综述深基坑支护的形式与设计施工技术的趋势

1、综述深基坑支护的形式与设计施工技术的趋势摘 要 : 本文介绍了几种常用深基坑支护的结构类型,通过支护结构的计算方法深入分析了深基坑工程设计与施工现状及一些事项,并对深基坑施工今后在动态的设计和信息化施工方面进行了探讨。关键词 : 深基坑支护 ; 设计与施工工业与民用建筑与市政地下工程中的深基坑围护施工技术与上部结构一样 , 近年来 ,有了很大的发展 ,无论在工程实践 ,还是在理论研究上都取得了新的进展。我们选择支护的方法主要取决于深基坑支护的 “安全 ”和 “经济 ”这两种因素。 深基坑支护开挖产生的土体位移和沉降以及对周围物 ,地下构筑物 ,管线的影响问题 , 已越来越受到人们的重视。 因此

2、 ,在深基坑支护开挖过程中 ,还必须进行监理 ,监测 , 及必须的加固措施来对周围建筑物 ,地下构筑物 ,管线进行保护。随着城市建筑密度不断加大 ,软弱地基上施工的工程量增多 ,地基及地质情况越来越复杂 ,加之建筑行业在向高层化 ,大深度方向的发展 ,对相邻建筑施工的影响控制越来越严格 , 必然会对深基坑的施工技术提出更高的要求。 可以说 , 深基坑的支护新技术是衡量一个国家建筑水平的一项重要标志。我国目前在设计 ,施工中通常以基坑挖深 4m 作为划分深基坑和浅基坑的界限。1 常用深基坑支护的结构类型 1.1 钢板桩支护技术这是一种最常用的支付方式 ,用打入或振动打入法就位 ,工程结束后拔出回

3、收 ,可以重复使用。常用的有槽钢板桩和 “拉森 ”钢板桩 ,槽钢板桩的刚度比较小 ,并有渗水的缺点 ,常在开挖较浅的基坑中应用。 “拉森 ”板桩刚度大 ,而且通过锁口相互咬合 ,可以做到基本上不透水。 在硬土地区 , 还常采用型钢和木档板混合型挡土结构 ,也称之桩板式支护结构。钢板桩打入时会产生挤土作用 ,引起地面隆起 ; 拔出时则会带出部分土体 ,形成比板桩体积大得多的孔洞 ,如不及时采取措施 ,会造成周围土体下陷 ,所以在建筑物密集地区应慎重使用。1.2 地下连续墙支护技术,地下连续地下连续墙是在泥桨护壁的条件下分槽段构筑的钢筋混凝土墙体墙最早于 1950 年开始应用于巴黎和米兰市的地下建

4、筑工程,我国在 20 世纪 60 年代初开始应用于水坝的防渗墙 ,后来国内将地下连续墙用于城市深基坑的围护结构最早是广州白天鹅宾馆 ,现在全国各地已用得比较普遍 ,如地下连续墙的施工深度国内已有超过 80m,厚度达 1.4m。由于地下连续墙具有整体刚度大和防渗性好 ,适用于地下水位以下的软粘土和砂土多种地层条件和复杂的施工环境 ,尤其是基坑底面以下有深层软土需将墙体插入很深的情况 ,因此 ,在国内外的地下工程中得到广泛应用 ,并且随着技术的发展和施工方法及机械的改进 ,地下连续墙发展到既是基坑施工时的挡墙围护结构 ,又能作为拟建主体结构的侧墙。也可采用逆作法施工减少对环境和地面交通的影响。1.

5、3 桩 锚(内支撑 )支护技术根据基坑周围土质、 开挖深度可设置成单层或多层的支护结构 , 锚杆一般采用级精轧螺纹钢 , 内支撑一般用钢筋混凝土或工具式钢构件构架形成对撑、 角撑、水平桁架或拱券等 ,以保持深基坑开挖时的边坡稳定 ,并且还可进一步发展成利用地下结构楼层作内支撑的逆作施工技术。采用支护桩或桩锚 (撑 )支护结构等作为主要支挡结构 ,是软土地区最常用的一种深基坑支护方法。1.4 预应力锚杆支护技术锚杆能将桩、墙等挡土结构所承受的荷载通过拉杆传递到稳定土层上,形成锚拉体系。锚杆可带扩大体或采用二次高压灌浆以提高与土体的锚固力 ,并可采用可拆式锚杆。该法适应土质范围广 (当土质很软时应

6、通过试验取得准确数据后谨慎选用 ),在设置多层锚杆的情况下 , 基坑的开挖深度不受限制。1.5 施喷桩帷幕墙支护技术它是钻孔后将钻杆从地基土深处逐渐上提 ,同时利用插入钻杆端部的旋转喷嘴 ,将水泥浆固化剂喷入地基土中形成水泥土桩 ,桩体相连形成帷幕墙。1.6 重力式水泥土挡墙和加筋水泥土挡墙技术由喷浆型深层搅拌桩组成的重力式水泥土挡墙 ,可为实体式或格栅式。该挡墙具有挡土和止水双重功能 ,一般用于开挖深度不大于 6m 的软土地区基坑支护。当基坑深度超过 6m 时 ,可在水泥土中插入加筋杆件 ,形成加筋水泥土挡墙。必要时还可辅以内支撑或锚杆支护加筋水泥土挡墙 ,以加大基坑的支护深度。2 基坑支护

7、结构的计算方法2.1 静力平衡法静力平衡法是最常用的方法,其要点是选择一定的入土深度以满足整体稳定,搞隆起和抗渗要求的前提下用经典土力学理论计算主动土压力和被动土压力 ,然后对重力式刚性挡墙验算其抗倾覆 , 抗滑移稳定性 ,安全系数沿用设计规范中对普通挡土墙的规定 ;或者计算柔性挡墙的内力 ,对墙身和支锚结构进行设计。这种方法对于普通挡土墙或开挖深度不深的钢板桩是比较成熟的。但对深基坑 ,特别是软土中的深基坑支护结构设计就难以考虑更为复杂的条件和难以分析支护结构的整体性状。2.2 等值梁法等值梁法把围护结构简化成两根梁进行计算 ,虽然不能准确计算围护结构的位移 ,是典型的强度控制设计方法 ,但

8、由于其计算简单 , 在单支撑的基坑工程中仍然用到这一方法 , 随着计算简单 , 在单支撑的基坑工程中仍然用到这一方法 ,随着计算机的普及 ,有限元兼有广泛通用性和灵活性 ,可模拟复杂的施工过程 ,成为一种很有前途的基坑设计计算方法 ,但目前连续介质有限元法由于土的结构关系尚在发展中 , 缺乏真实反映土的应力应变关系的结构模型 ,以及计算参数难以准确确定 ,也不能准确计算出支护结构及土体的位移 ,目前还没有得到广泛的应用。2.3 杆系有限元法杆系有限元法作为一种计算方法具有概念清晰 ,计算简单 ,计算参数较少 ,受到基坑工程设计人员的亲睐。 但现有的杆系有限元法的计算参数的取值因为众多复杂因素的

9、影响尚没有较好的计算方法 ,取值多凭设计者本人的经验 ,因而计算结果与实际差别较大 ,计算结果不稳定且精度很低 ,不能满足对变形要求严格的 ,大型复杂的基坑工程的设计要求。总之 ,现有的基坑工程设计方法均是从保护基坑工程的稳定出发 ,属于强度控制设计范畴。3 深基坑支护设计与施工中应注意的事项基坑工程一般位于城市中 ,地质条件比较复杂 ,周边环境十分严峻 , 各种建 (构 ) 筑物、地下管线等错综复杂 ,一旦出事就会给国家和人民造成生命和财产的重大损失。因此 ,在基坑支护工程的设计和施工过程中 ,一定要因地制宜 ,根据各工程场地的地质、周边环境的差异 ,在每个深基坑工程设计施工的具体技术方案的

10、制定中必须具体问题具体分析 ,在确保施工安全 ,邻近的地下管线 ,建筑和道路不受损害前提下尽量节省资金。(1) 对地质条件和周边环境进行仔细调查 ,根据场地地层特性和周边环境制定出经济合理的有针对性的支护方案。(2) 基坑支护设计参数要根据基坑所在场地的岩土工程勘察报告、地区取值经验等综合选取。(3) 基坑支护设计在分析支护结构受力和变形的同时 ,应充分考虑施工的每一阶段支护结构体系和外面荷载的变化 ,另外还要考虑施工工艺的变化、挖土次序和位置的变化、支撑和留土时间的变化等。(4) 基坑设计人员在基坑工程应用新技术时 ,应先试验 ,取得相关数据后再应用。在施工过程中应密切和施工人员联系 ,全面

11、把握施工进展状况 ,及时处理施工中遇到的突发事件。(5) 基坑施工前应该制定完备的监测方案 , 对施工过程中的监测结果应及时总结 ,一旦发现异常应及时向设计、施工等有关方面及时反映 ,以便分析产生异常的原因 ,及时提出处理方法。(6) 基坑工程严格按照设计文件的要求进行施工 ,需要变更施工工艺和施工顺序时必须提前征得设计人员同意 ,设计人员重新分析计算通过后方可进行变更。4 基坑支护设计施工将以动态的设计和信息化施工为发展方向基坑工程除了具有普遍性 ,更有其特殊性。因此 ,基坑工程技术在推广应用中除必须遵循国家现行的规程、规范外 ,更应遵照地方的相关标准。在基坑工程设计时 ,除了应用常规设计方

12、法 ,尚应进行一些探索 ,以降低工程造价 ,加快工程进度 ,保证工程质量。在基坑工程内支撑设计时应逐步实现工具化、模数化、系列化 , 并设置报警系统 ,以便重复使用。基坑的挡土结构 (排桩或地下连续墙 )尽量与永久性结构相一致 ;预应力锚杆能改善和提高锚杆结构性能 ,控制变形在基坑工程中已获得广泛应用 对于锚拉力较大的预应力锚杆 ,可采用电渣压力焊、套筒挤压连接、锥螺纹连接、直螺纹连接等新型焊接技术 ,以后应逐步采用可拆除方式 ; 进一步扩大喷锚网支护应用范围 ,发展锚杆与土钉等结合使用的深基坑综合支护技术。对于钢筋网 ,可采用钢筋焊接网技术 ,以冷轧带肋钢筋或冷拔光面钢筋为母材 , 在工厂的专用焊接设备上生