基坑工程讲座培训课件.ppt

基 坑 工 程 讲 座,王渭明教授、博士、博士生导师 山 东 科 技 大 学 岩 土 工 程 研 究 所,基坑工程是地下建筑施工中内容丰富而易于变化的领域。工程界已越来越认识到基坑工程是一个风险性工程，也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、结构力学、原位测试技术、施工技术、土与结构共同作用以及环境岩土工程等多门学科，是理论上尚待发展的综合技术学科。,主要内容,深基坑工程特点和发展概况 深基坑工程主要支护形式及应用范围 深基坑工程设计注意事项 深基坑工程的事故分析 深基坑工程安全施工的保证措施 工程实例介绍,一、深基坑工程特点和发展概况,1.1 基坑工程的特点,基坑围护体系是临时结构， 安全 储备小，具有较大的风险性 基坑工程具有很强的区域性 土压力特点（与支护形式和位移有关）,基坑工程是系统工程 基坑工程具有较强的时空效应 基坑工程的环境效应突出,1.2 基坑工程发展概况,20世纪80年代前，基坑一般不超过4m，采用放坡开挖。 80年代，随高层建筑开发，一般开挖深度8m。 90年代以后，随大型市政地下设施、地下商场、地铁车站兴建，基坑深度大于10m。,介绍几个国内重点城市的深基坑概况,北京,国家大剧院工程基坑深度达34 m。,上海,地铁4号线事故修复基坑达40m深,杭州,近几年随杭州地铁等重大工程的兴建，很多基坑深度达20m。,注：此表为1999年李大勇参加的杭州建委基金项目发表在建筑技术2000年第2期,山东,主要集中在济南、青岛、烟台和威海等。,支护形式：以土钉墙和桩锚式为主。,二、深基坑工程主要支护形式及应用范围,常用的基坑围护结构型式： 放坡开挖及简易围护结构 悬臂式围护结构 重力式围护结构 内撑式围护结构 拉锚式围护结构 土钉墙围护结构 其它型式围护结构,注：此表为1999年李大勇参加的杭州建委基金项目，发表在建筑技术杂志2000年第2期。,悬臂式围护结构,悬臂式围护结构将钢筋混凝土排桩墙、钢板桩、地下连续墙等围护结构埋入基坑底面以下足够深度，基坑内不设内支撑或锚杆，靠围护结构足够的埋深及抗弯能力来维持整体稳定及结构自身安全。适于在土质较好，开挖深度不大的基坑工程中应用。,重力式围护结构,重力式围护结构采用深层搅拌法、旋喷法等形成水泥土桩墙，水泥土桩与其包围的天然土形成重力式挡墙，以支挡周围土体，维护基坑边坡稳定。因水泥土桩抗拉强度低，受荷载后变形较大，所以适于在较浅的基坑工程中应用。,内撑式围护结构,内撑式围护结构 由围护结构体系及内撑体系组成，围护结构体系一般为钢筋混凝土排桩或地下连续墙，内撑体系采用现浇钢筋混凝土杆件、钢管或型钢等。因内撑体系刚度好，变形小，可用于各类土层的基坑工程中。,拉锚式围护结构,拉锚式围护结构 由围护结构体系及锚固体系组成，围护结构体系为钢筋混凝土排桩或地下连续墙，锚固体系可分为锚杆式和地面拉锚式两种，锚杆式按基坑开挖深度不同，可设单层或多层锚杆，地面拉锚式则需要足够场地设置锚桩或其它锚固体。由于锚杆式围护结构需地基土具备足够的摩阻力，除软粘土地基外，在一般砂土、粘性土地基中均可采用。,土钉墙围护结构,土钉墙围护结构 它由被加固土、设置于原位土体中的土钉（螺纹钢筋、型钢等）及附着于坡面厚度约80100mm的配筋喷射混凝土面板组成，形成类似重力式墙的挡土墙。,其它形式围护结构,SMW（劲性水泥土搅拌桩挡墙）围护结构 冻结法基坑,土钉墙喷射混凝土,人工挖孔桩支护结构,钢管支撑,挖掘机,钢管支撑,挖掘机,钢筋混凝土和钢管支撑,钢筋混凝土和钢管支撑,钢筋混凝土支撑,上海地铁主题公园车站基坑,钢筋混凝土支撑,三、深基坑工程设计注意事项,基坑工程设计前准备工作应细致,周边环境资料应详尽 如临近建筑物的基础形式、埋深；地下管线的埋设年代、走向、材质和接口形式；人防设施；周边道路等。,工程地质勘察和水文地质勘察应详尽,工程地质勘察,多采用原位试验和室内试验相结合的方法,岩土强度指标确定要准确,评价暗浜、溶洞、古井、地下障碍物 对基坑工程的影响,水文地质勘察,地下水类型、埋藏条件、施工过程中地下水条件变化对基坑工程和相邻建筑物的影响,预估流土、流砂、管涌等可能性,基坑工程设计过程中的注意事项,注意区域性和当地施工条件 注意工程类比法 注意多方案比较，应当注重风险性评估 不要过分依赖设计软件 注意从结构强度控制到变形控制的转变,四、深基坑工程的事故分析,近20年的深基坑工程实践表明： 深基坑的工程事故占2030！,深基坑的破坏形式,支护体系破坏 渗流破坏 降水引起的周围环境的影响 土方开挖不当（包括爆破因素）引起的破坏，坑内土体失稳 施工监测引起的问题 基坑岩体破坏,主要原因分析,设计失误问题 施工失误问题 信息化反馈及贯彻问题 预警机制问题 抢险措施不及时或不当,部分事故实例,青岛黄岛某基坑边坡局部坍塌 2006-7,北京地铁十号线基坑坍塌（2005.12） 原因：水管老化渗水,降雨引起滑坡,南京地铁二号线茶亭站基坑内土体滑坡破坏 2007-5-28,五、深基坑工程安全施工的保证措施,设计方面 施工方面 监测方面 监理方面,四个方面，一个体系,完善专家论证体系,六、工程实例介绍,南京珠江路地铁车站SMW支护结构基坑,工程概况,南京地铁1 号线珠江路站位于南京市中心地区,在珠江路以北、吉兆营路以南的中山路东侧, 周围有中山大厦、同仁大厦等重要建筑物及城市重要管线。车站结构总长198.7 m、主体净宽19.6 m,结构型式为地下双层三跨箱型框架结构, 基坑深度为17.5 m( 端头井) 和19.45 m( 局部) , 基坑围护采用SMW桩加内支撑的支护方法。创造了SMW工法在我国基坑工程应用中开挖深度最深的记录！ 2002年10月施工完毕。,总平面图,基坑位置,土层物理参数,基坑设计与施工,支护结构SMW设计： SMW挡墙由相互搭接的水泥土搅拌桩插入H型钢构成, 由于水泥土强度较低, 变形模量较小, 且其表面涂有减摩剂, 因此在水泥土与型钢组合结构体中水泥土的强度很难发挥。,根据本工程的具体情况和施工的可行性, 基坑围护结构采用直径850mm搅拌桩, 相互搭接250mm, 水泥掺入量为20%, 成桩后桩体水泥土28d龄期无侧限抗压强度达1.0MPa以上。 型钢采用235- A.F, 截面为7003001224, 采取三插两的形式布置。根据开挖深度, 长型钢长度采用26m、28m、29m三种, 短型钢长度采用21m、22m两种, 大大节约了用钢量。,H型钢布置形式,SMW施工流程,支撑体系设计：,本工程支撑采用直径609mm钢管撑, 水平间距3m,转角处设置角撑。开挖深度15.68m处设4道支撑, 开挖深度17.5m、19.45m处设5道支撑。第一道尽量靠近墙体的上端、最下面一道尽量靠近基坑底面, 这对减小墙体水平位移至关重要, 中间各道撑的位置通过计算优化确定。经分析计算, 推算墙体的最大水平位移为34cm。相应地表最大沉降约为墙体最大水平位移的70%,即23 cm, 能满足环境保护的要求, 保证周围建筑物和管线的安全。,水泥土搅拌桩施工,搅拌桩采用日本产PAS- 200VAR三轴搅拌机施 工, 由于本工程搅拌深度较大, 施工中加强了对水泥用量和水灰比的控制, 确保泵送压力在1.52.5MPa间; 根据地基土层的性质, 控制钻机下沉速度小于1m/min,提升速度小于2 m/min, 确保搅拌桩质量满足设计要求。,三轴搅拌机,H型钢插入,本工程型钢为H型钢, 为施工完成后拔出型钢, 在插入前H型钢表面均匀地涂敷一层减摩剂。由于本工程型钢较长( 连同基坑顶部外露部分) 最长者达30.5m, 为保证型钢起吊过程中不变形, 采用1台50 t吊车和1台30 t吊车配合工作。通过在导墙上设置定位卡对型钢进行定位, 使用经纬仪和线坠控制型钢插入时的垂直度。,插入型钢,施工完毕,基坑开挖,基坑开挖过程中, 通过优化设计, 选用从北向南、从西向东的方式, 最后开挖深度较大的南端头井。同时考虑到开挖过程中的时空效应, 采取分段开挖方式, 每段开挖长度约20 m, 每段在每层开挖又采取分小段开挖方式, 每小段56 m, 开挖后及时做支撑结构, 整段开挖完成后及时浇筑垫层和底板, 控制基坑及周围地面的变形, 以有效保护周围建筑物和管线的安全。,基坑开挖,挖掘机,H型钢回收,地下主体结构完成后将型钢拔出, 经整形保养可重复使用。型钢的拔出采用专用夹具和千斤顶以钢筋混凝土圈梁为基座进行起拔, 用水灰比为1.0的水泥浆液填充H型钢拔出后的空隙, 减少对周围建筑物的影响。,回收（1）,回收（2）,