概述
基坑開挖是否採用支護結構,採用何種支護結構,應根據基坑周邊環境、地下結構的條件、基坑開挖深度、工程地質和水文地質條件、施工條件、施工季節、地區工程經驗等通過經濟、技術、環境綜合分析比較確定。
基坑支護結構體系一般包括兩個部分,即擋土結構和降水止水體系。樁、牆式支護結構常採用鋼板樁、鋼筋混凝土板樁、柱列式灌注樁、地下連續牆等。根據土質條件及基坑規模,可以設計成懸臂式、內支撐式或錨拉式。重力式支護結構多採用水泥土攪拌樁擋牆、土釘牆等。當支護結構不能起到止水作用時,可同時設定止水帷幕或採用坑外降水,以達到控制地下水的目的,使基坑土方工程可在乾作業條件下開挖。
基坑支護結構的分類
1.樁、牆式支護結構
柱列樁、板樁、地下連續牆等均屬此類,支護樁、牆插入坑底土中一定深度r一般插入至較堅硬土層),上部懸臂或設定錨撐體系,形成一梁式錨、撐受力構件。其結構計算簡圖,可將支護樁、牆簡化成在土壓力作用下的一靜定梁或超靜定梁,或按插入土中的豎向彈性地基梁求解。
此類支護結構套用廣泛,適用性強,易於控制支護結構變形,尤其適用於開挖深度較大的深基坑,並能適應各種複雜的地質條件,設計計算理論較為成熟,各地區的工程經驗也較多,是深基坑工程中經常採用的主要結構形式。
2.實體重力式支護結構
水泥土攪拌樁擋牆、高壓旋噴樁擋牆等類似重力式擋牆。此類支護結構截面尺寸較大,依靠實體牆身的重力起擋土作用。牆身也可設計成格構式或階梯形等多種形式,無錨拉或內支撐系統,土方開挖施工方便。牆身主要承受壓力,一般不承受拉力,按重力式擋牆的設計原則計算。土質條件較差時,基坑開挖深度不宜過大。其適用於小型基坑工程。土質條件較好時,水泥土攪拌工藝使用受限制。各地已有大量套用實體重力式支護結構的工程經驗。
3.組合式支護結構
按場地、地質及環境條件的不同,尚可採用多種形式組合的支護結構,例如樁、牆式支護結構與土釘牆或重力式支護結構結合,以及與岩石錨桿組合而形成組合式支護結構。
工程特點
(1)基坑支護工程是個臨時工程,設計的安全儲備相對可以小些,但又與地區性有關。不同區域地質條件其特點也不相同。基坑支護工程又是岩土工程、結構工程以及施工技術互相交叉的學科,是多種複雜因素互動影響的系統工程,是理論上尚待發展的綜合技術學科。
(2)由於基坑支護工程造價高,開工數量多,是各施工單位爭奪的重點,又由於技術複雜,涉及範圍廣,變化因素多,事故頻繁,是建築工程中最具有挑戰性的技術上的難點,同時也是降低工程造價,確保工程質量的重點。
(3)基坑支護工程正向大深度、大面積方向發展,有的長度和寬度均超過百餘米,深度超過20餘米。工程規模日益增大。
(4)岩土性質千變萬化,地質埋藏條件和水文地質條件的複雜性、不均勻性,往往造成勘察所得的數據離散性很大,難以代表土層的總體情況,並且精確度較低,給基坑支護工程的設計和施工增加了難度。
(5)在軟土、高地下水位及其他複雜場地條件下開挖基坑,很容易產生土體滑移、基坑失穩、樁體變位、坑底隆起、支擋結構嚴重漏水、流土以致破損等病害,對周邊建築物、地下構築物及管線的安全造成很大威脅。
(6)工程實踐證明,要做好基坑支護工程,必須包括整個開挖支護的全過程,它包括勘察、設計、施工和監測工作等整個系列,因而強調要精心做好每個環節的工作。
(7)隨著舊城改造的推進,各城市的主要高層、超高層建築大都集中在建築密度大、人口密集、交通擁擠的狹小場地中,基坑支護工程施工的條件均很差。鄰近常有必須保護的永久性建築和市政公用設施,不能放坡開挖,對基坑穩定和位移控制的要求很嚴。
(8)基坑支護工程包含擋土、支護、防水、降水、挖土等許多緊密聯繫的環節,其中的某一環節失效將會導致整個工程的失敗。
(9)相鄰場地的基坑施工,如打樁、降水、挖土等各項施工環節都會產生相互影響與制約,增加事故誘發因素。
(10)在支護工程設計中應包括支護體系選型、圍護結構的承載力、變形計算、場地內外土體穩定性、降水要求、挖土要求、監測內容等,應注意避免“工況”和計算內容之間可能出現的“漏項”,從而導致基坑失誤。在施工過程中,尤其在軟土地區中施工時,應該認真研究合理安排好挖土的方法,以及支撐與挖土的配合,將會顯著地減少基坑變形和基坑支護事故的發生。
(11)基坑支護工程造價較高,但又是臨時性工程,一般不願投入較多資金。可是,一旦出現事故,處理十分困難,造成的經濟損失和社會影響往往十分嚴重。
(12)基坑支護工程施工周期長,從開挖到完成地面以下的全部隱蔽工程,常需經歷多次降雨、周邊堆載、振動、施工不當等許多不利條件,其安全度的隨機性較大,事故的發生往往具有突發性。