第三章(1)降水及开挖

1、3.基础工程施工 高层建筑由于层数多，建筑高，荷载重，造型复杂，主楼与裙房高低悬殊，在结构上要求埋置一定深度，在使用上要求设置多层地下室，这些高层建筑特点结合各地不同的地质水文条件，构成了高层建筑基础的特殊性，主要有以下几点：（1）基础必须适应地基：全国各地的土质不同，地基差异很大。全国范围内各种不同的高层建筑，高度不同，载荷不同，遇到各种不同的地质情况，基础必须适应地基，因而发展了高层建筑的基础，如箱基、筏基、桩基等。如上海金茂大厦88层，高421m，基础采用4m厚钢筋混凝土C50筏板，其下是914mm20mm钢管桩429根，桩长65m，持力层为-78.5m的砂层。3.基础工程施工（2）高层

2、建筑地基的勘测设计较严 高层建筑大多属于地基规范内的一级建筑物。对一级建筑物的地基，除对地基应进行承载力计算外，尚应按地基变形计算。对经常受水平荷载作用的高层建筑尚应验算其稳定性。在施工期间及使用期间应进行沉降观测。沉降资料也是地基基础工程质量检查验收依据之一。（3）基础埋置较深 根据钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程规定，基础埋置深度，天然地基时应为建筑物高度的1/2;桩基时应为建筑物高度的1/15，桩长不计在埋置深度以内。但是高层建筑由于功能需要，充分利用地下空间，往往将地下建成三、四层，深达20多米，深基础工程已成为建造高层建筑的条件。3.基础工程施工（4）深基坑工程的设计与施工风险较

3、大高层建筑在城市鳞次栉比，施工场地狭窄，由于邻近建筑及四周市政工程设施的安全和保护，对基坑工程的稳定和位移要求很严，而基坑工程在施工过程中大部分是临时工程，不宜投资过大。但如果光考虑投资，一旦发生事故，资金和工期损失很大，社会影响也很严重，所以基坑工程的设计施工风险很大。基坑工程涉及地质条件、地下水文条件、气候影响、施工管理、场地因素、工程质量要求等比较复杂的条件，因此若不认真对待，经常发生基坑工程事故。所以，基坑工程的勘察、设计、施工是否正确，对于工程的成败意义重大。3.基础工程施工（5）大体积混凝土的施工箱基和筏板基础的底板较厚，特别是厚筏板其混凝土常达34m厚，例如新上海国际大厦筏板76

4、m72m，板厚3m及3.5m，混凝土17000m3。大体积混凝土的问题，关键是施工方法、施工技术措施问题，如何能不间断的一次浇筑上万立方米的混凝土，并能控制水泥水化热引起的混凝土升温，降温及收缩各阶段产生的裂缝，是大体积混凝土施工的重点。（6）正确处理好主楼与裙房的基础关系由于建筑功能的需要，高层建筑往往设置主楼与裙房，并必须连在一起。但主楼高群房低，沉降不同，因此在设计与施工时，必须防止两者之间产生较大的差异沉降，并应符合规范要求。3.基础工程施工主要内容：主要内容：3.1.降低地下水位与基坑土方开挖3.2.深基坑边坡支护方法3.3.桩基础施工3.4.大体积混凝土基础结构的施工3.1.降低地

5、下水及基坑土方开挖 高层建筑一般都有多层地下室，基础埋置深度较大，基坑开挖经常都会遇到地下水和地表水大量渗入，造成基坑浸水，使地基承载力下降，破坏边坡稳定。为了保证基坑开挖，在无水状况下施工，必须做好基坑的降水工作。降水工程宜分为准备阶段、降水工程勘察阶段、降水工程设计、降水工程施工、降水工程监测与维护、技术成果等六个程序。3.1.降低地下水及基坑土方开挖常见的降水方法 明沟排水 排水沟1.重力排水法 暗沟及管沟排水 集水井 轻型井点 喷射井点2.强制排水法 电渗井点 管井井点 深井井点 深层降水（降承压水） 一、集水井降水：是在开挖基坑时沿坑底周围开挖排水沟，再于坑底设集水井，使基坑内的水经

6、排水沟流向集水井，然后用水泵抽出坑外。此种方法在深基坑中，容易引起流砂、管涌和边坡失稳。3.1.降低地下水及基坑土方开挖集水井降水1.用于土质较好、水量不大、基坑可扩大者2.挖至地下水位时，挖排水沟设集水井抽水再挖土、沟、井3.要求： (1)排水沟：沿基坑底四周设置，底宽300mm，沟底低于坑底500mm，坡度1。(2)集水井：沿基坑底边角设置，间距2040m，直径0.60.8m，井底低于坑底12m。长期用，有护壁和碎石压底。(3)水泵：离心泵、潜水泵、污水泵3.1.降低地下水及基坑土方开挖集水井降水 二、轻型井点降水 轻型井点降水法具有效果明显，使土壁稳定、避免流砂、防止隆起、方便施工的优点

7、同时也有可能引起周围地面和建筑物沉降。 轻型井点是沿基坑四周以一定的间距埋入井管，在地面上用水平铺设的集水总管将各井管连接起来，再于一定位置设置真空泵和离心泵，开动真空泵和离心泵后，地下水在真空吸力作用下，经滤管进入井管，然后经集水总管排出，这样就降低了地下水位。3.1.降低地下水及基坑土方开挖轻型井点降水轻型井点降水11轻型井点降水轻型井点降水三、喷射井点降水1.适用范围：当基坑开挖较深，降水深度要求大于6m，而且场地狭窄，不允许布置多级井点时，宜采用喷射井点降水。其一层降水深度可达1020m。适用于渗透系数为350m/d的砂土中。2.喷射井点的布置：当基坑宽度小于10m可单排布置；大于10

8、m则双排布置。当基坑面积较大时，宜环形布置。井点间距一般为23m。埋设时冲孔直径约400600mm，深度应大于滤管底1m以上。3.1.降低地下水及基坑土方开挖3.工作原理： 喷射井点分为喷水井点和喷气井点两种。前者以压力水为工作源，后者以压缩空气为工作源。当喷射井点工作时，高压泵输入的工作水流，经内外管之间的环形空间到达喷嘴，在喷嘴处由于过水截面突然缩小，使工作水流速骤增到极大（3060m/s），水流冲入混合室，同时在喷嘴附近造成负压，形成真空。在真空吸力作用下，地下水经吸入管被吸入混合室，与工作水混合，然后进入扩散室。这种使水流从动能逐渐转变为位能的能量交换，即水流速度相对变小，而水流压力相

9、对增大，把地下水连同工作水一起扬升沿着井管流入水箱。其中一部分水可重新用于高压工作水，余下部分水用低压泵排走。如此循环作业，使地下水逐渐下降到设计要求的降水深度。3.1.降低地下水及基坑土方开挖四、电渗井点降水1.适用范围：在饱和粘土中，特别是淤泥和淤泥质粘土中，由于土的渗透性差，持水性较强，用一般井点和喷射井点降水效果较差，此时宜增加电渗井点来配合一般井点或喷射井点降水，以便对渗透性差的土起疏干作用，使水排出。2.工作原理：电渗井点是利用井点管（真空或喷射井点）本身作阴极，沿基坑外围布置；以钢管（5075mm）或钢筋（25mm以上）作阳极，垂直埋设在井点内侧，阴阳极分别用电线等连接成通路，并

10、对阳极施加强直电流。应用电压比降使带负电的土粒向阳极移动（即电泳作用），带正电荷的孔隙水则向阴极方向集中产生电渗现象。在电渗与真空的双重作用下，强制粘土中的水在井点管附近积集，由井点管快速排出，使井点管连续抽水，地下水位逐渐降低。而电极间的土层，则形成电围幕，由于电场作用，从而阻止地下水从四面流入坑内。3.1.降低地下水及基坑土方开挖五、管井井点降水 管井井点就是沿开挖的基坑，每隔一定距离（2050m）设置一个管井，每个管井单独用一台水泵（潜水泵、离心泵）进行抽水，降低地下水位。3.1.降低地下水及基坑土方开挖管井井点管井井点管井井点管井井点管井井点管井井点1.1.适用范围：适用范围： 适用于

11、井点不易解决的和含水层颗粒较粗的粗砂-卵石地层，渗透系数较大，水量较大，且降水深度较深（一般为820）的潜水或承压水地区。2.2.管井系统主要设备：管井系统主要设备：（1）井管：由井壁管和过滤器两部分组成。井管由直径为200350mm的铸铁管或混凝土管或塑料管等材料制成。过滤器部分可在实管上穿孔垫肋后，外缠镀锌铅丝制成。也可用钢筋焊接骨架，外缠镀锌钢丝制成。（2）水泵：当水位降深要求在7m以内时，可用离心式水泵；若降深大于7m，可采用不同扬程和流量的深井潜水泵或深井泵。3.1.降低地下水及基坑土方开挖为减少井点降水对四邻的影响采取的措施：为减少井点降水对四邻的影响采取的措施：（1）采用密封形式

12、的挡土墙或采取其他的密封措施。如用地下连续墙、灌注桩等形成一定厚度的防水墙等，将井点排水管设置在坑内，井管深度不超过挡土止水墙的深度，仅将坑内水位降低，而坑外的水位则尽量维持原来水位。（2）适当调整井点管的埋置深度。在一般情况下，井点管埋设深度应该使坑中的降水曲面在坑底下0.51.0m，但在没有密封挡土墙的情况下，井点降水不仅使坑内水位下降，也会使坑外水位下降，如果在降水影响区范围内有建筑物、构筑物等需要保护时，可以在确保基坑不发生涌砂和地下水不从坑壁渗入的条件下，适当的提高井点管的设计标高。3.1.降低地下水及基坑土方开挖（3）采用井点降水与回灌相结合的技术： 其基本原理与方法是在降水井管与

13、需保护的建筑和管线间设置回灌井点、回灌砂井或回灌砂沟，持续不断的用水回灌，形成一道水带，以减少降水曲面向外扩张，保持邻近建筑物、管线等基础下地基土中的原地下水位，防止土层因失水而沉降。用于工程降水的回灌，是为了稳定和抬高局部因工程降水而引起的地下水位降低，防止由于地下水位持续下降造成地面沉降等不良现象。回灌井降水施工原理是在降水区与邻近建筑物之间的土层中埋置一道回灌井，采用补充地下水的方法，使降水井的影响半径不超过回灌井的范围，形成一道隔水屏幕，组织回灌井外侧建筑物下的地下水流失，使地下水位保持不变。3.1.降低地下水及基坑土方开挖回灌井的布设：1）基坑回灌量：一般应等于基坑降水水位降低影响至

14、限定边界时的基坑涌水量。2）回灌井数：回灌井数决定于单井回灌量的大小。单井回灌量理论上应与抽水井一样。但实际上相差很大。单井回灌量除决定于水文地质条件外，尚与成井工艺、回灌方法、压力大小等有关。一般宜在现场进行试验确定。根据现场试验结果，用下式进行井数计算：n = 1.1 Q1 / q1n 回灌井数（点）；Q1 基坑回灌量（m3/d）q1单井回灌水量（m3/d）3.1.降低地下水及基坑土方开挖回灌井的布设：3）布置：一般沿降水井外围呈均匀等距布置。回灌井至降水井距离决定于基坑降水水位下降引起地表变形允许的最小（距基坑边界）范围，尽可能的远离抽水井，一般宜大于6m。回灌井施工注意事项：1）回灌水

15、宜采用清水，回灌水量和压力大小，均需通过水井理论进行计算，并通过对观测井的观测资料来调整。2）降水井和回灌井应同步启动或停止。3）回灌井的滤管部分，应从地下水位以上0.5m处开始直到井管底部。4）回灌井管的埋设深度应根据透水层的深度来决定，确保基坑施工安全和回灌效果。5）应在降灌水区域附近设置一定数量的沉降观测点及水位观测井，定时进行观测和记录，以便及时调整降灌水量的平衡。3.1.降低地下水及基坑土方开挖（4）采用注浆固土技术防止水土流水。为了减少坑内降水时，减少降水曲面向外扩张，保持邻近建筑物基础下地基土因地下水位下降水土流失而沉降，在井点降水前，安排在需要控制沉降的建筑物基础的周边，布置注

16、浆孔（每隔23m设一个），控制注浆压力，以达到挤密土层中孔隙为度，达到降低土的渗透性能，不产生流失，以保证基坑邻近建筑物、管线的安全，不产生沉降和裂缝。3.1.降低地下水及基坑土方开挖六、土方开挖 土方开挖是深基坑工程施工的重要工序，因此，必须严格按照围护结构设计的要求及施工组织设计内容进行精心准备，精心组织施工。 深基坑开挖工程的施工组织设计的内容一般包括如下几方面：1.开挖机械的选择：高层建筑深基坑的开挖，宜采用机械施工。一般多采用反铲挖土机和拉铲挖土机进行开挖，并根据基坑开挖的深度，分一层或多层开挖。挖土的土方，除少量现场存用外，大部分可用自卸汽车运出。3.1.降低地下水及基坑土方开挖2

17、.开挖程序的确定：较浅基坑可以一次开挖到底，较深大的基坑则一般采用分层开挖方案，每次开挖深度可结合支撑位置来确定。为保持基坑底土体的原状结构，应根据土体情况和挖土机械类型，在坑地上保留530cm土层 由人工挖除。进行两层或多层开挖时，挖土机和运土汽车需下至基坑内施工，故在适当部位留设坡道，以便运土汽车上下，坡道两侧有时需加固处理。3.施工现场平面布置：基坑工程往往面临施工现场狭窄而基坑四周堆载又要严格控制的难题，因此必须根据现有场地对装土、运土、及材料进场的交通路线、施工机械放置、材料堆场、工地办公室及食宿生产场所等进行全面规划。3.1.降低地下水及基坑土方开挖4.降、排水措施及冬期、雨期、汛

18、期施工措施的拟定：当地下水位较高且土体的渗透系数较大时应进行井点降水。排水措施在基坑开挖中的作用也较重要，设置得当可有效的防止雨水浸透土层而造成土体强度降低。5.合理施工监测计划的拟定：施工监测计划是基坑开挖施工组织计划的重要组成部分，从工程实践来看，凡是在基坑施工过程中进行了详细监测的工程，其失事率远小于未进行监测的基坑工程。3.1.降低地下水及基坑土方开挖6.合理应急措施的拟定：为预防在基坑开挖过程中出现意外，应事先对工程进展情况预估，并制定可行的应急措施，做到防患于未然。7.基坑土方开挖施工应重视的几个问题：（1）做好施工管理工作，在施工前制定好施工组织设计，并在施工期间根据工程进展及时作必要调整；（2）对基坑开挖的环境效应作出事先评估，开挖前对周围环境做深入的了解并与相关单位协调好关系，确定施工期间的重点保护对象，制定周密的监测计划，实行信息化施工。（3）当采用挤土和半挤土桩时应重视其挤土效应对环境的影响。（4）重视支护结构的施工质量，包括支护桩（墙）、挡水帷幕、支撑以及坑底加固处理等。3.1.降低地下水及基坑土方开挖（5）重视坑内及地面的排水措施，以确保开挖后土体不受雨水冲刷，并减少雨水渗入；在开挖期间若发现基坑外围土体出现裂缝，应及时用水泥砂浆灌堵，以防雨水渗入，导