深基坑工程技术讲座(4).PDF

技术讲座 深基坑工程技术讲座4 沈保汉 北京市建筑工程研究院 第四讲 一般粘性土地区常用支护结构类型 411 一般粘性土的特性 我国东北、 华北地区及西北的大部分地区 多属一般粘性土、 粉土及砂土地区以下简称一 般粘性土地区 , 而且多数地区的地下水位较 深。 现以北京地区的地基土为代表,加以简单说 明。 北京城区及近郊位于山前洪冲积平原上。 旧城区及关厢一带杂填土一般厚度3～5m ,淹 废古河道处包括淤泥、 沉积泥和洼地等杂填土, 厚度有的超过10m ,压缩性高,土层厚度分布不 均匀,承载力较低,大部分有湿陷性。在旧城区 及东、 西、 北郊一带相当大的平原地区内,杂填 土以下是第四纪早全新世Q 1 4及其以前形成 的洪冲积土层,即北京所称的第四纪老土,其土 质较均匀,压缩性较低,强度较高,层次分布较 有规律。 大部分地区在杂填土以下为粉质粘土和粉 土组成的互层,厚度一般在3、4m至7、8m ,局 部地区有薄有厚,密实度一般为中下密 ～ 密实, 硬度一般为较软 ～ 较硬。 在粘性土层下,即地表以下5、 6m 至10m 左右处有一层由粉细砂至粗砂或砂卵石依次组 成的砂类土层,其密实度大都是密实的,层面比 较平整,厚度一般为2～10m或以上,工程性能 好。 除上述的第四纪老土层外,还有一类第四 纪晚全新世Q 2 4形成的洪冲积层,北京称为新 近代土。主要分布在南郊一带以及西北郊个别 地区,此外在郊区也有几片。此类土密度较低, 强度较低,压缩性较高,层次分布规律也较凌 乱。 近二十年来,北京旧城区内地下水位大幅 度下降,连同原西部水位较深地区,常年水位埋 深都超过10m ,东郊、 南郊和北郊水位较高,埋 深约2～ 4m 。 粘性土颗粒细,矿物成份和颗粒结构复杂, 具有一定的粘聚强度,且强度随含水量及应力 历史等一系列因素而变化。由于粘性土的粘聚 强度等因素,支护结构中实际的土压力往往小 于按库伦一朗金理论计算的主压力值。在多数 情况下,地下水位深,既不需要计算静水压力, 也不需要采取防水或降水措施。 因此,就挡土支 护结构类型的选择及其受力状况的分析而言, 一般粘性土地区与软土地区差别很大。现举例 说明。深圳市国商大厦地下车库,处于软土地 区,基坑深8m ,采用d800mm悬臂式灌注桩, 开挖后实测桩的钢筋应力200 M pa,桩顶位移 90mm;北京市北京医院急诊楼,地基主要土层 为粉质粘土,基坑深814m ,采用d800mm悬臂 式灌注桩,开挖后实测桩的钢筋应力27 M pa, 桩顶位移10mm。 412 确定一般粘性土地区挡土支护结构 类型的基本原则 1从总体上考虑,必须从基坑各部位的具 体情况出发,根据基坑周边场地条件和地质条 件接近或不同的情况,采用同一或多种挡土支 护结构类型。 位于北京市北闹市口的中国工商银行营业 大楼工程,基坑平面尺寸为135135m ,基坑深 度14135m ,整个工程分两期。经方案比较确定 在一、 二期交界处采用插筋补强护坡,其余三面 采用桩锚档土支护结构。 2从场地条件考虑,如坑周场地较为开 阔,则可采用上段放坡开挖,下段采用悬臂桩或 94 第24卷- 1 建筑技术开发 1997年2月 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 桩锚挡土支护结构;如坑周场地较为狭窄并且 邻近又有重要建筑物需要保护时,则可采用地 下连续墙加锚杆或支撑方案。 位于石家庄市的人防九二九工程,基坑深 度- 1113m ,自上而下的土层为粉土、 粉砂和粉 土,地表以下 6m 范围采取放坡开挖,下段采用 d600mm悬臂式钢筋混凝土螺旋钻孔灌注桩, 悬臂长度513m ,入土锚固深度41 0m 图41 1 。 图411 石家庄人防929工程基坑护坡 3从基坑开挖深度与范围考虑,开挖深度 不大时,可采用悬臂式档土支护结构、 土钉墙或 喷锚支护等结构;开挖深度较大时,可视情况采 用挡土桩加单层锚杆或多层锚杆型式。 4从土层地质条件考虑,土质较好的情况 可采用土钉或喷锚支护结构;土质较差的情况, 则可采用桩锚结构或锚杆加地下连续墙等型 式。 5从场地的地下水位考虑,如地下水位较 低时,可采用土钉或喷锚支护结构及稀疏桩排 挡土支护结构;如地下水位较高时,可采用支护 桩水泥土桩旋喷桩,深层搅拌桩等或地下 连续墙等。 表413 一般粘性土地基档土支护结构类 型选择表 表411列出了一般粘性土地基部分挡土支 护结构可能选择的类型。 413 实例 表412列出了一般粘性土地基深基坑挡土 支护结构实例。从表412中可以看出 1因一般粘性土地区,其边坡土质较好, 且地下水位较低,可利用土拱作用,故排桩法支 护成为这类地区最常用的挡土支护结构类型。 所谓排桩法系指由呈队列式间隔布置即稀疏 桩排的钢筋混凝土挖孔、 钻孔、 冲孔和压力注 浆等灌注桩以及H型钢桩和工字钢桩组成的 挡土结构;依其结构型式又可分为悬臂式和支 锚支撑、 锚杆或水平拉杆式支护结构;从布桩 型式又可分为单排桩和双排桩含刚架护坡桩 布置。 一般粘性土地基部分挡土支护结构类型选择表 表411 支护 型式 结 构 类 型 基坑深度m 15 悬 臂 式 支 护 钢板桩或钢筋混凝土预制桩 H型钢桩或工字钢桩○ 单排灌注桩 双排灌注桩○ 刚架桩○ 水泥土重力式档墙 钢筋混凝土地下连续墙 锚 杆 式 支 护 钢板桩○ H型钢桩或工字钢桩 单排灌注桩 双排灌注桩 钢筋混凝土地下连续墙 内 撑 式 支 护 钢板桩○ H型钢桩或工字钢桩 单排灌注桩○ 双排灌注桩 水泥土重力式档墙 钢筋混凝土地下连续墙 水平拉结 式支护 H型钢桩或工字钢桩○ 单排灌注桩○ 主动制约 机制挡土 支护结构 土钉墙○ 插筋补强○ 喷锚○ 组合式 支 护 土钉墙-悬臂桩○ 土钉墙-锚杆-支护桩 插筋补强-悬臂桩○ 插筋补强-锚杆-支护桩 自支护 逆作法 半逆作法 沉井○ 注11 内撑式支护中的支撑数及锚杆式与组合式支护中的锚 杆数,视不同情况由计算确定。 注21 表示 “适用”,○ “可以使用” 。 05 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 一般粘性土地基高层建筑深基坑挡土支护结构一览表表412 序号工程名称基坑深m挡 土 支 护 施 工 做 法 1兆龙饭店11112地表至- 61 2m 段放坡,以下采用d500单排悬臂钻孔桩 2石家庄人防929工程11130地表至- 610m段放坡,以下采用d600单排悬臂钻孔桩 3北京医院急诊楼8140d800单排悬臂挖孔桩, 4大兴高层综合楼9100d800单排悬臂挖孔桩,局部范围在顶部水平拉结,桩长131 5m 5中国银行北京分行10100d800单排悬臂挖孔桩 6北京邮政通信枢纽10150d800单排悬臂挖孔桩 7中国建研院主楼10150d800单排悬臂钻孔桩 8国际艺苑假日皇冠饭店10130d800单排悬臂挖孔桩,桩长14180m,桩距11 5m 9太原唐槐商厦12150d800单排悬臂冲孔桩,桩长24100m,桩距11 8m 10长富宫大厦14133d800单排悬臂挖孔桩,悬臂9m,桩长1316m,桩顶以上5133m放坡 11全国总工会工人之家11150d1000单排悬臂挖孔桩,地表至- 11 5m 段放坡,桩距11 5m 12科技情报中心7100d500单排钻孔桩加单层锚杆 - 3 1 8m 处 , 桩距1125m 13友谊医院医技楼10100d500单排钻孔桩加单层锚杆 - 4 1 5m 处 , 桩距 1m 14隆福大厦12100d500单排钻孔桩加单层锚杆,桩距01 7m 15国际信托公司大厦13150d500单排钻孔桩加单层锚杆 - 6 195m处 , 桩距 1m 16北纬饭店11100d600单排钻孔桩加单层锚杆 17沈阳中山大厦13100d800单排挖孔桩加单层锚杆 - 4 1 5m 处 , 桩距11 5m 18金朗大酒店13150d800单排挖孔桩加单层锚杆 19故宫地下构筑物13150d800单排挖孔桩加单层锚杆在桩顶承台梁处 , 桩距11 5m 20新桥饭店14100d800单排挖孔桩加单层锚杆 21建华花园大厦18100d800单排钻孔桩加单层锚杆 - 8 1 0m 处 , 桩距11 6m 22新华社主楼19160d800单排挖孔桩加单层锚杆,桩距116m,上部采取放坡 23华府大厦13140d1000单排挖孔桩加单层锚杆局部两层 , 桩距116m 24中环广场大厦17150d1000单排挖孔桩加单层锚杆 - 7 1 5m 处 , 桩距11 5m 25中国人民银行金融大楼13180d1300单排挖孔桩加单层锚杆 - 7 1 0m 处 , 桩距11 8m 26万方商城大厦14100d600单排钻孔桩加两层锚杆承台梁及- 61 5m 处 , 桩距11 0m 27东黎广场A型、B型19130d600单排钻孔桩加两层锚杆 - 5 1 9m 及- 111 9m 处 , 桩距11 1m 28东黎广场C型,距18层楼30m19130 d600单排钻孔桩加三层锚杆 - 2 1 5m 、- 81 3m 及- 141 3m 处 , 桩 距11 1m 29西直门消防中心10150d600单排钻孔桩加水平拉杆桩顶处 30新世纪饭店14100d800单排挖孔桩加水平拉杆桩顶处 31方庄小区芳城园1区6号楼9180 d600双排悬臂钻孔桩,入土深度416m,桩距2m,排距112m, 梅花形 布桩 32安定门外华侨公寓14164 d600双排悬臂钻孔桩,桩顶以上 7m 放坡,桩入土深度5156m桩距 2m,排距112m 33科技活动中心10150 d400双排钻孔桩,桩顶以上11 8m 放坡,桩入土深度3m,单层锚杆 - 5 1 8m 处 34新大都饭店13130d400梅花形双排钻孔桩,大部单层锚杆,局部两层锚杆 35农贸中心大厦15110d400双排钻孔桩,桩顶做双排宽连梁,单层锚杆,局部两层锚杆 36糖业烟酒公司批发市场3184d200钻孔桩,前桩长6m,后桩长5m,桩距1m,排距1m 37北京汽车摩托车制造厂5160d300钻孔桩,前桩长716m,后桩长616m,桩距2m,排距 1m 38北京服装学院教学楼7165d400钻孔桩,前、 后桩长均为12185m,桩距2m,排距 1m 39宣威大厦12163 d800钻孔桩,桩顶以上21 6m 放坡,前桩长1516m,后桩长1411m, 桩距4m,排距11 8m 40左家庄综合办公大楼12120H型钢桩加单层锚杆 41京城大厦23150 488H型钢桩加三层锚杆- 5m, - 12m, - 18m 处 , 桩长27m,桩距 11 1m 42渔阳饭店11160H型钢桩加水平拉杆 - 2m 处 43中国专利局15100488H型钢桩加水平拉杆 44京西宾馆1110056C钢板桩加单层锚杆 - 2 1 4m 处 , 桩长0193～11 2m 45国际饭店1413063号工字钢桩,间距017m,桩长17m,桩顶拉锚 46王府井穆斯林贸易大厦9100地下连续墙600mm厚 , 单层锚杆,墙入土深度6155m 47王府饭店16100地下连续墙600mm厚 , 墙入土深度4m, 4层锚杆 48京广中心18150地下连续墙600mm厚 , 墙入土深度5m, 5层锚杆 49庄胜商业中心14180土钉墙,土钉长10～13m,共十层,土钉纵横间距11511 5m 50新亚华侨旅馆综合楼15120土钉墙,土钉长10～13m,土钉纵横间距11511 5m 51北京教育中心科研楼10158插筋补强,插筋纵横间距 0 18～11 2 1 ～11 5 m, 共十层 52中国工商银行营业大楼14135插筋补强,插筋纵横间距1111m,共十二层 注11 除序号2、9、17外,均为北京市深基坑工程。注21 序号36～39挡土支护结构为刚架护坡桩。 15 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 当基坑深度不大时,悬臂式支护结构由于 施工简便,往往是首选方案,但其选用主要是根 据基坑周边的土质条件和环境条件的复杂程 度,对以单排布置的悬臂桩来说,其技术关键之 一是严格控制嵌入深度。 根据北京地区的经验, 悬臂式支护结构适用于基坑深度一般不超过 10m的粘性土层及不超过8m 的砂类土层;当 超过上述深度时,则地表以下一定深度范围内 需采取放坡措施如序号为1、2、10和11的深 基坑工程。 模型试验和工程实测结果表明,在同样桩 数的前提下,将悬臂式单排桩每隔一根移至后 排形成悬臂式双排桩含刚架护坡桩 , 由于双 排桩的整体刚度大,加上前后排桩形成与土压 力反向作用的力偶的原因,使双排桩的位移明 显减小,同时桩的内力也有所下降,并变成交变 应力。 因此,从施工简便并在对基坑支护结构的 位移有一定限制的要求下,悬臂式双排桩是一 种很有应用价值的挡土支护结构类型。序号 39、37和36的刚架护坡桩,基坑开挖后的最大 位移分别为4mm、10mm和12mm。 当基坑深度较大 10m 以上 , 并且邻近基 坑边有建筑物或地下管线需要保护时,往往采 用桩锚式挡土支护结构,其优缺点见本技术讲 座2表212。根据北京地区的经验,采取一定 的技术措施单层锚杆式支护的基坑深度可达到 16～18m ,这样可以加快挖土进度。基坑深度大 于15m ,一般采用多层锚杆。 当基坑深度在10～15m之间,如果场地条 件许可,也可采用水平拉结式支护序号29、30 工程。内支撑排桩结构,由于挖土工作面不开 阔,地下结构施工不方便等原因,目前在北京地 区应用很少。但在特殊情况下见本技术讲座 2表21 2 则此类结构具有显著优点。 当地下水位较深或地下水位较浅但周边环 境允许降水时,通常采用稀疏桩排,当地下水位 较浅但周边环境不允许降水时,则需在相邻桩 之间增设止水桩。 2地下连续墙支护集挡土、 支护和防水于 一体,有很多优点,但其显著缺点是工期长,造 价高,见本技术讲座2表212,所以业主对此 常持谨慎态度。 但如果基坑周围施工宽度狭小, 邻近基坑边有重要建筑物或密集的地下管线需 要保护时,则往往选用地下连续墙。 北京地区的 有些工程序号46～ 48 以及地铁车站采用此 种结构。 3土钉墙与插筋补强均为原位加固土技 术,属主动制约机制挡土支护结构。 土钉墙是系 由注浆钢筋钉、 带钢筋网的喷射混凝土面层、 钉 体与支护面层相连接的金属垫板等联结件和被 加固的土体组合成的复合土体挡土支护结构, 其优缺点见本技术讲座2表212。插筋补强是 系由注浆钢筋钉、 带金属丝网的水泥土面层、 锚板和被加固的土体组合成的复合土体挡土支 护结构。前者的挡土支护能力显然高于后者 。 北京地区土钉墙的基坑深度可达16～17m ,插 筋补强的基坑深度可达13～14m。需要注意的 是,这些优势只有在一定条件下方能得以发挥, 否则会有很大风险性。 近二年多来,土钉墙技术 在北京地区推广使用,并取得若干新进展。 4当单一支护结构型式难以满足工程安 全或经济要求时,可考虑采用组合式支护结构, 以充分发挥所选各结构单元的特长。北京新峰 广场大厦基坑深度14110m ,采用插筋补强加锚 杆加支护桩的组合式支护结构,见图412。北京 远 洋 大 厦 基 坑 深 度16175m采 用 土 钉 墙 6 175m高加锚杆加支护桩护土高度10m 的组合式支护结构。 图412 新峰广场大厦深基坑工程 下转44页 25 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 年以上时间内仍保持稳定高真空的板式透明结构。他 们在23mm间隔距离内使用了0135mm直径的玻璃支 承圆柱方阵,表面涂盖发射率为0107的T i O22A u2T i O2 涂层,光学性质很好,测试所得综合热流率仅为016 W m 2K , 预计今后投入实际使用的关键是降低生产 成本。 51 填气窗 在双层玻璃间充填导热率低于空气的气体,如氪、 氙、 氩等惰性气体,就会增加窗户的隔热性能。氩气的 导热率比空气低13,价格又较其他惰性气体低廉,充 氩气的玻璃窗已上市销售。 61 蜂窝窗 标准双层玻璃窗两层玻璃的间距约10mm,如增 加间距,气体导热热阻增加,但由于将引起空腔内的气 体对流,传热量反而会增大。希望能找到一种导热率 低、 不会引起空气对流且又能透光的材料放置在两层 玻璃的间隙内。具有高孔隙率的蜂窝材料满足了这种 性能。70年代初,德国OKL alus公司用小直径透明管 轴向平行粘制的蜂窝状隔热窗已投入市场。1984年,以 色列A rel能量公司制成正方形聚碳酸脂蜂窝材料, 130mm厚的蜂窝材料隔热性能与50mm 厚的玻璃纤 维层相当,而可见光透过率可达60。 71 气凝胶窗 气凝胶是直径仅几纳米的粒子以不规则的品格状 态悬浮于空气层的多孔结构。 孔隙率高达90以上,而 空位直径又比空气对流胞小得多,因此就具有了高透 光性、 近似于空气的低导热率、 又不产生空气自然对流 的优导性能。日本名古屋工业技术试验所1991年制成 硅气凝胶, 915mm厚的试样太阳光透过率为87 ,导 热率低于0104 Wmk。其缺点是易碎裂,且吸水率 高,吸收空气中的水分后,隔热性能明显下降。目前瑞 典A irlass公司生产的硅气凝胶已上市销售,其大小为 60cm60cm ,两面覆玻璃板,端面完全密封, 内部抽真 空,但成本太高,难以普及。BA SF公司生产了低成本 的直径为几毫米的气凝胶小球,装置于双层玻璃内能 做成窗户,但透明性较差。因此,气凝胶窗技术尚待完 善和发展。 81 动力窗 瑞士洛桑技术研究院最近研制成功一种薄膜式的 透明太阳电池。它由具有光电效应的光敏物质膜、 吸收 电子的二氧化钛薄膜和可向外部电路传输电流的氧化 锡薄膜组成,放置于双层玻璃窗内,并在薄膜空气充填 碘基电介质。由于薄膜都很薄,能透光。这种窗户可以 将入射太阳能的10转换成电能,故称动力窗,其隔热 性能也优于普通窗。 参改文献 1 › 资源 Vol . 12,NO. 31991, 11～16 2 Sun World Vol . 15,NO. 21991 3 Solar Energy Vol . 48,NO. 41992 227～230 4 黄志成等 1 太阳能 119961 11～12 上接52页 5近年来,一些深基坑工程还降低了桩顶 标高,在桩顶圈梁上砌筑2～ 8m 高的挡土墙, 一般砌370mm厚砖墙,其中设置钢筋混凝土 框架柱梁,以减少锚杆层数,并作基坑挡水用。 建华花园工程序号18,基坑深度18m ,桩顶 圈梁设置在- 81 0m 处,其上 8m 范围为多层钢 筋混凝土框架加砖墙 370mm 厚 , 锚杆设在圈 梁处。 6自支护结构体系是近十年来发展起来 的方法,主要利用各层地下室楼盖作为护坡桩 的水平内支撑杆系,使反向土压力相互抵消,当 两个侧墙处土压力大小不平衡时,可借助于桩 外产生被动土压力使之平衡,从而改善了护坡 桩的受力条件,使之能支护较深的基坑;如果利 用桩墙结合的方法,使护坡桩成为永久性侧墙 的一部分,则可较大幅度降低造价。例如,沈阳 华美科技大厦基坑深91 8m 、 抚顺饮食服务公 司大厦基坑深91 0m 采用逆作法施工,北京华 侨公寓地下车库基坑深718～111 3m 采用桩 墙合一半逆作法施工,均取得了显著的技术经 济效果。 首都国际机场新航站楼和东环广场工程 列为全国第二批示范工程 〔 本刊讯〕 为将10项新技术推广应用工作落到 实处,建设部日前公布了第二批 “全国建筑业新技术应 用示范工程” 名单,并宣布了奖励办法。 第二批示范工程有40项。建设部要求有关施工单 位要采取有效措施,认真落实全国示范工程新技术应 用的实施计划,强化管理,建成质量优、 效益好、 施工速 度快的样板工程。这批工程一旦通过验收,将获得建设 部 “全国建筑业新技术应用示范工程” 称号及奖牌。所 奖称号将作为审定或调整建筑施工企业资质时的主要 业绩。这批示范工程是北京的首都国际机场新航站 楼、 东环广场;天津的金钢桥改建工程、 泰达大厦;上海 的八万人体育场、 金茂大厦、 南北高架六标段、 森茂国 际大厦。 44 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. 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