二级建造师考试市政实务知识点：深基坑支护结构与变形控制

2018-12-19 10：53　　来源：建设工程教育网　　字体：大小　　打印收藏

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　　二级建造师考试市政实务知识点：深基坑支护结构与变形控制，2019年二级建造师考试备考开始了，2019年二级建造师考试报名于1月份开始，为了帮助小伙伴们更好的备考2019年二级建造师考试，今天特此为大家整理了二级建造师考试市政实务知识点：深基坑支护结构与变形控制，希望对各位有所帮助。

　　明挖基坑施工

　　知识点：深基坑支护结构与变形控制

　　基坑工程是由地面向下开挖一个地下空间，深基坑四周一般设置垂直的挡土围护结构，围护结构一般是在开挖面基底下有一定插入深度的板(桩)墙结构;板(桩)墙有悬臂式、单撑式、多撑式。支撑结构是为了减小围护结构的变形，控制墙体的弯矩;分为内撑和外锚两种。本条文主要以地铁车站为主介绍基坑开挖支护与变形控制。

　　一、围护结构

　　(一)基坑围护结构体系

　　(1)基坑围护结构体系包括板(桩)墙、围檩(冠梁)及其他附属构件。板(桩)墙主要承受基坑开挖卸荷所产生的土压力和水压力，并将此压力传递到支撑，是稳定基坑的一种施工临时挡墙结构。

　　(2)地铁基坑所采用的围护结构形式很多，其施工方法、工艺和所用的施工机械也各异;因此，应根据基坑深度、工程地质和水文地质条件、地面环境条件等，特别要考虑到城市施工特点，经技术经济综合比较后确定。

　　(二)深基坑围护结构类型

　　(1)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。

　　(2)不同类型围护结构的特点。

　　作为基坑围护结构主体的工字钢，一般采用Ⅰ50号、Ⅰ55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1.0～1.2m。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100mm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100dB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，临时施工工作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。

　　钢板桩常用断面形式，多为“U”形或“Z”形。我国地下铁道施工中多用“U”形钢板桩，其沉放和拔除方法、使用的机械均与工字钢桩相同，但其构成方法则可分为单层

　　钢板桩围堰、双层钢板桩围堰及屏幕等。由于地铁施工时基坑较深，为保证其垂直度且方便施工，并使其能封闭合龙，多采用帷幕式构造。

　　【例题】可采用冲击式打桩机施工的基坑围护结构是(　)。(2014)

　　A.钢板桩

　　B.钻孔灌注桩

　　C.深层搅拌桩

　　D.地下连续墙

　　『正确答案』A

　　『答案解析』本题考查的是深基坑围护结构。钢板桩围堰使用的机械与工字钢桩相同，工字

　　钢桩在基坑开挖前，在地面用冲击式打桩机沿基坑设计线打入地下。

　　(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。

　　这种围护结构的特点主要表现在止水性好，构造简单，型钢插入深度一般小于搅拌桩深度，施工速度快，型钢可以部分回收、重复利用。

　　(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。

　　地下连续墙施工采用专用的挖槽设备，沿着基坑的周边，按照事先划分好的幅段，开挖狭长的沟槽。挖槽方式可分为抓斗式、冲击式和回转式等类型。在开挖过程中，为保证槽壁的稳定，采用特制的泥浆护壁。泥浆应根据地质和地面沉降控制要求经试配确定，并在泥浆配制和挖槽施工中对泥浆的相对密度、黏度、含砂率和pH等主要技术性能指标进行检验和控制。每个幅段的沟槽开挖结束后，在槽段内放置钢筋笼，并浇筑水下混凝土。然后将若干个幅段连成一个整体，形成一个连续的地下墙体，即现浇钢筋混凝土壁式连续墙。

　　【例题】下列地下连续墙的接头形式中，属于刚性接头的是(　)。

　　A.锁口管接头

　　B.波纹管接头

　　C.楔形接头

　　D.钢筋承插式接头

　　『正确答案』D

　　『答案解析』本题考查的是深基坑围护结构。刚性接头可采用一字形或十字形穿孔钢板接头、钢筋承插式接头等。

　　二、支撑结构类型

　　(一)支撑结构体系

　　(1)内支撑一般由各种型钢撑、钢管撑、钢筋混凝土撑等构成支撑系统;外拉锚有拉锚和土锚两种形式。

　　(2)在软弱地层的基坑工程中，支撑结构承受围护墙所传递的土压力、水压力。支撑结构挡土的应力传递路径是围护(桩)墙→围檩(冠梁)→支撑，在地质条件较好的有锚固力的地层中，基坑支撑可采用土锚和拉锚等外拉锚形式。

　　围檩

　　内支撑

　　外拉锚

　　(3)在深基坑的施工支护结构中，常用的支撑系统按其材料可分为现浇钢筋混凝土支撑体系和钢支撑体系两大类。其形式和特点见下表。

　　现浇钢筋混凝土支撑体系由围檩(圈梁)、支撑及角撑、立柱和围檩托架或吊筋、立柱、托架锚固件等其他附属构件组成。

　　两类支撑体系的形式和特点　　表　　

材料	截面形式	布置形式	特　点
现浇钢筋混凝土	可根据断面要求确定断面形状和尺寸	有对撑、边桁架、环梁结合边桁架等，形式灵活多样	混凝土硬化后刚度大，变形小，强度的安全可靠性强，施工方便，但支撑浇制和养护时间长，围护结构处于无支撑的暴露状态的时间长、软土中被动区土体位移大，如对控制变形有较高要求时，需对被动区软土加固。施工工期长，拆除困难，爆破拆除对周围环境有影响
钢结构	单钢管、双钢管、单工字钢、双工字钢、H型钢、槽钢及以上钢材的组合	竖向布置有水平撑、斜撑；平面布置形式一般为对撑、井字撑、角撑。也有与钢筋混凝土支撑结合使用，但要谨慎处理变形协调问题	装、拆除施工方便，可周转使用，支撑中可加预应力，可调整轴力而有效控制围护墙变形；施工工艺要求较高，如节点和支撑结构处理不当，或施工支撑不及时、不准确，会造成失稳

　　钢结构支撑(钢管、型钢支撑)体系通常为装配式的，由围檩、角撑、支撑、预应力设备(包括千斤顶自动调压或人工调压装置)、轴力传感器、支撑体系监测监控装置、立柱桩及其他附属装配式构件组成。

　　(二)支撑体系布置

　　1.能够因地制宜、合理选择支撑材料和支撑体系布置形式，使其技术经济综合指标得以优化。

　　2.支撑体系受力明确，充分协调发挥各杆件的力学性能，安全可靠，经济合理，能够在稳定性和控制变形方面满足对周围环境保护的要求。

　　3.支撑体系布置能在安全、可靠的前提下，最大限度地方便土方开挖和主体结构的快速施工。

　　【例题】下列基坑围护结构中，主要结构材料可以回收反复使用的是(　)。

　　A.地下连续墙

　　B.灌注桩

　　C.水泥土挡墙

　　D.组合式SMW桩

　　『正确答案』D

　　『答案解析』本题考查的是深基坑围护结构。因为SMW桩结构的特点主要表现在止水性好，构造简单，型钢插入深度一般小于搅拌桩深度，施工速度快，型钢可以部分回收、重复利用。因此，本题的答案为D。

　　【例题】地铁车站明挖基坑采用钻孔灌注桩围护结构时，围护施工常采用的成孔设备有(　)。

　　A.水平钻机

　　B.螺旋钻机

　　C.夯管机

　　D.冲击式钻机

　　E.正反循环钻机

　　『正确答案』BDE

　　『答案解析』本题考查的是深基坑围护结构。因为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。所以，本题的答案为BDE。

　　三、基坑的变形控制

　　(一)基坑变形特征

　　(1)基坑开挖时，由于坑内开挖卸荷造成围护结构在内外压力差作用下产生水平向位移，进而引起围护外侧土体的变形，进而造成基坑外土体或建(构)筑物沉降;同时，开挖卸荷也会引起坑底土体隆起。可以认为，基坑周围地层移动主要是由于围护结构的水平位移和坑底土体隆起造成的。

　　(2)围护墙体水平变形

　　当基坑开挖较浅，还未设支撑时，不论对刚性墙体(如水泥土搅拌桩墙、旋喷桩墙等)还是柔性墙体(如钢板桩、地下连续墙等)，均表现为墙顶位移最大，向基坑方向水平位移，呈三角形分布。随着基坑开挖深度的增加，刚性墙体继续表现为向基坑内的三角形水平位移或平行刚体位移，而一般柔性墙如果设支撑，则表现为墙顶位移不变或逐渐向基坑外移动，墙体腹部向基坑内凸出。

　　(3)围护墙体竖向变位

　　在实际工程中，墙体竖向变位量测往往被忽视，事实上由于基坑开挖土体自重应力的释放，致使墙体产生竖向变位：上移或沉降。墙体的竖向变位给基坑的稳定、地表沉降以及墙体自身的稳定性均带来极大的危害。特别是对于饱和的极为软弱的地层中的基坑工程，当围护墙底下因清孔不净有沉渣时，围护墙在开挖中会下沉，地面也随之下沉;另外，当围护结构下方有顶管和盾构穿越时，也会引起围护结构突然沉降。

　　(4)基坑底部的隆起

　　随着基坑的开挖卸载，基坑底出现隆起是必然的，但过大的坑底隆起往往是基坑险情的征兆。过大的坑底隆起可能是两种原因造成的：①基坑底不透水土层由于其自重不能够承受不透水土层下承压水水头压力而产生突然性的隆起;②基坑由于围护结构插入坑底土层深度不足而产生坑内土体隆起破坏。基坑底土体的过大隆起可能会造成基坑围护结构失稳。另外，由于坑底隆起会造成立柱隆起，进一步造成支撑向上弯曲，可能引起支撑体系失稳。因此，基坑底土体的过大隆起是施工时应该尽量避免的。但由于基坑一直处于开挖过程，直接监测坑底土体隆起较为困难，一般通过监测立柱变形来反映基坑底土体隆起情况。

　　(5)地表沉降

　　围护结构的水平变形及坑底土体隆起会造成地表沉降，引起基坑周边建(构)筑物变形。根据工程实践经验，基坑围护呈悬臂状态时，较大的地表沉降出现在墙体旁;施加支撑后，地表沉降的最大值会渐渐远离围护结构，位于距离围护墙一定距离的位置上。

　　(二)基坑的变形控制

　　(1)当基坑邻近建(构)筑物时，必须控制基坑的变形以保证邻近建(构)筑物的安全。

　　(2)控制基坑变形的主要方法有：

　　1)增加围护结构和支撑的刚度;

　　2)增加围护结构的入土深度;

　　3)加固基坑内被动区土体。加固方法有抽条加固、裙边加固及二者相结合的形式;

　　4)减小每次开挖围护结构处土体的尺寸和开挖支撑时间，这一点在软土地区施工时尤其有效;

　　5)通过调整围护结构深度和降水井布置来控制降水对环境变形的影响。

　　(三)坑底稳定控制

　　(1)保证深基坑坑底稳定的方法有加深围护结构入土深度、坑底土体加固、坑内井点降水等措施。