基坑適用的圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式
1.基坑支護(hù)的類型及其特點(diǎn)和適用范圍
1.1 放坡開(kāi)挖
適用于周圍場(chǎng)地開(kāi)闊,周圍無(wú)重要建筑物,只要求穩(wěn)定,位移控制五嚴(yán)格要求,價(jià)錢最便宜,回填土方較大。
1.2 深層攪拌水泥土圍護(hù)墻
深層攪拌水泥土圍護(hù)墻是采用深層攪拌機(jī)就地將土和輸入的水泥漿強(qiáng)行攪拌,形成連續(xù)搭接的水泥土柱狀加固體擋墻。水泥土圍護(hù)墻優(yōu)點(diǎn):由于一般坑內(nèi)無(wú)支撐,便于機(jī)械化快速挖土;具有擋土、止水的雙重功能;一般情況下較經(jīng)濟(jì);施工中無(wú)振動(dòng)、無(wú)噪音、污染少、擠土輕微,因此在鬧市區(qū)內(nèi)施工更顯出優(yōu)越性。水泥土圍護(hù)墻的缺點(diǎn):首先是位移相對(duì)較大,尤其在基坑長(zhǎng)度大時(shí),為此可采取中間加墩、起拱等措施以限制過(guò)大的位移;其次是厚度較大,只有在紅線位置和周圍環(huán)境允許時(shí)才能采用,而且在水泥土攪拌樁施工時(shí)要注意防止影響周圍環(huán)境。
1.3 高壓旋噴樁
高壓旋噴樁所用的材料亦為水泥漿,它是利用高壓經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)的噴嘴將水泥漿噴入土層與土體混合形成水泥土加固體,相互搭接形成排樁,用來(lái)?yè)跬梁椭顾。高壓旋噴樁的施工費(fèi)用要高于深層攪拌水泥土樁,但其施工設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、占地少,并且施工機(jī)具的振動(dòng)很小,噪音也較低,不會(huì)對(duì)周圍建筑物帶來(lái)振動(dòng)的影響和產(chǎn)生噪音等公害,它可用于空間較小處,但施工中有大量泥漿排出,容易引起污染。對(duì)于地下水流速過(guò)大的地層,無(wú)填充物的巖溶地段永凍土和對(duì)水泥有嚴(yán)重腐蝕的土質(zhì),由于噴射的漿液無(wú)法在注漿管周圍凝固,均不宜采用該法。
1.4 槽鋼鋼板樁
這是一種簡(jiǎn)易的鋼板樁圍護(hù)墻,由槽鋼正反扣搭接或并排組成。槽鋼長(zhǎng)6~8m ,型號(hào)由計(jì)算確定。其特點(diǎn)為:槽鋼具有良好的耐久性,基坑施工完畢回填土后可將槽鋼拔出回收再次使用;施工方便,工期短;不能擋水和土中的細(xì)小顆粒,在地下水位高的地區(qū)需采取隔水或降水措施;抗彎能力較弱,多用于深度≤4m的較淺基坑或溝槽,頂部宜設(shè)置一道支撐或拉錨;支護(hù)剛度小,開(kāi)挖后變形較大。
1.5 鋼筋混凝土板樁
鋼筋混凝土板樁具有施工簡(jiǎn)單、現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)周期短等特點(diǎn),曾在基坑中廣泛應(yīng)用,但由于鋼筋混凝土板樁的施打一般采用錘擊方法,振動(dòng)與噪音大,同時(shí)沉樁過(guò)程中擠土也較為嚴(yán)重,在城市工程中受到一定限制。此外,其制作一般在工廠預(yù)制,再運(yùn)至工地,成本較灌注樁等略高。但由于其截面形狀及配筋對(duì)板樁受力較為合理并且可根據(jù)需要設(shè)計(jì),目前已可制作厚度較大(如厚度達(dá)500mm 以上) 的板樁,并有液壓靜力沉樁設(shè)備,故在基坑工程中仍是支護(hù)板墻的一種使用形式。
1.6 鉆孔灌注樁
鉆孔灌注樁圍護(hù)墻是排樁式中應(yīng)用最多的一種,在我國(guó)得到廣泛的應(yīng)用。其多用于坑深7~15m 的基坑工程,在我國(guó)北方土質(zhì)較好地區(qū)已有8~9m 的臂樁圍護(hù)墻。鉆孔灌注樁支護(hù)墻體的特點(diǎn)有:施工時(shí)無(wú)振動(dòng)、無(wú)噪音等環(huán)境公害,無(wú)擠土現(xiàn)象,對(duì)周圍環(huán)境影響小;墻身強(qiáng)度高,剛度大,支護(hù)穩(wěn)定性好,變形小;當(dāng)工程樁也為灌注樁時(shí),可以同步施工,從而施工有利于組織、方便、工期短;樁間縫隙易造成水土流失,特別時(shí)在高水位軟粘土質(zhì)地區(qū),需根據(jù)工程條件采取注漿、水泥攪拌樁、旋噴樁等施工措施以解決擋水問(wèn)題;適用于軟粘土質(zhì)和砂土地區(qū),但是在砂礫層和卵石中施工困難應(yīng)該慎用;樁與樁之間主要通過(guò)樁頂冠梁和圍檁連成整體,因而相對(duì)整體性較差,當(dāng)在重要地區(qū),特殊工程及開(kāi)挖深度很大的基坑中應(yīng)用時(shí)需要特別慎重。
1.7 地下連續(xù)墻
通常連續(xù)墻的厚度為600mm、800mm、1000mm,也有厚達(dá)1200mm的,但較少使用。地下連續(xù)墻剛度大,止水效果好,是支護(hù)結(jié)構(gòu)中最強(qiáng)的支護(hù)型式,適用于地質(zhì)條件差和復(fù)雜,基坑深度大,周邊環(huán)境要求較高的基坑,但是造價(jià)較高,施工要求專用設(shè)備。
1.8 土釘墻
土釘墻是一種邊坡穩(wěn)定式的支護(hù),其作用與被動(dòng)的具備擋土作用的上述圍護(hù)墻不同,它是起主動(dòng)嵌固作用,增加邊坡的穩(wěn)定性,使基坑開(kāi)挖后坡面保持穩(wěn)定。土釘墻主要用于土質(zhì)較好地區(qū),我國(guó)華北和華東北部一帶應(yīng)用較多,目前我國(guó)南方地區(qū)亦有應(yīng)用,有的已用于坑深10m 以上的基坑,穩(wěn)定可靠、施工簡(jiǎn)便且工期短、效果較好、經(jīng)濟(jì)性好、在土質(zhì)較好地區(qū)應(yīng)積極推廣。
1.9 SMW工法
SMW工法亦稱勁性水泥土攪拌樁法,即在水泥土樁內(nèi)插入H 型鋼等(多數(shù)為H 型鋼,亦有插入拉森式鋼板樁、鋼管等) ,將承受荷載與防滲擋水結(jié)合起來(lái),使之成為同時(shí)具有受力與抗?jié)B兩種功能的支護(hù)結(jié)構(gòu)的圍護(hù)墻。SMW 支護(hù)結(jié)構(gòu)的支護(hù)特點(diǎn)主要為:施工時(shí)基本無(wú)噪音,對(duì)周圍環(huán)境影響。唤Y(jié)構(gòu)強(qiáng)度可靠,凡是適合應(yīng)用水泥土攪拌樁的場(chǎng)合都可使用,特別適合于以粘土和粉細(xì)砂為主的松軟地層;擋水防滲性能好,不必另設(shè)擋水帷幕;可以配合多道支撐應(yīng)用于較深的基坑;此工法在一定條件下可代替作為地下圍護(hù)的地下連續(xù)墻,在費(fèi)用上如果能夠采取一定施工措施成功回收H 型鋼等受拉材料;則大大低于地下連續(xù)墻,因而具有較大發(fā)展前景。
1.10 基坑支護(hù)選型小結(jié)
基坑支護(hù)型式的合理選擇,是基坑支護(hù)設(shè)計(jì)的的首要工作,應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件,周邊環(huán)境的要求及不同支護(hù)型式的特點(diǎn)、造價(jià)等綜合確定。一般當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件較好,周邊環(huán)境要求較寬松時(shí),可以采用柔性支護(hù),如土釘墻等;當(dāng)周邊環(huán)境要求高時(shí),應(yīng)采用較剛性的支護(hù)型式,以控制水平位移,如排樁或地下連續(xù)墻等。同樣,對(duì)于支撐的型式,當(dāng)周邊環(huán)境要求較高地質(zhì)條件較差時(shí),采用錨桿容易造成周邊土體的擾動(dòng)并影響周邊環(huán)境的安全,應(yīng)采用內(nèi)支撐型式較好;當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件特別差,基坑深度較深,周邊環(huán)境要求較高時(shí),可采用地下連續(xù)墻加逆作法這種最強(qiáng)的支護(hù)型式。基坑支護(hù)最重要的是要保證周邊環(huán)境的安全。
2.基坑支護(hù)的設(shè)計(jì)要求
基坑支護(hù)作為一個(gè)結(jié)構(gòu)體系,應(yīng)要滿足穩(wěn)定和變形的要求,即通常規(guī)范所說(shuō)的兩種極限狀態(tài)的要求,即承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)。所謂承載能力極限狀態(tài),對(duì)基坑支護(hù)來(lái)說(shuō)就是支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞、傾倒、滑動(dòng)或周邊環(huán)境的破壞,出現(xiàn)較大范圍的失穩(wěn)。一般的設(shè)計(jì)要求是不允許支護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)這種極限狀態(tài)的。而正常使用極限狀態(tài)則是指支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形或是由于開(kāi)挖引起周邊土體產(chǎn)生的變形過(guò)大,影響正常使用,但未造成結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)。
因此,基坑支護(hù)設(shè)計(jì)相對(duì)于承載力極限狀態(tài)要有足夠的安全系數(shù),不致使支護(hù)產(chǎn)生失穩(wěn),而在保證不出現(xiàn)失穩(wěn)的條件下,還要控制位移量,不致影響周邊建筑物的安全使用。因而,作為設(shè)計(jì)的計(jì)算理論,不但要能計(jì)算支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定問(wèn)題,還應(yīng)計(jì)算其變形,并根據(jù)周邊環(huán)境條件,控制變形在一定的范圍內(nèi)。
一般的支護(hù)結(jié)構(gòu)位移控制以水平位移為主,主要是水平位移較直觀,易于監(jiān)測(cè)。水平位移控制與周邊環(huán)境的要求有關(guān),這就是通常規(guī)范中所謂的基坑安全等級(jí)的劃分,對(duì)于基坑周邊有較重要的構(gòu)筑物需要保護(hù)的,則應(yīng)控制小變形,此即為通常的一級(jí)基坑的位移要求;對(duì)于周邊空曠,無(wú)構(gòu)筑物需保護(hù)的,則位移量可大一些,理論上只要保證穩(wěn)定即可,此即為通常所說(shuō)的三級(jí)基坑的位移要求;介于一級(jí)和三級(jí)之間的,則為二級(jí)基坑的位移要求。
對(duì)于一級(jí)基坑的最大水平位移,一般宜不大于30mm,對(duì)于較深的基坑,應(yīng)小于0.3%H,H為基坑開(kāi)挖深度。對(duì)于一般的基坑,其最大水平位移也宜不大于50mm.一般最大水平位移在30mm內(nèi)地面不致有明顯的裂縫,當(dāng)最大水平位移在40-50mm內(nèi)會(huì)有可見(jiàn)的地面裂縫,因此,一般的基坑最大水平位移應(yīng)控制不大于50mm為宜,否則會(huì)產(chǎn)生較明顯的地面裂縫和沉降,感觀上會(huì)產(chǎn)生不安全的感覺(jué)。
一般較剛性的支護(hù)結(jié)構(gòu),如擋土樁、連續(xù)墻加內(nèi)支撐體系,其位移較小,可控制在30mm之內(nèi),對(duì)于土釘支護(hù),地質(zhì)條件較好,且采用超前支護(hù)、預(yù)應(yīng)力錨桿等加強(qiáng)措施后可控制較小位移外,一般會(huì)大于30mm.