基坑支护总体方案的选择直接关系到工程造价、施工进度及周围环境的安全。总体方案主要有顺作法和逆作法两类基本形式,它们具有各自鲜明的特点。在同一个基坑工程中,顺作法和逆作法也可以在不同的基坑区域组合使用,从而在特定条件下满足工程的技术经济性要求。基坑工程的总体支护方案分类如图2-1所示。
一、顺作法
基坑支护结构通常由围护墙、隔水帷幕、水平内支撑系统(或锚杆系统)以及支撑的竖向支承系统组成。所谓顺作法,是指先施工周边围护结构,然后由上而下分层开挖,并依次设置水平支撑(或锚杆系统),开挖至坑底后,再由下而上施工主体地下结构基础底板、竖向墙柱构件及水平楼板构件,并按一定的顺序拆除水平支撑系统,进而完成地下结构施工的过程。当不设支护结构而直接采用放坡开挖时,则是先直接放坡开挖至坑底,然
后自下而上依次施工地下结构。
顺作法是基坑工程的传统开挖施工方法,施工工艺成熟,支护结构体系与主体结构相对独立,相比逆作法,其设计、施工均比较便捷。由于是传统工艺,对施工单位的管理和技术水平的要求相对较低,施工单位的选择面较广。另外顺作法相对于逆作法而言,其基坑支护结构的设计与主体设计关联性较低,受主体设计进度的制约小,基坑工程有条件尽早开工。
顺作法常用的总体方案包括放坡开挖、自立式围护体系和板式支护体系三大类;其中自立式围护体系又可分为水泥土重力式围护墙、土钉墙和悬臂板式围护墙,板式支护又包括围护墙结合内支撑系统和围护墙结合锚杆系统两种形式。
1、放坡开挖
放坡开挖一般适用于浅基坑。由于基坑敞开式施工,因此工艺简便、造价经济、施工进度快。但这种施工方式要求具有足够的施工场地与放坡范围。放坡开挖示意图如图2-2所示。
2、自立式围护体系
(1)水泥土重力式围护和土钉支护
采用水泥土重力式围护和土钉支护的自立式围护体系经济性较好,由于基坑内部开敞,土方开挖和地下结构的施工均比较便捷。但自立式围护体需要占用较宽的场地空间,因此设计时应考虑红线的限制。此外设计时应充分研究工程地质条件与水文地质条件的适用性。由于围护体施工质量难以进行直观的监督,易引起施工质量不佳问题,从而导致较大的环境变形乃至工程事故。
(2)悬臂板式围护墙
悬臂板式围护墙可用于必须敞开式开挖、但对围护体占地宽度有一定限制的基坑工程。其采用具有一定刚度的板式支护体,如钻孔灌注桩或地下连续墙。单排悬臂灌注桩支护一般用于浅基坑,在工程实践中,由于其变形较大,且材料性能难以充分发挥,适用范围较小。双排桩、格形地下连续墙等围护体形式所构成的悬臂板式支护体系适用于中等开挖深度、且对围护变形有一定控制要求的基坑工程。
3、板式支护体系
板式支护体系由围护墙和内支撑(或锚杆)组成,围护墙的种类较多,包括地下连续墙、灌注排桩围护墙、型钢水泥土搅拌墙、钢板桩围护墙及钢筋混凝土板桩围护墙等。内支撑可采用钢支撑或钢筋混凝土支撑。
(1)围护墙结合内支撑系统
在基坑周边环境条件复杂、变形控制要求高的软土地区,围护墙结合内支撑系统是常用与成熟的支护形式。当基坑面积不大时,其技术经济性较好。但当基坑面积达到一定规模时,由于需设置和拆除大量的临时支撑,经济性较差。此外,支撑体系拆除时围护墙会发生二次变形、拆撑爆破以及拆撑后废弃的混凝土碎块也都会对环境产生不利影响。典型的基坑支护剖面如图2-3所示。
对于超大面积的基坑工程,采用如图2-3所示的支护方式时存在支撑太长、支撑传力效果不佳、支撑量大等问题,此时可采用中心岛式开挖方案,即先保留围护墙处一定宽度的土体,以抵抗坑外侧的土压力,然后将基坑中部的土体挖除,再施工中部的主体结构,再利用中部已施工好的主体结构反力架设支撑,然后将周围的土体挖除,施工周围部分的主体结构,最后拆除支撑。这种方案出土便捷,经济效果好,但基坑周边的地下结构需要二期施工,工艺复杂。当基坑开挖深度较浅时,可采用如图2-4所示的围护墙结合竖向斜撑形式,当基坑开挖深度较大时,可采用如图2-5 所示的中心岛结合周边多道支撑形式。
(2)围护墙结合锚杆系统
围护墙结合锚杆系统采用锚杆来承受作用在围护墙上的侧压力,它适用于大面积的基坑工程。基坑敞开式开挖,为挖土和地下结构施工提供了极大的便利,可缩短工期,经济效益良好。锚杆需依赖土体本身的强度来提供锚固力,因此土体的强度越高,锚固效果越好,反之越差,因此这种支护方式不适用于软弱地层。当锚杆的施工质量不好时,可能会产生较大的地表沉降。围护墙结合锚杆系统的典型剖面如图2-6所示。
参考文献:
1、《基坑工程手册》(第二版) 刘国彬等