南京市中央路某综合楼基坑工程文献综述
2020-04-12 16:00:53
基坑工程中采用的围护墙、支撑(或土层锚杆)、围檩、防渗帷幕等结构体系总称为支护结构[1]。目前经常采用的主要基坑支挡类型有:
(1)深层搅拌水泥土挡墙[2](以下简称搅拌桩):将土和水泥强制搅和成水泥土桩,结硬后成为具有一定强度的整体壁状挡墙,一般用于开挖深度不超过7m的基坑,适合于软土地区,环境保护要求不高,施工低噪声、低振动,结构止水性较好,造价经济,但围护较宽,一般取基坑开挖深度的0.7~0.8倍。
(2)钢板桩[3]:用槽钢正反扣搭接而组成,或用U型、H型和Z型截面的锁口钢板桩。用打入法打入土中,相互连接形成钢板桩墙,既用于挡土又用于挡水,用于开挖深度3~10m的基坑。钢板桩具有较高的可靠性和耐久性,在完成支挡任务后,可以回收重复利用;于多道钢支撑结合,可适合软土地区的较深基坑,施工方便,工期短。但钢板桩刚度比排桩和地下连续墙小,开挖后绕度变形较大,打拔桩振动噪声大,容易引起土体移动,导致周围地基较大沉陷。
(3)钻孔灌注桩挡墙[4]:直径φ600~φ1000mm,桩长15~30m,组成排桩式挡墙,顶部浇筑钢筋混凝土圈粱,用于开挖深度为6m~13m的基坑。具有噪声和振动小,刚度大,就地浇制施工,对周围环境影响小等优点。适合软弱地层使用,接头防水性差,要根据地质条件从注浆、搅拌桩等方法中选用适当方法解决防水问题,整体刚度较差,不适合兼作主体结构。桩身质量取决于施工工艺及施工技术水平,施工时需作排污处理。M (4)地下连续墙[5]:在地下成槽后,浇筑混凝土,建造具有较高强度的钢筋混凝土挡墙,用于开挖深度达10m以上的基坑或施工条件较困难的情况。具有施工噪声低,振动小,就地浇制、墙接头止水效果较好,整体刚度大,对周围环境影响小等优点。适合于软弱土层和建筑设施密集城市市区的深基坑,高质量的刚性接头的地下连续墙可作永久性结构,并可采用逆筑法施工。
(5)SMW工法(劲性水泥土搅拌桩)[6]:劲性水泥土搅拌桩以及水泥土搅拌桩法为基础,凡是适合应用水泥土搅拌桩的场合都可以使用劲性桩。特别是适合于以粘土和粉细砂为主的松软地层,对于含砂卵石的地层要经过适当处理后方可采用。
(6)土锚[7,8]:用拉杆锚固支护基坑的开挖或用作抗拔桩抵抗浮托力等的应用已日益普遍。拉锚最大的优点是在基坑内部施工时,开挖土方与支撑互不干扰,尤其是在不规则的复杂施工场所,以锚杆代替挡土横撑,便于施工。拉锚是将一种新型受拉杆件的一端(锚固段)固定在开挖基坑的稳定地层中,另一端与工程构筑物相联结(钢板桩、挖孔桩、灌注桩以及地下连续墙等),用以承受由于土压力等施加于构筑物的推力,从而利用地层的锚固力以维持构筑物(或土层)的稳定。
(7)土钉墙[9]: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。在土体发生变形的条件下,通过土钉与土体的接触界面上的粘结力或摩擦力,使土钉被动受拉,通过受拉工作面给土体约束加固,提高整体稳定性和承载能力,增强土体变形的延性。土钉墙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。
南京地区工程地质和水文地质条件[10,11]
南京市地处长江边,有近四分之三的地域位于长江及秦淮河古河道漫滩区,对深基坑支护结构有着重要影响的主要是第四系松散沉积物,土层上部以粘性土为主,下部以砂,砾石层为主,自上而下可划分为填土、淤泥质粉质粘土、可塑-硬塑状粘土、软塑状粉质粘土、粉砂或粉土夹软塑状粉质粘土、粉细砂、砾砂和风化岩等。这种地层比较突出的特点是上部粘性土层为软土层与硬土层互层结构,在软土层中夹有粉细砂层透镜体,下部砂层的厚度变化也较大。目前南京地区的高层建筑的地下室一般为一、二层,少部分达三层以上,开挖深度一般超过5.0m,深基坑开挖主要在上部粘性土中进行,设有二层以上的地下室基坑开挖一般都穿过上部粘性土而深入至下部的砂层中。
南京地区深基坑支护结构选型分析[12]
通过对深基坑工程的支护结构形式、所占比例、开挖深度和适用条件进行综合分析,结果表明目前南京地区比较常用的深基坑支护结构形式如表2所示,主要的支护形式有:钻孔桩加一道砼内撑或二道砼内撑(包括排桩加锚杆)、放坡土钉(包括复合土钉)支护、重力式挡墙、组合支护结构;另外,挖孔桩、SMW工法、地下连续墙在南京地区深基坑工程也有使用。大部分基坑开挖深度在8.0~12.0m之间,少量基坑深度达16.5m,南京地区深基坑也有最大深度达到20m以上(其支护形式采用排桩加三道或四道砼支撑)。
目前南京地区比较常用的深基坑支护结构形式是钻孔桩加一道砼内撑和放坡土钉两种支护形式,使用比例最多的支护结构是钻孔桩加一道砼内撑,主要是由于深基坑所处的地质条件较差,多为土性较差的淤泥质或砂质软粘土,而开挖的基坑深度又普遍小于11m原因所致,随着开挖深度的增加,安全等级为一级的深基坑工程一般会采用钻孔桩加二道砼内撑的支护结构形式,实践证明钻孔桩加砼内撑的支护形式是一种具有较高性价比的支护结构形式。放坡土钉支护在南京地区应用也比较广泛,比例超过20%,南京地区采用土钉支护的基坑开挖深度已达10.0m,这是一种有发展前途、值得推广应用的基坑支护技术。由于南京地区建筑物相对密集,土钉施工后可能穿越红线,因此土钉支护的使用受到一定的制约。地下连续墙围护结构在南京使用所占比例还相对较少,当坑深大于10m、且周围环境要求非常高,支护变形要求小、止水要求高的时候,经过经济比较多选用之。如果能将地下连续墙作为地下室结构外墙,则可大大降低工程造价,采用逆作法施工,缩短工期,在建筑物密集的中心地带,地下连续墙围护结构仍然是首选的深基坑支护结构形式,如南京新百商场地下车库(开挖深度14.0m,逆作法施工)、南京紫峰大厦、南京德基广场二期、正洪广场、商贸中心以及地铁明故宫段均采用了地下连续墙,也取得了较好的实际效果。另外,在基坑开挖深度变化幅度较大的情况下,组合支护结构形式就有其独特的优势,南京地区主要采用土钉、重力式挡墙和排桩三种支护形式进行组合。
深基坑工程具有很强的地域性特点和地方经验,对比几个大型城市的深基坑工程资料[13-16],分析表明基坑支护地域性特点主要是由于土质条件不同造成的。从南到北,上海和杭州土质软弱,所以土钉和锚杆使用较少,南京和武汉土层相对复杂,粉土、砂土也有一定分布,因而土钉和锚杆使用较多,到北京地区,主要是粉土和砂土,地下水不丰富,土质条件较好,桩锚和土钉被广泛应用。对于土质条件相对复杂的地区,基坑深度在6.0-11.0m范围,钻孔桩加一道砼支撑的支护结构形式仍然是最常用的选择。武汉和南京地区地质条件相似,两地早些年悬臂式支护都有一定比例使用,但随着对基坑安全和经济等方面因素要求越来越高,悬臂式支护应用将会越来越少。