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岩土研究院

组合型围护结构分类

355 2021-11-02 15:55:01

组合型围护结构除了在常用的桩(墙)加撑锚的基础上有所发展而外,更多的是表现在采用了各种空间组合型围护结构。这些结构大致可分为以下两类型式。

1.不同材料构成的组合结构

由两种或两种以上的材料组合而成的围护结构,有如下几种型式。

(1)深层搅拌水泥土桩(墙)与钢筋混凝土钻孔灌注桩相结合

深层搅拌水泥土桩墙)作基坑围护结构,应用较广,主要是利用改良土作重力式挡墙,使围护与止水合二而一。但其抗拉、抗剪强度很低,因而一般只能用于开挖深度不大的基坑(≤6m),如用钢筋混凝土钻孔灌注桩对水泥土挡墙进行加强或适当加以支撑,则可提高水泥土挡墙的围护高度。

1)将钻孔灌注桩置于基坑外侧,即深层搅拌水泥土桩(墙)受主动土压力一侧(受拉边)。其目的是增强深层搅拌水泥土桩(墙)的抗拉和抗剪能力,防止深层搅拌水泥土桩(墙)在水土压力作用下拉裂和剪裂破坏,结构构造见图9.2-1。

广东省汕头市顺胜大厦基坑北面围护结构采用了这种型式。

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2)将钻孔灌注桩置于(基坑)深层搅拌水泥土桩(墙)内侧。 目的是防 止深层搅拌水泥土桩(墙)产生过大的变形和倾覆,可起"抗滑桩"的作用。

其构造示于图9.2-2,钻孔灌注桩一般与格栅式水泥搅拌桩(墙)的横隔对齐为好。上海康宁大厦采用了这种围护结构形式,详见工程实例9.2.7的实例1。

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3)将钻孔灌注桩置于深层搅拌水泥土桩(墙)两边。使两种桩组合成整体共同受力,可提高围护结构的抗弯 、抗拉和抗剪能力,增加围护结构的围护高度;同时还可减少围护结构的厚度,获得较好的经济效果。在这种组合结构中,钻孔灌注桩的布置又有两种形式;其一是将钻孔灌注桩置于格栅式水泥搅拌桩(墙)的翼墙的中间。见图9.2-3所示。广东汕头市富丽华中心深基坑围护结构采用了这种型式。其二是将钻孔灌注桩完全置于水泥搅拌桩墙)的外沿,见图9.2-4。杭州市某工程深基坑围护采用了这种组合型结构,同时结合工程特点,还将自立式灌注桩和水泥搅拌桩(墙)作成连续拱型组合围护结构。

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(2)深层搅拌水泥土桩(墙)与型钢相结合

在水泥搅拌桩内插入 H型、工型、C型(槽形)等型钢构成组合型墙体结构。这种结构的工作原理是利用型钢作挡土结构和构件,利用深层水泥搅拌桩作止水帷幕墙,兼具抗弯、抗剪和防渗性能,再辅以适当的支撑,可以提高水泥土挡墙的围护高度。同时可减薄水泥十挡墙的厚度。详见 9.5节加筋水泥土挡墙围护结构部分介绍。

(3)人工挖孔灌注桩与砖砌体相结合

在地质条件较好,土的状态较佳(如可塑或硬塑状粉质粘土和粘土),地下水较贫乏的场地,一般适合于采用人工挖孔灌注桩作围护结构。由于人工挖孔桩直径较大(一般 D≥900mm).自身强度高,刚度大,加之土的本构关系。c、φ值较大。稳定性较好,因此人工挖用桩可以稀排,桩间留一定距离,其间可以利用桩间土形成"土拱"或用砖砌体作临时支挡。这种围护结构大多可作为悬臂式,或适当加撑,其安全性、经济性均较好。

实践证明∶基坑开挖后,桩间土明显地呈"土拱"形状,并能较长时间存在。详见图9.2-5。即使是土质较差的情况,"土拱"也会明显出现,但存在的时间随土的c、φ值不同而不同。为此,可以认为主动土压力由"土拱"传到了挖孔桩上,"土拱"作为围护结构的组成部分是(客观)存在的。这就构成挖孔桩与"土拱"组合结构。为了保护"土拱"不被雨水冲刷和大气侵蚀而破坏,工程中采用了钢筋网片加水泥砂浆层(50mm 厚)抹面的方法。详见工程实例的实例2。也可用砖砌体,一般用1~2砖厚,Musg、Ms~7.5,砖砌体可砌成"拱"形,也可砌成平墙(称为平拱),由此又形成人工挖孔桩与砖砌体构成的组合结构。江苏商厦和金陵国际商贸中心均采用了图9.2-6所示的围护结构,基坑挖深均在 9~10m左右,未加任何支撑或拉锚,其中人工挖孔桩穿越地下防空洞也安然无恙。

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4)型钢与木板、钢板或钢筋混凝土插板组合结构

H型钢加插板围护结构,大多采用截面为;400mm×400mm×13mmn×21mm 及更大的H型钢或工字钢,其长度由基坑开挖深度、土质条件和周围环境条件而定,间距由设计确定,一般 500~600mm。插板可用木板、钢板或预制钢筋混凝土薄板。施工时先打入型钢,在开挖土体过程中,随挖随将木板、钢板或预制钢筋混凝土薄板插人型钢内。这种组合型结构的优点是∶可以充分发挥 H型钢垂直向刚度大的作用,减少土壁稳定所需支撑或者拉锚道数;可以节省钢材;基坑混凝土壁直接作为模板使用,基坑围护结构与地下室外墙之间不留间隙其构造图见图9.2-7。

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采用这种组合型结构,当开挖深度较深时,仍然需要加支撑或拉锚以防止围护结构位移或倾覆。上海展览中心北馆采用了这种组合结构。

(5)围护桩与高压喷射注浆水泥土墙形成组合结构

在钢筋混凝土桩或钢管桩间通过高压喷射注浆法(定喷、或摆喷、或旅嘴)形成水泥墙也可称为组合结构。一般情况下。水泥土墙主要用于形成止水帷幕。排桩主要用于支挡土压力。在桩间距较大时,也应验算桩间水泥土承受土压力的能力。两者组合形式可参阅第 2 章和第10章止水帷幕设计和止水帷幕施工有关内容。

2.不同几何形状的组合结构

利用同种材料或同种施工工艺构筑成几何形状各异的组合型围护结构。较常见的是由混凝土钻孔灌注桩和地下连续墙组成的不同型式的围护结构。这些围护结构的特点是材料单一或材料种类较少,施工工艺和施工机具类型较少,施工交叉作业少,现场便于管理;由于钢筋混凝土材料具有能受压、受拉、受弯、受剪的力学性能,通过不同几何形状的组合,往往能获得最佳的力学性能.因而能围护更大的开挖深度。常常适用于超深超大基坑的围护。

(1)空间组合围护桩

空间组合围护桩体系是在原双排桩基础上发展形成的一种围护结构型式,属悬臂型。所谓空间组合系指围护桩从平面上可按需要采用 不同的排列组合,桩顶端用连梁(或板)拉结,如图 9.2-8所示。图示组合桩为相同直径和同种材料的组合,也可以采用不同直径和不同的材料(或不同的混凝土等级)相组合以适应不同条件的需要。在没有内支撑(或锚杆)的情况下,发挥空间组合桩的整体刚度和空间效应与桩土协同工作,支挡因开挖引起的不平衡力,达到保持坡体稳定、控制变形、满足施工和相邻环境安全的目的。空间结合围护桩又称为门架式围护结构,详见9.3节介绍。

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(2)异型地下连续墙

地下连续墙作为深基坑的围护结构,具有防水性和结构性合二而一的优点,是一种安全可靠的结构。但由于连续墙价格较高,所以工程中一般均与逆作法相结合或作为地下室壁的一部分以降低造价。对于超大超深的基坑,在加内支撑和外拉锚很困难的情况下,往往将板式连续墙作成异型以增强其强度和刚度,发挥其空间效应。

1)T型、Ⅱ型地下连续墙

与平直的板式连续墙相比,在不增加或少量增加工程量的条件下,为获得更高的结构强度和更大的结构刚度,可将连续墙作为 T型、Ⅱ型或 Ⅰ字型,这些形式称异型地下连续墙。也称附壁式地下连续墙,见图9.2-9。

T型、Ⅱ 型地下连续墙有足够的竖向刚度和抗弯能力,比单纯直壁式地下连续墙或混凝土桩(墙)的竖向刚度大得多(如取板式地下连续墙厚度为 600mm.则T型地下连续墙的折算厚度为 800~900mm),能确保在悬臂状态下承受最大负弯矩,且结构占位尺寸小。用钢量、造价、工期等优于钢板桩等支护结构,与土锚杆比较,在造价、工期及对周围环境的影响方面也有明显优势。

上海国际贸易中心大厦深基坑开挖围护结构应用了Ⅱ型地下连续墙。

2)格形地下连续墙

对于超大超深基坑在不加撑锚的情况下。为获得更大的结构刚度和强度。可将连续墙作成格子状以加强其整体空间作用,称为格形地下连续墙结构。

格形地下连续墙由内墙、外墙、剪力墙和墙顶圈梁共同组成,其构造见图 9.2-10所示。格形地下连续墙也可以划分为 T型、Ⅱ型、I型或平板墙段。靠自重维持墙体稳定。上海耀华皮尔金顿玻璃熔窑地下室基坑围护结构应用了格形地下连续墙。

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