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基坑支护

来源:强劲地基 时间:2021.12.28 阅读文本仅需5分钟

基坑支护 是对基坑侧壁及周围环境的支护、加固和保护措施,以确保地下结构施工和基坑周围环境的安全。

中华人民共和国行业标准《建筑基坑支护技术规程》对基坑支护的定义如下:为保护地下主体结构施工和基坑周边环境的安全,对基坑采用的临时性支挡、加固、保护与地下水控制的措施。

一、基坑支护工程的常见形式如下:

(一)边坡开挖:

优点:成本最低,施工进度快。

缺点:回填土方大,雨季浸泡容易局部坍塌。

适用:场地开阔,土层好,周围无重要建筑物和地下管线。

基坑支护

(二)土钉墙:

优点:稳定可靠,经济性好,效果较好。

缺点:土壤质量差的地区难以使用,需要土方配合分层开挖,施工现场需要投入更多的设备。

适用:主要用于土质较好的地区,开挖较浅的基坑。

基坑支护

(三)复合土钉墙:

优点:复合土钉墙具有挡土止水的双重功能;一般坑内无支撑,便于机械化挖掘。

缺点:施工周期较长。

适用:软土层、回填土或场地限制的垂直开挖区域。

(四)钢板桩:

优点:耐久性好,二次利用率高;施工方便,工期短。

缺点:不能阻挡土壤中的小颗粒和水,地下水位高的地区应采取隔水或降水措施;悬臂抗弯能力弱,开挖后变形大。

适用:悬臂支护适用于小于4m基坑。

基坑支护

(五)灌注桩+锚索:

优点:墙体强度高,刚度大,支撑稳定性好,变形小。根据土层和工期要求,成孔设备可选择性多。

缺点:成本高,工期长。桩间缝隙容易造成水土流失,尤其是在高水位砂层地区。

适用:主要用于2层及以上地下室支护设计的基坑,采用锚索控制变形。坑深8~20m 的基坑工程, 适用于较差的土层。

基坑支护

(六)重力水泥土挡墙:

优点:施工无污染,施工简单,由于重力结构,可不使用锚杆或支撑,便于基坑土方开挖施工,防渗性好,挡土墙、止水帷幕双重效果,成本相对较低。

劣势:施工速度较慢,因需搅拌桩达到一定龄期方可开挖,基坑加深,则挡墙宽度加宽,造价增加较大,对于较厚软土区域搅拌桩无法穿透时,基坑变形相对较大。

适用:厚回填土、淤泥、淤泥质土区。

基坑支护

(七)地下连续墙:

优点:刚度大,止水效果好。

缺点:成本高,施工现场要求高,施工要求专用设备。

适用:地质条件差、复杂,基坑深度大,周边环境要求高。

(八)SMW工法:

优点:施工基本无噪声,对周围环境影响小,结构强度可靠,防水防渗性能好,深基坑可配合多个锚索或支撑,H 型钢可回收,降低成本。

缺点:施工场地软桩机行走不稳定,或导槽开挖深,沟壁不稳定,导致搅拌桩机倾斜,影响搅拌桩垂直度;遇到更多的地下障碍物则无法施工;如果在中密度以上的沙层中施工超过18m极易发生埋钻事故,而且钢桩凭自重不能插到设计深度。

适用:可应用于泥土、粉土、粘土、砂土、砂、砾石、卵石等土层。

基坑支护

(九)围护桩+混凝土支撑:

优点:充分发挥材料优势;加快土方开挖和运输速度;降低工程成本;不受周边场地不足的限制。

缺点:重量大,对环境有害,成本略高于钢内支撑,拆除较为困难,产生工程垃圾多。

(十)围护桩+装配式钢支撑:

优点:无现场现浇节点,安装速度更快,施工质量更容易保证;钢结构为延性材料,抗震性能更好;钢结构重量轻,基础成本低;钢结构为可回收材料,绿色环保;精心设计的钢结构预制建筑比预制混凝土建筑更经济。梁柱截面较小,可获得更多的使用面积。

缺点:与预制混凝土结构相比,外墙体系与传统建筑不同且复杂,如果设计不当,钢结构比传统混凝土结构更贵。

基坑支护

二、基坑支护的特点:

1、基坑支护工程是不同地区地质条件不同的临时工程。

2、基坑支护工程成本高,开工量大,技术复杂,涉及面广,变化因素多,事故频繁。

3、基坑支护工程向大深度、大面积发展,有的长度宽度超过100米,深度超过20米。

4、在软土、高地下水位等复杂场地条件下开挖基坑,容易产生土体滑动、基坑不稳定、桩体变位、坑底隆起、支撑结构严重漏水等问题,对周边建筑物、地下结构和管道的安全构成重大威胁。

5、基坑支护工程许多环节密切相关的,如挡土、支护、防水、降水和挖掘。一个环节的失败将导致整个项目的失败。

6、基坑支护工程成本高,是临时工程。一旦发生事故,很难处理,造成严重的经济损失和社会影响。

7、基坑支护工程施工周期长。

基坑支护

三、基坑支护设计要求

(一)设计使用期限

在大多数情况下,基坑支护是主体结构地下部分施工采用的临时措施,地下结构施工完成后,基坑支护也完成其作用;基坑工程施工条件一般比较复杂,容易受到环境气象因素影响,施工周期不宜过长。因此,支护设计的有效期一般不超过两年,但也不小于一年。

对于大多数建筑工程,一年的支护期可以满足主地下结构的施工周期要求。对于有特殊施工周期要求的工程,应根据实际情况延长支护期,并考虑荷载等设计条件。

按主体结构设计期限要求支护结构和主体结构"两墙合一"的结构设计使用期限。

(二)基坑支护安全等级

1、基坑工程设计等级

GB50007将基坑工程视为地基基础的一部分,分为甲、乙、丙三个设计等级。

不同设计等级的基坑工程原则上的差异主要体现在对于变形控制和地下水控制的要求上。设计等级为A级的基坑,除基坑支撑结构变形外,还应计算基坑周围的地面沉降和周围受保护对象的变形;在场地水文地质条件复杂时、设计等级A级的基坑应进行地下水控制的专项设计,主要目的是在充分掌握场地地下水规律的基础上,减少因地下水处理不当对周围建(构)筑物和地下管线的损坏。

2.支撑结构的安全等级和重要性系数

规范GB50007建议,在基坑工程设计中,应根据支护结构损坏的严重程度,确定支护结构的安全等级。基坑支护结构在施工或使用过程中可能会遇到不可预测的负荷条件。因此,基坑支护结构设计中使用的结构重要性系数γ的值不得小于 1.0。

规程JGJ 120 中将支护结构的安全等级分为一、二、三级,分别结构重要性系数γ不得小于1.1、1.0、0.9;在分析各种稳定性时,稳定安全系数的值也与支撑结构的安全等级有关。支撑结构的安全等级越高,稳定安全系数的值越高。

选择支撑结构安全等级的原则是:周边具有住宅、公共建筑、道路或地下管道,或由于地质条件复杂,缺乏类似地质条件下相似基坑深度的经验,支撑结构破坏、基坑不稳定或过度变形对人类生活、经济、社会或环境影响很大,安全等级为一级。当支撑结构损坏、基坑过度变形不会危及人类生命、轻微经济损失、对社会或环境影响较小时,安全等级可分为三级。对于大多数基坑,安全等级应分为二级。

对于内支撑结构,当基坑一侧支撑不稳定损坏会影响基坑另一侧支撑结构因力变化而连续倒塌时,相互影响的基坑两侧支撑结构应达到相同的安全等级。

基坑支护

(三)基坑支护设计基本要求

1、基坑工程设计应包括以下内容:

1)支撑结构体系方案与技术经济比较;

2)基坑支护系统的稳定性验算;

3)计算支撑结构的承载力、稳定性和变形;

4)地下水控制设计;

5)对周围环境影响的控制设计;

6)基坑土方开挖方案;

7)基坑工程监测要求。

2、基坑支护结构设计应符合下列规定:

1)所有支撑结构的设计应满足承载力、变形计算和土体稳定性验算的要求

①支撑结构,包括支撑系统或锚杆结构,应满足构件材料强度和稳定设计的要求。

②变形要求,基坑开挖引起的地层移动和地下水位变化,从而引起的地面变形不得超过基坑周围建筑物和地下设施的允许值,也不得影响基坑工程基桩的安全或地下结构的施工。

③稳定性要求,指基坑周围土体的稳定性,即无土体滑动破坏,无渗流造成流砂、流土、管涌、支撑结构和支撑系统不稳定。

2)设计等级为甲、乙级的基坑,应计算土方开挖、降水引起的基坑内外土体变形。

3)高地下水位区设计等级为甲级的基坑,应进行地下水控制专项设计。

3、基坑支护设计要求

1)设计应设置支护结构的水平位移控制值和基坑周围建筑物的沉降控制值,并提出基坑周围荷载限值、地下水和地表水控制等基坑的明确使用要求。这些设计条件和基坑使用要求应作为设计文件中的重要内容清楚地反映在设计文件中,结构设计的总平面图和剖面图应准确标记,施工注意事项应在设计说明中注明,严格防止支撑结构施工和使用期间的实际情况超过这些设计条件。

2)支护结构与主体地下结构之间应留有足够的施工工作空间,设置的锚杆、腰梁、内支撑不得妨碍主地下结构施工和防水施工。

3)当支撑结构简化为平面结构模型时,沿基坑周围垂直平面的设计条件往往会有所不同。除了基坑深度、周围环境条件和附加载荷可能不同外,地质条件的变化是支撑结构不同于上部结构的一个非常重要的特殊性。自然形成的土层在基坑规模范围内的分布和厚度往往存在较大差异,当基坑深度、周围环境和地质条件存在差异时,这些差异对支撑结构的土壤压力荷载的影响不容忽视。因此,计算部分的划分应根据基坑各部分的开挖深度、周围环境条件、地质条件等因素进行划分。每个计算部分应根据最不利的条件进行计算。

4)支撑结构的计算应根据基坑开挖和支撑结构的实际情况进行计算,设计和计算的工作条件应与实际施工条件一致。设计文件应指出支撑结构各部件的施工顺序和相应的基坑开挖深度,防止基坑开挖未完成未按计划要求开挖,导致开挖过度造成工程事故。

基坑支护

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