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组合式边坡支护技术在深大基坑工程中的实践分析

2016-04-25陈晓琛

中国科技博览 2016年7期
关键词:边坡稳定性灌注桩基坑

陈晓琛

[摘 要]现如今高层建筑已经随处可见,且向着超高层建筑的趋势在发展,但是建筑物的高度越高,其基础设计的深度意味着也就会变得更深。地下空间的开发和利用正成为当今建筑研究的新热点,随之深基础的施工技术也在不断的更新和发展。深大基坑边坡边坡支护是一项综合性的系统工程,需要兼顾各方面的因素,通过多方面综合考虑,科学合理论证,多方案多组合进行优化,才会找到更经济更合理更安全的支护方式。

[关键词]基坑 边坡稳定性 灌注桩 土钉墙

中图分类号:TU554 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2016)07-0262-02

经济的飞速发展,使得城市人口也越来越多,而如何利用有限的土地去解决民众的房屋居住问题摆在了城市管理者的面前,于是高层建筑如雨后春笋般出现。现如今高层建筑已经随处可见,且向着超高层建筑的趋势在发展,但是建筑物的高度越高,其基础设计的深度意味着也就会变得越深。而深基础的施工技术也就随之在不断的更新和发展。基坑开挖是一项系统的工程,特别是深基础的开挖涉及到水文、地质、建筑结构等因素的影响,是集结构力学、流体力学、工程管理、施工技术等学科的一门综合性学科。深基坑开挖安全性最为重要,只有科学合理的进行边坡支护才能确保工程项目安全顺利的建设。

一、边坡失稳的原因及支护的功能分类

基坑开挖其边坡是否稳定关系到整个工程项目能否安全顺利进行。造成边坡不稳定的因素可分为外在因素和内在因素。内因主要指地基土质的性质及地质结构构造。地基土的性质直接决定了土层的承载力等性质,如粉砂质土层,遇水后便会迅速软化,其性质非常不稳定。外因则主要是包括水作用、边坡的开挖坡度及相关的支护措施。由于水对地基稳定性的影响最大,如果不能抓住时机进行合理的边坡支护,使水下渗到地基土的孔隙中,就会增加土层的自重,从而迅速导致边坡失稳。边坡支护可以根据其设置目的分为止水、挡土、支撑三大类。

1、止水

止水支护措施常见于松软地基土或地下水较多的地基。设置止水支护的目的就是为了阻止外侧的水渗入建筑物,对建筑物形成水破坏,如我国的南方地区常年雨水较多,因此地基也比较松软,基底土含水量较高,如不采取相应的防水措施,会对建筑物内的钢筋造成锈蚀,经年累月就会对建筑结构造成安全隐患。常见的止水支护方式有地下边续墙、水泥搅拌桩等。

2、挡土

挡土支护的目的,是为了阻止外侧的土发生位移对造成挤压,从而对建筑物的结构安全构成威胁。常见的挡土支护方法有钻孔灌注柱、混凝土板桩等。

3、支撑

所谓支撑支护即是对结构起到辅助支撑的作用。此种支撑方式多见于高层或超高层建筑当中,因为高层建筑结构需要对主体加强支撑维护,于是在不影响建筑物美观的前提下,在基础底部设置内支撑,以增强建筑物的刚度和稳定性,常见的支撑方式有钢筋混凝土内支撑或钢结构内撑等。

二、基坑支护的特点

现阶段基坑工程的相关理论研究还不成熟,不像建筑结构工程可以通过相关的力学理论对各项荷载计算的较为准确从而实现精准设计。基坑工程受地域影响,其基础的土层结构和土的力学性质也不尽相同,从而使得基坑支护也在不断的发生变化。主要有以下几个特点:

1、地域性强

由于不同地区的土体性质不尽相同,反映在力学性质上则有着千差万别的变化,有时即使在相同的地区,在不同地段上岩土的各项性质也有所不同,所以对于基坑边坡支护就需要根据实际情况科学合理的进行选择,不能完全依按照相关的知识或经验硬套。

2、综合性较强

基坑支护涉及的学科并不是单一的,不仅涉及到土力学、岩石力学,而且还涉及到结构力学等学科,是一项相互交叉的学科,特别是在深基坑支护中还需要上述力学的相关计算理论,所以只有综合多方面的知识,才能合理的设计、选择边坡支护类型。

3、理论不成熟

尽管高层建筑和超高层建筑在如火如荼的建设和发展当中,但是深基坑支护的相关理论却并不成熟,纠其原因有多方面,但主要是由于土体性质随地域和气候环境影响,在不断的发生变化,而且同一地区的土体在不同时间段的力学性质也有所不同。因此相关的的理论并不完全,这就造成边坡支护设计和类型选择就具有相当程度的不确性。

4、作用因素存在不确定性

基坑边坑支护结构一旦选定施工后其承受的最大荷载就是确定的,但是对于工程项目的外部环境而言,随着时间的推移,自然条件就会有所变化,进而导致基坑周围土体的结构和应力就会发生变化,而一旦周围土体的压力大于支护结构所能承受的最大荷载就会造成结构性损坏,从而影响整个建筑物的安全性。

三、常见的深基坑支护技术分析

1、钢板桩支护

钢板桩是由带锁口的热轧型钢制成的,在实际施工的过程中只要将钢板之间相互连接即可,由于其施工简单、适用范围广(此方法适用于深度小于7m的基坑)、成本造价相对较低,且止水、挡土效果比较好,因此广泛的被用于深基坑支护当中。但是由于其施时噪音较大,如果工程项目处于人烟稀少的位置还可采用此种支护方法,但是对处于人口密集区的工程项则为了保护周围环境就无法采用此支护方法。

2、地下连续墙

地下连续墙无论是止水效果还是挡土效果都是非常出色的,特别是对于复杂地质条件的地基有非常强的适应能力,实践证明地下连续墙不仅能够有效的适应深层有软土的地基,而且还可以适应有地下水的地质环境。但是地下连续墙最大的缺点在于基坑开挖成本费用较高,且材料消耗量大,因此造成的工程费用也是巨大的,许多工程项目只是在局部采用地下连续墙支护技术。

3、挡土墙支护

临时挡土墙费用造价低廉,施工操作简单,且在施工过程中质量控制相对比较容易,但是局限性也比较明显,对于深度小于5米且土质情况较好的地基采用临时挡土墙不仅效果较好,而且经济效益也比较可观,而对于软弱地基土或是开挖深度较大的基坑则无法胜任。

4、深层混凝土搅拌支护

深层混凝土搅拌桩支护是将水泥作为固化剂,通过水泥与地基土发生反应后,使土体硬化,从而起到支护作用,此种支护类型,施工难度不大,但是却涉及隐蔽工程质量控制点,因此质量控制是关键,同时此种支护如果遇到复杂地形时,其钻孔难度就会比较大,对地基土及外部环境有较高的要求。此种支护方式的缺点在于止水效果较差。

5、喷锚网支护

喷锚支护的最大优点就是施工工艺简单,与其它的支护类型相比较其造价费用低,对于深度小于13米的基坑,只要无地下水作用,支护效果还是很好的。但是该种支护方式对复杂地形的适应力差,如遇地下水时,还需先进行降水,后才能支护,加上此支护方式施工时噪音比较大,故在闹市工程项中应用不多。常见与护坡桩支护组合进行边坡支护。

四、深大基坑组合式边坡支护形式分析

深大基坑的边坡支护形式要根据实际的外部环境条件和土体的性质合理的选取支护形式,有时可采用单一的支护方,大部情况则需要组合选型,既保证工程的安全施工,又确保了利益的最大化。根据相关的施工实践,常见的组合支护类型有以下6种。

1、灌注桩和锚杆桩组成的支护

以灌注桩和锚杆桩组成的深基坑支护类型,其灌注桩和锚杆桩是承担主要荷载的结构,由于该组合结构下桩的长度较单一选型状态下桩的长度短,不仅降低了施工的难度和工程造价,而且还有效的降低了桩深弯矩,减少了桩顶部的位移,同时可靠性还较较高,因此对于场地类别属于中软土的场地可以采用此种组合形式进行基坑边坡支护。

2、灌注桩、锚杆桩和内支撑组成的支护

由灌注桩、锚锚杆桩和内支撑组成的支护组合,是以锚杆作为钻孔灌注桩的受力支点,并辅以混凝土结构的内支撑或钢制内支撑,不仅能有效的起到挡土的效果,而且还可以有效的止水,同时此种组合位移变形较小,能够大幅度提高基坑的承压能力和结构稳定性。此种组合方式对于较弱地基、地下水较多的地区能够有效的起到挡土、止水、保持结构稳定的效果。

3、灌注桩、搅拌桩和钢支撑组成的支护

通常情况,对于软弱地基的支护,灌注桩是先施工第一个待灌注桩的强度达到一定的要求后,才能对相领的桩进行钻孔,此种施工方法就“跳钻”,但是单一的运用此种支护对于地下水较大或土质情况较差的基坑,不仅不能止水,而且还不能保证支护土体的稳定性,因此在灌注桩后面再增加设置一排混凝土搅拌桩,不仅达到了止水的目的,而且通过增强钢支撑还可以提高整个支护系统的刚度和荷载承受能力。此种组合方式施工简单,且可以根据实际的地形、地质情况对桩的密度进行控制,对复杂地形的深大基坑有较强的实用性,特别是对于基坑底部地下水较多的情况,能够有效的保持支护系统不受水破坏的影响。

4、灌注桩、挡土墙和钢支撑组成的支护

如果深大基坑地下水较少,且土质情况相对比较良好的时候,可以选用钻孔灌注桩、挡土墙再加上钢结构内支撑的方法,对边坡进行支护,不仅能够有效的对基坑周围的土体进行阻挡,而且施工简单,对于确保深大基坑的边坡稳定性有较好的效果。

5、灌注桩、土钉墙和锚杆桩组成的支护

此种支护形式最大的优点在于减少基坑的位移和沉降,而且该支护方法可以充分利用周围土体的地质构造情况,在基层开挖的同时加设混凝土钢筋网,以锚杆桩和灌注桩为受力支点,对边坡进行喷护,特别是在基坑出现滑坡位移前就会对混凝土锚杆和灌注桩进行应力施加,因此能有效的控制边坡的形变。

6、灌注桩、锚杆桩和挡土墙组成的支护

对于地质情况良好的土基而言,如果大面积的进行支护会造成人工、材料等较大的浪费,但是如果完全不进行支护则基坑开挖后对周围土体会造成一定的破坏,使得不土体不稳定性的因素增加,所以面对这种情况,灌注桩、锚杆桩和挡土墙组成的支护是最经济合理的支护。结合基坑底部的实际情况,通过灌注桩和锚杆桩对挡土墙形成锚固作用,从而对周围的土体形成有效的阻挡。此种组合支护施工工艺简单,成本投入小,但是不能止水,因此只适用于地质情况比较好的基坑边坡支护。

边坡支护是一项综合性的系统工程,需要兼顾各方面的因素,比如外在环境因素,和内在的岩土性质,并且认真分析,从多方面考虑才能确保边坡支护的安全性和经济性。因此要想确保边坡支护安全合理 一是必须对基础情况进行周密严谨的分析,二是选型要有针对性,确保能适应当地地质、气候等环境,三是通过多种方案优化对比选取最为合理支护组合方式,四是要密切的观察开挖时边坡的动态情形,做到及时支护确保周围土体的稳定。总之边坡支护就是需要通过综合考虑,多方案多组合进行优化,才会找到更经济更合理更安全的支护方式。

参考文献:

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