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随着国民经济的快速发展,城市建设的不断提速,城市化进程逐步加快,城市建设用地日趋紧张,城市土地价值日益攀升,高(超)层建筑多层地下室与大型基础设施不断涌现,交通主干线与城轨等需求日益加剧,地下空间开发力度加大,尤其是建筑用地愈发紧张的中心城市,向地下要空间已然成为了一种必然,基坑支护成为了一种不可回避的课题。同时,基坑设计、施工与工程地质条件、水文地质条件、环境条件、工程条件、地区经验等紧密相连,加之,工程场地地质条件的差异性、环境条件的不确定性、制约条件较多等因素,使得我们作为岩土工作者逐步涉及到基坑支护设计、施工、监测等技术难题。随着近年来超大、超深基坑的施工,多种支护形式的应用,出现了一些新的支护模式,如双排桩支护(天津招商局国际海洋中心)、咬合桩支护(天津地铁1号线、云南金安小区地铁站)、围筒支护体系(武汉武钢提升泵站工程),各地区岩士工程师通过工程实践和研究,总结了一些行之有效的技术方法和设计施工经验,取得的不菲的成绩。在这样的形势下基坑工程朝着“深、大、险、重”方向发展,给基坑支护设计和施工带来机遇和挑战。基坑支护发展趋势如下:1.基坑支护工程向着深、大方向发展;2.对基坑的稳定和位移控制提出更高要求;3.基坑要求三培合一的支护形式。
深基坑支护首先要保证支护结构的安全性,同时也要兼顾经济性和施工便利性。目前所采用的基坑支护措施多种多样,常用的支护结构类型有以下几种:
1.放坡开挖及简易支护结构:适用于地基土质比较好,开挖深度不大以及施工现场有足够放坡场所的工程。2.重力挡士墙支护结构:适用于软土地区,开挖深度3~7m的基坑。3.排桩或地下连续墙支护结构:若施工场地狭窄、地质条件较差、基坑较深或对开挖引起的变形控制较严,可以采用此支护结构。按照有无支撑以及支撑设置的位置可以分为以下三种类型:(1)悬臂桩培式挡土结构;(2)内支撑桩墙式挡土结构;(3)土层锚杆桩墙式挡土结构。4.土钉支护结构:适用于一般粘性土、粉土、杂填土和素填土、非松散的砂土、碎石土等。5.其他支护结构形式:主要有双排桩支护结构、连拱式支护结构、逆作拱墙、加劲水泥土拱墙支护结构以及各种组合支护结构。应用于基坑工程深度大、支护范围广、周边环境复杂、地质条件较差、变形控制严格、存在重点保护的建(构)筑物等情况。
本文首先介绍了双排桩支护结构应用研究的背景、研究的目的和意义,分析国内外对双排桩支护结构的研究现状、发展趋势和存在的问题。接着简要叙述了双排桩支护体系计算模型、支护结构受力和变形特征,指出其适用情况及优缺点。然后以金阳新城基坑支护工程为例,介绍了该工程概况、工程特点、周边环境条件、工程地质及水文地质条件,论述了支护选型、排桩设计、桩型与桩径选取、冠梁与连梁设计、梁高与桩径匹配、排桩间土体改良等方面的内容,同时对金阳新城深基坑支护工程中双排桩支护体系监测结果进行分析,以及对内力和变形特征进行研究,对比得出双排桩支护结构理论与实际效果较为一致,支护效果明显的论点;通过粉喷桩或高压旋喷桩对双排桩的桩间土体加固和改良,增加两排桩间内力传递效果,提高支护体系安全性;冠梁与连梁设计使双排桩支护体系受力、变形协调作用显著提高。通过金阳新城基坑支护工程中双排桩支护体系设计和施工的深入分析和总结、方案比选及经济性评价,得出以下结论:1.从结构体系组成看,双排桩支护体系作为一种空间组合类支护结构,可以认为其通过桩顶盖梁联成龙门式刚架,这种框架结构型式能够有效、合理地分配结构所受内力;同时,支护桩的整体具有较大的侧向刚度,可以有效地限制边坡的侧向变形。2.从施工方面看,双排桩支护结构对施工作业面要求不高,有利于合理的组织施工,减少人力、物力的浪费。对于一些大跨度的深基坑工程,使用双排桩支护结构避免了单排桩加支撑的困难,又便于土方和基础工程的施工,能降低工程造价又缩短施工周期。3.冠梁和连梁设计能够起到明显受力、变形协调作用。4.通过粉喷桩或高压旋喷桩对双排桩间土进行加固和改良,能够增加两排桩间内力传递效果,提高支护体系安全储备。最后对目前双排桩支护设计和施工中存在的一些重要问题进行总结如下:1.支护设计模型与计算模型分离,尚未达到三维空间协同验算的程度。2.双排桩冠梁的作用、桩与冠梁的变形组合协调问题未能在设计程序中重点体现。3.现有的基坑支护理论与设计计算方法落后与工程实践。4.工程的地域性、工程地质和水文地质的不确定性、复杂性、不均匀性导致同类的支护结构体系支护作用差异很大。