郑刚-软土地区大面积深基坑无支撑开挖支护技术

第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津软土地区大面积基坑非支撑支护设计施工技术郑刚教授博士生导师天津大学土木工程系第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津顾晓鲁：天津大学土木工程系教授刘畅：天津大学土木工程系副教授天津大学土木工程系博士后天津城建学院讲师刘双菊：第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津汇报提纲•天津市城区及滨海新区工程地质条件•大面积基坑的常规支护方法•大面积基坑无支护设计方法•结论与建议第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津•天津市城区及滨海新区工程地质条件•大面积深基坑的常规支护方法•大面积深基坑无支护设计方法•结论与建议第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津天津滨海新区第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津工程名称建筑高度(米)最大挖深/m天津站交通枢纽工程地下工程25~32.5天津津塔33622.5天津和记黄埔22019天津仁恒海河广场17017.5天津中钢大厦36520天津高新区CBD117大厦59623.5天津地铁3号线解放北路站地下工程31.0第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津第Ⅰ海相层第Ⅱ陆相层第Ⅰ陆相层第Ⅲ陆相层第Ⅱ海相层25人工填土层第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津•天津滨海新区海相淤泥质软土地区，上部回填土土层水平方向不均匀，填土成分复杂，土质情况较差，地下水位以潜水为主，地下水位埋深在0.5~1.5m之间。•基坑围护结构所处的土层主要为淤泥质土层，饱和淤泥层及淤泥质粘土层具有高含水量（40%~60%）、高压缩性、低透水性、低抗剪强度等特点。第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津空港物流地区典型工程地质剖面图第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津天津开发区第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津•天津市城区及滨海新区工程地质条件•大面积基坑的常规支护方法•大面积基坑无支护设计方法•结论与建议第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津15第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津•天津市城区及滨海新区工程地质条件•大面积基坑的常规支护方法•大面积基坑无支护设计方法•结论与建议第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津无支撑基坑支护设计方法•双排桩基坑支护结构•加筋深层搅拌桩重力式挡墙•灌注桩与搅拌桩组合结构•反压土与中心岛支护•排桩多级支护•土钉支护•桩锚支护•倾斜桩支护第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津一、双排桩基坑支护•在桩数不变的前提下，将单排桩形成前后排对应排列，形成双排支护桩。•与单排桩相比，双排桩支护具有很好的抵抗变形的能力，适用于软土地区大面积较深基坑支护。•在天津市区已应用于深度9m以上的基坑工程，开发区于6m以上的基坑具有成功的应用经验。20第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津•天津民安国际酒店工程位于天津经济技术开发区第二大街与南海路交口处，东西长117m，南北长80m。•基坑深6m，基坑四周5m-10m范围内均有道路和建筑物。•土质条件为前述典型开发区软土。第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津•基坑支护结构为双排钢筋混凝土灌注桩•前后排桩直径均为600mm，间距1.5m，入土深度12m，后排桩长16.8m，前排桩长14.8m。•两排桩排距2.5m。第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津基坑围护结构计算结果实测帽梁位移随时间变化图25第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津•毛竹加筋水泥土复合挡墙•预制桩加劲水泥土复合挡墙•灌注桩加劲水泥土复合挡墙•小规格型钢加筋水泥土复合挡墙•大直径钢筋加筋水泥土复合挡墙•钢筋笼加筋水泥土复合挡墙二、加筋深层搅拌桩重力式挡墙第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津•天津市区4~6m及开发区3~5m的基坑可采用深层搅拌桩重力式挡墙支护，常常存在能够满足稳定性要求，但墙体拉、压应力超出材料强度。•采用配筋搅拌桩能够解决该问题，可根据应力要求在受拉区插入钢筋、小型钢等，某工程采用废旧钢轨作为加筋材料取得了良好的效果。第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津天津地铁一号线洪湖里车站3号出入口加筋水泥土复合挡墙•基坑深度5.5m。原设计采用四排水泥搅拌桩重力式挡墙。•试验工程改为2排水泥搅拌。•插入地铁既有线改造拆卸下来的56kg重轨，使用普通的搅拌桩机施工。30第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津••550065001200第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津应变片钢轨应变片钢轨钢轨应力测点位置图第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津-9-8-7-6-5-4-3-2-10-20020406080读数1读数2读数3读数4读数5读数6读数7读数8-9-8-7-6-5-4-3-2-10-100102030读数1读数2读数3读数4读数5读数6读数7读数8应力(MPa)应力(MPa)测点位置(m)测点位置(m)图2-14钢轨A窄翼缘应力图2-15钢轨A宽翼缘应力第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津-10-9-8-7-6-5-4-3-2-10-40-20020接触面1接触面2接触面4接触面6接触面8平均摩阻力图3-23型钢侧摩阻力分布图（MPa）（m）第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津•型钢侧摩阻力分布表现出明显的规律性：坑底以上，侧摩阻力为正，分布相对均匀，量值较小；从坑底开始至坑底以下1m左右，接触面上的侧摩阻力逐渐减小至0；接着，侧摩阻力变为负值，决对值逐渐增大。侧摩阻力的绝对最大值为31kPa，没有达到极限侧摩阻力。35第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津••550065001200第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津20050钢板-水泥土梁试验第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津40第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津02004006008001234567891011P(kN)B(kNm2)D200D300D400第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津020040060080012345678P(kN)B(kNm2)S200S300S400第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津0123400.511.522.533.5f(mm)P(kN)D200S200200mm梁高试验梁荷载-挠度曲线第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津300mm梁高试验梁荷载-挠度曲线012345600.511.522.53f(mm)P(kN)D300S30045第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津400mm梁高试验梁荷载-挠度曲线024681000.511.522.5f(mm)P(kN)D400S400第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津三、灌注桩与搅拌桩组合结构•灌注桩与搅拌桩组合新型支护结构在天津市5~6m的基坑中得到了成功应用。该结构多采用2~3排深层搅拌桩，每隔一定距离设置一根钢筋混凝土灌注桩。充分利用两种支护结构的特点，达到节约造价、控制支护结构位移的目的。第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津•长江道科贸楼位于天津市南开区长江道北侧，基坑开挖深度5.8m，采用3排水泥搅拌桩重力式挡墙与Φ600@4000灌注桩组合结构，取得良好支护效果。第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津••65007000120050第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津••70007000120050第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津••70007000120050第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津••66009000120050第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津••66009000120050第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津天津滨海世贸财富中心第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津四、反压土及中心岛支护•当基坑开挖面积较大时，设置大面积的水平支撑系统及其拆除爆破等影响工期和造价，同时需设置较多竖向支撑桩和支撑柱，技术经济不合理。•当基坑开挖面积较大时，采用在基坑周边围护结构内预留反压土的方案。当周围场地相对较宽裕时，直接采用围护桩与反压土结合进行支护.•当场地条件不允许时，常常在外围采用反压土方坡，先开挖基坑中心范围并施工底板，在底板与围护桩间设置斜撑，挖除反压土，并施工反压土范围底板；•某些情况下设置多道支撑，常常将最后一道支撑设为反压土结合斜撑。第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津天津翔宇广场基坑工程55第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津仁恒海河广场项目•仁恒海河广场工程位于天津市南开区东马路东侧，通南路北侧，张自忠路西侧，水阁大街以南。Ⅰ期场地规划分布5栋高层民用住宅建筑及1栋商业用楼，整体地下室，大部分为2层，Ⅰ期商场、设备用房和局部地下车库为3层地下室。建筑结构为框架剪力墙结构，基础类型采用桩基础，采用承台-梁-板结构。第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津两层地库9.94m三层地库14.30m两层地库9.94m60第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津•鉴于基坑宽度很大，在东、西侧解决垂直开挖同时又不设置支撑•采用双排桩加中心岛反压土的支护形式，深浅综合考虑，分步施工。第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津65第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津第五届全国基坑工程学术研讨会2008.10.16-18天津地下广场（连续墙）地道（SMW）龙门大厦天津邮政处理中心U形槽U形槽U形槽地下广场地道地道海河景观带海河建国道海河东路辅道进步道东站站房•天津站交通枢纽工程的子项——海河东路地道及前广场地下工程总建筑面积78000m2，地下主广场基坑深度从9.7m～14.5