《城市地下空間建設(shè)新技術(shù)》第7章

城市地下空間建設(shè)新技術(shù),2014年11月19-22日 合肥,全國(guó)注冊(cè)土木工程師（巖土）繼續(xù)教育必修教材,第7章 城市高密集地區(qū)地下空間開(kāi)發(fā)巖土環(huán)境保護(hù)新技術(shù),1.1 概述1.2 全回收的深基坑圍護(hù)系統(tǒng) WSP樁（可回收的預(yù)制隔水樁） RCA可回收的復(fù)合錨桿1.3 集裝箱式土方挖運(yùn)方法1.4 地基隔振技術(shù)1.5 工程應(yīng)用1.6 結(jié)語(yǔ),提綱,1.1 概述,1.1.1 常用板式基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu),地下連續(xù)墻,SMW工法樁,鋼板樁,錨桿加灌注樁,砼支撐+鋼支撐,RESS,（1）環(huán)境問(wèn)題：圍護(hù)樁（墻）有殘留；（2）一般錨桿超地下紅線，土中有高強(qiáng)固體殘留，影響鄰近地下空間開(kāi)發(fā)，逐步被各地禁用，現(xiàn)有可回收錨桿承載力低，難以滿足錨固要求； （3）高造價(jià)，高耗材、高耗能；（4）各種形式的鋼板樁止水效果差。,1.1.2 現(xiàn)有圍護(hù)樁（墻）的局限性,全回收的基坑圍護(hù)系統(tǒng)（即Recycling Excavation Support System ，簡(jiǎn)稱RESS）（1）以WSP樁（預(yù)制隔水樁）作為豎向承載結(jié)構(gòu)；（2）以RCA(可回收的復(fù)合錨桿) （或支撐）作為水平承載結(jié)構(gòu)；（3）拓展RCA可回收的復(fù)合錨桿應(yīng)用至軟土地區(qū)；（4）實(shí)現(xiàn)基坑回填后土中無(wú)高強(qiáng)固體殘留。,1.1.3 RESS的新技術(shù)核心,1.2.1.1 背景技術(shù) 1.2.1.2 結(jié)構(gòu)構(gòu)造 1.2.1.3 工作機(jī)理 1.2.1.4 施工工藝 1.2.1.5 “以水堵漏”的隔水連接1.2.1.6 預(yù)制隔水樁設(shè)計(jì)方法1.2.1.7 技術(shù)優(yōu)越性 1.2.1.8 經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性 1.2.1.9 局限性 1.2.1.10 小結(jié),1.2 全回收的深基坑圍護(hù)系統(tǒng),1.2.1 預(yù)制隔水樁（WSP樁）技術(shù),ESC板樁（H型鋼+鋼板樁連接）H型鋼解決了豎向構(gòu)件抗彎、抗剪問(wèn)題鋼板樁連接解決了局部擋土問(wèn)題未能解決隔水問(wèn)題。,1.2.1.1 WSP樁的背景技術(shù),WSP樁包括預(yù)制樁體、隔水連接、隔水空腔三部分;隔水連接為可回收的堵漏材料; 預(yù)制樁體可以是各種尺寸的H型鋼、槽鋼、角鋼、鋼管、鋼板樁、鋼板及其組合；樁間連接可采用多種結(jié)構(gòu)形式。,1.2.1.2 WSP樁的結(jié)構(gòu)構(gòu)造,（1）可根據(jù)工程需求不同，設(shè)置相適應(yīng)的可回收隔水連接；（2）隔水連接在預(yù)制樁體施工后安裝，可避免施工破壞；（3）在基坑圍護(hù)期間，各根預(yù)制樁體通過(guò)隔水連接成為一整體圍護(hù)墻，既可擋土，亦可有效止水，形成安全可靠的豎向圍護(hù)結(jié)構(gòu)；（4）可設(shè)置兩重或多重隔水連接，以確保隔水可靠，可修；（5）基坑回填后，拔出預(yù)制樁體前，將隔水連接解除，便可逐根拔出預(yù)制樁體。,1.2.1.3 WSP樁的工作機(jī)理,該隔水連接包括彈性袋與充于彈性袋內(nèi)的充填體兩部分，彈性袋與相鄰的兩根預(yù)制樁體均緊密接觸，充填體為在充填彈性袋的過(guò)程中具備流動(dòng)性的物質(zhì)（水、泥漿等），如需增加彈性袋與兩根預(yù)制樁體間的密封度，可向彈性袋內(nèi)充氣，增加彈性袋內(nèi)壁的壓強(qiáng)，使其與預(yù)制樁體緊密接觸，達(dá)到止水目的。,1.2.1.4 “以水堵漏”的隔水連接,（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低；（2）易于安裝；（3）便于檢查與更換；（4）具備堵漏的自修復(fù)功能。,“以水堵漏”的隔水連接優(yōu)點(diǎn),（1）樁長(zhǎng)設(shè)計(jì)：主要根據(jù)基坑挖深、工程地質(zhì)條件，計(jì)算WSP樁的樁長(zhǎng)、入土深度；（2）截面與間距設(shè)計(jì)：結(jié)合水平承載體系的布置，計(jì)算WSP樁的彎矩、剪力、位移，根據(jù)內(nèi)力與變形計(jì)算成果，選定預(yù)制樁體的截面、間距；（3）隔水連接設(shè)計(jì)：結(jié)合施工工藝要求，設(shè)計(jì)隔水連接的布置與可回收隔水結(jié)構(gòu)。,1.2.1.5 預(yù)制隔水樁設(shè)計(jì)方法,（1）制作預(yù)制樁體與隔水空腔；（2）逐根沉入預(yù)制樁體；（3）施工可回收的隔水連接；（4）施工水平承載結(jié)構(gòu)；（5）基坑開(kāi)挖并維護(hù)隔水結(jié)構(gòu)；（6）基坑回填后回收隔水連接；（7）逐根拔出預(yù)制樁體，完成回收。,1.2.1.6 WSP樁施工工藝,（1）能耗低、土中無(wú)殘留，環(huán)境效益顯著；（2）可用于各種深度基坑，適用范圍廣；（3）隔水性能安全可靠 可設(shè)置具備自修復(fù)特性的隔水連接，即使出現(xiàn)漏水問(wèn)題，隔水連接可自行修補(bǔ)漏點(diǎn)；可設(shè)置兩重隔水連接，確保隔水連接安全可靠、可維修；（4）施工質(zhì)量可控，可避免偷工減料，施工方便，工藝簡(jiǎn)單，速度快，工期短。,1.2.1.7 WSP樁的技術(shù)優(yōu)越性,1.2.1.8 WSP樁的經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性,WSP樁與現(xiàn)有圍護(hù)樁（墻）造價(jià)概算比較,WSP樁較SMW工法樁節(jié)約造價(jià)約25，較鉆孔灌注樁可節(jié)約造價(jià)約2540，較地下連續(xù)墻可節(jié)約造價(jià)3545。,（1）應(yīng)考慮預(yù)制樁體插拔施工時(shí)拖帶沉降的影響；（2）對(duì)于深基坑，應(yīng)有效控制預(yù)制樁體穩(wěn)定性；（3）當(dāng)WSP樁較長(zhǎng)時(shí)，須采用簡(jiǎn)單可靠的接頭。,1.2.1.9 WSP樁的局限性,（1） WSP樁受力構(gòu)件為鋼構(gòu)件，因此其強(qiáng)度、剛度可算、可靠；（2） WSP樁的隔水連接可設(shè)置為具備自修復(fù)性能連接，可設(shè)置兩重隔水連接，因此，隔水性能可靠、可修；（3） WSP樁施工速度快，質(zhì)量好；（4） WSP樁可回收，無(wú)殘留，環(huán)境效益好；（5） WSP樁造價(jià)低、能耗低；（6）在插拔施工影響可接受條件下，基坑圍護(hù)樁應(yīng)采用WSP樁。,1.2.1.10 WSP樁小結(jié),1.2.2.1 錨桿在基坑圍護(hù)中的應(yīng)用障礙1.2.2.2 背景技術(shù)1.2.2.3 結(jié)構(gòu)構(gòu)造1.2.2.4 施工工藝 1.2.2.5 足尺試驗(yàn)研究1.2.2.6 技術(shù)優(yōu)越性1.2.2.7 經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性1.2.2.8 小結(jié),1.2 全回收的深基坑圍護(hù)系統(tǒng),1.2.2 RCA可回收的復(fù)合錨桿,（1）承載力低（2）成型難（a）成孔難（b）對(duì)心難（3）錨桿長(zhǎng)，超越用地紅線（各土層普遍障礙）,1.2.2.1 錨桿在軟土地區(qū)基坑圍護(hù)中的障礙,軟土地區(qū)錨桿應(yīng)用的三大障礙,1.2.2 RCA可回收的復(fù)合錨桿,1.2.2.2 背景技術(shù)（各種U形可回收錨桿）,U形錨橫截面圖,U形錨照片,U型錨工程應(yīng)用,JCE回收地錨,1.2.2.2 背景技術(shù)（U形錨的局限性：承載力低）,無(wú)錫某可回收錨桿足尺試驗(yàn),復(fù)合錨桿的構(gòu)造包括4部分： 1.錨固體 2.傳力帶 3.桿體 4.中空通道錨固體可以是：高壓旋噴樁、攪拌樁、水泥砂漿等傳力帶可以是： 水泥漿、砂漿、可分解材料等。桿體可以是： 鋼筋、鋼鉸線等中空通道是： 設(shè)置于傳力帶內(nèi)部沿著桿體方向 貫通的孔道,1.2.2.3 RCA的構(gòu)造,可回收的復(fù)合錨桿縱剖面示意圖,1.2.2.4 RCA施工工藝（可一次成型，準(zhǔn)確對(duì)心）,在水泥土加固體中施工錨桿,施工圍護(hù)樁（墻）與水泥土加固體,鎖定錨桿,（1）確定錨桿位置；（2）用可回收的傳力帶將桿體在錨固段位置與錨固體接觸處包裹，并設(shè)置中空通道，制造可回收的復(fù)合錨桿；（3）施工水泥土加固體、桿體，安裝可回收的復(fù)合錨桿；（4）鎖定錨桿；（5）待錨桿使用結(jié)束后，解除鎖定；（6）分解可回收的傳力帶；（7）拔出桿體及其他可回收構(gòu)件，完成回收施工。,1.2.2.4 RCA施工工藝（步驟）,1.2.2.4 軟土地區(qū)RCA足尺試驗(yàn)研究,工程地質(zhì)條件試驗(yàn)場(chǎng)地屬于上海地區(qū)典型的軟土地層，試驗(yàn)主要影響土層為上海地區(qū)第層粉質(zhì)粘土與第層淤泥質(zhì)粘土層,試驗(yàn)場(chǎng)地土層物理力學(xué)性質(zhì)表 （表1）,1.2.2.4 軟土地區(qū)RCA足尺試驗(yàn)研究,足尺試驗(yàn)用復(fù)合錨桿概況,足尺復(fù)合錨桿試驗(yàn)概況表（表2）,圖中的復(fù)合錨桿試驗(yàn)承載力達(dá)到365kN。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，水泥土攪拌樁出現(xiàn)破壞。,1.2.2.4 軟土地區(qū)RCA足尺試驗(yàn)研究,典型的復(fù)合錨桿的承載力基本試驗(yàn)QS曲線,（1）工期短；（2）挖土方便，交叉施工少。,1.2.2.5 RCA技術(shù)優(yōu)越性,1.2.2.6 RCA經(jīng)濟(jì)性,基坑面積越大，復(fù)合錨桿的造價(jià)節(jié)約越多。,當(dāng)基坑較小時(shí)，對(duì)于面積2000m2的小基坑，造價(jià)比為80。隨著基坑面積的增加，可回收復(fù)合錨桿的造價(jià)快速減小。1萬(wàn)m2的基坑，造價(jià)比36，對(duì)于5萬(wàn)m2的大基坑，造價(jià)比為16。,（1）可回收的復(fù)合錨桿實(shí)現(xiàn)了桿體的全回收，且桿體與錨固體可全長(zhǎng)粘結(jié)，錨桿承載力大，適于基坑圍護(hù)中提供水平承載力，能耗低，有利于巖土環(huán)境保護(hù)；（2）在軟土區(qū)域，通過(guò)復(fù)合錨桿技術(shù)研發(fā)，解決了普通錨桿承載力低、變形大的缺點(diǎn)，復(fù)合錨桿是軟土地區(qū)經(jīng)濟(jì)適用的錨桿形式；（3）通過(guò)一次成型等施工工藝，解決了錨桿施工中對(duì)心難的難題，使錨桿施工質(zhì)量穩(wěn)定、可靠；（4）通過(guò)水泥土加固體充分挖掘了軟土的潛力，克服了水泥土與桿體之間連接強(qiáng)度低的缺陷；（5）較內(nèi)支撐體系，可回收的復(fù)合錨桿大幅降低了造價(jià)，并可縮短工期。,1.2.2.7 RCA小結(jié),傳統(tǒng)粗放的土方挖運(yùn)存在的問(wèn)題：（1）土方挖運(yùn)成本高；（2）開(kāi)挖面原狀土的翻運(yùn)收集，增加了松土的體積，進(jìn)一步提高了挖土費(fèi)用；（3）土方挖運(yùn)速度慢，制約工期；（4）環(huán)境污染嚴(yán)重，在翻土、推運(yùn)收集、垂直運(yùn)輸及土方外運(yùn)過(guò)程會(huì)產(chǎn)生較多的粉塵，影響空氣質(zhì)量。,1.3 集裝箱式土方挖運(yùn)方法,（1）將集土箱放置于深基坑中開(kāi)挖面位置；（2）將深基坑中需挖出的土方開(kāi)挖并裝載至集土箱內(nèi)；（3）將集土箱吊運(yùn)至運(yùn)輸車輛，并將集土箱與運(yùn)輸車輛臨時(shí)固定；（4）將集土箱運(yùn)至預(yù)期位置；（5）卸除集土箱內(nèi)的土體；（5）將集土箱運(yùn)回，完成一次土方運(yùn)輸；（5）重復(fù)步驟a）至步驟f），完成土方挖運(yùn)。,深基坑集裝箱式土方挖運(yùn)步驟,集裝箱式土方挖運(yùn)方法示意圖,在密集城區(qū)，已建建筑物往往因?yàn)猷徑こ探ㄔO(shè)、工業(yè)生產(chǎn)、軌道交通運(yùn)營(yíng)等產(chǎn)生的振動(dòng)影響到建筑物的正常使用與安全，目前此類事件時(shí)常引發(fā)社會(huì)糾紛。對(duì)于已建的建（構(gòu)）筑物進(jìn)行有效保護(hù)，減小消除鄰近地基土振動(dòng)對(duì)已建建（構(gòu)）筑物的影響是土木工程領(lǐng)域中的一個(gè)新的發(fā)展方向。,1.4 地基隔振技術(shù)-壓力平衡地基隔振方法,設(shè)置隔振容器（1）向隔振容器（1）中充填流體（2）。 使流體（2）的壓力與外側(cè)的土壓力（包括土中水壓力）基本平衡通過(guò)流體（2）的運(yùn)動(dòng)吸收地基土的振動(dòng)能量，達(dá)到隔振目的。,1.4.1 第一種壓力平衡地基隔振方法,第一種隔振器平面布置示意圖,1隔振容器；2流體；3導(dǎo)流管；4收集器；5地基土；6近振源；7被被保護(hù)對(duì)象；,設(shè)置隔振容器（1）及其中的減震器（12） 利用隔振容器（1）彈力或減震器（12）的支撐力與土壓力平衡；，通過(guò)隔振容器（1）與減震器（12）耗散地基土振動(dòng)能量，達(dá)到減振目的。,1.4.2 第二種壓力平衡地基隔振方法,第二種隔振器平面布置示意圖,1隔振容器；2流體；3導(dǎo)流管；4收集器；5地基土；6近振源；7被被保護(hù)對(duì)象；12減震器；,工程建設(shè)地點(diǎn)：江蘇省昆山市珠江路工程建設(shè)單位：昆山金鷹置業(yè)有限公司基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)單位：冶金工業(yè)部華東勘察基礎(chǔ)工程總公司可回收錨桿生產(chǎn)與施工單位：上海地固巖土工程有限公司,1.5工程應(yīng)用江蘇省昆山金鷹A地塊項(xiàng)目二期基坑圍護(hù)工程,1.5.1 工程概況,周邊環(huán)境： 基坑北側(cè)23m為東新街； 基坑西側(cè)23m為珠江路； 基坑南側(cè)穿越河浜；