基坑工程研究的国内外文献综述
目前,深基坑工程具有以下几大特点:
(1)基坑支护体系是一种临时性结构,其安全性能较差,施工作业风险性较大。因此,在施工过程中应进行实时监测,做好应急措施与方案。
(2)深基坑工程具有很强的地域性。例如,在具有不同工程地质条件的地基上,如砂土地基和粉质土地基,基坑工程的施工方案就有很大的不同。同一城市的不同地区也有很大的差异。因此,基坑工程的支护结构设计,施工方案和开挖方法都需因地制宜,根据该区域的实际情况,进行勘察后,再进行设计与施工,以往的经验可以借鉴,但不能直接搬用。
(3)深基坑工程的个性很强。基坑工程的支护结构设计、施工方案和开挖方法,不仅涉及到工程地质条件和水文地质条件,还涉及到基坑周围建筑物的位置、地下管线的布置以及基坑周围的环境等。基坑工程建设的关键是保护周围建筑物和重要设施的安全,这就使得深基坑工程具有很强的个性。因此,有必要对基坑的施工和设计以及支护结构的变形制定统一的标准。
(4)深基坑工程具有很强的综合性。施工与设计过程中,均需要岩土工程知识和结构工程知识,还需要一定的土力学理论、监测技术,以及施工机械的使用、实践经验的综合等等。
(5)深基坑工程的时空效应较强。基坑开挖深度和形状对支护结构的稳定性有很大影响。因此,在基坑支护结构设计中必须注意其空间效应。另外,土体均具有蠕变性,特别是软粘土,具有很强的蠕变特性,会导致作用在支护结构上的土压力随时间发生变化,从而降低土体的强度和土坡的稳定性。因此,我们也必须充分重视基坑工程的时间效应。
(6)深基坑工程是一项系统性工程。其主要包括土方开挖和支护体系设计两部分。土方开挖的设计与施工是否合理,将对支护体系产生巨大影响。不合理的开挖步骤和施工方法可能会使支护结构发生过度变形,更加严重的话甚至会导致支护体系的破坏。
(7)深基坑工程具有环境特性。基坑的土方开挖会导致地下水位和地下应力场的变化,导致基坑周围的土体的变形,并对周围的建筑和地下管线产生一定的影响,严重的甚至会影响其正常使用并产生安全隐患。另外,大量的开挖土外运也会对交通和周围环境产生影响。
深基坑围护的目的,是为了保证基坑周围土体的稳定,保证基坑开挖施工的安全,并确保基坑周围建筑物和地下管线的正常使用。其围护结构的类型主要有:
(1)工字钢桩式围护结构,基坑围护结构主体一般采用i50、i55和i60号大型工字钢。工字形钢桩围护结构一般用于粒径小于l00mm的粘土、砂质土和砂卵石地层;当地下水位高时,必须采用人工降水的措施。打桩过程中,施工噪音很大,在l00dB以上,远超城市环保规定限值。因此,这种围护结构一般会在郊区或者乡村地区基坑施工中运用较多。当基坑范围较小时,如地铁车站的出入口等,我们可以考虑采用工字钢临时施工竖井作为其围护结构。
(2)钢板桩围护结构,钢板桩强度高,其桩间连接紧密,防水保湿效果好,并可重复利用。因此,在上海、天津等沿海城市建设地下铁路时,在地下水水位较高的基坑中会得到大量使用。U型或Z型钢板桩是围护结构中常用的断面形式,U型钢板桩在我国地下铁路建设中使用较为广泛,沉拔方法和使用的机械与工字钢桩相同。
(3)钻孔灌注桩围护结构,钻孔灌注桩一般采用机械成孔。螺旋钻机、冲击钻机和正反循环钻机在地铁明挖基坑中广泛使用。对于正反循环钻机,由于其采用泥浆护壁成孔,故其成孔时噪声低,适于城区建设施工,在地铁基坑和高层建筑深基坑施工中得到了广泛的应用。
(4)深层搅拌桩围护结构,深层搅拌桩围护结构是用搅拌机械搅拌水泥、石灰等和地基土,目的是加固地基。搅拌桩作为挡土结构,一般布置为网格形,深层搅拌桩也可连续搭接,形成止水帷幕。
(5)SMW桩挡土墙,是通过搅拌设备切土,然后注入水泥混合物,形成均匀的挡土墙,最后,将型钢插入墙体,形成一种刚性复合围护结构。这种围护结构的主要特点是:止水性能好,型钢插入深度一般小于搅拌桩深度,施工速度快,构造简单,型钢可部分回收再利用。
(6)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种类型,通常地下连续墙一般是指现浇钢筋混凝土连续墙。地下连续墙具有振动小,墙体刚度高,噪声低,地层扰动小等优点;它可以用于多种土层,除局部障碍物如卵石、大颗粒砾石等影响成槽效率外,对于粘土层、非粘土层、砾石层等各种地层均能起到良好的作用。
基坑支护的目的,是为了保证地下结构施工和基坑周围环境的安全,并对基坑侧壁及周边环境采取挡土、加固与保护措施。目前经常采用的主要基坑支护类型有:
(1)水泥土深层搅拌桩支护,其优点是用搅拌桩施工时对周围环境的污染小,无噪音、无振动、无污染,成本低且防渗性能好,采用重力式挡土墙,在基坑内开挖方便,但这种结构往往要求基坑周围需要一定的空间,用来布置搅拌桩,且仅适用于较浅的基坑;
(2)排桩支护结构,稀疏的排