浅述基坑支护结构型式选择

阙德兴

摘要:基于对基坑支护结构特点的认识,比较分析了几种常用深基坑支护结构型式的优缺点以及适用范围。通过对两个深基坑支护结构方案选型的实例分析,介绍了深基坑支护结构方案选型的基本依据和选型的方法,为设计人员提供参考。

关键词:基坑;支护结构;方案选型

基坑工程主要包括基坑围护体系的设计与施工和土方开挖,是一项综合性很强的系统工程。近几年来,基坑工程事故时有发生,主要表现在:支护结构产生较大位移、支护结构破坏、基坑塌方及大面积滑坡、基坑周围道路开裂和塌陷、与基坑相临的地下设施(管线、电缆)变位以致于破坏,邻近的建筑物开裂甚至倒塌等,给国家经济和人民生命财产造成严重损失。因此,选择一种安全、经济、可行的基坑支护方案已成为设计时不可忽视的重要环节。

1深基坑工程的特点

随着城市建设中高层、超高层建筑的大量涌现,深基坑工程越来越多,特别是上世纪90年代以来,基坑工程数量、规模、分布急剧增加,呈现出紧(场地紧凑)、近(工程距离近)、深(越来越深)、大(规模和尺寸大)等特点。深基坑工程的主要特点如下[1]:基坑工程具有很强的区域性和实践性;基坑工程具有很强的综合性;基坑工程具有较强的环境效应;基坑工程施工周期长,从开挖到完成地面以下的全部隐蔽工程,常需经历多次降雨、周边堆载、振动等,对基坑稳定性不利。

2 深基坑支护结构类型及其适用范围

2.1 钻孔灌注桩

钻孔灌注桩是直接将混凝上浇灌到地下的钻孔中成杭的一种施工方法[2],其优点有:钻孔灌注桩施工具有无噪声,无振动,无挤土的优点;钻孔灌注桩排围护墙刚度大 ,抗弯能力强,变形相对较小,多用于坑深7～15米的基坑工程。缺点:但它不具备挡水功能,适用于地下水位较深,土质较好的地下。在地下水位较高地区应用,需另做挡水帷幕。

2.2 深层搅拌桩支护

水泥搅拌桩适宜于各种成因的饱和粘性土,包括淤泥、淤泥质土、粘土和粉质粘土等,加固深度可从数米至50～60米,国内最大深度可达15～16m。由于其抗拉强度远小于抗压强度,故常适用于基坑深度不大(5～7米)、可采用重力式挡墙结构形式的基坑。它具有对环境影响小、挡土止水性能好、无支撑、便于机械化作业以及造价经济等优点,但桩体强度较低、稳定性差、位移变形大,而且在水泥土搅拌桩施工时要注意防止影响周围环境。

2.3 排桩支护

基坑开挖时,对不能放坡或由于场地限制不能采用搅拌桩围护,开挖深度在6～10m左右时,即可采用排桩围护。排桩包括钢板桩、钢筋混凝土板桩及钻孔灌注桩、人工挖孔桩等,其支护形式包括:

①柱列式排桩支护:当边坡土质较好、地下水位较低时,可利用土拱作用,以稀疏的钻孔灌注桩或挖孔桩作为支护结构;

②连续排桩支护:在软土中常不能形成土拱,支护桩应连续密排,并在桩间做树根桩或注浆防水;也可以采用钢板桩、钢筋混凝土板桩密排;

③组合式排桩支护:在地下水位较高的软土区,可采用钻孔灌注桩排桩与水泥搅拌桩防渗墙组合的形式。

2.4 地下连续墙支护

当在软土层中基坑开挖深度大于10米、周围相邻建筑或地下管线对沉降与位移要求较高,或用作主体结构的一部分,或采用逆筑法施工时,常采用地下连续墙作基坑的支护结构。地下连续墙具有如下优点:①墙体刚度大、整体性好,因而结构和地基变形较小,可用于超深的支护结构,也可用于主体结构;②适用于各种地质条件。特别是遇到砂卵石地层或要求进入风化岩层时,钢板桩难于施工,可采用地下连续墙支护;③可减少工程施工时对环境的影响,施工时振动少,噪声低;对周围相邻的工程结构和地下管线的影响较小,对沉降变位较易控制;④可进行逆筑法施工,有利于加快施工进度,降低造价。但是对废泥浆难于处理,槽壁有坍塌问题,地下连续墙如用作施工期间的临时挡土结构,则造价较高,不经济。

2.5 土钉墙支护

土钉墙支护适用于地下水位以上或人工降水后的粘性土、粉土、杂填土及非松散砂土和卵石土等。对于淤泥质土、饱和软土应采用复合型土钉墙支护。土钉墙支护有以下特点:①土钉墙支护是通过沿土钉通长与周围土体接触形成复合体;②土钉墙是原位土中的加筋技术,是在从上至下的开挖过程中将土钉置入土中,形成以土钉和它周围加固了的土体为一体的类似重力式挡土墙结构;③土钉墙支护是边开挖边支护,流水作业,不占独立工期,施工快捷;④设备简单,操作方便,施工所需场地小,材料用量少,经济效果好;常用于开挖深度不大、周围相邻建筑或地下管线对沉降与位移要求不高的基坑支护,具有施工快捷简便、经济可靠的特点,得到广泛的应用。

3 深基坑支护结构方案的选择

支护结构方案的选择必须根据具体工程实际,遵循“安全、经济、适用”的原则。在方案选择的具体操作中,常用方法有[3,4]:一种是通过对国内外大量深基坑支护工程选型的实践经验总结,倾向于按某个特定的方案选择顺序进行选择;一种是根据多目标决策理论,采用如层次分析法、模糊综合评价法等进行方案优选。通过对国内外大量深基坑支护工程选型的实例总结,深基坑支护设计方案的优选宜遵从图1的流程[5]:

4工程实例分析

广州某地铁站所处地形较平坦,附近建筑物密集,交通较繁忙,学校和医院聚集。地面高程28.72～29.63m。车站建于多层建筑下,钻孔揭露各岩土层自上而下有:人工填土,冲积-洪积土层,河湖相淤泥质土,坡积土层,花岗岩可塑状残积土层,花岗岩硬塑状残积土层,花岗岩全风化带,花岗岩强风化带,花岗岩中风化带,花岗岩微风化带。本站区地下水位较高,初见水位0.8～1.2m,稳定水位1.5～3.1m。花岗岩残积土层和花岗岩全风化透水性较强,而富水性较弱,花岗岩强风化带和花岗岩中风化带裂隙发育～较发育,有基岩裂隙水。

该基坑的特点是附近交通繁忙,但学校和医院聚集,所以噪声不能太大;场地地下水丰富。围护结构需有较好的抗渗作用。建筑物密集,不具备采用放坡开挖的条件,对建筑物沉降需要严格控制。因此,经过各种支护结构的特点比较,可选用如下方案:

①车站基坑整个围护结构采用厚度为800mm和槽幅宽6m的地下连续墙

②采用内支撑结构,基坑内沿深度方向设置三道圆形钢管支撑。用直径600,t=12的焊接钢管。直撑水平间距3.5m。为了加强各幅槽段的连接作用,提高围护结构的整体刚度,围护桩桩顶设置一道1.0m*0.8m的钢筋混凝土冠梁,每层支撑设组合H型钢腰梁,用2ф450焊接而成。

地下连续墙施工时振动小、噪声低,对周围环境的影响小;本车站基坑18米左右,选用地下连续墙刚度大,整体性好,变形相对较小;在密集的建筑群中施工基坑,对周围地面沉降,建筑物的沉降要求需严格限制时,宜用地下连续墙;地下连续墙为连续整体结构,施工时处理好接头部位,能有较好的抗渗水作用;如采用逆作法施工,地下连续墙可兼作该地铁站主体的地下墙体,实现两墙合一,降低了成本。

结语

深基坑支护工程是一项复杂的系统工程,必须经过严密的基坑支护设计,制定完善的基坑支护结构方案、降水和土方开挖方案、位移监测和环境保护方案等,并依据施工方案和有关的施工规范、规程进行施工,才能确保基坑施工的安全。

参考文献

[1] 陈忠汉,黄书秩,程丽萍等.深基坑工程[M].北京:机械工业出版社,2003.

[2] 傅狄飞. 钻孔灌注桩施工中的常见问题[J].珠江现代建设,2006,132:15～17.

[3] 杨子胜.深基坑支护方案优选方法研究[D].太原:太原理工大学,2005.

[4] 范迎春.深基坑支护结构选型决策方法的研究与应用[J].重庆:重庆大学,2005.

[5] 方江华,陈远兵.深基坑支护技术综述.西部探矿工程[J],2003(1):28～30.