大型深基坑支護結構和施工新技術

1、中建三局建設工程股份有限公司中建三局建設工程股份有限公司2013.07.15大型深基坑支護結構和施工新技術21我國基坑工程的發(fā)展概況2基坑工程的新型支護結構3深基坑工程施工新設備和新工藝4逆作法和利用“時空效應”的開挖技術5結語大型深基坑支護結構和施工新技術31 我國基坑工程的發(fā)展概況上一世紀九十年代以來我國基坑工程技術長足發(fā)展?；庸こ碳夹g的發(fā)展歷程第一階段：上一世紀80年代末到90年代末，研究、探索階段；第二階段：新世紀初的十多年，發(fā)展階段。大型深基坑支護結構和施工新技術4基坑工程技術的發(fā)展歷程兩個階段的標志第一階段：2000年前后基坑工程的國家行業(yè)標準和地方標準的頒布；第二階段：2009

2、年建筑基坑工程監(jiān)測技術規(guī)范（GB50497）的頒布、一批相關的規(guī)范全面修訂。1 我國基坑工程的發(fā)展概況大型深基坑支護結構和施工新技術5基坑工程設計理念的改變早期：設計往往以滿足地下工程施工為主?；蛞越?jīng)驗為主；或以理論為主?，F(xiàn)今：滿足環(huán)境保護已成為設計施工的基本出發(fā)點。理論和經(jīng)驗相結合。1 我國基坑工程的發(fā)展概況基坑工程技術的發(fā)展歷程大型深基坑支護結構和施工新技術6基坑設計方法極限平衡法（卜魯姆法、盾恩法、相當梁法等 ）；彈性支點法（解決變形分析問題）；有限元法（平面、空間；土體與結構共同作用；考慮土的彈塑性等 ）1 我國基坑工程的發(fā)展概況基坑工程技術的發(fā)展歷程大型深基坑支護結構和施工新技術7對

3、基坑穩(wěn)定性的認識基坑事故主要是巖土類型的破壞形式。整體滑動穩(wěn)定性、抗隆起穩(wěn)定性等在軟土中尤其重視。1 我國基坑工程的發(fā)展概況基坑工程技術的發(fā)展歷程大型深基坑支護結構和施工新技術8放坡重力式水泥土墻土釘墻常用的基坑支護結構土體加固類放坡、土釘墻、重力式水泥土墻等。2 基坑工程的新型支護結構大型深基坑支護結構和施工新技術9鋼板樁地下連續(xù)墻灌注樁排樁型鋼水泥土攪拌墻常用的基坑支護結構支擋、拉錨式圍護墻：排樁、地下連續(xù)墻；支錨體系：拉錨式，內支撐。圍護墻：2 基坑工程的新型支護結構大型深基坑支護結構和施工新技術10常用的基坑支護結構支擋、錨拉式圍護墻：排樁、地下連續(xù)墻；支錨體系：拉錨式，內支撐。支錨體

4、系：內支撐鋼支撐混凝土支撐2 基坑工程的新型支護結構大型深基坑支護結構和施工新技術常用的基坑支護結構支擋、拉錨式圍護墻：排樁、地下連續(xù)墻；支錨體系：拉錨式，內支撐。支錨體系：拉錨和錨桿錨定式拉錨土層錨桿2 基坑工程的新型支護結構大型深基坑支護結構和施工新技術122.1 復合土釘墻土釘支護結構的優(yōu)點施工方便、設備簡單、經(jīng)濟效益顯著等。土釘支護結構的主要問題適用有一定限制，僅適用于非軟土場地。軟土地區(qū)：穩(wěn)定性。2 基坑工程的新型支護結構大型深基坑支護結構和施工新技術13整體失穩(wěn)坑底隆起過大變形土釘支護結構的主要問題軟土地區(qū)：穩(wěn)定性。2 基坑工程的新型支護結構2.1 復合土釘墻大型深基坑支護結構和施

5、工新技術14復合土釘墻采用水泥土攪拌樁、預應力錨桿、微型樁等的一類或幾類結構與土釘墻復合而成的支護結構。2 基坑工程的新型支護結構2.1 復合土釘墻大型深基坑支護結構和施工新技術15a）截水帷幕復合土釘墻b）預應力錨桿復合土釘墻c）微型樁復合土釘墻d）截水帷幕-預應力錨桿復合土釘墻e）截水帷幕-微型樁復合土釘墻f）微型樁-預應力錨桿復合土釘墻g）止水帷幕-微型樁-預應力錨桿復合土釘墻2 基坑工程的新型支護結構2.1 復合土釘墻大型深基坑支護結構和施工新技術 軟土地區(qū)的應用 以水泥土攪拌樁、微型樁等“超前支護”， 解決：隔水性； 土體的自立性（加大自立高度和持續(xù)時間、 提高穩(wěn)定性）。16水泥土攪

6、拌樁復合土釘墻2 基坑工程的新型支護結構2.1 復合土釘墻大型深基坑支護結構和施工新技術超前樁施加預應力 超前樁-預應力錨桿復合土釘墻非軟土地區(qū)的應用通過微型樁、預應力錨桿等對限制土體的位移。預應力錨桿復合土釘墻，加大預應力可使位移減少40%50%。使其適應的基坑開挖深度有所增加。復合土釘墻使開挖深度有所增加（1215m）。2 基坑工程的新型支護結構2.1 復合土釘墻大型深基坑支護結構和施工新技術H iqObiR iN Uj /P Uj / mj j21431土釘；2預應力錨桿；3截水帷幕；4微型樁復合土釘墻結構設計中應注意的問題可計入復合體的共同作用，但復合體的作用：不可過高估計；原位土層、

7、土釘對結構穩(wěn)定性的貢獻：應占有主要的份額182 基坑工程的新型支護結構2.1 復合土釘墻大型深基坑支護結構和施工新技術192.2 雙排樁結構由前、后兩排支護樁和梁連接成的剛架及冠梁組成的支擋式結構。雙排樁結構的特點結構：有較大的側向剛度，無需支撐或拉錨施工：適應性廣、工藝簡單、與土方開挖無交叉作業(yè)、施工工期短等。2 基坑工程的新型支護結構雙排樁結構大型深基坑支護結構和施工新技術132GPpkEkPkE pk1前排樁；2后排樁；3剛架梁雙排樁的設計嵌固穩(wěn)定性驗算：以結構前后排樁與樁間土的整體分析，但嵌固段被動土的抗力作用在總抵抗力矩中占主要部分。202.2 雙排樁結構2 基坑工程的新型支護結構大

8、型深基坑支護結構和施工新技術hld h1前排樁；2后排樁；3剛架梁雙排樁的設計剛架結構受力分析：1）前、后排樁的受力前排受壓；后排受拉，q0bs bpo123并引起前、后排樁豎向位移和樁身彎矩。q0pak abpak a123212.2 雙排樁結構2 基坑工程的新型支護結構大型深基坑支護結構和施工新技術hld h雙排樁的設計2）前、后排樁之間土體考慮其的反力與變形關系（樁間土看作水平向單向壓縮體，按壓縮模量確定剛度系數(shù)） 考慮開挖后應力釋放引起的初始壓力（按樁間土自重占滑動體自重的比值確定）。 22剛架結構受力分析：q0bs bpo123q0pak abpak a1232.2 雙排樁結構2 基

9、坑工程的新型支護結構大型深基坑支護結構和施工新技術23雙排樁的設計剛架結構受力分析：3）樁頂梁樁與樁頂梁的連接形成剛架結構。2.2 雙排樁結構2 基坑工程的新型支護結構大型深基坑支護結構和施工新技術242 基坑工程的新型支護結構 2.3 型鋼水泥土攪拌墻型鋼水泥土攪拌墻由水泥土墻和內插的型鋼組成的復合支護結構。特點支護性能好、造價低、環(huán)保（型鋼可回收）等。我國于2010年頒布了型鋼水泥土攪拌墻技術規(guī)程JGJ/T199 ，標志了該技術已較為成熟。大型深基坑支護結構和施工新技術25型鋼和水泥土作用型鋼：作為擋土結構；水泥土：作為截水帷幕。2 基坑工程的新型支護結構 2.3 型鋼水泥土攪拌墻大型深基

10、坑支護結構和施工新技術26型鋼水泥土攪拌墻的工作特性墻體變位較小時：水泥土對提高墻體的剛度有相當貢獻；墻體的抗彎承載力驗算：不應考慮水泥土的作用；型鋼間水泥土的受剪：包括型鋼間水泥土的錯動受剪和最弱截面處的局部受剪。2 基坑工程的新型支護結構 2.3 型鋼水泥土攪拌墻大型深基坑支護結構和施工新技術27型鋼水泥土攪拌墻的樁身強度這是目前工程中矛盾比較集中的問題。設計要求：一般強度為1.0MPa左右，甚至更高；實際情況：往往難以達到設計要求；取芯檢測：28d強度值一般在0.4MPa左右。2 基坑工程的新型支護結構 2.3 型鋼水泥土攪拌墻大型深基坑支護結構和施工新技術28如何確定水泥土攪拌墻的樁身

11、強度？工程實際：鮮有因強度較低而造成破壞的事例；理論分析：要求水泥土28d抗壓強度為0.5MPa左右；規(guī)范建議：采用不小于0.5MPa較為適宜。2 基坑工程的新型支護結構 2.3 型鋼水泥土攪拌墻大型深基坑支護結構和施工新技術293 深基坑工程施工新設備和新工藝施工中新設備和新工藝地下連續(xù)墻、混凝土咬合樁排樁、超深多軸水泥土攪拌樁（SMW工法）、水泥土攪拌連續(xù)墻（TRD工法）、超大型環(huán)形支撐體系、十字鋼支撐雙向復加預應力技術、混凝土支撐的繩（鏈）鋸切割法、錨桿的回收 技術等。大型深基坑支護結構和施工新技術1）抓斗式成槽機（適用軟弱土層）2）回轉式多頭鉆成槽機（適用較硬的土層）3 深基坑工程施工

12、新設備和新工藝3.1 地下連續(xù)墻成槽機械和工藝常用的成槽機械3） 雙輪銑削式成槽機（適用堅硬土層和巖石，也適用軟土及砂性土）30大型深基坑支護結構和施工新技術31上海500kV世博地下變電站（成槽1.2m厚、60m深）3 深基坑工程施工新設備和新工藝3.1 地下連續(xù)墻成槽機械和工藝銑削式成槽機最大成槽深度可達150m，墻體厚度可達2.5m。大型深基坑支護結構和施工新技術32槽壁穩(wěn)定粉土、粉砂土等易坍塌土層的技術措施： “夾心”地下連續(xù)墻（水泥土攪拌樁保護槽壁）； 改良泥漿性能。3 深基坑工程施工新設備和新工藝3.1 地下連續(xù)墻成槽機械和工藝水泥土攪拌樁保護槽壁大型深基坑支護結構和施工新技術33

13、1）旋挖鉆孔灌注樁3 深基坑工程施工新設備和新工藝3.2 灌注樁施工新技術大型深基坑支護結構和施工新技術341）旋挖鉆孔灌注旋挖成孔：通過桶狀斗式鉆頭回轉切削土體。裝土外運：直接將土裝入鉆斗，提升卸土。泥漿護壁：易坍塌土層采用靜態(tài)泥漿護壁（泥漿排量僅傳統(tǒng)工藝的1/41/5）；不易坍塌土層可采用干式或清水鉆進工藝（無需泥漿護壁）。3 深基坑工程施工新設備和新工藝3.2 灌注樁施工新技術大型深基坑支護結構和施工新技術352）鉆孔咬合灌注樁由間隔布置的混凝土素樁和配筋樁相互咬合，形成的 “樁墻”。3 深基坑工程施工新設備和新工藝3.2 灌注樁施工新技術咬合方法旋挖鉆機成孔、沖抓鉆成孔、全套管成孔等。

14、大型深基坑支護結構和施工新技術362）鉆孔咬合灌注樁性能與間隔式灌注樁排樁相比：截水性能良好、不需附加的截水帷幕。與地下連續(xù)墻相比：功能基本相同，但施工簡便、造價低廉。3 深基坑工程施工新設備和新工藝3.2 灌注樁施工新技術大型深基坑支護結構和施工新技術372）鉆孔咬合灌注樁3 深基坑工程施工新設備和新工藝3.2 灌注樁施工新技術大型深基坑支護結構和施工新技術382）鉆孔咬合灌注樁素樁和配筋樁素樁的混凝土：（超緩凝）初凝時間不小于4070h；3d強度不大于3MPa；28d強度不小于C15。配筋灌注樁：素樁混凝土初凝階段施工，咬合素樁。3 深基坑工程施工新設備和新工藝3.2 灌注樁施工新技術大型

15、深基坑支護結構和施工新技術392）鉆孔咬合灌注樁全套管成孔適用：除用于咬合樁外，還可用于：淤泥、流砂、地下水富集等不良地層；城市建筑物密集或有地下障礙的地區(qū)。3 深基坑工程施工新設備和新工藝3.2 灌注樁施工新技術大型深基坑支護結構和施工新技術403 深基坑工程施工新設備和新工藝3.3 型鋼水泥土攪拌墻施工工藝1）多軸柱列式水泥土攪拌墻SMW工法（Soil Mixing Wall）攪拌樁施工機械：三軸（四軸或五軸）攪拌樁機械；樁徑6501000mm，最大深度可達60m。型鋼拔出機械：液壓式拔樁機。三軸攪拌樁機液壓式拔樁機大型深基坑支護結構和施工新技術41高水灰比的必要性？3 深基坑工程施工新設

16、備和新工藝3.3 型鋼水泥土攪拌墻施工工藝1）多軸柱列式水泥土攪拌墻關于水泥土水灰比的討論：我國規(guī)范建議水泥摻量高達20%左右；水灰比為1.52.0，砂礫土中為1.22.0。大型深基坑支護結構和施工新技術高水灰比的必要性？不必要對水泥土強度并無益處；大量原土被置換，施工中難以實現(xiàn)（實際施工中往往出現(xiàn)涌土時便停止注漿）；置換排出的土為水泥含量較高的廢土，造成污染。423 深基坑工程施工新設備和新工藝3.3 型鋼水泥土攪拌墻施工工藝1）多軸柱列式水泥土攪拌墻大型深基坑支護結構和施工新技術431）多軸柱列式水泥土攪拌墻高水灰比必要性？基于水泥土強度0.5MPa可滿足要求的前提，建議水泥摻量取15%1

17、8%； 水灰比取0.81.0。改用震動插入型鋼的方法。日本有關資料：水泥摻量15%左右，水灰比0.81.0之間。3 深基坑工程施工新設備和新工藝3.3 型鋼水泥土攪拌墻施工工藝大型深基坑支護結構和施工新技術443 深基坑工程施工新設備和新工藝3.3 型鋼水泥土攪拌墻施工工藝1）多軸柱列式水泥土攪拌墻型鋼插入：震動沉入自重下沉大型深基坑支護結構和施工新技術型鋼插入時間？規(guī)范規(guī)定：水泥土攪拌后30min內插入；工程經(jīng)驗；水泥土攪拌后12h內插入，并無影響。振動插入對型鋼與水泥土的粘結力的影響？在攪拌樁施工后12h內（水泥初凝前），振動插入型鋼不會影響粘結力。453 深基坑工程施工新設備和新工藝3.

18、3 型鋼水泥土攪拌墻施工工藝1）多軸柱列式水泥土攪拌墻大型深基坑支護結構和施工新技術462）水泥土攪拌連續(xù)墻日本稱TRD工法（Trench Cutting Re-mixing Deep Wall）3 深基坑工程施工新設備和新工藝3.3 型鋼水泥土攪拌墻施工工藝大型深基坑支護結構和施工新技術472）水泥土攪拌連續(xù)墻特點與多軸柱列式水泥土攪拌墻相比：成墻連續(xù)；表面平整；深度大。3 深基坑工程施工新設備和新工藝3.3 型鋼水泥土攪拌墻施工工藝大型深基坑支護結構和施工新技術482）水泥土攪拌連續(xù)墻攪拌連續(xù)墻施工機械成墻：采用鏈鋸式攪拌刀具；成墻深：刀具用銷栓連接，深度可達數(shù)十米；高度?。赫w高低僅10

19、m左右。3 深基坑工程施工新設備和新工藝3.3 型鋼水泥土攪拌墻施工工藝大型深基坑支護結構和施工新技術492）水泥土攪拌連續(xù)墻施工工藝主機所帶的鏈鋸式攪拌刀具沉入地基土中并沿刀架移動，作往復運動，并在深度方向灌入水泥漿液，與土體攪拌、混合成墻。3 深基坑工程施工新設備和新工藝3.3 型鋼水泥土攪拌墻施工工藝大型深基坑支護結構和施工新技術504.1 地下結構的逆作法建造逆作法地下工程由上向下施工的方法。特別適用：超深地下結構、環(huán)境保護要求高。4 逆作法和利用“時空效應”的開挖技術大型深基坑支護結構和施工新技術以主體結構作為“支撐”，剛度大，基坑變形較??；無需支撐，大大節(jié)約資源、降低能耗；可實現(xiàn)上

20、、下結構同步施工，不同程度縮短工期；地下結構頂板較早形成，施工現(xiàn)場布置方便。51優(yōu)點4.1 地下結構的逆作法建造4 逆作法和利用“時空效應”的開挖技術大型深基坑支護結構和施工新技術52全逆作法逆作的幾種方法 上下結構是否同步施工 半逆作法4.1 地下結構的逆作法建造4 逆作法和利用“時空效應”的開挖技術大型深基坑支護結構和施工新技術53逆作的幾種方法平面區(qū)域是否全部逆作施工全平面逆作法主樓順做裙樓逆作坑邊逆作法4.1 地下結構的逆作法建造4 逆作法和利用“時空效應”的開挖技術大型深基坑支護結構和施工新技術54逆作的幾種方法頂板以下結構是否采用逆作從頂板以下結構是否采用逆作的角度蓋挖法4.1 地

21、下結構的逆作法建造4 逆作法和利用“時空效應”的開挖技術大型深基坑支護結構和施工新技術55逆作的幾種方法 圍護結構是否兼作主體結構外墻“兩墻合一”(地下連續(xù)墻)“兩墻合一”的逆作法臨時圍護墻(灌注樁排樁)臨時圍護墻、水平結構的逆作法4.1 地下結構的逆作法建造4 逆作法和利用“時空效應”的開挖技術大型深基坑支護結構和施工新技術56逆作法的土方開挖取土架（抓斗）挖土抓斗挖土4.1 地下結構的逆作法建造4 逆作法和利用“時空效應”的開挖技術大型深基坑支護結構和施工新技術57逆作法的土方開挖長臂挖土機4.1 地下結構的逆作法建造4 逆作法和利用“時空效應”的開挖技術大型深基坑支護結構和施工新技術58

22、逆作法的土方開挖皮帶運輸機取土4.1 地下結構的逆作法建造4 逆作法和利用“時空效應”的開挖技術大型深基坑支護結構和施工新技術59逆作法的土方開挖加大取土孔面積、增加取土孔數(shù)量提高挖土效率4.1 地下結構的逆作法建造4 逆作法和利用“時空效應”的開挖技術大型深基坑支護結構和施工新技術604.2 軟土地區(qū)利用“時空效應”的開挖技術軟土地區(qū)土的特點含水率高、強度低，在開挖時有很大的流變性。開挖易引起基坑過大變形，甚至危及周邊環(huán)境。4 逆作法和利用“時空效應”的開挖技術大型深基坑支護結構和施工新技術61基坑工程的“時空效應”基坑支護結構的變形和周邊地層的變形：隨時間推移而發(fā)展；因開挖的空間尺度、坑底暴露面積而不同。這在軟土地基的條件下尤為突出。4.2 軟土地區(qū)利用“時空效應”的開挖技術4 逆作法和利用“時空效應”的開挖技術大