郑州市轨道交通一号线一期工程民航路站基坑支护设计文献综述

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文献综述

1.基坑支护的简介

中华人民共和国行业标准《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99对基坑支护的定义如下：为保证地下结构施工及基坑周边环境的安全，对基坑侧壁及周边环境采用的支挡基坑支护、加固与保护措施。土压力计算采用朗肯土压力理论，矩形分布模式，所有土层采用水土合算。求支撑轴力是用等值梁法，对净土压力零点求力矩平衡而得。桩长是根据桩端力矩求出，并应满足抗隆起及整体稳定性要求，各段的抗隆起、整体稳定性验算、位移计算详见点电算结果。为了对比分析，除用解析法计算外，还用理正软件电算。由于支护结构内力是随工况变化的，设计时按最不利情况考虑。

深基坑工程为：1开挖深度超过5m（含5m）的基坑（槽）的土方开挖、支护、降水工程。2开挖深度虽未超过5m，但地质条件、周围环境和地下管线复杂，或影响毗邻建筑（构筑）物安全的基坑（槽）的土方开挖、支护、降水工程。

深基坑支护是指为保证地下结构施工及基坑周边环境的安全，对深基坑侧壁及周边环境采用的支挡、加固与保护的措施。

基坑工程是一个古老而具有时代特点的岩土工程课题，放坡开挖和简易木桩围护可以追溯到远古时代。目前,高层建筑发展迅速,深基坑工程也越来越多。由于深基坑工程本身是一种多学科多专业的系统工程,实施时存在着较多风险,稍有不慎就会酿成重大事故。因此,深基坑工程也越来越被重视。随着城市建设的发展，高层建筑和市政工程大量涌现。1929年我国在上海建成14层的锦江饭店，1934年建成24层的国际饭店。但是我国高层建筑大规模发展还是从20世纪70年代末开始的。在北京、上海、广州等城市陆续建造了一大批的高层建筑。

深基坑围护结构类型

在我国应用较多的有板柱式、柱列式、重力式挡墙、组合式以及土层锚杆、逆筑法、沉井等。

(1)工字钢桩围护结构

作为基坑围护结构主体的工字钢，一般采用iso号、iss号和I60号大型工字钢。基坑开挖前，在地面用冲击式打桩机沿基坑设计边线打入地下，桩间距一般为1．O～1.2m。若地层为饱和淤泥等松软地层也可采用静力压桩机和振动打桩机进行沉桩。基坑开挖时，随挖土方随在桩间插入50mm厚的水平木板，以挡住桩间土体。基坑开挖至一定深度后，若悬臂工字钢的刚度和强度都够大，就需要设置腰梁和横撑或锚杆（索），腰梁多采用大型槽钢、工字钢制成，横撑则可采用钢管或组合钢梁。

工字钢桩围护结构适用于黏性土、砂性土和粒径不大于lOOmm的砂卵石地层；当地下水位较高时，必须配合人工降水措施。打桩时，施工噪声一般都在lOOdB以上，大大超过环境保护法规定的限值。因此，这种围护结构一般宜用于郊区距居民点较远的基坑施工中。当基坑范围不大时，例如地铁车站的出入口，临时施工竖井可以考虑采用工字钢做围护结构。

(2)钢板桩围护结构

钢板桩强度高，桩与桩之间的连接紧密，隔水效果好，可重复使用。因此，沿海城市如上海、天津等地区修建地下铁道时，在地下水位较高的基坑中采用较多；北京地铁一期工程在木樨地过河段也曾采用过。

(3)钻孔灌注桩围护结构

钻孔灌注桩一般采用机械成孔。地铁明挖基坑中多采用螺旋钻机、冲击式钻机和正反循环钻机等。对正反循环钻机，由于其采用泥浆护壁成孔，故成孔时噪声低，适于城区施工，在地铁基坑和高层建筑深基坑施工中得到广泛应用。

(4)深层搅拌桩挡土结构

深层搅拌桩是用搅拌机械将水泥、石灰等和地基土相拌合，从而达到加固地基的目的。作为挡土结构的搅拌桩一般布置成格栅形，深层搅拌桩也可连续搭接布置形成止水帷幕。

(5)SMW桩

SMW桩挡土墙是利用搅拌设备就地切削土体，然后注入水泥类混合液搅拌形成均匀的挡墙，最后，在墙中插入型钢，即形成一种劲性复合围护结构。

(6)地下连续墙

地下连续墙主要有预制钢筋混凝土连续墙和现浇钢筋混凝土连续墙两类，通常地下连续墙一般指后者。地下连续墙有如下优点：施工时振动小、噪声低，墙体刚度大，对周边地层扰动小；可适用于多种土层，除夹有孤石、大颗粒卵砾石等局部障碍物时影响成槽效率外，对黏性土、无黏性土、卵砾石层等各种地层均能高效成槽。

由于深基坑开挖与支护技术涉及工程地质、水文、场地环境、支护设计方案、计算参数以及施工操作等许多方面，其中的好多问题还尚在探讨之中，许多设计计算方法也仅建立在经验或半经验之上，使深基坑工程的设计与施工处于不定状态。一方面，由于工程失误造成深基坑支护结构失效事故频频发生，损失严重；另一方面，由于过分地强调安全、稳妥，以至于不考虑支护结构是一种临时结构，而按永久性结构进行设计，因此造成的浪费也是惊人的。

根据不同的地质情况与现场边界条件，开挖时基坑工程的支护形式多种多样，常用的有：排桩支护、水泥土围护结构、钢板桩、钻孔灌注桩、人工挖孔桩、地下连续墙及土钉支护等。，并根据建筑基坑支护规程(JGJ1202012)及其他文献对土钉支护和排桩支护进行验算。

为了直观，把上述基坑支护方案总结一下。常见的基坑支护型式主要有：

①　排桩支护，桩撑、桩锚、排桩悬臂；

②　地下连续墙支护，地连墙 支撑；

③　水泥档墙；

④　钢板桩：型钢桩横挡板支护，钢板桩支护；

⑤　土钉墙（喷锚支护）；

⑥　逆作拱墙；

⑦　原状土放坡；

⑧　基坑内支撑；

⑨　桩、墙加支撑系统；

⑩　简单水平支撑；

11　钢筋混凝土排桩；

12　上述两种或者两种以上方式的合理组合等

2.基坑地下水的控制

基坑工程中的降低地下水亦称地下水控制，即在基坑工程施工过程中，地水要满足支护结构和挖土施工的要求，并且不因地下水位的变化，对基坑周围的环境和设施带来危害。深基坑中经常会遇到地下水，由于地下水的存在，给深基坑施工带来很多问题，如基坑开挖，边坡稳定，基底隆起与突涌、浮力及防渗漏等。为了确保高层建筑深基坑工程施工正常进行，必须对地下水进行有效治理，若处理不当会发生严重的工程事故，造成极大的危害。因此，地下水的控制工作已越来越受到重视，成为深基坑施工中的重要组成部分。

（1）地下水的分类

地下水按埋藏条件可分为上层滞水、潜水和承压水三种。

上层滞水：分布于上部松散地层的包气带之中，含水层多为微透水至弱透水层。无统一水面，水位随季节变化，不同场地不同季节的地下水位各不相同，涌水量很小，且随季节和含水层性质的变化而有较大的变化。

潜水：分布在松散地层，基岩裂隙破碎带及岩溶等地区，含水层可为弱透水层、强透水层。

承压水：分布于松散地层，基岩构造盆地、岩溶地区，充满两个隔水层之间的含水层中的地下水。该承压水对基坑底板和基坑施工的危害较大，一般由于其埋深大、水头高、水量大等原因，给深基坑的治水工作带来一定的困难。

（2）地下水位

实测水位：初见水位、稳定水位

历年最高水位

(3)基坑降水方法

1）集水明排:排水沟和集水井

排水沟和集水井宜布置在基坑底部与基础边缘净距0.4m以外，排水沟边缘离开坡脚不应小于0.3m；在基坑四角或每隔3040m应设一个集水井；

排水沟底面应比挖土面低0.30.4m，集水井底面应比沟底面低0.5m以上。

基坑明排适用于土层比较密实，坑壁比较稳定（细粒土边坡不易被渗流冲刷而产生塌方），基础埋深较浅，降水深度不大，不易发生流砂、管涌的工程。

2）降水法

降水法有真空井点、喷射井点、管井法或深井泵法。

真空井点：过去称为轻型井点是沿基坑周围以一定的间距埋入井管（下端为滤管），在地面上用水平铺设的集水总管将各井管连接起来，再于一定位置设置真空泵和离心泵，开动真空泵和离心泵后，地下水在真空吸力作用下，经滤管进入井管，然后经集水总管排出，这样就降低了地下水位

喷射井点降水：当基坑开挖较深或降水深度超过6m时，必须使用多级轻型井点，才能收到预期效果。这样，会增大基坑的挖土量、延长工期并增加设备数量，不够经济。因此，当降水深度超过8m时，应采用喷射井点。喷射井点根据其工作时使用液体和气体的不同，分为喷水井点和喷气井点两种。

管井井点降水:管井井点降水法是围绕开挖的基坑每隔一定距离（20～50m）设置一个管井，每个管井单独用一台水泵（离心泵、潜水泵）进行抽水，以降低地下水位。管井由滤水井管、吸水管和抽水机械等组成（图1-8）。管井设备较为简单，排水量大，降水较深，水泵设在地面，易于维护，降水深度3～5m，可代替多组轻型井点作用。适于渗透系数较大，地下水丰富的土层、砂层。但管井属于重力排水范畴，吸程高度受到一定限制，要求渗透系数较大（1～200m/d）。

如果我们能够根据工程的具体地质条件，具体工程具体分析，一定能保证质量并按时完成，取得了较好的经济效果。