项目1 高层建筑基坑工程施工.pptx

项目1高层建筑基坑工程施工 讲课人 XXX2015年8月12日 高层建筑施工 高层建筑施工 项目导入 某工程主楼为24层 建筑高度为97 95m 裙房和附楼为3层 建筑高度为15 45m 地下室为3层 占地面积约12730 76m2 基坑周长约440m 开挖深度20 50m 该工程位于繁华地段 周边的建筑物较密集 周围地下有很多管网 管线 根据地质勘察报告 该工程场区2007年最高地下水位标高接近自然地面 近5年最高地下水位标高为32 300m左右 经过岩土工程勘察实测到3层地下水 其地下水的类型及水位如表1 1所示 高层建筑施工 项目导入 高层建筑施工 项目导入 根据地质勘察报告 该工程基底以上土质分层情况从地面由上向下划分 素填土层 杂填土层 粉质黏土层 中砂 中粗砂层 粗砾砂层 强风化混合花岗石 中风化混合花岗石 微风化混合花岗石 持力层为 中砂 中粗砂层 思考 1 该工程应如何选择基坑的开挖方法 2 该工程应如何选择挖土机械 3 该工程应如何进行地下水的控制 4 在基坑土方开挖时 应如何对基坑进行监测 5 在基坑开挖过程中将会产生哪些问题 又如何进行防治 目录 1 1基坑土方开挖工程 1 2基坑支护工程 高层建筑施工 1 3基坑降水工程 1 4基坑地基工程 1 5基坑工程监测 目录 1 6基坑工程质量通病与防治 高层建筑施工 基坑土方开挖工程 1 1 高层建筑施工 1 1 1施工准备 在高层建筑基坑工程施工之前 应根据基坑工程设计和场地条件 综合考虑支护结构形式 水文和地质条件 气候条件 环境要求以及机械配置情况等 编写出土方开挖施工组织设计 用于指导土方开挖施工 土方开挖之前 要做好施工准备工作 对设计图纸要进行认真学习和审查 对施工区域的地质 水文及周边环境进行仔细勘察 彻底了解情况 要完成场地清理 排除地面水 修建临时设施及道路 设置测量控制网等工作 并且要做好机具 物资和人员的准备工作 高层建筑施工 1 1 2挖土方法选择 基坑开挖程序一般为 测量放线 基坑中 边桩施工 排降水 场地清理 基坑开挖分为两种情况 一是无支护结构基坑的放坡开挖 二是有支护结构基坑的开挖 基坑开挖方法主要有放坡分层开挖 支护基坑开挖 盆式开挖 中心岛式开挖等几种 应根据基坑面积大小 开挖深度 支护结构形式 环境条件等因素选用 高层建筑施工 1 1 2挖土方法选择 1 放坡分层开挖分层挖土是将基坑按深度分为多层进行逐层开挖 这种开挖方式适合于四周空旷 有足够放坡场地 周围没有建筑设施或地下管线的情况 分层厚度 软土地基应控制在2m以内 硬质土宜控制在5m以内 开挖顺序可从基坑的某一边向另一边平行开挖 可从基坑两头对称开挖 或从基坑中间向两边平行对称开挖 也可交替分层开挖 这些均可根据工作面和土质情况决定 如图1 1所示 高层建筑施工 1 1 2挖土方法选择 2 有支护基坑开挖有支护的基坑开挖包括无内支撑支护和有内支撑支护的基坑开挖 无内支撑支护有悬臂式 拉锚式 重力式 土钉墙等 该种支护的土壁可垂直向下开挖 不需要在基坑边四周有很大的场地 可用于场地狭小 土质又较差的情况 同时 在地下结构完成后 其基坑土方回填工作量也小 有内支撑支护基坑土方开挖比较困难 其土方分层开挖必须与支撑结构施工相协调 在有内支撑支护的基坑中进行土方开挖 受内支撑影响比较大 施工中开挖 运土均较困难 高层建筑施工 1 1 2挖土方法选择 3 盆式开挖盆式开挖适合于基坑面积较大 支撑或拉锚作业困难且无法放坡的基坑 盆式开挖时先分层开挖基坑中间部分的土方 基坑周边一定范围内的土暂不开挖 图1 2 对于盆式开挖 开挖时可视土质情况放坡 此时留下的土坡可对四周围护结构形成被动土反压力区 以增强围护结构的稳定性 待中间部分的混凝土垫层 基础或地下室结构施工完成之后 再用水平支撑或斜撑对四周围护结构进行支撑 并突击开挖周边支护结构内部分被动土区的土 每挖一层支一层水平横顶撑 图1 3 直至坑底 最后浇筑该部分结构混凝土 高层建筑施工 1 1 2挖土方法选择 高层建筑施工 1 1 2挖土方法选择 4 中心岛式开挖当基坑面积不大 周围环境和土质可以进行拉锚或采用支撑时 可采用中心岛式开挖 与盆式开挖相反 中心岛式挖土是先开挖基坑周边土方 基坑周围的土方暂时留置 中间留土方可作为支点搭设栈桥 挖土机可利用栈桥下到基坑挖土 运土的汽车也可利用栈桥进入基坑运土 可有效加快挖土和运土的速度 图1 4 挖土也分层开挖 一般先全面挖去一层 然后中间部分留置土墩 周围部分分层开挖 挖土多用反铲挖土机 如基坑深度很大 可采用向上逐级传递方式进行土方装车外运 高层建筑施工 1 1 2挖土方法选择 高层建筑施工 1 1 3土方开挖机械 土方机械化开挖应根据基础形式 工程规模 开挖深度 地质 地下水情况 土方量 运距 现场和机具设备条件 工期要求以及土方机械的特点等合理选择挖土机械 以充分发挥机械效率 节省机械费用 加速工程进度 土方机械化施工常用机械有 推土机 铲运机 挖掘机 包括正铲 反铲 拉铲 抓铲等 装载机等 高层建筑施工 1 1 3土方开挖机械 1 推土机 高层建筑施工 1 1 3土方开挖机械 1 作业方法推土机开挖的基本作业是铲土 运土和卸土三个工作行程和空载回驶行程 铲土时应根据土质情况 尽量采用最大切土深度在最短距离 6 10m 内完成 以便缩短低速运行时间 然后直接推运到预定地点 回填土和填沟渠时 铲刀不得超出土坡边沿 上 下坡坡度不得超过35 横坡不得超过10 几台推土机同时作业 前后距离应大于8m 高层建筑施工 1 1 3土方开挖机械 2 提高生产率的方法 下坡推土法 在斜坡上 推土机顺下坡方向切土与堆运 图1 5 借机械向下的重力作用切土 增大切土深度和运土数量 可提高生产率30 40 但坡度不宜超过15 避免后退时爬坡困难 高层建筑施工 1 1 3土方开挖机械 槽形挖土法 推土机重复多次在一条作业线上切土和推土 使地面逐渐形成一条浅槽 图1 6 再反复在沟槽中进行推土 以减少土从铲刀两侧漏散 可增加10 30 的推土量 槽的深度以1m左右为宜 槽与槽之间的土坑宽约50m 其适于运距较远 土层较厚时使用 高层建筑施工 1 1 3土方开挖机械 并列推土法 用2或3台推土机并列作业 图1 7 以减少土体漏失量 铲刀相距15 30cm 一般采用两机并列推土 可增大推土量15 30 其适于大面积场地平整及运送土时采用 高层建筑施工 1 1 3土方开挖机械 分堆集中 一次推送法 在硬质土中 切土深度不大 将土先积聚在一个或数个中间点 然后再整批推送到卸土区 使铲刀前保持满载 图1 8 堆积距离不宜大于30m 推土高度以2m内为宜 本法能提高生产效率15 左右 其适于运送距离较远而土质又比较坚硬 或长距离分段送土时采用 高层建筑施工 1 1 3土方开挖机械 斜角推土法 将铲刀斜装在支架上或水平放置 并与前进方向呈一倾斜角度 松土为60 坚实土为45 进行推土 图1 9 本法可减少机械来回行驶 提高效率 但推土阻力较大 需较大功率的推土机 其适于管沟推土回填 垂直方向无倒车余地或在坡脚及山坡下推土时采用 高层建筑施工 1 1 3土方开挖机械 之字斜角推土法 推土机与回填的管沟或洼地边缘呈 之 字或一定角度推土 图1 10 本法可减少平均负荷距离和改善推集中土的条件 并可使推土机转角减少一半 可提高台班生产率 但需较宽的运行场地 其适于回填基坑 槽 管沟时采用 高层建筑施工 1 1 3土方开挖机械 2 铲运机 1 作业方法铲运机的基本作业是铲土 运土 卸土三个工作行程和一个空载回驶行程 在施工中 由于挖填区的分布情况不同 为了提高生产效率 应根据不同施工条件 工程大小 运距长短 土的性质和地形条件等 选择合理的开行路线和施工方法 开行路线有如下几种 高层建筑施工 1 1 3土方开挖机械 椭圆形开行路线 从挖方到填方按椭圆形路线回转 图1 11 a 作业时应常调换方向行驶 以避免机械行驶部分的单侧磨损 其适于在长100m内 填土高1 5m内的路堤 路堑及基坑开挖 场地平整等工程中采用 8 字形开行路线 装土 运土和卸土时按 8 字形运行 一个循环完成两次挖土和卸土作业 图1 11 b 装土和卸土沿直线开行时进行 转弯时刚好把土装完或倾卸完毕 但两条路线间的夹角 应小于60 本法可减少转弯次数和空车行驶距离 提高生产率 同时一个循环中两次转变方向不同 可避免机械行驶部分单侧磨损 其适于在开挖管沟 沟边卸土或取土坑较长 300 500m 的侧向取土 填筑路基以及场地平整等工程中采用 高层建筑施工 1 1 3土方开挖机械 高层建筑施工 1 1 3土方开挖机械 大环形开行路线 从挖方到填方均按封闭的环形路线回转 当挖土和填土交替 而刚好填土区在挖土区的两端时 则可采用大环形路线 图1 12 a 其优点是一个循环能完成多次铲土和卸土 减少铲运机的转弯次数 提高生产效率 本法也应常调换方向行驶 以避免机械行驶部分的单侧磨损 其适于在工作面很短 50 100m 和填方不高 0 1 1 5m 的路堤 路堑 基坑以及场地平整等工程中采用 连续式开行路线 铲运机在同一直线段连续地进行铲土和卸土作业 图1 12 b 本法可消除跑空车现象 减少转弯次数 提高生产效率 同时还可使整个填方面积得到均匀压实 其适于在大面积场地整平填方和挖方轮次交替出现的地段采用 高层建筑施工 1 1 3土方开挖机械 高层建筑施工 1 1 3土方开挖机械 锯齿形开行路线 铲运机从挖土地段到卸土地段 以及从卸土地段到挖土地段都是顺转弯 铲土和卸土交替进行 直到工作段的末端才转180 弯 然后再按相反方向做锯齿形开行 图1 13 本法掉头转弯次数相对减少 同时运行方向经常改变 使机械磨损减轻 其适于工作地段很长 500m以上 的路堤 堤坝修筑时采用 高层建筑施工 1 1 3土方开挖机械 2 提高生产率的方法 下坡铲土法 铲运机顺地势 坡度一般为3 9 下坡铲土 图1 14 借机械往下 高层建筑施工 1 1 3土方开挖机械 运行质量产生的附加牵引力来增加切土深度和充盈数量 可提高生产率25 左右 最大坡度不应超过20 铲土厚度以20cm为宜 平坦地形可将取土地段的一端先铲低 保持一定坡度向后延伸 创造下坡铲土条件 一般保持铲满铲斗的工作距离为15 20cm 在大坡度上应放低铲斗 低速前进 其适于斜坡地形大面积场地平整或推土回填沟渠时采用 高层建筑施工 1 1 3土方开挖机械 交错铲土法 铲运机开始铲土的宽度取大一些 随着铲土阻力增加 适当减少铲土宽度 使铲运机能很快装满土 图1 15 当铲第一排时 互相之间相隔铲斗一半宽度 铲第二排土时则退离第一排挖土长度的一半位置 与第一排所挖各条交错开 以下所挖各排均与第二排相同 其适于一般比较坚硬的土的场地平整 高层建筑施工 1 1 3土方开挖机械 助铲法 在坚硬的土体中 使用自行铲运机 另配一台推土机在铲运机的后拖杆上进行顶推 协助铲土 图1 16 可缩短每次铲土时间 装满铲斗 可提高生产率30 左右 推土机在助铲的空余时间可做松土和零星的平整工作 助铲法取土场宽不宜小于20m 长度不宜小于40m 采用一台推土机配合3或4台铲运机助铲时 铲运机的半周程距离不应小于250m 几台铲运机要适当安排铲土次序和开行路线 互相交叉进行流水作业 以发挥推土机效率 其适于地势平坦 土质坚硬 宽度大 长度长的大型场地平整工程中采用 高层建筑施工 1 1 3土方开挖机械 高层建筑施工 1 1 3土方开挖机械 3 正铲挖掘机正铲挖掘机的挖土特点为 前进向上 强制切土 根据开挖路线与运输汽车相对位置的不同 一般有以下两种 高层建筑施工 1 1 3土方开挖机械 正向开挖 侧向装土法 正铲向前进方向挖土 汽车位于正铲的侧向装车 图1 17 a b 本法铲臂卸土回转角度最小 90 装车方便 循环时间短 生产效率高 其用于开挖工作面较大 深度不大的边坡 基坑 槽 沟渠和路堑等 为最常用的开挖方法 高层建筑施工 1 1 3土方开挖机械 正向开挖 后方装土法 正铲向前进方向挖土 汽车停在正铲的后面 图1 17 c 本法开挖工作面较大 但铲臂卸土回转角度较大 在180 左右 且汽车要侧向行车 增加工作循环时间 生产效率降低 回转角度180 效率约降低23 回转角度130 效率约降低13 其用于开挖工作面较小且较深的基坑 槽 管沟和路堑等 高层建筑施工 1 1 3土方开挖机械 4 反铲挖掘机反铲挖掘机的挖土特点为 后退向下 强制切土 根据挖掘机的开挖路线与运输汽车的相对位置不同 一般有以下几种 高层建筑施工 1 1 3土方开挖机械 沟端开挖法 反铲停于沟端 后退挖土 同时往沟一侧弃土或装汽车运走 挖掘宽度可不受机械最大挖掘半径的限制 臂杆回转角度仅为45 90 同时可挖到最大深度 对于较宽的基坑可采用如图1 18 b 所示方法 其最大一次挖掘宽度为反铲有效挖掘半径的两倍 但汽车须停在机身后面装土 生产效率降低 或采用几次沟端开挖法完成作业 其适于一次成沟后退挖土 挖出土方随即运走时采用 或就地取土填筑路基或修筑堤坝等 高层建筑施工 1 1 3土方开挖机械 沟侧开挖法 反铲停于沟侧沿沟边开挖 汽车停在机旁装土或往沟一侧卸土 图1 18 c 本法铲臂回转角度小 能将土弃于距沟边较远的地方 但挖土宽度比挖掘半径小 边坡不好控制 同时机身靠沟边停放 稳定性较差 其适于横挖土体和需将土方甩到离沟边较远的距离时采用 高层建筑施工 1 1 3土方开挖机械 沟角开挖法 反铲位于沟前端的边角上 随着沟槽的掘进 机身沿着沟边往后做 之 字形移动 图1 19 臂杆回转角度平均在45 左右 机身稳定性好 可挖较硬的土体 并能挖出一定的坡度 其适于开挖土质较硬 宽度较小的沟槽 坑 高层建筑施工 1 1 3土方开挖机械 多层接力开挖法 用两台或多台挖土机设在不同作业高度上同时挖土 边挖土边将土传递到上层 由地表挖土机连挖土带装土 图1 20 上部可用大型反铲 中 下层用大型或小型反铲进行挖土和装土 均衡连续作业 一般两层挖土可挖深10m 三层可挖深15m左右 本法开挖较深基坑 一次开挖到设计标高 一次完成 可避免汽车在坑下装运作业 提高生产效率 且不必设专用垫道 其适于开挖土质较好 深10m以上的大型基坑 沟槽和渠道 高层建筑施工 1 1 3土方开挖机械 5 抓铲挖掘机抓铲挖掘机的挖土特点为 直上直下 自重切土 抓铲能在回转半径范围内开挖基坑上任何位置的土方 并可在任何高度上卸土 装车或弃土 高层建筑施工 1 1 3土方开挖机械 对于小型基坑 抓铲立于一侧抓土 对于较宽的基坑 则在两侧或四侧抓土 抓铲应离基坑边一定距离 土方可直接装入自卸汽车运走 图1 21 或堆弃在基坑旁或用推土机推到远处堆放 挖淤泥时 抓斗易被淤泥吸住 应避免用力过猛 以防翻车 抓铲施工 一般均需加配重 高层建筑施工 1 1 4机械开挖土方的注意事项 进行机械开挖土方时应注意以下几项内容 土方开挖应绘制土方开挖图 确定开挖路线 顺序 范围 基底标高 边坡坡度 排水沟 集水井位置以及挖出的土方堆放地点等 绘制土方开挖图应尽可能使机械多挖 减少机械超挖和人工挖方 大面积基础群基坑底标高不一 机械开挖次序一般采取先整片挖至平均标高 然后再挖个别较深部位 当一次开挖深度超过挖土机最大挖掘高度 5m以上 时 宜分2或3层开挖 并修筑10 15 的坡道 以便挖土及运输车辆进出 基坑边角部位 机械开挖不到之处 应采取少量人工配合清坡 将松土清至机械作业半径范围内 再用机械掏取运走 人工清土所占比例一般为1 5 4 修坡以厘米作限制误差 大基坑宜另配一台推土机清土 送土 运土 高层建筑施工 1 1 4机械开挖土方的注意事项 挖掘机 运土汽车进出基坑的运输道路 应尽量利用基础一侧或两侧相邻的基础 以后需开挖的 部位 使它互相贯通作为车道 或利用提前挖除土方后的地下设施部位作为相邻的几个基坑开挖地下运输通道 以减少挖土量 机械开挖应由深而浅 基底及边坡应预留一层150 300mm厚土层采取人工清底 修坡 找平 以保证基底标高和边坡坡度正确 避免超挖和土层遭受扰动 做好机械的表面清洁和运输道路的清理工作 以提高挖土和运输效率 基坑土方开挖可能影响邻近建筑物 管线安全使用时 必须采取可靠的保护措施 机械开挖施工时 应保护井点 支撑等不受碰撞或损坏 同时应对平面控制桩 水准点 基坑平面位置 水平标高 边坡坡度等定期进行复测检查 高层建筑施工 1 1 4机械开挖土方的注意事项 雨期开挖土方 工作面不宜过大 应逐段分期完成 如为软土地基 进入基坑行走需铺垫钢板或铺路基箱垫道 坑面 坑底排水系统应保持良好 汛期应采取防洪措施 防止雨水浸入基坑 冬期开挖基坑 如挖完土隔一段时间施工基础需预留适当厚度的松土 以防基土遭受冻结 当基坑开挖局部遇露头岩石 应先采用控制爆破方法 将基岩松动 爆破成碎块 其块度应小于铲斗宽的2 3 再用挖土机挖出 可避免破坏邻近基础和地基 对于大面积较深的基坑 宜采用打竖井的方法进行松爆 使其一次基本达到要求深度 此项工作一般在工程平整场地时预先完成 在基坑内爆破 宜采用打眼放炮的方法 采用多炮眼 少装药 分层松动爆破 分层清渣 每层厚1 2m左右 高层建筑施工 1 1 5放坡开挖 基坑开挖方式主要有放坡开挖和支护开挖两种 放坡开挖具有施工方便 造价较低等特点 但放坡开挖要求施工现场具有足够的放坡场地 且基坑开挖不会对周围环境 邻近建筑物产生影响 单级放坡开挖时 坡高通常不超过3 6m 否则应分级放坡开挖 当开挖深度大于5m时 应进行放坡稳定性验算并做有效处理 高层建筑施工 1 1 5放坡开挖 1 土方边坡坡度与边坡系数 工程中土方边坡常常用边坡坡度来表示 边坡坡度是以土方挖方深度h与底宽b之比表示 图1 22 即土方边坡的坡度 1 m 1 bh hb式中m 土方的边坡系数 用坡底宽b与坡高h 即基础开挖深度 之比表示 即m bh 高层建筑施工 1 1 5放坡开挖 临时性挖方的边坡值应符合表1 2的规定 对于永久性场地 挖方边坡坡度应按设计要求放坡 如设计无规定 可参考表1 3 高层建筑施工 1 1 5放坡开挖 高层建筑施工 1 1 5放坡开挖 2 开挖程序及注意事项放坡开挖的程序一般为 测量放线 切线分层开挖 排降水 修坡 整平 留足预留土层 基坑进行放坡开挖时要注意以下事项 相邻基坑开挖时 应遵循先深后浅或同时进行的施工程序 挖土应自上而下水平分段进行 每层0 3m左右 边挖边检查坑底宽度及坡度 不够时及时修整 每3m左右修一次坡 至设计高度 再统一进行一次修坡清底 检查坑底宽度和标高 要求坑底凹凸不超过2 0m 基坑边缘堆置的土方和建筑物材料 或沿挖方边缘移动的运输工具和机械 一般应距基坑上部边缘0 8m以外 堆置高度不应超过1 5m 在垂直的坑壁边 此安全距离还应该增大 软土地区不宜在坑边堆置弃土 高层建筑施工 1 1 5放坡开挖 基坑周围地面应进行防水 排水处理 严防雨水等地面水浸入基坑周边土体 基坑开挖时 应对平面控制桩 水准点 基坑平面位置 水平标高 边坡坡度等经常复测检查 在地下水位以下挖土 应在基坑 槽 四侧或两侧挖好临时排水沟和集水井 或采取井点降水 将地下水降至坑槽底以下500mm 降水工作应该持续到基础工程施工完毕 基坑开挖应尽量防止对地基土的扰动 若采取人工开挖 基坑开挖好后不能立即进行下道工序 应预留15 30cm土层不挖 待下道工序开始时再挖至设计标高 若采取机械开挖 为避免破坏基地土 应在基底标高以上预留一层人工挖掘修整 使用铲运机 推土机时 保留土层厚度15 20cm 使用正铲 反铲或拉铲挖土机时 保留土层厚度20 30cm 高层建筑施工 1 1 5放坡开挖 基坑开挖完毕后 应及时清底 验槽 减少暴露时间 防止暴晒和雨水浸刷破坏地基土的原状结构 基坑开挖完毕后 应进行验槽并做好记录 如发现与勘察报告 设计不相符时 应与有关人员研究处理 高层建筑施工 1 1 6支护开挖 支护开挖是在建筑物密集的场地 基坑深度较深时常采用的方法 支护开挖的特点是先在基坑周围设置各种挡土的支护结构 然后开挖土方 必要时加支撑系统或拉锚结构 占地面积小 但造价高 工期长 且存在时间与空间效应问题 高层建筑施工 1 1 6支护开挖 支护开挖的挖土形式可以分为直壁无支撑开挖 直壁加内支撑开挖 直壁加拉锚开挖等几种方法 直壁无支撑开挖时 一般地下水位较高 基坑深度在5 6m 可采用反铲挖土机配合运土卡车 直壁加内支撑开挖时 一般使用反铲和抓铲挖土机 采用周边桁架支撑形式时可拟定岛式开挖 采用十字对撑式时可拟定盆式开挖 直壁加拉锚开挖时 一般按锚杆的设置位置进行分层开挖 高层建筑施工 1 1 6支护开挖 支护结构的主要形式如图1 23所示 高层建筑施工 1 1 7土方开挖的质量控制 1 土方开挖的注意事项 1 充分考虑基坑开挖的时空效应应该做到以下几点 减少开挖过程中的土体扰动范围 采用分层分块开挖且空间几何尺寸能最大限度地限制围护墙体的变形和坑周土体的位移与沉降 尽量缩短基坑开挖卸荷后无支撑暴露时间 上海地区要求 对于一 二级基坑 每一工况下挖至设计标高后 钢支撑的安装周期不宜超过一昼夜 钢筋混凝土支撑的完成时间不宜超过两昼夜 满足对称开挖 均衡开挖的原则 使基坑受力均衡 可靠而合理地利用土体自身在开挖过程中控制位移的潜力 安全 经济地解决基坑工程中稳定与变形的问题 高层建筑施工 1 1 7土方开挖的质量控制 2 先撑后挖 严禁超挖基坑开挖实施的工况与方案设计的工况必须一致 当基坑开挖至支撑设计标高处时 应开槽及时安装或制作支撑 待支撑满足设计要求后才能继续挖土 因为围护结构的变形大小与无支撑暴露面积的大小和暴露时间的长短有关 因此严格按照基坑工程方案设计的工况进行开挖 先撑后挖 及时加撑 是控制基坑墙体变形和相应地面位移与沉降的保证 3 妥善处理回弹问题深基坑开挖过程中 随着土的挖除 下层土因逐渐卸载而有可能回弹 尤其在基坑挖至设计标高后 搁置时间过久 回弹更为显著 弹性隆起在基坑开挖和基础工程初期发展很快 它将加大建筑物的后期沉降 因此 对深基坑开挖后的土体回弹应有适当的估计 高层建筑施工 1 1 7土方开挖的质量控制 4 防止边坡失稳挖土速度快即卸载快 迅速改变了原来土体的平衡状态 降低了土体的抗剪强度 呈流塑状态的软土对水平位移极为敏感 易造成滑坡 目前挖土机多用1m3反铲挖土机 挖土深度可达4 6m 如果一挖到底 挖土形成的坡度约1 1 卸荷快速 再加上机械的振动和坑边的推土 则易于造成边坡失稳 为了防止边坡失稳 土方开挖应在降水达到要求后采用分层开挖的方式施工 分层厚度不宜超过2 5m 开挖深度超过4m时 宜设置多级平台开挖 平台宽度不宜小于1 5m 在坡顶和坑边不宜进行堆载 不可避免时 应在设计时予以考虑 对于工期较长的基坑 宜对边坡进行护面 高层建筑施工 1 1 7土方开挖的质量控制 5 防止桩位移和倾斜对于先打桩后挖土的工程 要考虑由于打桩造成的应力积聚和基坑开挖时应力的快速释放对桩所产生的不利影响 打桩使原处于静平衡状态的地基土遭到破坏 会产生挤土 孔隙水压力升高等现象 造成土中的应力积聚 如果在打桩后紧接着开挖基坑 应力的陡然释放和土体的一侧卸荷易使土体产生一定的水平位移 造成桩位移或倾斜 在软土地区施工 此现象已屡见不鲜 为此 在群桩打设后 宜停留一段时间 并用降水设备预降水 待打桩积聚的应力有所释放 孔隙水压力有所降低 被扰动的土体重新固结后 再开挖基坑土方 桩的打设也要注意打桩顺序和打桩速率 控制每天打桩根数 减少应力积聚 挖土要分层 均衡 尽量减少开挖时的土压力差 以保证桩位正确 高层建筑施工 1 1 7土方开挖的质量控制 6 对邻近建 构 筑物及地下设施的保护在基坑开挖施工前 应分析计算开挖引起的周围地层的变形大小及影响范围 详细调查邻近被保护对象的工作状况 确定其允许的地基变形参数 采取积极有效的措施 保护地层变形影响范围内的建 构 筑物和设施 对周围环境的保护 应采取安全可靠 经济合理的技术方案 高层建筑施工 1 1 7土方开挖的质量控制 2 质量检查 开挖深度应根据设计基础埋深 确定的室内地坪标高及地基持力层位置进行综合分析确定 一般对软土不应超过4m 硬土不应超过8m 对于采用板桩 钢筋混凝土桩 重力式深层搅拌水泥土桩等形式进行护壁的基坑 槽 其开挖长 宽范围应以护壁结构所围的范围为准 开挖深度的确定与上面相同 使用大型土方机械在坑下作业 如为软土地基或在雨期施工 机械进入基坑行走时需铺垫钢板或铺筑道路 所以 对于大型软土基坑 为减少分层挖运土方的复杂性 还可采用 接力挖土法 它是利用两台或三台挖土机分别在基坑的不同标高处同时挖土 一台在地表 两台在基坑不同标高的台阶上 边挖土边向上传递到上一层 最后由地表挖土机装车 用自卸汽车运至弃土地点 高层建筑施工 1 1 7土方开挖的质量控制 土方开挖应制订方案 绘出开挖图 确定开挖路线 顺序 范围 基底标高 边坡坡度 排水沟 集水井位置以及挖出的土方堆放地点 由于大面积基础群基坑底标高不一 机械开挖次序一般采取先整片挖至一平均标高 然后再挖个别较深部位 当一次开挖深度超过挖土机最大挖掘高度 5m以上 时 宜分2或3层开挖 并修筑10 15 坡道 以便挖土及运输车辆进出 由于机械施工不能准确地将地基抄平 容易出现超挖现象 所以要求施工中机械开挖到基底以上20 30cm后 采用人工方法挖至坑底标高 基坑边角部位 即机械开挖不到之处 应采取少量人工配合清坡 将松土清至机械作业半径范围内 再用机械掏取运走 基坑支护工程 1 2 高层建筑施工 1 2 1支护工程特点 支护工程是一门系统工程 又是一门风险工程 应充分认识其工程的特点 在保障深基坑支护安全的情况下 做到节约造价 保证施工质量 缩短工程工期 深基坑支护工程主要有以下几个特点 高层建筑施工 1 2 1支护工程特点 1 基坑支护工程的临时性基坑支护工程分为临时结构和永久性结构 但一般情况下 基坑支护工程均为临时结构 当完成地下工程施工后 其任务也就完成了 为了节约工程造价 与永久性的结构相比较 其安全储备要求小 带来的风险较大 因此 在设计施工过程中 必须要采取应急措施 加强监测 防止发生重大事故 从而对后期的工程施工造成不良影响 高层建筑施工 1 2 1支护工程特点 2 基坑支护工程的地区性深基坑支护工程具有很强的地区性 在不同的地区有不同的地质条件 不同的水文条件 例如 淤泥软土地区 砂土地区 黄土地区等其地质条件和水文条件都有很大差异 即使是在同一座城市中的不同区域也有差异 因此 在前期的地质勘察阶段必须满足支护结构设计对勘察工作的要求 根据不同的地质水文条件和周围环境条件 采取不同的设计方案和施工措施 不能够照搬外地的经验和其他工程的经验 高层建筑施工 1 2 1支护工程特点 3 基坑支护工程的复杂性基坑开挖过程中 由于开挖面上的卸载作用 引起围护结构土壁产生侧土压力差 土壁向坑内产生水平位移 使墙后土体作用于墙身产生主动土压力 同时引起墙后地面下沉 而墙前 开挖一侧 开挖面的土体作用于墙身 产生被动土压力 由于开挖面上的卸载作用 又引起基坑底面隆胀 当墙后土柱自重超过坑底面地基承载力时 也会产生坑内隆胀 另外 深基坑开挖遇到地下水 也将会受到水压力作用的影响 因此 深基坑开挖产生的主要问题如下 一种影响 即围护结构前 后水头差很大 在土的渗透性较好时 要考虑渗流力计算土压力和水压力 两种土压力 即主动土压力与被动土压力 三种变形 即围护结构向坑内位移变形 设置围护结构后地面下沉变形 高层建筑施工 1 2 1支护工程特点 和坑底隆胀变形 支护结构的土压力计算是个复杂的问题 影响的因素很多 如土体的性质 开挖深度 设置围护结构后超载 支护结构刚度 支撑预加应力 锚杆预应力 施工顺序以及土体孔隙水的渗流等 因此现有理论不能完全解决基坑支护结构的设计计算和开挖问题 现实的做法为 根据具体条件和地区工作经验确定有关参数 加强实际工程的检测工作 进行研究分析 对发生的事故进行详细研讨 吸取教训 对工程实践 提出应注意的问题 高层建筑施工 1 2 1支护工程特点 4 基坑支护工程的环境效应基坑开挖引起地下水的变化和整个基坑应力场的改变 导致支护结构的变形 而基坑和墙后的土体变形对相关建筑和地下管线也产生影响 同样 基坑周围的荷载和建筑物荷载或地下水对整个基坑工程产生影响 因此 在制订和设计支护方案时 必须对周边环境进行详细调查 高层建筑施工 1 2 1支护工程特点 5 基坑支护工程的技术综合性基坑支护工程涉及岩土力学 结构力学 土力学 水力学 基础工程及测试技术等 是一门系统工程 从广义上来说 它包含地质勘察 场地水文地质调查 支护结构设计及施工 降水设计方案和基坑开挖施工设计 检测方案 周围环境调查及环境保护设计等内容 因此 在施工中应加强设计 施工 检测工作 做到信息化施工 由上述特点可知 基坑支护工程的风险极大 且多年来基坑支护的事故不断发生 故工程技术人员和设计人员要增强对基坑支护的风险意识 建立 健全安全管理制度和预测报警制度 不可麻痹大意或存在侥幸心理 高层建筑施工 1 2 2支护结构的分类及选型 1 基坑支护结构的分类 1 排桩墙支护排桩是以某种桩型按队列式布置组成的基坑支护结构 最常用的桩型是钢筋混凝土钻孔灌注桩和挖孔桩 此外还有工字钢桩或H型钢桩 高层建筑施工 1 2 2支护结构的分类及选型 钢板桩支护 钢板桩支护是用打桩机 或液压千斤顶 将带锁口或钳口的钢板打 压 入地下 相互连接形成的维护结构 钢板桩常用的断面形式有U形 Z形和直腹板式等 如图1 24所示 高层建筑施工 1 2 2支护结构的分类及选型 钢板桩施工简便 有一定的挡水能力 可重复使用 但其刚度不够大 用于较深的基坑时需要设置多道支撑或拉锚系统 在透水性较好的土层中不能完全挡水 在砂砾层及密实砂中施工困难 拔除时易引起地基土和地表土变形 危及周围环境 因此 其一般多用于周围环境要求不高 深5 8m的软土地区基坑 高层建筑施工 1 2 2支护结构的分类及选型 H型钢 工字钢 桩加挡板支护 H型钢 工字钢 桩加挡板支护 是用打桩机将H型钢 工字钢 桩打入土中预定深度 基坑开挖的同时在桩间加插横板用以挡土 如图1 25所示 这种挡土桩适用于地下水位较低的黏土 砂土地基 在软土地基中要慎用 在卵石地基中较难施工 其优点是桩可以拔出 造价低 施工简便 缺点是打 拔桩噪声大 扰民 并且拔出桩后留下的空洞要处理 这种桩除悬臂外 常与锚杆或锚拉相结合做支护结构 高层建筑施工 1 2 2支护结构的分类及选型 高层建筑施工 1 2 2支护结构的分类及选型 柱列式灌注桩排桩支护 柱列式灌注桩排桩支护方式在我国目前应用十分广泛 根据施工工艺的不同可以将柱列式灌注桩排桩支护分为钻孔灌注桩和挖孔灌注桩 柱列式灌注桩排桩具有施工成本低 施工方便 刚度较好 无噪声 无振动 无须大型机械等优点 但桩与桩之间的联系较差 必须在桩顶浇筑较大截面的钢筋混凝土冠梁加以可靠连接 柱列式灌注桩排桩的布置方式多为间隔布置 分为桩与桩之间有一定净距的疏排布置形式和桩与桩相切的密排布置形式 但是由于柱列式灌注桩之间存在缝隙 所以不具备挡水的功能 当某些地区地下水位较高 需采用这种方式时 应采取挡水措施 如可以在桩间和桩背采用高压注浆 设置深层搅拌桩 旋喷桩等 或在桩后专门构筑挡水帷幕 高层建筑施工 1 2 2支护结构的分类及选型 2 地下连续墙地下连续墙是在地面上 利用一些挖槽机械 借助泥浆的护壁作用 在地下挖出窄而深的基槽 并在其内浇筑适当的材料而形成的一道具有防渗 挡土和承重功能的连续的地下墙体 地下连续墙的主要作用为承重 挡土 挡水及抗渗 单一支护的情况很少 因为地下连续墙的造价较高 一般作为主体结构的地下室外墙使用 实现两墙合一 降低成本 地下连续墙适用于各种复杂施工环境和多种地质条件 如上海金茂大厦 北京京广大厦 广州白天鹅宾馆等均采用了地下连续墙作为基坑支护结构 高层建筑施工 1 2 2支护结构的分类及选型 3 水泥土桩墙水泥土桩墙是指依靠其本身自重和刚度保护基坑土壁安全 一般不设支撑 特殊情况下经采取措施后可局部加设支撑 水泥土桩墙分为深层搅拌水泥土桩墙 加筋土桩墙和高压旋喷桩墙等类型 通常呈格构式布置 高层建筑施工 1 2 2支护结构的分类及选型 深层搅拌水泥土桩墙 深层搅拌水泥土桩是加固饱和软土的一种方法 近年来发展为防渗帷幕 又发展为浅基坑支护挡墙 它是利用水泥作为固化剂 通过搅拌机械将水泥和地基土强制搅拌 硬结后构成具有整体性 水稳定性和一定强度的桩 墙 其施工流程如图1 26所示 因为水泥用量少 为加固土重的7 15 且可防止地下水渗漏 节省费用 故近年其在基坑工程中应用较多 深层搅拌水泥土桩墙适用于软黏土地区做防渗帷幕 或做浅基坑挡土重力墙 也可对桩墙式挡土结构的桩前或桩背软土加固 能增加侧向承载力 例如 在桩坑内一侧加固 可增加被动土压力 高层建筑施工 1 2 2支护结构的分类及选型 高层建筑施工 1 2 2支护结构的分类及选型 加筋水泥土桩墙 加筋水泥土桩墙又称为劲性水泥土桩墙 是在深层搅拌水泥土桩墙中插入H型钢 钢板桩 混凝土板桩等劲性材料 形成具有挡土 止水功能的支护结构 其形式如图1 27所示 坑深时也可以加设支撑 由于H型钢 钢板桩等可以回收 因此可以降低造价 当拔出H型钢 钢板桩时 应采取措施减少周围土体的变形 高层建筑施工 1 2 2支护结构的分类及选型 高压喷射注浆桩墙 高压喷射注浆桩墙所用材料也是水泥浆 只是施工机械和施工工艺与深层搅拌水泥土桩不同 它是利用钻机把带有特制喷嘴的注浆管钻至土层的预定位置后 以高压设备使水泥浆液从喷嘴中喷射出来 冲击破坏土体 同时 钻杆以一定速度渐渐向上提升 使浆液与土体强制混合 待浆液凝固后形成固结体 固结体相互搭接用以挡土和止水 施工采用单独喷出水泥浆的工艺 称为单管法 采用同时喷出高压空气与水泥浆的工艺 称为二重管法 采用同时喷出高压水 高压空气及水泥浆的工艺 称为三重管法 高层建筑施工 1 2 2支护结构的分类及选型 4 土层锚杆土层锚杆借助钢材 水泥和土三者之间的黏着力 摩阻力 通过对锚固钢筋施加预应力使挡土结构与土体结合成整体 其一端与挡土结构连接 另一端锚固在地基土层内 利用地层的锚固力来维持土压力 水压力对挡土墙 桩 产生推力的平衡 一般锚杆是斜向伸入较好的土层作为锚固段 如图1 28所示 其适用范围为 对各种挡土桩 墙 一般都适合 但用于软弱地基淤泥质土时要慎重 因其锚固力较差 土层锚杆的种类有两种 分别为普通的土层锚杆与预应力土层锚杆 高层建筑施工 1 2 2支护结构的分类及选型 高层建筑施工 1 2 2支护结构的分类及选型 5 土钉墙土钉墙主要由钻孔注浆式土钉 原位土体和喷射混凝土面层组成 如图1 29所示 其具有施工速度快 用料省 造价低等特点 与桩墙支护相比 工期可缩短一半以上 成本可以节省60 土钉支护还可以紧贴已有建筑物施工 省出桩体或墙体所占位置 高层建筑施工 1 2 2支护结构的分类及选型 6 逆作法施工逆作法施工是指地下工程采取自上而下施工 地上工程与地下工程同时进行的方法 具有减少和取消临时支护结构 降低成本 加快施工速度等优点 是支护方法中效果最好的一种 其适用于基坑周围的环境特别困难的情况 如相邻建筑物极为靠近 坑周围的土质非常软弱 地下水位较高且水压较大 对周围道路 管线的变形有严格限制等情况 高层建筑施工 1 2 2支护结构的分类及选型 2 支护结构的选型根据 建筑基坑支护技术规程 JGJ120 2012 的规定 支护结构应按下列要求选用 支护结构在选型时应考虑到基坑深度 土的性状及地下水条件 基坑周边环境对基坑变形的承受能力及支护结构一旦失效可能产生的后果 主体地下结构及其基础形式 基坑平面尺寸及形状 支护结构施工工艺的可行性 施工场地条件及施工季节 经济指标 环保性能和施工工期等方面的因素 按表1 4选择其形式 当坑底以下为软土时 可采用水泥土搅拌桩 高压喷射注浆等方法对坑底土体进行局部或整体加固 水泥土搅拌桩 高压喷射注浆加固体宜采用格栅或实体形式 高层建筑施工 1 2 2支护结构的分类及选型 支护结构的设计要根据实际情况 充分利用基坑的平面形状 使基坑支护设计既安全又节约造价 支护结构选型应考虑结构的空间效应和受力特点 采用有利于支护结构材料受力的形式 当基坑内土质较差 支护结构位移有严格要求时 可加固基坑内侧土体或采取降水措施 软土场地可采用深层搅拌 注浆 间隔或全部加固等方法对局部或整个基坑的底部进行加固 或者采取降水措施提高基坑内侧被动抗力 高层建筑施工 1 2 2支护结构的分类及选型 2 可与上述支护结构形式结合注 当基坑不同部位的周边环境条件 土层性状 基坑深度等不同时 可在不同部位分别采用不同的支护形式 支护结构可采用上 下部以不同结构类型组合的形式 高层建筑施工 1 2 3支撑结构施工 深度较大的基坑 为使围护墙经济合理和受力后变形控制在一定范围内 都需沿围护墙竖向增设支撑点 以减小跨度 在坑内对围护墙加设的支撑称为内支撑 在坑外对围护墙拉设支撑 则称为拉锚 支护结构的内支撑受力合理 安全可靠 易于控制围护墙的变形 但内支撑的设置给基坑内挖土和地下室结构的支模与浇筑带来一些不便 需通过换撑加以解决 用拉锚拉接围护墙 坑内施工无任何阻挡 但用于软土地区锚杆变形较难控制 且锚杆有一定长度 在建筑物密集地区如超出红线尚需专门申请 否则不允许使用 拉锚常用的形式为土层锚杆 除此之外还有锚锭拉锚或锚桩拉锚 一般只能设置在靠近支护墙体顶部的位置 锚锭拉锚与锚桩拉锚受力状态相似 但锚桩拉锚的锚固体 锚桩 较长 承受锚杆拉力的能力较强 高层建筑施工 1 2 3支撑结构施工 钢筋混凝土支撑是随着挖土的加深 在规定的位置现场支模浇筑钢筋混凝土的一种支撑形式 其优点为 能做成平面封闭框架结构的支撑刚度大 变形小 可以按基坑形状变化 设计为各种不同尺寸的现浇钢筋混凝土结构支撑系统 能筑成较大空间进行挖土施工 如筑成圆环形结构 双圆结构 折线形几种稳定结构 以及内折角斜撑角中空长方形结构等 总之既能形成比较大的空间挖土作业面 又能形成平面封闭框架的整体刚度大的支撑结构 其缺点为 支撑时间比钢结构时间长 拆除工作困难 不能够重复使用材料 高层建筑施工 1 2 3支撑结构施工 内支撑体系包括腰梁 支撑和立柱 腰梁固定在围护墙上 将围护墙承受的侧压力传给支撑 纵 横两个方向 支撑为受压构件 较长时 一般超过15m 稳定性不好 中间需加设立柱 立柱下端应固定在支承桩上 对撑式内支撑如图1 30所示 高层建筑施工 1 2 3支撑结构施工 1 支撑系统支护结构的支撑在平面上的布置主要取决于基坑平面的形状和尺寸 其主要形式有角撑 对撑 桁架式 环形等 图1 31 有时在同一基坑中混合使用多种布置形式 如环梁加边桁架 対撑加角撑 环梁加角撑等 一般情况下对于平面形状接近方形且尺寸不大的基坑 宜采用角撑 平面形状接近方形但尺寸较大的基坑 宜采用环形 桁架式 边框架式支撑 高层建筑施工 1 2 3支撑结构施工 高层建筑施工 1 2 3支撑结构施工 2 支撑施工 1 钢支撑施工为了钢支撑的重复利用和施工方便 通常要把钢支撑做成标准的节段 安装施工时再辅以非标准节段 标准节段长度为6m左右 所用的材料主要有钢管支撑和H型钢支撑两种 节段间多为螺栓连接或焊接方式连接 钢腰梁多采用H型钢或双拼工字钢 双拼槽钢等 截面宽度一般不小于300mm 可通过设置于支护墙上的钢牛腿与墙体连接 或通过墙体伸出的吊筋予以固定 腰梁与墙体间的空隙用细石混凝土填塞 支撑立柱通常采用格构式钢柱 以利于底板基础钢筋通过 立柱一般支撑在专用灌注桩上 在条件允许的情况下可直接支撑在工程桩上 立柱间距应根据支撑的稳定及竖向荷载大小确定 但一般不大于15m 其截面及插入深度应按计算确定 立柱穿过基础底板时应采取止水构造措施 高层建筑施工 1 2 3支撑结构施工 2 钢筋混凝土支撑施工钢筋混凝土支撑与腰梁应在同一平面内整体浇筑 支撑与支撑 支撑与腰梁相交处宜采取加腋 使其形成刚性节点 位于围护桩墙顶部的腰梁常利用桩顶冠梁 并和围护墙体整体浇筑 图1 32 a 桩身处的腰梁也可以通过预埋钢筋或吊筋固定 图1 32 b 高层建筑施工 1 2 3支撑结构施工 高层建筑施工 1 2 3支撑结构施工 3 换撑在基坑施工过程中 只要有支撑的过程就会有换撑的过程 换撑就是在先期钢支撑工况下完成结构施工后 先期钢支撑形式影响后续的结构施工 故需对先期的钢支撑进行换撑处理 以方便后续结构施工 一般换撑在前道完成的结构上进行 换撑的位置一般可以设置在地下室底板位置和地下室中间楼盖及顶板的位置 高层建筑施工 1 2 3支撑结构施工 1 地下室底板部位的换撑通常在地下室底板边与支护墙间的空隙用砂回填振实 或者使用素混凝土填实 图1 33 a 对于较厚的底板 可先回填素土 在其上浇筑200 300mm厚素混凝土 其上表面与地下室底板面平齐 图1 33 b 对于钢板桩支护墙 常采用填砂的方法 用填砂的方法支护墙底部会产生位移 用混凝土填实引起的位移则很小 高层建筑施工 1 2 3支撑结构施工 高层建筑施工 1 2 3支撑结构施工 2 地下室中间楼盖或顶板部位的支撑对于混凝土类的支护墙 多采用钢筋混凝土换撑 其形式有两种 一种是采用间隔布置的短撑 如对灌注桩等排桩形式的支护墙可采用一桩一撑的形式 短撑可与地下室中间楼盖或顶板整体浇筑 图1 34 a 另一种是采用平板式 即在楼盖或顶板处向外浇筑一块平板 厚200 300mm 平板与支护墙顶紧 起到支撑的作用 图1 34 b 高层建筑施工 1 2 3支撑结构施工 4 支撑的拆除支撑的拆除对于基坑支护的最后一道工序 也是同样重要 必须按照设计的要求进行拆除 以免发生危险 对于钢支撑的拆除通长使用起重机并辅以人工进行 拆除下来的钢材要及时存放 便于下次重复使用 对于钢筋混凝土一次性的支撑可以采用人工凿除或者爆破拆除 如果钢筋混凝土支撑采取爆破拆除 必须要由专业爆破单位施工 爆破前必须对周围的环境和主体结构采取有效的安全防护措施 高层建筑施工 1 2 3支撑结构施工 支撑拆除应遵循的原则如下 遵循 先换撑后拆除 的原则 最上面一道支撑拆除后支护墙一般处于悬臂状态 位移较大 应注意防止对周围环境带来不利影响 分区 分段设置的支撑 宜分区 分段拆除 整体支撑尤其是最上一道支撑 宜从中央向两边分段逐步拆除 这对减小悬臂段位移较为有利 先分离支撑与腰梁 再拆除支撑 最后拆除腰梁 高层建筑施工 1 2 4钢板桩施工 钢板桩施工是指运用钢板桩达到基坑支护作用的施工过程 钢板桩根据受力形式分为有锚式和无锚式 有锚式板桩又分为单锚式和多锚式 无锚板桩适用于较浅的基坑 依靠入土部分的被动土压力维持桩的稳定 有锚板桩是在上部用拉锚或支撑加以固定形成超静定结构 适合于被动土压力不能抵抗主动土压力的深基坑 板桩根据外形分为平板型与波浪型两种 平板型板桩主要适用于地基土质较好 易于打入 基坑深度不大的工程 波浪型板桩适用于土质较差 设计要求受力较大 深度较大的基坑 波浪形板桩主