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基坑围护工程

基坑支护作为一个结构体系,应要满足稳定和变形的要求,即通常规范所说的两种极限状态的要求,即承载能力极限状态和正常使用极限状态。所谓承载能力极限状态,对基坑支护来说就是支护结构破坏、倾倒、滑动或周边环境的破坏,出现较大范围的失稳。一般的设计要求是不允许支护结构出现这种极限状态的。而正常使用极限状态则是指支护结构的变形或是由于开挖引起周边土体产生的变形过大,影响正常使用,但未造成结构的失稳。111.jpg

因此,基坑支护设计相对于承载力极限状态要有足够的安全系数,不致使支护产生失稳,而在保证不出现失稳的条件下,还要控制位移量,不致影响周边建筑物的安全使用。因而,作为设计的计算理论,不但要能计算支护结构的稳定问题,还应计算其变形,并根据周边环境条件,控制变形在一定的范围内。

一般的支护结构位移控制以水平位移为主,主要是水平位移较直观,易于监测。水平位移控制与周边环境的要求有关,这就是通常规范中所谓的基坑安全等级的划分,对于基坑周边有较重要的构筑物需要保护的,则应控制小变形,此即为通常的一级基坑的位移要求;对于周边空旷,无构筑物需保护的,则位移量可大一些,理论上只要保证稳定即可,此即为通常所说的三级基坑的位移要求;介于一级和三级之间的,则为二级基坑的位移要求。

对于一级基坑的最大水平位移,一般宜不大于30mm,对于较深的基坑,应小于0.3%H,H为基坑开挖深度。对于一般的基坑,其最大水平位移也宜不大于50mm。一般最大水平位移在30mm内地面不致有明显的裂缝,当最大水平位移在40-50mm内会有可见的地面裂缝,因此,一般的基坑最大水平位移应控制不大于50mm为宜,否则会产生较明显的地面裂缝和沉降,感观上会产生不安全的感觉。

一般较刚性的支护结构,如挡土桩、连续墙加内支撑体系,其位移较小,可控制在30mm之内,对于土钉支护,地质条件较好,且采用超前支护、预应力锚杆等加强措施后可控制较小位移外,一般会大于30mm。

基坑支护是一种特殊的结构方式,具有很多的功能。不同的支护结构适应于不同的水文地质条件,因此,要根据具体问题,具体分析,从而选择经济适用的支护结构

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。222.jpg

《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-99)对基坑侧壁安全等级及重要性系数规定如下:

安全等级

破坏后果

重要性系数

一级

支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构影响很严重

1.10

二级

支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构影响一般

1.00

三级

支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构影响不严重

0.90



常见的基坑支护型式主要有:

⒈排桩支护,桩撑、桩锚、排桩悬臂;

坍塌的钢板桩基坑

⒉地下连续墙支护,地连墙+支撑;

⒊水泥挡土墙;

4.钢板桩:型钢桩横挡板支护,钢板桩支护;

⒌土钉墙(喷锚支护);

⒍逆作拱墙;

⒎原状土放坡;

⒏基坑内支撑;

⒐桩、墙加支撑系统;

某基坑支护工程(两种以上支护方式)

10.简单水平支撑;

11.钢筋混凝土排桩;

12.上述两种或者两种以上方式的合理组合等。


地下水控制

基坑开挖期间,地下水控制也属于基坑支护的一部分,地下水控制方法可分为集水明排、降水、截水和回灌等型式单独或组合使用。


施工方案

1、基础施工前必须进行地质勘探和了解地下管线情况,根据土质情况和基础深度编制专项施工方案。施工方案应与施工现场实际相符,能指导实际施工。其内容包括:放坡要求或支护结构设计、机械类型选择、开挖顺序和分层开挖深度、坡道位置、坑边荷载、车辆进出道路、降水排水措施及监测要求等。对重要的地下管线应采取相应措施。

2、基础施工应进行支护,基坑深度超过5M的对基坑支护结构必须按有关标准进行设计计算,有设计计算书和施工图纸。

3、施工方案必须经企业技术负责人审批,签字盖章后方可实施。


临边防护

1、基坑施工必须进行临边防护。深度不超过2M的临边可采用1.2M高栏杆式防护,深度超过2M的基坑施工还必须采用密目式安全网做封闭式防护。

2、临边防护栏杆离基坑边口的距离不得小于50cm。333.jpg


坑壁支护

1、坑槽开挖时设置的边坡符合安全要求。坑壁支护的做法以及对重要地下管线的加固措施必须符合专项施工方案和基坑支护结构设计方案的要求。

2、支护设施产生局部变形,应会同设计人员提出方案并及时采取相应的措施进行调整加固。


排水措施

1、基坑施工应根据施工方案设置有效的排水、降水措施。

2、深基坑施工采用坑外降水的,必须有防止临近建筑物危险沉降的措施。


坑边荷载

1、基坑边堆土、料具堆放的数量和距基坑边距离等应符合有关规定和施工方案的要求。

2、机械设备施工与基坑(槽)边距离不符合有关要求时,应根据施工方案对机械施工作业范围内的基坑壁支护、地面等采取有效措施。


上下通道

1、基坑施工必须有专用通道供作业人员上下。

2、设置的通道,在结构上必须牢固可靠,数量、位置满足施工要求并符合有关安全防护规定。


土方开挖

1、施工机械应由企业安全管理部门检查验收后进场作业,并有验收记录。

2、施工机械操作人员应按规定进行培训考核,持证上岗,熟悉本工种安全技术操作规程。

3、施工作业时,应按施工方案和规程挖土,不得超挖、破坏基底土层的结构。

4、机械作业位置应稳定、安全,在挖土机作业半径范围内严禁人员进入。


监测

基坑支护结构应按照方案进行变形监测,并有监测记录。对毗邻建筑物和重要管线、道路应进行沉降观测,并有观测记录。

基坑支护工程监测包括: 支护结构检测和周围环境监测.

1.支护结构监测包括:

⑴对围护墙侧压力,弯曲应力和变形的监测

⑵对支撑锚杆的轴力,弯曲应力监测

土钉墙支护

⑶对腰梁(围檩)轴力,弯曲应力的监测

⑷对立柱沉降,拾起的监测

2.周围环境的监测

⑴临近建筑物的沉降和倾斜的监测

⑵地下管线的沉降和位移监测等

⑶坑外地形的变形监测


作业环境

1、基坑内作业人员应有稳定、安全的立足处。

2、垂直、交叉作业时应设置安全隔离防护措施。

3、夜间或光线较暗的施工应设置足够的照明,不得在一个作业场所只装设局部照明。


(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。

放坡开挖

适用于周围场地开阔,周围无重要建筑物,只要求稳定,位移控制无严格要求,价钱最便宜,回填土方较大。

深层搅拌水泥土围护墙

深层搅拌水泥土围护墙是采用深层搅拌机就地将土和输入的水泥浆强行搅拌,形成连续搭接的水泥土柱状加固体挡墙。水泥土围护墙优点:由于一般坑内无支撑,便于机械化快速挖土;具有挡土、止水的双重功能;一般情况下较经济;施工中无振动、无噪音、污染少、挤土轻微,因此在闹市区内施工更显出优越性。水泥土围护墙的缺点:首先是位移相对较大,尤其在基坑长度大时,为此可采取中间加墩、起拱等措施以限制过大的位移;其次是厚度较大,只有在红线位置和周围环境允许时才能采用,而且在水泥土搅拌桩施工时要注意防止影响周围环境。


高压旋喷桩

高压旋喷桩所用的材料亦为水泥浆,它是利用高压经过旋转的喷嘴将水泥浆喷入土层与土体混合形成水泥土加固体,相互搭接形成排桩,用来挡土和止水。高压旋喷桩的施工费用要高于深层搅拌水泥土桩,但其施工设备结构紧凑、体积小、机动性强、占地少,并且施工机具的振动很小,噪音也较低,不会对周围建筑物带来振动的影响和产生噪音等公害,它可用于空间较小处,但施工中有大量泥浆排出,容易引起污染。对于地下水流速过大的地层,无填充物的岩溶地段永冻土和对水泥有严重腐蚀的土质,由于喷射的浆液无法在注浆管周围凝固,均不宜采用该法。444.jpg


槽钢钢板桩

这是一种简易的钢板桩围护墙,由槽钢正反扣搭接或并排组成。槽钢长6~8m ,型号由计算确定。其特点为:槽钢具有良好的耐久性,基坑施工完毕回填土后可将槽钢拔出回收再次使用;施工方便,工期短;不能挡水和土中的细小颗粒,在地下水位高的地区需采取隔水或降水措施;抗弯能力较弱,多用于深度≤4m的较浅基坑或沟槽,顶部宜设置一道支撑或拉锚;支护刚度小,开挖后变形较大。

钢筋混凝土板桩

钢筋混凝土板桩具有施工简单、现场作业周期短等特点,曾在基坑中广泛应用,但由于钢筋混凝土板桩的施打一般采用锤击方法,振动与噪音大,同时沉桩过程中挤土也较为严重,在城市工程中受到一定限制。此外,其制作一般在工厂预制,再运至工地,成本较灌注桩等略高。但由于其截面形状及配筋对板桩受力较为合理并且可根据需要设计,可制作厚度较大(如厚度达500mm 以上) 的板桩,并有液压静力沉桩设备,故在基坑工程中仍是支护板墙的一种使用形式。


钻孔灌注桩

钻孔灌注桩围护墙是排桩式中应用最多的一种,在我国得到广泛的应用。其多用于坑深7~15m 的基坑工程,在我国北方土质较好地区已有8~9m 的臂桩围护墙。钻孔灌注桩支护墙体的特点有:施工时无振动、无噪音等环境公害,无挤土现象,对周围环境影响小;墙身强度高,刚度大,支护稳定性好,变形小。

工程桩也为灌注桩时,可以同步施工,从而施工有利于组织、方便、工期短;桩间缝隙易造成水土流失,特别时在高水位软粘土质地区,需根据工程条件采取注浆、水泥搅拌桩、旋喷桩等施工措施以解决挡水问题;适用于软粘土质和砂土地区,但是在砂砾层和卵石中施工困难应该慎用;桩与桩之间主要通过桩顶冠梁和围檩连成整体,因而相对整体性较差,当在重要地区,特殊工程及开挖深度很大的基坑中应用时需要特别慎重。


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