基坑无支撑支护技术在上海白龙港污水处理厂提标工程中的应用

2023-11-21 理论教育版权反馈

【摘要】：图3－3坑边预留土3.1.3.3双排桩支护20世纪90年代以来，双排桩支护在国内一些基坑工程中得到应用。图3－4双排桩支护3.1.3.4梯级支护围护桩（墙）结合坑边预留土支护形式需要足够的预留土宽度和高度来保证围护桩（墙）的稳定和变形要求。通过取消部分坑内水平支撑结构实现局部无支撑的支护形式主要有鱼腹梁支撑体系及扶壁式挡墙支护等形式。

对于人口密集、各类设施齐全的城市中心区域，基坑周边环境复杂，对基坑变形控制要求极其严格。采用内支撑支护技术、逆作法支护技术等可以很好地满足城市复杂环境下的基坑工程要求。对于周边环境相对简单或需要大开挖空间，对施工工期有较高要求的基坑，根据土质条件及开挖深度的不同发展了多种无水平支撑的支护形式。

3.1.3.1　传统悬臂支护

基坑悬臂支护结构是最基本的基坑无支撑支护形式。悬臂支护的围护结构嵌入基坑开挖面以下一定深度，依靠基坑被动区提供的土压力平衡坑外土体的主动侧土水压力。在围护结构抗弯强度和刚度足够的条件下，满足基坑稳定及变形的要求。

悬臂支护可分为重力式和板式。重力式支护结构可以利用其自重及墙底与土体摩擦来平衡主动侧土水压力，而板式支护结构则完全依靠嵌固深度范围的土体提供被动土压力。对于软土地区基坑工程，常用的重力式悬臂支护结构主要是水泥土重力式挡墙，板式悬臂支护结构则包括排桩和钢板桩支护结构。悬臂支护结构一般只适用于开挖深度很小的基坑。例如，上海市《基坑工程技术标准》（DG／TJ 08－61—2018）指出，采用水泥土重力式围护墙的基坑开挖深度不宜超过7m。

3.1.3.2　围护桩（墙）结合坑边预留土支护

在传统的悬臂式支护结构基础上，国内外工程技术人员以及专家学者通过改型或创新提出了很多适用于更大深度基坑的无支撑支护形式。采用围护桩（墙）结合坑边预留土的支护形式可以减小悬臂桩（墙）的嵌固深度或应用于深度较大的基坑，如图3－3所示。预留土的作用主要有两个方面：一是预留土自身为支护结构提供了水平抗力，限制了支护结构的变形；二是预留土的自重提高了被动区土体的竖向应力，从而提高了被动区土体水平向基床系数。围护桩（墙）结合坑边预留土的支护形式常用于软土地区大面积深基坑开挖，适用于基坑开挖深度及开挖面积较大且工期紧张、不适宜采用水平支撑的情况。此外，在逆作法施工中，首层土方开挖一般采用敞开明挖方式，围护桩（墙）处于悬臂受力状态。此时，也采用坑边预留土减小变形及围护桩（墙）弯矩，即盆式开挖。

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图3－3　坑边预留土

3.1.3.3　双排桩支护

20世纪90年代以来，双排桩支护在国内一些基坑工程中得到应用。当基坑深度较大或场地土软弱时，采用悬臂支护单桩的抗弯刚度不能满足变形控制要求，而设置水平支撑会导致施工进度慢、造价高的问题。这种情况下，可采用双排桩支护形式，如图3－4所示。通过钢筋混凝土灌注桩、压顶梁和连系梁形成空间门架式支护结构体系，大大增加了其侧向刚度，能有效地限制基坑的侧向变形。对于软弱土地区，双排桩支护一般适用于开挖深度小于10m 的基坑。

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图3－4　双排桩支护

3.1.3.4　梯级支护

围护桩（墙）结合坑边预留土支护形式需要足够的预留土宽度和高度来保证围护桩（墙）的稳定和变形要求。在某些工程中，地下室外墙以外的可用场地往往不能满足较大的预留土宽度要求。此时，可以采用如图3－5所示的二级支护形式。二级支护的桩（墙）及两排围护桩（墙）间土体对第一级支护提供的支撑作用和嵌固作用等效。这种梯级支护形式在天津软弱土地区的一些基坑工程中已经有所应用。

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图3－5　梯级支护

3.1.3.5　倾斜桩支护

倾斜桩支护属于悬臂式支护的一种。但与传统的悬臂式支护不同的是，倾斜桩支护将围护桩与垂直地面方向呈一定夹角置入土中，使得桩身自重及基坑被动区土体可为倾斜桩提供抗力作用。因此，倾斜桩的支护效果优于传统悬臂支护桩。类似于双排支护，可以将竖直悬臂支护桩与倾斜桩间隔布置，形成斜－直交替支护桩的形式。相比完全倾斜桩，斜－直交替支护桩中的斜桩对直桩起斜撑的作用。目前，倾斜桩支护在日本、韩国及国内一些地区已有所应用。

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图3－6　倾斜桩支护

3.1.3.6　其他无支撑支护

上文介绍的无支撑支护形式均为除围护桩（墙）之外完全没有水平向约束结构的“完全无支撑支护”。除此之外，还有一些支护形式通过向基坑外侧施工水平向支撑结构或取消部分坑内水平支撑结构实现内部无水平支撑或局部无水平支撑的目的，这一类支护形式在一定程度上也可以视作无支撑支护形式。

向基坑外侧施工水平向支撑结构的支护形式主要是锚杆、土钉墙和复合土钉墙等基坑支护形式。锚杆将受拉杆件的一端（锚固段）固定在稳定地层中，另一端与围护结构连接，用以承受坑外水土压力，并利用地层锚固力保证围护结构稳定。土钉则依靠打入土体杆件及注浆体与土层的摩擦力为围护结构提供水平约束力。此外，也有将土钉与锚杆联合使用，形成复合土钉墙结构。

通过取消部分坑内水平支撑结构实现局部无支撑的支护形式主要有鱼腹梁支撑体系及扶壁式挡墙支护等形式。鱼腹梁支撑是近年来开发的一种新型支护形式。将部分水平支撑直接撑在类似鱼腹的弧形钢绞线上，钢绞线上施加预应力，并将两端支撑于水平支撑上，形成张弦梁受力体系，如图3－7所示。采用这种支护形式，可实现30m 以上跨度范围无水平支撑，为基坑施工提供更大的空间。目前，鱼腹梁支撑在国内外一些工程中已有应用。扶壁式挡墙在边坡工程中比较常用，而在中国台湾的一些基坑工程中，扶壁式挡墙也经常应用于基坑工程中。基坑围护结构为地下连续墙，同时在基坑内部垂直于地连墙施工扶壁墙作为支撑，这样可在基坑内部获得较大施工空间，如图3－8所示。

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图3－7　鱼腹梁支撑

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图3－8　扶壁式挡墙支护

此外，圆形基坑采用逆作法施工或仅设置环形围檩也可以实现无内支撑开挖的效果。由于圆形基坑环向土体挤压的作用，理论上，圆环形围檩几乎没有弯矩和剪力。但是因为土层及施工中的不确定性，圆形基坑面积越大，圆环效应越差，所以圆形基坑无支撑仅适用于面积较小的基坑。

基坑无支撑支护技术在上海白龙港污水处理厂提标工程中的应用

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