深基坑工程方案设计及案例分析-1课件

1、深基坑工程方案设计及案例分析河南省电力勘测设计院 张石友注册土木工程师（岩土） 2011年11月主要内容一、概 述二、深基坑工程的技术要求及技术难点三、深基坑工程方案设计四、深基坑工程设计文件及审查五、深基坑工程失效模式及案例六、火电厂深基坑工程案例分析七、深基坑工程领域的进展一、概 述1.深基坑工程定义2.相关规范及资料3.深基坑工程在我国的发展1.深基坑工程定义建质200987号文：开挖深度超过5m（含5m）的基坑（槽），及开挖深度虽未超过5m，但地质条件、周围环境和地下管线复杂，或影响毗邻建筑（构筑）物安全的基坑（槽）的土方开挖、支护、降水工程。百度百科：为保证基坑施工、主体地下结构的安

2、全和周围环境不受损害而采取的支护结构、降水和土方开挖与回填,包括勘察、设计、施工和监测等，称为基坑工程，是一项综合性很强的系统工程。 高大钊：深基坑工程是指包括基坑开挖、降水、支护结构设计、施工与监测在内的总称。返回 随着基坑的开挖越来越深，面积越来越大，基坑围护结构的设计和施工越来越复杂，所需要的理论和技术越来越高，远远超越了作为施工辅助措施的范畴，施工单位没有足够的技术力量来解决复杂的基坑稳定、变形和环境保护问题，研究和设计单位的介入解决了基坑工程的理论计算和设计问题，由此逐步形成了一门独立的学科分支基坑工程。 深基坑工程涉及结构工程、岩土工程和环境工程等众多学科领域，综合性高，影响因素多

3、，设计计算理论还不成熟，在一定程度上还依赖于工程实践经验。因此，注重对已有工程成功经验的积累，总结失败教训，对减少基坑工程事故、减轻或消除基坑开挖对周围环境的不良影响非常重要。危险性较大的分部分项工程安全管理办法（建质200987号文） 仅适用于房屋建筑和市政基础设施工程河南省建筑边坡与深基坑工程管理规定（试行）（豫建201025号） 2010.3 适用于河南省行政区域内边坡与基坑工程河南省建筑边坡与深基坑工程设计方案评审办法 2010.4 适用于河南省建筑边坡与深基坑工程基坑工程手册（第二版）2009深基坑工程（电子版课件）高大钊 2011.9返回3.深基坑工程在我国的发展 在我国，深基坑工

4、程是最近20多年中迅速发展起来的一个领域。之前的几十年中，由于建筑物的高度不高，基础的埋置深度很浅，很少用地下室，基坑的开挖一般仅作为施工单位的施工措施，最多用钢板桩解决问题，没有专门的设计，也并没有引起工程界太多的关注。 20多年来，由于高层建筑、地下空间的发展，深基坑工程的规模之大、深度之深，成为岩土工程中事故最为频繁的领域，给岩土工程界提出了许多技术难题，也是岩土工程中发展最为活跃的领域之一，成为岩土工程的技术热点和难点。二、深基坑工程的技术要求及技术难点 1.深基坑工程的功能要求 2.环境保护与处理相邻关系的要求 3.总体要求 4.技术难点 1.深基坑工程的功能要求a.挡土功能 为地下

5、室施工创造安全的施工面b.止水功能 为地下室施工创造干燥的施工面c.作为地下结构外墙的使用功能 地下室施工结束后成为地下室的结构外墙2.环境保护与处理相邻关系的要求a.控制围护结构位移和坑底隆起对环境的影响 通过减小变形保护相邻建筑物b.控制降低地下水位对环境的影响 减少坑外地下水位的变化c.控制土锚对相邻场地的影响 保护相邻场地的地下资源的使用权三、深基坑工程方案设计 1.深基坑工程设计阶段 2.深基坑工程方案设计内容 3.深基坑工程设计的依据 4.深基坑工程方案设计讨论 设计的基本技术要求 ：安全可靠 、经济合理 、技术可行、施工便利 基坑工程手册1.4.11.深基坑工程设计阶段 深基坑工

6、程设计一般分为总体方案设计和施工图设计两个阶段，总体方案设计的任务是根据主体工程的性质和对地下室的使用要求、场地工程地质和水文地质条件、相邻环境对基坑施工的制约程度等因素，选择合适的围护结构与支撑体系、协调基坑工程与主体工程的关系、控制环境质量，为施工图设计和基坑施工组织计划提供控制性方案。3.深基坑工程设计的依据 深大基坑的设计是一项综合性的设计工作，它与上部结构（包括地下室）设计、工程地质勘察、地下室施工方案以及周围的自然环境、工程环境和社会环境都有密切的关系，因此，在基坑工程设计时必须具备下列几个方面的资料：主体结构设计条件 工程地质勘察报告地下障碍物调查环境调查资料（开挖深度3倍范围内

7、）基坑周边地区建筑物情况（开挖深度2倍范围内周边荷载情况）基坑周边地区市政设施情况基坑周边地区道路情况基坑工程施工条件相关规程规范、法律、规定相关的规划文件、批复文件当地经验4、深基坑工程方案设计讨论1）开挖方案的选择2）选择围护结构的类型3）支锚体系的选择4）支撑的平面布置5）支撑和锚杆的竖向布置6）立柱的设置7）降水设计1）开挖方案的选择a.两大工艺体系： 放坡大开挖 支护系统b.放坡开挖 喷锚支护方案 土钉墙方案 锚索支护方案c.无支撑开挖 重力式挡墙 悬臂式挡墙 锚固式挡墙d.有支撑的开挖 分层开挖、支护法 中心岛法 e.组合型的开挖方案 立面组合 平面组合【基坑工程的支护结构不得超出

8、用地红线，必须超越红线时应征得相邻地块业主的同意豫建201025号】返回底板地下室梁板支撑2）选择围护结构的类型 确定了开挖方案以后，根据开挖方案的要求选择围护结构，选择围护结构时应考虑开挖深度、地质条件、地下水条件、施工条件和工程要求等因素综合确定。从总体来说，围护结构按材料和施工方法大体分为三种基本类型：水泥土搅拌桩排桩式围护结构地下连续墙 其它形式：灌注桩加强的搅拌桩墙体双排桩格形地下连续墙组合型的重力式围护结构 在不具备采用锚杆体系的条件时，才考虑采取内支撑体系，但内支撑对坑内挖土和浇筑地下室的干扰比较大，在选用支撑的材料和形式时要根据施工要求，采取合适的布置方案，尽量减少对坑内施工的

9、干扰。 按深基坑支撑的受力特征，支撑体系实际上是一个空间体系，但设计时通常将它分解为平面支撑体系和立柱分别计算；对于开挖深度不大的基坑或基坑的某些局部，可以布置竖向斜撑或竖向斜撑体系。 4）支撑的平面布置 支撑的平面布置时应考虑支撑材料的性质、基坑的开挖深度、基坑面积大小与平面形状、挖土与出土方案以及环境对变形控制的要求等因素，通常应考虑几种不同的布置方案进行比较、论证，选择最佳方案采用。钢支撑和钢筋混凝土支撑的材料刚度和节点构造有较大的差异，平面布置时考虑问题的侧重面也不相同。6）立柱的设置 立柱是内支撑体系的竖向受力杆件，承受内支撑体系的重量，为了保持支撑体系的稳定，应具有一定的刚度和强度

10、，并和支撑在节点处固定连接以形成支撑体系的整体刚度。 a. 立柱采用角钢制成的格构式结构；b. 立柱必须牢固安置于立柱桩中；c. 立柱桩必须满足承载力和变形的要求；d. 支撑与立柱的连接构造；e. 立柱与底板的防水措施；7）降水设计 降水是在地下水位比较高的地区进行基坑工程设计时面临的一个重要问题。采取何种方案主要取决于水文地质条件及周边环境的要求。从施工来说则要求提供一个比较干燥的坑内施工环境，为此应使地下水位低于基坑底面0.51.0m左右。如地下水位高于这个位置，需要采取降水的措施，降水的方法很多，都可以达到这个目的。 降水设计内容a. 降水设计要求b. 降水方法的选择c. 降水井的布设d

11、. 降水系统设计e. 降水效果预测f. 防范井点降水不良影响的措施 降水设计要求a. 基坑开挖及地下结构施工期间，地下水位保持在基坑底以下0.51.0m；b. 深部承压水不引起坑底隆起；c. 降水期间邻近建筑物及地下管线正常使用；d. 基坑边坡的稳定性。 降水方法的选择 平面布设a. 坑宽小于6m，深度小于6m时，一般可用单排井点；b. 坑宽大于6m时，宜采用双排井点；c. 基坑宽度小于40m时，采用环形井点系统；d. 基坑宽度大于40m时，采用多环形井点，在中央加一排或多排井点。 降水系统设计包括井深、井数、井距、井的结构及单井出水量的计算。需要根据不同的水文地质条件、基坑工程特点和降水的要

12、求，区别不同的渗流特征，采用不同的方法进行设计计算。选择降水方案时应考虑以下几个问题：a. 基坑降水深度的要求；b. 场地地质条件，土层的渗透特性，地下水的类型、流向和补给条件；c. 环境条件，场地周围的建筑物和市政管线的位置、类型、对沉降的要求；d. 气象条件，雨季、特别是暴雨季节和暴雨量；e. 施工单位所拥有的降水设备和数量；f. 电源条件，需保证有稳定的电源或备用电源，以免断电时基坑积水而坍塌。目录四、深基坑工程设计文件及审查1.设计方案（方案设计阶段） 2.设计文件及图纸（施工图设计阶段）3.深基坑工程安全专项施工方案（施工准备阶段 ）4.基坑工程的监测方案 1.设计方案方案设计阶段

13、设计方案应包括支护结构、土方开挖、降排水措施、地表水的排泄与疏导、环境保护、监测、应急措施等内容，工程设计计算和分析必须符合有关规范的要求。设计方案审查：（以河南省为例） 由河南省建筑边坡与深基坑工程专家委员会组织评审的范围：1.基坑开挖深度超过7m（含7m）； 2.基坑开挖深度虽未超过7m，但根据现行国家标准建筑地基基础工程施工质量验收规范GB50202划分标准基坑安全等级为二级及以上的基坑；3.工程所在地为湿陷性黄土的基坑工程根据现行行业标准湿陷性黄土地区建筑基坑工程安全技术规程JGJ167划分标准基坑安全等级为二级及以上的基坑。 其它深基坑工程设计方案的评审由各市住房城乡建设管理部门或其

14、委托机构组织实施。 2.设计文件及图纸施工图设计阶段 设计文件及图纸应明确提出避免对周围环境和邻近建（构）筑物、道路、管线等可能产生不利影响或造成损害的技术要求和措施；必须注明支护结构、周边重要建（构）筑物、重要管线及周边土体的控制变形值以及坡顶堆载的限制值、设计使用期限。 设计文件主要内容详见河南省建筑边坡与深基坑工程设计方案评审办法。设计文件复核：（以河南省为例） 设计单位应当根据专家委员会的评审意见，对设计方案进行修改、优化后出具正式施工图纸，并由专家委员会复核。3. 深基坑工程安全专项施工方案 施工准备阶段 专项施工方案是指施工单位在编制施工组织（总）设计的基础上，针对深基坑工程单独编

15、制的安全技术措施文件。（施工前由总承包单位或专业承包单位编制）审查： 对专项施工方案，施工单位应组织不少于5人的专家组进行论证审核，并根据审查报告进行完善，最终方案须经施工企业技术负责人、相关专业承包企业技术负责人、监理单位总监理工程师、建设单位项目负责人签字后方可实施。深基坑4. 基坑工程的监测方案 监测单位（不得与施工单位有隶属关系）应当根据国家现行规范、工程场地的勘察报告、设计文件、专项施工方案等制定监测方案。评审及论证：（以河南省为例） 视具体情况，同设计方案一同评审或进行专门论证。目录五、深基坑工程失效模式及案例1、深基坑工程失效模式a. 整体失稳 b. 坑底隆起 c. 围护结构倾覆

16、失稳 d. 围护结构滑移失稳 e. 围护结构底部地基承载力失稳 f. “踢脚”失稳 g. 止水帷幕功能失效和坑底渗透变形破坏h. 围护结构的结构性破坏i. 支、锚体系失稳破坏 高大钊2、深基坑工程失效案例事故分析：破坏形态：后仰、折断；侧面往坑内涌土，底部涌土情况不明；钢支撑与连续墙之间没有围檩，只能承受压力，不能受拉；连续墙钢筋混凝土存在严重质量问题，被剪断；主要原因：超挖和没有坑底加固。吸取教训：岩土工程，特别是基坑工程，特别需要重视地质条件，尊重当地的经验；设计、施工都不能生搬硬套其他地区的工程经验；任何重大事故，都有先兆和预兆，布置监测的目的是为了防微杜渐，及时纠错；监测的作假，将施工

17、单位的错误暂时掩盖了，但隐瞒了数据，失去了最佳的纠错时机，终成大祸；工程的速度与造价取决于工程自身的规律，不尊重自然规律，行政过度地干预技术；地下连续墙的垮塌基坑开挖边坡失稳土钉墙的垮塌3.深基坑工程事故频发的原因l)地质勘察资料、对周边环境的调研等设计所需的相关资料错误、不详、缺失等；2)设计方案有缺陷，可能是建设单位修改原设计，或是设计人员理论计算错误或工程经验不足，也可能是设计条件发生变化后没有及时进行设计变更等；3)设计理论存在欠缺，岩土工程设计尚处于半理论半经验状态；4) 施工中所用材料质量没有达到设计要求.5)没有按图施工。目录六、火电厂深基坑工程案例分析1. 驻马店热电厂汽车卸煤

18、沟及翻车机 室深基坑工程2. 漯河热电厂翻车机室深基坑工程3. 新密电厂二期汽车卸煤沟及翻车机室深基坑工程4.华电渠东电厂翻车机室深基坑工程1.驻马店热电厂汽车卸煤沟及翻车机室深基坑工程设计条件 驻马店热电厂工程汽车卸煤沟基础埋深约12.0m，翻车机室基础埋深约17.0m，该场地地基土均为粘性土，地下水稳定水位在2.0m左右。水位埋深浅，需采取降水措施，由于场地条件限制（距围墙约3.0m），不能放坡开挖（土方量也太大），需要采取支护措施。方案设计 两基坑均采取1：0.3坡率开挖，采用管井降水，沿基坑四周线形布置，井深2530m，井径400600mm，出水流量1525m3/h；支护采用锚杆+锚索

19、+混凝土面层（厚10cm）方案，采用1.21.2m方格网布置，10m以上采用锚杆，长9.012.0m，10m以下采用一层锚杆+一层锚索间隔布置，锚索长25.0m。锚杆（索）平面布置图锚杆（索）设计图汽车卸煤沟翻车机室效果： 深基坑施工过程中，坑壁稳定、施工顺利，未出现任何质量、安全事故，效果良好，对周围环境无明显影响。评述： a.在不具备放坡开挖的条件下，采取放坡+锚杆（索）支护方案，较采取围护结构开挖缩短工期、节约费用、便于施工； b.在全部为粘性土的地基中，采用管井降水方案，并取得成功，有一定的突破性； c.降水方案未考虑锚索施工； d.锚杆（索）伸出用地红线，违反了相关规定，为将来处理相

20、邻关系埋下隐患；2.漯河热电厂翻车机室深基坑工程设计条件 漯河热电厂工程翻车机室基础埋深约17.4m，该场地地基土为粘性土夹薄层粉土，地下水稳定水位在2.0m左右。水位埋深浅，需采取降水措施，场地具备放坡开挖的条件，但土方量较大。方案设计 深基坑采用三级放坡开挖，坡率采取1：1，开挖土方量约6万m3；采用管井降水，沿基坑四周线形布置，井深25m，井距12m，井径400mm，共24口井，拟采用两级降水方式（根据需要）。翻车机室效果： 深基坑施工过程中，坑壁稳定、施工顺利，未出现任何质量、安全事故，效果良好，对周围环境无明显影响。评述： a.在具备放坡开挖的条件下，优先选用放坡开挖，较采取围护结构

21、开挖缩短工期、节约费用、便于施工； b.在粘性土夹薄层粉土的地基中，采用管井降水方案，并取得成功，有一定的借鉴意义； c. 放坡开挖土方量较大，应合理布置施工作业面。3.新密电厂二期汽车卸煤沟及翻车机室深基坑工程设计条件 汽车卸煤沟基础埋深约12.0m，翻车机室基础埋深约16.0m，该场地地基土以粉土为主（上部为黄土状粉土），地下水稳定水位在8.010.0m左右。水位埋深相对较浅，需采取降水措施，场地具备放坡开挖的条件，但土方量较大。方案设计 两基坑均采用放坡大开挖的方式，分两阶放坡，第一阶为原地面至-5.2m，坡率为1：1，在-5.2m处设置1.5m宽平台。第二阶为-5.2m到基坑底，坡率仍

22、为1：1。在-5.2m的平台处进行管井降水，沿基坑四周线形布置，管井埋深至基坑底面以下5m，共2428口井。为保证边坡的稳定和安全，对-5.2m以下坡面采用钢丝网挂抹1：2水泥砂浆的保护措施。管井降水平面布置图管井降水剖面详图汽车卸煤沟翻车机室效果： 两深基坑施工过程中，坑壁稳定、施工顺利，未出现任何质量、安全事故，效果良好，对周围环境无明显影响；但其东侧的2#转运站深基坑南坡发生了坍塌事故。评述： a.在具备放坡开挖的条件下，优先选用放坡开挖，较采取围护结构开挖缩短工期、节约费用、便于施工； b. 在-5.2m的平台处进行管井降水，节省了降水费用； c. 由于2#转运站深基坑距南侧施工道路较

23、近，故南坡较陡（坡率不详），又无必要地支护措施，在挖至基地标高时发生了坍塌，应引以为鉴。4.华电渠东电厂翻车机室深基坑工程设计条件 翻车机室基础埋深约16.5m，该场地地基土为粉土夹粉质粘土和粉细砂层，地下水稳定水位在2.0m左右。水位埋深浅，需采取降水措施，场地具备放坡开挖的条件，但土方量较大。方案设计 深基坑采用三级放坡开挖，坡率均采取1：1，开挖土方量约4万m3；采用管井降水，分别设置在三级放坡顶部的平台上，井深30m（最外圈），井径400mm，共28口井，采用三级降水方式，并根据降水情况辅以轻型井点降水。翻车机室开挖布置图翻车机室开挖剖面图翻车机室效果： 深基坑施工过程中，坑壁整体稳定

24、，局部发生坍塌（第三级坡面），对周围环境无明显影响。 评述： a.在具备放坡开挖的条件下，优先选用放坡开挖，较采取围护结构开挖缩短工期、节约费用、便于施工； b.在以粉土（下部为粉细砂层）为主的地基中，采用管井降水方案，需充分考虑井距及数量，并辅以轻型井点降水、集水明排多种手段完成降水功能； c.下部粉细砂层仍采用1:1坡率开挖，坡面太陡，致使该级坡面大面积坍塌； d.应注意粉细砂层含水量对边坡稳定性的影响。 目录七、深基坑工程领域的进展1. 设计思想的更新2. 施工技术的发展3. 设计方法的进步4. 管理制度的建立5. 标准化工作的开展1.设计思想的更新 1）深基坑工程的设计是一个相对独立的

25、设计项目或设计阶段； 2）深基坑工程设计包括方案设计和施工图设计两个阶段，方案设计阶段的工作是决定性的环节。基坑工程设计的条件很大程度上取决于施工，基坑工程设计与施工组织设计的关系异常密切，在方案设计时必须统一考虑； 3）采用理论导向、量测定量和经验判断三者相结合的方法； 4）深基坑工程设计不仅要满足地下室施工空间和安全的要求，而更重要的是必须满足保护环境的要求； 5）把基坑工程与周围环境作为一个整体分析，达到即满足自身的强度要求，又满足变形要求的目的，从而使基坑工程的设计、施工从强度控制转向变形控制。 6）深基坑工程设计应满足强度和变形两种极限状态，在许多情况下，由于环境条件的限制，满足变形

26、控制的要求比满足强度和稳定性的要求更为严格，基坑工程的成败经常取决于变形控制。 7）地下水是控制基坑工程性状的重要条件，水压力占作用于围护结构侧向压力的重要部分，地下水的动水压力和渗透破坏常常是基坑工程失效的主要原因，地下水影响是基坑工程设计中不确定性最大、控制最困难的问题。2.施工技术的发展 这里讲的是综合性的施工技术，施工技术的进步带动设计、检测等方法的进步。逆作法 地上和地下同时施工 冻结法 将天然土变成冻土 型钢搅拌桩墙（SMW）工法 水泥搅拌桩体内加劲性型钢 3.设计方法的进步 1）符合两墙合一使用要求的设计方法 “两墙合一”是指围护结构同时作为地下主体结构一部分，即围护结构墙与地下

27、室外墙合一。“两墙合一”是充分发挥地下连续墙承载作用的一种设计思路，具有很大的经济意义，是地下连续墙作为围护结构的发展方向，正在一些重要的工程中采用。采取两墙合一设计的基坑工程，在设计方法上不同于一般的围护结构设计，对于承载、防渗、结构连接都提出了非常高的要求，推动了基坑工程围护结构设计方法的发展。 2）深基坑工程数值计算方法的发展 作用于柔性结构上的土压力实际上是结构与土共同作用的响应，采用有限元方法在原理上可以解决这类问题的计算，在实现中还有各种困难需要进一步去解决，20多年来深基坑工程的数值解计算方法得到了长足的进步。 3）计算软件及商业化开发研究 深基坑工程的设计计算的内容和要求日益提

28、高，已经必须依靠计算机才能实现深基坑工程设计的计算工作要求。于是，计算程序的开发研究有了很大的发展，形成了一些商业化的计算软件。 但计算软件只能作为一种工具和手段，garbage in to，garbage out. 正确的方法应当是计算加工程判断。不能盲目地依赖计算软件。4.管理制度的建立 许多主要的城市都先后建立了不同形式的机构，规定了深基坑工程的设计方案必须经过评审，这一制度的建立为深基坑工程走向健康的发展提供了制度的保证。5.标准化工作的开展 20年来，在总结工程经验的基础上，许多城市编制了地方的深基坑工程技术规范，二本全国性的深基坑工程技术的行业标准，初步确立了我国深基坑工程的标准化

29、体系，给深基坑工程的设计和施工有章可循，有法可依。 第二轮的规范修编工作正在开展，总结十余年来的经验。友情提醒 基坑工程的设计和施工与工程地质条件、环境条件、工程条件、地区经验等密切相关，设计计算理论还不完善，各种工程场地的地质条件、环境条件和各种制约条件千差万别，在每个深基坑工程设计施工的具体技术方案制订中，必须因地制宜，切不可生搬硬套。本课件中工程实例、设计方案也是在特定的地质条件、环境条件和各种各样的制约因素的限制下产生的，必须在完全清楚应用条件后才具有参考价值，切不可盲目模仿。 谢谢大家！支护结构由包括具有挡土、止水功能的围护结构和维持围护结构平衡的支、锚体系两部分组成.围护结构的类型 a.按功能划分 ：临时性结构和兼有永久性结构功能（两墙合一） b.按刚度划分 ：刚性结构和柔性结构 c.按保持稳定方式划分 ：自立式围护结构（重力式和悬臂式）和支锚式围护结构 d.按施工工艺与材料划分：水泥土搅拌桩、钢板桩、钻孔灌注桩、地下连续墙、钢筋混凝土板桩。支、锚体系是指内支撑体系或锚杆体系，内支撑体系由支撑、围檩和立柱等构件组成，锚杆体