工程案例
業務范圍
地基基礎和地下空間工程技術（下）
發布時間：2014-08-05
1.2.6 土工合成材料應用技術 (1)主要技術內容
土工合成材料是一種新型的巖土工程材料，分為土工織物、土工膜、特種土工合成材料和復合型土工合成材料等種。
土工合成材料具有過濾、排水、隔離、加筋、防滲和防護等六大功能及作用。在我國不僅已經廣泛應用于建筑工程的各種領域，而且已成功地研究、開發了成套的應用技術。
①土工織物濾層應用技術；
②土工合成材料加筋墊層應用技術；
③土工合成材料加筋擋土墻、陡坡及碼頭岸壁應用技術；
④土工織物軟體排應用技術；
⑤土工織物充填袋應用技術；
⑥模袋混凝土應用技術；
⑦塑料排水板應用技術；
⑧土工膜防滲墻和防滲鋪蓋應用技術；
⑨軟式透水管和土工合成材料排水盲溝應用技術；
⑩土工織物治理路基和路面病害應用技術；
⑩土工合成材料三維網墊邊坡防護應用技術等。
(2)技術指標
目前我國的土工合成材料產品的品種、規格已趨齊全，產量具有相當規模，其主要技術性能指標和產品質量已達到國際水平，可以滿足各類工程對其力學性能、水力學性能、耐久性能和施工性能的需要。
土工合成材料應用在各類工程不僅能很好地解決傳統材料和傳統工藝難于解決的技術問題，而且的均取得了顯著的經濟效益，工程造價可降低15％以上。
(3)適用范圍
土工合成材料應用技術的適用范圍十分廣泛。可在所有涉及巖土領域的各種建筑工程中應用。
(4)已應用的典型工程
我國各地的水利、水運、鐵路、公路、機場、市政、環保、工業與民用建筑等行業均大量地使用了土工合成材料。據粗略統計，應用土工織物濾層應用技術的工程超過近10000個；應用加筋墊層技術的超過1000個，使用加筋技術修建的高大擋土墻和碼頭岸壁超過100個，僅重慶市的加筋岸壁的長度已超過20km；土工織物軟體排已應用于所有的航道整治工程；麻袋混凝土技術不僅在蘇南運河已有30年的應用歷程，近幾年也在海灣工程中得到大規模的使用；長江堤防工程和許多堆石壩已大量土工膜防滲墻；高速公路廣泛采用土工織物綜合治理路基和路面病害，均取得了顯著的技術經濟效益。
長江口深水航道治理工程：該工程于1998年開工。其主要整治建筑物有南、北導堤兩座總長97.28Km、丁壩24座總長19.09Km、分水口魚嘴淺堤3.8Km。該工程大規模地使用了軟體排護底、充填袋筑堤、塑料排水板處理軟土地基和模袋混凝土壓頂技術。共使用各類土工織物3285萬m2、加筋帶3826萬m、塑料排水板670萬m。很好的控制了河勢穩定、保障了堤身結構在施工期和使用期的穩定安全。該工程的二期工程已于2004年竣工，確保了二期工程航道整治目標水深的實現。
青藏鐵路工程：在新建的1118Km線路中，積極慎重大量地應用了土工合成材料，解決了高寒地區筑路的特殊技術問題。如在高含冰量較高路基堤中采用土工擱柵，加強了路基的強度，解決不均勻沉降，避免縱向裂縫；在高含冰量凍土段的路暫及深季節凍土段使用防滲復合土工膜，防止了地表水滲入地基，影響凍土的溫度場及水分含量避免造成融化下沉和凍漲問題的產生；采用平面及三維土工網墊，試驗人工植草，解決邊坡防護；使用土工格室進行軟土地基處理和邊坡柔性防護等，均取得了良好的效果。
1.3 深基坑支護及邊坡防護技術
1.3.1 復合土釘墻支護技術
(1)主要技術內容
復合土釘墻是20世紀90年代研究開發成功的一項深基坑支護新技術。它是由普通土釘墻與一種或若干種單項輕型支護技術(如預應力錨桿、豎向鋼管、微型樁等)或截水技術(深層攪拌樁、旋噴樁等)有機組合成的支護截水體系，分為加強型土釘墻，截水型土釘墻，截水加強型土釘墻三大類。復合土釘墻具有支護能力強，適用范圍廣，可作超前支護，并兼備支護、截水等性能，是一項技術先進，施工簡便，經濟合理，綜合性能突出的深基坑支護新技術。
(2)技術指標
復合土釘墻目前尚無技術標準，其主要組成要素普通土釘墻、預應力錨桿、深層攪拌樁、旋噴樁等應符合國家行業標準《建筑基坑支護技術規程》JGJ120-Φ99等技術標準的要求。另外，微型樁一般樁徑Φ25O～Φ300，間距O.5～2.0m，骨架可采用鋼筋籠或型鋼，端頭伸入坑底以下2.O～4.Om。豎向鋼管一般Φ48～Φ60，壁厚3～5mm。復合土釘墻在水位以下和軟土中，采用Φ48、厚3.5mm鋼花管土釘，直接用機械打入土中，并從管中高壓注漿壓入土體。
(3)適用范圍
復合土釘墻可用于回填土、淤泥質土、粘性土、砂土、粉土等常見土層；可在不降水條件下采用，解決了在城市建設中因環境限制不宜人工降水的難題；在無環境限制時，可垂直開挖與支護，易于在場地狹小的條件下方便施工；在工程規模上，深度20m以內的深基坑均可根據具體條件，靈活、合理地推廣使用。
(4)已應用的典型工程
復合土釘墻由于技術上和經濟上的綜合優勢，目前在北京、上海、深圳、廣州、浙江、南京、武漢等地得到了廣泛的應用，僅深圳、上海每年應用復合土釘墻支護的基坑工程都在150～200個，典型的工程如深圳電視中心(深9.3～1 2.8 5m)；深圳長城盛世家園一期(深11.65m)，深圳長城盛世家園二期(14.2～21.7m)；深圳鳳凰大廈(深14.0m)；深圳假日廣場(深14.O～2 0.0m)；上海西門廣場等一批深5.0～7.Om，并有深層軟土的基坑；廣州地鐵新港站(深9～14.1m)等。
1.3.2 預應力錨桿施工技術
(1)主要技術內容
將拉力傳遞到穩定的巖層或土體的錨固體系。錨桿的一端與巖土體或結構物相連，另一端錨固在巖土體層內，并對其施加預應力，以承受巖土壓力、水壓力、抗浮、抗傾覆等所產生的結構拉力，用以維護巖土體或結構物的穩定。它通常包括桿體(由鋼絞線、鋼筋、特殊鋼管等筋材組成)、灌漿體、錨具、套管和可能使用的聯接器。預應力錨桿施工包括：鉆孔、預應力鋼筋制作安放、灌漿、外錨頭制作及張拉與鎖定。
(2)技術指標
預應力錨桿施工技術指標應符合標準《錨桿噴射混凝土支護技術規范》GB50086?2001、《建筑基坑支護技術規程》JGJ122-99、(《巖土錨桿設計與施工規范》(送審稿-2004)等的規定。通常錨桿鉆孔直徑為130～160mm，荷載設計值為200～3000kN。
(3)適用范圍
預應力錨桿廣泛的應用于各類巖土體加固工程，如：隧道與地下洞室的加固、巖土邊坡加固、深基坑支護、混凝土壩體加固、結構抗浮、抗傾覆，各種結構物穩定與錨固等。
(4)已應用典型工程
預應力錨桿在國內的土建工程中，例如高層建筑深基礎工程、水電工程、鐵道工程、交通工程、礦山工程、軍工工程等基礎設施工程中逐漸得到廣泛應用。比較典型的工程有北京京城大廈深基坑支護工程、三峽永久船閘高邊坡預應力錨桿加固工程、首都機場擴建工程地下車庫抗浮工程、小浪底水利樞紐地下廠房支護工程、京福高速公路邊坡加固及滑坡整治工程。
1.3.3 組合內支撐技術
(1)主要技術內容
組合內支撐技術是建筑基坑支護的一項新技術，它是在混凝土內支撐技術的基礎上發展起來的一種內支撐結構體系，主要利用組合式鋼結構構件截面靈活可變、加工方便等優點，其具有以下特點：
適用性廣，可在各種地質情況和復雜周邊環境下使用；
施工速度快；支撐形式多樣；
計算理論成熟；
可拆卸重復利用，節省投資。
(2)技術指標
(3)適用范圍
適用于周圍建筑物密集，相鄰建筑物基礎埋深較大，周圍土質情況復雜，施工場地狹小，軟土場地等深大基坑。
(4)已應用典型工程
北京國貿中心、廣東工商行業務大樓、廣東荔灣廣場、廣東金匯大廈。
1.3.4 型鋼水泥土復合攪拌樁支護結構技術
(1)主要技術內容
型鋼水泥土復合攪拌樁支護結構同時具有抵抗側向土水壓力和阻止地下水滲漏的功能，主要用于深基坑支護。其制作工藝是：通過特制的多軸深層攪拌機自上而下將施工場地原位土體切碎，同時從攪拌頭處將水泥漿等固化劑注入土體并與土體攪拌均勻，通過連續的重疊搭接施工，形成水泥土地下連續墻；在水泥土硬凝之前，將型鋼插入墻中，形成型鋼與水泥土的復合墻體。實際工程應用中主要有兩種結構形式：I型是在水泥土墻中插入斷面較大H型，主要利用型鋼承受水土側壓力，水泥土墻僅作為止水帷幕，基本不考慮水泥土的承載作用和與型鋼的共同工作，型鋼一般需要涂抹隔離劑，待基坑工程結束之后將H型鋼拔除，以節省鋼材。II型是在水泥土墻內外兩側應力較大的區域插入斷面較小的工字鋼等型鋼，利用水泥土與型鋼的共同工作，共同承受水土壓力并具有止水帷幕的功能。該技術具有以下技術特點：施工時對鄰近土體擾動較少，故不致于對周圍建筑物、市政設施造成危害；可做到墻體全長無接縫施工、墻體水泥土滲透系數k可達10-7cm/s，因而具有可靠的止水性；成墻厚度可低至550mm，故圍護結構占地和施工占地大大減少；廢土外運量少，施工時無振動、無噪聲、無泥漿污染；工程造價較常用的鉆孔灌注排樁的方法約節省20％～30％。
(2)技術指標
水泥土地下連續墻按《地基處理技術規程》J220-2002相關要求施工。水泥土強度宜大于1MPa，水泥土滲透系數k宜大于1O-6mm/s。水泥土墻厚宜大于55Omm，且應符合當地對水泥土止水帷幕厚度的要求和施工技術的要求。型鋼的斷面、長度和在水泥土墻中的位置應由設計計算確定。型鋼材質須滿足國家相關規范的要求。
(3)適用范圍
該技術可在粘性土、粉土、砂礫土使用，目前在國內主要在軟土地區有成功應用。該技術目前可在開挖深度15m下的基坑圍護工程中應用。
(4)已應用的典型工程
型鋼水泥土復合攪拌樁支護結構在許多基坑支護工程中得到了成功應用，例如：上海靜安寺下沉式廣場、上海國際會議中心、和田路下立交引道、丁香花園大廈、地鐵陸家嘴車站出入口、地鐵2號線龍東路延伸段、上海梅山大廈、上海怡灃豐基地等工程的基坑圍護。
1.3.5 凍結排樁法進行特大型深基坑施工技術
(1)主要技術內容
基礎凍結排樁法的基本思路是：以含水地層凍結形成的凍結帷幕墻為基坑的封水結構，以排樁及內支撐系統為抵抗水土壓力的受力結構，充分發揮各自的優勢特點。在施工深、大基坑時，采用排樁作為結構支撐體系工藝成熟，凍結帷幕具有良好的封水性能，兩種技術的結合不僅解決了基礎維護結構的嵌巖問題而且解決了封水問題，施工可操作性強。兩種技術的結合既是優勢互補，又是一種大膽的技術創新。
為了保護凍結墻體，增加封水深度減少基底涌水量和揚壓力，通過凍結孔外側設置的多個注漿孔在一定標高范圍內形成注漿帷幕。同時考慮到凍結過程中凍土體積膨脹會產生一定的凍脹力，為降低凍脹力對排樁結構的影響，在凍結孔外側距其中心一定位置處插花布設多個卸壓孔，施工中需要注意的問題：
①在凍結過程中土的體積膨脹將對排樁產生較大的水平凍脹壓力。
②排樁靠基坑內側在基坑開挖過程中與空氣接觸后，溫度將急劇上升；而另外一側與凍土墻體接觸溫度非常低，排樁因兩側巨大溫差將產生的溫度應力。
③凍土墻體達到設計厚度后，如何對其進行有效控制從而避免產生更大的凍脹力。
④巖土力學基本理論的不成熟，設計計算所采用的數學力學模型巖土體的實際應力一應變狀態常存在著較大的差距，必須加強工程監測，通過信息化施工及時發現問題，保證工程安全。
(2)技術指標
根據深大基坑施工的技術難點和特點凍結排樁法施工，各分項工程的主要技術指標如下：
①排樁垂直度：1/200；
②排樁充盈系數：5％；
③排樁平面位置偏差：±2cm；
④凍結管垂直度：表土O.3％；巖層0.5％；
⑤鹽水溫度：積極凍結期-25～-28℃；維護凍結期-22～25℃；
⑥設計冷凝溫度：30℃；
⑦凍結壁平均溫度：-7℃；
(3)適用范圍
凍結止水適應于各種不良地質情況，并且基坑越深，其經濟上、工期上的優勢也就越大，特別是地下水豐富的軟土地層就更具有優越性。適用于25-50米的大型和特大型基坑(矩形、圓形和其他幾何形狀)的施工。
(4)已應用的典型工程
在潤楊長江公路大橋南汊懸索橋南錨碇基礎等項目的施工中得以應用，并取得成功經驗，為今后特大型深基坑基礎工程開創了新的技術手段。
該項目由中國路橋集團第二公路工程局開發，是中國路橋集團重點資助的科技開發項目。
1.3.6 高邊坡防護技術
(1)主要技術內容
經過采用極限平衡法、數值分析方法對邊坡穩定性進行分析計算，得出保 證高邊坡穩定所需要的錨固力。通過在坡體內施工預應力錨索、打入一定數量的系統錨桿(土釘)或注漿加固對邊坡進行處治。系統預應力錨索為主動受力，單根錨索設計錨固力可高達3000KN，是高邊坡深層加固防護的主要措施。系統錨桿(土釘)對邊坡防護的機理相當于螺栓的作用，是一種對邊坡進行中淺層加固的手段。根據滑動面的埋深確定邊坡不穩定塊體大小及所需錨固力，一般多用預應力錨(索)桿有針對性的進行加固防護。
為防治邊坡表面風化、沖蝕或弱化，主要采取植物防護、砌體封閉防護、噴射(網噴)混凝土等作為坡面防護措施。
(2)技術指標
根據邊坡高度、巖體性狀、構造及地下水的分布，判斷潛在滑移面的位置。選擇適宜的計算方法確定所需的錨固力并給出整體安全系數。采用加固防護措施提高邊坡的穩定性。主要技術指標為：
錨索錨固力：500-3000KN
錨桿錨固力：1OO～500KN
噴射混凝土：強度不低于C20
錨(索)桿固定方式：可采用機械固定、灌漿(膠結材料)固定、擴張基底固定方式，根據粘結強度確定錨固力設計值。
在實際工程中，要結合邊坡坡度、高度、水文地質條件、邊坡危害程度合理選擇防護措施，提高地層軟弱結構面、潛在滑移面的抗剪強度，改善地層的其它力學性能，并加固危巖，將結構物一地層形成共同工作的體系，提高邊坡穩定性。
(3)適用范圍
高度大于30m的巖質高陡邊坡、高度大于15m的土質邊坡、水電站側岸高邊坡、船閘、特大橋橋墩下巖石陡壁、隧道進出口仰坡等。
(4)已應用的典型工程
高邊坡加固防護技術在交通、鐵道、水電、礦山等行業應用規模不斷擴大，展示了廣闊的發展前景。在三峽永久船閘高邊坡、李家峽水電站側岸邊坡、小浪底水利樞紐高邊坡、小灣水電站高邊坡、宜昌下澇溪特大橋橋墩下巖石陡壁錨固、大連港礦石碼頭高邊坡、京福國道、京珠高速等項目中應用高邊坡加固防護技術，取得了良好的工程效果。
1.4 地下空間施工技術
1.4.1 暗挖法
(1)主要技術內容
暗挖法即新奧法，它是在傳統礦山法修建隧道方法的基礎上發展起來的。新奧法創立之前，采用傳統礦山法修建隧道。傳統礦山法認為，開挖隧道必然要引起圍巖坍塌掉落，開挖的斷面越大，坍塌的范圍也越大。因此，傳統的隧道結構設計方法將圍巖看成是必然要松弛塌落而成為作用于支護結構上的荷載。傳統礦山法將隧道斷面分成為若干小塊進行開挖，隨挖隨用鋼材或木材支撐，然后，從上到下，或從下到上砌筑剛性襯砌。這是與當時的機械設備、建筑材料和技術水平相一致的。
隨著錨噴技術的出現和巖石力學理論的進展，人們對開挖隧道過程中所出現的圍巖變形、松弛、崩塌等現象有了更深入的認識。1963年，由奧地利學者L.臘布茲維奇教授命名的“新奧地利隧道施工法(New Austria Tunnelling Method)”，簡稱“新奧法(NATM)”正式出臺。它是以控制爆破或機械開挖為主要掘進手段，以錨桿、噴射混凝土為主要支護方法，將理論指導、監控量測和工程經驗相結合的一種施工方法。其主要技術內容包括：①新奧法的原理及技術要點；②新奧法的分類及施工工藝；⑦光面爆破、控制爆破及機械開挖技術；④錨噴支護技術；⑤監控量測及信息反饋技術。
(2)技術指標
新奧法的技術指標應符合((鐵路隧道設計規范》。TB10003-2001、《鐵路隧道新奧法指南》(中國鐵道出版社，1988)和《公路隧道設計規范》JTJ026-90的規定。
(3)適用范圍
可應用于鐵路隧道、公路隧道、地下鐵道及其它地下工程的設計和施工。
(4)已應用的典型工程
從20世紀80年代初開始，我國隧道工程的設計與施工全面推廣和實施新奧法，著名的隧道工程有大瑤山隧道、華鎣山隧道、五指山隧道、米花嶺隧道、秦嶺隧道、圓梁山隧道等。
1.4.2 逆作法
(1)主要技術內容
逆作法是建筑基坑支護的一種施工技術，它通過合理利用建(構)筑物地下結構自身的抗力，達到支護基坑的目的。傳統意義上的逆作法是將地下結構的外墻作為基坑支護的擋墻(地下連續墻)、將結構的梁板作為擋墻的水平支撐、將結構的框架柱作為擋墻支撐立柱的自上而下作業的基坑支護施工方法。根據基坑支撐方式，逆作法可分為全逆作法、半逆作法和部分逆作法三種。逆作法設計施工的關鍵是節點問題，即墻與梁板的聯接，柱與梁板的聯接，它關系到結構體系能否協調工作，建筑功能能否實現。
與其它施工技術相比，逆作法具有以下技術特點：1.適用性廣，可在各種 地質條件和周圍環境下作業；2.基坑變形小，對周圍環境和建筑物影響小；3.施工效率高，工程施工總工期短；4.結構設計合理；5.施工工序簡化，經濟效益明顯。
(2)技術指標
逆作法的設計施工應符合國家標準《建筑地基基礎設計規范》GB5007-2001和國家行業標準《建筑基坑工程技術規范》YB9258-97的相關規定。
(3)適用范圍
適用于建筑群密集，相鄰建筑物較近，地下水位較高，地下室埋深大和施 工場地狹小的高(多)層地上、地下建筑工程，如地鐵站、地下車庫、地下廠房、地下貯庫、地下變電站等。
(4)已應用的典型工程
我國已有近百項逆作法建筑基坑支護的工程實例，比較典型的工程有：北京百貨大樓新樓、上海恒積大廈、廣州國際銀行中心、北京地鐵天安門東站等。
1.4.3 盾構法
(1)主要技術內容
盾構法是在地表以下土層或松軟巖層中暗挖隧道的一種施工方法。自1818年法國工程師布魯諾爾(Brunel)發明盾構法以來，經過100多年的應用與發展，已使盾構法能適用于任何水文地質條件下的施工，無論是松軟的、堅硬的、有地下水的、無地下水的暗挖隧道工程都可用盾構法。盾構法施工之所以廣泛采用，除了城市地下工程發展的客觀需要外，還由于該法本身具有以下突出的優越性。1.施工安全：在盾構設備掩護下，于不穩定土層中，可安全進行土層開挖與支護工作。2.暗挖方式：施工時與地面工程及交通互不影響，尤其是在城區建筑物密集和交通繁忙地段，該法更有優越性。3.震動和噪音小：可嚴格控制地表沉陷，對施工區域環境影響小，對施工地區附近的居民幾乎沒有干擾。盾構法施工作業的主要技術內容包括：①盾構分類及選型；②盾構技術參數設計；③盾構施工技術；④盾構施工的地表沉陷及地層移動控制技術。
(2)技術指標
盾構法的技術指標應符合《隧道標準規范(盾構篇)及解說》(日)的規定。
(3)適用范圍
適用于各類土層或松軟巖層中隧道的施工。
(4)已應用的典型工程
近年來，我國城市地鐵隧道、污水隧道及管線隧道的修建越來越廣泛地采用盾構法。廣州、深圳、南京和北京地鐵隧道的修建均采用了盾構法。典型的盾構隧道工程：上海地鐵盾構隧道、深圳地鐵盾構隧道、廣州地鐵盾構隧道、南京地鐵盾構隧道、北京地鐵五號線盾構隧道、北京清河污水盾構隧道等。
1.4.4 非開挖埋管技術
(1)主要技術內容
非開挖埋管技術即人們通常所說的頂管法施工技術。頂管法是直接在松軟土層或富水松軟地層中敷設中、小型管道的一種施工方法。它無須挖槽，可避免為疏干和固結土體而采用降低水位等輔助措施，從而大大加快施工進度。在特殊地層和地表環境下施工，具有很多優點。頂管法已有百年歷史。短距離、小管徑類地下管線工程施工，廣泛采用頂管法。近幾十年，中繼接力頂進技術的出現使頂管法已發展成為可長距離頂進的施工方法。頂管法的主要技術內容包括：①頂管法的基本構成，包括頂進設備、頂管機頭、中繼環、工程管及吸泥設備；②頂管法頂力計算；③頂管法綜合施工技術，包括頂管工作坑的開挖、穿墻管及穿墻技術、頂進與糾偏技術、陀螺儀激光導向技術、局部氣壓與沖泥技術及觸變泥漿減阻技術。
(2)技術指標
頂管法的技術指標應符合國家行業標準《頂管施工規范》的規定。
(3)適用范圍
適用于直接在松軟土層或富水松軟地層中敷設中、小型管道。
(4)已應用的典型工程
近幾十年，中繼接力頂進技術的出現使頂管法已發展成為可長距離頂進的施工方法，使頂管技術在長距離穿越江河、湖泊及地面交通工程等的地下管道的敷設工程中逐漸得到普遍應用。比較典型的工程有：浙江鎮海穿越甬江的頂管工程、上海穿越黃浦江的頂管工程、西氣東輸穿越黃河頂管工程等。
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