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浙江沿海地区基坑支护选型总结,超用心!

 谁清斋 2015-06-20

小编语

本文系筑龙资深网友guweibin总结分享,希望可以对相似地质条件地区的基坑工程有所帮助和启迪。也希望有更多“基坑发烧友”能给小编投稿分享你们的经验,或是生活的点滴。小编也竭尽所能的和大家分享更多精彩内容。小编滴联系方式:QQ597585330。


引言

  台州位于浙江中部,依山面海,地势由西向东倾斜,西北山脉连绵,千米峰峦迭起。东南丘陵缓延,平原滩涂宽广,河道纵横。南面以雁荡山为屏,有括苍山、大雷山和天台山等主要山峰,其中括苍山主峰米筛浪高达1382.4米,是浙东最高峰。近海有12个岛群691个岛屿,主要有台州列岛和东矶列岛等。最大岛屿为玉环岛,现与大陆相连,大致构成"七山一水二分田"的结构特征。中低山与丘陵占台州市陆域面积的70.4%,平原区面积约占26.8%,内陆水域面积约占2.8%。


  台州地质条件复杂,有温黄平原、临海、三门沿海的巨厚软土地层;三门、天台、仙居的卵(砾)石地层;临海局部的粉土、粉砂地层;局部地区甚至存在上部软土、下部基岩。同时城区周边建筑、道路、管线等分布较密。这需要岩土工程技术人员熟练掌握各类岩土物理力学性质,拥有应对各类复杂环境下基坑支护设计的能力。


一、放坡


  开挖深度较小、地质条件较好、周边环境条件较为宽松的基坑工程,可采用放坡支护。放坡支护在仙居、三门、天台等地区卵(砾)石、残坡积碎石土、基岩地层大量应用,效果较好,达到了经济性和安全性的最佳平衡。仙居某些紧邻建筑物的基坑,施工单位仅仅进行了素喷处理,坡度近乎1:0.3开挖,对建筑物的影响也不大(但应慎用,避免纠纷)。


  软土区放坡则要复杂一些,一般坡度需达到1:3以上,三门滨海新城及台州湾近海区域坡度达到1:5也不一定保证万无一失。软土区放坡处理时,可以通过在坡脚施打松木桩或钢板桩,或者在平台上设置1-2排水泥搅拌桩来提高安全性。路桥装饰城二期基坑,东侧采取了9级分级放坡,叹为观止。


  路桥装饰城二期东侧9级放坡基坑现场


二、纯土钉墙


  纯土钉墙支护以仙居、三门、天台应用较多,一般适用于对周边环境要求略高的基坑。由于卵(砾)石层自稳性能好,通过土钉支护一般即可达到要求。通过打设竖向注浆花管,可进一步提高坡体稳定性。由于卵(砾)石层易坍孔,一般采用钢管土钉。黏性土层等,也可采用钢筋土钉。纯土钉墙最大的安全隐患是"水",需重点防止生活污水、管道水等渗入坡体,引起坍塌。随着各县市日渐严格的红线管制,土钉墙的应用受到了较大限制,黄岩、椒江、路桥、临海、温岭、开发区等地严格限制土钉超出红线。仙居目前暂时还没这个问题。


  仙居中仁翡翠华府基坑现场


  临海靖鹰广场基坑现场(两层地下室,紧邻道路)


  仙居华商天成基坑现场(两层地下室,坑顶距民房约8m)


三、复合式土钉墙


  钢管土钉结合水泥搅拌桩所构成的复合式土钉墙,广泛应用于台州软土区一层地下室基坑。对周边环境要求不甚严格的工程,采用该支护型式,造价上比钻孔桩等刚性支护节省,安全性上较放坡有明显优势,因而几乎是本地区此类项目的首选。但三门滨海新城及台州湾集聚区土质极差,土钉难以提供足够的摩阻力,土体滑动面较远,采用土钉墙整体稳定性难以保证,不适宜采用。同样,复合式土钉墙也存在超红线问题。


  翠屏春晓基坑现场


  48*3.0钢管土钉详图


四、水泥搅拌桩重力式挡墙


  水泥搅拌桩重力式挡墙属半刚性支护,一般应用于周边环境要求一般的工程。若复合式土钉墙由于超红线而禁用,或者为了避免土钉对后期施工场地产生障碍,此时可考虑水泥搅拌桩重力式挡墙。省标规定不宜用于挖深超过5米的基坑。实际应用时,结合放坡卸载,台州地区一般不大于6m。台州市区专家普遍要求墙宽、嵌入深度、置换率等指标严格达到规范要求,对于开挖深度大于6m的基坑,造价高昂,安全性也不足。临海专家对此要求略松。水泥搅拌桩抗拉性能较差,一般采用内插毛竹或者钢管加强。为提高安全性及限制位移,可通过在搅拌桩中间隔设置钻孔灌注桩来加强整体刚度,经此处理,一般不会产生整体失稳。对于有机质含量较高的地层,水泥固化较差,抗压强度很难达到0.8Mpa的设计要求,此时可采用CSA海泥固化剂,从污水处理厂项目取芯试验结果来看,抗压强度基本可以达到2Mpa以上。实际施工时,很多施工单位会在水泥掺量上大做手脚,导致桩身强度明显不足,位移极大(路桥滨河佳苑基坑东侧采用9排搅拌桩重力式挡墙支护,最大位移超过30cm),对此须加强现场监督管理,保证水泥掺量。


  路桥滨河佳苑基坑现场


五、普通钢板桩


  槽钢扣打,外加槽钢围檩、松木或者钢管支撑,即构成普通钢板桩支护体系。施工方便快捷,造价低廉,一般应用于管道、沟槽等窄小基坑。


  翠屏春晓附近一槽钢支护基坑现场


  华景名苑北侧管道铺设槽钢支护基坑现场


六、拉森钢板桩


  拉森钢板桩通过相互咬合构成一个整体,既能挡土,又能止水,近年来在台州地区逐渐得到推广,一般适用于面积不大的小基坑。一般采用拉森IV型钢板桩。在刚度及整体性上远大于普通钢板桩,且桩长较长(最长可达18m)。若开挖深度较大,可通过设置内支撑来控制位移,支撑可采用钢管、H型钢等,甚至可以采用钢筋混凝土支撑及冠梁来进一步提高支护刚度,如台州污水处理厂基坑,效果较好。某些不便于设置支撑的工程,也可采用双排拉森钢板桩,但效果较支撑差一些,位移要求严格时不建议采用。


  台州污水处理厂基坑现场(钢筋混凝土支撑)


  三门君临城邦东北角基坑现场(双排拉森钢板桩)


  某桥梁承台拉森钢板桩加型钢支护基坑现场


七、悬臂桩


  悬臂桩一般应用于仙居、三门、天台等对位移控制要求较高的基坑。悬臂桩主要靠坑底以下的嵌固段来保证安全,因而需要较大的嵌固深度。而且由于悬臂桩桩体所受力矩较大,故配筋较高。一般适合于开挖深度不大于6m的基坑,若开挖深度较大,桩顶位移很难控制。软土区严格禁用悬臂桩支护。


  仙居华商天成基坑现场


八、钻孔灌注桩加土钉


  对于某些挖深不大的一层地下室基坑,若悬臂桩难以满足桩顶位移控制要求,可采用土钉进行适当加强。但土钉抗拉强度较低,该种支护位移控制能力一般,位移要求严格的工程不建议使用。台州地区不常见。


  黄岩锦都家园基坑现场(坡道处支护)


九、钻孔灌注桩加钢筋混凝土支撑


  对于开挖深度较大、地层条件较差、位移要求严格的工程,采用钻孔灌注桩加钢筋混凝土支撑比较适合。此种支护型式刚度大,能有效保护周边环境安全。缺点是造价高,工期长,且挖土较为困难。混凝土支撑难以回收,这对资源也是一种浪费。支撑可根据开挖深度及位移控制要求,设置一道或多道,天盛中心及温岭国际大酒店基坑设置了3道支撑,为台州目前之最。值得一提的是,圆环支撑因其开挖面积大,位移控制能力强,在台州逐渐得到了专家认可,我院及台州岩土均设计过此类项目,宁波华展设计的天盛中心基坑也是采用了双圆环支撑结构。


  玉兰广场基坑现场(两道支撑,中间对撑部分照片)


  玉兰广场基坑现场(两道支撑,东侧角撑部分照片)


  我院设计的玉环金广大厦基坑现场(圆环支撑,深层土体最大位移小于2cm)


  宁波国际金融中心基坑现场(同为宁波华展设计,天盛中心开挖后就是这个场景)


十、钻孔灌注桩加钢支撑


  对于软土地区开挖深度小于4m的基坑,也可采用钢支撑代替钢筋混凝土支撑。钢支撑的优点在于施工快捷,且能回收,造价上较钢筋混凝土支撑低。缺点是刚度较小,位移控制能力稍弱。钢支撑节点抗拉性能不佳,故要求桩体必须保证足够的嵌入深度,否则极易产生"踢脚"现象,进而导致钢支撑与预埋件脱焊,引起整体失稳。仙居、三门、天台、临海部分城区等非软土基坑因踢脚破坏可能性不大,可以推广钢支撑。


  临海杜桥娄下村基坑现场


十一、钻孔灌注桩加斜撑


  对于某些一层地下室基坑,若主楼距坑边较远,可考虑采用竖向斜撑来代替水平内支撑,从而创造更大的开挖空间(若斜撑牛腿设置在主楼底板上,容易导致主楼底板渗水)。一般适用于开挖深度小于6m的基坑。支撑可采用钢管、H型钢、钢筋混凝土支撑。相比较水平向内支撑,斜撑开挖面更大,造价也较低。缺点是底板需要两次浇筑,且预留土方出土较为困难。另外,预留土方的挖土单价几乎翻倍,实质上降低了该支护技术的经济优势。


  中环世纪基坑现场


十二、钻孔灌注桩加预应力锚杆(索)


  在条件允许的情况下,为了创造更大的施工空间,降低造价,缩短工期,有时可用预应力锚杆(索)代替内支撑。筋体可采用钢筋或高强度低松弛钢绞线,性价比上钢绞线更占优势。预应力锚杆(索)尤其适用于土质较好的场地,因地层能提供更高的抗拔力,且地表受锚索施工影响较小。仙居等卵(砾)石区尤其适合,去年我院设计的仙居华商天成一期基坑就是一例,从目前来看,实际效果较好,很好地保护了周边密集的民房。另外,临海银泰及郎成大时代基坑均采用了桩锚支护,达到了预期目标。台州岩土在黄岩等地也采用过钻孔灌注桩结合高压旋喷锚索支护技术,但效果不佳,周边道路开裂严重,几近失稳。因而,该技术在软土中的应用受到了专家的广泛质疑,想要推广困难重重。但是桩锚技术已在温州软土区得到了大量应用,从这点上来看,台州软土区未必不适用,更多的原因我想大概是施工方面的吧。同样,锚杆(索)极易超出红线,这也限制了该技术的推广。


  仙居华商天成基坑现场


十三、双排桩


  对于某些跨度很大、周边环境较为复杂的基坑,或只有一边靠近道路或建筑物,若设置内支撑,工期及造价均难以承受,锚杆(索)又不能超跃红线或者难以提供足够的抗拔力,此时可考虑采用双排桩支护。前后排桩中心距一般取3-5倍桩径,间距太小的话,后排桩起不到锚拉作用,间距太大则整体性不足。通过连梁将前后两排桩连成一体,构成门架式支护体系。软土地区双排桩一般适用于开挖深度不大于7m的基坑。双排桩支护体系能提供更大施工空间,可敞开式开挖,位移控制能力也较强。当然,相比内支撑,其位移还是稍大的,要求严格控制位移的工程需谨慎采用。需要指出的是,鉴于当前台州某些专家要求将双排桩之间的土体大面积用水泥搅拌桩加固,其造价上已无优势,甚至比排桩内支撑高昂。


  台州市救灾应急联动中心基坑现场


十四、SMW工法


  三轴水泥搅拌桩内插H型钢,即为SMW工法。该工法集挡土止水于一体,占用空间较小。可通过设置钢筋混凝土内支撑或者钢支撑来限制位移。该工法起源于日本,几乎是日本主流的支护型式,大约占到80%。基坑回填后,H型钢可视情况回收,因而造价上相比桩撑及桩锚等有明显优势。目前,上海、杭州、苏南、武汉等地应用较多,温州地区也有较快发展。临海靖鹰商务圈地下通道基坑围护即采用了SMW工法,在四周都是道路的环境条件下,很好地保证了施工的安全,H型钢也顺利回收,节省了造价。至于台州其他地区,因温岭的台州第一个SMW工法项目坍塌,该工法的推广几乎停滞。鉴于温州软土区多个项目同样成功实践了此技术,估计台州的问题更多的还是出在施工质量上。


  临海靖鹰商务圈地下通道基坑现场


  三轴搅拌桩施工现场


十五、组合式支护体系


  1、上部复合式土钉墙或者水泥搅拌桩重力式挡墙,下部钻孔灌注桩加内支撑。对于台州软土地区某些周边环境空旷的两层地下室基坑,为降低造价和缩短工期,可考虑采用该支护型式,中间放坡平台宽度至少要保证5米。我院设计的黄岩翠屏春晓基坑就是一例,台州中央商务区公园地下室基坑、路桥客运南站基坑也属此类。


  台州中央商务区基坑现场(支撑已拆除)


  2、上部土钉墙,下部桩撑或桩锚。对于仙居等非软土区两层地下室及两层以上基坑,上部采用土钉墙支护,可明显节省下部支护桩的桩长及配筋,从而降低整体造价。我院设计的仙居华商天成一期基坑即采用了上部土钉墙加下部桩锚、桩撑的支护体系。


  仙居华商天成基坑现场


  3、双排桩加旋喷锚索加斜撑。对于某些两层地下室基坑,设置两道支撑从工期上和造价上均不适宜,可采用双排桩加旋喷锚索加斜撑支护。该支护体系既能提供敞开式开挖空间,技术上也能达到要求。典型工程:路桥装饰城二期基坑南侧支护。北侧因环境条件较好,省去了斜撑,对上部采取了复合式土钉墙支护。


  路桥装饰城二期基坑现场(南侧)


  路桥装饰城二期基坑现场(北侧)


  4、上部桩撑,下部桩锚对于某些两层地下室基坑,下部采用预应力锚索代替一道支撑,可显著缩短工期。路桥装饰城二期西北角即采用了该支护型式,开挖后基坑放置了一年左右,至今仍保持稳定。


  5、双排桩加支撑。对于某些位移控制要求很高的工程,采用单排桩加内支撑支护达不到要求,可考虑采用双排桩加强。如刚泰中心基坑,开挖深度达13.5米,按常规设计需3道支撑,总院岩土所"艺高人胆大",采用了双排桩加2道内支撑支护,为业主节省了近千万投资。


  6、上部放坡加桩锚,下部喷锚。对于某些土岩结合的深基坑,上部土层区域可采用桩锚支护,下部硬质岩区域可采用喷锚支护。该种支护型式可达到安全性及经济性的最佳平衡。典型工程:我院设计的台州电厂基坑,最深处达16m。


十六、地下连续墙


  地下连续墙刚度大,适用于开挖深度很大、环境要求极高的工程。浙江软土区开挖15m以上的基坑,采用桩撑、桩锚、双排桩等技术均难满足位移要求,此时可采用地下连续墙支护。上海、杭州、武汉、天津等应用较多,宁波地铁也大量应用。台州目前仅天盛中心靠近市府大道侧采用了该技术,目前还未开挖。地下连续墙的缺点在于造价高昂,天盛中心地下连续墙每延米造价可达8-10万。为节省造价,可将地下连续墙跟地下室外墙合一,既充当支护体系,又是后期的主体结构,一举两得。但是两墙合一的地下连续墙施工起来极为繁琐,需要跟主体施工紧密结合,一般施工队伍很难达到要求。


  地下连续墙钢筋笼吊装现场


十七、关于止水及降排水措施


  软土地区一般采用明排即可,桩间采用水泥搅拌桩止水挡土。某些情况下,水泥搅拌桩施工困难,可考虑采用高压旋喷桩或者注浆代替,当然,造价上要高一些。台州市场目前的搅拌桩机械以单轴为主,其价格较为低廉,机械等一次性投入也较小。存在的问题是单轴搅拌桩动力不足,成桩质量难以保证,桩体之间很难形成有效的咬合。一旦淤泥层中含砂量较高,极易出现桩间漏水漏砂问题,进而导致周边地表沉降塌陷。如临海耀达大厦基坑,淤泥层中夹杂大量细砂,采用两排单轴搅拌桩止水,开挖至一层地下室深度后,桩间大量漏水漏砂,导致西侧小区路面局部塌陷近30cm,后期经高压旋喷桩及注浆反复处理后情况才勉强得到缓解,工期耽误了大半年。吃一堑长一智,现在临海已经开始大量采用三轴搅拌桩取代单轴搅拌桩。


  在仙居、三门、天台等卵(砾)石地区,止水帷幕造价较高,一般采用管井降水。管井降水理论上会导致周边地表及建筑物沉降,但实践表明,在卵(砾)石层中降水,其导致的沉降问题并没那么严重。仙居有些卵(砾)石基坑,实际地下水并不丰富,现场采用明排也能满足要求。

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