中建大型深基坑支护结构和施工技术讲义

大型型深深基基坑坑支支护护结结构构和施施工工新新技技术术中建建三三局局建建设设工工程程股股份份有有限限公公司司21我我国国基基坑坑工工程程的的发发展展概概况况2基基坑坑工工程程的的新新型型支支护护结结构构3深深基基坑坑工工程程施施工工新新设设备备和和新新工工艺艺4逆逆作作法法和和利利用用“时空空效效应应”的开开挖挖技技术术5结结语语31我国国基基坑坑工工程程的的发发展展概概况况上一一世世纪纪九九十十年年代代以以来来我我国国基基坑坑工工程程技技术术长长足足发发展展。。基坑坑工工程程技技术术的的发发展展历历程程———第一一阶阶段段：：上一一世世纪纪80年代代末末到到90年代代末末，，研究究、、探探索索阶阶段段；；第二二阶阶段段：：新世世纪纪初初的的十十多多年年，，发展展阶阶段段。。4基坑坑工工程程技技术术的的发发展展历历程程两个个阶阶段段的的标标志志———第一一阶阶段段：：2000年前前后后基基坑坑工程程的的国国家家行行业业标标准准和地地方方标标准准的的颁颁布布；；第二二阶阶段段：：2009年《建筑筑基基坑工工程程监监测测技技术术规规范范》（GB50497）的颁颁布布、、一一批批相相关关的的规规范范全面面修修订订。。1我国国基基坑坑工工程程的的发发展展概概况况5基坑坑工工程程设设计计理理念念的的改改变变———早期期：：设计计往往往往以以满满足足地地下下工工程程施施工工为为主主。。或以以经经验验为为主主；；或或以以理理论论为为主主。。现今今：：满足足环环境境保保护护已已成成为为设设计计施施工工的的基基本本出出发发点点。。理论论和和经经验验相相结结合合。。1我国国基基坑坑工工程程的的发发展展概概况况基坑坑工工程程技技术术的的发发展展历历程程6基坑坑设设计计方方法法———极限限平平衡衡法法（卜卜鲁鲁姆姆法法、、盾盾恩恩法法、、相相当当梁梁法法等等））；；弹性性支支点点法法（解解决决变变形形分分析析问问题题））；；有限限元元法法（平平面面、、空空间间；；土土体体与与结结构构共共同同作作用用；；考虑虑土土的的弹弹塑塑性性等等））1我国国基基坑坑工工程程的的发发展展概概况况基坑坑工工程程技技术术的的发发展展历历程程7对基坑稳稳定性的的认识——基坑事故故主要是是岩土类型型的破坏坏形式。整体滑动动稳定性性、抗隆隆起稳定定性等在软土土中尤其重视视。1我国基坑坑工程的的发展概概况基坑工程程技术的的发展历历程8放坡重力式水水泥土墙墙土钉墙常用的基基坑支护护结构土体加固固类——放坡、土土钉墙、、重力式式水泥土土墙等。。2基坑工程程的新型型支护结结构9钢板桩地下连续续墙灌注桩排排桩型钢水泥泥土搅拌墙常用的基基坑支护护结构支挡、拉拉锚式——围护墙：：排桩、、地下连连续墙；；支锚体系系：拉锚锚式，内内支撑。。围护墙：：2基坑工程程的新型型支护结结构10常用的基基坑支护护结构支挡、锚锚拉式——围护墙：：排桩、地下连连续墙；；支锚体系系：拉锚锚式，内内支撑。。支锚体系系：内支支撑钢支撑混凝土支支撑2基坑工程程的新型型支护结结构常用的基基坑支护护结构支挡、拉拉锚式——围护墙：：排桩、地下连连续墙；；支锚体系系：拉锚锚式，内内支撑。。支锚体系系：拉锚锚和锚杆杆锚定式拉拉锚土层锚杆杆2基坑工程程的新型型支护结结构122.1复合土钉钉墙土钉支护护结构的的优点——施工方便便、设备备简单、、经济效效益显著著等。土钉支护护结构的的主要问问题——适用有一一定限制制，仅适适用于非非软土场场地。软土地区区：稳定定性。2基坑工程程的新型型支护结结构13整体失稳稳坑底隆起起过大变形形土钉支护护结构的的主要问问题——软土地区区：稳定定性。2基坑工程程的新型型支护结结构2.1复合土钉钉墙14复合土钉钉墙——采用水泥泥土搅拌拌桩、预预应力锚锚杆、微微型桩等等的一类或几几类结构构与土钉钉墙复合合而成的的支护结结构。2基坑工程程的新型型支护结结构2.1复合土钉钉墙15a）截水帷帷幕复合合土钉墙墙b）预应力力锚杆复复合土钉钉墙c）微型桩桩复合土土钉墙d）截水帷帷幕-预应力锚杆复复合土钉钉墙e）截水帷帷幕-微型桩复合合土钉墙墙f）微型桩桩-预应力锚杆复合合土钉墙墙g）止水帷帷幕-微型桩-预应力锚锚杆复合合土钉墙墙2基坑工程程的新型型支护结结构2.1复合土钉钉墙软土地区区的应用用——以水泥土土搅拌桩桩、微型型桩等“超前支护护”，解决：隔隔水性；；土体的自自立性（加大自自立高度度和持续续时间、、提高稳定定性）。。16水泥土搅搅拌桩复复合土钉钉墙2基坑工程程的新型型支护结结构2.1复合土钉钉墙超前桩施加预应应力超前桩-预应力锚锚杆复合合土钉墙墙非软土地地区的应应用——通过微型型桩、预预应力锚锚杆等对对限制土体体的位移移。预应力锚锚杆复合合土钉墙墙，加大大预应力力可使位位移减少40%~50%。使其适适应的基基坑开挖挖深度有有所增加加。复合土钉钉墙使开挖深度度有所增增加（12~15m）。2基坑工程程的新型型支护结结构2.1复合土钉钉墙HθiqObiRθiNUj/PUj/αmjαj21431－土钉；；2－预应力力锚杆；；3－截水帷帷幕；4－微型桩桩复合土钉钉墙结构构设计中中应注意意的问题题——可计入复复合体的的共同作作用，但但复合体的的作用：：不可过高高估计；；原位土层层、土钉钉对结构构稳定性性的贡献献：应占有主主要的份份额182基坑工程程的新型型支护结结构2.1复合土钉钉墙192.2双排桩结结构由前、后后两排支支护桩和和梁连接接成的刚刚架及冠冠梁组成的支支挡式结结构。双排桩结结构的特特点——结构：有较大的的侧向刚刚度，无无需支撑撑或拉锚锚施工：适应性广广、工艺艺简单、、与土方方开挖无无交叉作业业、施工工工期短短等。2基坑工程程的新型型支护结结构双排桩结结构——132GPpkEаkPаkEpk1－前排排桩；；2－后排排桩；；3－刚架架梁双排桩桩的设设计——嵌固稳稳定性性验算算：以结构构前后后排桩桩与桩桩间土土的整体分分析，，但嵌嵌固段段被动土土的抗抗力作用在在总抵抵抗力力矩中中占主主要部部分。202.2双排桩桩结构构2基坑工工程的的新型型支护护结构构hldh1－前排排桩；；2－后排排桩；；3－刚架架梁双排桩桩的设设计——刚架结结构受受力分分析：：1）前、、后排排桩的的受力力前排受受压；；后排排受拉拉，q0bsbp·o123并引起起前、、后排排桩竖竖向位位移和和桩身身弯矩矩。q0pak·abpak·a123212.2双排桩桩结构构2基坑工工程的的新型型支护护结构构hldh双排桩桩的设设计——2）前、、后排排桩之之间土土体考虑其其的反力与与变形形关系系（桩间间土看看作水水平向向单向向压缩缩体，，按压压缩模模量确定刚刚度系系数））考虑开开挖后后应力力释放放引起起的初始压压力（按桩桩间土土自重重占滑滑动体体自重重的比比值确确定））。22刚架结结构受受力分分析：：q0bsbp·o123q0pak·abpak·a1232.2双排桩桩结构构2基坑工工程的的新型型支护护结构构23双排桩桩的设设计——刚架结结构受受力分分析：：3）桩顶顶梁桩与桩桩顶梁梁的连连接形成刚刚架结结构。2.2双排桩桩结构构2基坑工工程的的新型型支护护结构构242基坑工工程的的新型型支护护结构构2.3型钢水水泥土土搅拌拌墙型钢水水泥土土搅拌拌墙——由水泥泥土墙墙和内内插的的型钢钢组成成的复复合支支护结结构。。特点——支护性性能好好、造造价低低、环环保（（型钢钢可回回收））等。。我国于于2010年颁布布了《型钢水水泥土土搅拌拌墙技技术规程》JGJ/T199，标志志了该该技术术已较较为成成熟。。25型钢和和水泥泥土作用——型钢：：作为挡挡土结结构；；水泥土土：作为截截水帷帷幕。。2基坑工工程的的新型型支护护结构构2.3型钢水水泥土土搅拌拌墙26型钢水水泥土土搅拌拌墙的的工作作特性性——墙体变变位较较小时时：水泥土土对提提高墙墙体的的刚度度有相相当贡贡献；；墙体的抗弯弯承载力验验算：不应考虑水水泥土的作作用；型钢间水泥泥土的受剪剪：包括型钢间间水泥土的的错动受剪剪和最弱截面处的局局部受剪。。2基坑工程的的新型支护护结构2.3型钢水泥土土搅拌墙27型钢水泥土土搅拌墙的的桩身强度度——这是目前工工程中矛盾盾比较集中中的问题。。设计要求：：一般强度为为1.0MPa左右，甚至至更高；实际情况：：往往难以达达到设计要要求；取芯检测：：28d强度值一般般在0.4MPa左右。2基坑工程的的新型支护护结构2.3型钢水泥土土搅拌墙28如何确定水水泥土搅拌拌墙的桩身身强度？工程实际：：鲜有因强度度较低而造造成破坏的的事例；理论分析：要求水泥土土28d抗压强度为为0.5MPa左右；规范建议：：采用不小于于0.5MPa较为适宜。。2基坑工程的的新型支护护结构2.3型钢水泥土土搅拌墙293深基坑工程程施工新设设备和新工工艺施工中新设设备和新工工艺——地下连续墙墙、混凝土土咬合桩排排桩、超深深多轴水泥泥土搅拌桩（SMW工法）、水水泥土搅拌拌连续墙（（TRD工法）、超大型环形形支撑体系系、十字钢钢支撑双向向复加预应应力技术、、混凝土支撑撑的绳（链链）锯切割割法、锚杆杆的回收技技术等。。1）抓斗式成成槽机（适用软弱弱土层）2）回转式多多头钻成槽槽机（适用较硬硬的土层））3深基坑工程程施工新设设备和新工工艺3.1地下连续墙墙成槽机械械和工艺常用的成槽槽机械——3）双轮铣铣削式成槽槽机（适用坚硬硬土层和岩岩石，也适用软土土及砂性土土）3031上海500kV世博地下变变电站（成槽1.2m厚、60m深）3深基坑工程程施工新设设备和新工工艺3.1地下连续墙墙成槽机械械和工艺铣削式成槽槽机——最大成槽深深度可达150m，墙体厚度度可达2.5m。32槽壁稳定——粉土、粉砂砂土等易坍坍塌土层的的技术措施施：①“夹心心”地下连连续墙（水水泥土搅拌拌桩保护槽槽壁）；②改良泥泥浆性能。。3深基坑工程程施工新设设备和新工工艺3.1地下连续墙墙成槽机械械和工艺水泥土搅拌拌桩保护槽槽壁331）旋挖钻孔孔灌注桩3深基坑工程程施工新设设备和新工工艺3.2灌注桩施工工新技术341）旋挖钻孔孔灌注旋挖成孔：：通过桶状斗斗式钻头回回转切削土土体。装土外运：：直接将土装装入钻斗，，提升卸土土。泥浆护壁：：易坍塌土层层——采用静态泥泥浆护壁（泥浆排量量仅传统工工艺的1/4~1/5）；不易坍塌土土层——可采用干式式或清水钻进工工艺（无需泥浆浆护壁）。。3深基坑工程程施工新设设备和新工工艺3.2灌注桩施工工新技术352）钻孔咬合合灌注桩由间隔布置置的混凝土土素桩和配筋筋桩相互咬咬合，形成的““桩墙”。。3深基坑工程程施工新设设备和新工工艺3.2灌注桩施工工新技术咬合方法——旋挖钻机成成孔、冲抓钻成孔孔、全套管成孔孔等。362）钻孔咬合合灌注桩性能——与间隔式灌灌注桩排桩桩相比：截水性能良良好、不需附加的的截水帷幕幕。与地下连续续墙相比：：功能基本相相同，但施施工简便、、造价低廉廉。3深基坑工程程施工新设设备和新工工艺3.2灌注桩施工工新技术372）钻孔咬合合灌注桩3深基坑工程程施工新设设备和新工工艺3.2灌注桩施工工新技术382）钻孔咬合合灌注桩素桩和配筋筋桩——素桩的混凝凝土：（超缓凝））初凝时间不不小于40~70h；3d强度不大于于3MPa；28d强度不小于于C15。配筋灌注桩桩：素桩混凝土土初凝阶段段施工，咬咬合素桩。。3深基坑工程程施工新设设备和新工工艺3.2灌注桩施工工新技术392）钻孔咬合合灌注桩全套管成孔孔——适用：除用于咬合合桩外，还还可用于：：淤泥、流砂砂、地下水水富集等不不良地层；；城市建筑物物密集或有有地下障碍碍的地区。。3深基坑工程程施工新设设备和新工工艺3.2灌注桩施工工新技术403深基坑工程程施工新设设备和新工工艺3.3型钢水泥土土搅拌墙施施工工艺1）多轴柱列列式水泥土土搅拌墙SMW工法（SoilMixingWall）

三轴（四轴或五轴）搅拌桩机械； 桩径650~1000mm，最大深度可达60m。

型钢拔出机械：

液压式拔桩机。三轴搅拌桩机液压式拔桩机41高水灰比比的必要性性？3深基坑工工程施工工新设备备和新工工艺3.3型钢水泥泥土搅拌拌墙施工工工艺1）多轴柱柱列式水水泥土搅搅拌墙关于水泥泥土水灰灰比的讨讨论：我国规范范建议水水泥掺量量高达20%左右；水灰比为为1.5~2.0，砂砾土土中为1.2~2.0。高水灰比比的必要性性？不必要——对水泥土土强度并并无益处；大量原土土被置换换，施工工中难以实现现（实际施施工中往往往出现现涌土时时便停止止注浆））；置换排出出的土为为水泥含含量较高高的废土土，造成污染染。423深基坑工工程施工工新设备备和新工工艺3.3型钢水泥泥土搅拌拌墙施工工工艺1）多轴柱柱列式水水泥土搅搅拌墙431）多轴柱柱列式水水泥土搅搅拌墙高水灰比比必要性？基于水泥泥土强度度0.5MPa可满足要要求的前前提，建议——水泥掺量取15%~18%；水灰比取取0.8~1.0。改用震动插入入型钢的方法法。日本有关资料料：水泥掺量15%左右，水灰比比0.8~1.0之间。3深基坑工程施施工新设备和和新工艺3.3型钢水泥土搅搅拌墙施工工工艺443深基坑工程施施工新设备和和新工艺3.3型钢水泥土搅搅拌墙施工工工艺1）多轴柱列式式水泥土搅拌拌墙型钢插入：震动沉入自重下沉型钢插入时间？规范规定：水泥土搅拌后后30min内插入；工程经验；水泥土搅拌后后1~2h内插入，并无无影响。振动插入对型钢与水泥泥土的粘结力力的影响？在搅拌桩施工工后1~2h内（水泥初凝凝前），振动插入入型钢不会影响粘结结力。453深基坑工程施施工新设备和和新工艺3.3型钢水泥土搅搅拌墙施工工工艺1）多轴柱列式式水泥土搅拌拌墙462）水泥土搅拌拌连续墙日本称TRD工法（TrenchCuttingRe-mixingDeepWall）3深基坑工程施施工新设备和和新工艺3.3型钢水泥土搅搅拌墙施工工工艺472）水泥土搅拌拌连续墙特点——与多轴柱列式式水泥土搅拌墙墙相比：成墙连续；表面平整；深度大。3深基坑工程施施工新设备和和新工艺3.3型钢水泥土搅搅拌墙施工工工艺482）水泥土搅拌拌连续墙搅拌连续墙施施工机械——成墙：采用链锯式搅搅拌刀具；成墙深：刀具用销栓连连接，深度可可达数十米；；高度小：整体高低仅10m左右。3深基坑工程施施工新设备和和新工艺3.3型钢水泥土搅搅拌墙施工工工艺492）水泥土搅拌拌连续墙施工工艺——主机所带的链链锯式搅拌刀刀具沉入地基基土中并沿刀架移动，作作往复运动，，并在深度方方向灌入水泥泥浆液，与土体搅拌、、混合成墙。。3深基坑工程施施工新设备和和新工艺3.3型钢水泥土搅搅拌墙施工工工艺504.1地下结构的逆逆作法建造逆作法——地下工程由上上向下施工的的方法。特别适用：超深地下结构构、环境保护要求求高。4逆作法和利用用“时空效应”的开挖技术①②③④以主体结构作作为“支撑”，刚度大，基坑变形较小小；无需支撑，大大大节约资源、降降低能耗；可实现上、下下结构同步施施工，不同程度缩短短工期；地下结构顶板板较早形成，，施工现场布置置方便。51优点——4.1地下结构的逆逆作法建造4逆作法和利用用“时空效应”的开挖技术52全逆作法逆作的几种方方法——上下结构是否否同步施工半逆作法4.1地下结构的逆逆作法建造4逆作法和利用用“时空效应”的开挖技术53逆作的几种方方法——平面区域是否否全部逆作施施工全平面逆作法法主楼顺做裙楼逆作坑边逆作法4.1地下结构的逆逆作法建造4逆作法和利用用“时空效应”的开挖技术54逆作的几种方方法——顶板以下结构构是否采用逆作从顶板以下结结构是否采用用逆作的角度度——盖挖法4.1地下结构的逆逆作法建造4逆作法和利用用“时空效应”的开挖技术55逆作的几种方方法——围护结构是否否兼作主体结结构外墙“两墙合一”(地下连续墙)“两墙合一”的逆作法临时围护墙(灌注桩排桩)临时围护墙、、水平结构的逆逆作法4.1地下结构的逆逆作法建造4逆作法和利用用“时空效应”的开挖技术56逆作法的土方方开挖——取土架（抓斗斗）挖土抓斗挖土4.1地下结构的逆逆作法建造4逆作法和利用用“时空效应”的开挖技术57逆作法的土方方开挖——长臂挖土机4.1地下结构的逆逆作法建造4逆作法和利用用“时空效应”的开挖技术58逆作法的土方方开挖——皮带运输机取取土4.1地下结构的逆逆作法建造4逆作法和利用用“时空效应”的开挖技术59逆作法的土方方开挖——加大取土孔面面积、增加取土孔数数量——提高挖土效率率4.1地下结构的逆逆作法建造4逆作法和利用用“时空效应”的开挖技术604.2软土地区利用用“时空效应应”的开挖技技术软土地区土的的特点——含水率高、强强度低，在开开挖时有很大大的流变性。开挖易引起基基坑过大变形形，甚至