深基坑工程方案设计及案例分析

深基坑工程方案设计及案例分析主要内容一、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——深基坑施工技术（逆作法、冻结法和型钢搅拌桩墙）正文：一、概述1深基坑工程定义：建质[2009]87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、四周环境和地下管线困难，或影响毗邻建筑（构筑）物平安的基坑（槽）的土方开挖、支护、降水工程。高大钊：深基坑工程是指包括基坑开挖、降水和支护结构设计、施工与监测在内的总称。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；围护结构的类型按功能划分：临时性结构和兼有永久性结构功能（两墙合一）按刚度划分：刚性结构和柔性结构按保持稳定方式划分：独立式围护结构（重力式和悬臂式）和支锚式围护结构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，锚杆体系则由锚杆、腰粱和台座等组成。百度百科：为保证基坑施工、主体地下结构的平安和四周环境不受损害而实行的支护结构、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。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，设计计算理论还不成熟，在肯定程度上还依靠于工程实践阅历。因此，留意对已有工程胜利阅历的积累，总结失败教训，对削减基坑工程事故、减轻或消退基坑开挖对四周环境的不良影响特别重要。2相关规范及资料《危急性较大的分部分项工程平安管理方法》（建质[2009]87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〔2010〕25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方法》2010.4——适用于河南省建筑边坡与深基坑工程《深基坑工程》（电子版课件）——高大钊2011.9《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）《建筑基坑工程平安技术规程》（JGJ167-2009）《建筑与市政降水工程技术规范》（JGJ111-98）《岩土锚杆（索）技术规程》（CECS22：2005）《钢筋混凝土设计规范》（GB50010－2010）《基坑工程手册》（第三版）《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202-2002）《建筑基坑工程监测技术规范》（GB50497-2009）3深基坑工程在我国的发展在我国，深基坑工程是最近20多年中快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，没有特地的设计，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常见的领域，给岩土工程界提出了很多技术难题，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。近些年，随着深基坑工程的快速发展，相继出台了基坑工程方面的行业、地方规程规范，相关部门也制定了规定、管理方法等。2009年住建部修定《危急性较大的分部分项工程平安管理方法》（建质〔2009〕87号）后，各省、市相继制定或修定了各自的深基坑工程的管理规定及设计方案的评审方法，促使了深基坑工程的方案设计、施工、监测及平安措施进一步规范化，为深基坑工程健康发展供应了制度的保证。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a.挡土功能——为地下室施工创建平安的施工面b.止水功能——为地下室施工创建干燥的施工面c.作为地下结构外墙的运用功能——地下室施工结束后成为地下室的结构外墙2、环境爱护与处理相邻关系的要求a.限制围护结构位移和坑底隆起对环境的影响——通过减小变形爱护相邻建筑物b.限制降低地下水位对环境的影响——削减坑外地下水位的改变c.限制土锚对相邻场地的影响——爱护相邻场地的地下资源的运用权3、总体要求基坑工程设计既要保证基坑稳定、正常施工，又要保证四周环境的平安。4、技术难点a.土力学的强度、变形、渗透三大课题全部都出现；b.施工因素的影响既巨大而又具有特别的不确定性；c.各种破坏模式相互交叉，互为因果，设计计算模式的不清楚性；三、深基坑工程方案设计1、深基坑工程设计阶段深基坑工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依据主体工程的性质和对地下室的运用要求、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、限制环境质量，为施工图设计和基坑施工组织安排供应限制性方案。2、深基坑工程方案设计内容1）

确定开挖方案，包括地下水的处理方案；2）

选择围护结构的类型；3）

选用土层锚杆或内支撑，选择支撑材料；4）

对土层锚杆或内支撑进行平面和竖向布置，包括围檩和立柱的布置；5）

进行各项稳定验算和结构内力计算以确定围护结构、支撑、围檩或锚杆的材料强度和截面尺寸，确定是否须要加固坑底；进行降水的限制性计算；6）

进行变形验算以检验是否满意环境要求；7）

环境爱护、监测、应急措施等内容；8）

对施工方案提出要求；9）

进行多方案的技术经济比较，优选方案。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四周的自然环境、工程环境和社会环境都有亲密的关系，因此，在基坑工程设计时必需具备下列几个方面的资料：主体结构设计图纸工程地质勘察报告环境调查资料（开挖深度3倍范围内）基坑周边地区建筑物状况（开挖深度2倍范围内周边荷载状况）基坑周边地区市政设施状况基坑周边地区道路状况基坑工程施工条件相关规程规范、法律、规定4、深基坑工程方案设计探讨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（工程地质手册—第四版）a.放坡开挖喷锚支护方案土钉墙方案锚索支护方案b.无支撑开挖重力式挡墙（搅拌水泥土挡墙、地下连续墙）悬臂式挡墙（排桩、钢板桩）锚固式挡墙（基坑工程的支护结构不得超出用地红线，必需超越红线时应征得相邻地块业主的同意——豫建〔2010〕25号）c.有支撑的开挖分层开挖、支护法中心岛法d.组合型的开挖方案立面组合平面组合2）选择围护结构的类型（工程地质手册—第四版）确定了开挖方案以后，依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（双排钻孔灌注桩和桩顶圈梁）格形地下连续墙组合型的重力式围护结构3）支、锚体系的选择（工程地质手册—第四版）当无法采纳独立式挡墙（包括重力式和悬臂式）时，必需采纳内支撑或锚杆体系来平衡土压力，以维持围护结构的稳定性。锚杆要受场地条件和地质条件的限制，而内支撑的适应性比较强；由于锚杆体系对坑内施工的干扰比较少，因此当具备可以采纳锚杆体系的条件时，一般首选锚杆方案；在不具备采纳锚杆体系的条件时，才考虑实行内支撑体系，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依据施工要求，实行合适的布置方案，尽量削减对坑内施工的干扰。按深基坑支撑的受力特征，支撑体系事实上是一个空间体系，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态、挖土与出土方案以及环境对变形限制的要求等因素，通常应考虑几种不同的布置方案进行比较、论证，选择最佳方案采纳。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。图——2605）支撑和锚杆的竖向布置锚杆锚固体上下排间距不宜小于2.5m，水平方向间距不宜小于1.5m。锚杆锚固体的上覆土层厚度不宜小于4.0m。倾斜锚杆的倾角以15~35为宜。支撑的竖向布置比锚杆困难得多，因为内支撑的位置不仅取决于满意围护结构稳定和变形的要求，而且在很大程度还受控于地下室梁板构件的位置以及施工最小空间的要求。

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，应具有肯定的刚度和强度，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.立柱采纳角钢制成的格构式结构；b.立柱必需坚固安置于立柱桩中；c.立柱桩必需满意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。实行何种方案主要取决于水文地质条件及周边环境的要求。从施工来说则要求供应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0.5～1.0m左右。如地下水位高于这个位置，须要实行降水的措施，降水的方法很多，都可以达到这个目的。①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.降水系统设计e.降水效果预料f.防范井点降水不良影响的措施②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0.5~1.0m；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运用；d.基坑边坡的稳定性。③降水方法的选择④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，宜采纳双排井点；c.基坑宽度小于40m时，采纳环形井点系统；d.基坑宽度大于40m时，采纳多环形井点，在中心加一排或多排井点。⑤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。须要依据不同的水文地质条件、基坑工程特点和降水的要求，区分不同的渗流特征，采纳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，场地四周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、特殊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。四、深基坑工程设计文件及审查1、设计方案——方案设计阶段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、环境爱护、监测、应急措施等内容，工程设计计算和分析必需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，但依据现行国家标准《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB50202划分标准基坑平安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依据现行行业标准《湿陷性黄土地区建筑基坑工程平安技术规程》JGJ167划分标准基坑平安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托付机构组织实施。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开对四周环境和邻近建（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；必需注明支护结构、周边重要建（构）筑物、重要管线及周边土体的限制变形值以及坡顶堆载的限制值、设计运用期限。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方法》。设计文件复核：（以河南省为例）设计单位应当依据专家委员会的评审看法，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、深基坑工程平安专项施工方案——施工打算阶段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制的平安技术措施文件。（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，并依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。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）应当依据国家现行规范、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）视详细状况，同设计方案一同评审或进行特地论证。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、失效案例图片——高大钊129-1773、深基坑工程事故频发的缘由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阅历不足，也可能是设计条件发生改变后没有刚好进行设计变更等；3)设计理论存在欠缺，岩土工程设计尚处于半理论半阅历状态；4)没有按图施工；5)施工中所用材料质量没有达到设计要求。六、火电厂深基坑工程案例分析1.驻马店热电厂汽车卸煤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，需实行降水措施，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），须要实行支护措施。方案设计两基坑均实行1：0.3坡率开挖，采纳管井降水，沿基坑四周线形布置，井深25～30m，井径400～600mm，出水流量15～25m3/h；支护采纳锚杆+锚索+混凝土面层（厚10cm）方案，采纳1.2×1.2m方格网布置，10m以上采纳锚杆，长9.0～12.0m，10m图片效果：深基坑施工过程中，坑壁稳定、施工顺当，未出现任何质量、平安事故，效果良好，对四周环境无明显影响。评述：a.在不具备放坡开挖的条件下，实行放坡+锚杆（索）支护方案，较实行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，采纳管井降水方案，并取得胜利，有肯定的突破性；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，需实行降水措施，场地具备放坡开挖的条件，但土方量较大。方案设计深基坑采纳三级放坡开挖，坡率实行1：1，开挖土方量约6万m3；采纳管井降水，沿基坑四周线形布置，井深25m，井距12m，井径400mm，共24口井，拟采纳两级降水方式（依据须要）。图片效果：深基坑施工过程中，坑壁稳定、施工顺当，未出现任何质量、平安事故，效果良好，对四周环境无明显影响。评述：a.在具备放坡开挖的条件下，优先选用放坡开挖，较实行围护结构开挖缩短工期、节约费用、便于施工；b.在粘性土夹薄层粉土的地基中，采纳管井降水方案，并取得胜利，有肯定的借鉴意义；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新密电厂二期工程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—8.0～10.0m左右。水位埋深相对较浅，需实行降水措施，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纳放坡大开挖的方式，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。其次阶为-5.2m到基坑底，坡率仍为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24～28口井。为保证边坡的稳定和平安，对-5.2m以下坡面采纳钢丝网挂抹1：2水泥砂浆的爱护措施。图片效果：两深基坑施工过程中，坑壁稳定、施工顺当，未出现任何质量、平安事故，效果良好，对四周环境无明显影响；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，较实行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，节约了降水费用；c.由于2#转运站深基坑距南侧施工道路较近，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渠东电厂工程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，需实行降水措施，场地具备放坡开挖的条件，但土方量较大。方案设计深基坑采纳三级放坡开挖，坡率均实行1：1，开挖土方量约4万m3；采纳管井降水，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，采纳三级降水方式，并依据降水状况辅以轻型井点降水。图片效果：深基坑施工过程中，坑壁整体稳定，局部发生坍塌（第三级坡面），对四周环境无明显影响。评述：a.在具备放坡开挖的条件下，优先选用放坡开挖，较实行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，采纳管井降水方案，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.下部粉细砂层仍采纳1:1坡率开挖，坡面太陡，致使该级坡面大面积坍塌；d.应留意粉细砂层含水量对边坡稳定性的影响。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确定性的环节。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样亲密，在方案设计时必需统一考虑；3）深基坑工程设计不仅要满意地下室施工空间和平安的要求，而更重要的是必需满意爱护环境的要求；4）把基坑工程与四周环境作为一个整体分析，达到即满意自身的强度要求，又满意变形要求的目的，从而使基坑工程的设计、施工从强度限制转向变形限制。5）深基坑工程设计应满意强度和变形两种极限状态，在很多状况下，由于环境条件的限制，满意变形限制的要求比满意强度和稳定性的要求更为严格，基坑工程的成败常常取决于变形限制。6）地下水是限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缘由，地下水影响是基坑工程设计中不确定性最大、限制最困难的问题。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。逆作法冻结法型钢搅拌桩墙（SMW）工法3、设计方法的进步1）符合两墙合一运用要求的设计方法“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纳。实行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、结构连接都提出了特别高的要求，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事实上是结构与土共同作用的响应，采纳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须要进一步去解决，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探讨深基坑工程的设计计算的内容和要求日益提高，已经必需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，计算程序的开发探讨有了很大的发展，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，garbageinto，garbageout.正确的方法应当是计算加工程推断。不能盲目地依靠计算软件。4、管理制度的建立很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需经过评审，这一制度的建立为深基坑工程走向健康的发展供应了制度的保证。5、标准化工作的开展20年来，在总结工程阅历的基础上，很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体系，给深基坑工程的设计和施工有章可循，有法可依。其次轮的规范修编工作正在开展，总结十余年来的阅历。

深基坑施工技术1、深基坑工程的逆作法逆作法已颁列入2001年颁布的中华人民共和国国家标准建筑地基基础设计规范逆作法是地上和地下同时施工的方法，又称为逆筑法。逆作法利用先施工的地下连续墙和中间支承柱承受荷载，从地面逐层下挖并从上到下地完成地下室的梁板、楼面工程，利用上一层的楼板结构作为下一层开挖时的支撑，逐层交替开挖与浇筑楼板结构；与此同时，逐层向上建立上部结构，使地面上和地下可同时进行施工。因此，可以缩短工期，降低造价，是一种合理的建筑方法，具