2支护结构选型

岩土工程教研室GeotechnicalEngineeringTeachingOffice第二章支护结构选型2-1支护结构的类型支护结构围护墙支撑体系钢筋混凝土排桩(分离式、双排、咬合桩)钢板桩（槽钢、H型钢(工字钢）、热轧锁口）地下连续墙（现浇、预制）水泥土墙土钉墙逆作拱墙钢支撑钢筋混凝土支撑锚杆系统内撑系统1钢筋混凝土排桩排桩围护墙采用连续的柱列式桩，最常采用的桩型为灌注桩，常用的桩排列形式为单排分离式、单排咬合式和双排桩。一、围护墙的类型（1）单排分离式排桩分离式排桩在单排桩的各单桩间留有一定的净距，以插板或喷射混凝土的形式保护桩间土，必要时在桩外设置止水帷幕。分离式排桩是最为简单和常用的排桩围护结构，其计算理论明确，施工简单，适用于可成孔的各类土层。（2）双排桩在前排桩的后方设置较为稀疏的后排桩，前、后排桩以刚度的较大的连梁连接在两排支护桩顶形成“刚冒”，构成双排桩，也称“门式刚架”。较之单排桩，双排桩支护一是增大了桩体系的抗侧移刚度，二是前后两排桩与其间的土体的重力可抵抗部分坑外土体对支护结构的水平作用。双排桩在施工上不存在困难，问题在于计算理论不明确，尚有待于进一步研究。这种结构占用空间较大，但可悬臂支护更大的深度，且不需要设置内支撑。在场地空间充足，开挖深度较大，变形控制要求较高，且无法设置内支撑或锚杆的条件下，可考虑采用双排桩支护结构。（3）咬合桩在场地狭窄时设置止水帷幕，可考虑采用咬合桩的形式。即先行隔桩浇筑素混凝土或钢筋混凝土灌注桩，而后在相邻两先浇桩间钻孔浇筑钢筋混凝土灌注桩，先浇桩与后浇桩直接互相咬合，形成既起到支护作用，又起到止水作用的咬合桩。此种支护结构占用空间小，整体刚度大，但对成桩的垂直度要求高，后浇桩施工时机把握难度大，施工不易。2钢板桩钢板桩在计算原理上与排桩无异，只是因其应用越来越多将其单独列为一类。钢板桩一般由振拔机打入，使用后由振拔机拔出。虽然钢板桩一次性投资大，但可重复使用，相关单位可根据本单位日后工程量的大小选择购买或租赁。钢板桩的优点是材料质量可靠，在软土地区打设方便，施工速度快而且简便。缺点在于一般的钢板桩刚度不够大，用于较深的基坑时支撑（或拉锚）工作量大，否则变形较大；打入和拔除时，由于振动，可能扰动周边和本体建筑的地基和上部结构，造成破坏。一、围护墙的类型（1）槽钢钢板桩槽钢钢板桩是一种较为简单的钢板桩围护墙，由槽钢正反扣搭接或并排组成。槽钢长度一般为6m至8m，截面选型依据计算确定。打入地下后顶部接近地面处设一道拉锚或支撑。由于其截面抗弯能力弱，一般用于深度不超过4m的基坑。此类钢板桩只是相邻桩搭接，止水能力较弱，必要时可采取降水措施。（2）热轧锁口钢板桩热轧锁口钢板桩的常见形式有U型、H型、Z型、一字型和组合型，前两种桩型在建筑基坑中常用。H型钢板桩抗弯能力较强，是最为常用的桩型；U型钢板桩也称“拉尔森式钢板桩”，止水效果较好。。地下连续墙是通过现浇或预制，在基坑侧壁位置形成具有一定埋置深度的壁式支护结构，常见有现浇和预制两种形式。3地下连续墙（1）现浇地下连续墙现浇地下连续墙采用原位连续成槽，浇筑形成钢筋混凝土围护墙。槽段形式主要是壁板式，有时也通过设置整浇肋柱提高连续墙的水平抗力和刚度。由于采用整浇的形式，故现浇地下连续墙具有挡土和隔水双重作用。现浇地下连续墙刚度大、整体性好、安全性高、支护结构变形较小、抗渗能力强，可作为地下结构的外墙，配合逆作法施工，缩短整个工程的工期并降低造价。从地下连续墙的平面形状看，有时为了发挥拱效应提高水平抗力和刚度，将地下连续墙整体或转角处设计为圆筒形，其受力变为以受压为主、受弯为辅。（2）预制地下连续墙预制地下连续墙的成槽工艺与现浇相同，成槽后插入预制板件，板件间以现浇的混凝土相连构成整体。板件工厂化生产，施工速度快、板件质量好、平整美观，但是受吊装能力的限制，板件总长度不宜太大，故在基坑支护中较少采用。水泥土墙是由水泥土桩相互搭接形成的格栅状、壁状等形式的重力式结构。水泥土桩可采用深层搅拌桩或高压旋喷桩成桩。水泥土墙依靠其自身的重量和刚度保护基坑，一般不设支撑，特殊情况下经采取措施后亦可局部加设支撑。4水泥土墙水泥土加固体的渗透系数一般不大于10-7cm/s，可具有较好的防渗功能，因此这种墙体具有防渗和支护的双重作用。水泥土围护墙大多不设支撑，便于机械挖土；具备支挡和止水的双重功能，一般较为经济。缺点是适用的基坑深度不大；所需墙厚较大，要求基坑周边空间大；搅拌桩或旋喷桩施工可能引起周边建筑物不均匀沉降。采用土钉加固的基坑侧壁土体与护面等组成的支护结构。密布于原位土体中的细长土钉与土钉间的土体构成复合土体，复合土体与钢筋混凝土面层一起组成具有自稳能力的原位挡土墙。5土钉墙土钉墙的优点在于施工设备及工艺简单，适应基坑形状的能力强，也较为经济；坑内无支撑体系，可敞开式开挖；支护结构不占场地内空间，但需要占坑外地下空间；延性好，事故预兆明显。缺点在于土钉施工与土方开挖交叉作业，占用工期长，现场组织难度大；土层适应能力差，无法与土钉形成复合体的土类不适于采用土钉墙支护，比如含水量大的粉细砂、细砂、松散的砂土或卵石、淤泥和淤泥质土等；此外，土钉墙支护的变形一般较大，周边环境对变形敏感的较深基坑应慎用。5土钉墙为增加土钉墙支护的稳定性和变形控制能力，在实践中也有采用土钉墙内适当布置预应力锚杆或锚索形成复合土钉墙结构，有时候也在墙前预先施工小桩形成复合土钉墙结构。为了止水，可在墙前设置封闭的止水帷幕，止水帷幕也有利于坑壁的稳定和变形控制。当基坑平面形状适合时，可采用拱墙作为围护墙。拱墙有圆形闭合拱墙、椭圆形闭合拱墙和组合拱墙几种平面形式。拱墙结构主要承受压应力，结构材料多采用钢筋混凝土，充分发挥了混凝土的材料的抗压性能。6逆作拱墙对于排桩、板墙式支护结构，当基坑深度较大时，为使围护墙受力合理和受力后变形控制在一定范围内，需沿围护墙竖向增设支承点，以减小跨度。在坑内对围护墙加设支承，则称为内支撑。内支撑受力合理、安全可靠、易于控制围护墙的变形，但内支撑的设置给基坑内挖土和地下室结构的支模和浇筑带来一些不便，需通过换撑加以解决。如在坑外对围护墙设拉支承，则称为拉锚，在土层中的拉锚称土锚（锚索、锚杆）。用拉锚拉结围护墙，对坑内施工无任何阻挡。位于软土地区土锚的变形较难控制，且土锚有一定长度，在建筑物密集地区如超出红线尚需专门申请。二、支撑系统类型1内撑二、支撑系统类型支护结构的内支撑体系包括冠梁、腰梁（围檩）、支撑和立柱。冠梁和围檩固定在围护墙上，将围护墙承受的侧压力传给支撑（纵、横两个方向）。主要支撑为受压构件，长度超过一定限度时稳定性不能满足时，需加设立柱，减小稳定性不足支撑的计算长度。立柱下端嵌固于其下的桩基础，上端与支撑通过专门设计的结点连接。内支撑按照材料分为钢支撑和混凝土支撑两类。（1）钢支撑钢支撑常见钢管支撑和型钢支撑两种形式。钢管的直径和壁厚，H型钢的型号，需通过计算确定。在纵、横向支撑的交叉部位，可用上下叠交固定；亦可用专门加工的“十”形定型接头，以便连接纵、横向支撑构件。前者纵、横向支撑不在一个平面上，整体刚度差；后者则在一个平面上，刚度大，受力性能好。钢支撑的优点是安装和拆除方便、施工速度快，占用工期短，使围护墙因时间效应增加的变形减小；可以重复使用；便于专业化施工；可以施加并调整预应力，控制基坑围护墙变形。相对于钢筋混凝土支撑，其缺点是刚度相对较弱，支撑间距较小。（2）混凝土支撑随着挖土的加深，在设计规定的高层和平面位置现场支模浇筑而成。支撑的竖向位置要与腰梁位置匹配，平面布置、截面尺寸、混凝土强度等级、配筋等要经计算确定。其优点是便于设计不同的支撑线型（直线、曲线或折线），可根据基坑平面形状，选择最优化的支撑布置；钢筋混凝土支撑整体刚度大，安全可靠，并可使围护墙变形小；可根据内力变化和变形要求，选择最优的截面和配筋。其缺点是支撑养护时间长、影响工期、不能重复利用且拆除费用高。对平面尺寸大的基坑，在支撑交叉点处仍需设立柱，最常用立柱为四个角钢组成的格构式钢柱、圆钢管或型钢。从易于布置钢筋的角度看，格构式钢柱最为合理。综合比较钢支撑和钢筋混凝土支撑，钢支撑更具有优势，因其易于实现标准化、工具化，通过建立钢支撑制作、装拆、使用、维修一体化的专业队伍提高效率。2锚杆(1)工作机理：锚杆一端与围护墙连接，另一端锚固在墙后的稳定土层中。水、土压力作用于围护墙，其中的一部分通过围护墙作用于腰梁，依次传递给锚板、锚杯、锚杆自由段，最终由锚杆的锚固段传递到墙后稳定的土体。（2）优点：与内支撑相比，锚杆不涉及支撑及立柱的设置和拆除，多数情况下经济上有优势。其次，锚杆设置于围护墙背后，使基坑的土方开挖、地下结构施工的空间开阔，有利于提高施工效率和保证工程质量。（3）缺点：锚杆受地层条件和周边环境的限制，比如块石较多的土层锚杆成孔很难、细砂土中锚杆成孔可能造成锚杆上方土层及建、构筑物的大量沉降、锚杆还可能越过用地红线成为将来地下空间开发利用的障碍。2锚杆（4）锚杆种类：锚杆经过多年的应用和发展，已经形成多种成熟的、产品级的锚杆形式。除了常见的钢绞线、钢筋锚杆外，尚有纤维-树脂类锚杆。从成孔方式看，除常见的螺旋桩成孔、潜孔锤成孔、锚杆跟进一次性钻头外，也包括自钻式中空注浆锚杆和全套筒跟进锚杆。从一个锚固体中的锚杆数量看，既有单根锚杆的形式，也有多根锚杆的形式。从锚杆体的受力形式看，除常见的拉力型锚杆外，还包括锚杆与锚固体隔离而将锚杆拉力通过端板作用于锚固体根部的压力型锚杆，需要注意的是压力型锚杆根部锚固体的局部承压能力应进行验算或试验。2锚杆锚杆在选型时，应根据基坑开挖深度、周边环境条件、工程地质和水文地质条件、工期等综合确定。1原则支护结构选型应考虑结构的空间效应和受力特点，采用有利支护结构材料受力性状的型式；同时，支护结构设计要因地制宜，充分利用基坑的平面形状，使基坑支护设计既安全又节省费用三、支护结构选型2选型结构型式使用条件排桩或地下连续墙1.适用于基坑侧壁安全等级一、二、三级。2.悬臂式结构在软土场地中不宜大于5m。3.当地下水位高于基坑底面时，宜采用降水、排桩加截水帷幕或地下连续墙。水泥土墙1.适用于基坑侧壁安全等级二、三级。2.水泥土墙施工范围内地基土承载力不宜大于150MPa。3.基坑深度不宜大于6m。土钉墙1.适用于基坑侧壁安全等级二、三级的非软土场地。2.基坑深度不宜大于12m。3.当地下水位高于基坑底面时，宜采取降水、截水措施。结构型式使用条件逆作拱墙1.适用于基坑侧壁安全等级二、三级的非软土场地。2.淤泥和淤泥质土场地不宜采用。3.拱墙轴线的矢跨比不宜小于1/8。4.基坑深度不宜大于12m。5.当地下水位高于基坑底面时，宜采取降水、截水措施。放坡1.适用于基坑侧壁安全等级三级。2.施工场地应满足放坡条件。3.可独立或与上述其它结构结合使用。4.当地下水位高于坡脚时，应采取降水措施。