基坑工程概论

基坑工程的发展概况与特点围护结构型式基坑事故围护体系设计要点基坑降水土方开挖施工与监测要点基坑工程的环境影响 基坑工程 基坑工程 基坑工程 适度的施工空间 满足地下工程施工有足够空间的要求安全的施工空间 保证基坑四周边坡的稳定性 相邻建筑物 构筑物和地下管线不受损害干燥的施工环境 保证基坑工程施工作业面在地下水位以上 给地下工程的顺利施工创造条件 安全储备较小 具有较大的风险性临时结构 降低工程费用制约因素多地域性强计算理论不完善土压力 本构关系对综合性知识 经验要求高要考虑环境效应 1930 Terzaghi等人已开始研究基坑工程中的岩土工程问题1980 我国由于改革开放 高层建筑不断涌现 出现了越来越多的深基坑工程现在 基坑朝着深 大的方向发展 围护结构型式已发展至数十种 基坑工程的发展概况与特点围护结构型式基坑事故围护体系设计要点基坑降水土方开挖施工与监测要点基坑工程的环境影响 总体支护方案 顺作法 逆作法 顺逆结合 放坡开挖 自立式维护体系 板式支护体系 水泥土重力式维护墙 悬臂式维护墙 土钉墙 围护墙结合内支撑系统 围护墙结合锚杆系统 全逆作法 半逆作法 周边临时围护墙结合坑内水平梁板替代支撑 支护结构与主体结构全面结合 主体先顺作 裙楼后逆作 裙楼先顺作 主体后逆作 中心顺作 周边逆作 放坡开挖是选择合理的基坑边坡以保证在开挖过程中边坡的稳定性 包括坡面的自立性和边坡整体稳定性 放坡开挖适用于地基土质较好 开挖深度不深 以及施工现场有足够放坡场所的工程 放坡开挖一般费用较低 能采用放坡开挖应尽量采用放坡开挖 有时虽有足够放坡的场所 但挖土及回填土方量大 考虑工期 工程费用并不合理 也不宜采用放坡开挖 放坡开挖示意图 水泥土重力式围护结构 常采用深层搅拌法形成 有时也采用高压喷射注浆法形成 为了节省投资 常采用格栅体系 深层搅拌水泥土重力式围护结构常用于软粘土地区开挖深度约在6 0m以内的基坑工程 水泥土重力式维护结构示意图 格构式重力式挡墙平面图 土钉一般通过钻孔 插筋和注浆来设置 土钉墙围护适用于地下水位以上或人工降水后的粘性土 粉土 杂填土及非松散砂土 卵石土等 不适用于淤泥质土及未经降水处理地下水位以下的土层地基中基坑围护 土钉墙围护基坑深度一般不超过18m 使用期限不超过18个月 土钉墙围护示意图 悬臂式围护结构依靠足够的入土深度和结构的抗弯能力来维持整体稳定和结构的安全 悬臂式围护结构常采用钢筋混凝上桩排桩墙 木板桩 钢板桩 钢筋混凝土板桩 地下连续墙等型式 钢筋混凝土桩常采用钻孔灌注桩 人工挖孔灌注桩 沉管灌注桩及预制桩 悬臂式结构对开挖深度很敏感 容易产生较大的变形 对相邻建 构 筑物产生不良影响 悬臂式围护结构适用于土质较好 开挖深度较浅的基坑工程 一 钢板桩1 槽钢钢板桩2 热轧锁口钢板桩 二 钢筋混凝土板桩 三 钻孔灌注桩挡墙 四 H型钢支柱 或钢筋混凝土桩支柱 五 地下连续墙 六 深层搅拌水泥土桩挡墙 七 旋喷桩帷幕墙 1 槽钢钢板桩由槽钢并排或正反扣搭接组成 槽钢长6 8m 多用于深度不超过4m的基坑 顶部宜设一道支撑或拉锚 一 钢板桩 2热轧锁口钢板桩其形式有U型 Z型 一字型 H型和组合型 U型Z型一字型 该板桩截面带企口 有一定的挡水作用 顶部设圈梁 用后不再拔除 永留地基土中 适于3 6m基坑 但应用较少 二 钢筋混凝土板桩 常用 600 1000mm 是支护结构中应用最多的一种 宜形成排桩挡墙 顶部浇筑钢筋混凝土圈梁 但施工难以做到相切 挡水效果差 三 钻孔灌注桩挡墙 该类支护结构适用于土质较好 地下水位较低的地区 型钢或支柱按一定间距打入 支柱间设木挡板或其它挡土设施 地下连续墙已是目前深基坑的主要支护结构之一 在地下结构层数多的深基坑的施工非常有利 地下连续墙常是采用 逆筑法 的支护结构的首选 上海市区大多数基坑 天津市的华联商厦 紫金花园 鸿吉大厦 津汇广场等很多工程均采用地下连续墙方法施工 南京四桥锚碇 旋喷桩帷幕墙是钻孔后 将钻杆从地基土深处逐渐上提 同时利用插入钻杆端部的旋转喷嘴 将水泥浆固化剂喷入地基土中 形成水泥土桩 桩体相连形成帷幕墙 旋喷桩帷幕墙可用作支护结构挡墙 也可用于挡水 六 旋喷桩帷幕墙 内撑式围护结构由围护结构体系和内撑体系两部分组成 围护结构体系常采用钢筋混凝土桩排桩墙和地下连续墙型式 内撑体系可采用水平支撑和斜支撑 根据不同开挖深度又可采用单层水平支撑 二层水平支撑及多层水平支撑 单层斜支撑 内撑常采用钢筋混凝土支撑和钢管 或型钢 支撑两种 钢筋混凝土支撑体系的优点是刚度好 变形小 而钢管支撑的优点是钢管可以回收 且加预压力方便 有的还采用空间结构体系 内撑式围护结构适用范围广 可适用各种土层和基坑深度 单层水平支撑 二层水平支撑 单层斜支撑 多层水平支撑 空间结构内支撑体系示意图 当基坑深度较大 悬臂挡墙的强度和变形不能满足要求时 需增设支撑系统 支撑系统有基坑内支撑基坑外拉锚 顶部拉锚土层锚杆拉锚 常用的有钢结构支撑钢筋混凝土支撑 支撑 拉锚 的选型 1钢管支撑 一 钢结构支撑 角撑 对撑 2型钢支撑 钢管支撑示意图 有角撑 对撑 桁架式支撑 还有圆形 拱形和椭圆形等形状的支撑 圆形支撑 二 钢筋混凝土支撑 拉锚式围护结构由围护结构体系和锚固体系两部分组成 围护结构体系同于内撑式围护结构 常采用钢筋混凝土排桩墙和地下连续墙两种 锚固体系可分为锚杆式和地面拉锚式两种 随基坑深度不同 锚杆式也可分为单层锚杆 二层锚杆和多层锚杆 地面拉锚式围护结构和双层锚杆式围护结构示意图如图所示 地面拉锚式需要有足够的场地设置锚桩 或其它锚固物 锚杆式需要地基土能提供锚杆较大的锚固力 锚杆式较适用于砂土地基 或粘土地基 由于软粘土地基不能提供锚杆较大的锚固力 所以很少使用 地面拉锚式 双层拉锚式 申德公寓基坑土钉墙喷射混凝土 对同一基坑可因地制宜采用一种或多种围护结构相结合的型式 如放坡开挖与围护结构相结合 如可将拉锚与内撑相结合 排桩墙同门架式相结合 对于复杂形状的基坑工程更需综合应用多种围护结构型式 多种围护结构型式的综合应用 平面 放坡开挖与排桩墙维护相结合 剖面 1 1剖面 2 2剖面 剖面 平面形式 放坡开挖与内支撑式排桩墙维护相结合 通过对基坑围护体系被动区土质改良 降低地下水位等措施可有效改善围护结构的受力性状 若被动区土质很软弱 可采用被动区土质改良来加固 以增大被动区土压力 被动区土质改良范围一般深度取3 6m 宽度取5 9m 可对该区域软土进行全面改良 也可部分改良 被动区土质改良常采用深层搅拌法 高压喷射注浆法和压力注浆法 被动区土质改良示意图 不同的坑底加固形式 基坑工程的发展概况与特点围护结构型式基坑事故围护体系设计要点基坑降水土方开挖施工与监测要点基坑工程的环境影响 在水土压力作用下 围护结构可能发生破坏 围护结构型式不同 破坏形式也有差异 渗流可能引起流土 突涌 造成破坏 围护结构变形过大 引起周围建筑物及地下管线破坏 也属基坑工程事故 粗略地划分 基坑工程事故可分为下述几类 围护结构变形过大造成周围建筑物及地下管线破坏事故墙体折断整体失稳基坑工程事故基坑隆起维护体系破坏踢脚破坏流土破坏锚撑失稳 当围护墙不足以抵抗水土压力形成的弯矩时 墙体折断造成基坑边坡倒塌 对撑锚围护结构 支撑或锚拉系统失稳 锚撑节点断裂 围护墙体承受弯矩变大 也要产生墙体折断破坏 悬臂式排桩墙最容易出现墙体断裂 当围护结构插入深度不够 或撑锚系统失效造成基坑边坡整体滑动破坏 称为整体失稳破坏 墙体折断破坏 整体失稳破坏 在软土地基中 当基坑内土体不断挖去 坑内外土体的高差使围护结构外侧土体向坑内方向挤压 造成基坑土体隆起 导致基坑外地面沉降 坑内侧被动土压力减小 引起围护体系失稳破坏 称为基坑隆起破坏 对内撑式和拉锚式围护结构 插入深度不够或坑底土质差 被动土压力很小 造成围护结构踢脚失稳破坏 踢脚失稳破坏 基坑隆起破坏 当基坑渗流引起流土 使被动土压力减小或丧失 造成围护体系破坏 称为流土破坏 对支撑式围护结构 支撑体系强度或稳定性不够 对拉锚式围护结构 拉锚力不够 均将造成围护体系破坏 称为锚撑失稳破坏 支撑体系失稳破坏 地基中存在承压水 当基坑底土层不能承受承压水的顶托力 基坑底产生突涌导致破坏 流土破坏 支撑体系失稳破坏 基坑工程的发展概况与特点围护结构型式基坑事故围护体系设计要点基坑降水土方开挖施工与监测要点基坑工程的环境影响 设计原则 安全 经济 可持续发展 设计内容 围护体系选择 结构型式和止水体系围护结构强度 变形和稳定性计算环境影响分析止水体系设计计算挖土施工组织设计监测设计与应急措施的制定 设计步骤 委托设计 提供资料确定围护体系型式对围护体系的优化设计监测方案设计设计审查 基坑工程 委托勘察单位 岩土工程勘察及调查 场地的工程地质及水文地质勘察 对周围环境的调查 对基坑开挖与支护方案的建议 基坑是否降水与降水方案 勘察报告 施工指标 基坑开挖 支护 降水等技术方案及造价 工期的比较 开挖方法 监测方法 支护方法 降水方法 可能引发的事故及降治 对周围环境的影响 工期 造价 初定方案 确定施工单位 基坑超过七米时 应经过专家委员会审批 N Y 支护结构设计 降水设计 基坑开挖 支护 降水的施工组织设计 设计单位 施工单位 基坑开挖 支护 降水工程的实施 基础施工 对可能发生的险情的应急处理 监测 验收 回填 支护结构回收 基础工程竣工 基础工程施工总结 N Y 基坑工程的发展概况与特点围护结构型式基坑事故围护体系设计要点基坑降水土方开挖施工与监测要点基坑工程的环境影响 为了保证土方开挖和地下室施工处于 干 状态 常需要通过降低地下水位或配以设置止水帷幕使地下水位在基坑底面0 5 1 0m以下 降低地下水位也有利于基坑围护结构的稳定性 防止流土 管涌 坑底隆起引起破坏 对于渗透性很小的地基也可既不降低地下水位也不设置止水帷幕 在基坑开挖过程中产生的少量积水采用明沟排水处理 水泥土重力式围护结构 地下连续墙围护结构和冻结法围护结构本身又是止水帷幕 而排桩墙围护结构等则需要另外设置止水帷幕以共同形成挡土和挡水的基坑围护体系 目前在基坑工程中应用较多的止水帷幕有三种形式 深层搅拌法水泥土止水帷幕 高压喷射注浆法水泥土止水帷幕和素混凝土地下连续墙止水帷幕 除设置竖向止水帷幕外有时还需设置水平向止水帷幕 以防止流土 坑底隆起等造成破坏 当有承压水时 更应重视 深层搅拌水泥土桩止水帷幕 降低地下水位常采用井点降水 常见的有单 多 层轻型井点 喷射井点和深井井点降水等 未来购物中心排水井 基坑工程的发展概况与特点围护结构型式基坑事故围护体系设计要点基坑降水土方开挖施工与监测要点基坑工程的环境影响 开挖的原则 及时支撑 先撑后挖 分层开挖 严禁超挖开挖机械的选择 一般基坑开挖均优先采用机械开挖方案 有推土机 铲运机 正铲挖土机以及反铲 拉铲 抓铲挖土机等 开挖顺序的确定 较浅基坑可以一次开挖到底 较深大的基坑则一般采用分层 分块开挖方案 在坑底以上保留15 30cm土层由人工挖除 施工现场平面布置 根据有限场地对装土运土及材料进场的交通路线 施工机械放置 材料堆场 工地办公及食宿生活场所进行全面规划 土方开挖注意事项 1 合理利用施工栈桥 2 临时土坡的稳定性 3 对支撑构件 降水井 监测布点的保护 4 土方开挖后及时外运 及时跟进支撑或垫层的施工 监测的目的 通过监测随时掌握土体和支护结构的内力变化情况 了解邻近建筑物 构筑物的变形情况 监测的对象 自身围护结构 基坑周边环境 监测项目 根据基坑等级及周边环境保护要求确定 测点布置 结合基坑的特点 重点部位重点监测 基坑工程的发展概况与特点围护结构型式基坑事故围护体系设计要点基坑降水土方开挖施工与监测要点基坑工程的环境影响 基坑工程环境效应包括围护结构和工程桩施工 降低地下水位 基坑土方开挖各阶段对周围环境的影响 主要表现在下述几方面 1 基坑土方开挖引起围护结构变形以及降低地下水位造成基坑四周地面产生沉降 不均匀沉降和水平位移 导致影响相邻建 构 筑物及市政管线的正常使用 甚至破坏 2 围护结构和工程桩若采用挤土桩或部分挤土桩 施工过程中挤土效应将对邻近建 构 筑物及市政管线产生不良影响 3 基坑开挖土方运输可能对周围交通运输产生不良影响 4 视施工机械和工艺情况可能对周围环境产生施工噪声污染和环境卫生污染 如由泥浆处理不当引起等 5 因设计 施工不当或其他原因造成围护体系破坏 导致