省信访接待站深基坑(二层地下室)支护设计文献综述
2020-03-13 09:53:36
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一、基坑工程的研究意义及现状 我国大量的深基坑工程始20世纪80年代,由于城市高层建筑的迅速发展和地下停车场、高层建筑埋深、人防等各种需要,高层建筑需要建设一定的地下室。近几年由于城市地铁工程的迅速发展地铁车站、局部区间明挖等也涉及大量的基坑工程。 如今支护结构日臻完善,出现了许多新的支护结构形式与稳定边坡的方法,为了降低工程成本,减少土方工程量和对周边建筑的影响,绝大多数高层建筑都采用垂直开挖。这样给挡土支护技术带来了革命性的发展,采用大直径灌注桩加土层锚杆的挡土支护技术和土钉支护技术在深基坑开挖工程中广泛应用,且经济效果和社会效果十分可观[1]。 本案例为省信访接待站,位于河西深厚软土层分布区,下设二层地下室,挖深12.0m左右。建设场地土质条件差,基坑周边紧临交通主干道和住宅楼,路下埋设有各种管线,支护结构应以控制变形为主。 二、基坑支护方法简述 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[2]。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[3]: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。 国内外试验研究和工程实践表明,搅拌桩适宜于加固淤泥、淤泥质土和含水量较高而地基承载力小于120kPa的粘土、粉质粘土、粉土等软土地基。当土中含高龄石、蒙脱石等矿物时,加固效果较好,土中含伊利石、氯化物等矿物时,加固效果较差,土的原始抗剪强度小于20-30kPa时,加固效果也较差。当地表杂填土层为厚度大于100mm的石块时,一般不宜使用搅拌桩。 搅拌桩的平面布置可视地质条件和基坑围护要求,结合施工设备条件,分别选用桩式、块式、壁式、格栅式或拱式,它在深度方向可采取长短结合形式。 (2)钢板桩[4]: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[5]: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。 (4)地下连续墙[6]: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。 地下连续墙按成桩(成槽)形式的不同,划分为桩排式连续墙和壁式连续墙两大类,前一类主要用各种类型的桩,相互连接或搭接以及交错的单桩连锁组成的直线、圆弧、圆形等形式的排桩组合,具有一定的入土深度,墙顶用压顶粱连在一起,形成地下连续墙的墙体。最主要用于深基坑工程的围护,特别适合于软土地区深基坑的开挖。 (5)SMW工法[7]: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。 目前SMW工法已在许多基坑工程中取得了成功的经验,另外三轴搅拌桩形成止水帷幕墙,可减小工程造价,SMW工法造价较钻孔灌注桩加支撑低 [8]。 (6)土锚[9]: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。 锚杆支护体系由挡土构筑物,腰粱及托架、锚杆三个部分所组成,以保证施工期间边坡的稳定与安全。 (7)土钉墙: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[10]。 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[11]。 三、基坑止水形式及方案选择 3.1 需考虑因素 主要从以下方面考虑降水方案: (1)基坑降水深度的要求; (2)场地地质条件,土层的渗透特性,地下水的类型、流向和补给条件; (3)环境条件,场地周围的建筑物和市政管线的位置、类型及对沉降的要求; (4)气象条件,雨期、特别严重是暴雨季节和暴雨量; (5)所拥有的降水设备和数量; (6)电源条件,需保证有稳定的电源或备用电源,以免断电时基坑积水而坍塌。 3.2 降水方案的选择 若现场地下水位较高,则考虑现场情况选用降水方案,如表3-1所示。
表3-1降水方案的选择 四、支护方法选择 基坑支护型式的合理选择是基坑支护设计的的首要工作。应根据地质条件、周边环境的要求及不同支护型式的特点、造价等综合确定。一般当地质条件较好,周边环境要求较宽松时,可以采用柔性支护,如土钉墙等;当周边环境要求高时,应采用较刚性的支护型式以控制水平位移,如排桩或地下连续墙等;同样,对于支撑的型式,当周边环境要求较高地质条件较差时,采用锚杆容易造成周边土体的扰动并影响周边环境的安全,应采用内支撑型式较好;当地质条件特别差,基坑深度较深#1049080;周边环境要求较高时,可采用地下连续墙加逆作法这种最强的支护型式。基坑支护最重要的是要保证周边环境的安全[12]。 五、支护结构水平荷载和抗力计算方法 5.1 基坑支护结构设计应考虑下列荷载 (1)土压力及水压力; (2)地面堆积荷载及大型车辆的动、静荷载; (3)周边建(构)筑物的作用荷截; (4)施工荷载; (5)支护结构作为主体结构一部分时,上部结构的作用。 5.2 土压力及水压力的计算应考虑下列影响因素 (1) 土的物理力学性质; (2) 地下水位及其变化。 5.3计算方法 水土分算原则适用于土孔隙中存在自由的重力水或土的渗透性较好的情况,适用于砂土、粉土等粗颗粒土。水土合算适用于黏性较大的黏性土层,地下水对土粒不易形成浮力。土压力计算宜采用直接剪切试验的固结快剪c 、j 值,有经验时可采用其它参数。 六、南京河西地区的土质情况 许多城市的建设经验表明,在深大基坑工程的施工中,由于地表变形诱发事故的概率很高,特别是在软土地区的深大基坑工程建设中,更易在施工期和使用期产生较大的地层沉降变形,包括深层(基坑基底)、浅层与地表的沉降,同时引起结构本体与周边地下结构的变形,直接影响工程建设和使用安全[13]。 南京河西地区位于长江东侧凸岸,地势宽广低平,地貌单元属长江漫滩,其两岸和秦淮河入江径流处等狭长地带的沉积软弱土层厚度很大。区内沉积物在垂向剖面上呈自上而下由细变粗,层理由不清楚渐变至明显的规律性变化, 显示出河漫滩相、河床边滩相、河床底部滞留相及河床基岩的纵向变化。河漫滩相以粒径小于0.075mm的悬移质为主,组成淤泥质粘土和粉质粘土。该相厚度为4.2~34.7m,厚度变化较大,土体状态在流塑~可塑之间变化[14]。河床边滩相自上往下分别为粉土、粉砂与粉质粘土交互层,粉砂层底部的粉细砂以中密为主,部分为密实。河床滞留相颗粒成分呈中砂#8212;粉质粘土-粉质粘土混粗砂卵砾石变化,粉质粘土以软-流塑为主,粗砂、卵砾石含量不均匀,局部以粗砂为主混卵砾石。基岩为下白垩统葛村组沉积岩,强风化-中风化,仅局部揭露[15]。场地垂向剖面特征表明,在基岩冲刷面上的沉积物具典型的河流二元相沉积结构,即下部是侧向增长沉积形成的河床滞留和边滩沉积,上部是垂向增长加积形成的泛滥淤积。在推进河西开发中,其建筑基坑具有开挖面积大,深度大的特点。软土地基一些大型市政工程,尤其在人口密集区进行施工,容易对周边环境产生较大的影响。 七、参考文献 [1] 夏胜先,王云飞,夏树威.深基坑支护技术现状及展望[J].山西建筑,2008. [2] 黄熙龄.《高层建筑地下结构与基坑支护》.宇航出版社,2002. [3] 赵志缙.《高层建筑基础工程施工》.中国建筑工业出版社,1994. [4] 侯学渊,刘建航.《基坑工程手册》.中国建筑工业出版社,1997. [5] 黄强.《深基坑支护工程实例集》.中国建筑工业出版社,2001. [6]《建筑基坑支护技术规程》(JGJ20-99),1999. [7] 陈忠汉,黄书秩,程丽萍.《深基坑工程》.机械工业出版社,2002. [8] 方焘,梁宁慧,耿大新. SMW工法围护软粘土深基坑开挖蠕变特性分析[J]. 地下空间与工程学报,2009. [9] 黄强.《深基坑支护工程设计技术》.中国建筑工业出版社,1995. [10] 陈肇元.土钉支护在深基坑工程中的应用[J].中国建筑工业出版社,1997. [11]《软土地区工程地质勘察规范》(JGJ83-91),1991. [12]王俊毅,刘徇,吴刚.深基坑支护形式的合理选择[J].中国水运,2008,6. [13]何斌,软土地区深基坑施工引起地表变形的原因及处置措施[J].现代交通技术,2009. [14]严三保,陈新民,罗国煜.南京城西漫滩相软土承载力研究[J].水文地质工程地质,2000,(6):23-25. [15]斯月英.南京市城西长江漫滩软土的工程地质特性探讨[J].地基处理,2001,12(2):37-44.
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