浅述深基坑支护开挖过程中的若干问题-(论文)

精品资料浅述深基坑支护开挖过程中的若干问题耿伟（江苏建科建设监理有限公司）摘要：以正在参建的某深基坑工程为出发点，结合深基坑工程的定义、特点，围绕围护结构、支撑系统、土体开挖、基坑加固、工程监测和环境保护等方面，总结基坑支护开挖施工的质量控制要求。关键词：深基坑 桩撑支护结构 土体开挖 基坑降水 基坑监测 质量控制1.引言近年来，随着城市建设的快速发展，深基坑工程数量急剧增加，技术上也有了很大的进步。大量的工程实践积累了丰富的深基坑工程设计及施工经验，各地也出台相应的规范条文来指导深基坑工程的设计和施工。但在具体的项目实施过程中，对深基坑围护结构及支撑体系的选择、深基坑加固方法的选择及深基坑开挖过程中出现的一系列问题尚需进一步研究。2.深基坑定义基坑工程主要包括基坑支护体系设计与施工、基坑土方开挖，是一项综合性很强的系统工程。它要求岩土工程和结构工程技术人员密切配合。基坑支护体系是临时结构，通常在地下工程施工完成以后就不再需要。建设部“87号文”中有明确规定：一般深基坑是指开挖深度超过5m（含5m）或地下室3层以上（含3层），或者深度虽未超过5m，但地质条件和周围环境及地下管线特别复杂的工程。3.正在参建深基坑工程的特点3.1深基坑的围护结构及支撑体系深基坑的围护结构分为桩式和墙式2种，其中桩式围护结构又分为连续的板桩结构和分离的排桩结构2种。在无地下水或者允许坑外降水或者设置止水帷幕时均可采用分离的排桩结构。现参建工程基坑深度达到10m左右，综合考虑地质、环境、挖深等诸多方面的因素，本着“安全可靠，经济合理，技术可行，方便施工”的原则，本工程深基坑采用的支护形式为：3.1.1整个基坑采用钻孔灌注桩（分离排桩结构）加两层钢筋混凝土支撑进行支护（基坑内钢筋混凝土支撑由立柱桩进行承重），外侧采用单排650950三轴深搅桩进行止水。3.1.2电梯井位置采用水泥土重力式挡墙作为支护结构。3.2深基坑降水 基坑加固方法有降水、注浆、搅拌桩和旋喷法等，本工程采用的基坑加固方法主要是基坑降水，具体降水方法如下：3.2.1基坑内采用72口管井降低地下水位，基坑外侧布设12口观测井观测水位变化。3.2.2桩顶及基坑面设置排水沟、集水井对地表水及大气降水进行统一排疏。3.2.3基坑外围地表设置截水沟，防止雨水倒流入基坑内，且截水沟的水流入积水坑后由水泵抽出。3.3深基坑监测基坑在地下土方开挖和地下室施工期间须进行基坑监测工作。基坑监测是指导施工、避免事故发生的重要措施。本工程基坑监测的内容如下：3.3.1沿支护结构顶部每隔2025m布设一个水平位移监测点。3.3.2周围道路每隔2025m布设一个沉降监测点。3.3.3深层水平位移监测：在支护结构外侧土体中设置约20个深层水平位移监测点；测斜管深度超过支护桩底3.0m。3.3.4基坑周围建筑物每栋设置68个沉降监测点。3.3.5支撑立柱桩的沉/隆监测，在支撑立柱桩上间隔设置沉/隆监测点。3.3.6支撑轴力监测，在每层钢筋砼支撑各选择18个主撑断面进行轴力的监测；3.3.7坑外布置16口水位观测井，必要时兼作抽水井或者回灌井，按照抽水井要求进行施工。4.深基坑工程支护开挖过程中施工要求4.1深基坑支护桩（钻孔灌注桩）施工要求 泥浆护壁钻孔灌注桩的施工工艺统计一下，较细致的分类有12道程序。下面详细说明各道工序中的要求：1.全站仪定桩位：它是借助全站仪，利用所给设计图纸上的桩位坐标将各基桩点位测设到现场的具体位置并作标记（如打钢筋作出标记），测定的过程中，精确度是20mm（X、Y方向的偏差），在进行安装护筒工序之前还应进行复测桩位（即通过全站仪测出初测桩位钢筋位置的坐标）监理人员应进行旁站检查验收。2.安装护筒：护筒安装位置是其中心应于桩位中心钢筋标记处理论上的重合，误差（X、Y方向上偏差）应控制在50mm以内；护筒安装应牢固（埋设深度应足够），才能起定位，保护孔口，维持水位等作用。埋设要求详见JGJ94-2008建筑桩基技术规范第53页。3.向护筒内注入护壁泥浆：泥浆面高度应保证高于地下水位至少0.5m，以保证孔壁不至于坍塌，维持护壁的稳定性。GPS20型桩机图片一 GPS20型桩机图片二4.桩机就位：桩机移位需要一定的时间，根据现场场地条件的适合与否，桩机移位所需时间各不相同；桩机移位的过程即是转盘对中、整平的过程，此过程完成后，施工单位需使用水平仪及相关测量器具测量护筒标高及机高并在自检合格的基础上上报基桩开孔报验单，报监理单位人员现场检查验收，验收合格形成记录后方可开钻。5.开始钻孔：钻孔的过程中，桩机施工人员每换一节钻杆均需形成记录（记录前一节钻杆钻至尽头时间和后一节钻杆安装完成开始下钻时间，从主钻杆安装完成开动钻机开始计时）。6.继续钻孔：这一过程是排渣、清孔和护壁的过程。7.排渣：使泥浆浓度比满足护壁要求的同时使钻机正常下钻。8.清孔：保证终孔质量，使孔底泥浆残渣不至很厚。9.吊放钢筋笼：这一工序要从钢筋笼制作质量开始检查，钢筋笼制作、安装具体质量要求如下：质量应符合JGJ94-2008建筑桩基技术规范中第52页第6.2.5条规定的规定6.2.5钢筋笼制作、安装的质量应符合下列要求：1.钢筋笼的材质、尺寸应符合设计要求，制作允许偏差应符合表6.2.5的规定；表6.2.5 钢筋笼制作允许偏差项目允许偏差（mm）主筋间距10箍筋间距20钢筋笼直径10赶紧笼长度100 2.分段制作的钢筋笼，其接头宜采用焊接或机械式接头（钢筋直径大于20mm）并应遵守国家现行标准钢筋机械连接通用技术规程JGJ107、钢筋焊接及验收规程JGJ18 和混凝土结构工程施工质量验收规范GB50204 的规定； 3.加劲箍宜设置在主筋外侧，当因施工工艺有特殊要求时也可置于内侧； 4.导管接头处外径应比钢筋笼的内径小100mm 以上；5.搬运和吊装钢筋笼时，应防止变形，安放应对准孔位，避免碰撞孔壁和自由落下，就位后应立即固定。表6.5.1 钢筋焊接方法6.钢筋工程施工要求： 6.1钢筋笼制作允许偏差：主筋间距允许偏差不大于10mm，箍筋间距或螺旋箍筋螺距不大于20mm，钢筋笼直径不大于10mm，钢筋笼长度不大于50mm； 6.2钢筋笼在制作、运输及安装过程中应采取措施，以防止产生不可恢复的变形，并应设置保护层垫块，钢筋笼吊放入孔时，不到碰撞孔壁，就位后应立即固定；在钢筋笼入孔后，应进行第二次清孔，在测得回淤厚度和泥浆密度符合规定后半个小时内，必须灌注砼；灌注砼应连续以确保砼的强度和密实性；在灌注砼时应采取措施控制钢筋笼的垂直位置； 6.3支护桩体主筋应插入圈梁内不小于圈梁高度；且圈梁施工前应将支护桩桩顶浮浆清理干净； 6.4圈梁与钢筋砼支撑节点处支撑主筋均应锚入圈梁内不小于35d； 6.5分段制作的钢筋笼，其接头宜采用焊接连接，焊接方法见表6.5.1，并遵守混凝土结构工程施工质量验收规范GB50204-2002 .其中主筋接头采用焊接时，主筋接头应间隔错开35d且间距500mm；同一截面上钢筋接头面积不得超过钢筋总面积的50%，加强环箍必须点焊为封闭箍，且必须与主筋焊接；螺旋箍筋必须与主筋点焊； 6.6钢筋焊接施工之前，应清除钢筋、钢板焊接部位以及钢筋与电极接触处表面上的锈斑、油污、杂物等；钢筋端部当有弯折时、扭曲时，应予以矫直或切除； 6.7桩体钢筋保护层厚度应符合设计和规范规定，一般为50mm，为保证这一厚度，制作钢筋笼时应设置长度4050mm的定位环或垫块等。10安装砼导管：灌注砼导管的安装，需要较长的时间，安装完成后，通过泥浆循环工艺进行二次清孔。11.二清：二次清孔的简称，本次清孔相对于一次清孔而言（清孔主要是为了护壁，以防止孔壁坍塌），二次清孔是为了排出孔底沉渣（沉渣厚度工程桩和立柱桩要求均不应超过50mm，支护桩不应超过150mm）。说明：第一次清孔，护壁作用的泥浆比重为1.201.25，泥浆比重大点有利于形成泥浆薄皮从而起到护壁作用；泥浆比重太小则无法保证泥浆薄皮的形成，进而无法护壁；第二次清孔的目的是排渣，泥浆比重应该控制在1.15左右，太大的话，排渣效果不好，浪费时间且无法保证排渣质量。12.砼灌注：灌注砼应在二清验收合格后半个小时以内进行，且砼应连续浇筑，每根桩的浇筑时间不得大于砼的初凝时间；钻孔灌注桩排桩宜采取间隔施工，并应在灌注24h后进行邻桩成孔施工；。护筒（上）及主钻杆（下） 灌砼导管（上）及副钻杆（下）4.2三轴深搅桩施工要求4.2.1深基坑外围可选用三轴深搅桩作为止水帷幕；深基坑电梯井位置可选用三轴深搅桩作为挡墙支护结构；三轴深搅桩纵向、横向搭接长度等桩身参数，深搅桩选用的水泥品种及强度等级、水泥掺入量、水灰比、28d单轴无侧限抗压强度等均由设计根据工程实际情况确定。4.2.2施工第一批桩（不少于3根）必须在监理人员监管下施工，以确定实际水泥投放量、浆液水灰比、浆液泵送时间、搅拌下沉及提升时间、桩长以及垂直度控制方法，以便确定三轴深搅桩的正常施工控制标准。4.2.3三轴深搅桩应错开搭接，桩与桩的搭接时间不宜大于24h，若因故超时，搭接施工中必须放慢搅拌速度保证搭接质量；若因故时间过长无法搭接或者搭接不良，应作为冷缝记录在案，并经监理单位和设计单位确认后，采取在搭接处补做搅拌桩或旋喷桩等技术措施，确保搅拌桩的施工质量；三轴搅拌机下沉速度与搅拌提升速度应控制在0.50.8m/min范围内，并保持匀速下沉与匀速提升。搅拌提升时不应使孔内产生负压造成周边地基沉降。4.2.4因故搁置超过2h以上的搅拌浆液，应作为废浆液处理，严禁在用；施工时应保证前后台密切配合，禁止断浆；如因故停浆，应在恢复恢复压浆前将三轴搅拌机下沉0.5m后再注浆搅拌施工，以保证搅拌浆的连续性。4.2.5三轴深搅桩施工时应保证三轴深搅桩桩位允许偏差50mm，桩体垂直度允许偏差1/160，桩底标高允许偏差+100mm、-50mm，桩径允许偏差10mm。4.2.6三轴深搅桩施工一周后进行开挖检查或采用钻机取芯等手段检查成桩质量，若不符合设计要求应及时调整施工工艺；成桩后的水泥土搅拌桩的桩身强度应采用试块试验，28d龄期后钻孔取芯等方法综合确定。4.3基坑土方开挖施工要求4.3.1土方开挖前施工单位应编制详细的土方开挖的施工组织设计，并取得维护设计单位和相关部门的认可后，方可以实施，且应严格按照施工组织设计中的施工方案实施；有关单位应对各种可能发生的情况进行预估和对策分析，制定详细可行的施工应急措施和方案。4.3.2土方开挖前，应充分了解周边各有关道路、管线等设施的保护要求；开挖过程中，应充分重视基坑监测数据，并及时根据监测数据调整施工方案或流程，强调信息化施工。4.3.3当支护结构施工完成并达到设计强度（如钻孔灌注桩、钢筋砼支撑、水泥土搅拌桩养护28d）后方可进行土方开挖。4.3.4对于深基坑开挖面积较大，土方开挖应针对平面布置及后浇带位置，合理的分块。通过分块分层开挖，避免大面积开挖造成基坑移位过大，减小基坑开挖的风险。4.3.5在开挖过程中应充分考虑时空效应规律：遵循分区、分块、对称、平衡的原则，采用阶梯式多级分层放坡开挖，每次开挖深度不得大于2m，阶梯平台宽度不得小于15m，坡度1：2.0,且上下两阶挖土间隔不小于5d；挖土机械的通道布置、挖土顺序、土方驳运以及材料的堆放应以避免引起对维护结构的不利影响为原则，支撑段土方的开挖应遵循“先撑后挖，分层开挖，严禁超挖”以及“大基坑，小开挖”的原则。 4.3.6土方开挖应在支护结构（如支护桩、支撑、压顶梁和围檩）强度达到设计要求后进行，挖至坑底标高后进行局部深坑处理并尽快施工承台及基础底板，尽量减少基坑暴露时间以及有效控制围护结构变形。4.3.7开挖时严格控制标高，严禁超挖。基底设盲沟加强施工期间地下水排引，防止地基土被地下水浸泡；基坑底面标高以结构专业设计图纸为准；开挖到位后满堂作砼垫层（至支护结构边），然后再局部人工掏挖电梯井和集水坑等坑中坑，承台应采用逐个开挖、砖砌外膜护壁，不得大面积开挖。4.3.8基坑开挖及地下室施工期间，应注意挖土机械不得损坏支护结构等，基坑周围严禁堆土或其他荷载，超载控制在20KN/M2以内；挖运土机械必须按指定的路线行驶，严禁乱停乱走。不得在支护结构顶部碾压，当挖土及从支护结构上面经过时，支护结构上应铺设垫层、路基箱等保护措施；开挖时注意保护已经施工的工程桩、管井及监测点，不得碰撞立柱、管井等，并沿立柱、管井等四周均匀下挖，高差不得大于2m。4.3.9如挖土机械需在支撑上行走，必须覆土800mm并铺设走道板，架空于支撑上方，但不得在底部掏空的支撑构件上行走与操作。4.3.10开挖期间如遇漏水以及支护结构变形超过允许值的情况，应立即停止挖土，并积极配合抢险工作。4.4钢筋混凝土支撑体系施工要求4.4.1支撑、圈梁、围檩及立柱砼等级跟据设计图纸确定，为缩短砼养护期，砼支撑、砼围檩及砼圈梁中可添加早强剂；因为砼支撑杆件几何尺寸较长，为防止砼支撑杆件收缩变形，应在砼支撑中加入膨胀剂。4.4.2钢筋砼支撑和圈梁应同时浇筑，砼支撑浇筑时不得设缝。4.4.3圈梁和钢筋砼支撑保护层厚度宜为35mm。4.4.4支撑安装的允许偏差应符合以下规定：a.钢筋砼支撑截面尺寸：+8MM -5MM；b.支撑中心标高及同层支撑顶面的标高差：30MM；c.支撑两端的标高差：不大于20MM及支撑长度的1/600；d.支撑的挠度：不大于支撑长度的1/1600；e.立柱垂直度：不大于基坑开挖深度的1/300；f.支撑和立柱的轴线偏差：不大于50MM；g.支撑水平轴线偏差：不大于30MM。4.4.5钻孔灌注桩作为立柱桩时，主筋保护层厚度为50MM，桩底成渣不宜超过50MM。4.4.6立柱桩上部采用钢格构柱（钢管）时，其插入钻孔灌注桩中不应小于3M，插入深度应严格控制，误差小于50MM；钢格构（钢管）立柱垂直度误差小于等于基坑开挖深度的1/300；定位误差小于等于20MM，应与灌注桩主筋进行可靠焊接，并进行整体吊放。4.4.7立柱下段为钻孔灌注桩或利用工程桩时，钻孔灌注桩桩顶标高应为该立柱位置处结构垫层底部标高，灌注桩实际灌注砼高度应比设计桩顶标高高出5%的桩长，且不小于2M，以保证设计桩顶标高以下砼强度等级符合设计要求。4.4.8立柱桩应避开柱、地梁、地下室墙及小型承台等，如相矛盾，立柱位置只能沿支撑轴线方向移动。4.4.9立柱施工完成后，钢管立柱与钻孔壁的间隙应及时采用砂夹碎石填充密实。4.4.10在浇筑底板前，必须将止水钢板和钢格构（钢管）立柱焊接。4.5深基坑降水系统施工要求4.5.1基坑采用管井进行减压降水，管井成孔直径、井管规格等相关参数由设计根据具体情况确定；基坑外要设置观测井进行水位观测，观测井结构构造等技术参数与降水井相同，观测井工作属性及数量要视止水帷幕施工质量、周边环境情况以及基坑开挖渗漏和变形情况等综合确定。4.5.2井管周围必须填充有合适级配和磨圆度较好绿豆砂，严禁采用棱角状石渣料、风化料或其他粘质岩石；严格控制填滤料的规格，滤料应保证不均匀系数小于2，保证水井出清水，防止水井淤塞和坑外掏空。另外，应保证管井的施工质量，钻进时尽量采用清水和稀泥浆液，保证水井的出水量。成井后应立即进行洗井，可用空压机自下而上洗至水清、井底不曾在泥砂为止，洗井后安装水泵并进行单井试抽，并做好工作压力、水位及抽水量的记录。如果较长时间未开挖，管井应保证每天抽水直至抽出清水后再抽12小时方可停止；每口井应选用2台水泵（12M3/h），水泵应置于设计深度，水泵吸水口应始终保持在动水位以下，整个基坑内的降水井内水位必须位于坑底下2.5M。4.5.3管井施工前应进行抽水试验抽水试验以确定渗透系数、单井出水量、降水影响半径等设计参数。4.5.4基坑内可采用“明沟加集水坑”进行疏干排水；排水沟间距根据实际情况确定，排水沟宽度350MM，深度300MM500MM，排水沟坡度1%；要求排水沟离坡脚1.0M以上；坑顶做好“截水沟”排水系统，及时排除雨水及地面流水；如在雨季施工，必须准备好足够的抽水设备，做到雨水能及时排除。4.5.5基坑开挖前应提前2周进行降水，确保基坑开挖面无明水。4.5.6坑外观测井数量、具体位置及工作属性视止水帷幕施工质量、基坑开挖后渗漏情况及基坑支护检测情况综合确定；按抽水井要求进行施工，土方开挖和地下室施工期间坑外水位控制在地面以下2M左右。4.5.7降水单位在基坑开挖期间每天测报抽水量及坑内外地下水位，降水井水位稳定后每日观测水位的变化，如发现水位变化大于0.5M/d的迹象，应及时通知建设、设计、监理等相关单位，分析原因并查找渗漏点。4.5.8为保证连续降水，防止断电影响，现场应配备相应功率的发电机。4.5.9基坑降水需经过主体结构设计人员的同意（满足抗浮要求）后才能封井。4.5.10管井应避开柱、地梁、地下室墙及小型承台等，如相矛盾经设计人员同意后做适当的移位。4.6深基坑监测要求4.6.1所有测试点、测试设备需加强保护，以防损坏。4.6.2量测周期：基坑土方开挖到地下室侧壁回填。4.6.3监测单位需及时向设计人员、业主、监理和施工单位提供监测结果。4.6.4在土体开挖前，须对周边环境作全面调查，掌握监测对象的初始状况。4.6.5埋入测斜管应保持垂直，沉降标点应埋在坚实土体中，并做好保护措施。4.6.6深层位移、沉降等观测项目在基坑开挖期间一般每12天观测一次，开挖期间如变化速率较大时应增加观测频度；每次观测数据要及时填入规定的记录表格、绘制成相关曲线，并要根据已有数据对其作出发展趋势分析，对基坑是否安全做出评估，编制及时报告。4.6.7当监测项目数值出现急剧变化时，应向有关各方报警，提出处理建议，以保证基坑安全。4.6.8基坑监测单位应根据设计要求编写施工组织方案，监测单位制定的具体的监测方案须经设计人员认可后方可实施。4.6.9基坑监测控制要求如下：a.支护结构：桩身水平位移速率2mm/d；位移总量0.3%挖深；b.周围道路的沉降速率2mm/d，累计沉降量0.2%挖深；c.建筑物差异沉降2/1000；d.立柱桩沉/隆速率0.5mm/d，累计沉/隆量10mm；e.支撑轴力和桩身应力监测：小于设计值的80%；f.坑外水位下降深度小于0.5m/d，累计小于1.5m。4.7深基坑支护开挖质量检测要求支护结构施工及使用的原材料、半成品应遵照有关施工验收标准进行检验，对怀疑的构件应进行如下方面的检测：4.7.1水泥土桩质量检测要求：水泥土桩在成桩后3d内，用轻型动力促探（N10）检查桩身质量，检查数量为总数的2%，且不少于5根。当怀疑桩身有问题时，应在成桩28天后取芯作抗压试验。4.7.2砼灌注桩质量检测要求：采用低应变动测法检测桩身的完整性，检测数量不宜少于总桩数的10%，且不得少于5根；当根据低应变动测法判定的桩身缺陷可能影响桩的水平承载力时，应采用钻芯法补充检测，检测数量不宜少于总桩数的2%，且不得少于3根。4.7.3钢筋砼支撑结构的检测要求:当对钢筋砼支撑施工质量有怀疑时，宜采用超声波探伤等非破损方法检测，检测数量根据现场情况确定。4.7.4其他要求：上述3条中未涉及事项可以参照各地方主管部门相关规范性文件。5.深基坑支护开挖过程中环境保护5.1环境事故由于基坑开挖会导致基坑周围建筑物和地下管线原条件及状态的改变，那么由此容易造成的质量事故主要有：基坑降水造成的地面沉降、建筑物的差异沉降、断桩、坑壁土流动和坑底隆起而造成的基坑地面沉降、支护结构整体倒塌、支护结构整体失稳大变形。5.2防治措施目前对基坑周围的环境保护已经积累了很多经验，例如选用刚度大的围护结构，进行基坑内外的地基加固以提高土体抗变形能力，对基坑近旁的建筑物和构筑物进行基础加固或地基处理，在基坑及建筑物之间设置隔断桩或隔断墙以及注浆保护等。6深基坑支护结构型式常见的深基坑支护结构形式有排桩支护、地下连续墙支护、水泥土挡墙支护、钢板桩支护、土钉墙支护、逆作拱墙支护、基坑内支撑支护等。各种型式的优缺点及适用范围详见表1。表1 常用深基坑支护结构特点支护结构型式优点不足适用范围水泥土重力式挡墙造价相对较低；具有挡土和止水双重功效；施工便利，对环境影响较小，工期也较短。对周围建筑物、道路及管道设施安全存在潜在威胁；受深度限制较大，不适用支护深度较深的基坑支护。基坑侧壁安全等级较低，深度较浅的支护；施工场地