深基坑工程讲义一八

深基坑支护工程

一、深基坑工程概述

二、围护结构的型式及适用范围三、基坑土方开挖施工要点四、基坑工程常见事故及对策五、工程案例分析目录一、深基坑工程概述

在我国，20世纪八十年代以来，特别是到了21世纪，随着大量高层、超高层建筑、大型市政设施、大量地下空间工程（下沉式广场、地下商业街、地下人防设施、地下综合管廊、地下能源与物资储备库、城市地下交通、过江、跨海隧道等）的开发建设以及地铁隧道等地下工程的不断涌现，出现了大量的深基坑工程，出现的问题也越来越多，因此，深基坑的设计与施工不仅引起了业内和职能部门的高度重视，也引起了社会各界的广泛重视。一、深基坑工程概述

一、深基坑工程概述基坑围护体系的作用：基坑围护体系起到挡土和地下室在无水条件下施工的作用。在基坑土方开挖和地下室施工过程中，保证基坑围护体系及主体地下结构施工的安全。基坑围护体系能限制周围土体的变形，防止基坑外水土的流失，使其不会影响相邻建(构)筑物、道路、各种管线、地铁隧道等的安全及正常使用。围护体系具体要求：边坡自身稳定性要求保证基坑四周边坡的稳定性，满足地下室施工有足够空间的要求。也就是说基坑围护体系要能起到挡土的作用，这是土方开挖和地下室施工的必要条件。对周边环境影响要求保证基坑四周相邻建(构)筑物、各种地下管线、地铁隧道等在基坑工程施工期间不受损害。这要求在围护体系施工、土方开挖及地下室施工过程中控制土体的变形，防止基坑外水土的流失，使基坑周围地面沉降和水平位移控制在容许范围以内。对地下水的要求保证基坑工程施工作业面在地下水位以上。围护体系通过截水、降水、排水等措施，保证基坑工程施工作业面在地下水位以上。一、深基坑工程概述基坑开挖要求：1安全可靠2经济合理3施工便利4工期保证基坑分级：安全等级

破坏后果

γ0

一级

支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构施工影响很严重

1.10

二级

支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构施工影响一般

1.00

三级

支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构施工影响不严重

0.90

一、深基坑工程概述1.岩土工程勘察报告；2.建设方提供的有关设计图纸、招标文件；3.支护结构承受的荷载；4.基坑及其影响范围内的工程水文地质条件；5.拟建场地的环境条件。工程勘察资料基坑周边环境地下结构设计资料岩土工程测试参数基坑围护设计基本依据：工程勘察资料一、围护结构的型式及适用范围水泥土重力式围护结构内撑式围护结构悬臂式围护结构放坡开挖结构围护结构体系拉锚式围护结构其他围护结构二、围护结构的型式及适用范围1）放坡开挖结构及其适用范围：放坡开挖适用于地基土质较好，开挖深度不深，以及施工现场有足够放坡空间的工程。放坡开挖一般费用较低，能采用放坡开挖应尽量采用。二、围护结构的型式及适用范围2）悬臂式围护结构及适用范围：悬臂式围护结构常采用劲性水泥土搅拌连续墙(SMW、PCMW工法）、钢板桩、钻孔灌注桩、地下连续墙等型式。悬臂式围护结构依靠足够的入土深度和结构的抗弯能力来维持整体稳定和结构的安全。悬臂式结构对开挖深度很敏感，易产生较大的变形，易对相邻建(构)筑物产生不良影响。悬臂式围护结构适用于土质较好、开挖深度较浅的基坑工程。2-1、劲性水泥土搅拌连续墙(SMW、PCMW工法）优势：占用场地小；施工速度快。一般情况下施工周期可缩短30%左右；对环境污染小，无废弃泥浆；施工方法简单，施工过程中对周边建筑物及地下管线影响小；耗用水泥钢材少，造价低，特别是H型钢能够回收，成本大大降低；对后续地下工程的施工不会产生太大的影响。劣势：位移、厚度相对较大，对于长度大的基坑,需采取中间加墩、起拱等措施以限制过大的位移;施工时需注意防止影响周围环境。二、围护结构的型式及及适用范围2-1、劲性水泥土搅拌拌连续墙(SMW、PCMW工法）适用范围：凡是适合应用水泥土搅搅拌桩的场合都适合使用用SMW支护结构，特别是是以粘性土和粉性土为为主的软土地区。SMW结构适用基坑挖深深6～20m,经过不断的工程实实践，它极有可能能逐步代替钻孔灌灌注桩围护，在某某些工程中也有可可能代替地下连续续墙。二、围护结构的型式及及适用范围2-2、钢板桩（拉森钢钢板桩、型钢钢板板桩）优势：钢板桩施工工简单，工期缩短短；能降低对空间间的要求；而且（（救灾抢险的）时时效性较强；不受受天气条件的制约约；适应性，互换换性良好，并且可可以重复使用可以以回收重复利用，，节约资金。多用用于深度≤4m的较浅基坑或沟槽槽。劣势：能挡水和土土中的细小颗粒,在地下水位高的地地区需采取隔水或或降水措施；抗弯弯能力较弱，支护护刚度小,开挖后变形较大。。适用范围：多用于于深度≤4m的较浅基坑或沟槽槽。二、围护结构的型式及及适用范围2-3、钻孔灌注桩优势:施工时无振动、无无噪声等环境公害害,无挤土现象,对周围环境影响小小；墙身强度高,刚度大,支护稳定性好,变形小;当工程桩也为灌注注桩时,可以同步施工,从而施工有利于施施工组织、工期短短。劣势：桩间缝隙易易造成水土流失,特别是在高水位软软粘土质地区,需根据工程条件采采取注浆、水泥搅搅拌桩、旋喷桩等等施工措施以解决决挡水问题。适用范围：排桩式式中应用最多的一一种,多用于坑深7～15m的基坑工程,适用于软粘土质和和砂土地区。二、围护结构的型式及及适用范围2-4、地下连续墙优势：刚度大，止止水效果好，是支支护结构中最强的的支护形式。劣势：造价较高，，施工要求专用设设备。适用范围：地质条条件差和复杂，基基坑深度大，周边边环境要求较高的的基坑。二、围护结构的型式及及适用范围3）水泥土重力式围围护结构及适用范范围：水泥土重力式围护护结构，利用水泥泥作为固化剂，常常采用深层搅拌法法，有时也采用高高压喷射注浆法，，在地基深处将土土和固化剂强制搅搅拌，使软土硬结结具有整体性、水水稳性和一定强度度的水泥加固土体体，保持基坑边坡坡稳定。优点：坑内无支撑撑，便于快速化挖挖土施工；挡土又又防渗，具有一定定的强度。缺点：强度较小，，位移较大；墙体体较厚，受施工空空间的限制。适用范围：常用于于软粘土地区开挖挖深度在6.0m以内的基坑工程。。二、围护结构的型式及及适用范围4）内撑式围护结构构及适用范围：内撑式围护结构由由围护结构体系和内撑体系两部分组成。围护护结构体系常采用用钢筋混凝土桩排桩桩墙和地下连续墙墙型式。内撑体系可可采用水平支撑和竖向斜斜支撑。根据不同开挖深深度又可采用单层层、二层及多层水水平支撑。优点：围护体系强强度大，不受场地地不足的影响。缺点：造价高，工工序复杂，施工周周期较长，自重大大，不利于材料回回收。适用范围：内撑式式围护结构适用范范围广，可适用各各种土层和基坑深深度。二、围护结构的型式及及适用范围5）拉锚式围护结构构及适用范围：拉锚式围护结构由由围护结构体系和锚固体系两部分组成。围护护结构体系常采用用钢筋混凝土排桩桩墙和地下连续续墙两种。锚固体系系可分为锚杆式式和地面拉锚式式两种。随基坑坑深度不同，锚锚杆式也可分为为单层、二层和和多层锚杆。优点：围护体系系对坑内土开挖挖的影响较小，，支护简单，可可减少工期和造造价。缺点：属于隐性性支护，对支护护质量、可靠性性的检测、监测测不易，支护效效果不易保证。。适用范围：适用用范围广，可适适用各种土层和和基坑深度。二、围护结构的型式式及适用范围6）其他围护结构构型式：门架式围护结构构；砼芯水泥土土搅拌桩围护结结构；拱式组合合型围护结构；；喷锚网围护结结构；加筋水泥泥土墙围护结构构；沉井围护结结构；冻结法围围护结构二、围护结构的型式式及适用范围7）基坑围护结构构选型方案：开挖深度

沿海软土地区软弱土层，地下水位较高情况

西北、西南、华南、华北、东北地区地质条件较好，地下水位较低情况≤

6

m

(

一层地下室

)

方案

1

：搅拌桩

(

格构式

)

挡土墙；

方案

2

：灌注桩后加搅拌桩或旋喷桩止水，设一道支撑；

方案

3

：环境允许，打设钢板桩或预制混凝土板桩，设

1

～

2

道支撑；

方案

4

：对于狭长的排管工程采用支撑横挡板或打设钢板桩加设支撑。

方案

1

：场地允许可放坡开挖；

方案

2

：以挖孔灌注桩或钻孔灌注桩做成悬贸式挡墙，需要时亦可设一道拉锚或锚杆；

方案

3

：土层适于打桩，同时环境又允许打桩时，可打设钢板桩。

6

m～

11m

（二层地下室）

方案

1

；灌注桩后加搅拌桩或旋喷桩止水，设1～2道支撑；

方案

2

：对于要求围护结构作永久结构的，则可采用设支撑的地下连续墙；

方案

3

：环境条件允许时，可打设钢板桩，设2～3道支撑；

方案

4

：可应用

SM

W工法或套管咬合桩；

方案

5

：对于较长的排管工程、可采用打设钢板桩，设3～

4

道支撑，或灌注桩后加必要的降水帏幕，设3～

4

道支撑。

方案

1

：挖孔灌注桩或钻孔灌注桩加锚杆或内支撑；

方案

2

：钢板桩支护并设数道拉锚；

方案

3

：较陡的放坡开挖，被面用喷锚混凝土及锚杆支护，亦可用土钉墙。

二、围护结构的型式式及适用范围7）基坑围护结构构选型方案：11

～

14m

（三层地下室）

方案

1

：灌注桩后加搅拌桩或旋喷桩止水，设3～4道支撑；

方案

2

：对于环境要求高的，或要求支护结构兼作永久结构的，采用设支撑的地下连续墙。采用逆筑法或半逆筑法施工；

方案

3

：可应用

SMW

工法或套管咬合桩；

方案

4

：对于特种地下构筑物，在一定条件下可采用沉井

(

箱

)

方案

1

：挖孔灌注桩或钻孔灌注桩加锚杆或内支撑；

方案

2

；局部地区地质条件差，环境要求高的可采用地下连续墙作临时支护结构，亦可兼作永久结构，采用顺筑法或逆筑法，半逆筑法施工；

方案

3

：可应用套管咬合桩或研究应用

SM

W工法。

＞

14m

（四层以上地下室或特种结构

)

方案

1

：有支撑的地下连续墙作临时围护结构，亦可兼作主体结构，采用顺筑法或逆筑法，半逆筑法施工；

方案

2

：对于特殊地下构筑物，特殊情况下可采用沉井

(

箱

)

。

方案1：在有经验、有工程实例前提下，可采用挖孔灌注桩或钻孔灌注桩加锚杆或内支撑；

方案

2

：采用地下连续墙作临时支护结构，亦可兼作永久结构，采用顺筑作法或逆筑法，半逆筑法施工；

方案

3

：可应用

SM

W工法或套管咬合桩。

三、基坑土方开挖施施工要点基坑开挖工程施施工组织设计：：(1)开挖机械械的选择一般基坑开挖均均优先采用机械械开挖，常用的挖土机械械有：推土机、铲运机机、正铲挖土机机以及反铲、拉拉铲、抓铲挖土土机等。(2)开挖程序序的确定基坑土方开挖按分层、分区、对对称均衡开挖、先撑后挖挖的原则进行。挖挖土进度应根据据预估位移速率率及气候情况来来确定。一般在坑底以上保留留15～30cm土层由由人工挖除。(3)施工现场场平面布置必须根据有限场场地对装土、运运土及材料进场场的交通路线、施工机械放置、、材料堆场、工工地办公及食宿宿生活场所进行行全面规划。(4)降、排水水措施及冬季、、雨季、汛期施施工措施当地下水位较高高且土体的渗透透系数较大时应应进行井点降水水。井点降水可可采用轻型井点点、喷射井点、、电渗井点、深深井井点等。(5)合理的施施工监测计划要有合理全面的的施工监测计划。。(6)应急措施施的拟定为预防在基坑开开挖过程中出现现意外，应事先先对工程进展情情况进行预估，，制定可行的应应急措施，准备备必要的设备和和材料，做到防防患于未然。三、基坑土方开挖施施工要点基坑开挖应重视视问题：(1)制定好施工组织织计划。(2)制定周密的监测测计划，实行信信息化施工。(3)重视其挤土效应应对环境的影响响。(4)重视围护结构的的施工质量。(5)重视坑内外的排排水措施。(6)基坑土方开挖时时应保证钢筋混混凝土或水泥土土养护龄期。(7)尽量减少坑边的的地面堆载。(8)严禁野蛮施工和和超挖。(9)严格按施工组织织规定的挖土程程序、挖土速度度进行挖土，并并备好应急措施施，做到防患于于未然。(10)注意各部门的密密切协作，保护护好监测点、线线和各种元器件件。四、基坑工程常见事事故及对策4-1、基坑的破坏型型式四、基坑工程常见事事故及对策4-1、基坑的破坏型型式围护体系破坏基基本形式(a)墙体折断破坏；；(b)整体失稳破坏；；(c)基坑隆起破坏；；(d)踢脚失稳破坏；；(e)流土破坏；(f)支撑体系失稳破破坏四、基坑工程常见事事故及对策4-2、基坑事故的原原因分析（1）勘察的失误①天然地基土体体是各向异性，，所取土样、获获取的土层参数数不能真正代表表现场土层的实实际情况；②土的区域性强强，对各种土的的土性特点的认认识和把握不够够；③市场竟争不规规范，勘察不准准确，参数失实实。（2）设计计算理论论的缺陷和设计计的失误主要是围护结构构选型失误，设设计参数取值安安全储备不够，，计算错误，坑坑中坑的处理、、附加超载的取取值，或忽视基基坑的稳定性等等都会导致事故故的发生；（3）水处理不当（4）施工因素①施工组织设计计欠妥，开挖顺顺序不当，开挖挖速度太快；②先挖后撑而不不是先撑后挖；；或打桩后即开开挖土方；或开开挖分层过大；；土方超挖；③施工机械行走走震动过大，或或碰撞围护结构构；④基坑周围地面面堆载土方、机机械、材料等超超过设计荷载；；⑤基坑开挖到设设计标高后，未未及时封底处理理，暴露时间过过长；⑥在已完成的基基坑内施工人工工挖孔桩、冲钻钻孔灌注桩等形形成临空面，降降低了被动区土土的反压力；⑦施工质量低劣劣或方法不当；；⑧止水结构水泥泥掺入比、垂直直度达不到设计计要求；⑨地连墙槽幅间间的连接和垂直直度达不到设计计要求；⑩相邻基坑施工工对本基坑围护护结构的影响等等因素，都会引引起事故的发生生。四、基坑工程常见事事故及对策4-3、基坑事故的预预防对策（1）严把勘察、设设计关（2）重视和加强基基坑监测及预警警、预报工作（3）事故苗头的预预防与应急措施施：1）悬臂式围护结构构过大的内倾位位移首先应采取坡顶卸载的办法，在桩后后适当挖土卸载或或人工降水，坑内桩前堆筑筑砂石袋或增设设坑内支撑或增增加坑内混凝土土垫层的厚度，，或设置配筋混混凝土垫层等方方法来增大被动动土压力。2)内撑或锚杆杆围护结构失稳稳发生较大内凸凸变形首先也应在坡顶顶或桩后卸载，坑内停止一切切作业，在坑内内增设支撑、锚锚杆或其它应急措施。。参照悬臂式围围护结构的处理理方法，因地制制宜地选用。3)边坡失稳分析原因，在可可能的条件下，，尽快降低坑外外地下水位，进进行坡顶卸载，，加强未滑坡区区段的监测和保保护，严防事故故的继续扩大；；其次在坡脚堆堆筑砂石袋，或或在未滑部位施施打钢板桩、钢钢管、木桩等以以挡土，并尽快快灌筑封底混凝凝土。4)流砂a.当流砂不严重时时，宜放慢开挖挖速度，使地下下水平稳降落，，水力坡度逐渐渐减小，直到接接近或小于临界界水力坡度。当当出现较严重流流砂时，应立即即停止挖土，同同时有针对性地地采取应急措施施进行处理。四、基坑工程常见事事故及对策4-3、基坑事故的预预防对策（3）事故苗头的预预防与应急措施施：4)流砂b.如因围护桩间距距过大产生流砂砂、流土，引起起地面下沉，应应立即停止开挖挖；采取补桩；；或在桩间加挡挡土板等堵封；；同时结合引流流疏排等措施。。c.分别采用各类井井点降水，降低低坑内外的地下下水位。d.在条件允许时，，可适当积累基基坑内水，保留留一定的水深，，减小坑内外水水头差，以减小小地下水水力坡坡度。e.在基坑四周设置置止水帏幕或支支挡结构，使地地下水的渗透路路径增长，从而而达到减小水力力坡度。f.在条件许许可时，，可采用用冻结法法，使基基坑周围围一定范范围内土土体冻结结，封冻冻地下水水流动。。g.在地下水水位高的的地区，，如有条条件，应应在枯水水期施工工，使最最高水位位不高于于坑底的的0.5m，这时动动水压力力不大，，就不会会产生流流砂。h.当基底为为砂层，，土压力力和动水水压力都都较大，，地下水水丰富，，混凝土土难于固固结，也也可采用用化学灌灌浆快速速凝固，，进行抢抢险。5)管涌a.降低承压压水水头头；b.快凝压力力注浆；；c.浇筑快凝凝混凝土土四、基坑工程程常见事事故及对对策4-4、基坑事事故常用用补救办办法削坡减载坑内反压

尽快浇捣混凝土垫层稳定周围地面土体加强内支撑加设锚杆、土钉加固与止水降水补救办