[材料科学]基坑支护结构及其进展.ppt

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1、LOGO材料科学基坑支护结构及其进展 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望LOGOLOGO概述 基坑的围护类型及使用范围基坑围护结构的现状基坑围护结构的发展由Nordri（）设计提供LOGO2022/10/23概述LOGO2022/10/23 基坑工程是一个古老而又有时代特点的岩土工程课题，基坑工程是一个古老而又有时代特点的岩土工程课题，它主要包括基坑围护体系设计与施工和土方开挖，是一项它主要包括基坑围护体系设计与施工和土方开挖，是一项综合性很强的系统工

2、程综合性很强的系统工程 。随着人类土木工程活动的发展，特别是到了随着人类土木工程活动的发展，特别是到了2121世纪大世纪大量高层、超高层建筑以及地下工程的不断涌现，对基坑工量高层、超高层建筑以及地下工程的不断涌现，对基坑工程的要求越来越高，出现的问题也越来越多，促使工程技程的要求越来越高，出现的问题也越来越多，促使工程技术人员以新的眼光去审视这一古老课题，使许多新的经验术人员以新的眼光去审视这一古老课题，使许多新的经验和理论的研究方法得以出现和成熟。和理论的研究方法得以出现和成熟。LOGO2022/10/23 早在早在20世纪世纪30年代，年代，Terzaghi等人已开始研究基坑工程中等人已开

3、始研究基坑工程中的岩土工程问题提出了预估挖方稳定程度和支撑荷载大小总的岩土工程问题提出了预估挖方稳定程度和支撑荷载大小总应力法。应力法。基坑工程在我国进行广泛的研究是始于基坑工程在我国进行广泛的研究是始于20世纪世纪70年代末，那时年代末，那时我国的改革开放方兴未艾，基本建设如火如荼，高层建筑不断涌现，我国的改革开放方兴未艾，基本建设如火如荼，高层建筑不断涌现，相应的基坑埋深不断增加开挖深度也就不断发展，相应的基坑埋深不断增加开挖深度也就不断发展，到了到了20 世纪世纪90年代大多数城市都进入了旧城改造阶段，在繁年代大多数城市都进入了旧城改造阶段，在繁华市区进行深基坑开挖给这一古老的课题提出了

4、新的内容，那就是华市区进行深基坑开挖给这一古老的课题提出了新的内容，那就是如何控制深基坑开挖的环境效应问题，从而进一步促进了深基坑开如何控制深基坑开挖的环境效应问题，从而进一步促进了深基坑开挖技术的研究与发展，产生了许多先进的设计计算方法，众多的新挖技术的研究与发展，产生了许多先进的设计计算方法，众多的新施工工艺也不断付诸实施。施工工艺也不断付诸实施。LOGOLOGO由Nordri（）设计提供 基坑是指建筑基坑是指为进行建筑物（包括构筑物）基础与基坑是指建筑基坑是指为进行建筑物（包括构筑物）基础与地下室的施工所开挖的地面以下空间。地下室的施工所开挖的地面以下空间。基坑按深度可分为深基坑和浅基坑

5、，我们一般研究深基坑的基坑按深度可分为深基坑和浅基坑，我们一般研究深基坑的支护方式。支护方式。深基坑的定义：建设部建质深基坑的定义：建设部建质200987200987号文关于印发危险性较号文关于印发危险性较大的分部分项工程安全管理办法的通知规定：一般深基坑是指大的分部分项工程安全管理办法的通知规定：一般深基坑是指开挖深度超过开挖深度超过5 5米（含米（含5 5米）或地下室三层以上（含三层），或深米）或地下室三层以上（含三层），或深度虽未超过度虽未超过5 5米，但地质条件和周围环境及地下管线特别复杂的工米，但地质条件和周围环境及地下管线特别复杂的工程。程。LOGO2022/10/23 我们在进行

6、基坑的支护设计时，往往是进行深基坑支护设计，下面主要列出深基坑的一些特点 1.1.建筑倾向高层化，基坑向大深度方向发展；建筑倾向高层化，基坑向大深度方向发展；2.2.基坑开挖面积大，长度与宽度有的达数百米，给支撑体基坑开挖面积大，长度与宽度有的达数百米，给支撑体系带来了系带来了较大的难度；较大的难度；3.3.在软弱的土层中，基坑开挖会产生较大的位移和沉降，对周围建在软弱的土层中，基坑开挖会产生较大的位移和沉降，对周围建筑物市政建设和地下管线造成影响；筑物市政建设和地下管线造成影响；4.4.深基坑施工工期长，场地狭窄，降雨、重物堆放等对基坑稳定性深基坑施工工期长，场地狭窄，降雨、重物堆放等对基坑

7、稳定性不利；不利；5.5.在相邻场地的施工中，打桩、降水、挖土及基础浇注混凝土等工在相邻场地的施工中，打桩、降水、挖土及基础浇注混凝土等工序会相互制约与影响增加协调工作的难度。序会相互制约与影响增加协调工作的难度。LOGO2022/10/23 基坑的围护类型及使用范围LOGO2022/10/23围护结构需满足的要求围护结构需满足的要求u保证基坑周围未开挖土体的稳定；u保证相邻建筑物的、地下管线的安全，不受损害；u保证作业面在地下水位以上；u经济合理。LOGO2022/10/23上海浦东绿洲中环中心上海浦东绿洲中环中心 LOGO2022/10/23基坑围护的类型1.放坡开挖2.水泥土深层搅拌桩围

8、墙3.高压旋喷桩4.钢板桩5.钢筋混凝土板桩6.钻孔灌注桩7.地下连续墙8.土钉墙9.SMW工法LOGO2022/10/23各种围护结构的适用范围1.放坡开挖 这类无支护措施下的基坑开挖方法通常称为放坡开挖。适用范围：周围场地开阔，无重要建筑物。优点：价钱最便宜。缺点：回填土方较大。LOGO2022/10/232.水泥土深层搅拌桩围墙 这种方法是采用深层搅拌机就地将土和输入的水泥浆强行搅拌，形成连续搭接的水泥土柱状加固体挡墙。一般坑内无支撑，便于机械快速挖土，是挡土、止水双重功能较为经济，污染小。适用范围：处理淤泥，淤泥质土，粉土和含水量较高且地基承载力标准值不大于120kPa的粘性土等地基基

9、坑围护结构，但位移相对较大，要在中间加墩或起拱，厚度较大，只有在红线位置的周围环境允许才能采用，施工十要注意影响周围环境。LOGO2022/10/233.高压旋喷桩 高压旋喷桩所用的材料亦为水泥浆，它是利用高压经过旋转的喷嘴将水泥浆喷入土层与土体混合形成水泥土加固体，相互搭接形成排桩，用来挡土和止水。高压旋喷桩的施工费用要高于深层搅拌水泥土桩，但其施工设备结构紧凑、体积小、机动性强、占地少，并且施工机具的振动很小，噪音也较低，不会对周围建筑物带来振动的影响和产生噪音等公害，施工中有大量泥浆排出，容易引起污染。LOGO2022/10/23LOGO2022/10/234.钢板桩 是一种将钢板桩用打

10、桩机打（压）入地基，使其互相连结成钢板桩墙，用来挡土和挡 水，工程结束后可回收，可重复使用。常用的钢板桩有槽钢钢板桩和“拉森”钢板桩。槽钢钢板桩抗弯能力较弱,易渗水，适用范围：深度小于4米的较浅基坑或沟槽。“拉森”钢板桩承载 力强，自身结构轻，且通过锁口相互咬合，基本不透水，LOGO2022/10/23LOGO2022/10/235.钢筋混凝土板桩 钢筋混凝土板桩具有施工简单、现场作业周期短等特点,曾在基坑中广泛应用,但由于钢筋混凝土板桩的施打一般采用锤击方法,振动与噪音大,同时沉桩过程中挤土也较为严重,在城市工程中受到一定限制。此外,其制作一般在工厂预制,再运至工地,成本较灌注桩等略高。由于

11、其截面形状及配筋对板桩受力较为合理并且可根据需要设计,目前已可制作厚度较大(如厚度达500mm 以上)的板桩,并有液压静力沉桩设备,故在基坑工程中仍是支护板墙的一种使用形式。LOGO2022/10/23LOGO2022/10/236.钻孔灌注桩 钻孔灌注桩围护墙是排桩式中应用最多的一种,在我国得到广泛的应用。其多用于坑深715m 的基坑工程,在我国北方土质较好地区已有89m 的臂桩围护墙。钻孔灌注桩支护墙体的特点有:施工时无振动、无噪音等环境公害,无挤土现象,对周围环境影响小;墙身强度高,刚度大,支护稳定性好,变形小;当工程桩也为灌注桩时,可以同步施工,从而施工有利于组织、方便、工期短;桩间缝

12、隙易造成水土流失,特别时在高水位软粘土质地区,需根据工程条件采取注浆、水泥搅拌桩、旋喷桩等施工措施以解决挡水问题;适用于软粘土质和砂土地区。但是在砂砾层和卵石中施工困难应该慎用;桩与桩之间主要通过桩顶冠梁和围檩连成整体,因而相对整体性较差,当在重要地区,特殊工程及开挖深度很大的基坑中应用时需要特别慎重。LOGO2022/10/23LOGO2022/10/237.地下连续墙 通常连续墙的厚度为600mm、800mm、1000mm，也有厚达1200mm 的，但较少使用.地下连续墙刚度大，止水效果好，是支护结构中最强的支护型式，适用于地质条件差和复杂，基坑深度大，周边环境要求较高的基坑，但是造价较高

13、，施工要求专用设备。地下连续墙的钢筋笼制作LOGO2022/10/238.土钉墙 土钉墙是一种边坡稳定式的支护,其作用与被动的具备挡土作用的上述围护墙不同,它是起主动嵌固作用,增加边坡的稳定性,使基坑开挖后坡面保持稳定。土钉墙主要用于土质较好地区,我国华北和华东北部一带应用较多,目前我国南方地区亦有应用,有的已用于坑深10m 以上的基坑,稳定可靠、施工简便且工期短、效果较好、经济性好、在土质较好地区应积极推广。LOGO2022/10/23LOGO2022/10/239.SMW工法 SMW工法亦称劲性水泥土搅拌桩法,即在水泥土桩内插入H 型钢等(多数为H 型钢,亦有插入拉森式钢板桩、钢管等),将

14、承受荷载与防渗挡水结合起来,使之成为同时具有受力与抗渗两种功能的支护结构的围护墙。SMW 支护结构的支护特点主要为:施工时基本无噪音,对周围环境影响小;结构强度可靠,凡是适合应用水泥土搅拌桩的场合都可使用,特别适合于以粘土和粉细砂为主的松软地层;挡水防渗性能好,不必另设挡水帷幕;可以配合多道支撑应用于较深的基坑;此工法在一定条件下可代替作为地下围护的地下连续墙,在费用上如果能够采取一定施工措施成功回收H 型钢等受拉材料;则大大低于地下连续墙,因而具有较大发展前景。LOGO2022/10/23LOGO2022/10/23 基坑围护结构的现状LOGO2022/10/23 深基坑工程支护技术虽已在全

15、国不同地区、不同的地深基坑工程支护技术虽已在全国不同地区、不同的地质条件下取得了不少成功的经验，甚至在一些达到国际水质条件下取得了不少成功的经验，甚至在一些达到国际水平，但仍存在一些问题需进一步研究或提高，以适应现代平，但仍存在一些问题需进一步研究或提高，以适应现代化经济建设的需要。深基坑工程支护施工过程中常常存在化经济建设的需要。深基坑工程支护施工过程中常常存在的问题主要有以下几种：的问题主要有以下几种：1.1.土层开挖和边坡支护不配套土层开挖和边坡支护不配套相对于挡土支护，土方开挖挖技术含量相对较低，工序简相对于挡土支护，土方开挖挖技术含量相对较低，工序简单，组织管理容易。挡土支护相对来说

16、比较复杂，所以在单，组织管理容易。挡土支护相对来说比较复杂，所以在施工过程中，大型工程均是由专业施工队来分别完成土方施工过程中，大型工程均是由专业施工队来分别完成土方和挡土支付工作，而且绝大部分都是两个平行的合同。这和挡土支付工作，而且绝大部分都是两个平行的合同。这样在施工过程中协调管理的难度大，土方施工单位抢进度，样在施工过程中协调管理的难度大，土方施工单位抢进度，拖工期，开挖顺序较乱，特别是雨期施工，甚至不顾拖工期，开挖顺序较乱，特别是雨期施工，甚至不顾 LOGO2022/10/23 挡土支护施工所需工作面，留给支护施工的操作面几乎是挡土支护施工所需工作面，留给支护施工的操作面几乎是无法操

17、作，时间上也无法完成支护工作，以致使支护施工无法操作，时间上也无法完成支护工作，以致使支护施工滞后于土方施工，因支护施工无操作平台完成钻孔、注浆、滞后于土方施工，因支护施工无操作平台完成钻孔、注浆、布网和喷射砼等工作，而不得不用土方回填或搭设架子来布网和喷射砼等工作，而不得不用土方回填或搭设架子来设置操作平台来完成施工。这样不但难于保证进度，也难设置操作平台来完成施工。这样不但难于保证进度，也难于保证工程质量，甚至发生安全事故，留下质量隐患。于保证工程质量，甚至发生安全事故，留下质量隐患。2.2.边坡修理达不到设计、规范要求边坡修理达不到设计、规范要求 一般深基础在开挖时均使用机械开挖、人工简

18、单修坡后一般深基础在开挖时均使用机械开挖、人工简单修坡后即开始挡土支护的砼初喷工序。而在实际开挖时，由于施即开始挡土支护的砼初喷工序。而在实际开挖时，由于施工管理人员不到位，技术交底不充分，分层分段开挖高度工管理人员不到位，技术交底不充分，分层分段开挖高度不一，挖机械操作手的操作水平等因素的影响，使机械开不一，挖机械操作手的操作水平等因素的影响，使机械开挖后的边坡表面平整度，顺直度极不规则，而人工修理时挖后的边坡表面平整度，顺直度极不规则，而人工修理时不可能深度挖掘，只能就机挖表面作平整度修整，在没有不可能深度挖掘，只能就机挖表面作平整度修整，在没有严格检查验收就开始初喷，故出现挡土支付后出现

19、超挖和严格检查验收就开始初喷，故出现挡土支付后出现超挖和欠挖现象。欠挖现象。LOGO2022/10/23 量与偷工减料的现象也并不少见。基坑挖土是支护受力与量与偷工减料的现象也并不少见。基坑挖土是支护受力与变形显著增加的过程，设计中常常对挖土程序有所要求来变形显著增加的过程，设计中常常对挖土程序有所要求来减少支护变形，并进行图纸交底，而实际施工中土方老板减少支护变形，并进行图纸交底，而实际施工中土方老板往往不管这些框框，抢进度，图局部效益。往往不管这些框框，抢进度，图局部效益。5.5.成孔注浆不到位、土钉或锚杆受力达不到设计要求成孔注浆不到位、土钉或锚杆受力达不到设计要求深基坑支护所用土钉或锚

20、杆钻孔直般为深基坑支护所用土钉或锚杆钻孔直般为100150100150的钻杆成的钻杆成孔，孔深少则五、六米，深则十几米，甚至二十多米，钻孔，孔深少则五、六米，深则十几米，甚至二十多米，钻孔所穿过的土层质量也各不相同，钻孔如果不认真研究土孔所穿过的土层质量也各不相同，钻孔如果不认真研究土体情况，往往造成出渣不尽，残渣沉积而影响注浆，有的体情况，往往造成出渣不尽，残渣沉积而影响注浆，有的甚至成孔困难、孔洞坍塌，无法插筋和注浆。再者注浆时甚至成孔困难、孔洞坍塌，无法插筋和注浆。再者注浆时配料随意性大、注浆管不插到位、注浆压力不够等而造成配料随意性大、注浆管不插到位、注浆压力不够等而造成注浆长度不足、

21、充盈度不够，而使土钉或锚杆的抗拔力达注浆长度不足、充盈度不够，而使土钉或锚杆的抗拔力达不到设计要求，影响工程质量，甚至要做再次处理。不到设计要求，影响工程质量，甚至要做再次处理。LOGO2022/10/233.3.喷射砼厚度不够、强度达不到设计要求喷射砼厚度不够、强度达不到设计要求目前建筑工程基坑支护喷射砼常用的是干拌法喷射砼设备，目前建筑工程基坑支护喷射砼常用的是干拌法喷射砼设备，其主要特点是设备简单、体积小，输送距离长，速凝剂可其主要特点是设备简单、体积小，输送距离长，速凝剂可在进入喷射机前加入，操作方便，可连续喷射施工。虽然在进入喷射机前加入，操作方便，可连续喷射施工。虽然干喷法设备操作

22、简单方便，但由于操作手的水平不同，操干喷法设备操作简单方便，但由于操作手的水平不同，操作方法和检查控制等手段不全，混凝土回弹严重，再加上作方法和检查控制等手段不全，混凝土回弹严重，再加上原材料质量控制不严、配料不准、养护不到位等因素，往原材料质量控制不严、配料不准、养护不到位等因素，往往造成喷后砼的厚度不够、砼强度达不到设计要求。往造成喷后砼的厚度不够、砼强度达不到设计要求。4.4.施工过程与设计的差异太大施工过程与设计的差异太大深层搅拌桩的水泥掺量常常不足，影响水泥土的支护强度。深层搅拌桩的水泥掺量常常不足，影响水泥土的支护强度。我们发现在同样做法的支护，发生水泥土裂缝，有时不是我们发现在同

23、样做法的支护，发生水泥土裂缝，有时不是在受力最大的地段，检查下来，往往是强度不足，地面施在受力最大的地段，检查下来，往往是强度不足，地面施工堆载在局部位置往往要大大高工堆载在局部位置往往要大大高于于设计允许荷载。施工质设计允许荷载。施工质LOGO2022/10/236 6.施工监测不重视施工监测不重视主要是建设单位为省钱不要求施工监测，或者虽设置一些主要是建设单位为省钱不要求施工监测，或者虽设置一些测点，数据不足，忽视坑边住宅的检测，或者不重视监测测点，数据不足，忽视坑边住宅的检测，或者不重视监测数据，形同虚设。支护设计中没有监测方案，结果发生情数据，形同虚设。支护设计中没有监测方案，结果发生

24、情况不能及时警报，事故发生后也不易分析原因，不利于事况不能及时警报，事故发生后也不易分析原因，不利于事故的早期处理。为了减少支护事故，有待精心设计、精心故的早期处理。为了减少支护事故，有待精心设计、精心施工、强化监理，保护坑边住宅与环境，提高深基坑支护施工、强化监理，保护坑边住宅与环境，提高深基坑支护技术和管理水平。技术和管理水平。在施工现场，由于种种原因实际施工过程中与设计的要求在施工现场，由于种种原因实际施工过程中与设计的要求出入很大。出入很大。LOGO2022/10/23 基坑围护结构的未来发展LOGO2022/10/231.基坑向着大深度、大面积方向发展，周边环境更加复杂，深基坑开挖与

25、支护的难度愈来愈大。因此，从工期和造价的角度看两墙合一的逆作法将是今后发展的主要方向。但逆作法施工受桩承载力的限制很大，采用逆作法时不能采用一柱一桩，而是一柱多桩，增加了成本和施工难度。如何提高单桩承载力，降低沉降，减少中柱桩（中间支承柱），达到一柱一桩，使上部结构施工速度可以放开限制，从而加快进度，缩短总工期，这将成为今后的研究方向。2.土钉支护方案的大量实施，使得喷射混凝土技术得以充分运用和发展。为减少喷射混凝土的回弹量以及保护环境的需要，湿式喷射混凝土将逐步取代干式喷射混凝土。LOGO2022/10/233.目前，在有支护的深基坑工程中，基坑开挖大多以人工挖土为主，效率不高，今后必须大力

26、研究开发小型、灵活、专用的地下挖土机械，以提高工效，加快施工进度，减少时间效应的影响。4.为了减少基坑变形，通过施加预应力的方法控制变形将逐步被推广。5.为减小基坑工程带来的环境效应（如因降水引起的地面附加沉降），或出于保护地下水资源的需要，有时基坑采用帷幕型式进行支护。除地下连续墙外，一般采用旋喷桩或深层搅拌桩等工法构筑成止水帷幕。目前，有将水利工程中防渗墙的工法引入到基坑工程中的趋势。LOGO2022/10/236.在软土地区，为避免基坑底部隆起，造成支护结构水平位移加大和邻近建（构）筑物下沉，可采用深层搅拌桩或注浆技术对基坑底部土体进行加固，即提高支护结构被动区土体的强度的方法。LOGO谢谢各位由Nordri（）设计提供