深基坑工程施工技术王爱勋.pptx
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1、一、概 述 深基坑工程是一项风险性工程,是一门综合性很强的新型学科,它涉及工程地质、土力学、基础工程、结构工程、结构力学、施工技术、土与结构的共同作用以及环境岩土工程等多门学科,是理论上尚待进一步发展的具有综合性和交叉性的技术学科。深基坑工程大多是临时性工程,经费限制很紧,而影响因素、不确定性因素又很多,例如地质条件、水文情况、具体工程要求、气候变化的影响、施工顺序及管理、场地周围环境等等。深基坑工程的设计与施工既要保证整个支护结构在施工过程中的安全,又要控制支护结构及其周围土体的变形,保证周围环境(相邻建筑物及地下公共设施等)的安全。第1页/共95页 在保证安全前提下,设计要合理,又能节约造
2、价、方便施工、缩短工期。要提高基坑工程的设计与施工水平,必须正确选择土压力、计算方法和参数,选择合理的支护结构体系,同时还要有丰富的设计和施工经验。基坑工程的主要作用与目的在于:满足地下工程施工空间要求及安全;保证主体工程地基及桩基安全;保证基坑周边的环境安全。基坑工程施工问题应该是由来已久,现代深基坑工程施工技术的大发展则是从20世纪80年代开始的,经过近三十年的发展,当前常用的深基坑支护技术如表1所示。第2页/共95页类型 支护方式或结构 支挡构件或护坡方式 适用条件 放坡 自稳边坡 根据土质按一定坡率放坡(单一坡或分阶坡),土工膜覆盖坡面,抹水泥砂浆或喷混凝土(砂浆)保护坡面,袋装砂、土
3、包反压坡脚、坡面。基坑周边开阔,相邻建(构)筑物距离较远,无地下管线或地下管线不重要,可以迁移改道;坑底土质软弱时,为防止坑底隆起破坏可通过分阶放坡卸载。坡体加固 加筋土重力式挡墙 土钉、螺旋锚、锚管灌(注)浆等加筋土挡墙。适用于除淤泥、淤泥质土外的多种土质,支护深度不宜超过6m;坑底没有软土。水泥土重力式挡墙 注浆、旋喷、深层搅拌水泥土挡墙(壁式、格栅式、拱式、扶壁式)。适用于包括软弱土层在内的多种土质,支护深度不宜超过6m(加扶壁可加大支护深度),可兼作隔渗帷幕;墙底没有软土;基坑周边需有一定的施工场地。常见基坑支护分类及适用条件 表1 第3页/共95页类型 支护方式或结构 支挡构件或护坡
4、方式 适用条件 坡体加固 喷锚支护 钢筋网喷射混凝土面层,锚杆。适用于填土、粘性土及岩质边坡,支护深度不宜超过6m(岩质边坡除外),坡底有软弱土层影响整体稳定时慎用;不适用于深厚淤泥、淤泥质土层、流塑状软粘土和地下水位以下的粉土、粉砂层。复合喷锚支护 钢筋网喷射混凝土面层,锚杆,另加水泥土桩或其它支护桩,解决坑底抗隆起稳定问题和深部整体滑动稳定问题。坑底以下有一定厚度的软弱土层,单纯喷锚支护不能满足要求时可考虑采用复合喷锚支护,可兼作隔渗帷幕;支护深度不宜超过6m,坑底软土厚度超过4m时慎用。排桩 悬臂式 钻孔灌注桩、人工挖孔桩、预制桩,板桩(钢板桩组合,异型钢组合,预制钢筋混凝土板组合);冠
5、梁。悬臂高度不宜超过6m,对深度大于6m的基坑可结合冠梁顶以上放坡卸载使用,坑底以下软土层厚度很大时不宜采用;嵌入岩层、密实卵砾石、碎石层中的刚度较大的悬臂桩的悬臂高度可以超过6m。常见基坑支护分类及适用条件 续表1 第4页/共95页类型 支护方式或结构 支挡构件或护坡方式 适用条件 排桩 双排桩 两排钻孔灌注桩,顶部钢筋混凝土横梁连结,必要时对桩间土进行加固处理 使用双排桩可在一定程度上弥补单排悬臂桩变形大、支护深度有限的缺点,适宜的开挖深度应视变形控制要求经计算确定;当设置锚杆和内支撑有困难时可考虑双排桩;坑底以下有厚层软土,不具备嵌固条件时不宜采用。锚固式(单层或多层)上列桩型加预应力或
6、非预应力灌浆锚杆、螺旋锚或灌浆螺旋锚、锚定板(或桩);冠梁;围檩。可用于不同深度的基坑,支护体系不占用基坑范围内空间,但锚杆需伸入邻地,有障碍时不能设置,也不宜锚入毗邻建筑物地基内;锚杆的锚固段不应设在灵敏度高的淤泥层内,在软土中也要慎用;在含承压水的粉土、粉细砂层中应采用跟管钻进施工锚杆或一次性锚杆。内支撑式(单层或多层)上列桩型加型钢或钢筋混凝土支撑,包括各种水平撑(对顶撑、角撑、桁架式支撑),竖向斜撑;能承受支撑点集中力的冠梁或围檩;能限制水平撑变位的立柱。可用于不同深度的基坑和不同土质条件,变形控制要求严格时宜选用;支护体系需占用基坑范围内空间,其布置应考虑后续施工的方便。常见基坑支护
7、分类及适用条件 续表1 第5页/共95页类型 支护方式或结构 支挡构件或护坡方式 适用条件 地下连续墙 悬臂式或撑锚式 钢筋混凝土地下连续墙、SMW工法、连锁灌注桩;需要时设内支撑或锚杆。可用于多层地下室的超深基坑,宜配合逆作法施工使用,利用地下室梁板柱作为内支撑。围筒 圆形、椭圆形、拱形、复合形 上列各类连续墙;环形撑梁。基坑形状接近圆形或椭圆形,或局部有弧形拱段,可充分利用结构受力特点,径向位移小,筒壁弯矩小。常见基坑支护分类及适用条件 续表1 常见基坑支护方式施工图片见附图第6页/共95页 纯粹从深基坑工程的施工技术来看,虽然当前的施工技术已取得了很大的发展,但以下的施工技术与管理问题还
8、是经常遇到。首先是对深基坑工程施工的认识问题,总认为它是临时工程,因而就能省则省,思想上也重视不够;其次是对施工方案的编制上较为马虎,往往内容不全,可操作性不强;再就是对施工技术及其质量要求的认识不够,对应急预案及应有的抢险措施准备不充分。第7页/共95页二、深基坑工程施工方案的编制 施工方案的优劣是决定深基坑工程成败的关键,因此深基坑施工方案的编制十分重要。2.1 施工方案的编制依据:(1)深基坑工程设计方案;(2)工程地质、水文地质勘察报告;(3)工程设计图纸;(4)建设方招(投)标文件、工程合同及有关要求;(5)场区周边建(构)筑物、道路、地下管线等分布情况及结构特征;(6)国家、地方现
9、行有关标准、规范及有关的管理规定等。第8页/共95页 2.2 编制施工方案之前,必须对基坑周边环境进行详细调查,主要应包括以下内容:(1)查明影响范围内建(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,并应注意留下相应的证据,必要时尚应请权威部门进行相应的鉴定;(2)查明基坑周边的各类地下设施,包括上、下水、电缆、煤气、污水、雨水、热力管线或管道的分布和性状;(3)查明场地周围和邻近地区地表水汇流、排污情况,地下水管渗漏情况以及对基坑开挖的影响程度;(4)查明基坑四周道路的距离及车辆荷重情况;(5)了解施工期间的本地历年的雨水等气候情况并进行适当分析。第9页/共95页2
10、.3 施工方案的主要内容:(1)工程概况。主要是描述清楚深基坑工程的基本情况以及地下结构部分的设计情况。(2)周边环境情况及工程地质、水文地质情况。(3)深基坑工程设计方案应已通过专家论证审查,此处应概括性地加以介绍,以明确基坑支护设计涵括的主要内容。(4)工程实施目标管理和施工部署,包括工程实施目标、项目组织机构、施工部署。(5)施工准备:包括施工机械、主要材料设备、劳动力组织。(6)主要施工方法及质量保障措施,含支护结构、止水帷幕、降排水、土方开挖与回填、支撑安装与拆除等。(7)施工进度计划及工期保证措施。(8)施工监测及应急抢险措施。(9)其他的技术与管理组织措施,如安全生产、文明施工、
11、环境保护等。(10)其他所应附的详细专项方案。第10页/共95页2.4 需要特别强调的几个专项施工方案 虽说已经编制了深基坑工程施工方案,但对深基坑工程的土方开挖、施工塔吊的布置及运行控制、基坑监测以及深基坑施工过程的应急抢险等还必须编制详尽的专项施工方案,以上这些专项施工方案都是对深基坑施工具有重大影响的,必须十分认真的对待。第11页/共95页(1)深基坑工程土方开挖专项方案 几乎所有出现险情的深基坑工程都与土方开挖不符合要求或不完全符合要求有关系,因此说,我们必须树立基坑土方开挖是保证深基坑工程施工顺利进行的关键程序之一的意识。首先基坑开挖应根据基坑工程设计文件要求(如支护结构型式、降排水
12、等),该工程的结构形式(如工程桩类型、承台布置情况等),基坑深度、工程地质水文条件、气候条件、周边环境、施工方法、施工工期和地面荷载等有关资料,确定切实可行的基坑开挖方案。第12页/共95页 其次基坑开挖方案的主要内容应包括:支护结构的龄期、机械设备的选择、基坑开挖时间的安排,分层开挖深度及开挖顺序、坡道位置和车辆进出场道路,施工进度和劳动力组织安排,质量和安全措施等。土方开挖应充分考虑时空效应,合理确定土方分层开挖层数、每层分段数量,分段开挖的时间限制等,且注意必须与基坑支护的设计工况保持一致,并遵循“开槽支撑,先撑后挖,分层开挖,严禁超挖”的原则。(注意此条是GB50202-2002建筑地
13、基基础工程施工质量验收规范规定的强条)。第13页/共95页 最后基坑开挖过程中,除应严格按照制定的经过审批的方案执行外,尚应注意如下的几个关键点:一是基坑开挖时,应对平面控制桩、水准点、基坑平面布置、水平标高、边坡高度等经常复测检查;二是基坑周围地面应进行防水、排水处理,严防雨水等地面积水浸入基坑周边土体;三是基坑底及坑壁应留150300厚土层,由人工挖掘修整,开挖层应设集水坑,及时用泵排除坑底积水;四是软土基坑必须分层均衡开挖,层高不宜超过1m,在开挖至支撑立柱桩和工程桩附近时,应注意对立柱和工程桩的保护,如采用人工清除立柱或工程桩四周的土体,避免其受到附加的侧向压力,还应注意对上层支撑、支
14、护结构、降水设施等的保护;五是开挖到底后,应及时清底验槽,减少其暴露时间,防止地基土原状结构受到破坏。第14页/共95页(2)施工塔吊的布置 对布置在基坑边坡上的塔吊,除满足塔吊设计的基本要求外,尚应充分分析其对边坡的影响,此点往往是容易被忽视的。(3)深基坑监测专项方案 基坑监测是指在基坑开挖和地下工程施工过程中,对基坑岩土性状、支护结构变位和周围环境条件的变化,进行各种观测及分析工作,并将观测结果及时反馈,以指导设计与施工。基坑开挖前应作出系统的开挖监测方案。其主要内容应包括:监测目的、监测项目、监控预警值、监测方法及精度要求、监测点的布置、监测周期、工序管理和记录制度以及信息反馈系统等。
15、第15页/共95页 基坑监测的对象应包括:自然环境、基坑底部及周围土体、支护结构、地下水位、周围建(构)筑物、周围地铁、水管、排污管、电缆、煤气管等重要地下设施,以及与基坑相邻的周围城市道路上面等,一般情况下,至少应考虑到从基坑边缘以外13倍基坑开挖深度范围内需要保护的物体;另有深井降水时,尚应按抽水的影响半径进行考虑。基坑监测项目可参照表2。第16页/共95页 基坑侧壁安全等级监测项目一级二级三级支护结构水平位移应测应测应测周围建筑物、地下管线变形应测应测宜测地下水位应测宜测宜测桩、墙内力应测宜测可测锚杆拉力应测宜测可测支撑轴力应测宜测可测立柱变形应测宜测可测土体分层竖向位移应测宜测可测支护
16、结构界面上侧向压力应测可测可测 基坑工程监测项目表 表2第17页/共95页 基坑工程施工的前提是确保支护结构安全和周围环境安全,从而实现地下工程的安全施工,因此基坑变形的监控值当设计有指标要求时,以设计要求为依据,当设计无明确要求时,基坑变形的监控值应按表3执行。基坑监测应以仪器观测为主,目测为辅,多种观测方法互为补充,互相验证,保证现场监测结果能够及时、真实、准确地反映基坑工程的运行状况。此处需要特别强调的是,在基坑土方开挖和地下工程施工过程中,目测巡视往往是最容易发现险情预兆的,因此目测巡视必须要作为基坑工程施工过程中确保安全的一个重要管理手段来贯彻执行。第18页/共95页基坑类别围护结构
17、墙顶位移监控值围护结构墙体最大位移监控值地面最大沉降监控值一级基坑308030二级基坑608060三级基坑80100100注:1 符合下列情况之一,为一级基坑:1)重要工程或支护结构为作主体结构一部分;2)开挖深度大于10m;3)与临近建筑物、重要设施的距离在开挖深度以内的基坑;4)基坑范围内有历史文物、近代优秀建筑、重要管线等需要严加保护的基坑。2 三级基坑为开挖深度小于7m,且周围环境无特别要求时的基坑。3 除一级和三级外的基坑属二级基坑。4 当周围已有的设施有特别要求时,尚应符合这些要求。基坑工程变形监控值()表3第19页/共95页 基坑工程施工结束时,负责基坑监测的单位应提交完整的基坑
18、工程监测报告,报告内容包括:(1)工程概况;(2)基坑监测方案,包括监测依据、监测项目和各测点的平面和立面布置图;(3)采用的仪器设备和监测方法,监测精度与监测周期等;(4)监测数据处理方法和监测结果过程曲线;(5)监测结果评价,以及对设计施工的反馈与建议。对那些施工周期较长的,或是特大型深基坑工程,或是遇有特殊情况下时,尚应在深基坑工程施工过程中视具体情况提供阶段性的基坑监测报告。第20页/共95页(4)应急抢险方案 深基坑工程本身的特定性以及其施工过程中大量存在的不确定性,使其成为一项风险性较大的工程,因此每一项深基坑工程施工之前均应分析其风险,确定其危险源,并进行相应的评估,从而有针对性
19、地制定应急预案,这包括有组织上、人财物的保证上以及技术处理措施上和管理上的措施。这也是确保深基坑工程施工安全的重要措施之一。此外,前面已经提到过深基坑工程施工之前,必须对周围环境进行详细的调查,此处还要强调的是,作为施工单位还要注意对之前之后及过程中的环境变化留下科学的、客观的证明,必要时,一定要注意请相关权威部分进行诸如危房鉴定等相关程序,留下合理合法的客观资料。第21页/共95页 基坑工程发生病害事故时 ,应查明其确切原因,对基坑相邻建(构)筑物、道路及地下管线造成的危害程度,以便采取有效措施进行抢救处理;在制定基坑病害事故处理方案时,不仅要对基坑事故能进行有效抢救,还要对周边建(构)筑物
20、、地下管线、道路及相邻基坑等进行有效保护,防止事故病害的进一步扩大;此外还应注意及时迅速地组织抢救,避免丧失抢救时机,酿成更为严重的后果。表4列出了基坑施工中部分常见异常情况的处理措施,可供参考。第22页/共95页序号情 况原 因常用的处理措施预防措施1悬臂式支护结构过大内倾变位支护结构设计不当,取消撑锚或桩顶连梁,地面荷载过大等桩顶卸载,桩后适当挖土卸载或人工降水,坑内桩前堆筑砂石袋或增设撑、锚结构等严格控制地面荷载,不得堆放弃土、建筑材料、大型车辆及机具,不得反向挖土,不得在坑周搭建临时仓库及建筑,地面应进行防雨水渗入的处理等2有内撑或锚杆支护的桩墙,发生较大的内凸变位撑锚结构布置过少,联
21、结处松动,支撑间距过大或撑锚结构失效桩顶或桩墙后卸载,坑内停止作业,适当增加内撑或锚杆,桩前堆筑砂石袋等预防措施同上,要加强地质勘察,严防锚杆失效或拔出3基坑发生整体或局部土体滑塌失稳基坑未做整体稳定验算或对可能失稳的诱因重视不足,措施不力,忽视信息化施工的监测及预报基坑周围降低水位(有条件时),坡顶卸载,加强对未滑塌段的监测和保护,防止事故扩大对欠固结土、淤泥、软粘土或易失稳的砂土,应根据整体稳定验算,采用预先加固措施,防止土体失稳。基坑施工中异常情况的处理措施 表4第23页/共95页序号情 况原 因常用的处理措施预防措施4基坑未设止水幕墙或止水墙漏水、流土,坑内降水开挖,使坑外地面或道路下
22、陷,建筑物倾斜,坑周管道断裂等采用土钉墙、喷锚等土体加固办法不能代替止水墙,发现渗漏时,应及时补救处理停止坑内降水和施工挖土,迅速用堵漏材料(如化学浆液、树脂材料等),处理止水墙的渗漏;严重时应在坑内回灌水,使坑内外水位平衡,有利于堵漏。必要时重新补做止水幕墙方可继续施工水位较高地区基坑开挖时,应进行防水处理(地下连续墙、止水幕墙等),方可开挖,坑外也可设回灌井、观察井,保护相邻建筑物5基坑开挖发现支护桩径过小、断桩、缩径、桩长不到位等严重质量问题,起不到支护作用施工支护结构质量低劣通过现场检验鉴定,重新制定基坑支护加固方案,对原基坑支护结构进行补强,加固或改造处理严格执行施工监理制度。确保施
23、工质量。不委托无资质无条件单位承缆施工任务6桩间发生流砂、流土,使坑周地面开裂塌陷支护桩布置不当,间距过大或侧壁渗漏,桩间有砂性土层,且有上层滞水时,极易发生流土、流砂事故立即停止挖土、降水,桩间可加木板挡土、水泥砂浆抹面或桩间灌注混凝土封闭,进行加固处理等采用混凝土桩支护结构时,应视桩后土质情况决定桩间距,一般间距不宜大于2D(桩径)。灌注桩径不宜小于500,挖孔桩径不宜小于800基坑施工中异常情况的处理措施 续 表4第24页/共95页序号情 况原 因 常用的处理措施预防措施7挡土桩墙入土深度不足,使围护桩墙内倾或踢脚失稳设计安全储备不足,桩入土深度过浅首先停止土方开挖,在桩墙前对砂土料反压
24、,也可在桩顶适当卸载,桩前被动区打入加固短桩或其他有效措施不应盲目追求降低造价,忽视基坑工程的安全,以致造成严重后果。应根据地基土质条件,精心设计,精心施工8基坑开挖引起流砂、涌土或坑底隆起失稳基坑内外水位差较大,桩墙未进入不透水层或嵌固深度不足,坑内降水引起土体失稳立即停止基坑内降水或挖土,也可以进行灌水、堆料反压,有条件时可配合进行坑外降水。待管涌、流砂事故停止后,再采用有效方法处理(如压浆、被动区加固等)基坑开挖前应补偿做地质勘查,查明不透水层分布深度和变化情况,应确保挡水桩墙进入不透水层1m以上。9超固结土层基坑开挖回弹,工程桩上拔,箱基底板上浮甚至开裂,坑周地面上升,周边建筑物开裂甚
25、至倾斜超固结土地基因基坑开挖卸载,引起坑底及坑周土体有较大回弹变形。设计时未能认识这一特性,未做相当处理措施监测基坑回弹变形,开挖卸载不宜太快,要分层分片或分段开挖,待回弹稳定再施工箱筏基础底板。同时要进行基坑内外降水,以降低水浮力充分重视超固结土地基的开挖卸载回弹变形特性及对基坑和周边建筑物造成的危害,以便采取必要的防护和施工措施基坑施工中异常情况的处理措施 续 表4第25页/共95页序号情 况原 因常用的处理措施预防措施10锚杆侵入相邻建设场地,相邻基坑施工要拆除锚杆,危及尚在施工基坑的围护结构安全有相邻基坑施工时,采取桩锚围护方案,造成锚杆侵入相邻场地。未考虑采用锚的后果在锚杆被拆除剪断
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