深基坑开挖支护现状分析及其对策课件.ppt

深基坑开挖支护现状分析深基坑开挖支护现状分析及其对策及其对策 陈有亮陈有亮上海理工大学土木工程系上海理工大学土木工程系主要内容主要内容 1、存在的问题、存在的问题 2、深基坑工程特点及现状、深基坑工程特点及现状 3、深基坑工程事故的分析、深基坑工程事故的分析 4、建议及对策、建议及对策 1、存在的问题、存在的问题 近年来，城市中的建筑密度随着城市现代化的推进近年来，城市中的建筑密度随着城市现代化的推进而增大，随着高层建筑的不断兴建，深基坑开挖支护问而增大，随着高层建筑的不断兴建，深基坑开挖支护问题日益突出，深基坑开挖支护及对邻近建筑、道路及设题日益突出，深基坑开挖支护及对邻近建筑、道路及设施的影响日益为土木工程师们所关注，高校和企业界也施的影响日益为土木工程师们所关注，高校和企业界也研究开发了一些好的措施。研究开发了一些好的措施。但是基坑开挖深度越来越深，但是基坑开挖深度越来越深，开挖环境日益复杂，开挖环境日益复杂，设计及施工人员经常遇到新的问题设计及施工人员经常遇到新的问题及新的挑战，从而使基坑工程事故频频出现。尤其在上及新的挑战，从而使基坑工程事故频频出现。尤其在上海、深圳等大城市，事故发生率更高。海、深圳等大城市，事故发生率更高。上海以前曾出现上海以前曾出现在一年之中发生近四十例基坑事故的情况在一年之中发生近四十例基坑事故的情况，上海广东路，上海广东路某基坑事故，导致交通主干线广东路下陷某基坑事故，导致交通主干线广东路下陷1.8m，致使各，致使各种地下管线产生严重破坏，煤气泄露产生爆炸，当场熏种地下管线产生严重破坏，煤气泄露产生爆炸，当场熏倒二十多人，直接经济损失达五千多万元，造成了极坏倒二十多人，直接经济损失达五千多万元，造成了极坏的社会影响；的社会影响；98年深圳某基坑工程，出现了严重的塌方年深圳某基坑工程，出现了严重的塌方事故，几名施工人员被埋，基坑周围几栋建筑物出现严事故，几名施工人员被埋，基坑周围几栋建筑物出现严重破坏。重破坏。2、深基坑工程特点及现状、深基坑工程特点及现状 （1） 基坑越挖越深。或为了使用方便，基坑越挖越深。或为了使用方便，或因为地皮昂贵，或为了符合城管规定或因为地皮昂贵，或为了符合城管规定及人防需要，建筑投资者不得不向地下及人防需要，建筑投资者不得不向地下发展。过去建发展。过去建12层地下室，即使在大层地下室，即使在大城市也不普遍，中等城市更为少见。现城市也不普遍，中等城市更为少见。现在在大城市、沿海地区，地下在在大城市、沿海地区，地下34层已层已很寻常，很寻常，56层也有，基坑深度多在层也有，基坑深度多在1016m间，在间，在20m左右的也为数不少。左右的也为数不少。2、深基坑工程特点及现状、深基坑工程特点及现状 （2）工程地质条件越来越差。这一点）工程地质条件越来越差。这一点在某些沿海城市较为突出。在某些沿海城市较为突出。 （3）基坑周围环境复杂。重要高层和）基坑周围环境复杂。重要高层和超高层建筑集中在人口稠密、建筑物超高层建筑集中在人口稠密、建筑物密集的地方，并紧靠重要市政公路。密集的地方，并紧靠重要市政公路。而此处原有建筑结构陈旧，地上与地而此处原有建筑结构陈旧，地上与地下管线密布。因此，基坑开挖不仅要下管线密布。因此，基坑开挖不仅要保证基坑本身的稳定，也要保证周围保证基坑本身的稳定，也要保证周围的建筑物和构筑物不受破坏。的建筑物和构筑物不受破坏。 2、深基坑工程特点及现状、深基坑工程特点及现状 （4）基坑支护方法众多。诸如人工挖）基坑支护方法众多。诸如人工挖孔桩，预制桩，深层搅拌桩，钢板桩，孔桩，预制桩，深层搅拌桩，钢板桩，地下连续墙，内支撑，各种桩、板、地下连续墙，内支撑，各种桩、板、墙、管、撑同锚杆联合支护，此外还墙、管、撑同锚杆联合支护，此外还有锚钉墙等。有锚钉墙等。 （5）基坑工程事故的危害极大。一旦）基坑工程事故的危害极大。一旦基坑支护失效，常造成邻近房屋、地基坑支护失效，常造成邻近房屋、地下管线及道路的开裂，引发工程纠纷，下管线及道路的开裂，引发工程纠纷，甚至出现严重的破坏，造成重大的经甚至出现严重的破坏，造成重大的经济损失及人员的伤亡。济损失及人员的伤亡。3、深基坑工程事故的分析、深基坑工程事故的分析 由于深基工程的上述特点，使深由于深基工程的上述特点，使深基坑支护成为一个最感头痛的工程难基坑支护成为一个最感头痛的工程难题。通过实例调查分析，工程事故可题。通过实例调查分析，工程事故可归纳为如下几类：归纳为如下几类：3.1建设单位未认真执行设计方案建设单位未认真执行设计方案 3.2设计计算错误设计计算错误 3.3未进行稳定验算未进行稳定验算 3.4施工管理方面的问题施工管理方面的问题 3.1建设单位未认真执行设计方案建设单位未认真执行设计方案 （1）此类工程事故出现较多，如济南某大厦工程，位于繁华）此类工程事故出现较多，如济南某大厦工程，位于繁华市区，地上市区，地上23层，地下层，地下3层，基坑深层，基坑深12m，场地狭窄，东、南、，场地狭窄，东、南、北三面距建筑物较近。北三面距建筑物较近。施工单位提出，采用大直径灌注桩，施工单位提出，采用大直径灌注桩，设一土层锚杆，桩顶设混凝土圈梁的桩锚支护体系，需费用设一土层锚杆，桩顶设混凝土圈梁的桩锚支护体系，需费用约约100万元。万元。建设单位提出，部分采用建设单位提出，部分采用 800悬臂灌注桩，部分悬臂灌注桩，部分采用采用 150钢管悬臂桩，部分放坡方案，费用钢管悬臂桩，部分放坡方案，费用40万元。万元。结果按结果按建设单位方案：西侧采用建设单位方案：西侧采用1 0.3放坡。东、南、西北浇筑放坡。东、南、西北浇筑C30的的 800悬臂灌注桩悬臂灌注桩57根，根，1800，桩长，桩长18m，悬臂，悬臂12m，入坑，入坑底底6m。北部用。北部用 150钢管悬臂桩钢管悬臂桩7根，根，1000，桩长，桩长15m，悬臂，悬臂12m，入坑底，入坑底3m。结果几次断桩，塌方来势凶猛，均在瞬间结果几次断桩，塌方来势凶猛，均在瞬间发生，共造成坑内土方堆积发生，共造成坑内土方堆积3000m3，断桩，断桩23根，桩倾斜根，桩倾斜2根，根，7根根 150钢管歪倒。钢管歪倒。可见，基坑支护必需认真对待，绝不能为可见，基坑支护必需认真对待，绝不能为节省费用，随便定个方案。经分析，原先施工单位提出的方节省费用，随便定个方案。经分析，原先施工单位提出的方案还是可行的，建设单位乱定方案，不科学办事，结果是浪案还是可行的，建设单位乱定方案，不科学办事，结果是浪费了投资，拖延了工期，欲速则不达。费了投资，拖延了工期，欲速则不达。 （2）南京交通银行大楼，地上南京交通银行大楼，地上28层，地下室层，地下室1层，层，基坑深基坑深6.7m.设计方案是：支护采用设计方案是：支护采用 800悬臂灌注桩，悬臂灌注桩，1000，桩长桩长14m，在桩顶设在桩顶设800500mm圈梁圈梁，桩嵌入坑底桩嵌入坑底8.8m；防水及降水在排桩背后设高压旋喷混凝土，形成止水帷防水及降水在排桩背后设高压旋喷混凝土，形成止水帷幕。坑东侧幕。坑东侧42m长，距房屋长，距房屋15m左右，左右，采用采用1 1放坡开挖放坡开挖。在坑内设在坑内设3个深个深20m管井作为降水井。实施方案是：管井作为降水井。实施方案是：基坑基坑加深加深0.7m至至7.4m，桩长改为桩长改为13m，桩嵌入坑底桩嵌入坑底5.6m.放坡放坡面因场地限制改为面因场地限制改为1 0.30.5.为抢进度，桩顶圈梁未施为抢进度，桩顶圈梁未施工即开始挖土，且一次挖到设计标高工即开始挖土，且一次挖到设计标高。基坑开挖后，东基坑开挖后，东南角桩间出现大量涌泥和流沙，支护结构向基坑内侧移南角桩间出现大量涌泥和流沙，支护结构向基坑内侧移位达位达20cm以上，桩后形成以上，桩后形成510cm地面裂缝，放坡地段地面裂缝，放坡地段滑移失稳，降水井失效，以至东南面的和平电影院严重滑移失稳，降水井失效，以至东南面的和平电影院严重开裂破坏，被迫停止拆除，北侧湖南路路面开裂，被迫开裂破坏，被迫停止拆除，北侧湖南路路面开裂，被迫采用土层锚杆加固，直接经济损失采用土层锚杆加固，直接经济损失100多万元。多万元。可见，不可见，不按原设计方案施工，灌注桩与喷射混凝土未形成止水帷按原设计方案施工，灌注桩与喷射混凝土未形成止水帷幕是基坑事故的主要原因。幕是基坑事故的主要原因。 3.2设计计算错误设计计算错误 （1）锚杆计算错误。如石家庄某高层建筑，建筑面积）锚杆计算错误。如石家庄某高层建筑，建筑面积10万多平万多平方米，地上方米，地上28层，地下层，地下4层，基坑深达层，基坑深达20.5m，东西长，东西长120m，南，南北宽北宽100m.基坑用基坑用 600灌注桩，灌注桩，1000，桩长，桩长20m，入土，入土5m，混，混凝土强度为凝土强度为C25，配，配12根根 22的的级钢筋，桩顶设帽梁，帽梁顶砌级钢筋，桩顶设帽梁，帽梁顶砌5.5m高高370砖墙作护墙，墙内有构造柱及压顶圈梁。护壁桩设三砖墙作护墙，墙内有构造柱及压顶圈梁。护壁桩设三道道130锚杆：第一道锚杆长锚杆：第一道锚杆长15.5m，2000；第二道锚杆长；第二道锚杆长20m，1500；第三道锚杆长；第三道锚杆长18m，1000.用槽钢与护壁桩相结合。用槽钢与护壁桩相结合。1993年年9月月12日，施工完西部坑底垫层，施工管理人员发现基坑日，施工完西部坑底垫层，施工管理人员发现基坑西部护壁桩间成片掉土，并有渗水现象，顶部砖墙外倾，顶部地西部护壁桩间成片掉土，并有渗水现象，顶部砖墙外倾，顶部地面出现裂缝。面出现裂缝。9月月15日西侧北部有部分腰梁槽钢脱落，部分锚杆日西侧北部有部分腰梁槽钢脱落，部分锚杆螺母松动。施工人员将槽钢补焊接上，拧紧螺母。在坑顶局部挖螺母松动。施工人员将槽钢补焊接上，拧紧螺母。在坑顶局部挖土卸载。土卸载。9月月16日下午日下午5时左右，基坑西部南北约时左右，基坑西部南北约50m的护壁结构的护壁结构迅速倒塌，折断钢筋混凝土桩迅速倒塌，折断钢筋混凝土桩48根，倒塌边缘距坑边约根，倒塌边缘距坑边约13m，护，护壁桩折成三段，折点分别在第二、三层锚杆处，第一层锚杆从土壁桩折成三段，折点分别在第二、三层锚杆处，第一层锚杆从土中完全拔出，第二、三层锚杆锚头拉脱，腰梁扭断开。经分析计中完全拔出，第二、三层锚杆锚头拉脱，腰梁扭断开。经分析计算，第一道锚杆的锚固长度需算，第一道锚杆的锚固长度需25.630m，第二道锚杆的锚固长，第二道锚杆的锚固长度需度需2225m.可见倒塌的主要原因是设计计算错误所导致。可见倒塌的主要原因是设计计算错误所导致。3.2设计计算错误设计计算错误 （2）支护桩嵌入深度不够。上海某工程）支护桩嵌入深度不够。上海某工程基坑采用深层水泥搅拌桩做支护，基坑基坑采用深层水泥搅拌桩做支护，基坑开挖深度开挖深度57m，桩长，桩长12m，嵌入深度嵌入深度5m.开挖到开挖到5m时未发生事故，但开挖到时未发生事故，但开挖到7m时，发生管涌，涌砂涌水。由于大量时，发生管涌，涌砂涌水。由于大量砂土冒出，最终导致支护结构全部倒塌。砂土冒出，最终导致支护结构全部倒塌。仅加固费就增加投资仅加固费就增加投资30万元（原支护结万元（原支护结构费构费80万元），工期延长万元），工期延长2个月。经对管个月。经对管涌计算知，涌计算知，支护桩嵌入深度需支护桩嵌入深度需7m. 3.2设计计算错误设计计算错误 （3）安全系数偏小。许多基坑设计）安全系数偏小。许多基坑设计时，为单纯追求造价，而忽略许多因时，为单纯追求造价，而忽略许多因素，使工程的安全系数偏小。如遇雨素，使工程的安全系数偏小。如遇雨水或少量偶然的坑边堆载，就导致基水或少量偶然的坑边堆载，就导致基坑的失稳。坑的失稳。3.3未进行稳定验算未进行稳定验算 由很多工程事故发现，仅进行基坑由很多工程事故发现，仅进行基坑支护设计或选择一个方案是不行的，支护设计或选择一个方案是不行的，还必须进行稳定验算，以确保基坑还必须进行稳定验算，以确保基坑的整体及局部稳定，特别是软土地的整体及局部稳定，特别是软土地区。区。 3.4施工管理方面的问题施工管理方面的问题 （1）严重超挖，不遵守分层）严重超挖，不遵守分层分段开挖原则；分段开挖原则；（2）坑边过量堆载；）坑边过量堆载；（3）管理混乱。）管理混乱。4建议及对策建议及对策 4.1坚持分层分段开挖与支护的原则坚持分层分段开挖与支护的原则 4.2信息反馈是基坑施工的重要组成信息反馈是基坑施工的重要组成部分部分 4.3支护结构的革新支护结构的革新 4.4进一步研究基坑支护理论进一步研究基坑支护理论 4.5探讨基坑护壁抢险技术探讨基坑护壁抢险技术 4.1坚持分层分段开挖与支护的原则坚持分层分段开挖与支护的原则 一般情况下，边坡破坏有一个从局部开始一般情况下，边坡破坏有一个从局部开始, 逐渐逐渐扩大的过程。首先产生局部破坏的部位为突破点。扩大的过程。首先产生局部破坏的部位为突破点。当某部位土体应力达到或超过其强度时，突破点开当某部位土体应力达到或超过其强度时，突破点开始破坏，并引起周围土体力学性质的变化和临近部始破坏，并引起周围土体力学性质的变化和临近部位应力的升值，使破坏面扩大。城市高层建筑的发位应力的升值，使破坏面扩大。城市高层建筑的发展，使基坑深度日益增大，边坡也越来越陡立（一展，使基坑深度日益增大，边坡也越来越陡立（一般在般在8090）。目前各种边坡稳定的理论计算模）。目前各种边坡稳定的理论计算模式都是在式都是在60左右建立的，与陡立边坡的初始受力左右建立的，与陡立边坡的初始受力状态有较大差异。边坡开挖后，破坏了原自然土体状态有较大差异。边坡开挖后，破坏了原自然土体的三向受力状态，在开挖面附近产生一个高能区。的三向受力状态，在开挖面附近产生一个高能区。其中一部分能量传给周围土体，一部就成为使土体其中一部分能量传给周围土体，一部就成为使土体变形的动力。对近于直立的边坡，若一次开挖深度变形的动力。对近于直立的边坡，若一次开挖深度太大，积聚的能量就很大，有可能成为破坏的突破太大，积聚的能量就很大，有可能成为破坏的突破点而产生塌方。所以施工中必须控制开挖面的长度点而产生塌方。所以施工中必须控制开挖面的长度与深度，并进行快速支护，使支护尽早发挥效能，与深度，并进行快速支护，使支护尽早发挥效能，达到控制和消灭破坏突破点的目的。达到控制和消灭破坏突破点的目的。4.1坚持分层分段开挖与支护的原则坚持分层分段开挖与支护的原则 在分析土体力学性能、地下水和边坡在分析土体力学性能、地下水和边坡附加荷载分布的基础上预测突破点可附加荷载分布的基础上预测突破点可能产生的部位，这是划分层段的重要能产生的部位，这是划分层段的重要依据。据此绘出每一坡面的层段开挖依据。据此绘出每一坡面的层段开挖图，作为施工依据，并在施工中根据图，作为施工依据，并在施工中根据具体情况进行调整。具体情况进行调整。 4.2信息反馈是基坑施工的信息反馈是基坑施工的重要组成部分重要组成部分 所谓施工过程中的信息反馈基本上指两方面：一是所谓施工过程中的信息反馈基本上指两方面：一是指坡面开挖过程中对暴露出来的地质构造、地下水指坡面开挖过程中对暴露出来的地质构造、地下水分布的变化及未知地下建筑物的信息反馈；二是指分布的变化及未知地下建筑物的信息反馈；二是指施工过程中对边坡位移及应力监测的信息反馈。其施工过程中对边坡位移及应力监测的信息反馈。其中，施工中发生侧移有以下原因：中，施工中发生侧移有以下原因：（1）土力学的模糊性：土的地质结构多变，影响因）土力学的模糊性：土的地质结构多变，影响因素多，物理力学性能较离散。其结构计算原理及各素多，物理力学性能较离散。其结构计算原理及各种参数取值有较大的模糊性，不可能一次计算到位。种参数取值有较大的模糊性，不可能一次计算到位。（2）外力作用下的变形。）外力作用下的变形。（3）施工阶段的不稳定性。）施工阶段的不稳定性。 4.3支护结构的革新支护结构的革新 （1）根据结构受力改变结构形式。闭）根据结构受力改变结构形式。闭合拱圈挡土、连拱式基坑支护，都是合拱圈挡土、连拱式基坑支护，都是将平面结构改变为空间支护结构，利将平面结构改变为空间支护结构，利用拱的作用，一方面减小土对桩的侧用拱的作用，一方面减小土对桩的侧向压力，另一方面将结构受弯变为拱向压力，另一方面将结构受弯变为拱圈受压，充分发挥混凝土的受压特性，圈受压，充分发挥混凝土的受压特性，降低了工程费用。降低了工程费用。 4.3支护结构的革新支护结构的革新 （2）从施工方法上改变。桩墙合一）从施工方法上改变。桩墙合一地下室逆作法，是将基坑支护桩和地地下室逆作法，是将基坑支护桩和地下室墙合在一起，将地下室的梁板作下室墙合在一起，将地下室的梁板作为支护，从地下室顶往下施工，地下为支护，从地下室顶往下施工，地下室外墙也施工。它的优点是节约投资，室外墙也施工。它的优点是节约投资，在地下水丰富、不易降低水位地区，在地下水丰富、不易降低水位地区，尚须作防水帷幕。尚须作防水帷幕。 4.3支护结构的革新支护结构的革新 （3）发展新的支护方法。近年来，喷锚网支护）发展新的支护方法。近年来，喷锚网支护法、锚钉墙法在工程中得到应用，并显示了显著法、锚钉墙法在工程中得到应用，并显示了显著的经济效益。它不要一根桩、一块板、一根管、的经济效益。它不要一根桩、一块板、一根管、一根撑，完全抛弃了传统法及其被动支护概念，一根撑，完全抛弃了传统法及其被动支护概念，以尽可能保持、显著提高、最大限度地利用基坑以尽可能保持、显著提高、最大限度地利用基坑边壁土体固有力学强度，变土体荷载为支护结构边壁土体固有力学强度，变土体荷载为支护结构体系的一部分。它主动支护土体，并与土体共同体系的一部分。它主动支护土体，并与土体共同工作，具有施工简便、快速、及时、机动、灵活、工作，具有施工简便、快速、及时、机动、灵活、适用性强、随挖随支、挖完支完、安全经济等特适用性强、随挖随支、挖完支完、安全经济等特点。其工期一般比传统法短点。其工期一般比传统法短3060天以上，工程天以上，工程造价低造价低10%30%.支护最大垂直坑深支护最大垂直坑深18m，建筑，建筑淤泥基坑深达淤泥基坑深达10m。4.4进一步研究基坑支护理论进一步研究基坑支护理论 可以看到，随着国民经济的飞速发展和城市现可以看到，随着国民经济的飞速发展和城市现代化的进程，基坑工程的可靠性成为高层建筑代化的进程，基坑工程的可靠性成为高层建筑亟待解决的问题。因此进一步探讨基坑支护的亟待解决的问题。因此进一步探讨基坑支护的方法和计算理论，尤其是新型支护方法的计算方法和计算理论，尤其是新型支护方法的计算理论，乃为工程实际所急需。如喷锚网支护法、理论，乃为工程实际所急需。如喷锚网支护法、锚钉墙法。锚钉墙法。 4.5探讨基坑护壁抢险技术探讨基坑护壁抢险技术 如前所述，基坑工程的破坏率较高。因此，配如前所述，基坑工程的破坏率较高。因此，配合施工过程的监测与信息反馈技术，进行基坑合施工过程的监测与信息反馈技术，进行基坑护壁抢险技术的探讨非常必要。目前，发现基护壁抢险技术的探讨非常必要。目前，发现基坑护壁失效，采用的方法是停止开挖或回填土坑护壁失效，采用的方法是停止开挖或回填土方等，收效甚微。因此在支护设计或确定施工方等，收效甚微。因此在支护设计或确定施工方案时，就必须考虑基坑护壁的抢险措施。如方案时，就必须考虑基坑护壁的抢险措施。如基坑护壁帷幕漏水化学灌浆抢险技术，具有简基坑护壁帷幕漏水化学灌浆抢险技术，具有简单、经济、快速和有效的特点，是目前基坑漏单、经济、快速和有效的特点，是目前基坑漏水涌砂最好的抢险补救方法。水涌砂最好的抢险补救方法。 谢谢！谢谢！