城市地下工程的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)

1、城市地下工程的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)城市地下工程， 是指在城市內(nèi)部深入地面以下為開發(fā)利用地 下空間資源所建造的地下土木工程； 城市地下工程具有現(xiàn)場環(huán)境 條件復(fù)雜、工期長、技術(shù)要求高、施工難度大、對環(huán)境影響控制 要求高等特點 , 是一項相當(dāng)復(fù)雜的高風(fēng)險性系統(tǒng)工程。一、概述基坑工程是由地面向下開挖一個地下空間， 四周設(shè)置垂直的 擋土圍護(hù)結(jié)構(gòu)以及支撐結(jié)構(gòu)的工程。 圍護(hù)結(jié)構(gòu)一般是在開挖面基 底下有一定插入深度的板（樁）墻結(jié)構(gòu)，主要承受基坑開挖卸荷 所產(chǎn)生的土壓力和水壓力， 并將此壓力傳遞給支撐， 是穩(wěn)定基坑 的一種擋墻結(jié)構(gòu)； 支撐結(jié)構(gòu)分為內(nèi)撐和外錨兩種， 主要是為了減 小圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形，控制墻體的彎矩。城市地下

2、工程中， 涉及到基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的主要有兩種土建工 程：一種主要用于車站，地下倉庫以及地下停車場；一種主要用 于地鐵區(qū)間線路修建。二、基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容 城市地下工程的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)， 由于其所處的特殊地理位置 和功能， 導(dǎo)致其具有環(huán)境效應(yīng)， 會引起周圍地基地下水位的變化 和應(yīng)力場的改變， 周圍地基土體的變形， 對周圍建筑物和地下管 線產(chǎn)生影響， 因此在基坑圍護(hù)工程設(shè)計和施工時首先要保護(hù)相鄰 建筑物和市政設(shè)施的安全。具體的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容如下：(1) 環(huán)境調(diào)查及基坑安全等級：在圍護(hù)設(shè)計中，首先應(yīng)根據(jù) 基坑的深度地質(zhì)條件及周邊環(huán)境條件確定基坑的安全等級， 這是 進(jìn)行基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計的首要條件；(

3、2) 圍護(hù)結(jié)構(gòu)的選擇和布置：軟粘土地基、黃土地基等工程 地質(zhì)和水文地質(zhì)條件不同的地基中基坑工程差異性很大， 同一城 市不同區(qū)域也有差異，因此要根據(jù)工程規(guī)模、主體工程特點、場 地條件等因素確定基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的類型；(3) 圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計計算：通過設(shè)計計算確定結(jié)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)力 和變形，據(jù)以驗算截面承載力和基坑位移；(4) 圍護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性驗算：為防止因圍護(hù)墻插入深度不夠等 原因產(chǎn)生過大變形，當(dāng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)計算完成后進(jìn)行穩(wěn)定性驗算；(5) 節(jié)點設(shè)計：對基坑階段構(gòu)造進(jìn)行設(shè)計，防止因節(jié)點構(gòu)造 不合理或施工問題導(dǎo)致基坑變形過大；(6) 井點降水：在地下水位較高的地區(qū)，在設(shè)計階段要確定 降水深度和采取的技術(shù)方案， 在開

4、挖深基坑時候注意加強排水防 灌措施，風(fēng)險較大應(yīng)該提前做好應(yīng)急預(yù)案；(7) 土方開挖：土方開挖的施工組織中不合理的土方開挖、 步驟和速度可能導(dǎo)致主體結(jié)構(gòu)樁基變位、支護(hù)結(jié)構(gòu)過大的變形， 甚至引起支護(hù)體系失穩(wěn)而導(dǎo)致破壞， 要求每階段的開挖深度與相 應(yīng)設(shè)計工況的計算模型一致，強調(diào)先支撐后開挖的原則；(8) 監(jiān)測：基坑工程施工過程中應(yīng)進(jìn)行監(jiān)測，力求實行信息 化施工，并應(yīng)有應(yīng)急措施，防止出現(xiàn)安全事故問題。三、基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)類型 在我國應(yīng)用較多的基坑圍護(hù)類型有工字鋼樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)、 鋼板 樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)、鉆孔灌注樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)、SMW樁、高壓旋噴樁以及地下連續(xù)墻等。 以下對各種結(jié)構(gòu)類型的特點、 優(yōu)缺點以及適用范 圍做簡述

5、，為設(shè)計選擇提供參考。(1) 工字鋼樁圍護(hù)結(jié)構(gòu) 作為基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的工字鋼，一般采用 I50 號、 I55 號和160號大型工字鋼?；娱_挖前，使用打樁機按1.01.2m的樁間距沿基坑設(shè)計邊線打入地下。 基坑開挖時， 為了擋住樁間土體， 在樁間插入50mm厚的水平木板?；娱_挖至一定深度后，設(shè)置 腰梁和橫撐或者錨索(桿)，橫撐采用鋼管或組合鋼梁，腰梁多 采用大型槽鋼和工字鋼。工字鋼樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)適用于砂性土、 黏性土、 以及粒徑不大于 100mm的砂卵石地層；當(dāng)?shù)叵滤惠^高時，必須配合人工降水措 施。打樁時，施工噪聲較大，一般都在 l00dB 以上，超過了環(huán)境 保護(hù)法規(guī)定的限值。 因此，一般宜用于

6、郊區(qū)距居民點較遠(yuǎn)的基坑 施工中， 或者對于基坑范圍不大的地鐵車站出入口， 臨時施工豎 井也可以考慮采用工字鋼圍護(hù)結(jié)構(gòu)。(2) 鋼板樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)鋼板樁常采用U形或Z形斷面形式。我國地鐵施工中多用 U 形鋼板樁，其構(gòu)成方法分為雙層鋼板樁圍堰、單層鋼板樁圍堰、 以及屏幕等，其沉放、拔除方法、以及使用的機械均與工字鋼樁 相同。地鐵施工時基坑較深，多采用帷幕式構(gòu)造，可以保證其垂 直度。鋼板樁，樁與樁之間的連接緊密，強度高，隔水效果好，可 以重復(fù)使用。因此，上海、天津等沿海城市修建地下鐵道時，在 地下水位較高的基坑中經(jīng)常采用鋼板樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)。(3) 鉆孔灌注樁圍護(hù)結(jié)構(gòu) 鉆孔灌注樁系是指在工程現(xiàn)場通過機械鉆孔在

7、地基土中形 成樁孔，并在其內(nèi)放置鋼筋籠、灌注混凝土而做成的樁。地鐵明 挖基坑中多采用沖擊式鉆機、 螺旋鉆機和正反循環(huán)鉆機等。 其特 點是墻身強度高，剛度大，支護(hù)穩(wěn)定性好，變形小， 無擠土現(xiàn) 象，施工時無振動無噪聲等環(huán)境污染，對周圍環(huán)境影響小。對正反循環(huán)鉆機， 由于其采用泥漿護(hù)壁成孔， 故成孔時噪聲 低，適于城區(qū)施工， 在地鐵基坑和高層建筑深基坑施工中得到廣 泛應(yīng)用。但是樁與樁之間主要是通過樁頂冠梁和圍檁連成整體， 因而相對整體性比較差， 當(dāng)在重要地區(qū)， 特殊工程以及開挖深度 很大的基坑中應(yīng)用時需要特別慎重。(4) 深層攪拌樁擋土結(jié)構(gòu) 深層攪拌樁擋土結(jié)構(gòu)是利用水泥石灰等材料作為固化劑通 過深層攪

8、拌機械， 將軟土和固化劑強制攪拌， 利用固化劑和軟土 之間所產(chǎn)生的一系列物理化學(xué)反應(yīng)， 使軟土硬結(jié)成具有整體性水 穩(wěn)定性和一定強度的水泥土攪拌樁體， 作為基坑的支護(hù)結(jié)構(gòu)。 簡 言之就是用攪拌機械將水泥、 石灰等和地基土相拌合， 從而達(dá)到 加固地基的目的。 作為擋土結(jié)構(gòu)的攪拌樁一般布置成格柵形， 深 層攪拌樁也可連續(xù)搭接布置形成止水帷幕。(5) SMW 樁SMV樁擋土墻是利用攪拌設(shè)備就地切削土體，然后注入水泥 類混合液攪拌形成均勻的擋墻， 然后在水泥土混合體硬結(jié)之前插 入作為補強材料的 H 型鋼或鋼板，即形成一種勁性復(fù)合圍護(hù)結(jié) 構(gòu)。這種圍護(hù)結(jié)構(gòu)的特點主要表現(xiàn)在防水止水性好， 整體剛度大 強度高、

9、構(gòu)造簡單，施工速度快，占用施工場地少，對周邊環(huán)境 影響小，同時型鋼可以部分回收、重復(fù)利用，符合環(huán)保要求。目 前杭州地鐵一號線天津豐鐵基坑南京地鐵二號線等基坑圍護(hù)中 都成功應(yīng)用了 SMWS護(hù)結(jié)構(gòu)。(6) 高壓旋噴樁 高壓旋噴樁是利用高壓旋轉(zhuǎn)將水泥漿噴入土層與土體混合體，形成水泥土加固體，相互搭接形成的排樁。高壓旋噴樁施工 結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、機動性強、占地少，并且機具的振動很小， 對周圍建筑物帶來的振動影響和噪音影響小， 但施工中有大量泥 漿排出， 容易引起污染， 但是其施工費用要高于深層攪拌水泥土 樁。對于地下水流速過大的地層， 由于噴射的漿液無法在注漿管 周圍凝固，也不宜采用此法。(7) 地下

10、連續(xù)墻地下連續(xù)墻是采用一種挖槽機械， 沿著深開挖工程的周邊軸 線，在泥漿護(hù)壁條件下，開挖出一條狹長的深槽，清槽后，在槽 內(nèi)吊放鋼筋籠，用導(dǎo)管法灌筑水下混凝土筑成的一道鋼筋混凝土 墻壁。地下連續(xù)墻墻體剛度大，施工時振動小、噪聲低，對周邊地 層擾動小；可適用于多種土層，除過孤石、大顆粒卵礫石等局部 障礙物會影響成槽效率外，其他的對黏性土、無黏性土、卵礫石 層等各種地層均能高效成槽。四、基坑圍護(hù)注意事項基坑開挖及圍護(hù)結(jié)構(gòu)施作過程中， 應(yīng)嚴(yán)格遵循操作流程，同 時要進(jìn)行快速施工，盡量減少基坑支護(hù)時間， 并且根據(jù)現(xiàn)場不同 的地質(zhì)及鄰近建筑物情況采取不同的有針對性的圍護(hù)結(jié)構(gòu)。同時對附近重大建筑物荷載的進(jìn)行監(jiān)控量測，根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測的實際情況逐步調(diào)整施工參數(shù)，優(yōu)化施工工序，如果發(fā)現(xiàn)基坑施工的不利 因