《城市地下空间建设新技术》第章一一

城市地下空间建设新技术住房和城乡建设部执业资格注册中心2014年10月24-26日第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RecyclingExcavationSupportSystem，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。1.1.3RESS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。1.2.1.1WSP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。1.2.1.2WSP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。1.2.1.3WSP桩的工作机理该隔水连接包括弹弹性袋与充于弹性性袋内的充填体两两部分，弹性袋与与相邻的两根预制制桩体均紧密接触触，充填体为在充充填弹性袋的过程程中具备流动性的的物质（水、泥浆浆等），如需增加加弹性袋与两根预预制桩体间的密封封度，可向弹性袋袋内充气，增加弹弹性袋内壁的压强强，使其与预制桩桩体紧密接触，达达到止水目的。1.2.1.4“以水堵漏”的隔隔水连接（1）结构简单，造价价低；（2）易于安装；（3）便于检查与更换换；（4）具备堵漏的自修修复功能。“以水堵漏”的隔隔水连接优点（1）桩长设计：主要要根据基坑挖深、、工程地质条件，，计算WSP桩的桩长、入土深深度；（2）截面与间距设计计：结合水平承载载体系的布置，计计算WSP桩的弯矩、剪力、、位移，根据内力力与变形计算成果果，选定预制桩体体的截面、间距；；（3）隔水连接设计：：结合施工工艺要要求，设计隔水连连接的布置与可回回收隔水结构。1.2.1.5预制隔水桩设计方方法（1）制作预制桩体与与隔水空腔；（2）逐根沉入预制桩桩体；（3）施工可回收的隔隔水连接；（4）施工水平承载结结构；（5）基坑开挖并维护护隔水结构；（6）基坑回填后回收收隔水连接；（7）逐根拔出预制桩桩体，完成回收。。1.2.1.6WSP桩施工工艺（1）能耗低、土中无无残留，环境效益益显著；（2）可用于各种深度度基坑，适用范围围广；（3）隔水性能安全可可靠可设置具备自修复复特性的隔水连接接，即使出现漏水水问题，隔水连接接可自行修补漏点点；可设置两重隔隔水连接，确保隔隔水连接安全可靠靠、可维修；（4）施工质量可控，，可避免偷工减料料，施工方便，工工艺简单，速度快快，工期短。1.2.1.7WSP桩的技术优越性1.2.1.8WSP桩的经济优越性WSP桩与现有围护桩（（墙）造价概算比比较WSP桩较SMW工法桩节约造价约约25％，较钻孔灌注桩桩可节约造价约25～40％，较地下连续墙墙可节约造价35～45％。（1）应考虑预制桩体体插拔施工时拖带带沉降的影响；（2）对于深基坑，应应有效控制预制桩桩体稳定性；（3）当WSP桩较长时，须采用用简单可靠的接头头。1.2.1.9WSP桩的局限性（1）WSP桩受力构件为钢构构件，因此其强度、刚度可算、、可靠；（2）WSP桩的隔水连接可设设置为具备自修复复性能连接，可设设置两重隔水连接接，因此，隔水性能可靠、可可修；（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）在插拔施工影响响可接受条件下，，基坑围护桩应采采用WSP桩。1.2.1.10WSP桩小结1.2.2.1锚杆在基坑围护中中的应用障碍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全回收的深基坑围围护系统1.2.2RCA可回收的复合锚杆杆（1）承载力低（2）成型难（a）成孔难（b）对心难（3）锚杆长，超越用用地红线（各土层层普遍障碍）1.2.2.1锚杆在软土地区基基坑围护中的障碍碍软土地区锚杆应用用的三大障碍1.2.2RCA可回收的复合锚杆杆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：承承载力低）无锡某可回收锚杆杆足尺试验锚杆编号锚固段全粘结计算抗拔承载力极限值/kN试验抗拔极限承载力/kNS1364155S2364155S3364155S4572310S5572310S6572310S7455217S8455250S9455250复合锚杆的构造包包括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、搅拌拌桩、水泥砂浆等等传力带可以是：水泥浆、砂浆、可可分解材料等。杆体可以是：钢筋、钢铰线等中空通道是：设置于传力带内部部沿着杆体方向贯贯通通的孔道1.2.2.3RCA的构造可回收的复合锚杆杆纵剖面示意图1.2.2.4RCA施工工艺（可一次成型，准确确对心）在水泥土加固体中中施工锚杆施工围护桩（墙））与水泥土加固体体锁定锚杆（1）确定锚杆位置；；（2）用可回收的传力力带将杆体在锚固固段位置与锚固体体接触处包裹，并并设置中空通道，，制造可回收的复复合锚杆；（3）施工水泥土加固固体、杆体，安装装可回收的复合锚锚杆；（4）锁定锚杆；（5）待锚杆使用结束束后，解除锁定；；（6）分解可可回收的的传力带带；（7）拔出杆杆体及其其他可回回收构件件，完成成回收施施工。1.2.2.4RCA施工工艺艺（步骤骤）1.2.2.4软土地区区RCA足尺试验验研究工程地质质条件试验场地地属于上上海地区区典型的的软土地地层，试试验主要要影响土土层为上上海地区区第②层层粉质粘粘土与第第④层淤淤泥质粘粘土层层序土层名称埋藏深度/m孔隙比/e含水量w/（％）压缩模量Es/MPa直剪固快（标准值）凝聚力c/MPa内摩察角φ/°②粉质粘土3.50.9236.04.6022.020.0④淤泥质粘土13.81.3848.52.3014.013.0试验场地地土层物物理力学学性质表表（表表1）1.2.2.4软土地区区RCA足尺试验验研究足尺试验验用复合合锚杆概概况足尺复合合锚杆试试验概况况表（表表2）施工时间水泥土搅拌桩直径/mm水泥掺入量/kg/m入土深度/m锚杆钻孔直径/mm试验时锚杆养护时间/d杆体2010.1170015011200>283φ12.7高强钢棒图中的复复合锚杆杆试验承承载力达达到365kN。试验结结束时，，水泥土土搅拌桩桩出现破破坏。1.2.2.4软土地区区RCA足尺试验验研究典型的复复合锚杆杆的承载载力基本本试验Q～S曲线（1）工期短短；（2）挖土方方便，交交叉施工工少。1.2.2.5RCA技术优越越性1.2.2.6RCA经济性基坑面积积越大，，复合锚锚杆的造造价节约约越多。。当基坑较较小时，，对于面面积2000m2的小基坑坑，造价价比为80％。随着着基坑面面积的增增加，可可回收复复合锚杆杆的造价价快速减减小。1万m2的基坑，，造价比比36％，对于于5万m2的大基坑坑，造价价比为16％。（1）可回收收的复合合锚杆实实现了杆杆体的全回收，且杆体体与锚固固体可全长粘结结，锚杆承承载力大大，适于于基坑围围护中提提供水平平承载力力，能耗耗低，有有利于岩岩土环境境保护；（2）在软土土区域，，通过复复合锚杆杆技术研研发，解解决了普普通锚杆杆承载力力低、变变形大的的缺点，，复合锚杆杆是软土土地区经经济适用用的锚杆杆形式；（3）通过一一次成型型等施工工工艺，，解决了锚锚杆施工工中对心心难的难难题，使锚杆杆施工质质量稳定定、可靠靠；（4）通过水水泥土加加固体充充分挖掘掘了软土土的潜力力，克服了水水泥土与与杆体之之间连接接强度低低的缺陷陷；（5）较内支支撑体系系，可回回收的复复合锚杆杆大幅降低了造造价，并并可缩短短工期。1.2.2.7RCA小结传统粗放放的土方方挖运存存在的问问题：（1）土方挖挖运成本本高；（2）开挖面面原状土土的翻运运收集，，增加了了松土的的体积，，进一步步提高了了挖土费费用；（3）土方挖挖运速度度慢，制制约工期期；（4）环境污污染严重重，在翻翻土、推推运收集集、垂直直运输及及土方外外运过程程会产生生较多的的粉尘，，影响空空气质量量。1.3集装箱式式土方挖挖运方法法（1）将集土箱箱放置于于深基坑坑中开挖挖面位置置；（2）将深基坑坑中需挖挖出的土土方开挖挖并装载载至集土土箱内；（3）将集土箱箱吊运至至运输车车辆，并并将集土土箱与运运输车辆辆临时固固定；（4）将集土箱箱运至预预期位置置；（5）卸除集土土箱内的的土体；（5）将集土箱箱运回，，完成一一次土方方运输；（5）重复步骤骤a）至步骤骤f），完成成土方挖挖运。深基坑集集装箱式式土方挖挖运步骤骤集装箱式式土方挖挖运方法法示意图图在密集城城区，已已建建筑筑物往往往因为邻邻近工程程建设、、工业生生产、轨轨道交通通运营等等产生的的振动影影响到建建筑物的的正常使使用与安安全，目目前此类类事件时时常引发发社会纠纠纷。对对于已建建的建（（构）筑筑物进行行有效保保护，减减小消除除邻近地地基土振振动对已已建建（（构）筑筑物的影影响是土土木工程程领域中中的一个个新的发发展方向向。1.4地基隔振振技术--压力平衡衡地基隔隔振方法法设置隔振振容器（（1）向隔振容容器（1）中充填填流体（（2）。使流体（（2）的压力力与外侧侧的土压压力（包包括土中中水压力力）基本本平衡通过流体体（2）的运动动吸收地地基土的的振动能能量，达达到隔振振目的。。1.4.1第一种压压力平衡衡地基隔隔振方法法第一种隔隔振器平平面布置置示意图图1—隔振容器器；2—流体；3—导流管；；4—收集器；；5—地基土；；6—近振源；；7—被被保护护对象；；设置隔振振容器（（1）及其中中的减震器（（12）利用隔振振容器（（1）弹力或或减震器器（12）的支撑撑力与土土压力平平衡；，通过隔隔振容器器（1）与减震震器（12）耗散地地基土振振动能量量，达到到减振目目的。1.4.2第二种压压力平衡衡地基隔隔振方法法第二种隔隔振器平平面布置置示意图图1—隔振容器器；2—流体；3—导流管；；4—收集器；；5—地基土；；6—近振源；；7—被被保护护对象；12—减震器；工程建设设地点：：江苏省省昆山市市珠江路路工程建设设单位：：昆山金金鹰置业业有限公公司基坑围护护设计单单位：冶冶金工业业部华东东勘察基基础工程程总公司司可回收锚锚杆生产产与施工工单位：：上海地地固岩土土工程有有限公司司1.5工程应用用—江苏省昆昆山金鹰鹰A地块项目目二期基基坑围护护工程1.5.1工程概况况周边环境境：基坑北侧侧2～3m为东新街街；基坑西侧侧2～3m为珠江路路；基坑南侧侧穿越河河浜；基坑东侧侧紧邻在在建一期期工程；；珠江路、、东新街街路下分分布有较较多的道道路与市市政管线线。1.5.2周边环境概概况场地北侧东东新街1.5.2周边环境概概况场地西侧珠珠江路1.5.2周边环境概概况场地南侧汛汛塘河1.5.2周边环境概概况场地东侧在在建一期基坑周边环环境示意图图位于珠江路路侧的中部部偏南段，，浅层分布布有③层淤淤泥质粉质质黏土，层层底最大埋埋深达9.5m（接近坑底底）。其他围护段段，上部10～12m为可塑～硬硬塑状粘土土，基坑底底部以下以以砂性土为为主。1.5.3工程地质与与水文地质质条件表3基坑围护设设计参数一一览表工程地质剖剖面图（基基坑西侧近近珠江路））稳定潜水水水位埋深一一般在1.10m～1.90m。浅部分布的的第⑤层粉粉砂层为微微承压含水水层。微承承压水头埋埋深为4.25m；深部分布巨巨厚的第⑦⑦层、第⑨⑨层砂土、、粉土层，，属于承压压含水层，，在本场地地与第⑤层层粉砂层组组成了同一一含水层。。深部、浅部部微承压含含水层具有有同一水头头。1.5.3工程地质与与水文地质质条件——潜水及承压压水包括二层地地下车库与与主楼深基基坑两部分分；地下车库基基坑挖深10.15～12.05m，基坑面积积约2.48万m2，基坑周长长约646m。主楼基坑挖挖深19.4m，面积约2500m2，基坑周长长约200m。主楼基坑开开挖面距离离地下车库库基坑开挖挖面的最近近距离约13m。1.5.4基坑工程概概况基坑围护平平面布置图图车库区域围围护：φ800@1000、φ900@1100钻孔灌注桩桩+3φ850@1200三轴搅拌桩桩隔水帷幕幕；三轴搅搅拌桩内插插700×300@1200工法桩水平承载结结构：2～4排RCA可回收复合合锚杆。主楼深坑区区域：一道道钻孔灌注注桩+一道水平钢钢筋混凝土土支撑+一道水平钢钢支撑。围护结构远主楼区域域RCA可回收复合合锚杆支护护典型剖面面示意图近主楼区域域RCA可回收复合合锚杆支护护典型剖面面示意图1.5.5RCA可回收复合合锚杆施工工工艺试验结果表表明，每根根锚杆的抗抗拔承载力力极限值均均达到了500kN。满足本工工程抗拔承承载力要求求。1.5.6RCA