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基坑支护与基坑支护施工方案介绍

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 基坑支护工程施工现场.jpg     

基坑支护工程是个临时工程,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。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。

一、基坑支护的定义及基坑支护结构安全等级和适用条件

《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。

《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2012)对基坑支护结构的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

各类支护结构的适用条件.png

二、常见的基坑支护形式

主要有:

⒈排桩支护,桩撑、桩锚、排桩悬臂;
⒉地下连续墙支护,地连墙+支撑;
⒊水泥挡土墙;
4.土钉墙(喷锚支护);
5.逆作拱墙;
6.原状土放坡;
7.桩、墙加支撑系统;
8.简单水平支撑;
9..钢筋混凝土排桩;

10.上述两种或者两种以上方式的合理组合等。

三、基坑支护工程的现状

(1)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。

(2)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。

(3)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。

(4)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。

(5)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。

(6)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。

(7)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。

(8)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。

(9)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。

(10)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。

四、基坑支护总体施工方案

基坑支护总体方案的选择直接关系到工程造价、施工进度及周围环境的安全。总体方案主要有顺作法和逆作法两类基本形式,它们具有各自鲜明的特点。在同一个基坑工程中,顺作法和逆作法也可以在不同的基坑区域组合使用,从而在特定条件下满足工程的技术经济性要求。基坑工程的总体支护施工方案分类如图1所示。

基坑工程的总体支护施工方案

基坑支护结构通常由围护墙、隔水帷幕、水平内支撑系统(或锚杆系统)以及支撑的竖向支承系统组成。所谓顺作法,是指先施工周边围护结构,然后由上而下分层开挖,并依次设置水平支撑(或锚杆系统),开挖至坑底后,再由下而上施工主体地下结构基础底板、竖向墙柱构件及水平楼板构件,并按一定的顺序拆除水平支撑系统,进而完成地下结构施工的过程。当不设支护结构而直接采用放坡开挖时,则是先直接放坡开挖至坑底,然后自下而上依次施工地下结构。

顺作法是基坑工程的传统开挖施工方法,施工工艺成熟,支护结构体系与主体结构相对独立,相比逆作法,其设计、施工均比较便捷。由于是传统工艺,对施工单位的管理和技术水平的要求相对较低,施工单位的选择面较广。另外顺作法相对于逆作法而言,其基坑支护结构的设计与主体设计关联性较低,受主体设计进度的制约小,基坑工程有条件尽早开工。

顺作法常用的总体方案包括放坡开挖、直立式围护体系和板式支护体系三大类;其中直立式围护体系又可分为水泥土重力式围护、土钉支护和悬臂板式支护;板式支护又包括围护墙结合内支撑系统和围护墙结合锚杆系统两种形式。

相对于顺作法,逆作法则是每开挖一定深度的土体后,即支设模板浇筑永久的结构梁板,用以代替常规顺作法的临时支撑,以平衡作用在围护墙上的土压力。因此当开挖结束时,地下结构即已施工完成。这种地下结构的施工方式是自上而下浇筑,同常规顺作法开挖到坑底后再自下而上浇筑地下结构的施工方法不同,故成为逆作法。当逆作地下结构的同时还进行地上结构的施工,则称为全逆作法;

基坑支护工程的全逆作法.jpg


当仅逆作地下结构而并不同步施工地上结构时,则称为半逆作法。


基坑支护工程的半逆作法.jpg

由于逆作法的梁板重量较常规顺作法的临时支撑要大得多,因此必须考虑立柱和立柱桩的承载能力问题。尤其是采用全逆作法时,地上结构所能同时施工的最大层数应根据立柱和立柱桩的承载力确定。

逆作法通常采用支护结构与主体结构相结合,根据支护结构与主体结构相结合的程度,逆作法可以有两种类型,即周边临时围护体结合坑内水平梁板体系替代支撑采用逆作法施工、支护结构与主体结构全面相结合采用逆作法施工。

对于某些条件复杂或具有特别技术经济性要求的基坑工程,采用单纯的顺作法或逆作法都难以同时满足经济、技术、工期及环境保护等多方面的要求。在工程实践中,有时为了同时满足多方面的要求,采用了顺作法与逆作法结合的方案,通过充分发挥顺作法与逆作法的优势,取长补短,从而实现工程的建设目标。

工程中常用的顺逆结合方案主要有:

(1)主楼先顺作、裙楼后逆作方案;(2)裙楼先逆作、主楼后顺作方案;(3)中心顺作、周边逆作方案。



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