深基坑支护设计及施工指导手册

深基坑支护设计及施工指导手册一、总则深基坑工程是建筑工程中极具挑战性的关键环节，其支护设计与施工质量直接关系到工程安全、周边环境稳定及项目经济性。本手册旨在结合工程实践经验与现行技术标准，为深基坑支护的设计思路、方案比选、施工工艺及过程控制提供系统性的指导，以期提升工程质量与安全管理水平。本手册适用于一般工业与民用建筑的深基坑支护工程，对于特殊地质条件或有特殊要求的基坑工程，尚应结合具体情况进行专门研究。本手册的编制与实施，应始终坚持“安全第一、预防为主、综合治理”的方针，遵循因地制宜、技术可行、经济合理、保护环境的原则。所有参与深基坑设计、施工、监理及管理的人员，均应熟悉并严格执行本手册的相关规定，并不断在实践中总结经验，持续改进。二、工程勘察与准备2.1工程地质勘察详尽的工程地质勘察是深基坑支护设计的基石。勘察工作应在充分理解设计意图和场地条件的基础上进行，其成果应能清晰反映场地的工程地质和水文地质特征。*勘察范围与深度：勘察范围应超出基坑开挖边界一定距离，一般不宜小于基坑深度的1~2倍，以满足支护结构设计、基坑稳定性分析及对周边环境影响评估的需要。勘察孔深度应根据基坑深度、地层情况及地下水条件综合确定，控制性勘察孔深度应穿透可能影响基坑稳定的所有软土层及含水层。*勘察内容：应重点查明场地地形地貌、地层岩性、地质构造、土的物理力学性质（尤其是各土层的抗剪强度指标、压缩性指标）、地下水类型、埋藏条件、水位变化幅度、渗透性以及不良地质作用（如淤泥、流沙、溶洞、人工填土等）的分布范围和特征。*岩土参数取值：土的物理力学参数的选取应结合室内试验、原位测试成果，并充分考虑场地地质条件的变异性、施工扰动以及土的应力历史等因素，进行综合分析确定，必要时应通过反分析进行修正。2.2周边环境调查与保护等级深基坑工程的显著特点是对周边环境的敏感性。因此，详尽的周边环境调查是确保工程顺利进行、保护公共利益的前提。*调查内容：应查明基坑周边一定范围内（通常为基坑深度的2~3倍，或根据环境敏感程度适当扩大）的建（构）筑物的结构类型、层数、基础形式、埋深、建成年代、使用状况及与基坑的相对位置关系；地下管线的类型（给排水、燃气、电力、通讯等）、材质、管径、埋深、走向及与基坑的相对位置；周边道路的等级、交通流量、路面状况及地下结构；周边地表水体、地下水体的分布及水力联系。*保护等级划分：根据周边环境的重要性、敏感性、现有损坏程度以及对变形的承受能力，结合相关规范要求，对周边环境进行保护等级划分。针对不同保护等级，支护设计应提出相应的变形控制指标和保护措施。2.3设计输入与资料收集在进行支护设计前，必须全面收集和整理以下资料：*岩土工程勘察报告；*周边环境调查报告及保护要求；*主体结构设计图纸（包括地下室平面布置、基础形式、埋深、荷载等）；*场地红线图、总平面图；*当地的工程建设法规、技术标准及类似工程经验；*施工条件、施工设备及技术水平；*业主对工期、造价的初步要求。三、支护结构方案设计3.1支护结构选型原则支护结构方案的选择是一个复杂的系统工程，需综合考虑多方面因素，进行多方案比选优化。*安全性：确保支护结构在施工及使用期间的强度、刚度和稳定性，满足基坑开挖和地下结构施工的安全要求，有效控制基坑变形，保护周边环境安全。*经济性：在满足安全和功能的前提下，力求方案经济合理，减少工程投资。应考虑材料消耗、施工难度、工期长短等因素对造价的影响。*施工可行性：方案应与现场施工条件、施工设备能力、施工技术水平相适应，便于组织施工，确保工程质量和进度。*环境友好性：尽量减少施工对周边环境的不利影响，如噪音、振动、扬尘、地下水污染等，保护生态环境。*时空效应：充分利用基坑开挖与支护的时空效应，合理安排开挖顺序和支护时机，以控制变形，节约成本。3.2常用支护结构类型及适用性根据场地地质条件、基坑深度、周边环境、施工条件等因素，常用的支护结构类型主要有：*排桩支护：包括钻孔灌注桩、人工挖孔桩、预制桩等。具有刚度较大、抗弯能力强、适用范围广等特点，适用于软土、砂土、黏性土等多种地层，尤其适用于基坑深度较大、周边环境需要严格控制的情况。*地下连续墙：刚度大、整体性好、防渗性能强、对周边环境影响小，适用于深度大、地质条件复杂、周边环境要求高的基坑工程，但其造价相对较高。*钢板桩（型钢桩）：施工速度快、可回收利用、成本较低，但刚度相对较小，变形较大，适用于深度不大、周边环境条件相对宽松的基坑，或作为临时支护。*SMW工法桩：将型钢插入水泥土搅拌桩中形成复合支护结构，兼具挡土和止水作用，施工噪音小、振动小，型钢可回收，经济性较好，适用于软土地层的中等深度基坑。*内支撑体系：常用的有钢支撑、混凝土支撑。钢支撑安装拆除方便、可重复利用、能施加预应力控制变形；混凝土支撑刚度大、整体性好、变形小，但施工周期长、拆除困难。内支撑体系适用于各种复杂地质条件和周边环境要求严格的基坑，特别是当基坑宽度较大、锚杆（索）使用受限时。*锚杆（索）支护：通过锚杆（索）将支护结构与深部稳定地层相连，传递土压力，提高支护结构的稳定性。适用于地层条件较好（如硬塑黏性土、砂土、岩层）、周边空旷、无地下管线或地下构筑物干扰的基坑。对软土地层或周边环境敏感区域，使用锚杆（索）需谨慎。*放坡开挖：最经济、简单的支护方式，但需要足够的场地空间，且对边坡稳定性要求高，适用于场地开阔、土质条件好、基坑深度不大的工程。3.3设计计算要点支护结构的设计计算是确保其安全可靠的核心环节，应根据选定的支护类型和受力特点，选择合适的计算模型和方法。*土压力与水压力计算：根据支护结构的变形情况（主动、静止、被动）和地层条件，合理选择土压力计算理论（如朗肯、库仑理论）。对于地下水，应考虑其对土压力的影响，并根据地下水控制方案（降水、止水）计算相应的水压力。*支护结构内力与变形计算：对排桩、地下连续墙等挡土结构，需进行抗弯、抗剪强度验算及变形验算。内支撑体系需进行强度、稳定性及节点连接验算。锚杆（索）需进行抗拔承载力验算及杆体强度验算。*整体稳定性验算：包括基坑边坡（或支护结构与土体重合体）的圆弧滑动、折线滑动等整体失稳模式的验算。*坑底土体稳定性验算：如抗隆起、抗管涌（流土）、抗突涌等验算，确保坑底土体在水压力和土压力作用下不发生失稳破坏。*支护结构的抗倾覆、抗滑移验算：对悬臂式或锚拉式支护结构，需进行抗倾覆和抗滑移稳定性验算。*特殊工况验算：如基坑开挖至不同深度、暴雨、地震（必要时）等特殊工况下的结构安全性验算。3.4地下水控制设计地下水是深基坑工程面临的主要挑战之一，其控制措施应根据场地水文地质条件、基坑开挖深度、周边环境要求及支护结构形式综合确定。*降水：常用方法有轻型井点、喷射井点、管井井点等。设计时应计算涌水量，确定井点布置（数量、间距、深度），选择合适的抽水设备，并验算降水后的基坑内外水位、土层有效应力变化及对周边环境的影响，必要时采取回灌措施。*截水：采用止水帷幕（如水泥土搅拌桩、高压旋喷桩、地下连续墙、钢板桩等）阻止或减少地下水流入基坑。止水帷幕的设计应保证其连续性和足够的深度，以截断主要含水层或达到相对隔水层。*排水：包括坑内明排水和盲沟排水，及时排除基坑内的积水和雨水，保持坑底干燥，改善施工条件。3.5方案比选与优化初步设计阶段应提出多个可行的支护方案，从安全可靠性、技术先进性、经济合理性、施工便利性、工期、环境影响等多个维度进行综合比选。通过定性分析与定量计算相结合的方法，对各方案进行评价，最终选择最优方案。方案优化过程中，可对支护结构的几何尺寸、材料强度、支撑布置、锚杆参数等进行调整，以达到最佳的技术经济效果。四、施工组织设计与准备4.1施工前准备与技术交底深基坑工程施工前的准备工作至关重要，直接影响工程的顺利实施和质量安全。*图纸会审与设计交底：组织施工、监理等相关单位进行图纸会审，熟悉设计意图、技术要求、关键工序和难点。由设计单位进行详细的设计交底，解答施工单位提出的疑问。*施工方案编制与审批：根据设计图纸、地质勘察报告、现场条件及合同要求，编制详细的施工组织设计和各专项施工方案（如支护结构施工方案、降水方案、土方开挖方案、监测方案、应急预案等），并按规定程序报批。*技术交底：施工单位应逐级进行技术交底，确保每位施工人员明确岗位职责、施工工艺、技术标准、质量要求和安全注意事项。*现场准备：平整场地，清除障碍物；划分功能区域（材料堆放区、加工区、办公区等）；修建临时道路、供水、供电、排水系统；搭建临时设施。*测量放线与桩位复核：根据设计图纸进行精确的测量放线，确定基坑开挖边线、支护结构轴线、桩位、降水井位等，并进行严格复核。4.2施工机械设备选型与配置根据支护结构类型、工程量、工期要求及现场条件，选择性能可靠、效率高的施工机械设备，并确保其数量满足施工进度需求。如钻孔灌注桩需配备钻机、钢筋笼加工设备、混凝土灌注设备；地下连续墙需配备成槽机、泥浆制备及处理设备；土方开挖需配备挖掘机、装载机、运输车辆等。4.3材料质量控制支护工程所用材料（钢材、水泥、砂石、外加剂、型钢、焊条等）必须符合设计和现行国家、行业标准的要求。材料进场时，应查验其出厂合格证、质保单，并按规定进行抽样送检，合格后方可使用。严禁使用不合格材料。五、主要支护结构施工工艺与质量控制5.1排桩施工以钻孔灌注桩为例：*施工流程：场地平整→桩位放线→埋设护筒→钻机就位→钻孔（泥浆护壁）→清孔→钢筋笼制作与吊装→下导管→二次清孔→混凝土灌注→拔出护筒→桩头处理。*质量控制要点：*桩位偏差、孔深、孔径、垂直度应符合设计要求。*泥浆比重、黏度、含砂率等指标应根据地质条件严格控制，确保护壁效果，防止塌孔。*清孔应彻底，保证孔底沉渣厚度满足设计要求。*钢筋笼的制作质量（尺寸、焊接质量、保护层厚度）及吊装定位应准确。*混凝土配合比应符合设计要求，灌注过程应连续、均匀，防止断桩、缩颈、夹泥等质量通病。5.2地下连续墙施工*施工流程：导墙施工→泥浆制备与管理→槽段开挖→清槽换浆→钢筋笼制作与吊装→接头管（箱）吊放→水下混凝土灌注→接头处理→墙体养护。*质量控制要点：*导墙的强度、刚度及轴线位置、标高、内净距应精确控制，作为成槽导向。*成槽过程中严格控制槽壁垂直度、槽段长度和深度，泥浆性能至关重要。*清槽结束后，槽底沉渣厚度、泥浆指标应符合设计要求。*钢筋笼应整体制作或分段制作拼接，确保其刚度和吊装安全，吊放时避免碰撞槽壁。*混凝土灌注应保持连续，导管埋深控制在合理范围，确保混凝土密实，墙身质量均匀。*墙段接头处理是关键，应确保其止水和受力性能。5.3内支撑体系施工*钢支撑：*施工流程：测量放线→安装钢围檩→钢支撑吊装就位→施加预应力→固定。*质量控制要点：支撑安装位置、标高应准确；支撑与围檩、围檩与挡土结构之间的连接应牢固可靠；预应力施加应分级进行，确保数值准确，并做好监测记录；支撑安装应在土方开挖至设计标高后及时进行，遵循“随挖随撑”原则。*混凝土支撑：*施工流程：测量放线→支撑下地基处理（或模板支架搭设）→钢筋绑扎→模板安装→混凝土浇筑→养护→达到设计强度后拆除模板。*质量控制要点：支撑轴线、标高、截面尺寸应符合设计要求；钢筋、模板、混凝土施工质量应符合规范标准；混凝土强度达到设计要求后方可承受荷载。5.4锚杆（锚索）施工*施工流程：测量定位→钻孔→清孔→安放锚杆（索）体→注浆→养护→安装腰梁（或台座）→张拉锁定→（必要时）封锚。*质量控制要点：*钻孔位置、角度、深度应符合设计要求。*锚杆（索）体的制作（钢绞线、钢筋、套管、隔离架、导向帽等）应规范，确保其在孔内居中。*注浆材料、配合比应符合设计要求，注浆应饱满、密实，确保锚固力。*张拉应在注浆体强度达到设计要求后进行，分级张拉，控制张拉应力和变形，锁定应可靠。5.5降水与排水施工*降水井施工：成孔、下井管、填滤料、洗井、安装水泵。质量控制要点：井位、井深、井径、滤料规格和填充质量，洗井应充分，确保出水量。*排水系统：在基坑周边及坑底设置排水沟和集水井，确保排水畅通，及时排除雨水和渗漏水。六、施工监测与信息化施工深基坑工程具有高度的复杂性和不确定性，施工监测是保障工程安全、指导施工、验证设计的重要手段，是信息化施工的核心内容。6.1监测目的与意义*实时掌握基坑及周边环境的变形情况，确保施工安全和周边环境安全。*验证支护结构设计的合理性，为优化设计和施工参数提供依据。*及时发现异常情况，预警潜在风险，为采取应急措施争取时