2023-11-23 2072 0
隨著國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展，國內(nèi)高層和超高層建筑大量涌現(xiàn)，高層建筑使用功能越來越復(fù)雜，地下停車場，人防以及規(guī)范規(guī)定了一般埋置深度不小于建筑總高度的1/18～1/15等等，這些都促使了深基坑和深基坑支護的問題的產(chǎn)生。
而對于北京而言，土地更加緊張，地下空間發(fā)展越來越多（大批地鐵正在或者即將興建，很多部分都要采用明挖施工），那么大批的深基坑將會出現(xiàn)，而且規(guī)模都比較大?；又ёo形式將直接關(guān)系到工程造價和安全問題。因此，支護結(jié)構(gòu)的形式，成為一個非常重要的問題。
1、北京地區(qū)基坑工程的特點
（1）基坑越挖越深。由于高層、超高層的出現(xiàn)，或者為了土地更有效的利用，建筑投資者不得不向地下空間發(fā)展。過去，即使在大城市建1～2層地下室也不普遍，中等城市更為少見?，F(xiàn)在北京3、4層地下室相當(dāng)普遍。因此，基坑深度多大于10m。
（2）城市中的主要高層、超高層建筑大都集中在建筑密度大、人口密集、交通擁擠的狹小場地中，基坑支護工程的施工條件很差。周圍常有必須保護的永久性建筑和市政公共設(shè)施，不能放坡開挖，對基坑穩(wěn)定性和位移控制的要求都相當(dāng)嚴(yán)格。
（3）相鄰場地的基坑施工，如打樁、降水、挖土等各項施工環(huán)節(jié)都會產(chǎn)生相互影響和制約，增加事故誘發(fā)因素。
（4）地層條件較好。東部一般以填土和粘土為主，西部以填土和砂、礫、卵石層為主，中間夾有粘土層。土質(zhì)條件相對較好，有利于基坑工程施工。
（5）水文地質(zhì)條件復(fù)雜。北京地區(qū)受多種因素的影響，地下水賦存條件復(fù)雜，水位變化較大。其中，北京城區(qū)地下管線眾多，尤其是污水、上水和熱力管線的漏水，往往形成上層滯水，對基坑的安全影響不容忽視。?
2、北京地區(qū)基坑主要支護類型
就目前深基坑支護方法來說，一般可分為以下6大類：
（1)天然放坡；
（2)懸臂（樁）式支護結(jié)構(gòu)；
（3)單（多）支點混合支護結(jié)構(gòu)；
（4)土釘墻支護結(jié)構(gòu)；
（5)重力式支護結(jié)構(gòu)；
（6)其它型式支護結(jié)構(gòu)。主要有門架式支護結(jié)構(gòu);拱式組合支護結(jié)構(gòu);錨網(wǎng)支護結(jié)構(gòu)；沉井支護結(jié)構(gòu);加筋水泥土墻支護結(jié)構(gòu);凍結(jié)法支護等。
（7）組合結(jié)構(gòu)。
而在北京地區(qū)最常用的是前四類及組合結(jié)構(gòu)，本文將重點介紹這五類常用形式。
2.1 放坡開挖及適用范圍
當(dāng)?shù)鼗临|(zhì)條件較好，施工場地寬敞，開挖深度不深且基坑附近無建筑物時，可采用自然放坡的方法開挖基坑。這種方法費用低，施工速度快，但局限性大（當(dāng)不滿足上述條件且當(dāng)放坡坡度較大時，加大了很多土方量，給施工帶來了很多麻煩，同時增加了工程費用，此時不太適用）。
圖1：天然放坡
天然放坡需要的安全條件是：
K =抗滑力/滑動力=1.1～1.2，式中K——邊坡的穩(wěn)定安全系數(shù)。
根據(jù)土質(zhì)按一定坡率放坡(單一坡或分階坡)，可采用噴水泥砂漿或混凝土(砂漿)保護坡面（土質(zhì)較差，可以先掛網(wǎng)，再噴漿）、土工膜覆蓋坡面。
由于北京地區(qū)土質(zhì)穩(wěn)定性較好，有些基坑近垂直放坡開挖深度達5m～6m?，F(xiàn)在只有少數(shù)基坑采用放坡開挖。多數(shù)情況下，放坡開挖和其他形式結(jié)合使用。
2.2 懸臂（樁）式支護結(jié)構(gòu)及適用范圍
懸臂（樁）式支護結(jié)構(gòu)一般適用于土質(zhì)較好，開挖深度較淺的基坑工程，由于這種結(jié)構(gòu)是依靠入土深度和結(jié)構(gòu)自身的抗彎能力來保證基坑的安全，因此當(dāng)基坑開挖深度較深的話，勢必造成入土太深或者樁截面積太大，造成不經(jīng)濟。
另外由于水平外移是基坑開挖深度的五次函數(shù)，那么基坑開挖深度將會對水平外移產(chǎn)生相當(dāng)大的影響。因此對于基坑開挖深度深或者對基坑變形有嚴(yán)格要求時，要慎用。
形式有：鋼筋混凝土排樁（板樁）、鋼板樁、雙排樁、地下連續(xù)墻等。
地下連續(xù)墻雖然屬于懸臂支護形式，但是其適用范圍遠遠大于普通的懸臂式支護。由于地下連續(xù)墻墻體剛度大、整體性好，自身結(jié)構(gòu)的變形較小，因此可用于超深圍護結(jié)構(gòu)，以及地下水位以下的軟粘土和砂土等多種復(fù)雜地層條件和對變形、位移有嚴(yán)格要求的環(huán)境。但因其造價高，施工難度大，以及北京地區(qū)土質(zhì)條件較好等原因，一般很少采用。
（1）鉆孔灌注樁支護具有以下特點：施工時噪音較小，無擠土現(xiàn)象,對周圍環(huán)境影響?。粯渡韽姸雀?剛度大,支護穩(wěn)定性好,變形較?。坏捎跇堕g不可能完全緊密，則對于高水位地區(qū)，應(yīng)該配合相應(yīng)的降水和防水措施。
樁間土可以不做處理，或者掛網(wǎng)噴漿。
圖2：懸臂式鉆孔灌注樁支護
圖3：懸臂式鉆孔灌注樁支護-樁間掛網(wǎng)噴漿
（2）鋼板樁由帶鎖口或鉗口的熱軋型鋼制成,把這種鋼板樁互相連接就形成鋼板樁墻,最大的特點在于：基坑施工完畢，其支護的鋼板可以拔出再利用。還有就是施工簡單，工期較短。
帶鎖口的鋼板樁，不僅可以擋土，還可以擋水。
圖4：帶鎖口的鋼板樁
圖5：插拔鋼板樁的機械
（3）雙排樁：近年興起的基坑支護形式，在某些特殊情況下，錨桿、土釘、支撐受到實際條件的限制而無法實施，采用單排懸臂樁又難以滿足承載力，可采用雙排樁支護形式，通過豎向柔性樁、壓頂梁和連系梁形成空間門架式支護結(jié)構(gòu)體系。
圖6：雙排樁-樁頂連梁
圖7：雙排樁支護
（4）地下連續(xù)墻，主要應(yīng)用在以下場景：
(a) 鄰近存在保護要求較高的建、構(gòu)筑物，對基坑本身的變形和防水要求較高的工程；
(b) 基地內(nèi)空間有限，地下室外墻與紅線距離極近，采用其它圍護形式無法滿足留設(shè)施工操作空間要求的工程；
(c) 圍護結(jié)構(gòu)亦作為主體結(jié)構(gòu)的一部分，且對防水、抗?jié)B有較嚴(yán)格要求的工程；
(d) 采用逆作法施工，地上和地下同步施工時，一般采用地下連續(xù)墻作為圍護墻；
(e) 在超深基坑中，例如30m~50m 的深基坑工程，采用其它圍護體無法滿足要求時，常采用地下連續(xù)墻作為圍護體。
圖8：地下連續(xù)墻+錨桿支護
圖9：地下連續(xù)墻支護
圖10：地下連續(xù)墻支護-施工工藝
2.3 單（多）支點混合支護結(jié)構(gòu)及適用范圍
這種結(jié)構(gòu)包含了常見的拉錨式支護和內(nèi)支撐式支護。當(dāng)基坑的土質(zhì)較差或者開挖深度很深時，這時懸臂式的很難滿足強度和變形要求或者即使?jié)M足了，但工程造價遠高于這種形式，就要采用拉錨或內(nèi)設(shè)支撐式。
內(nèi)支撐的形式有水平橫撐，角撐，斜撐等，內(nèi)支撐一般用鋼管或大截面的組合型鋼作為撐桿。
圖11：混凝土內(nèi)支撐
圖12：鋼支撐
在北京地區(qū)深基坑最常見的就是樁+錨桿，并且大量的工程實踐表明這種形式安全可靠較經(jīng)濟。錨桿支護是一種巖土主動加固和穩(wěn)定技術(shù)，作為主體的錨桿，一端錨入穩(wěn)定的土（巖）體中，另一端與各種形式的支護結(jié)構(gòu)物聯(lián)結(jié)，通過桿體的受拉作用和深部土層對錨桿的摩擦錨固作用，調(diào)用深部地層的潛能，達到基坑和建筑物穩(wěn)定的目的。
當(dāng)單純的樁對于基坑的外移達不到要求時，將二者結(jié)合在一起充分利用二者的優(yōu)點，將會大大限制基坑水平外移，從而加大了基坑的支護深度。
圖13：排樁+錨桿
2.4 土釘墻支護結(jié)構(gòu)及應(yīng)用范圍
土釘墻技術(shù)是由被加固土體、設(shè)置在土體中的土釘群和噴射砼面層組成，形成一個類似重力式擋墻的擋土墻，以此來抵擋墻后的土壓力和其它荷載，從而保證開挖面的穩(wěn)定。土體的抗剪強度較低，抗拉強度幾乎可以忽略，但土體具有一定的結(jié)構(gòu)整體性，在開挖時，可存在使開挖面保持直立的臨界高度，在超過這個深度或者在其它因素作用下將發(fā)生突發(fā)性整體破壞。
土釘墻技術(shù)是在土體中設(shè)置一定長度和密度的土釘與土體共同作用，彌補土體自身抗剪強度的不足，通過土與土釘?shù)南嗷プ饔?，土體自身結(jié)構(gòu)強度潛力得到充分發(fā)揮，改變了邊坡變形和破壞性狀，顯著地提高了整體穩(wěn)定性。
圖14：土釘墻施工工藝
圖15：土釘墻支護
土釘支護由于其邊挖邊支護，占用較小的場地，能夠充分利用原位土體的自身穩(wěn)定能力，大大節(jié)約了工程造價，且能夠縮短工期等優(yōu)點，在北京已經(jīng)有相當(dāng)廣泛的應(yīng)用，是一項比較成熟的技術(shù)。一般情況下可以將放坡開挖和土釘支護聯(lián)合使用。土釘墻支護適用于地下水位以上或者說人工降水后的粘性土、粉土、雜填土及非松散砂土、卵石土等，不適用于淤泥質(zhì)土及未經(jīng)降水處理地下水位以下的土層中基坑支護。在北京地區(qū)土釘墻支護基坑深度一般不超過15m。另外土釘支護如果要做永久支護必須考慮鋼筋的防腐問題。
3、復(fù)合支護結(jié)構(gòu)
對于北京地區(qū)較常用的復(fù)合支護，根據(jù)現(xiàn)場條件將以上兩種或兩種以上護坡方法進行合理組合,互相取長補短,充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢,形成各種組合支護方法。如北京地區(qū)基坑常用的復(fù)合支護方法---上部采用土釘墻,下部采用樁錨支護；土釘與錨桿或者微型樁形成的復(fù)合土釘支護技術(shù),目前這類支護方式已經(jīng)在許多工程中成功應(yīng)用,且取得了很好的效果，這將是未來基坑支護類型的一個發(fā)展趨勢。
圖16：復(fù)合土釘墻支護
圖17：土釘墻+樁錨支護
圖18：SMW工法樁支護
4、支護方式的對比分析
基坑支護中，選擇基坑支護的方法是首先要解決的問題，它直接關(guān)系到工程的經(jīng)濟和安全問題。應(yīng)該結(jié)合工程地質(zhì)條件，周邊環(huán)境，各種支護方法的特點，工程造價以及工期等因素綜合考慮。
在北京地區(qū)，土質(zhì)條件較好，應(yīng)該遵循以下原則：
一般當(dāng)條件允許，首先應(yīng)該考慮放坡開挖；當(dāng)其不能滿足條件時，基坑周圍環(huán)境對變形不太敏感時，應(yīng)該優(yōu)先采用柔性支護----土釘墻等；當(dāng)對外移要求比較嚴(yán)格時，首先考慮懸臂支護（基坑開挖深度不大時，一般不大于6米），否則可以考慮采用支點支護（當(dāng)周圍環(huán)境比較友好，有錨桿深入的地方，且不宜深入周圍建筑物地基內(nèi)，錨固段應(yīng)深入比較穩(wěn)定的地層；否則應(yīng)該采用內(nèi)支撐）；當(dāng)土質(zhì)條件差，施工環(huán)境差，基坑深度較深時，應(yīng)該考慮地下連續(xù)墻。
如果有地下水時，應(yīng)該綜合考慮止水的問題。采用降水或者加止水帷幕，或者直接采用不僅擋土且可以擋水的支護方法。?
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