地铁深基坑各种常见支护形式

1地铁深基坑各种常见支护类型施工总结中铁一局第五工程有限公司陈国康1前言1.1深基坑支护的作用深基坑不论何种支护形式,它的作用主要是为了挡土、截水、保证坑底稳定的作用,同时可以承担必要的施工荷载、控制土体变形、保证基坑周边已有建筑物在施工过程中的安全，同时为在建地下结构工程施工提供起码的施工条件。1.2深基坑支护形式的选择随着我国城市建设的规模越来越大，地铁和高层建筑基础设计越来越深，对深基坑支护要求越来越高，基坑开挖支护项目愈来愈多，而基坑支护技术具有技术复杂、综合性强的特点，它与水文地质勘察、支护计算、开挖作业方式、施工质量要求、监控和现场管理等诸多因素有密切关联，同时对工程工期、造价、和临近建筑物又有举足重轻的影响，而深基坑支护工程大多为临时性工程，设计院一般会综合考虑支护结构的安全、经济性、便利性及参考业主意见，合理选择支护方式。2地铁深基坑常见的几种支护方式地铁基坑支护应综合考虑场地工程地质与水文地质条件、基坑开挖深度、降排水条件、基础类型、周边环境对基坑侧壁变形控制的要求、基坑周边荷载、施工季节及施工条件、支护结构使用期限等因素，做到因地制宜、因时制宜，基坑支护常见方式：1、放坡开挖+喷锚支护、土钉墙、钢筋混凝土板桩、槽钢钢板桩、SMW工法桩、深层搅拌水泥土围护墙、地下连续墙、钻孔围护桩+旋喷桩止水帷幕+钢支撑（锚索）等。3各种支护形式的适用范围和施工方法3.1放坡开挖+喷锚（短钉）支护3.1.1适用范围本支护形式适用于周围场地开阔，周围无重要建筑物，地质条件主要以回填土、粘土、亚粘土、少量砂卵层及强风化岩层，只要求稳定，位移控制无严格要求，不适用于粉砂层厚和周边有承压水的基坑，本支护方式是价钱最便宜，回填土方较大。我公司施工的长沙地铁项目西广场明挖地铁区间和出入段线明挖地铁区间使用的本支护方式。3.1.2施工方法⑴开挖施工2基坑采用挖掘机配合自卸车开挖，预留0.2m的边坡保护层人工刷坡，开挖作业高度确定每层挖深为1.5m~2m左右，分段开挖长度根据混凝土喷射机的生产能力确定纵向100m左右。⑵刷坡边坡预留的0.2m保护层采用人工刷坡，使岩面形成平整而规则的坡面，并清除坡面松土。⑶喷射第一层混凝土开挖形成平整坡面后立即喷射第一层混凝土，厚度为50mm左右。⑷施工短钉为保证坡面稳定，放坡开挖边坡上一般设计挂网，挂网用短土钉固定，短钉一般长度为1~3m，钢筋直径一般为22mm左右，当封闭层喷射混凝土达到设计强度70%后，及时施打短土钉，土体内的短和岩层短钉选用小型钻孔机具即可，然后逐孔注浆锚固。⑸挂网当锚杆水泥净浆达到设计强度的70%后，即可挂网，并使其紧贴坡面，钢筋网与锚杆焊接在一起。⑹喷射第二层混凝土完成挂网后，喷射第二层混凝土，喷射总厚度10cm，喷射混凝土的厚度检验采用埋设钢筋标尺的方法进行。喷射混凝土面层中应设置泄水孔，以排除面层后的积水。⑺养生喷射混凝土初凝快，7天内收缩变形较大，要在初凝后覆盖洒水养生，养护时间为10～14天。图1“放坡+喷锚边坡”实例图1图2“放坡+喷锚边坡”实例图23.2土钉墙支护3.2.1适用范围3土钉墙是一种边坡稳定式的支护,其作用与被动的具备挡土作用的上述围护墙不同,它是起主动嵌固作用,增加边坡的稳定性,使基坑开挖后坡面保持稳定。土钉墙主要用于土质较好地区,我国华北和华东北部一带应用较多,目前我国南方地区亦有应用,有的已用于坑深10m以上的基坑,稳定可靠、施工简便且工期短、效果较好、经济性好、在土质较好地区应积极推广。我公司施工的长沙地铁项目杜花路下明挖地铁区间上人防基坑和杭州地铁九堡东站西端区间使用的本支护方式。3.2.2施工方法土钉墙施工方法中也需喷射砼和挂网，喷砼和挂网步骤和“放坡开挖+喷锚（短钉）支护”方式类似，只是边坡坡度可能更陡，基坑深度可能更深，仅是锚杆主动嵌固长度更长，有的长达数十米，由于钻孔机械较大，在开挖时应在土钉孔下方约500mm处预留施工平台，施工过程中钻孔前应定出孔位并作出标记和编号,孔位的偏差不大于100mm;成孔的倾角误差不大于±3°;孔深误差不大于±50mm，孔径误差不大于±10mm。及时封闭、加固，初喷在基坑开挖后要立即进行，钻孔、注浆、下锚应分段进行，确保及时封闭坡面，加固坡体。3.2.3土钉施工检测土钉支护作为主动嵌固形式，其嵌固力必须进行现场抗拔试验，每一典型土层中至少应有三个专门用于测试的非工作钉，且整个支护工程不少于3个，测试钉进行抗拔试验时的注浆体抗压强度一般不小于6MPa。试验采用分级连续加载。根据试验得出的极限荷载可算出界面粘结长度的实测值。这一试验平均值应大于设计计算所用标准值的1.25倍，土钉质量进行验收试验时，每类土层不少于3根；抗拔力平均值应大于设计抗拔力；抗拔力最小值应大于设计抗拔力的0.9倍。图3土钉施工实例图1图4土钉施工设备图43.3钢筋混凝土板桩3.3.1适用范围钢筋混凝土板桩具有施工简单、现场作业周期短等特点,曾在基坑和围堰中广泛应用,但由于钢筋混凝土板桩的施打一般采用锤击方法,振动与噪音大,同时沉桩过程中挤土也较为严重,在城市工程中受到一定限制。此外,其制作一般在工厂预制,再运至工地,成本较灌注桩等略高。但由于其截面形状及配筋对板桩受力较为合理并且可根据需要设计,目前已可制作厚度较大(如厚度达500mm以上)的板桩,并有液压静力沉桩设备,故在深度较浅基坑工程中或是在浅水区域围堰或浅基坑仍使用支护板桩，多个单桩咬合形成支护墙，达到基坑挡水挡土的支护目的。地铁明挖区间或出入口小型基坑的围护可能用到此种方法。3.3.2施工方法当河水流速较大，河床为砂类土、黏性土、碎石土时，“土方围堰”不适合时施打钢筋混凝土板桩围堰，亦可采取拔除周转使用。⑴预制板桩钢筋混凝土桩应建立预制厂集中预制，其规格及所用原材料质量必须符合设计要求和施工规范的规定，并有出厂合格证。⑵配备机具现场备足柴油打桩机（现在已有自行式履带式和船载打桩机）、运桩小车、索具、钢丝绳等施工机具。⑶作业条件：桩基的轴线和标高均提前测定完毕，桩基的轴线和高程控制桩应设置在不受打桩影响的地点，并应妥善加以保护，观察并处理完板桩位置高空和地下的障碍物。然后打试验桩。施工前必须打试验桩，其数量木少于2根。确定贯入度并校验打桩设备、施工工艺以及技术措施是否适宜。打桩时要选择和确定打桩机进出路线和打桩顺序，制定施工方案，作好技术交底。3.3.3注意事项打桩机就位时，应对准桩位，保证垂直稳定，在施工中不发生倾斜、移动。起吊预制桩时应先拴好吊桩用的钢丝绳和索具，然后应用索具捆住桩上端吊环附近处，一般不宜超过30cm，再起动机器起吊预制桩，使桩尖垂直对准桩位中心，缓缓放下插入土中，位置要准确；再在桩顶扣好桩帽或桩箍，即可除去索具。5桩尖插入桩位后，先用较小的落距冷锤1～2次，桩入上一定深度，再使桩垂直稳定。10m以内短桩可目测或用线坠双向校正；10m以上或打接桩必须用线坠或经纬仪双向校正，不得用目测。桩插入时垂直度偏差不得超过0.5%。桩在打入前，应在桩的侧面或桩架上设置标尺，以便在施工中观测、记录。用落锤或单动锤打桩时，锤的最大落距不宜超过1.0m。；用柴油锤打桩时，应使锤跳动正常。打桩顺序根据基础的设计标高，先深后浅；依桩的规格宜先大后小，先长后短。由于桩的密集程度不同，可自中间向两个心向对称进行或向四周进行；也可由一侧向单一方向进行。图5混凝土板桩施工（打桩船）图6自行式履带沉桩机3.4槽钢钢板桩3.4.1适用范围槽钢钢板桩是一种简易的钢板桩围护墙,由槽钢正反扣搭接或并排组成。槽钢长6～8m,型号由计算确定。其特点为:槽钢具有良好的耐久性,基坑施工完毕回填土后可将槽钢拔出回收再次使用;施工方便,工期短;挡水和挡土中的细小颗粒效果不佳,在地下水位未降到位需开挖基底集水坑时可以作为快速施工的临时围护。我公司施工的杭州地铁项目市民中心站7号出入口底板集水坑开挖时使用过本支护方式。3.4.2施工方法施工方法与钢筋混凝土板桩施工方法类似，如果钢板桩需要加长，可以进行接桩，一般采用焊接接桩，接桩时上下节之间的间隙应用铁片垫实焊牢，焊接时，应采取措施，减少焊缝变形；焊缝应连续焊满。接桩一般在距地面lm左右时进行。上下节桩的中心线偏差不得大于10mm，节点折曲矢高不得大于l‰桩长。6图7钢板桩施工图8钢板桩围护的基坑3.5SMW工法桩3.5.1适用范围SMW工法亦称劲性水泥土搅拌桩法,即在水泥土桩内插入H型钢等(多数为H型钢,亦有插入拉森式钢板桩、钢管等),将承受荷载与防渗挡水结合起来,使之成为同时具有受力与抗渗两种功能的支护结构的围护墙。SMW支护结构的支护特点主要为:施工时基本无噪音,对周围环境影响小;结构强度可靠,凡是适合应用水泥土搅拌桩的场合都可使用,特别适合于以粘土和粉细砂为主的松软地层;挡水防渗性能好,不必另设挡水帷幕;可以配合多道支撑应用于较深的基坑;此工法在一定条件下可代替作为地下围护的地下连续墙,在费用上如果能够采取一定施工措施成功回收H型钢等受拉材料;则大大低于地下连续墙,因而具有较大发展前景。我公司施工的杭州地铁项目市民中心站7号出入口、8号出入口相临的波浪文化城基坑即使用过本支护方式。3.5.2施工方法该工法是以多轴型钻掘搅拌机在现场向一定深度进行钻掘，同时在钻头处喷出水泥系强化剂而与地基土反复混合搅拌，在各施工单元之间则采取重叠搭接施工，然后在水泥土混合体未结硬前插入H型钢或钢板作为其应力补强材，至水泥结硬，便形成一道具有一定强度和刚度的、连续完整的、无接缝的地下墙体。SMW工法最常用的是三轴型钻掘搅拌机，其中钻杆有用于粘性土及用于砂砾土和基岩之分。SMW工法施工顺序如下：⑴导沟开挖桩位应平整碾压，确保50t履带吊和步履式桩机就为安全，然后测量放线，开挖导沟，确定是否有障碍物。7⑵桩机就位根据导沟位置铺设路基箱或钢板，检查此大型设备上下左右是否有障碍物，还要注意机身下有无电线电缆，移动结束后检查定位情况并及时纠正，确定无误后就位并调整桩身垂直度。⑶水泥浆液制备在施工现场搭设拌制平台，采用复合硅酸盐水泥，三轴搅拌一般水泥浆液水灰比控制在1.5:1，并按要求添加外掺剂。⑷SMW钻拌钻掘及搅拌，重复搅拌，三轴搅拌在钻杆下沉和提升时均应注入水泥浆液，并控制好钻进和提升速度。⑸置放应力补强材（H型钢）在H型钢表面均匀涂刷不薄于1mm的减摩剂，搅拌完成后50t吊机就位吊装型钢，型钢下放过程中要控制垂直度，靠型钢自重下放到标高。⑹固定应力补强材当SMW工法桩围护的基坑内主体结构物施工完毕后，配合吊车和大型千斤顶逐步顶升回收H型钢。图9SMW工法桩回收H型钢图10SMW工法桩施工机械3.6深层搅拌水泥土围护墙3.6.1适用范围深层搅拌水泥土围护墙是采用深层搅拌机就地将土和输入的水泥浆强行搅拌,形成连续搭接的水泥土柱状加固体挡墙。水泥土围护墙优点:由于一般坑内无支撑,便于机械化快速挖土;具有挡土、止水的双重功能;一般情况下较经济;施工中无振动、无噪音、污染少、挤土轻微,因此在闹市区内施工更显出优越性。水泥土围护墙的缺点:首先是位移相对较大,尤其在基坑长度大时,为此可采取中间加墩、起拱等措施以限制过大的位移;其次是厚度较8大,只有在红线位置和周围环境允许时才能采用,而且在水泥土搅拌桩施工时要注意防止影响周围环境。我公司施工的杭州地铁项目市民中心站6号出入口杭州市市民中心大厦侧围护即使用过本支护方式。3.6.2施工方法深层搅拌水泥土围护墙施工方式和和施工机械与SMW工法桩类似，深层搅拌机械将土体和水泥浆液混合形成连续的止水围护墙，在墙内无需加劲，由于刚度有限，所以搅拌墙一般有两道及以上，按照设计的排列规则，共同承担基坑的围护和止水。图11深层搅拌水泥土围护墙成桩施工过程3.7地下连续墙3.7.1适用范围通常连续墙的厚度为600mm、800mm、1000mm，也有厚达1200mm的，但较少使用。地下连续墙刚度大，止水效果好，是支护结构中最强的支护型式，适用于地质条件差和复杂，基坑深度大，周边环境要求较高的基坑，本支护形式造价较高，施工要求专用设备。我公司施工的杭州地铁项