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[科普中国]-基坑支护结构

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基坑支护,是为保证地下结构施工及基坑周边环境的安全,对基坑侧壁及周边环境采用的支挡、加固与保护措施。

中华人民共和国行业标准《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012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。

概述基坑开挖是否采用支护结构,采用何种支护结构,应根据基坑周边环境、地下结构的条件、基坑开挖深度、工程地质和水文地质条件、施工条件、施工季节、地区工程经验等通过经济、技术、环境综合分析比较确定。

基坑支护结构体系一般包括两个部分,即挡土结构和降水止水体系。桩、墙式支护结构常采用钢板桩、钢筋混凝土板桩、柱列式灌注桩、地下连续墙等。根据土质条件及基坑规模,可以设计成悬臂式、内支撑式或锚拉式。重力式支护结构多采用水泥土搅拌桩挡墙、土钉墙等。当支护结构不能起到止水作用时,可同时设置止水帷幕或采用坑外降水,以达到控制地下水的目的,使基坑土方工程可在干作业条件下开挖。1

基坑支护结构的分类1.桩、墙式支护结构

柱列桩、板桩、地下连续墙等均属此类,支护桩、墙插入坑底土中一定深度r一般插入至较坚硬土层),上部悬臂或设置锚撑体系,形成一梁式锚、撑受力构件。其结构计算简图,可将支护桩、墙简化成在土压力作用下的一静定梁或超静定梁,或按插入土中的竖向弹性地基梁求解。

此类支护结构应用广泛,适用性强,易于控制支护结构变形,尤其适用于开挖深度较大的深基坑,并能适应各种复杂的地质条件,设计计算理论较为成熟,各地区的工程经验也较多,是深基坑工程中经常采用的主要结构形式。

2.实体重力式支护结构

水泥土搅拌桩挡墙、高压旋喷桩挡墙等类似重力式挡墙。此类支护结构截面尺寸较大,依靠实体墙身的重力起挡土作用。墙身也可设计成格构式或阶梯形等多种形式,无锚拉或内支撑系统,土方开挖施工方便。墙身主要承受压力,一般不承受拉力,按重力式挡墙的设计原则计算。土质条件较差时,基坑开挖深度不宜过大。其适用于小型基坑工程。土质条件较好时,水泥土搅拌工艺使用受限制。各地已有大量应用实体重力式支护结构的工程经验。

3.组合式支护结构

按场地、地质及环境条件的不同,尚可采用多种形式组合的支护结构,例如桩、墙式支护结构与土钉墙或重力式支护结构结合,以及与岩石锚杆组合而形成组合式支护结构。1

工程特点(1)基坑支护工程是个临时工程,设计的安全储备相对可以小些,但又与地区性有关。不同区域地质条件其特点也不相同。基坑支护工程又是岩土工程、结构工程以及施工技术互相交叉的学科,是多种复杂因素交互影响的系统工程,是理论上尚待发展的综合技术学科。

(2)由于基坑支护工程造价高,开工数量多,是各施工单位争夺的重点,又由于技术复杂,涉及范围广,变化因素多,事故频繁,是建筑工程中最具有挑战性的技术上的难点,同时也是降低工程造价,确保工程质量的重点。

(3)基坑支护工程正向大深度、大面积方向发展,有的长度和宽度均超过百余米,深度超过20余米。工程规模日益增大。

(4)岩土性质千变万化,地质埋藏条件和水文地质条件的复杂性、不均匀性,往往造成勘察所得的数据离散性很大,难以代表土层的总体情况,并且精确度较低,给基坑支护工程的设计和施工增加了难度。

(5)在软土、高地下水位及其他复杂场地条件下开挖基坑,很容易产生土体滑移、基坑失稳、桩体变位、坑底隆起、支挡结构严重漏水、流土以致破损等病害,对周边建筑物、地下构筑物及管线的安全造成很大威胁。

(6)工程实践证明,要做好基坑支护工程,必须包括整个开挖支护的全过程,它包括勘察、设计、施工和监测工作等整个系列,因而强调要精心做好每个环节的工作。

(7)随着旧城改造的推进,各城市的主要高层、超高层建筑大都集中在建筑密度大、人口密集、交通拥挤的狭小场地中,基坑支护工程施工的条件均很差。邻近常有必须保护的永久性建筑和市政公用设施,不能放坡开挖,对基坑稳定和位移控制的要求很严。

(8)基坑支护工程包含挡土、支护、防水、降水、挖土等许多紧密联系的环节,其中的某一环节失效将会导致整个工程的失败。

(9)相邻场地的基坑施工,如打桩、降水、挖土等各项施工环节都会产生相互影响与制约,增加事故诱发因素。

(10)在支护工程设计中应包括支护体系选型、围护结构的承载力、变形计算、场地内外土体稳定性、降水要求、挖土要求、监测内容等,应注意避免“工况”和计算内容之间可能出现的“漏项”,从而导致基坑失误。在施工过程中,尤其在软土地区中施工时,应该认真研究合理安排好挖土的方法,以及支撑与挖土的配合,将会显著地减少基坑变形和基坑支护事故的发生。

(11)基坑支护工程造价较高,但又是临时性工程,一般不愿投入较多资金。可是,一旦出现事故,处理十分困难,造成的经济损失和社会影响往往十分严重。

(12)基坑支护工程施工周期长,从开挖到完成地面以下的全部隐蔽工程,常需经历多次降雨、周边堆载、振动、施工不当等许多不利条件,其安全度的随机性较大,事故的发生往往具有突发性。

本词条内容贡献者为:

曹慧慧 - 副教授 - 中国矿业大学