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1 第二章高层建筑基础工程施工 1 地下水控制方法2 深基坑的支护3 深基坑的开卡与检测 2 2 1地下水控制方法降水的方法主要有积水明排和井点降水两类 井点降水的方法有 轻型井点 喷射井点 电渗井点 管井井点及深井井点等 各类井点适用范围见表 根据选用的井点确定 3 轻型井点示意图 一 轻型井点降水轻型井点降低地下水位 是沿基坑周围以一定间距埋入井点管 下端为滤管 至蓄水层内 井点管上端通过弯连管与地面上水平铺设的集水总管相连接 利用真空原理 通过抽水设备将地下水从井点管内不断抽出 使原有地下水位降至坑底以下 4 直径50mm 长1 0 1 5米 管壁钻孔 13 19mm 外包两层过滤网 1 轻型井点设备1 管路系统 井点管 直径50mm 长5 7米 滤管 总管 直径100 127mm 每段长4米 弯连管 透明塑料管2 抽水设备 真空泵 轻型井点示意图 5 2 轻型井点布置 根据基坑平面形状 尺寸 深度 土质 地下水位高低 流向 降水深度 1 平面布置 单排布置 基坑宽度小于6米 降水深度不超过5米 布置在地下水上游一侧 两端延伸不小于基坑宽度 B 6 双排布置 基坑宽度大于6米 降水深度不超过5米 两端延伸不小于基坑宽度 环向排布置 基坑面积较大时 7 2 高程布置 一般不超过6米 井点管埋设深度 考虑安全H应加1 2滤管长度 若计算出的H值大于井点管长度 达不到降水深度要求 用集水井排水法挖去一层土再布置井点系统或采用二级井点 8 3 轻型井点计算 1 水井分类 根据地下水压力分 根据井底是否到达不透水层1 无压完整井水井布置在地下水上部为透水层 地下水为无压水 井底到达不透水层 承压井和无压井 完整井与非完整井 9 2 无压非完整井地下水上部为透水层 地下水为无压水 井底未到达不透水层3 承压完整井虑管布置在两层不透水层之间地下水有压力 井底到达不透水层4 承压非完整井虑管布置在两层不透水层之间地下水有压力 井底未到达不透水层 10 水位降落曲线 2 涌水量计算1 无压完整井涌水量计算 单井涌水量计算 总涌水量计算 各单井之和 H 含水层厚度 K 渗透系数R 抽水影响半径 r 水井半径S 水位降低值 x0 环状井点假想半径 F 井点系统包围的面积 11 H0 抽水影响深度H0 H 抽水影响深度H0 m 注 S 为井点管内水位降低深度 2 无压非完整井涌水量计算 12 3 井点管数量计算与井距确定1 确定井点管数量2 确定井点间距 Q 井点系统涌水量 q 单根井点管最大出水量 K 土层渗透系数 13 4 轻型井点施工与运行 1 施工顺序 挖沟槽敷设总管 冲孔沉设井点管 灌填砂滤料 弯联管连接总管 井点管 安装抽水设备 试抽 2 井点管埋设方法1 设水法 在井点管的底端按冲水装置 冲水下沉井点管 2 冲孔法 水管冲水后在沉井点管 3 套管法 套管 150 200mm 沉至要求深度 填砂 插入井点管 两管间填砂 拔套管 14 3 施工要求 1 检查井点管透水性2 试抽 检察管路质量 在井点口0 5 1 0米范围用粘土填塞3 连续抽水 做好纪录4 对附近原有建筑物进行观测 15 例1 1 某工程基坑开挖 如图 坑底平面尺寸为30m 15m 天然地面标高为 0 300 基坑底标高为 4 500m 基坑边坡坡度为1 0 5 土质为 地面至 1 800m为杂填土 1 800 7 200m为细砂层 细砂层以下为不透水层 地下水位标高为 1 000m 细砂层渗透系数K 18m d 采用轻型井点降低地下水位 求 1 轻型井点系统的布置 2 计算涌水量 井点管数量和间距 16 二 喷射井点1 工作原理 1 高压水井内 外管间的空间经杨水器测孔流向喷嘴 2 经喷嘴高速流入混合室 该室压力下降 形成真空 3 地下水被吸入混合室 4 由于截面扩大水流速度减小 使水压力上升 水经内管上升经总管排出 17 2 适用范围 1 降水深度6米以上2 渗透系数3 50m d的砂土 0 1 3m d的粘土3 施工顺序 安装水泵及泵的进出管 敷设进 出水总管 沉设井点管 接通回水总管 试抽 运行4 喷射井点计算 涌水量 井点管数与间距 轻型井点1 高压水泵的工作水流量2 高压水泵的工作压力 18 三 管井井点沿基坑周围 20 50米 设一个管井 每个管井设一台水泵抽水 适用 地下水量大的土层 土的渗透系数K 20m d 井点组成 管井 钢管 200 250 砼管 内径400 间距20 50米 深度8 15米吸水管 钢管或胶管 50 100 水泵 离心泵或潜水泵 19 四 截水当坑外降水可能危及周边环境安全时 宜采用截水的方法来控制地下水1 方法 设截水帷幕开挖前沿基坑四周设置隔水围护壁 挡水 支护 2 截水帷幕的类型 水泥土搅拌桩挡墙 高压旋喷桩挡墙 地下连续挡墙等3 为了阻止基坑内外的地下水相互渗流 落底式竖向截水帷幕的底部宜插入不透水层4 基坑内水量或水压较大时 在基坑内采用井点降水 20 5 当地下水层渗透性较强 厚度较大时 采用侧向截水与水平封底相结合的方案 化学注浆 旋喷注浆 21 五 回灌回灌井点就是在降水井点与要保护的已有建筑物之间打一排井点 在井点降水的同时 向土层中灌人一定数量的水 形成一道隔水帷幕 使井点降水的影响半径不超过回灌井点的范围 从而阻止回灌井点外侧的建 构 筑物下的地下水的流失 22 1 回灌的布置1 回灌井与降水井间距 6米 避免两井相通 2 回灌井的间距应根据降水井和被保护建筑物平面位置确定3 且同步进行 回灌井两侧设观测井2 施工要点1 埋设方法 质量要求同降水井点2 回灌量不宜超过原水位的标高 尽量保持平衡3 回灌井应设置高位水箱 靠水位差重力流灌4 回灌水应采用清水 避免孔眼堵塞 5 回灌井与降水井应协调控制 23 2 2基坑支护工程2 2 1结构支护选型1 常用的基坑支护结构类型 放坡 水泥土墙 地下连续墙 土钉墙 排桩1 水泥土墙 水泥搅拌桩 高压喷射注浆装2 地下连续墙 沿基坑周边浇注混凝土墙3 土钉墙 4 锚杆 5 排桩 钢板桩 型钢横挡板 钻孔灌注桩 人工挖孔桩 24 2 基坑结构选型的依据 1 支护结构型式的受力特点 适用范围 技术经济和工期等指标 2 基坑工程的现场条件 平面尺寸 开挖深度 工程地质与水文地质条件 周边环境3 施工机械设备和施工季节 造价 工期 25 3 结构支护使用条件 26 2 2 2基坑支护工程基本规定一 基坑支护工程的主要内容1 基坑勘测 2 支护结构的设计和施工3 土方的开挖和运输4 地下水位控制5 土方开挖过程中的工程监测和环境保护监测的目的 及时掌握支护结构的内力和变形情况 地下水位变化 基坑周围相邻建筑基础 地下管线情况 27 二 基坑支护工程的特点1 临时性2 技术综合性基坑支护工程是岩土 结构 施工 测试 环境保护等学科知识的综合应用3 不确定性有时勘察钻孔也无法探明局部特殊的地质和场地周边的实际情况4 地域性不同地区有不同的水文地质 工程技术经济条件 28 三 基坑设计基本规定1 设计极限状态 建筑基坑支护技术规程 规定分为以下两类 1 承载能力极限状态 对应于支护结构达到最大承载能力或土体失稳 过大变形导致支护结构或基坑周边环境破坏 2 正常使用极限状态 对应于支护结构的变形已妨碍地下结构施工或影响基坑周边环境的正常使用功能 29 2 基坑侧壁的安全等级根据破坏后果的严重程度分为一 二 三级 30 建筑地基基础工程施工质量验收规范 规定 基坑侧壁安全等级的划分标准一级 1 重要工程或支护结构作为主体的一部分 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化 近代优秀建筑 重要管线等需严加保护的基坑三级 开挖深度小于7m 且周围环境无特别要求的基坑 二级 除一级和三级基坑工程以外的 均属二级基坑 31 3 支护结构计算和验算1 按承载能力极限状态的设计要求 2 按正常使用极限状态的设计要求3 当场地周围有地表水汇流 排泄或地下水管渗漏时 进行下列地下水的控制和计算 A 根据基坑支护形式及其受力特点进行土体稳定性计算 B 基坑支护结构的受压 受弯 受剪承载力计算 C 当有锚杆或支撑时 应对其进行承载力和稳定性验算 安全等级为一级 对基坑变形有限定的二级建筑基坑侧壁 还应对基坑周边环境及支护结构变形进行验算 A 抗渗稳定性验算 B 基坑底突涌稳定性验算 C 根据基坑支护结构设计要求进行地下水位控制计算 32 四 制定基坑支护方案技术资料 六方面 1 工程地质和水文地质资料 1 场地土类型 结构特点 土层性质 2 基坑附近场地的填土 古河道 地下障碍物分布范围与深度及其对基坑的影响 3 场地浅层潜水 深部承压水的埋藏情况 土层的渗流特性及产生管涌 流砂的可能性 4 支护结构设计与施工所需的土 水等参数 5 针对工程实际情况 提出对基坑设计 施工 地下水控制 施工监测的建议和注意事项 33 2 基坑周边环境情况1 对周边建筑物 道路和地下管线的影响 2 周边建筑物 道路 地下管线对基坑施工影响 3 相邻建筑物的结构类型 层数 基础类型 埋深 上部结构现状 4 周边各类地下设施 管线道的分布和性状 5 场地周围和临近地区地表水汇流 排泄情况及对基坑开挖的影响程度 6 基坑四周道路的距离及车辆载重情况 34 3 拟建工程建筑 结构和基础的相关要求1 支护结构设计应与拟建工程的建筑 结构和基础设计相协调 2 了解地下室外墙 底板 边缘尺寸及外墙模板安装和外防水施工的要求 3 楼板标高 地下室出入口 管线接口位置 4 施工条件材料制作加工 临时设施 道路和出入口的位置 5 相关技术规范 规程和当地管理部门的有关规定6 类似工程的调研 35 2 2 3深基坑边坡支护的方法一 排桩深基坑开挖 当采取放坡大开挖或重力式支护结构措施可能都难以保证施工要求时 采用排桩 桩墙 或地下连续墙支护结构体系 排桩的施工工况 计算方法 1 按支撑体系与排桩 地下连续墙 的空间作用协同分析方法 计算支撑体系及排桩 地下连续墙的内力与变形 2 对悬臂和单质点结构可按静力平衡条件计算 计算单元 排桩中心距或单位计算宽度 连续墙 36 一 钢板桩计算 自由支撑单支点钢板桩计算1 桩底主动土压力2 桩底被动土压力3 计算桩崁固深度 t 先假定再验算确定 37 3 支杆反力4 计算最大弯矩 选择钢板桩截面 38 2 悬臂式钢板桩1 确定埋入深度hd2 当计算hd 0 3h取0 3h 3 由平衡条件计算最大弯矩4 计算板桩截面 39 3 堪固单支点钢板桩计算 1 堪固的概念 桩底无转角 位移 2 等值梁法的基本原理 ab梁一端固定 另一端简支弯矩图的正负弯矩在c点转折 若将ab梁在c点切断 并于c点置一自由支承 形成ac梁 则ac梁上的弯矩将保持不变 即称ac梁为ab梁上ac段的等值梁 40 Pb主动土压力强度 3 钢板桩计算1 计算作用于板桩上土压力强度 并绘出土压分布图 2 计算板桩墙上土压力强度等于零的点离挖土面的距离y 修正后的被动土压力系数 41 3 计算等值梁支座反力p04 计算等值梁支杆反力Ra 考虑受力不均1 35 1 45 求出Mmax选择钢板桩截面 K2取1 1 1 2 6 计算桩入土深度t K2取1 1 1 2 42 二 钢板桩施工1 钢板桩种类2 钢板桩打桩方法 单独打入法 方法 一端开始 逐块打入 中间不停特点 施工简单 速度快不需辅助支架 易向一侧倾斜 累计误差不易纠正 平整度难控制适用 板桩墙要求不高 板桩长度不大于10米 43 围檩 2 屏风式打入法 分段复打法 1 施工方法 设置由水平导梁和竖向围檩围檩桩间距2 5 3 5米 单 8 15米 单 每10至20快板桩组成一个施工段 先将两端板桩打入设计深度作为定位桩 然后按顺序打其它桩 每次以1 3 1 2高度接替打入 2 特点 防止桩倾斜 扭转 误差累计 利于闭合 不影响临近板桩施工 插桩自立高度大 44 3 钢板桩的拔除拔除钢板桩要研究拔除顺序 拔除时间以及桩孔处理方法 1 拔除的顺序一般与打设顺序相反2 拔桩方法 先用振动锤将锁口振活以减小拔桩的阻力 然后边振边拔 拔除钢板桩宜用振动锤或振动锤与起重机共同拔除 3 拔桩会带土和扰动土层 尤其在软土层中可能会使基坑内已施工的结构或管道发生沉陷 并影响邻近已有建筑物 道路和地下管线的正常使用 必须采取有效措施 4 对拔桩留下的土孔应及时回填 填砂或注浆 45 二 地下连续墙 一 地下连续墙的作用地下连续墙 就是在地面用专门的挖槽设备 沿着基坑的周边 在泥浆护壁的条件下 开挖一段 一个单元槽段 狭长的深槽 在槽内放置钢筋笼并浇筑水下混凝土 形成一段钢筋混凝土墙段 若将浇筑的混凝土墙段连成整体 则形成一道连续的钢筋混凝土墙体 具有截水防渗和挡土承重之用 作为基坑开挖的支护结构 还可以 二墙合一 即与主体结构合一作为建筑承重结构 46 二 地下连续墙的优点1 根据基坑的形状 划分不同的槽段单元 可做成各种形状的地下连续墙支护结构 2 施工无挤土 无振动 对周边环境影响小 3 适用于各种土层 除岩溶地区和承压水头很高的砂砾层必须结合其他辅助措施外4 操作人员易掌握 地下连续墙施工是单元槽段工艺程序的重复作业 5 可与逆做法施工相结合 加快了施工进度 缩短了工期 6 具有较好的支护和防渗性能 47 三 地下连续墙的缺点1 弃土与废泥浆的处理增加工程费用 如处理不当会造成对环境的污染 2 现浇 如只作为支护结构 则造价较高 3 地下连续墙表面不够光滑 4 墙段的施工精度 接头防渗性能有待于进一步提高 所以 地下连续墙作为支护结构 其工程造价高于钻孔灌注桩 水泥土搅拌桩 对其选用 必须经过全面的技术经济比较 48 四 地下连续墙的适用范围1 在软土地区适用于开挖深度超过10m的深基坑 2 在建筑物 地下设施密集地区且周边环境保护要求较高的深基坑 3 用于逆做法施工中的支护结构和主体结构相结合 两墙合一 49 五 施工工艺筑导墙 挖土成槽 清底换浆 吊放接头管 吊放钢筋笼 浇注混凝土 六 导墙1导墙的作用 1 为地下连续墙定线 定标高2 支撑挖槽机械 上部施工荷载 防止槽段上部塌方3 存储泥浆 稳定浆位2导墙的要求 深度 1 2米材料 砼 钢筋砼 厚50 250 净距 比成槽机宽3 5cm导墙高出地下水位1 5米导墙内侧制成间距2米 50 七 开挖机械1 多头钻 回转式 挖槽机以回转的钻头切削土体进行挖掘 钻下的土渣随循环的泥浆排除至地面 钻头数目有单头和多头之分 在地下连续墙施工中 一般使用多头钻回转式挖槽机 我国使用的SF 60和SF 80型多头钻 由机架 钻机 滑轮组 卷扬机 管道系统 测斜等部分组成 采用动力下放 泥浆反循环排渣 电子测斜纠偏适用范围 粉质粘土 砂土 砾砂 淤泥 特点 1 全断面钻进2 一次完成3 施工槽面平整 效率高 对周围建筑影响小 51 2 钻抓斗式挖槽机又称为挖斗式挖槽机 工作时它以斗齿切削土体 同时将土渣直接抓取运出槽外 挖掘能力强 工作效率高 适用范围 粉质粘土 小于300kPa砂土 中硬土 3 冲击式钻机通过机头的上下运动 将地基土壤冲击破碎 并借助泥浆将土渣携出槽外的挖槽机 适用范围 它不仅对一般土层适用 而且对卵石 砾石 岩层等地层也适用 52 八 墙槽开挖1慢速均匀钻进 严格控制垂直度 连续作业 2严格控制护壁泥浆高度3对有承压水 渗透水的地层及时调整泥浆稠度 防止水进入槽内 九 钢筋笼制作和安装1 制作 2 安装 1 清槽后3 4小时 中心对齐 2 吊至设计标高 用横担架起 十 浇注混凝土1采用水下混凝土得导管法进行2混凝土强度等级比设计提高5MPa 1 根据设计和槽段2 钢筋笼按墙段组成整体3 组装时应予留砼导管位置 53 十一 墙段接头1接头方法 2钢筋笼吊装前放入槽内 管壁涂抹润滑剂 3混凝土初凝前转动接头管4拔管 混凝土浇注后2 4小时首次拔管0 1米每隔30秒拔0 5 1米 54 2 2 4基坑土方开挖一 基坑挖土的形式1 放坡开挖当基坑深度较浅 周围无紧邻的重要建筑及施工场地允许时此时坑内无支撑 土方机械作业面宽敞无障碍 但如地下水位较高 必须采取降低地下水位的措施 55 2 直立壁无支撑开挖当基坑支护结构采用直立壁无支撑时 坑内无支撑 坑内土方机械作业面宽敞无障碍 常用的直立壁无支撑支护结构为重力式挡土结构 一般采用水泥土搅拌桩或粉喷桩 既挡土又止水 56 3 直立壁内支撑开挖当基坑支护结构采用直立壁内支撑时 内支撑将基坑空间划分成若干层 若干区格 则土方需分层开挖 机械作业面变小 运输道路布置难度增加 4 直立壁拉锚开挖土方需分层开挖 在土方施工过程中还需穿插拉锚施工 施工的进度受到拉锚施工的制约 57 二 深基坑开挖注意事项1 土方开挖顺序 方法应遵循 开槽支撑 先撑后挖 分层开挖 严禁超挖 的原则2 防止土体回弹变形过大减少暴露时间 防止地基浸水 3 防止边坡失稳1 不应在基坑边缘2 3m范围内堆土2 控制挖土速度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 易造成滑坡 58 4 防止桩位移和倾斜1 桩完毕后基坑开挖 应制订合理的施工顺序和技术措施止桩的位移和倾斜 2 在群桩基础的桩打设后 宜停留一定时间 待土中由于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 3 而且土方的开挖宜均匀 分层 尽量减少开挖时的土压力差 以保证桩位正确和边坡稳定 59 5 配合深基坑支护结构施工1 采用盆式挖土 先挖去基坑中心部位的土 周边留有足够厚度的土 以平衡支护结构外面产生的侧压力 2 要尽可能使支护结构均匀受力 减少变形 采用分层 分块 均衡 对称的方式进行挖土 60 三 基坑监测1 基坑工程监测的目的 确保基坑支护结和相邻建筑物的安全 检验设计 施工参数的正确性 优化设计施工 积累工程经验 为提高基坑工程的设计施工水平 61 2 基坑工程监测项目选择 62 3 基坑监测的基本要求如下 1 必须有计划地开展监测工诈 监测计划应根据图纸设计 业主要求 规范要求 基坑情况及周边环境等因素制定 2 监测数据必须真实可靠 监测仪器 人员 方法应科学可靠 3 监测数据应进行及时处理 及时反馈 4 采取多种监测手段 监测项目 使测试数据能相互校检 5 重要的监测项目设定预警值 建立报警制度 6 监测记录应完整 资料齐全 监测报告应规范 63 4 基坑监测内容 1 围护桩 墙 顶面的水平位移1 测点布置和埋设 围护桩 墙 顶面水平位移