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常见基坑支护形式及适用条件

基坑支护的目的

基坑支护的目的:首先,是保证基坑四周的土体的稳定性,满足地下室施工有足够空间的要求;其次,是保证基坑四周相邻建筑物和地下管线等设施在基坑支护和地下室施工期间不受损害;最后,是在高水位场地通过降排水措施,保证基坑工程施工作业面在地下水位以上。

基坑支护的类型

01

自然放坡


这是一种最直观的结构形式,通过一级或多级开挖放坡的形式保证土体的稳定性;

优点:成本最低,施工便捷;

缺点:占用场地范围大,基坑施工完成后土方回填量大;

适用于土质较好且周边无建筑物的开阔场地;

02

土钉墙


土钉墙是通过在土体内设置一定长度和密度的土钉,与土共同工作,形成了以增强边坡稳定能力的复合土体,主要由:土钉,喷射混凝土面层,被加固的原位土体及防排水系统组成;是一种主动增强土体本身稳定性的受力机理;

优点:稳定可靠、施工简便且工期短、经济性好;

缺点:不适用于土质不好的地区,如软土地区,淤泥质土基坑;

03

水泥土重力式围护墙



水泥土重力式围护墙又称重力坝,是采用深层搅拌机就地将土和输入的水泥浆强行搅拌,形成连续搭接的水泥土柱状加固体挡墙;

优点:施工简单,无需设置锚杆或支撑,便于基坑土方开挖及施工,防渗性良好,具有挡土墙兼止水帷幕双重效果,造价相对不高;

缺点:顶部位移相对较大,其次是厚度较大,只有在红线位置和周围环境允许时才能采用,另外,搅拌桩需达到一定龄期方可开挖,施工速度较慢;

适用于较厚回填土、淤泥、淤泥质土区域,一般基坑深度不宜大于7m。

04

支挡式结构



支挡式结构是由挡土构件(排桩或地下连续墙)和锚杆或支撑组成的一类支护结构体系的统称,其结构形式有:

锚拉式支挡结构,即以挡土构件和锚杆为主的支挡式结构,包括挡土结构和锚拉结构(锚杆、冠梁和腰梁)两部分;

支撑式支挡结构,即以挡土构件和支撑为主的支挡式结构,包括挡土结构和支撑结构(支撑、冠梁、腰梁和立柱)两部分;

悬臂式、双排桩、咬合桩等;

支挡式结构受力明确,计算方法和工程实践相对成熟,是目前应用最多也较为可靠的支护结构形式。


4.1 挡土结构:

4.1.1 钢板桩

将带锁口或钳口的热轧型钢用板桩锤或振动打桩设备打入土中并相互连接起来形成钢板桩墙。

优点:可重复使用,可用于容易打入的黏土、砂土和砂黏土中挡土和挡水;

缺点:在坚硬地层容易打坏;

4.1.2 钻孔灌注桩

以一定间距排列的大直径钻孔灌注桩(或双排桩)形成的挡土结构。桩顶可用冠梁(混凝土梁)联系起来,可采用后拉式或内撑式支撑系统,这种结构利用桩间土拱作用挡土;

排桩多用于坑深7~15m 的基坑工程, 适用于软粘土质和砂土地区。

优点:优点是墙刚度大,施工简单,可插入坚硬土层和岩石中,而且没有打桩振动和噪声;

缺点:不能挡水,桩间土可能坍落等;可根据地质条件采用桩间土注浆、水泥搅拌桩、旋喷桩等施工措施以解决挡水问题;

△ 双排桩

4.1.3 地下连续墙

在地面上沿着开挖工程周边(如地下结构的边墙等),用特制挖槽机械,在泥浆护壁情况下开挖一定长度沟槽(一个单元槽段),然后用吊车将钢筋笼吊放沟槽内,再用导管向充满泥浆的沟槽中浇注混凝土,逐段施工,最后形成连续的地下墙,墙的厚度一般0.5~1.0m,槽段长 7m左右,深度可达50m~100m。

适用于地质条件差和复杂,基坑深度大,周边环境要求较高的基坑;

优点:刚度大,止水效果好,是支护结构中最强的支护型式;

缺点:造价较高,施工要求专用设备;


4.2 支撑结构:

4.2.1 悬臂式排桩

悬臂式支护结构主要是依靠桩(墙)足够的入土深度和结构的抗弯能力来维持整体稳定和结构安全。

适用于土质较好、开挖深度较浅的基坑工程。

优点:结构简单,施工方便,有利于采用大型机械开挖基坑;

缺点:悬臂式结构对开挖深度很敏感,容易产生较大变形,对相临的建筑物产生不良的影响;

△ 悬臂桩

4.2.2 锚拉式排桩

锚拉式排桩是深基坑开挖最常采用的支撑方式之一,主要是通过锚杆往后拉桩(墙),使桩身保持稳定。

适用于周边环境比较宽敞、地下管线少且没有不明地下物的深基坑支护工程;且具有密实砂土 、粉土、黏性土等稳定土层或稳定岩层做锚杆持力层的深基坑支护工程。

优点:预应力锚杆增强了桩的承载能力和刚度,使水平变位和墙外沉降得到控制,且提供了自由开挖空间;

缺点:地质条件太差或土压力太大时使用桩锚支护结构,容易发生支护结构的受弯破坏或倾覆破坏;

△ 锚拉式桩

4.2.3 内撑式排桩

采用刚度较大的水平支撑(体系)或斜撑为围护桩顶提供水平向支承,保证的围护桩稳定性,共同组成了内撑式排桩体系。支撑体系可分为对撑、桁架式对撑、角撑及内环式(桁架)支撑。

内撑常采用钢筋混凝土支撑和钢管或型钢支撑两种。钢筋混凝土支撑体系的优点是刚度好、变形小,而钢管支撑的优点是钢管可以回收,且加预压力方便。内撑式支护结构适用范围广,可适用各种土层和基坑深度。

优点:施工质量易控制,工程质量的稳定程度高;内撑在支撑过程中是受压构件,可充分发挥出混凝土受压强度高的材性特点;桩撑支护结构的适用土性范围广泛,尤其适合在软土地基中采用;

缺点:内撑形成必要的强度以及内撑的拆除都需占用较长工期;基坑内布置的内撑减小了作业空间,增加了开挖、运土及地下结构施工的难度;当基坑平面尺寸较大时,不仅要增加内撑的长度,内撑的截面尺寸也随之增加,经济性较差;

△ 内撑式桩

钢筋混凝土支撑由于刚度大、成本低、施工方法相对简单,占据了我国基坑支护的主要市场。钢支撑仅在对基坑位移要求较为严格的基坑中得到较多应用;

一般情况下对于平面形状接近方形且尺寸不大的基坑,宜采用角撑;对于形状接近方形但尺寸较大的基坑,宜采用环形、边桁架支撑;对于长方形基坑,宜采用对撑或对撑加角撑。

另外,近年国内又引进了一种新型的支撑系统,鱼腹梁钢支撑体系,主要由上弦型钢腰梁,中间型钢腹杆,和下弦预应力钢绞线组成,同时结合角撑和对撑共同组成水平抗侧力体系;此种支撑体系最大的优势是可以大大减少基坑中部支撑的数量及范围,从而增大了施工操作面;

△ 混凝土内支撑

最后,需要说明的是基坑支撑的施工是一种逆作法的施工顺序,先施工支撑立柱桩,桩顶标高位于基坑底,在钻孔内插入钢立柱(格构柱),立柱范围位于地下室顶板至底板之间,立柱底端锚固于混凝土立柱桩内;然后施工第一道支撑,待第一道支撑达到相应设计强度后,开挖基坑施工第二道支撑,第二道支撑达到强度后,继续开挖基坑到基坑底标高,施工地下室底板,并继续向上施工,然后从下而上逐步拆除相应标高支撑,最后切除支撑立柱。

初步基坑支护方案选取原则


01

如周边环境场地允许,应优先采取放坡方式,或坑顶范围局部放坡。

02

5 米基坑方案选择的优先次序如下:

放坡→土钉墙(复合土钉墙)→桩锚

03

10 米基坑方案选择的优先次序如下:

放坡→土钉墙(复合土钉墙)→桩锚→双排桩(锚)→内支撑


东合南是装配式钢结构基坑支护技术专家,

该技术适用于三层以内陆下室开挖(15米挖深),

具有高安全工期短(节约工期30%以上)、

造价低(节省造价10%以上)、循环使用等优势。

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