深基坑工程关键施工技术和工艺应用课件.ppt

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1、深基坑工程施工技术及安全深基坑工程施工技术及安全质量控制讲义质量控制讲义第二部分：深基坑工程关键第二部分：深基坑工程关键施工技术和工艺应用施工技术和工艺应用第二部分基本内容第二部分基本内容1、降水与排水、降水与排水2、截水、隔水与回灌、截水、隔水与回灌3、支护结构、支护结构4、支撑系统优化和稳定性验算、支撑系统优化和稳定性验算1、降水与排水降水与排水在在地地下下水水位位比比较较高高的的地地区区，为为了了使使施施工工作作业业的的空空间间比比较较干干燥燥，必必须须采采取取坑坑内内排排水水或或降降低低地地下下水水位位的的措措施施。如如在在坑坑内内降降低低地地下下水水位位则则造造成成了了坑坑内内外外的

2、的水水位位差差，地地下下水水在在水水头头压压力力的的作作用用下下从从坑坑外外流流向向坑坑内内，假假如如降降水水措措施施选选择择不不当当，不不仅仅不不能能保保持持坑坑内内的的干干燥燥，而而且且还还会会产产生生管管涌涌、流流砂砂等等渗渗透透变变形形，危危及及基基坑坑的的安安全全。因因此此合合理理的的选选择择合合适适的的降降水水、排排水水施施工工方方案尤为重要。案尤为重要。基坑开挖时，基坑开挖时，流入坑内的地下水流入坑内的地下水和地表水如不及时和地表水如不及时排除，会使施工条排除，会使施工条件恶化、造成土壁件恶化、造成土壁塌方，亦会降低地塌方，亦会降低地基的承载力。基的承载力。水淹基坑水淹基坑损失惨

3、重损失惨重工期延误工期延误1.1集水明排集水明排一般采用截、疏、抽的方法。一般采用截、疏、抽的方法。截截：在在现现场场周周围围设设临临时时或或永永久久性性排排水水沟沟、防防洪洪沟沟或或挡挡水水堤堤，以拦截雨水、潜水流入施工区域；以拦截雨水、潜水流入施工区域；疏：在基坑内设置纵横排水沟，疏通、排干场内地表积水；疏：在基坑内设置纵横排水沟，疏通、排干场内地表积水；抽：在低洼地段设置集水、排水设施，然后用抽水机抽走。抽：在低洼地段设置集水、排水设施，然后用抽水机抽走。1.明沟与集水井排水明沟与集水井排水2.分层明沟排水分层明沟排水3.深层明沟排水深层明沟排水明排水法主要有：明排水法主要有：明明明明沟

4、沟沟沟与与与与集集集集水水水水井井井井排排水水法法在在基基坑坑的的一一侧侧或或四四周周设设置置排排水水明明沟沟，在在 四四 角角 或或 每每 隔隔 2030m设设集集水水井井，排排水水沟沟始始终终比比开开挖挖面面低低0.40.5m，集集水水井井比比排排水水沟沟低低0.51m，在在集集水水井井内内设设水水泵泵将将水水抽抽排排出出基基坑坑。适适用用于于土土质质好好、地地下下水水量量不不大的基坑排水。大的基坑排水。当基坑土层由当基坑土层由多种土层组成。中多种土层组成。中部夹有透水性强的部夹有透水性强的砂类土时砂类土时,为为防止防止上层地下水冲刷基上层地下水冲刷基坑下部边坡坑下部边坡,宜在宜在基坑边坡

5、上基坑边坡上分层设分层设置明沟及集水井置明沟及集水井。分层明沟排水法分层明沟排水法分层明沟排水法分层明沟排水法当地下基坑相当地下基坑相连、土层渗水量和排连、土层渗水量和排水面积大，为减少大水面积大，为减少大量设置排水沟的复杂量设置排水沟的复杂性，可在基坑内的深性，可在基坑内的深基础或合适部位设置基础或合适部位设置一条纵、长、深的主一条纵、长、深的主沟，其余部位设置边沟，其余部位设置边沟或支沟与主沟连通，沟或支沟与主沟连通，通过基础部位用碎石通过基础部位用碎石或砂子作盲沟。适用或砂子作盲沟。适用于深度大的大面积地于深度大的大面积地下室、箱基的基坑施下室、箱基的基坑施工排水。工排水。深层明沟排水法

6、深层明沟排水法深层明沟排水法深层明沟排水法沙湾电站厂房深基坑排水施工全景沙湾电站厂房深基坑排水施工全景1.2井点降水井点降水在在含含水水丰丰富富的的土土层层中中开开挖挖大大面面积积基基坑坑时时，明明沟沟排排水水法法难难以以排排干干大大量量的的地地下下涌涌水水，当当遇遇粉粉细细砂砂层层时时，还还会会出出现现严严重重的的翻翻浆浆、冒冒泥泥、涌涌砂砂现现象象，不不仅仅基基坑坑无无法法挖挖深深，还还可可能能造造成成大大量量的的水水土土流流失失、边边坡坡失失稳稳、地地面面塌塌陷陷，严严重者危及邻近建筑物的安全。重者危及邻近建筑物的安全。1、轻型井点法、轻型井点法2、喷射井点法、喷射井点法3、电渗井点法、

7、电渗井点法4、管井井点法、管井井点法井点降水主要有：井点降水主要有：基基坑坑底底低低于于地地下下水水位位时时基基底底会会不不停停的的渗渗水水 遇到此种情况时应采用井点降水施工遇到此种情况时应采用井点降水施工轻轻型型井井点点是是沿沿基基坑坑四四周周将将井井点点管管埋埋入入蓄蓄水水层层内内，利利用用抽抽水水设设备备将将地地下下水水从从井井点点管管内内不不断断抽抽出出，将将地地下下水水位位降降至至基基坑坑底底以以下。适用于渗透系数为下。适用于渗透系数为0.150m/d的土层中。的土层中。降水深度：单级井点降水深度：单级井点36m，多级井点，多级井点612m。轻型井点法降低地下水位全貌图轻型井点法降低

8、地下水位全貌图基坑轻型井点降水基坑轻型井点降水喷射井点是在喷射井点是在井点管内设特制的井点管内设特制的喷射器，用高压水喷射器，用高压水泵或空气压缩机向泵或空气压缩机向喷射器输入高压水喷射器输入高压水或压缩空气，形成或压缩空气，形成水气射流水气射流,将地下水将地下水抽出排走。其降水抽出排走。其降水深度可达深度可达820m。喷射井点喷射井点喷射井点喷射井点竖向布置竖向布置竖向布置竖向布置喷射井点平面布置喷射井点平面布置电渗井点以电渗井点以井点管作负极，井点管作负极，打入的钢筋作正打入的钢筋作正极，通入直流电极，通入直流电后，土颗粒自负后，土颗粒自负极向正极移动，极向正极移动，水则自正极向负水则自正

9、极向负极移动而被集中极移动而被集中排出。本法常与排出。本法常与轻型井点或喷射轻型井点或喷射井点结合使用。井点结合使用。电渗井点构造与布置电渗井点构造与布置 管井井点由滤水井管、吸水管和抽水机组成。管管井井点由滤水井管、吸水管和抽水机组成。管井埋设的深度和距离根据需降水面积、深度及渗透系数井埋设的深度和距离根据需降水面积、深度及渗透系数确定，一般间距确定，一般间距1050m，最大埋深可达，最大埋深可达10m，管井距，管井距基坑边缘距离基坑边缘距离1.5m(冲击钻成孔冲击钻成孔)或或3m(钻孔法成孔钻孔法成孔)，适用于降水深度适用于降水深度35m、渗透系数为、渗透系数为20200m/d的基坑的基坑

10、中施工降水。管井井点设备简单、排水量大、易于维护、中施工降水。管井井点设备简单、排水量大、易于维护、经济实用。经济实用。管井埋设管井埋设管井埋设管井埋设管井填充滤料管井填充滤料管井填充滤料管井填充滤料管管井井抽抽排排水水施施工工1.3降水方案及影响降水方案及影响选择降水方法时，一般中粗砂以上粒径的土用水下开挖选择降水方法时，一般中粗砂以上粒径的土用水下开挖或堵截法；中砂和细砂颗粒的土用井点法和管井法；淤泥或或堵截法；中砂和细砂颗粒的土用井点法和管井法；淤泥或粘土用真空法或电渗法。粘土用真空法或电渗法。在降水过程中，由于会随水流带出部分细微土粒，再加在降水过程中，由于会随水流带出部分细微土粒，再

11、加上降水后土体的含水量降低，使土壤产生固结，因而会引起上降水后土体的含水量降低，使土壤产生固结，因而会引起周围地面的沉降，在建筑物密集地区进行降水施工，如因长周围地面的沉降，在建筑物密集地区进行降水施工，如因长时间降水引起过大的地面沉降，会带来较严重的后果。时间降水引起过大的地面沉降，会带来较严重的后果。2、截水、隔水与回灌、截水、隔水与回灌截截水水、隔隔水水措措施施应应用用于于各各种种支支护护形形式式中中，以以避避免免基基坑坑开开挖挖和和降降水水造造成成周周边边地地下下水水的的流流失失，对对周周围围环环境境造造成成影影响响。当当因因降降水水危危及及基基坑坑及及周周边边环环境境安安全全时时，宜

12、宜采采用用截截水水或或回回灌灌方方法法。截截水水后后，基基坑坑中中的的水水量量或或水水压压较较大大时时，宜采用基坑内降水。宜采用基坑内降水。2.1截水截水当因坑外降水可能会危及基坑及周边环境安全时，宜当因坑外降水可能会危及基坑及周边环境安全时，宜采用截水的方法来控制地下水。深基坑工程的截水常采用采用截水的方法来控制地下水。深基坑工程的截水常采用的是设截水帷幕，它是在基坑开挖前沿基坑四周设置隔水的是设截水帷幕，它是在基坑开挖前沿基坑四周设置隔水围护壁围护壁(亦称隔水帷幕亦称隔水帷幕)。截水帷幕的类型有水泥土搅拌桩。截水帷幕的类型有水泥土搅拌桩挡墙、高压旋喷桩挡墙、地下连续墙挡墙等，它们往往不挡墙

13、、高压旋喷桩挡墙、地下连续墙挡墙等，它们往往不只是为了挡水，常常同时作为基坑的支护结构用来挡土。只是为了挡水，常常同时作为基坑的支护结构用来挡土。落落底底式式竖竖向向截截水水帷帷幕幕侧侧向向截截水水与与水水平平封封底底相相结结合合2.2隔水隔水1、高压喷射注浆隔水、高压喷射注浆隔水2、压力注浆隔水、压力注浆隔水3、三轴水泥土搅拌桩墙隔水、三轴水泥土搅拌桩墙隔水4、钢板桩隔水、钢板桩隔水5、钻孔咬合桩隔水、钻孔咬合桩隔水6、袖阀管注浆法隔水、袖阀管注浆法隔水7、冻结法隔水、冻结法隔水常见隔水型式：常见隔水型式：2.3回灌回灌回回灌灌方方式式有有两两种种：一一种种采采用用回回灌灌沟沟回回灌灌，另另

14、一一种种采采用回灌井回灌。用回灌井回灌。基基本本原原理理是是：在在基基坑坑降降水水的的同同时时，向向回回灌灌井井或或沟沟中中注注入入一一定定水水量量，形形成成一一道道阻阻渗渗水水幕幕，使使基基坑坑降降水水的的影影响响范范围围不不超超过过回回灌灌点点的的范范围围，阻阻止止地地下下水水向向降降水水区区流流失失，保保持持已已有有建建筑筑物物所所在在地地原原有有的的地地下下水水位位，使使土土压压力力仍仍处处于于原原有有平平衡衡状状态态，从从而而有有效效地地防防止止降降水水的的影影响响，使使建建筑筑物的沉降达到最小程度。物的沉降达到最小程度。如果建筑如果建筑物离基坑稍远，物离基坑稍远，且为较均匀的且为较

15、均匀的透水层，中间透水层，中间无隔水层，则无隔水层，则采用最简单的采用最简单的回灌沟方法进回灌沟方法进行。行。井点降水与回灌沟回灌示意图井点降水与回灌沟回灌示意图井点降水与井点回灌示意图井点降水与井点回灌示意图如果建筑物离如果建筑物离基坑近，且为弱透基坑近，且为弱透水层或透水层中间水层或透水层中间夹有弱透水层和隔夹有弱透水层和隔水层时，则须用回水层时，则须用回灌井点进行回灌。灌井点进行回灌。2.4止水措施失效的预防止水措施失效的预防采取有效措施防止以下几种情况引起止水措施失效：采取有效措施防止以下几种情况引起止水措施失效：(1)止止水水深深度度不不够够，地地下下水水渗渗流流越越过过帷帷幕幕底底

16、部部产产生生管管涌涌、流砂现象；流砂现象；(2)止止水水帷帷幕幕桩桩身身平平面面位位置置、垂垂直直度度偏偏差差过过大大，帷帷幕幕渗渗漏漏严重；严重；(3)止止水水帷帷幕幕桩桩的的水水泥泥掺掺入入量量不不够够或或施施工工工工艺艺不不合合理理问问题题造成桩体质量差，渗透系数过大，难以起到止水效果；造成桩体质量差，渗透系数过大，难以起到止水效果；(4)帷幕施工完不经充分养护，帷幕桩体强度很低时就急于帷幕施工完不经充分养护，帷幕桩体强度很低时就急于开挖土方，造成帷幕的破坏；开挖土方，造成帷幕的破坏；(5)由于支护结构变形造成止水帷幕的剪切破坏；由于支护结构变形造成止水帷幕的剪切破坏；(6)人人为为破破

17、坏坏止止水水帷帷幕幕，如如随随意意开开挖挖出出土土通通道道破破坏坏原原本本封封闭闭的止水帷幕。的止水帷幕。2.5截水、隔水措施失效的处理截水、隔水措施失效的处理(1)设设置置导导流流水水管管，采采用用遇遇水水膨膨胀胀材材料料或或采采用用压压密密注注浆浆、聚氨脂注浆等方法堵漏；聚氨脂注浆等方法堵漏；(2)快硬早强混凝土浇筑挡墙；快硬早强混凝土浇筑挡墙；(3)在在基基坑坑内内壁壁采采用用高高压压旋旋喷喷或或水水泥泥土土搅搅拌拌桩桩增增设设止止水水帷幕；帷幕；(4)结合以上措施配合坑内井点降水。结合以上措施配合坑内井点降水。2.6施工中常见危害施工中常见危害1、坑底隆起、坑底隆起2、坑底突涌、坑底突

18、涌3、坑壁渗漏、坑壁渗漏4、斜坡滑移、斜坡滑移5、坍塌、坍塌6、土体沉降、土体沉降施工中常见危害：施工中常见危害：坑底隆起坑底隆起:坑底的隆起是一种向上的位移，产生的原因一是深层土坑底的隆起是一种向上的位移，产生的原因一是深层土的卸荷回弹，二是由开挖形成的压力差导致的土体塑流。由的卸荷回弹，二是由开挖形成的压力差导致的土体塑流。由于土体是连续体，坑底的隆起和围护结构的水平位移必然导于土体是连续体，坑底的隆起和围护结构的水平位移必然导致坑外土体产生沉降和水平位移，带动相邻建筑物或市政设致坑外土体产生沉降和水平位移，带动相邻建筑物或市政设施发生倾斜或挠曲，这些附加的变形使结构构件或管道可能施发生倾

19、斜或挠曲，这些附加的变形使结构构件或管道可能产生开裂，影响使用，危及安全。产生开裂，影响使用，危及安全。某某基基坑坑坑坑底底隆隆起起坑底突涌坑底突涌:某基坑突涌事故某基坑突涌事故某基坑坑底内发生承压水突涌某基坑坑底内发生承压水突涌坑壁渗漏坑壁渗漏:坑坑底底渗渗漏漏坑坑侧侧渗渗漏漏杭杭州州地地铁铁凤凤起起路路站站基基坑坑内内土土体体滑滑坡坡及及支支撑撑体体系系破破坏坏斜坡滑移斜坡滑移:土体滑坡土体滑坡杭杭州州地地铁铁湘湘湖湖站站基基坑坑坍坍塌塌事事故故坍塌坍塌:西西安安地地铁铁洒洒金金桥桥站站基基坑坑塌塌方方事事故故深基坑施工导致路面沉降深基坑施工导致路面沉降为为防防止止或或减减少少降降水水对对

20、周周围围环环境境的的影影响响，避避免免产产生生过过大大的地面沉降，可采取下列一些技术措施。的地面沉降，可采取下列一些技术措施。(1)采采用用回回灌灌技技术术：降降水水对对周周围围环环境境的的影影响响，是是由由于于土土壤壤内内地地下下水水流流失失造造成成的的。回回灌灌技技术术即即在在降降水水井井点点和和要要保保护护的的建建(构构)筑筑物物之之间间打打设设一一排排井井点点，在在降降水水井井点点抽抽水水的的同同时时，通通过过回回灌灌井井点点向向土土层层内内灌灌入入一一定定数数量量的的水水(即即降降水水井井点点抽抽出出的的水水)，形形成成一一道道隔隔水水帷帷幕幕，从从而而阻阻止止或或减减少少回回灌灌井

21、井点点外外侧侧被被保保护护的的建建(构构)筑筑物物下下的的地地下下水水流流失失，使使地地下下水水位位基基本本保保持持不不变变，这这样样就就不不会会因因降降水水使使地地基基自自重重应应力力增增加加而而引引起起地地面沉降。面沉降。(2)采采用用砂砂沟沟、砂砂井井回回灌灌：在在降降水水井井点点与与被被保保护护建建(构构)筑筑物物之之间间设设置置砂砂井井作作为为回回灌灌井井，沿沿砂砂井井布布置置一一道道砂砂沟沟，将将降降水水井井点点抽抽出出的的水水，适适时时、适适量量排排入入砂砂沟沟、再再经经砂砂井井回回灌灌到地下，实践证明也能收到良好效果。到地下，实践证明也能收到良好效果。(3)使使降降水水速速度度

22、减减缓缓：在在砂砂质质粉粉土土中中降降水水影影响响范范围围可可达达80m以以上上，降降水水曲曲线线较较平平缓缓，为为此此可可将将井井点点管管加加长长，减减缓缓降降水水速速度度，防防止止产产生生过过大大的的沉沉降降。也也可可在在井井点点系系统统降降水水过过程程中中，调调小小离离心心泵泵阀阀，减减缓缓抽抽水水速速度度。还还可可在在邻邻近近被被保保护护建建(构构)筑筑物物一一侧侧，将将井井点点管管间间距距加加大大，需需要要时时甚甚至至暂暂停停抽抽水水。为为防防止止抽抽水水过过程程中中将将细细微微土土粒粒带带出出，可可根根据据土土的的粒粒径径选选择择滤滤网网。另另外外，确确保保井井点点管管周周围围砂砂

23、滤滤层层的的厚厚度度和和施施工工质质量量，也能有效防止降水引起的地面沉降。也能有效防止降水引起的地面沉降。3、支护结构、支护结构深基坑设置支护结构（一般包括围护结构和支锚体系深基坑设置支护结构（一般包括围护结构和支锚体系两部分）的目的是阻止基坑外侧土体的坍塌，为基础施工两部分）的目的是阻止基坑外侧土体的坍塌，为基础施工提供安全的工作空间。提供安全的工作空间。支护结构的功能是挡土，对基础施工空间来说具有防支护结构的功能是挡土，对基础施工空间来说具有防护的作用，统称为支护结构。护的作用，统称为支护结构。3.1基本要求基本要求(1)基基坑坑工工程程施施工工前前应应根根据据设设计计文文件件，结结合合现

24、现场场条条件件和和周周边边环环境境保保护要求、气候等情况，编制支护结构施工方案。护要求、气候等情况，编制支护结构施工方案。(2)基基坑坑支支护护结结构构施施工工应应与与降降水水、开开挖挖相相互互协协调调，各各工工况况和和工工序序应符合设计要求。应符合设计要求。(3)基基坑坑支支护护结结构构施施工工与与拆拆除除不不应应影影响响邻邻近近市市政政管管线线、地地下下设设施施与与周周围围建建（构构）筑筑物物等等的的正正常常使使用用，必必要要时时应应采采取取减减少少环环境境影影响响的措施。的措施。(4)支支护护结结构构施施工工应应对对支支护护结结构构自自身身、已已施施工工的的主主体体结结构构和和邻邻近近道

25、路、市政管线、地下设施、周围建（构）筑物等进行监测。道路、市政管线、地下设施、周围建（构）筑物等进行监测。(5)施施工工现现场场道道路路布布置置、材材料料堆堆放放、车车辆辆行行走走路路线线等等应应符符合合荷荷载载设设计计控控制制要要求求；当当采采用用设设置置施施工工栈栈桥桥措措施施时时，应应进进行行施施工工栈栈桥桥的的专项设计。专项设计。(6)基基坑坑工工程程施施工工中中，如如遇遇邻邻近近工工程程进进行行桩桩基基施施工工、基基坑坑开开挖挖、边边坡坡工工程程、盾盾构构顶顶进进、爆爆破破等等施施工工作作业业，应应根根据据实实际际情情况况协协商商确确定相互间合理的施工顺序和方法。定相互间合理的施工顺

26、序和方法。(7)支支护护结结构构施施工工前前应应进进行行试试验验性性施施工工，以以评评估估施施工工工工艺艺和和各各项项参参数数对对基基坑坑及及周周边边环环境境的的影影响响程程度度；必必要要时时应应调调整整参参数数、工工法法或或反馈修改设计选择合适的方案，以减少对周边环境的影响。反馈修改设计选择合适的方案，以减少对周边环境的影响。(8)基基坑坑开开挖挖支支护护施施工工导导致致邻邻近近建建筑筑物物不不均均匀匀沉沉降降过过大大时时，应应采采取取调调整整支支护护体体系系或或施施工工工工艺艺、施施工工速速度度，或或设设置置隔隔离离桩桩、加加固固既既有建筑地基基础、反压与降水纠偏等措施。有建筑地基基础、反

27、压与降水纠偏等措施。苏州市土地交易中心基坑支护工程苏州市土地交易中心基坑支护工程广州佳穗中心基坑支护工程广州佳穗中心基坑支护工程上上海海海海伦伦宾宾馆馆深深基基坑坑支支护护1、土钉墙支护、土钉墙支护2、水泥土重力式围护墙、水泥土重力式围护墙3、型钢水泥土搅拌墙、型钢水泥土搅拌墙4、地下连续墙、地下连续墙5、灌注桩排桩围护墙、灌注桩排桩围护墙6、板桩围护墙、板桩围护墙7、沉井与沉箱、沉井与沉箱8、与主体结构相结合支护结构及逆作法、与主体结构相结合支护结构及逆作法常见支护结构型式：常见支护结构型式：主要以土钉支护、地下连续墙及逆作法讲解主要以土钉支护、地下连续墙及逆作法讲解某土钉墙施工现场某土钉墙

28、施工现场3.2土钉墙支护土钉墙支护 天天然然土土体体通通过过钻钻孔孔、插插筋筋、注注浆浆来来设设置置土土钉钉(亦亦称称砂砂浆浆锚锚杆杆)并并与与喷喷射射砼砼面面板板相相结结合合，形形成成类类似似重重力力挡挡墙墙的的土土钉钉墙墙，以以抵抵抗抗墙墙后后的的土土压压力力，保保持持开开挖挖面面的的稳稳定定。也也称称为为喷锚网加固边坡或喷锚网挡墙。喷锚网加固边坡或喷锚网挡墙。开挖工作面：开挖工作面：土钉支护应自上而下分段分层进行，分层深度视土层情土钉支护应自上而下分段分层进行，分层深度视土层情况而定，工作面宽度不宜况而定，工作面宽度不宜6m，纵向长度不宜，纵向长度不宜l0m。土钉支护施工工艺包括土钉支护

29、施工工艺包括:喷射第一层砼：喷射第一层砼：为防止土体松弛和崩解，为防止土体松弛和崩解，须尽快做第一层喷射砼，厚须尽快做第一层喷射砼，厚度不宜度不宜4050mm。喷射。喷射砼水泥用量砼水泥用量400kg/m3。喷射第一层砼喷射第一层砼冲击式钢管成孔冲击式钢管成孔土层锚杆钻机成孔土层锚杆钻机成孔土钉成孔：土钉成孔：土钉成孔直径土钉成孔直径70120mm、向下倾角向下倾角15200，成孔方法，成孔方法和工艺由承包商根据土层条件、和工艺由承包商根据土层条件、设备和经验而定。设备和经验而定。人工洛阳铲成孔人工洛阳铲成孔安设土钉、注浆：安设土钉、注浆：土钉有单杆和多杆土钉有单杆和多杆之分，单杆多为之分，单

30、杆多为2232mm的粗螺纹钢筋，的粗螺纹钢筋，多杆一般为多杆一般为24根根16mm钢筋。采用灰钢筋。采用灰浆泵注浆，土钉注浆可浆泵注浆，土钉注浆可不加压。不加压。安安设设土土钉钉、注注浆浆挂钢筋网、喷射砼面层：挂钢筋网、喷射砼面层：钢筋网通常直径钢筋网通常直径610、间距、间距200300mm，与土钉连接牢固。钢筋与第，与土钉连接牢固。钢筋与第一层喷射砼的间隙一层喷射砼的间隙20mm。设置双层钢。设置双层钢筋网时，第二层钢筋网应在第一层钢筋筋网时，第二层钢筋网应在第一层钢筋网被覆盖后铺设。砼面板厚度网被覆盖后铺设。砼面板厚度50100mm。挂钢筋网挂钢筋网挂钢筋网挂钢筋网 进入下一层土钉支护进

31、入下一层土钉支护喷喷射射第第一一层层砼砼面面板板3.3地下连续墙支护地下连续墙支护先建造钢筋砼地先建造钢筋砼地下连续墙下连续墙,达到强度后达到强度后在墙间用机械挖土。在墙间用机械挖土。该支护法刚度大、强该支护法刚度大、强度高，可挡土、承重、度高，可挡土、承重、截水、抗渗，可在狭截水、抗渗，可在狭窄场地施工，适于大窄场地施工，适于大面积、有地下水的深面积、有地下水的深基坑施工。基坑施工。连连续续墙墙抓抓斗斗成成槽槽机机槽槽段段的的连连接接铣削钻成槽机铣削钻成槽机导墙施工导墙施工导墙施工导墙施工成槽机抓土成槽机抓土成槽机抓土成槽机抓土地下连续墙施工工艺地下连续墙施工工艺两边是两边是锁口管锁口管钢钢

32、筋筋笼笼起起吊吊钢筋笼入槽钢筋笼入槽钢筋笼入槽钢筋笼入槽连续墙砼浇筑连续墙砼浇筑亦可用亦可用吊车起拔吊车起拔锁锁口口管管起起拔拔进进入入第第二二槽槽段段施施工工3.4逆作法支护逆作法支护逆逆作作法法：在在地地下下连连接接墙墙施施工工完完毕毕后后，便便施施工工地地下下室室最最上上一一层层顶顶盖盖的的梁梁板板结结构构，作作为为地地下下连连续续墙墙的的水水平平内内支支撑撑，然然后后逐逐层层由由上上而而下下开开挖挖土土方方和和施施工工各各层层梁梁板板结结构构，直直至至完完成成地地下下结结构构的的底板。底板。1、全逆作法、全逆作法2、半逆作法、半逆作法3、部分逆作法、部分逆作法常用逆作法：常用逆作法：地

33、下结构的逆作法施工地下结构的逆作法施工全逆作法施工一般流程全逆作法施工一般流程支撑柱和立柱成孔支撑柱和立柱成孔立柱（钢管桩）立柱（钢管桩）首层楼板浇筑首层楼板浇筑地下一层暗挖地下一层暗挖地地板板和和地地下下连连续续墙墙钢钢筋筋联联结结及及止止水水处处理理逆逆作作法法在在我我国国软软土土地地区区的的应应用用，主主要要集集中中在在上上海海等等地地区区。但但在在其其推推广广和和使使用用的的过过程程中中遇遇到到了了很很多多新新问问题题，如如立立柱柱桩桩不不均均匀匀沉沉降降、地地下下连连续续墙墙的的竖竖向向承承载载能能力力、地地下下室室楼楼板板开开裂裂、地地下下室室梁梁板板柱柱节节点点设设计计等等。不不

34、仅仅要要考考虑虑施施工工过过程程中中围围护护结结构构的的内内力力、变变形形和和稳稳定定性性，以以及及周周围围地地层层变变形形对对邻邻近近建建筑筑物物和和地地下下管管线线的的影影响响及及保保护护计计算算等等传传统统基基坑坑工工程程中中的的问问题题，还还要要考考虑虑施施工工过过程程中中主主体体结结构构、工工程程桩桩、地地下下连连续续墙墙、水水土土耦耦合合等等共共同同作作用用，迄迄今今为为止止尚尚难难以以得出较为精确的定量结果。得出较为精确的定量结果。4、支撑系统优化和稳定性验算、支撑系统优化和稳定性验算4.1、概、概要要 基基坑坑支支护护设设计计与与施施工工是是一一项项系系统统工工程程，涉涉及及结

35、结构构力力学学、土土力力学学、地地基基基基础础、地地基基处处理理、原原位位测测试试等等多多种种学学科科知知识识，包含了结构的刚度、变形与稳定性问题。包含了结构的刚度、变形与稳定性问题。从从力力学学的的角角度度上上看看，场场地地可可以以看看作作本本构构关关系系复复杂杂的的多多相相半半无无限限体体。基基坑坑开开挖挖打打破破了了原原来来的的平平衡衡，从从而而使使基基坑坑周周围围一一定定的的范范围围内内土土体体应应力力场场与与渗渗透透场场失失衡衡。通通过过支支护护作作用用，使使土土体应力场与渗透场在开挖时处于平衡或动态平衡状态。体应力场与渗透场在开挖时处于平衡或动态平衡状态。支支护护的的优优化化设设计

36、计将将适适用用性性、稳稳定定性性、经经济济指指标标等等综综合合考考虑虑，比比选选最最优优方方案案。是是以以后后基基坑坑支支护护设设计计发发展展的的必必由由之之路路，是设计的发展方向。是设计的发展方向。在深基坑工程中，判断设计方案的合理性上有两条标准：在深基坑工程中，判断设计方案的合理性上有两条标准：能保证基坑及周围环境的安全；能保证基坑及周围环境的安全；工程造价最小化。工程造价最小化。对一个基坑工程，不同的设计人员可以提出不同的设计方对一个基坑工程，不同的设计人员可以提出不同的设计方案，但这些方案中，有的工程安全性得不到保证；有的工程安案，但这些方案中，有的工程安全性得不到保证；有的工程安全性

37、可以得到保证，但造价太高，不是最优方案。这时应进行全性可以得到保证，但造价太高，不是最优方案。这时应进行方案比较、方案论证，从中择取最佳方案或重新设计。进行方方案比较、方案论证，从中择取最佳方案或重新设计。进行方案论证、方案优选是设计中很重要的环节，应引起设计人员的案论证、方案优选是设计中很重要的环节，应引起设计人员的高度重视。高度重视。4.2、优化设计基本原理、优化设计基本原理 优化设计就是对初选支护方案的具体设计参数，如平立面优化设计就是对初选支护方案的具体设计参数，如平立面布局、结构尺寸等进行优化。目前主要是用多支撑、多锚杆或布局、结构尺寸等进行优化。目前主要是用多支撑、多锚杆或支撑与锚

38、杆共用的支护体系。支撑与锚杆共用的支护体系。“优优”的标准，在优化设计中称为目标函数。结构设计中，的标准，在优化设计中称为目标函数。结构设计中，以变量形式参与结构优化设计的称为设计变量。以变量形式参与结构优化设计的称为设计变量。选择设计变量，确定目标函数，根据约束条件列出约束方选择设计变量，确定目标函数，根据约束条件列出约束方程，称为制定优化设计的数学模型。有了优化设计的数学模型程，称为制定优化设计的数学模型。有了优化设计的数学模型后，还要选择合适的优化方法，进行结构优化设计，从而得到后，还要选择合适的优化方法，进行结构优化设计，从而得到优化后的结构设计。优化后的结构设计。在制定优化设计的数学

39、模型过程中，必须明确以下几个概念：在制定优化设计的数学模型过程中，必须明确以下几个概念：v(1)给定参数：指预先给定的描述结构特性的参数，在优化设给定参数：指预先给定的描述结构特性的参数，在优化设计过程中，其值是通常固定的，一般作为常量考虑。比如弹计过程中，其值是通常固定的，一般作为常量考虑。比如弹性模量性模量E及材料容重及材料容重P等都属给定参数。等都属给定参数。v(2)设计变量：就是需要优化的参数过于简化条件、优化参设计变量：就是需要优化的参数过于简化条件、优化参数太少，可能导致数学模型解答的真实性、可靠性较差。因数太少，可能导致数学模型解答的真实性、可靠性较差。因此合理选择优化参数是非常

40、重要的。设计变量的数值通常是此合理选择优化参数是非常重要的。设计变量的数值通常是可变的，如柱子直径和厚度常常属设计变量。设计变量通常可变的，如柱子直径和厚度常常属设计变量。设计变量通常用函数列用函数列x1，x2，xn表示，并构成一个向量表示，并构成一个向量X=x1，x2，xnv(3)目标函数：指优化设计所追求的目标，它是设计变量的函目标函数：指优化设计所追求的目标，它是设计变量的函数，如结构的重量最轻、造价最省通常可为目标函数。数，如结构的重量最轻、造价最省通常可为目标函数。v(4)约束条件：约束条件指结构设计中为满足使用上的各方面约束条件：约束条件指结构设计中为满足使用上的各方面的要求，对设

41、计方案施加的种种限制，如保证结构正常工作的的要求，对设计方案施加的种种限制，如保证结构正常工作的强度、刚度和稳定要求，规范的有关规定及构造上的要求等。强度、刚度和稳定要求，规范的有关规定及构造上的要求等。v(5)数学模型：在满足约束条件数学模型：在满足约束条件(施工工艺、变形要求施工工艺、变形要求)下，寻求下，寻求一组设计变量值一组设计变量值(如支护桩长、间距等如支护桩长、间距等)，使得目标函数达到最，使得目标函数达到最优值优值(造价最省造价最省)。优化设计方法介绍：优化设计方法介绍：v深基坑工程设计中，涉及的参数和因素很多，许多优化方法深基坑工程设计中，涉及的参数和因素很多，许多优化方法处理

42、目标函数时存在很大的困难，如目标函数的不连续性，处理目标函数时存在很大的困难，如目标函数的不连续性，不可导性以及多极值问题等。不可导性以及多极值问题等。v目前支护结构优化的设计方法众多，许多方法不够成熟，现目前支护结构优化的设计方法众多，许多方法不够成熟，现简单介绍两种相对容易掌握的方法：遗传算法优化法和模糊简单介绍两种相对容易掌握的方法：遗传算法优化法和模糊分析优化法。分析优化法。4.3、遗传算法优化法、遗传算法优化法v遗传算法遗传算法GA(GeneticAlgorithms)最初由最初由Michigan大学大学J.Holland教授提出来的教授提出来的，它是一种模仿自然界进化过程中选择，它

43、是一种模仿自然界进化过程中选择和遗传的机理而构造的一种优化搜索算法。和遗传的机理而构造的一种优化搜索算法。v在遗传算法中，每个个体对应一个适应度，根据适应度的大小在遗传算法中，每个个体对应一个适应度，根据适应度的大小确定个体被遗传到下一代的概率，随机遗传到下一代的个体，确定个体被遗传到下一代的概率，随机遗传到下一代的个体，通常这种选择被称为赌盘选择通常这种选择被称为赌盘选择(Roulettewheel)，最后进行选择、，最后进行选择、交叉和变异操作，形成新一代的个体，而后又重复上述过程。交叉和变异操作，形成新一代的个体，而后又重复上述过程。遗传算法就是通过这样反复的迭代过程，在搜索空间中产生目

44、遗传算法就是通过这样反复的迭代过程，在搜索空间中产生目标函数标函数(或适应函数或适应函数)的最优解或准最优解。的最优解或准最优解。v遗传算法的基本操作：遗传算法的基本操作：v(1)选择：根据各个个体的适应度，按照一定的规则或方法，从选择：根据各个个体的适应度，按照一定的规则或方法，从第第t代群体代群体P(t)中选择出一些优良的个体，遗传到下一代群体中选择出一些优良的个体，遗传到下一代群体P(t+1)中。中。v(2)交叉：将群体交叉：将群体P(t)内各个个体随机搭配成对，对每一对个体，内各个个体随机搭配成对，对每一对个体，以某个概率以某个概率(称为交叉概率称为交叉概率P)交换它们之间的部分染色体

45、基因交换它们之间的部分染色体基因值。值。v(3)变异：对于群体变异：对于群体P(t)中的每一个体，以某种概率中的每一个体，以某种概率(称为变异概称为变异概率率P)改变某改变某一个或某些染色体上的基因值。一个或某些染色体上的基因值。v遗传算法的基本步骤：遗传算法的基本步骤：v(1)定义一个目标函数，根据约束条件建立问题的适应函数，它定义一个目标函数，根据约束条件建立问题的适应函数，它表示可行解的适应度；表示可行解的适应度；v(2)在一定约束条件下，生成解的初始成员种群；在一定约束条件下，生成解的初始成员种群；v(3)群体中的每一条染色体被解码成适于评价的形式，并赋予它群体中的每一条染色体被解码成

46、适于评价的形式，并赋予它一个适应值一个适应值fitness；v(4)以优胜劣汰的机制，将适应值差的染色体淘汰掉，对幸存的以优胜劣汰的机制，将适应值差的染色体淘汰掉，对幸存的染色体根据其适应值的好坏，按概率随机选择，进行复制，形染色体根据其适应值的好坏，按概率随机选择，进行复制，形成新的群体；成新的群体；v(5)按照一定的概率随机选择染色体进行交叉和变异的操作；按照一定的概率随机选择染色体进行交叉和变异的操作；v深基坑优化模型的建立：深基坑优化模型的建立：v(1)设计变量的选取设计变量的选取v选取对目标函数值影响大的，而且是一般设计者不易掌握的设选取对目标函数值影响大的，而且是一般设计者不易掌握

47、的设计参数，作为优化设计过程中的设计变量，而将另一些设计者计参数，作为优化设计过程中的设计变量，而将另一些设计者凭经验就可以解决或根据规范、地质条件和其它要求就能确定凭经验就可以解决或根据规范、地质条件和其它要求就能确定的参数作为预定参量，预先固定下来，其基本思想是突出事物的参数作为预定参量，预先固定下来，其基本思想是突出事物的主要矛盾，简化优化过程。的主要矛盾，简化优化过程。v选取支撑道数选取支撑道数NP，支撑位置，支撑位置m，桩径，桩径(D)，嵌固深度，嵌固深度(hd)作为设作为设计变量，而将混凝土面层厚度、强度等级，钢筋等级、直径，计变量，而将混凝土面层厚度、强度等级，钢筋等级、直径，配

48、筋方式，土层计算参数等变量均作为预定参量，预先固定。配筋方式，土层计算参数等变量均作为预定参量，预先固定。v(2)建立目标函数建立目标函数v取单位长度的基坑墙的桩体材料造价作为目标函数，以取单位长度的基坑墙的桩体材料造价作为目标函数，以1m3的的水泥砂浆价格为水泥砂浆价格为1，则：，则：v式中式中h为基坑开挖的深度，为基坑开挖的深度，hd为桩的嵌固深度，为桩的嵌固深度，D为桩径，为桩径，s为为桩中心距，其数值相对比较固定，在优化设计中可视为常量。桩中心距，其数值相对比较固定，在优化设计中可视为常量。v(3)约束条件的处理及适应度函数的确定：约束条件的处理及适应度函数的确定：v约束条件可表示为：

49、约束条件可表示为：可写成可写成v式中式中U0max为桩顶允许最大位移，为桩顶允许最大位移，U1max桩身允许最大位移，桩身允许最大位移，Mmax为桩身允许的最大弯矩。为桩身允许的最大弯矩。v如果如果gi(x)0，Ci=gi(x)，如果，如果gi(x)0，Ci=0，而，而C=Ci。约束。约束问题可转化为无约束问题来求解，即问题可转化为无约束问题来求解，即v式中式中(x)为超标后的目标函数，参数大小根据违约影响选定。为超标后的目标函数，参数大小根据违约影响选定。v(4)求解：求解：v构造适应度函数：构造适应度函数：vfitness(x)是适应度函数，显然是适应度函数，显然fitness(x)的值越

50、，该母体越优。的值越，该母体越优。4.4、模糊分析优化法、模糊分析优化法v在复杂系统中，考虑的因素多，且各因素之间往往还有层次之在复杂系统中，考虑的因素多，且各因素之间往往还有层次之分，在这种情况下，必须进行二次评判，这无疑增加工作量。分，在这种情况下，必须进行二次评判，这无疑增加工作量。层次分析法是把对于解决多层次、多目标系统优化问题比较有层次分析法是把对于解决多层次、多目标系统优化问题比较有效，且具有较高的逻辑性、灵活性及简洁性。效，且具有较高的逻辑性、灵活性及简洁性。v(1)建立目标特征值矩阵建立目标特征值矩阵v深基坑支护方案的优劣可以用多个目标来衡量。例如多个优化深基坑支护方案的优劣可