基坑支护方案比选.doc

方案选型1.总体方案选型基坑围护方案的选取，在考虑工程造价、工期、施工操作可行性和方便性的同时,特别需要严格控制基坑与地下室施工过程中产生的变形，降低对周边道路、管线、建筑物的影响，确保整个工程顺利实施。根据目前基坑方面的设计施工经验和科研技水平，总体方案科研考虑如下几种做法：（1） 顺做法：即围护体采用传统的板式围护结构+临时内支撑的形式。其中板式围护结构可以选用SMW工法、钻孔灌注桩+止水帷幕、地下连续墙；临时内支撑可以采用钢筋混凝土支撑和钢支撑。顺做法优点：施工工艺成熟，施工方式简单,施工工期一般较逆作法有优势，目前使用最普遍的围护方式。顺做法缺点:顺做法相对逆作法多增设了临时内支撑，从而增加了总体造价。（2） 逆作法:即利用主体结构的楼板体系作为临时挖土支撑系统，并在楼板上预留出土口。逆作法的围护体一般都采用地下连续墙作为围护结构，地下连续墙同时作为地下室的外墙,即通常所说的“两墙合一”，同时利用地下室主体结构梁板作为内支撑体系。逆作法优点：逆作法利用刚度较大的地下室楼板结构体系作为支撑体系，可以有效控制周边围护体的变形，同时节省了临时内支撑的费用，基坑开挖深度较大时，在经济上比顺做法占优势.逆作法缺点：逆作法目前尚缺乏小型、灵活、高效的小型挖土机械,使挖土的难度增大，土方开挖比较困难，施工难度大，相应工期也比较长.该方法施工缝多，在接茬上处理不好对结构质量和防渗漏有一定影响,逆作法支撑位置受地下室层高的限制，如遇较大层高的地下室,有时需另设水平支撑或加大围护墙的断面及配筋,增加工程造价.采用逆作法时由于开挖和施工的交错进行，逆作结构的自身荷载由立柱直接承担并传递至地基，则对中柱桩的布置设计、沉降量的控制等要求很高。总之，只有考虑上部结构和地下室同时开工时,可以选择此方法。2围护结构选型深基坑工程一般采用板式支护体系。板式支护体系由围护墙结构、支撑与围檩体系，以及防渗与止水结构等组成。适合本工程基坑开挖深度的围护结构有型钢水泥土搅拌桩墙、钻孔灌注桩+止水帷幕、地下连续墙,其中地下连续墙既可以作为临时围护结构，也可采用兼做地下室外墙的“两墙合一形式.（1） 型钢水泥土搅拌桩墙（SMW工法）型钢水泥土搅拌桩墙即在水泥土搅拌桩中内插型钢，来进行挡土止水。型钢水泥土搅拌桩墙相对于其他板式支护结构刚度较小，通常适用于开挖深度不大于12m的基坑，其施工占用场地较小,型钢可以回收利用,如工期不是很长,能在很大程度上节省工程造价。若应用在超深基坑工程中，因其刚度小,基坑开挖产生的周围地面沉降和位移较大，同时较大的变形容易时搅拌桩开裂而发生渗漏.（2） 钻孔灌注桩+止水帷幕法钻孔灌注桩+ 止水帷幕时软土地区传统的基坑围护结构形式,开挖深度小于15m的建筑基坑工程中绝大多数都是采用钻孔灌注桩+止水帷幕作为围护体。根据基坑开挖深度的不同，止水帷幕可以选择双轴水泥土搅拌桩、三轴水泥土搅拌桩和高压旋喷桩。止水帷幕造价由高到低依次为高压旋喷桩、三轴水泥土搅拌桩和双轴水泥土搅拌桩.与地下连续墙相比，钻孔灌注桩围护结构在经济上占有一定的优势，但对于超大超深基坑,一般来讲，采用钻孔灌注桩+止水帷幕风险较大,主要是止水帷幕的质量难以得到有效地保证。一方面,随着接坑开挖深度的加深,水泥土搅拌桩的垂直精度受到限制，导致深处搅拌桩桩间的搭接较难控制，影响止水效果；其次，在土层较为软弱，基坑开挖深度很深的情况下,钻孔灌注桩围护结构变形大，容易导致止水帷幕开裂;基坑工程周边环境保护要求一般都较高，大多不允许进行基坑外进行降水,随着基坑开挖深度的增加，坑内外水头差增大，止水帷幕的抗渗性能变差，细小的渗漏都可能引起管涌、流沙等严重后果。（3） 地下连续墙地下连续墙刚度大,止水效果在所有围护体中最好，可以在很大程度上减少周边地下水的渗漏问题.同时,地下连续墙方案施工工艺成熟,墙体的质量有保证，施工风险较小，占用空间较少,对周边环境影响也较小。在软土地区,对于超过15m的深基坑,一般都采用地下连续墙作为围护形式.目前，已经施工完成的超过15m的深基坑工程实例中，绝大部分都是采用地下连续墙作为围护结构。地下连续墙围护结构不需另设止水帷幕，只需要在槽段与槽段之间作防渗处理即可。从保护周边环境角度讲,由于地下连续墙的整体刚度高于其他围护形式，在实际施工过程中，围护结构变形和周边地层的位移和沉降都较小,适合于周边环境保护类型较高、基坑开挖深度较深的大型深基坑工程。地下连续墙又可以分为两墙合一和两墙分离两种形式,但目前绝大多数工程都采用围护墙和地下室外墙“两墙合一的形式.两墙合一地下连续墙作为围护体已经得到大量的工程实践，并且已经发展形成了成套比较成熟的设计理论和施工技术，已成为深、大规模基坑工程首选的围护体形式。3.水平支撑体系方案选型深基坑板式支护体系中常用的水平传力体系有水平支撑和锚杆两种形式，由于本工程基坑开挖深度达到9。09.5m,而且周边紧邻下方埋有大量市政管线的道路,考虑到本工程开挖深度范围内分布有较厚的高压缩性软弱淤泥质粘土，该土层中锚杆难以提供足够的锚固力，不利于控制基坑变形保护周围环境，另外本工程地下室外墙与用地红线的距离较小,也不具备施工锚杆的空间。综上所述，本方案选用水平内支撑作为基坑开挖阶段的水平传力体系。3。1支撑材料选型分析钢支撑具有自重小,施工方便，安装和拆卸的速度快,而且可以回收利用，在一定程度上可以节约工程造价。但钢支撑体系比混凝支撑体系刚度小，对施工质量的要求较高。需要保证支撑体系各个节点焊缝质量和拼装质量。由于钢支撑自身的刚度较低,且都为拼装构件，安装节点比较多,当施工不符合设计要求时，容易造成因节点变形和钢支撑变形引起的基坑水平位移过大，有时甚至出现由于节点破坏,造成断一点而破坏整体的后果。因此，这便决定钢支撑的跨度不能太大，同时也限制了基坑开挖的出土空间。钢支撑作为对撑,其受力线路明确,但作为角撑等斜向受力构件，效果不好。钢支撑一般适用于形状较规则，宽度较小的基坑工程。钢筋混凝土支撑在开挖深度较深，形状不规则的基坑中使用最为广泛,且施工工艺成熟。钢筋混凝土支撑能加强整个平面结构体系的整体刚度，能有效地减少围护体顶部位移，有利于对周边环境的保护。同时,钢筋混凝土支撑相比钢支撑不知更为灵活,不受基坑形状的限制,便于基坑工程的分块施工.利用钢筋混凝土支撑能够预留较大的出土空间,方便土方的开挖，减少地下结构的施工工期。另外,钢筋混凝土支撑还可以与施工栈桥相结合，可以进一步加快土方开挖速度，方便施工。3.2支撑平面布置分析钢筋混凝土支撑体系可采用对撑+角撑布置形式以及圆环支撑布置形式，两种支撑体系从结构受力以及变形控制的角度来看均可行,综合各方面的因素分析,两种支撑体系各有特点:（1)对撑+角撑体系a。受力明确通过沿基坑中部对边设置的对撑基本上控制了基坑中部围护体的变形，角部区域设置角撑约束，可缩短支撑的跨度，增加角部支撑刚度,有利于控制短边跨中基坑变形。如此布置形式,各个区域的受力明确，且受力体系相对独立.b.分段施工、流水作业采用对撑、角撑的布置形式，各个区域相对独立，可实现分块抽条开挖，并能跟进及时浇注对撑，可有效的控制基坑变形。并且每个分块支撑形成并达到一定设计强度后即可继续向下开挖，大大加快了整体施工进度。c.第一道支撑可作为施工栈桥第一道支撑的对撑位置可对杆件进行加强后作为施工中挖、运土和材料堆放和加工用的施工栈桥,增大了施工操作面，加快了出土效率，并方便施工以及降低施工技术措施费.d.超长混凝土支撑的收缩变形问题如何控制在支撑杆件浇注、养护过程中产生的收缩变形及支撑形成后产生的温度变形将是基坑工程实施的难点问题.目前类似规模工程中常采用分区、分段浇注支撑系统等方式，可在一定程度上解决该问题。（2）圆环支撑体系a.结构受力性能合理基坑大致呈方形,可采用以水平受压为主的圆环支撑形式，能够充分发挥混凝土材料优越的受压特性,而且具有较大的刚度和变形小的特点。b.挖土空间大圆环支撑体系的布置形式，可在基坑平面形成大范围的无支撑区域，为挖运土的机械化施工提供良好的多点作业条件，同时也为工程提供了下坑施工的便利。在圆环支撑布置条件下,土方开挖可采用竖向分层、岛式开挖为主，最后一层土方采用退挖方式，可提高挖土速度和缩短深基坑的挖土工期.c.对挖土提出较高要求,支撑形成时间长圆环支撑体系具有较高的整体受力要求，基坑每一层土方的开挖必须待相应的支撑系统完全形成之后方可进行.此外，从圆环受力应均匀的要求来看，该支撑体系对土方开挖也提出了较高的要求。采用圆环支撑必须在每道支撑全部形成后才能发挥支撑作用和向下开挖土方,由于基坑面积巨大,每层土方开挖和支撑整体形成时间较长,整体施工进度在一定程度上会受到影响.d。双半圆环支撑结合工程特点，若采用整体“顺做法”方案。圆环支撑平面布置可采用双半圆环支撑形式.两个半圆之间设置对撑，一方面可以解决支撑受力问题,另一方面也便于结合首道支撑架设施工栈桥.4.竖向支撑体系选型竖向支撑体系包括立柱和立柱下的立柱桩.绝大部分基坑工程中，立柱桩都采用钻孔灌注桩，对于少数挖深小,面积小的小型基坑也可采用水泥土搅拌桩结合型钢立柱的做法。本工程基坑开挖深度较大、施工场地较小,基坑面积较大,砼支撑竖向荷载较大，且支撑可能需要结合施工栈桥布置,因此立柱和立柱桩承受竖向力较大。因此，基于本工程的特点，竖向支撑体系选用钢管立柱和格构立柱,立柱桩采用钻孔灌注桩，钢管、格构柱插入到钻孔灌注桩中，以保证立柱和立柱桩的可靠连接,增强支撑竖向和水平向的整体刚度，另在立柱穿越底板的位置设置钢止水片.5。方案选型小结基于以上对总体方案选型、围护体选型、支撑选型等的分析，本基坑工程采用“分区顺做”总体设计方案。以下对基坑支护方案进行说明:基坑开挖深度为9.09。5m，经过计算分析,采用,钻孔灌注桩结合一道钢筋混凝土支撑体系和钻孔灌注桩结合两道钢筋混凝土支撑体系均是可行的.故该区域共有两大类围护方案：第一类方案：基坑围护体采用钻孔灌注桩结合两道钢筋混凝土支撑第二类方案：基坑围护体采用，钻孔灌注桩结合一道钢筋混凝土支撑根据对支撑体系选型分析的结果，采用两种支撑方案：支撑体系方案A：双半圆环支撑体系支撑体系方案B：对撑角撑支撑体系因此根据支护结构形式及支撑体系形式的两两组合，基坑可衍生四个方案：方案一：钻孔灌注桩+双轴深搅桩止水帷幕+两道钢筋混凝土双半圆环支撑体系.方案二:，钻孔灌注桩+双轴深搅桩止水帷幕+一道钢筋混凝土双半圆环支撑体系.方案三：钻孔灌注桩+双轴深搅桩止水帷幕+两道钢筋混凝土对撑角撑体系.方案四：，钻孔灌注桩+双轴深搅桩止水帷幕+一道钢筋混凝土对撑角撑体系。方案一1. 围护结构基坑普遍区域开挖深度为9。009.50m，围护结构采用钻孔灌注桩.灌注桩设计强度为C30。围护桩的设置情况如图：钻孔灌注排桩外侧设置双排双轴水泥土搅拌桩止水帷幕，水泥土搅拌桩插入基底以下约5。0m.双轴水泥土搅拌桩水泥掺量为16%。止水帷幕内侧与灌注桩外边线相距200mm。水泥土搅拌桩套一轴施工，保证止水效果。钻孔灌注桩信息表区段钻孔灌注桩规格开挖深度嵌固深度有效桩长注：有效桩长子圈梁底起算2. 水平支撑体系双半圆环支撑方案竖向设置两道钢筋混凝土支撑,采用双半圆环式的布置形式。采用以水平受压为主的圆环支撑形式,中间能够充分发挥混凝土材料优越的受压特性，而且具有刚度大和变形小的特点.在两个半圆环支撑之间约36m范围内，东西向设置两道三榀的对撑桁架，用以控制东西两条边跨中的变形。角部主要利用角撑结合径向支撑控制基坑变形。圆环体系的布置形式，形成的无支撑面积较大,为挖土的机械化施工提供了良好的多点作业条件,可提高挖土速度缩短深基坑工程的挖土工期.土方开挖可采用竖向分层、岛式开挖为主,最后一层土方采用退挖方式。支撑信息表项目中心标高压顶梁/围檩圆环撑径向杆件连系杆第一道支撑系统第二道支撑系统圆环支撑体系具有极高的整体性受力要求,基坑每一层土方的开挖必须待相应的支撑系统完全成型之后方可进行.此外，从圆环受力应均匀的要求来看，该支撑体系对土方开挖也提出了较高的要求。圆环支撑体系土方开挖应分块、对称、均匀，以保证圆环受力均匀。支撑采用C30混凝土，支撑具体信息见表。3. 竖向支撑体系土方开挖期间需要设置竖向构件来承受水平支撑的竖向力,本工程采用临时钢立柱及柱下钻孔灌注桩作为水平支撑系统的竖向支承构件.临时钢立柱根据不同区域的竖向荷载大小分别采用由等边角钢缀板焊接而成的型钢格构柱，其截面为450450,型钢型号为Q345B，钢立柱插入作为立柱桩的钻孔灌注桩中不少于2。5m。支撑立柱桩设计时结合主体工程桩桩位的布置，尽量利用工程桩作为立柱桩,其余另外加打,无法利用工程桩的位置增打桩径为的钻孔灌注桩作为立柱桩，桩身混凝土设计强度等级C30。立柱桩有效长度为30.0m，支撑立柱桩采用桩端后注浆工艺，单桩注浆量为1。5t.基坑承压水降压对环境影响问题的分析与处理1. 本工程面临的承压水问题本基坑工程普遍区域开挖深度9。09.5m，根据现阶段提供的地质勘察资料显示，东部区域基坑开挖至基底，基坑底部存有第4层弱承压含水层.基坑工程将面临严重的承压水影响问题。基坑是实施阶段必须将承压水头抽降至基底以下1m，方可满足基坑工程安全实施的要求。2. 承压水的处理方案根据长三角等软土地区通过大量受压含水层影响的深基坑工程实践，从中总结并形成了一套具有丰富实践经验的针对承压水的设计和施工方法，对影响基坑工程安全的承压水问题的处理通常有“隔水”、“降压”及“封底”三种技术方案，实际工程中可根据具体情况进行选用某一种方案，也可视要求组合使用。以上三种承压水技术方案中，“封底一般只适用于基坑面积较小或者狭长形基坑工程中,对基坑基底以下一定范围内的土体进行地基加固，以起到控制承压水突涌的效果。当基坑工程面积巨大时，“封底”措施的工程造价相当高，显然不具备大面积处理承压水的经济技术可行性。因此对于本工程可采用的手段为“隔水和“降压”两种方案。所谓“隔水”，即采用止水帷幕将影响基坑工程的承压含水层隔断，切断承压含水层坑内外之间的水力联系,基坑实施阶段在坑内采用疏干井对承压含水层进行疏干，而不影响坑外承压水的水位，可较好的保护周围的环境，“隔水”技术对策示意图见图.对于本工程而言，采用“隔水”措施,即采用止水帷幕进入第1层隔水层，将上部弱承压含水层隔断。由于下部砂层较厚，采用“隔水”措施时,止水帷幕的入土深度需达到约55m.“降压”即基坑止水帷幕不隔断承压含水层,基坑实施阶段采用降压井，以“按需降压”的原则，将承压含水层水头高度降低至安全高度。此手段经济有效而且具有丰富的工程经验,但承压含水层未隔断,坑内外存在水力联系,降低坑内承压水位的同时，也降低了坑外的承压水位，所带来的直接影响即体现为地面沉降。承压水“降压”技术对策示意见图。3. 本工程承压水处理方案本工程根据地质勘察资料，可以将基坑分为东西两个区域。其承压水计算结果见图。