大型深基坑支護施工新技術大盤點，值得收藏

一、基坑工程技術的發展歷程

第一階段：上一世紀80年代末到90年代末，研究、探索階段。

第二階段：新世紀初的十多年，發展階段。

1、兩個階段的標誌

1）第一階段：2000年前後基坑工程的國家行業標準和地方標準的頒佈。

2）第二階段：2009年《建築基坑工程監測技術規範》GB50497）的頒佈、一批相關的規範全面修訂。

2、基坑工程設計理念的改變

1）早期：設計往往以滿足地下工程施工為主。或以經驗為主；或以理論為主。

2）現今：滿足環境保護已成為設計施工的基本出發點。理論和經驗相結合。

3、基坑設計方法

1）極限平衡法:卜魯姆法、盾恩法、相當樑法等 ；

2）彈性支點法:解決變形分析問題；

3）有限元法:平面、空間；土體與結構共同作用；考慮土的彈塑性等

4、對基坑穩定性的認識

基坑事故主要是岩土類型的破壞形式。整體滑動穩定性、抗隆起穩定性等在軟土中尤其重視。點這免費下載施工技術資料

二、基坑工程的新型支護結構

常用的基坑支護結構

1）土體加固類:放坡、土釘牆、重力式水泥土牆等。

2）支擋、拉錨式圍護牆：排樁、地下連續牆。

3）支錨體系：拉錨式，內支撐。

圍護牆

支錨體系：拉錨和錨杆

1、複合土釘牆

1）土釘支護結構的優點:施工方便、設備簡單、經濟效益顯著等。

2）土釘支護結構的主要問題:適用有一定限制，僅適用於非軟土場地。

土釘支護結構的主要問題

1）軟土地區：穩定性

2）複合土釘牆：採用水泥土攪拌樁、預應力錨杆、微型樁等的一類或幾類結構與土釘牆複合而成的支護結構。

3）軟土地區的應用：以水泥土攪拌樁、微型樁等“超前支護”，

4）解決：隔水性；土體的自立性（加大自立高度和持續時間、提高穩定性）。

5）非軟土地區的應用：通過微型樁、預應力錨杆等對限制土體的位移。預應力錨杆複合土釘牆，加大預應力可使位移減少40%~50%。使其適應的基坑開挖深度有所增加。複合土釘牆使開挖深度有所增加（12~15m）。

6）複合土釘牆結構設計中應注意的問題：可計入複合體的共同作用，但複合體的作用不可過高估計。

7）原位土層、土釘對結構穩定性的貢獻：應占有主要的份額。

2、雙排樁結構

雙排樁結構：由前、後兩排支護樁和樑連接成的剛架及冠樑組成的支擋式結構。

雙排樁結構的特點

1）結構：有較大的側向剛度，無需支撐或拉錨

2）施工：適應性廣、工藝簡單、與土方開挖無交叉作業、施工工期短等。

雙排樁的設計

嵌固穩定性驗算：以結構前後排樁與樁間土的整體分析，但嵌固段被動土的抗力作用在總抵抗力矩中佔主要部分。

剛架結構受力分析

1）前、後排樁的受力前排受壓；後排受拉，並引起前、後排樁豎向位移和樁身彎矩。

2）前、後排樁之間土體：考慮其的反力與變形關係（樁間土看作水平向單向壓縮體，按壓縮模量確定剛度係數）

考慮開挖後應力釋放引起的初始壓力（按樁間土自重佔滑動體自重的比值確定）

3）樁頂樑

3、型鋼水泥土攪拌牆

1）型鋼水泥土攪拌牆：由水泥土牆和內插的型鋼組成的複合支護結構。

2）特點：支護性能好、造價低、環保（型鋼可回收）等。我國於2010年頒佈了《型鋼水泥土攪拌牆技術規程》JGJ/T199 ，標誌了該技術已較為成熟。

型鋼和水泥土作用

1）型鋼：作為擋土結構。

2）水泥土：作為截水帷幕。

型鋼水泥土攪拌牆的工作特性

1）牆體變位較小時：水泥土對提高牆體的剛度有相當貢獻。

2）牆體的抗彎承載力驗算：不應考慮水泥土的作用。

3）型鋼間水泥土的受剪：包括型鋼間水泥土的錯動受剪和最弱截面處的局部受剪。

4）型鋼水泥土攪拌牆的樁身強度是目前工程中矛盾比較集中的問題。

5）設計要求：一般強度為1.0MPa左右，甚至更高。

6）實際情況：往往難以達到設計要求。

7）取芯檢測：28d強度值一般在0.4MPa左右。

如何確定水泥土攪拌牆的樁身強度？

1）工程實際：鮮有因強度較低而造成破壞的事例；

2）理論分析：要求水泥土28d抗壓強度為0.5MPa左右；

3）規範建議：採用不小於0.5MPa較為適宜。

三、深基坑工程施工新設備和新工藝

施工中新設備和新工藝：地下連續牆、混凝土咬合樁排樁、超深多軸水泥土攪拌樁（SMW工法）、水泥土攪拌連續牆（TRD工法）、超大型環形支撐體系、十字鋼支撐雙向復加預應力技術、混凝土支撐的繩（鏈）鋸切割法、錨杆的回收 技術等。點這免費下載施工技術資料

1、地下連續牆成槽機械和工藝

常用的成槽機械

銑削式成槽機——最大成槽深度可達150m，牆體厚度可達2.5m。

槽壁穩定

粉土、粉砂土等易坍塌土層的技術措施：① “夾心”地下連續牆（水泥土攪拌樁保護槽壁）；② 改良泥漿性能。

2、灌注樁施工新技術

旋挖鑽孔灌注樁

1）旋挖成孔：通過桶狀鬥式鑽頭回轉切削土體。

2）裝土外運：直接將土裝入鑽鬥，提升卸土。

3）泥漿護壁：易坍塌土層——採用靜態泥漿護壁泥漿排量僅傳統工藝的1/4~1/5）。

4）不易坍塌土層：可採用乾式或清水鑽進工藝（無需泥漿護壁）。

鑽孔咬合灌注樁

由間隔佈置的混凝土素樁和配筋樁相互咬合，形成的 “樁牆”。

1）咬合方法：旋挖鑽機成孔、衝抓鑽成孔、全套管成孔等。

2）性能：與間隔式灌注樁排樁相比：截水性能良好、不需附加的截水帷幕。與地下連續牆相比：功能基本相同，但施工簡便、造價低廉。

素樁和配筋樁

1）素樁的混凝土：（超緩凝）初凝時間不小於40~70h；3d強度不大於3MPa；8d強度不小於C15。

2）配筋灌注樁：素樁混凝土初凝階段施工，咬合素樁。

全套管成孔

1）適用：除用於咬合樁外，還可用於：淤泥、流砂、地下水富集等。

2）不良地層；城市建築物密集或有地下障礙的地區。

3、型鋼水泥土攪拌牆施工工藝

多軸柱列式水泥土攪拌牆：SMW工法（Soil Mixing Wall）

1）攪拌樁施工機械：三軸（四軸或五軸）攪拌樁機械；樁徑650~1000mm，最大深度可達60m。

2）型鋼拔出機械：液壓式拔樁機

3）關於水泥土水灰比的討論：我國規範建議水泥摻量高達20%左右；水灰比為1.5~2.0，砂礫土中為1.2~2.0。

高水灰比的不必要性：對水泥土強度並無益處；大量原土被置換，施工中難以實現（實際施工中往往出現湧土時便停止注漿）；置換排出的土為水泥含量較高的廢土，造成汙染。

基於水泥土強度0.5MPa可滿足要求的前提

1）建議：水泥摻量取15%~18%； 水灰比取0.8~1.0。改用震動插入型鋼的方法。

2）日本有關資料：水泥摻量15%左右，水灰比0.8~1.0之間。

型鋼插入

型鋼插入時間

1）規範規定：水泥土攪拌後30min內插入；

2）工程經驗；水泥土攪拌後1~2h內插入，並無影響。

3）振動插入對型鋼與水泥土的粘結力的影響：在攪拌樁施工後1~2h內（水泥初凝前），振動插入型鋼不會影響粘結力。

水泥土攪拌連續牆

日本稱TRD工法（Trench Cutting Re-mixing Deep Wall）

特點：與多軸柱列式水泥土攪拌牆相比：成牆連續；表面平整；深度大。

攪拌連續牆施工機械

1）成牆：採用鏈鋸式攪拌刀具。

2）成牆深：刀具用銷栓連接，深度可達數十米。

3）高度小：整體高低僅10m左右。

4）施工工藝：主機所帶的鏈鋸式攪拌刀具沉入地基土中並沿刀架移動，作往復運動，並在深度方向灌入水泥漿液，與土體攪拌、混合成牆。

四、逆作法和利用“時空效應”的開挖技術

1、地下結構的逆作法建造

1）逆作法：地下工程由上向下施工的方法。

2）特別適用：超深地下結構、環境保護要求高。

3）優點：①以主體結構作為“支撐”，剛度大，基坑變形較小；②無需支撐，大大節約資源、降低能耗；③可實現上、下結構同步施工，不同程度縮短工期；④地下結構頂板較早形成，施工現場佈置方便。

逆作的幾種方法

1)上下結構是否同步施工

2）平面區域是否全部逆作施工

3）頂板以下結構是否採用逆作

4）圍護結構是否兼作主體結構外牆

逆作法的土方開挖

2、軟土地區利用“時空效應”的開挖技術

1）軟土地區土的特點：含水率高、強度低，在開挖時有很大的流變性。開挖易引起基坑過大變形，甚至危及周邊環境。

2）基坑工程的“時空效應”：基坑支護結構的變形和周邊地層的變形：隨時間推移而發展；因開挖的空間尺度、坑底暴露面積而不同。這在軟土地基的條件下尤為突出。

3）利用“時空效應”的開挖技術：“分層、分塊、對稱、平衡、限時”。

超大深基坑中，分塊開挖是最基本的措施。點這免費下載施工技術資料

1）分塊開挖典型方式之一 ：超長線性基坑

採用分段分層開挖方法，及時設置支撐、施工墊層。在前區段的基礎底板完成後進行後續區段的開挖。形成線性的流水作業。

2）分塊開挖典型方式之二：無內支撐的大面積基坑

利用後澆帶進行分塊施工，在前一區塊基礎底板施工完成後進行後一區塊的土方開挖。各塊之間可採用跳倉施工法以加快進度。

3）分塊開挖典型方式之三：大面積採用內支撐的深基坑

採用分層盆式開挖或分層島式開挖的方式。

分層盆式開挖示例

分層盆式開挖示例——豎向分層盆式開挖

分層盆式開挖示例——平面分塊開挖

五、結語

1、我國基坑工程的新技術、新工藝、新設備不斷湧現。

2、地下工程規模將向大面積、超深度方向發展：需要基坑工程技術的不斷提升和創新。

3、基坑工程地域性、複雜性、綜合性和不可預見性的特點：需要在設計與施工中給予加倍重視和精心。