深基坑支护结构与边坡防护·上篇 / 开普饭

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深基坑支护结构与边坡防护

基坑工程是由地面向下开挖一个地下空间，深基坑四周一般设置垂直的挡土围护结构，围护结构一般是在开挖面基底下有一定插入深度的板（桩）墙结构；板（桩）墙有①悬臂式、②单撑式、③多撑式。注：悬臂式就是没有支撑的。

▼悬臂式基坑

▼单支撑基坑

▼多支撑基坑

支撑结构是为了减小围护结构的变形，控制墙体的弯矩；分为内撑和外锚两种。以下主要以地铁车站基坑为主介绍基坑开挖支护与变形控制。

▼外锚基坑

▼内撑基坑

一、围护结构

（一）基坑围护结构体系

（1）基坑围护结构体系包括①板（桩）墙、②围檩（冠梁）及③其他附属构件。板（桩）墙主要承受基坑开挖卸荷所产生的土压力和水压力，并将此压力传递到支撑，是稳定基坑的一种施工临时挡墙结构。

▼维护结构系统

（2）地铁基坑所采用的围护结构形式很多，其施工方法、工艺和所用的施工机具也各异；因此，应根据基坑深度、工程地质和水文地质条件、地面环境条件等（特别要考虑到城市施工特点），经技术经济综合比较后确定。

（二）深基坑围护结构类型

（1）在我国应用较多的有①排桩、②地下连续墙、③重力式挡墙、④土钉墙，以及这些结构的组合形式等。

（2）不同类型围护结构的特点见表1K413022-1。

1)预制混凝土板桩:

常用钢筋混凝土板桩截面的形式有四种:矩形、T形、工字形及口字形。

▼常用的钢筋混凝土板桩截面

A:矩形截面板桩制作较方便，桩间采用槽榫接合方式，接缝效果较好，是使用最多的一种形式；

▼矩形截面板桩

B:T形截面由翼缘和加劲肋组成，其抗弯能力较大，但施打较困难，翼缘直接起挡土作用，加劲肋则用于加强翼缘的抗弯能力，并将板桩上的侧压力传至地基土，板桩间的搭接一般采用踏步式止口；

▼T形截面桩

C:工字形薄壁板桩的截面形状较合理，因此受力性能好、刚度大、材料省，易于施打，挤土也少;

▼工字形截面桩

D:口字形截面一般由两块槽形板现浇组合成整体，在未组合成口字形前，槽形板的刚度较小。

▼口字形截面桩

预制混凝士板桩施工较为困难，对机械要求高，且挤土现象很严重，加之混凝土板桩一般不能拔出，因此，它在永久性的支护结构中使用较为广泛，但国内基坑工程中使用不很普遍。

2)钢板桩与钢管桩:

钢板桩强度高，桩与桩之间的连接紧密，隔水效果好，具有施工灵活、板桩可重复使用等优点，是基坑常用的一种挡土结构。但由于板桩打人时有挤土现象，而拔出时则又会将土带出，造成板桩位置出现空隙，这对周边环境都会造成一定影响。而且板桩的长度有限，其适用的开挖深度也受到限制，一般最大开挖深度在7-8m。板桩的形式有多种，拉森型是最常用的，在基坑较浅时也可采用大规格的摘钢(采用槽钢且有地下水时要辅以必要的降水措施)。

采用钢板桩作支护结构时在其上口及支撑位置需用钢围模将其连接成整体，并根据深度设置支撑或拉锚。钢板桩断面形式较多，常用的形式多为U形或Z形。我国地下铁道施工中多用U形钢板桩，其沉放和拔除方法、使用的机械均与工宇钢桩相同，但其构成方法则可分为单层钢板桩、双层钢板桩及帷幕等。

由于地铁施工时基坑较深，为保证其垂直度且方便施工，并使其能封闭合龙，多采用帷幕式构造。钢板桩与其他排桩围护相比般刚度较低，这就对围攘的强度、刚度和连续性提出了更高的要求。其止水效果也与钢板桩的新旧、整体性及施工质量有关。在含地下水的砂土地层施工时，要保证齿口咬合，并应使用专门的角桩，以保证止水效果。为提高钢板桩的刚度以适用于更深的基坑，可采用组合式形式，也可用钢管桩。但钢管桩的施工难度相比于钢板桩更高，由于锁口止水效果难以保证，需有防水措施相配合。

▼U形钢板桩

3)钻孔灌注桩围护结构:

钻孔灌注桩一般采用机械成孔。地铁明挖基坑中多采用①螺旋钻机、②冲击式钻机和③正反循环钻机、④旋挖钻等。

对正反循环钻机，由于其采用泥浆护壁成孔，故成孔时噪声低，适于城区施工，在地铁基坑和高层建筑深基坑施工中得到广泛应用。

▼正反循环钻机

对悬臂式排桩，桩径宜大于或等于600mm； 对拉锚式或支撑式排桩，桩径宜大于或等于400mm；排桩的中心距不宜大于桩直径的2倍。桩身混凝土强度等级不宜低于C25。

▼拉锚式排桩

排桩顶部应设置混凝土冠梁。

▼钻孔灌注桩冠梁（围檩）

混凝土灌注桩宜采取间隔成桩的施工顺序；应在混凝土终凝后，再进行相邻桩的成孔施工。钻孔灌注桩围护结构经常与止水帷幕联合使用，止水帷幕一般采用深层搅拌桩。如果基坑上部受环境条件限制时，也可采用高压旋喷桩止水帷幕，但要保证高压旋喷桩止水帷幕施工质量。

▼施工循序

▼施工现场

近年来，素混凝土桩与钢筋混凝土桩间隔布置的钻孔咬合桩也有较多应用，此类结构可直接作为止水帷幕。

▼咬合桩

4)SMW工法桩(型钢水泥土搅拌墙):

SMW工法桩围护墙是利用搅拌设备就地切削土体，然后注入水泥类混合液搅拌形成均匀的水泥土搅拌墙，最后在墙中插入型钢，即形成一种劲性复合围护结构，具体施工工艺流程见图 lK413022-1。

▼SMW工法桩施工流程

此类结构在上海等软土地区有较多应用。型钢水泥土搅拌墙中三轴水泥土搅拌桩的直径宜采用650mm、 850mm、 1000mm; 内插的型钢宜采用H形钢。

▼SMW工法桩示意图

▼SMW工法桩

搅拌桩28d龄期无侧限抗压强度不应小于设计要求且不宜小于 0.5MPa，水泥宜采用强度等级不低于p. 042.5级的普通硅酸盐水泥，材料用量和水胶比应结合土质条件和机械性能等指标通过现场试验确定。

在填土、淤泥质土等特别软弱的土中以及在较硬的砂性土、砂砾土中，钻进速度较慢时，水泥用量宜适当提高。在砂性土中搅拌桩施工宜外加膨润土。当搅拌桩直径为650mm时，内插H形钢截面宜采用H500 x 300、 H500 x 200; 当搅拌桩直径为850mm时，内插H形钢截面宜采用H700 x 300; 当搅拌桩直径为1000mm时，内插 H形钢截面宜采用H800 x 300、 H850 x 300。（这里背不下来吧，背不下来就不要背，难考这种小数据）

型钢水泥土搅拌墙中型钢的间距和平面布置形式应根据计算确定，常用的内插型钢布置形式可采用密插型、插二跳一型和插一跳一型三种。单根型钢中焊接接头不宜超过两个，焊接接头的位置应避免设在支撑位置或开挖面附近等型钢受力较大处；相邻型钢的接头竖向位置宜相互错开，错开距离不宜小于1m ，且型钢接头距离基坑底面不宜小于2m。拟拔出回收的型钢，插人前应先在干燥条件下除锈，再在其表面涂刷减摩材料。

5)重力式水泥土挡墙:

深层搅拌桩是用搅拌机械将水泥、石灰等和地基土相拌合，形成相互搭接的格栅状结构形式，也可相互搭接成实体结构形式。

▼重力式搅拌桩搭接形式