基坑支護(hù)是對(duì)基坑側(cè)壁及周圍環(huán)境的支護(hù)、加固和保護(hù)措施,以確保地下結(jié)構(gòu)施工和基坑周圍環(huán)境的。
中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》對(duì)基坑支護(hù)的定義如下:為保護(hù)地下主體結(jié)構(gòu)施工和基坑周邊環(huán)境的,對(duì)基坑采用的臨時(shí)性支擋、加固、保護(hù)與地下水控制的措施。
一、基坑支護(hù)工程的常見(jiàn)形式如下:
(一)邊坡開(kāi)挖:
優(yōu)點(diǎn):成本,施工進(jìn)度快。
缺點(diǎn):回填土方大,雨季浸泡容易局部坍塌。
適用:場(chǎng)地開(kāi)闊,土層好,周圍無(wú)重要建筑物和地下管線。
(二)土釘墻:
優(yōu)點(diǎn):穩(wěn)定可靠,經(jīng)濟(jì)性好,效果較好。
缺點(diǎn):土壤質(zhì)量差的地區(qū)難以使用,需要土方配合分層開(kāi)挖,施工現(xiàn)場(chǎng)需要投入更多的設(shè)備。
適用:主要用于土質(zhì)較好的地區(qū),開(kāi)挖較淺的基坑。
(三)復(fù)合土釘墻:
優(yōu)點(diǎn):復(fù)合土釘墻具有擋土止水的雙重功能;一般坑內(nèi)無(wú)支撐,便于機(jī)械化挖掘。
缺點(diǎn):施工周期較長(zhǎng)。
適用:軟土層、回填土或場(chǎng)地限制的垂直開(kāi)挖區(qū)域。
(四)鋼板樁:
優(yōu)點(diǎn):耐久性好,二次利用率高;施工方便,工期短。
缺點(diǎn):不能阻擋土壤中的小顆粒和水,地下水位高的地區(qū)應(yīng)采取隔水或降水措施;懸臂抗彎能力弱,開(kāi)挖后變形大。
適用:懸臂支護(hù)適用于小于4m基坑。
(五)灌注樁+錨索:
優(yōu)點(diǎn):墻體強(qiáng)度高,剛度大,支撐穩(wěn)定性好,變形小。根據(jù)土層和工期要求,成孔設(shè)備可選擇性多。
缺點(diǎn):成本高,工期長(zhǎng)。樁間縫隙容易造成水土流失,尤其是在高水位砂層地區(qū)。
適用:主要用于2層及以上地下室支護(hù)設(shè)計(jì)的基坑,采用錨索控制變形??由?~20m 的基坑工程, 適用于較差的土層。
(六)重力水泥土擋墻:
優(yōu)點(diǎn):施工無(wú)污染,施工簡(jiǎn)單,由于重力結(jié)構(gòu),可不使用錨桿或支撐,便于基坑土方開(kāi)挖施工,防滲性好,擋土墻、止水帷幕雙重效果,成本相對(duì)較低。
劣勢(shì):施工速度較慢,因需攪拌樁達(dá)到一定齡期方可開(kāi)挖,基坑加深,則擋墻寬度加寬,造價(jià)增加較大,對(duì)于較厚軟土區(qū)域攪拌樁無(wú)法穿透時(shí),基坑變形相對(duì)較大。
適用:厚回填土、淤泥、淤泥質(zhì)土區(qū)。
(七)地下連續(xù)墻:
優(yōu)點(diǎn):剛度大,止水效果好。
缺點(diǎn):成本高,施工現(xiàn)場(chǎng)要求高,施工要求專用設(shè)備。
適用:地質(zhì)條件差、復(fù)雜,基坑深度大,周邊環(huán)境要求高。
(八)SMW工法:
優(yōu)點(diǎn):施工基本無(wú)噪聲,對(duì)周圍環(huán)境影響小,結(jié)構(gòu)強(qiáng)度可靠,防水防滲性能好,深基坑可配合多個(gè)錨索或支撐,H 型鋼可回收,降低成本。
缺點(diǎn):施工場(chǎng)地軟樁機(jī)行走不穩(wěn)定,或?qū)Р坶_(kāi)挖深,溝壁不穩(wěn)定,導(dǎo)致攪拌樁機(jī)傾斜,影響攪拌樁垂直度;遇到更多的地下障礙物則無(wú)法施工;如果在中密度以上的沙層中施工超過(guò)18m極易發(fā)生埋鉆事故,而且鋼樁憑自重不能插到設(shè)計(jì)深度。
適用:可應(yīng)用于泥土、粉土、粘土、砂土、砂、礫石、卵石等土層。
(九)圍護(hù)樁+混凝土支撐:
優(yōu)點(diǎn):充分發(fā)揮材料優(yōu)勢(shì);加快土方開(kāi)挖和運(yùn)輸速度;降低工程成本;不受周邊場(chǎng)地不足的限制。
缺點(diǎn):重量大,對(duì)環(huán)境有害,成本略高于鋼內(nèi)支撐,拆除較為困難,產(chǎn)生工程垃圾多。
(十)圍護(hù)樁+裝配式鋼支撐:
優(yōu)點(diǎn):無(wú)現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn),安裝速度更快,施工質(zhì)量更容易保證;鋼結(jié)構(gòu)為延性材料,抗震性能更好;鋼結(jié)構(gòu)重量輕,基礎(chǔ)成本低;鋼結(jié)構(gòu)為可回收材料,綠色環(huán)保;精心設(shè)計(jì)的鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制建筑比預(yù)制混凝土建筑更經(jīng)濟(jì)。梁柱截面較小,可獲得更多的使用面積。
缺點(diǎn):與預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)相比,外墻體系與傳統(tǒng)建筑不同且復(fù)雜,如果設(shè)計(jì)不當(dāng),鋼結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)更貴。
二、基坑支護(hù)的特點(diǎn):
1、基坑支護(hù)工程是不同地區(qū)地質(zhì)條件不同的臨時(shí)工程。
2、基坑支護(hù)工程成本高,開(kāi)工量大,技術(shù)復(fù)雜,涉及面廣,變化因素多,事故頻繁。
3、基坑支護(hù)工程向大深度、大面積發(fā)展,有的長(zhǎng)度寬度超過(guò)100米,深度超過(guò)20米。
4、在軟土、高地下水位等復(fù)雜場(chǎng)地條件下開(kāi)挖基坑,容易產(chǎn)生土體滑動(dòng)、基坑不穩(wěn)定、樁體變位、坑底隆起、支撐結(jié)構(gòu)嚴(yán)重漏水等問(wèn)題,對(duì)周邊建筑物、地下結(jié)構(gòu)和管道的構(gòu)成重大威脅。
5、基坑支護(hù)工程許多環(huán)節(jié)密切相關(guān)的,如擋土、支護(hù)、防水、降水和挖掘。一個(gè)環(huán)節(jié)的失敗將導(dǎo)致整個(gè)項(xiàng)目的失敗。
6、基坑支護(hù)工程成本高,是臨時(shí)工程。一旦發(fā)生事故,很難處理,造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。
7、基坑支護(hù)工程施工周期長(zhǎng)。
三、基坑支護(hù)設(shè)計(jì)要求
(一)設(shè)計(jì)使用期限
在大多數(shù)情況下,基坑支護(hù)是主體結(jié)構(gòu)地下部分施工采用的臨時(shí)措施,地下結(jié)構(gòu)施工完成后,基坑支護(hù)也完成其作用;基坑工程施工條件一般比較復(fù)雜,容易受到環(huán)境氣象因素影響,施工周期不宜過(guò)長(zhǎng)。因此,支護(hù)設(shè)計(jì)的有效期一般不超過(guò)兩年,但也不小于一年。
對(duì)于大多數(shù)建筑工程,一年的支護(hù)期可以滿足主地下結(jié)構(gòu)的施工周期要求。對(duì)于有特殊施工周期要求的工程,應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況延長(zhǎng)支護(hù)期,并考慮荷載等設(shè)計(jì)條件。
按主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)期限要求支護(hù)結(jié)構(gòu)和主體結(jié)構(gòu)"兩墻合一"的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用期限。
(二)基坑支護(hù)等級(jí)
1、基坑工程設(shè)計(jì)等級(jí)
GB50007將基坑工程視為地基基礎(chǔ)的一部分,分為甲、乙、丙三個(gè)設(shè)計(jì)等級(jí)。
不同設(shè)計(jì)等級(jí)的基坑工程原則上的差異主要體現(xiàn)在對(duì)于變形控制和地下水控制的要求上。設(shè)計(jì)等級(jí)為A級(jí)的基坑,除基坑支撐結(jié)構(gòu)變形外,還應(yīng)計(jì)算基坑周圍的地面沉降和周圍受保護(hù)對(duì)象的變形;在場(chǎng)地水文地質(zhì)條件復(fù)雜時(shí)、設(shè)計(jì)等級(jí)A級(jí)的基坑應(yīng)進(jìn)行地下水控制的專項(xiàng)設(shè)計(jì),主要目的是在充分掌握?qǐng)龅氐叵滤?guī)律的基礎(chǔ)上,減少因地下水處理不當(dāng)對(duì)周圍建(構(gòu))筑物和地下管線的損壞。
2.支撐結(jié)構(gòu)的等級(jí)和重要性系數(shù)
規(guī)范GB50007建議,在基坑工程設(shè)計(jì)中,應(yīng)根據(jù)支護(hù)結(jié)構(gòu)損壞的嚴(yán)重程度,確定支護(hù)結(jié)構(gòu)的等級(jí)。基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)在施工或使用過(guò)程中可能會(huì)遇到不可預(yù)測(cè)的負(fù)荷條件。因此,基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中使用的結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ的值不得小于 1.0。
規(guī)程JGJ 120 中將支護(hù)結(jié)構(gòu)的等級(jí)分為一、二、三級(jí),分別結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ不得小于1.1、1.0、0.9;在分析各種穩(wěn)定性時(shí),穩(wěn)定系數(shù)的值也與支撐結(jié)構(gòu)的等級(jí)有關(guān)。支撐結(jié)構(gòu)的等級(jí)越高,穩(wěn)定系數(shù)的值越高。
選擇支撐結(jié)構(gòu)等級(jí)的原則是:周邊具有住宅、公共建筑、道路或地下管道,或由于地質(zhì)條件復(fù)雜,缺乏類似地質(zhì)條件下相似基坑深度的經(jīng)驗(yàn),支撐結(jié)構(gòu)破壞、基坑不穩(wěn)定或過(guò)度變形對(duì)人類生活、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)或環(huán)境影響很大,等級(jí)為一級(jí)。當(dāng)支撐結(jié)構(gòu)損壞、基坑過(guò)度變形不會(huì)危及人類生命、輕微經(jīng)濟(jì)損失、對(duì)社會(huì)或環(huán)境影響較小時(shí),等級(jí)可分為三級(jí)。對(duì)于大多數(shù)基坑,等級(jí)應(yīng)分為二級(jí)。
對(duì)于內(nèi)支撐結(jié)構(gòu),當(dāng)基坑一側(cè)支撐不穩(wěn)定損壞會(huì)影響基坑另一側(cè)支撐結(jié)構(gòu)因力變化而連續(xù)倒塌時(shí),相互影響的基坑兩側(cè)支撐結(jié)構(gòu)應(yīng)達(dá)到相同的等級(jí)。
(三)基坑支護(hù)設(shè)計(jì)基本要求
1、基坑工程設(shè)計(jì)應(yīng)包括以下內(nèi)容:
(1)支撐結(jié)構(gòu)體系方案與技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較;
(2)基坑支護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性驗(yàn)算;
(3)計(jì)算支撐結(jié)構(gòu)的承載力、穩(wěn)定性和變形;
(4)地下水控制設(shè)計(jì);
(5)對(duì)周圍環(huán)境影響的控制設(shè)計(jì);
(6)基坑土方開(kāi)挖方案;
(7)基坑工程監(jiān)測(cè)要求。
2、基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)符合下列規(guī)定:
(1)所有支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足承載力、變形計(jì)算和土體穩(wěn)定性驗(yàn)算的要求
①支撐結(jié)構(gòu),包括支撐系統(tǒng)或錨桿結(jié)構(gòu),應(yīng)滿足構(gòu)件材料強(qiáng)度和穩(wěn)定設(shè)計(jì)的要求。
②變形要求,基坑開(kāi)挖引起的地層移動(dòng)和地下水位變化,從而引起的地面變形不得超過(guò)基坑周圍建筑物和地下設(shè)施的允許值,也不得影響基坑工程基樁的或地下結(jié)構(gòu)的施工。
③穩(wěn)定性要求,指基坑周圍土體的穩(wěn)定性,即無(wú)土體滑動(dòng)破壞,無(wú)滲流造成流砂、流土、管涌、支撐結(jié)構(gòu)和支撐系統(tǒng)不穩(wěn)定。
(2)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲、乙級(jí)的基坑,應(yīng)計(jì)算土方開(kāi)挖、降水引起的基坑內(nèi)外土體變形。
(3)高地下水位區(qū)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)的基坑,應(yīng)進(jìn)行地下水控制專項(xiàng)設(shè)計(jì)。
3、基坑支護(hù)設(shè)計(jì)要求
(1)設(shè)計(jì)應(yīng)設(shè)置支護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移控制值和基坑周圍建筑物的沉降控制值,并提出基坑周圍荷載限值、地下水和地表水控制等基坑的明確使用要求。這些設(shè)計(jì)條件和基坑使用要求應(yīng)作為設(shè)計(jì)文件中的重要內(nèi)容清楚地反映在設(shè)計(jì)文件中,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的總平面圖和剖面圖應(yīng)準(zhǔn)確標(biāo)記,施工注意事項(xiàng)應(yīng)在設(shè)計(jì)說(shuō)明中注明,嚴(yán)格防止支撐結(jié)構(gòu)施工和使用期間的實(shí)際情況超過(guò)這些設(shè)計(jì)條件。
(2)支護(hù)結(jié)構(gòu)與主體地下結(jié)構(gòu)之間應(yīng)留有足夠的施工工作空間,設(shè)置的錨桿、腰梁、內(nèi)支撐不得妨礙主地下結(jié)構(gòu)施工和防水施工。
(3)當(dāng)支撐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為平面結(jié)構(gòu)模型時(shí),沿基坑周圍垂直平面的設(shè)計(jì)條件往往會(huì)有所不同。除了基坑深度、周圍環(huán)境條件和附加載荷可能不同外,地質(zhì)條件的變化是支撐結(jié)構(gòu)不同于上部結(jié)構(gòu)的一個(gè)非常重要的特殊性。自然形成的土層在基坑規(guī)模范圍內(nèi)的分布和厚度往往存在較大差異,當(dāng)基坑深度、周圍環(huán)境和地質(zhì)條件存在差異時(shí),這些差異對(duì)支撐結(jié)構(gòu)的土壤壓力荷載的影響不容忽視。因此,計(jì)算部分的劃分應(yīng)根據(jù)基坑各部分的開(kāi)挖深度、周圍環(huán)境條件、地質(zhì)條件等因素進(jìn)行劃分。每個(gè)計(jì)算部分應(yīng)根據(jù)不利的條件進(jìn)行計(jì)算。
(4)支撐結(jié)構(gòu)的計(jì)算應(yīng)根據(jù)基坑開(kāi)挖和支撐結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況進(jìn)行計(jì)算,設(shè)計(jì)和計(jì)算的工作條件應(yīng)與實(shí)際施工條件一致。設(shè)計(jì)文件應(yīng)指出支撐結(jié)構(gòu)各部件的施工順序和相應(yīng)的基坑開(kāi)挖深度,防止基坑開(kāi)挖未完成未按計(jì)劃要求開(kāi)挖,導(dǎo)致開(kāi)挖過(guò)度造成工程事故。