,提纲,1.1 概述,1.1.1 常用板式基坑围护结构,地下连续墙,SMW工法桩,钢板桩,锚杆加灌注桩,砼支撑+钢支撑,RESS,（1）环境问题：围护桩（墙）有残留；（2）一般锚杆超地下红线，土中有高强固体残留，影响邻近地下空间开发，逐步被各地禁用，现有可回收锚杆承载力低，难以满足锚固要求； （3）高造价，高耗材、高耗能；（4）各种形式的钢板桩止水效果差。,1.1.2 现有围护桩（墙）的局限性,全回收的基坑围护系统（即Recycling Excavation Support System ，简称RESS）（1）以WSP桩（预制隔水桩）作为竖向承载结构；（2）以RCA(可回收的复合锚杆) （或支撑）作为水平承载结构；（3）拓展RCA可回收的复合锚杆应用至软土地区；（4）实现基坑回填后土中无高强固体残留。,1.1.3 RESS的新技术核心,1.2.1.1 背景技术 1.2.1.2 结构构造 1.2.1.3 工作机理 1.2.1.4 施工工艺 1.2.1.5 “以水堵漏”的隔水连接1.2.1.6 预制隔水桩设计方法1.2.1.7 技术优越性 1.2.1.8 经济优越性 1.2.1.9 局限性 1.2.1.10 小结,1.2 全回收的深基坑围护系统,1.2.1 预制隔水桩（WSP桩）技术,ESC板桩（H型钢+钢板桩连接）H型钢解决了竖向构件抗弯、抗剪问题钢板桩连接解决了局部挡土问题未能解决隔水问题。,1.2.1.1 WSP桩的背景技术,WSP桩包括预制桩体、隔水连接、隔水空腔三部分;隔水连接为可回收的堵漏材料; 预制桩体可以是各种尺寸的H型钢、槽钢、角钢、钢管、钢板桩、钢板及其组合；桩间连接可采用多种结构形式。,1.2.1.2 WSP桩的结构构造,（1）可根据工程需求不同，设置相适应的可回收隔水连接；（2）隔水连接在预制桩体施工后安装，可避免施工破坏；（3）在基坑围护期间，各根预制桩体通过隔水连接成为一整体围护墙，既可挡土，亦可有效止水，形成安全可靠的竖向围护结构；（4）可设置两重或多重隔水连接，以确保隔水可靠，可修；（5）基坑回填后，拔出预制桩体前，将隔水连接解除，便可逐根拔出预制桩体。,1.2.1.3 WSP桩的工作机理,该隔水连接包括弹性袋与充于弹性袋内的充填体两部分，弹性袋与相邻的两根预制桩体均紧密接触，充填体为在充填弹性袋的过程中具备流动性的物质（水、泥浆等），如需增加弹性袋与两根预制桩体间的密封度，可向弹性袋内充气，增加弹性袋内壁的压强，使其与预制桩体紧密接触，达到止水目的。,1.2.1.4 “以水堵漏”的隔水连接,（1）结构简单，造价低；（2）易于安装；（3）便于检查与更换；（4）具备堵漏的自修复功能。,“以水堵漏”的隔水连接优点,（1）桩长设计：主要根据基坑挖深、工程地质条件，计算WSP桩的桩长、入土深度；（2）截面与间距设计：结合水平承载体系的布置，计算WSP桩的弯矩、剪力、位移，根据内力与变形计算成果，选定预制桩体的截面、间距；（3）隔水连接设计：结合施工工艺要求，设计隔水连接的布置与可回收隔水结构。,1.2.1.5 预制隔水桩设计方法,（1）制作预制桩体与隔水空腔；（2）逐根沉入预制桩体；（3）施工可回收的隔水连接；（4）施工水平承载结构；（5）基坑开挖并维护隔水结构；（6）基坑回填后回收隔水连接；（7）逐根拔出预制桩体，完成回收。,1.2.1.6 WSP桩施工工艺,（1）能耗低、土中无残留，环境效益显著；（2）可用于各种深度基坑，适用范围广；（3）隔水性能安全可靠 可设置具备自修复特性的隔水连接，即使出现漏水问题，隔水连接可自行修补漏点；可设置两重隔水连接，确保隔水连接安全可靠、可维修；（4）施工质量可控，可避免偷工减料，施工方便，工艺简单，速度快，工期短。,1.2.1.7 WSP桩的技术优越性,1.2.1.8 WSP桩的经济优越性,WSP桩与现有围护桩（墙）造价概算比较,WSP桩较SMW工法桩节约造价约25，较钻孔灌注桩可节约造价约2540，较地下连续墙可节约造价3545。,（1）应考虑预制桩体插拔施工时拖带沉降的影响；（2）对于深基坑，应有效控制预制桩体稳定性；（3）当WSP桩较长时，须采用简单可靠的接头。,1.2.1.9 WSP桩的局限性,（1） WSP桩受力构件为钢构件，因此其强度、刚度可算、可靠；（2） WSP桩的隔水连接可设置为具备自修复性能连接，可设置两重隔水连接，因此，隔水性能可靠、可修；（3） WSP桩施工速度快，质量好；（4） WSP桩可回收，无残留，环境效益好；（5） WSP桩造价低、能耗低；（6）在插拔施工影响可接受条件下，基坑围护桩应采用WSP桩。,1.2.1.10 WSP桩小结,1.2.2.1 锚杆在基坑围护中的应用障碍1.2.2.2 背景技术1.2.2.3 结构构造1.2.2.4 施工工艺 1.2.2.5 足尺试验研究1.2.2.6 技术优越性1.2.2.7 经济优越性1.2.2.8 小结,1.2 全回收的深基坑围护系统,1.2.2 RCA可回收的复合锚杆,（1）承载力低（2）成型难（a）成孔难（b）对心难（3）锚杆长，超越用地红线（各土层普遍障碍）,1.2.2.1 锚杆在软土地区基坑围护中的障碍,软土地区锚杆应用的三大障碍,1.2.2 RCA可回收的复合锚杆,1.2.2.2 背景技术（各种U形可回收锚杆）,U形锚横截面图,U形锚照片,U型锚工程应用,JCE回收地锚,1.2.2.2 背景技术（U形锚的局限性：承载力低）,无锡某可回收锚杆足尺试验,复合锚杆的构造包括4部分： 1.锚固体 2.传力带 3.杆体 4.中空通道锚固体可以是：高压旋喷桩、搅拌桩、水泥砂浆等传力带可以是： 水泥浆、砂浆、可分解材料等。杆体可以是： 钢筋、钢铰线等中空通道是： 设置于传力带内部沿着杆体方向 贯通的孔道,1.2.2.3 RCA的构造,可回收的复合锚杆纵剖面示意图,1.2.2.4 RCA施工工艺（可一次成型，准确对心）,在水泥土加固体中施工锚杆,施工围护桩（墙）与水泥土加固体,锁定锚杆,（1）确定锚杆位置；（2）用可回收的传力带将杆体在锚固段位置与锚固体接触处包裹，并设置中空通道，制造可回收的复合锚杆；（3）施工水泥土加固体、杆体，安装可回收的复合锚杆；（4）锁定锚杆；（5）待锚杆使用结束后，解除锁定；（6）分解可回收的传力带；（7）拔出杆体及其他可回收构件，完成回收施工。,1.2.2.4 RCA施工工艺（步骤）,1.2.2.4 软土地区RCA足尺试验研究,工程地质条件试验场地属于上海地区典型的软土地层，试验主要影响土层为上海地区第层粉质粘土与第层淤泥质粘土层,试验场地土层物理力学性质表 （表1）,1.2.2.4 软土地区RCA足尺试验研究,足尺试验用复合锚杆概况,足尺复合锚杆试验概况表（表2）,图中的复合锚杆试验承载力达到365kN。试验结束时，水泥土搅拌桩出现破坏。,1.2.2.4 软土地区RCA足尺试验研究,典型的复合锚杆的承载力基本试验QS曲线,（1）工期短；（2）挖土方便，交叉施工少。,1.2.2.5 RCA技术优越性,1.2.2.6 RCA经济性,基坑面积越大，复合锚杆的造价节约越多。,当基坑较小时，对于面积2000m2的小基坑，造价比为80。随着基坑面积的增加，可回收复合锚杆的造价快速减小。1万m2的基坑，造价比36，对于5万m2的大基坑，造价比为16。,（1）可回收的复合锚杆实现了杆体的全回收，且杆体与锚固体可全长粘结，锚杆承载力大，适于基坑围护中提供水平承载力，能耗低，有利于岩土环境保护；（2）在软土区域，通过复合锚杆技术研发，解决了普通锚杆承载力低、变形大的缺点，复合锚杆是软土地区经济适用的锚杆形式；（3）通过一次成型等施工工艺，解决了锚杆施工中对心难的难题，使锚杆施工质量稳定、可靠；（4）通过水泥土加固体充分挖掘了软土的潜力，克服了水泥土与杆体之间连接强度低的缺陷；（5）较内支撑体系，可回收的复合锚杆大幅降低了造价，并可缩短工期。,1.2.2.7 RCA小结,传统粗放的土方挖运存在的问题：（1）土方挖运成本高；（2）开挖面原状土的翻运收集，增加了松土的体积，进一步提高了挖土费用；（3）土方挖运速度慢，制约工期；（4）环境污染严重，在翻土、推运收集、垂直运输及土方外运过程会产生较多的粉尘，影响空气质量。,1.3 集装箱式土方挖运方法,（1）将集土箱放置于深基坑中开挖面位置；（2）将深基坑中需挖出的土方开挖并装载至集土箱内；（3）将集土箱吊运至运输车辆，并将集土箱与运输车辆临时固定；（4）将集土箱运至预期位置；（5）卸除集土箱内的土体；（5）将集土箱运回，完成一次土方运输；（5）重复步骤a）至步骤f），完成土方挖运。,深基坑集装箱式土方挖运步骤,集装箱式土方挖运方法示意图,在密集城区，已建建筑物往往因为邻近工程建设、工业生产、轨道交通运营等产生的振动影响到建筑物的正常使用与安全，目前此类事件时常引发社会纠纷。对于已建的建（构）筑物进行有效保护，减小消除邻近地基土振动对已建建（构）筑物的影响是土木工程领域中的一个新的发展方向。,1.4 地基隔振技术-压力平衡地基隔振方法,设置隔振容器（1）向隔振容器（1）中充填流体（2）。 使流体（2）的压力与外侧的土压力（包括土中水压力）基本平衡通过流体（2）的运动吸收地基土的振动能量，达到隔振目的。,1.4.1 第一种压力平衡地基隔振方法,第一种隔振器平面布置示意图,1隔振容器；2流体；3导流管；4收集器；5地基土；6近振源；7被被保护对象；,设置隔振容器（1）及其中的减震器（12） 利用隔振容器（1）弹力或减震器（12）的支撑力与土压力平衡；，通过隔振容器（1）与减震器（12）耗散地基土振动能量，达到减振目的。,1.4.2 第二种压力平衡地基隔振方法,第二种隔振器平面布置示意图,1隔振容器；2流体；3导流管；4收集器；5地基土；6近振源；7被被保护对象；12减震器；,工程建设地点：江苏省昆山市珠江路工程建设单位：昆山金鹰置业有限公司基坑围护设计单位：冶金工业部华东勘察基础工程总公司可回收锚杆生产与施工单位：上海地固岩土工程有限公司,1.5工程应用江苏省昆山金鹰A地块项目二期基坑围护工程,1.5.1 工程概况,周边环境： 基坑北侧23m为东新街； 基坑西侧23m为珠江路； 基坑南侧穿越河浜；