第7章城市高密集地区地下空间开发岩土环境保护新技术

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1、城市地下空间建设新技术住房和城乡建设部执业资格注册中心2014年10月24-26日全国注册土木工程师（岩土）继续教育必修教材全国师资培训班第7章 城市高密集地区地下空间开发岩土环境保护新技术张继红 1.1 概述1.2 全回收的深基坑围护系统 WSP桩（可回收的预制隔水桩） RCA可回收的复合锚杆1.3 集装箱式土方挖运方法1.4 地基隔振技术1.5 工程应用1.6 结语提纲1.1 概述1.1.1 常用板式基坑围护结构地下连续墙地下连续墙SMW工法桩工法桩钢板桩钢板桩锚杆加灌注桩锚杆加灌注桩砼支撑砼支撑+钢支撑钢支撑RESS（1）环境问题：围护桩（墙）有残留；（2）一般锚杆超地下红线，土中有高强

2、固体残留，影响邻近地下空间开发，逐步被各地禁用，现有可回收锚杆承载力低，难以满足锚固要求； （3）高造价，高耗材、高耗能；（4）各种形式的钢板桩止水效果差。1.1.2 现有围护桩（墙）的局限性全回收的基坑围护系统（即Recycling Excavation Support System ，简称RESS）（1）以WSP桩（预制隔水桩）作为竖向承载结构；（2）以RCA(可回收的复合锚杆) （或支撑）作为水平承载结构；（3）拓展RCA可回收的复合锚杆应用至软土地区；（4）实现基坑回填后土中无高强固体残留。1.1.3 RESS的新技术核心1.2.1.1 背景技术 1.2.1.2 结构构造 1.2.1.

3、3 工作机理 1.2.1.4 施工工艺 1.2.1.5 “以水堵漏”的隔水连接1.2.1.6 预制隔水桩设计方法1.2.1.7 技术优越性 1.2.1.8 经济优越性 1.2.1.9 局限性 1.2.1.10 小结1.2 全回收的深基坑围护系统全回收的深基坑围护系统1.2.1 预制隔水桩（WSP桩）技术ESC板桩（H型钢+钢板桩连接）H型钢解决了竖向构件抗弯、抗剪问题钢板桩连接解决了局部挡土问题未能解决隔水问题。1.2.1.1 WSP桩的背景技术 WSP桩包括预制桩体、隔水连接、隔水空腔三部分; 隔水连接为可回收的堵漏材料; 预制桩体可以是各种尺寸的H型钢、槽钢、角钢、钢管、钢板桩、钢板及其组

4、合； 桩间连接可采用多种结构形式。1.2.1.2 WSP桩的结构构造预制桩体隔水连接预制桩体隔水空腔（1）可根据工程需求不同，设置相适应的可回收隔水连接；（2）隔水连接在预制桩体施工后安装，可避免施工破坏；（3）在基坑围护期间，各根预制桩体通过隔水连接成为一整体围护墙，既可挡土，亦可有效止水，形成安全可靠的竖向围护结构；（4）可设置两重或多重隔水连接，以确保隔水可靠，可修；（5）基坑回填后，拔出预制桩体前，将隔水连接解除，便可逐根拔出预制桩体。1.2.1.3 WSP桩的工作机理桩的工作机理 该隔水连接包括弹性袋与充于弹性袋内的充填体两部分，弹性袋与相邻的两根预制桩体均紧密接触，充填体为在充填弹

5、性袋的过程中具备流动性的物质（水、泥浆等），如需增加弹性袋与两根预制桩体间的密封度，可向弹性袋内充气，增加弹性袋内壁的压强，使其与预制桩体紧密接触，达到止水目的。1.2.1.4 “以水堵漏以水堵漏”的隔水连接的隔水连接（1）结构简单，造价低；（2）易于安装；（3）便于检查与更换；（4）具备堵漏的自修复功能。“以水堵漏以水堵漏”的隔水连接优点的隔水连接优点（1）桩长设计：主要根据基坑挖深、工程地质条件，计算WSP桩的桩长、入土深度；（2）截面与间距设计：结合水平承载体系的布置，计算WSP桩的弯矩、剪力、位移，根据内力与变形计算成果，选定预制桩体的截面、间距；（3）隔水连接设计：结合施工工艺要求，

6、设计隔水连接的布置与可回收隔水结构。1.2.1.5 预制隔水桩设计方法预制隔水桩设计方法（1）制作预制桩体与隔水空腔；（2）逐根沉入预制桩体；（3）施工可回收的隔水连接；（4）施工水平承载结构；（5）基坑开挖并维护隔水结构；（6）基坑回填后回收隔水连接；（7）逐根拔出预制桩体，完成回收。1.2.1.6 WSP桩施工工艺桩施工工艺（1）能耗低、土中无残留，环境效益显著；（2）可用于各种深度基坑，适用范围广；（3）隔水性能安全可靠 可设置具备自修复特性的隔水连接，即使出现漏水问题，隔水连接可自行修补漏点；可设置两重隔水连接，确保隔水连接安全可靠、可维修；（4）施工质量可控，可避免偷工减料，施工方便

7、，工艺简单，速度快，工期短。1.2.1.7 WSP桩的技术优越性桩的技术优越性1.2.1.8 WSP桩的经济优越性WSP桩与现有围护桩（墙）造价概算比较 WSP桩较桩较SMW工法桩节约造价工法桩节约造价约约25，较钻孔，较钻孔灌注桩可节约造灌注桩可节约造价约价约2540，较地下连续墙可较地下连续墙可节约造价节约造价3545。 （1）应考虑预制桩体插拔施工时拖带沉降的影响；（2）对于深基坑，应有效控制预制桩体稳定性；（3）当WSP桩较长时，须采用简单可靠的接头。1.2.1.9 WSP桩的局限性桩的局限性（1） WSP桩受力构件为钢构件，因此其强度、刚度可算、可靠；（2） WSP桩的隔水连接可设置

8、为具备自修复性能连接，可设置两重隔水连接，因此，隔水性能可靠、可修；（3） WSP桩施工速度快，质量好；（4） WSP桩可回收，无残留，环境效益好；（5） WSP桩造价低、能耗低；（6）在插拔施工影响可接受条件下，基坑围护桩应采用WSP桩。1.2.1.10 WSP桩小结桩小结1.2.2.1 锚杆在基坑围护中的应用障碍1.2.2.2 背景技术1.2.2.3 结构构造1.2.2.4 施工工艺 1.2.2.5 足尺试验研究1.2.2.6 技术优越性1.2.2.7 经济优越性1.2.2.8 小结1.2 全回收的深基坑围护系统全回收的深基坑围护系统1.2.2 RCA可回收的复合锚杆 （1）承载力低 （2

9、）成型难（a）成孔难（b）对心难 （3）锚杆长，超越用地红线（各土层普遍障碍）1.2.2.1 锚杆在软土地区基坑围护中的障碍软土地区锚杆应用的三大障碍 1.2.2 RCA可回收的复合锚杆1.2.2.2 背景技术（各种U形可回收锚杆）U形锚横截面图500旋喷桩土体2根15.2钢绞线180X500锚头胶皮U形锚照片U型锚工程应用JCE回收地锚1.2.2.2 背景技术（U形锚的局限性：承载力低）无锡某可回收锚杆足尺试验锚杆编号锚固段全粘结计算抗拔承载力极限值/kN试验抗拔极限承载力/kNS1364155S2364155S3364155S4572310S5572310S6572310S7455217S

10、8455250S9455250复合锚杆的构造包括4部分： 1.锚固体 2.传力带 3.杆体 4.中空通道锚固体可以是：高压旋喷桩、搅拌桩、水泥砂浆等传力带可以是： 水泥浆、砂浆、可分解材料等。杆体可以是： 钢筋、钢铰线等中空通道是： 设置于传力带内部沿着杆体方向 贯通的孔道1.2.2.3 RCA的构造可回收的复合锚杆纵剖面示意图杆体可回收传力带接头1.2.2.4 RCA施工工艺（可一次成型，准确对心）在水泥土加固体中施工锚杆施工围护桩（墙）与水泥土加固体锁定锚杆图2 施工围护桩（墙）与水泥土加固体围护桩（墙）水泥土搅拌桩传力带水泥土搅拌桩杆体图3 在水泥土加固体中施工锚杆围护桩（墙）传力带水泥

11、土搅拌桩锚具杆体围护桩（墙）图4 锁定锚杆（1）确定锚杆位置；（2）用可回收的传力带将杆体在锚固段位置与锚固体接触处包裹，并设置中空通道，制造可回收的复合锚杆；（3）施工水泥土加固体、杆体，安装可回收的复合锚杆；（4）锁定锚杆；（5）待锚杆使用结束后，解除锁定；（6）分解可回收的传力带；（7）拔出杆体及其他可回收构件，完成回收施工。1.2.2.4 RCA施工工艺（步骤）1.2.2.4 软土地区RCA足尺试验研究工程地质条件试验场地属于上海地区典型的软土地层，试验主要影响土层为上海地区第层粉质粘土与第层淤泥质粘土层层层序序土层名称土层名称埋藏深埋藏深度度/m孔隙比孔隙比/e含水量含水量w / （