土木工程专业基础工程 第4章 基坑工程.ppt

第四章第四章 基坑工程基坑工程l基坑：基坑：指为了修筑建筑物的基础或地下室、埋设指为了修筑建筑物的基础或地下室、埋设市政工程的管道以及开发地下空间（如地铁车站、市政工程的管道以及开发地下空间（如地铁车站、地下商场）等所开挖的地面以下的坑。地下商场）等所开挖的地面以下的坑。l基坑工程：基坑工程：指建（构）筑物基础工程或其他地下指建（构）筑物基础工程或其他地下工程（如地下变电站、地铁车站等）施工中所进工程（如地下变电站、地铁车站等）施工中所进行的基坑开挖、降水、支护和土体加固以及监测行的基坑开挖、降水、支护和土体加固以及监测等综合性工程。等综合性工程。基坑工程的特点基坑工程的特点(1)(1)、多为临时结构，安全储备相对较小、多为临时结构，安全储备相对较小(2)(2)、具有很强的区域性和个案性、具有很强的区域性和个案性(3)(3)、是一项综合性很强的系统工程、是一项综合性很强的系统工程(4)(4)、具有较强的时空效应、具有较强的时空效应(5)(5)、对周边环境会产生较大影响、对周边环境会产生较大影响l基坑工程的目的是构建安全可靠的支护系统，基坑工程的目的是构建安全可靠的支护系统，对支护系统应有以下要求：对支护系统应有以下要求：l（1 1）保证基坑四周边坡土体的稳定性，同时）保证基坑四周边坡土体的稳定性，同时满足地下施工有足够的空间。（必要条件）满足地下施工有足够的空间。（必要条件）l（2 2）保证地面和地下土体的垂直和水平位移）保证地面和地下土体的垂直和水平位移控制在允许范围内。控制在允许范围内。l（3 3）通过截水、降水、排水等措施，保证基）通过截水、降水、排水等措施，保证基坑工程施工作业面在地下水位以上。坑工程施工作业面在地下水位以上。一、基坑支护结构一、基坑支护结构 支支护护结结构构：基基坑坑围围护护工工程程中中采采用用的的围围护护墙墙体体（包包括括防防渗渗帷帷幕幕）以以及及内内支支撑撑系系统统（或或土土层层锚锚杆杆）等等的的总称。总称。基坑支护的基本类型有以下几种：基坑支护的基本类型有以下几种：1、放坡开挖及简易支护；、放坡开挖及简易支护；2、悬臂式支护结构；、悬臂式支护结构；3、水泥土桩墙支护结构；、水泥土桩墙支护结构；4、内撑式支护结构；、内撑式支护结构；5、拉锚式支护结构；、拉锚式支护结构；6、土钉墙支护结构；、土钉墙支护结构；7、其他支护结构、其他支护结构1 1 1 1、放坡开挖及简易支护、放坡开挖及简易支护、放坡开挖及简易支护、放坡开挖及简易支护l 放坡开挖是指选择合理的坡比进行开挖。用于地放坡开挖是指选择合理的坡比进行开挖。用于地基土质较好，开挖深度不大及有足够放坡场所的工程。基土质较好，开挖深度不大及有足够放坡场所的工程。施工简便、费用低，但挖土及回填土方量大。施工简便、费用低，但挖土及回填土方量大。l 为增加边坡稳定性和减少土方量，常采用简易支为增加边坡稳定性和减少土方量，常采用简易支护。护。2 2、悬臂式支护结构、悬臂式支护结构指不带内撑和拉锚的指不带内撑和拉锚的板桩墙板桩墙、排桩墙排桩墙和和地地下连续墙下连续墙支护结构。支护结构。悬臂式支护结构依靠足够的入土深度和结悬臂式支护结构依靠足够的入土深度和结构的抗弯能力来维持坑壁稳定。构的抗弯能力来维持坑壁稳定。对开挖深度很敏感，易产生较大变形，只对开挖深度很敏感，易产生较大变形，只适用于土质较好、开挖深度较浅的基坑工程。适用于土质较好、开挖深度较浅的基坑工程。灌注桩排桩墙灌注桩排桩墙地地下下连连续续墙墙3 3、水泥土桩墙支护结构、水泥土桩墙支护结构 水水泥泥土土桩桩墙墙支支护护结结构构属属于于重重力力式式围围护护墙墙。是是指指利利用用水水泥泥作作为为固固化化剂剂，通通过过特特制制的的深深层层搅搅拌拌机机械械在在地地下下深深部部将将水水泥泥和和土土体体强强制制拌拌和和，形形成成具具有有一定强度和遇水稳定的水泥土桩。一定强度和遇水稳定的水泥土桩。原原理理是是利利用用墙墙体体的的自自重重来来平平衡衡内内外外土土压压力力差。适合软土地区的基坑支护。差。适合软土地区的基坑支护。水泥土桩墙水泥土桩墙水泥土桩墙水泥土桩墙4 4、内撑式支护结构、内撑式支护结构内撑式支护结构由支护桩（墙）和内支撑组成。内撑式支护结构由支护桩（墙）和内支撑组成。支支护护桩桩常常采采用用钢钢筋筋混混凝凝土土桩桩或或钢钢板板桩桩，支支护护墙通常采用墙通常采用地下连续墙地下连续墙。内内支支撑撑常常采采用用木木方方、钢钢筋筋混混凝凝土土梁梁或或钢钢管管（或或型型钢钢）。适适合合各各种种地地基基土土层层，但但内内支支撑撑会会占占用一定的施工空间。用一定的施工空间。混混凝凝土土支支撑撑钢管支撑钢管支撑型钢支撑型钢支撑钢钢-混凝土组合支撑混凝土组合支撑钢钢-混凝土组合支撑混凝土组合支撑5、拉锚式支护结构、拉锚式支护结构ll 拉锚式支护结构由支护桩（墙）和锚杆组成。拉锚式支护结构由支护桩（墙）和锚杆组成。l 支护桩和墙同样采用钢筋混凝土桩和地下连支护桩和墙同样采用钢筋混凝土桩和地下连续墙。续墙。l 锚杆通常有锚杆通常有地面拉锚地面拉锚和和土层锚杆土层锚杆两种。两种。l 地面拉锚需要有足够的场地设置锚桩或其他地面拉锚需要有足够的场地设置锚桩或其他锚固装置；锚固装置；l 土层锚杆需要土层提供较大的锚固力，不宜土层锚杆需要土层提供较大的锚固力，不宜用于软粘土地层中。用于软粘土地层中。锚索锚索锚头6 6、土钉墙支护结构、土钉墙支护结构、土钉墙支护结构、土钉墙支护结构 土土钉钉墙墙支支护护结结构构由由被被加加固固土土体体、土土钉钉和和喷喷射射混混凝凝土土面板组成。面板组成。l 土钉：用来加固或同时锚固现场原位土体的细长杆土钉：用来加固或同时锚固现场原位土体的细长杆件。通常采取土中钻孔、置入变形钢筋（即带肋钢筋）件。通常采取土中钻孔、置入变形钢筋（即带肋钢筋）并沿孔全长注浆的方法做成。土钉依靠与土体之间的界并沿孔全长注浆的方法做成。土钉依靠与土体之间的界面粘结力或摩擦力，在土体发生变形的条件下被动受力，面粘结力或摩擦力，在土体发生变形的条件下被动受力，并主要承受拉力作用。土钉也可用钢管、角钢等作为钉并主要承受拉力作用。土钉也可用钢管、角钢等作为钉体采用直接击入的方法置入土中。体采用直接击入的方法置入土中。土土钉钉墙墙支支护护结结构构适适合合地地下下水水位位以以上上的的粘粘性性土土、砂砂土土和和碎碎石石土土等等地地层层，不不适适合合于于淤淤泥泥或或淤淤泥泥质质土土层层，支支护护深深度不超过度不超过18m18m。钢管制作的土钉钢管制作的土钉土钉钻孔土钉钻孔土钉打入土钉打入喷射混凝土喷射混凝土喷射混凝土喷射混凝土土钉墙土钉墙7 7、其他支护结构、其他支护结构l其他支护结构形式有其他支护结构形式有双排桩支护结构双排桩支护结构、连拱连拱式支护结构式支护结构、逆作拱墙逆作拱墙、加筋水泥土拱墙支护结加筋水泥土拱墙支护结构构以及各种组合支护结构。以及各种组合支护结构。二、基坑降水二、基坑降水 基坑排水方法有基坑排水方法有集水明排法集水明排法、井点降水法井点降水法。1、集水明排法集水明排法又又称称表表面面排排水水法法，它它是是在在基基坑坑开开挖挖过过程程中中以以及及基基础础施施工工和和养养护护期期间间，在在基基坑坑四四周周开开挖挖集集水水沟汇集坑壁及坑底渗水，并引向集水井。沟汇集坑壁及坑底渗水，并引向集水井。l集水明排法可单独采用，亦可与其他方法集水明排法可单独采用，亦可与其他方法结合使用。适用于一般土质条件，当抽水易发结合使用。适用于一般土质条件，当抽水易发生流砂现象时不适用。生流砂现象时不适用。l表面排水法（表面排水法（集水明排法集水明排法）在基坑每次下挖以在基坑每次下挖以前，必须先挖沟和坑，集水坑的深度应大于前，必须先挖沟和坑，集水坑的深度应大于抽水机吸水龙头的高度，在吸水龙头上套竹抽水机吸水龙头的高度，在吸水龙头上套竹筐围护，以防土石堵塞龙头。筐围护，以防土石堵塞龙头。l表面排水方法设备简单、费用低，一般土质条表面排水方法设备简单、费用低，一般土质条件下均可采用。但当地基土为饱和粉细砂土件下均可采用。但当地基土为饱和粉细砂土等粘聚力较小的细粒土层时，由于抽水会引等粘聚力较小的细粒土层时，由于抽水会引起流砂现象，造成基坑的破坏和坍塌。起流砂现象，造成基坑的破坏和坍塌。l2、井点降水法井点降水法l 主要是将带有滤管的降水工具沉设到基坑四主要是将带有滤管的降水工具沉设到基坑四周的土中，利用各种抽水工具，在不扰动土的结周的土中，利用各种抽水工具，在不扰动土的结构条件下，将地下水抽出，以利基坑开挖。一般构条件下，将地下水抽出，以利基坑开挖。一般有有轻型井点、喷射井点、管井井点、深井泵井点轻型井点、喷射井点、管井井点、深井泵井点等方法。等方法。l适用于粉质土、粉砂类土等采用表面排水法适用于粉质土、粉砂类土等采用表面排水法易引起流砂现象的土质。易引起流砂现象的土质。轻型井点轻型井点l轻型井点降水轻型井点降水是在基坑开挖前预先在基坑四周是在基坑开挖前预先在基坑四周打入（或沉入）若干根井管，井管下端打入（或沉入）若干根井管，井管下端1.5m1.5m左左右为滤管，上面钻有若干直径约右为滤管，上面钻有若干直径约2mm2mm的滤孔，的滤孔，外面用过滤层包扎起来。各个井管用集水管连外面用过滤层包扎起来。各个井管用集水管连接并抽水。由于使井管两侧一定范围内的水位接并抽水。由于使井管两侧一定范围内的水位逐渐下降，各井管相互影响形成了一个连续的逐渐下降，各井管相互影响形成了一个连续的疏干区。疏干区。l在整个施工过程中保持不断抽水，以保证在基在整个施工过程中保持不断抽水，以保证在基坑开挖和基础砌筑的整个过程中基坑始终保持坑开挖和基础砌筑的整个过程中基坑始终保持着无水状态。该法可以避免发生流砂和边坡坍着无水状态。该法可以避免发生流砂和边坡坍塌现象，且由于流水压力对土层还有一定的压塌现象，且由于流水压力对土层还有一定的压密作用。密作用。深井泵井点深井泵井点三、土方开挖三、土方开挖l 对对于于面面积积较较大大的的一一级级基基坑坑，宜宜分分块块、分分区区对对称称开开挖挖。遵遵循循“开开槽槽支支撑撑、先先撑撑后后挖挖、分分层层开开挖挖、严禁超挖严禁超挖”的原则。的原则。l应尽量缩短基坑无支撑暴露的时间。应尽量缩短基坑无支撑暴露的时间。l同同一一基基坑坑有有深深浅浅时时，应应“先先浅浅后后深深”；相相邻邻两基坑，应两基坑，应“先深后浅先深后浅”。l开挖顺序通常有：开挖顺序通常有：中心岛盆式开挖中心岛盆式开挖和和留中心留中心土墩开挖土墩开挖。四、基坑监测四、基坑监测l 在基坑施工过程中，应做好：围护结构、周围土层、在基坑施工过程中，应做好：围护结构、周围土层、附近建筑物、地下管线等的受力与变形量测。附近建筑物、地下管线等的受力与变形量测。五、水中施工五、水中施工l l围堰围堰：水下基础施工时，为了排水挖坑，在基坑水下基础施工时，为了排水挖坑，在基坑周围修建的临时性挡水设施。周围修建的临时性挡水设施。l常用：土围堰、木板桩或钢板桩围堰。常用：土围堰、木板桩或钢板桩围堰。l l水深较浅水深较浅(2m(2m以内），流速缓慢，河床渗水较小以内），流速缓慢，河床渗水较小的河流中修筑基础可采用土围堰或草袋围堰。的河流中修筑基础可采用土围堰或草袋围堰。l l水较深水较深，可采用钢板桩围堰。一般适用于河床为，可采用钢板桩围堰。一般适用于河床为砂土、碎石土和半干硬性粘土，并可嵌入风化岩砂土、碎石土和半干硬性粘土，并可嵌入风化岩层。围堰内抽水深度最大可达层。围堰内抽水深度最大可达20m20m左右。左右。对围堰的要求：对围堰的要求：l 1 1围堰顶面标高应高出施工期间中可能出现的最高围堰顶面标高应高出施工期间中可能出现的最高水位水位0.5m0.5m以上，有风浪时应适当加高。以上，有风浪时应适当加高。l 2 2修筑围堰将压缩河道断面，使流速增大引起冲刷，修筑围堰将压缩河道断面，使流速增大引起冲刷，或堵塞河道影响通航，因此要求河道断面压缩一般不超或堵塞河道影响通航，因此要求河道断面压缩一般不超过流水断面积的过流水断面积的30%30%。对两边河岸河堤或下游建筑物有。对两边河岸河堤或下游建筑物有可能造成危害时，必须征得有关单位同意并采取有效防可能造成危害时，必须征得有关单位同意并采取有效防护措施。护措施。l 3 3围堰内尺寸应满足基础施工要求，留有适当工围堰内尺寸应满足基础施工要求，留有适当工作面积，由基坑边缘至堰脚距离一般不少于作面积，由基坑边缘至堰脚距离一般不少于1m1m。l 4 4围堰结构应能承受施工期间产生的土压力、水围堰结构应能承受施工期间产生的土压力、水压力以及其他可能发生的荷载，满足强度和稳定要求。压力以及其他可能发生的荷载，满足强度和稳定要求。围堰应具有良好的防渗性能。围堰应具有良好的防渗性能。六、基坑工程设计原则和内容六、基坑工程设计原则和内容l1 1、设计基本原则：、设计基本原则：l（1 1）在满足支护结构本身强度、稳定性和）在满足支护结构本身强度、稳定性和变形要求的同时，确保周围环境安全。变形要求的同时，确保周围环境安全。l（2 2）在保证安全可靠的前提下，设计方案）在保证安全可靠的前提下，设计方案应具有较好的技术经济和环境效应。应具有较好的技术经济和环境效应。l（3 3）为基坑支护工程施工和基础施工提供）为基坑支护工程施工和基础施工提供最大限度的施工方便，并保证施工安全。最大限度的施工方便，并保证施工安全。l2 2、设计内容、设计内容l（1 1）基坑内建筑场地勘察和基坑周边环境勘察。）基坑内建筑场地勘察和基坑周边环境勘察。l基坑周边地面建筑物（构筑物）的结构类型、层数、基础类型、基坑周边地面建筑物（构筑物）的结构类型、层数、基础类型、埋深、基础荷载大小及上部结构现状。埋深、基础荷载大小及上部结构现状。l基坑周边地下建筑物（构筑物）及各种管线等设施的分布和状况。基坑周边地下建筑物（构筑物）及各种管线等设施的分布和状况。l场地周围和邻近地区地表积地下水分布状况及对基坑开挖的影响。场地周围和邻近地区地表积地下水分布状况及对基坑开挖的影响。l（2 2）支护体系方案技术经济比较和选型。）支护体系方案技术经济比较和选型。l（3 3）支护结构的强度、稳定性和变形以及基坑内外）支护结构的强度、稳定性和变形以及基坑内外土体稳定性验算。土体稳定性验算。l（4 4）基坑降水和止水帷幕设计以及支护墙的抗渗设）基坑降水和止水帷幕设计以及支护墙的抗渗设计。计。l（5 5）基坑开挖施工方案和施工检测设计。）基坑开挖施工方案和施工检测设计。