我国基坑工程的发展概况
上一世纪九十年代以来我国基坑工程技术长足发展。
1、基坑工程技术的发展历程——
第一阶段:上一世纪80年代末到90年代末,研究、探索阶段;
第二阶段:新世纪初的十多年,发展阶段。
1)两个阶段的标志——
第一阶段:2000年前后基坑工程的国家行业标准和地方标准的颁布;
第二阶段:2009年《建筑基坑工程监测技术规范》GB50497)的颁布、一批相关的规范全面修订。
2)基坑工程设计理念的改变——
早期:设计往往以满足地下工程施工为主。或以经验为主;或以理论为主。
现今:满足环境保护已成为设计施工的基本出发点。理论和经验相结合。
3)基坑设计方法——
极限平衡法:卜鲁姆法、盾恩法、相当梁法等 ;
弹性支点法:解决变形分析问题;
有限元法:平面、空间;土体与结构共同作用;考虑土的弹塑性等
4)对基坑稳定性的认识——
基坑事故主要是岩土类型的破坏形式。整体滑动稳定性、抗隆起稳定性等在软土中尤其重视。
02
基坑工程的支护结构
常用的基坑支护结构
土体加固类——放坡、土钉墙、重力式水泥土墙等。
支挡、拉锚式——围护墙:排桩、地下连续墙;支锚体系:拉锚式,内支撑。
围护墙
支锚体系:拉锚和锚杆
1、复合土钉墙
土钉支护结构的优点——施工方便、设备简单、经济效益显著等。
土钉支护结构的主要问题——适用有一定限制,仅适用于非软土场地。软土地区:稳定性。
土钉支护结构的主要问题——软土地区:稳定性
复合土钉墙——采用水泥土搅拌桩、预应力锚杆、微型桩等的一类或几类结构与土钉墙复合而成的支护结构。
软土地区的应用——以水泥土搅拌桩、微型桩等“超前支护”,
解决:隔水性;土体的自立性(加大自立高度和持续时间、提高稳定性)。
非软土地区的应用——通过微型桩、预应力锚杆等对限制土体的位移。预应力锚杆复合土钉墙,加大预应力可使位移减少40%~50%。使其适应的基坑开挖深度有所增加。复合土钉墙使开挖深度有所增加(12~15m)。
复合土钉墙结构设计中应注意的问题——可计入复合体的共同作用,但复合体的作用:不可过高估计;原位土层、土钉对结构稳定性的贡献:应占有主要的份额。
2、双排桩结构
双排桩结构——由前、后两排支护桩和梁连接成的刚架及冠梁组成的支挡式结构。
双排桩结构的特点——结构:有较大的侧向刚度,无需支撑或拉锚
施工:适应性广、工艺简单、与土方开挖无交叉作业、施工工期短等。
双排桩的设计——
嵌固稳定性验算:以结构前后排桩与桩间土的整体分析,但嵌固段被动土的抗力作用在总抵抗力矩中占主要部分。
刚架结构受力分析:
1)前、后排桩的受力前排受压;后排受拉,并引起前、后排桩竖向位移和桩身弯矩。
2)前、后排桩之间土体:考虑其的反力与变形关系(桩间土看作水平向单向压缩体,按压缩模量确定刚度系数)
考虑开挖后应力释放引起的初始压力(按桩间土自重占滑动体自重的比值确定)
3)桩顶梁
3、型钢水泥土搅拌墙
型钢水泥土搅拌墙——由水泥土墙和内插的型钢组成的复合支护结构。
特点——支护性能好、造价低、环保(型钢可回收)等。我国于2010年颁布了《型钢水泥土搅拌墙技术规程》JGJ/T199 ,标志了该技术已较为成熟。
型钢和水泥土作用——型钢:作为挡土结构;
水泥土:作为截水帷幕。
型钢水泥土搅拌墙的工作特性——
墙体变位较小时:水泥土对提高墙体的刚度有相当贡献;
墙体的抗弯承载力验算:不应考虑水泥土的作用;
型钢间水泥土的受剪:包括型钢间水泥土的错动受剪和最弱截面处的局部受剪。
型钢水泥土搅拌墙的桩身强度——这是目前工程中矛盾比较集中的问题。
设计要求:一般强度为1.0MPa左右,甚至更高;
实际情况:往往难以达到设计要求;
取芯检测:28d强度值一般在0.4MPa左右。
如何确定水泥土搅拌墙的桩身强度?
工程实际:鲜有因强度较低而造成破坏的事例;
理论分析:要求水泥土28d抗压强度为0.5MPa左右;
规范建议:采用不小于0.5MPa较为适宜。
03
深基坑工程施工设备和工艺
施工中新设备和新工艺——地下连续墙、混凝土咬合桩排桩、超深多轴水泥土搅拌桩(SMW工法)、水泥土搅拌连续墙(TRD工法)、超大型环形支撑体系、十字钢支撑双向复加预应力技术、混凝土支撑的绳(链)锯切割法、锚杆的回收 技术等。
1、地下连续墙成槽机械和工艺
常用的成槽机械——
铣削式成槽机——最大成槽深度可达150m,墙体厚度可达2.5m。
槽壁稳定——
粉土、粉砂土等易坍塌土层的技术措施:
① “夹心”地下连续墙(水泥土搅拌桩保护槽壁);
② 改良泥浆性能。
2、灌注桩施工新技术
1)旋挖钻孔灌注桩
旋挖成孔:通过桶状斗式钻头回转切削土体。
装土外运:直接将土装入钻斗,提升卸土。
泥浆护壁:易坍塌土层——采用静态泥浆护壁泥浆排量仅传统工艺的1/4~1/5);
不易坍塌土层——可采用干式或清水钻进工艺(无需泥浆护壁)。
2)钻孔咬合灌注桩:由间隔布置的混凝土素桩和配筋桩相互咬合,形成的 “桩墙”。
咬合方法——旋挖钻机成孔、冲抓钻成孔、全套管成孔等。
性能——与间隔式灌注桩排桩相比:截水性能良好、不需附加的截水帷幕。
与地下连续墙相比:功能基本相同,但施工简便、造价低廉。