第二讲--基坑开挖

第二讲土方工程12第三节基坑开挖3在平整过的场地上，利用设计提供的基点坐标经过定位放线之后，就可进行基坑开挖。基坑开挖方法取决于基坑深度、周围环境、土的物理力学性能等。基坑开挖应注意：1.在地下水位高的地区，需要事先降低地下水位；2.对设有支护结构的深基坑，应降低土壤含水量；3.当周围允许且基坑不太深时，基坑宜放坡开挖，较为经济，此时应注意边坡的稳定；4.当基坑深度较大且周围环境不允许放坡时，需事先进行支护后再进行开挖；5.对大型基坑事先要拟定详细的挖土方案，要全面考虑挖土顺序、运土方法和与支护结构施工的配合，以期顺利施工，为后续工作创造条件。4一、降低地下水位在地下水位较高地区开挖深基坑时，土的含水量被切断，地下水会不断地渗出流入基坑内。为了保证施工的正常进行，防止出现流沙、边坡失稳和地基承载力下降，需做好基坑的降水工作。降水方法有集水井降水和井点降水两类。集水井降水属重力降水，是在开挖基坑时沿坑底周围开挖排水沟（最小纵向坡度为0.2%~0.5%），每隔一定距离（最大30~40m）设集水井，使基坑内挖土时渗出的水经排水沟流向集水井，然后用水泵排出基坑。排水沟和集水井的截面尺寸取决于基坑的涌水量。但是，当基坑开挖深度较大，地下水的动水压力和土的组成有可能引起流沙、管涌、坑底隆起和边坡失稳时，则宜采用井点降水方法。井点降水的作用防止地下水涌入坑内防止边坡由于地下水的渗流而引起的塌方使坑底的土层消除了地下水位差引起的压力，因此防止了坑底的管涌5消除了地下水的渗流，也就防止了流砂现象降水后，使板桩减少了横向荷载降低地下水位后，还能使土壤固结，增加地基土的承载能力6断抽出，将地下水位降至基坑底以下。井点降水的种类⑴轻型井点轻型井点是沿基坑四周将井点管埋入蓄水层内，利用抽水设备将地下水从井点管内不适用于渗透系数为0.1～50m/d的土层中。降水深度为：单级井点3～6m，多级井点6～12m7轻型井点的平面布置①单排布置：当基坑(槽)宽度＜6m、降水深度≯5m时可采用单排布置。井点管应布置在地下水的上游一侧，两端的延伸长度不宜小于坑槽的宽度B。②双排布置：当基坑(槽)宽度＞6m时应采用。8轻型井点的设计③环型或U型布置：当基坑面积较大时，应采用环型布置（考虑施工机械进出基坑时宜采用U型布置）。●采用双排、环型或U型布置时，位于地下水上游一排的井点间距应小些，下游井点的间距可大些。●如采用U形布置，则井点管不封闭的一段应在地下水的下游方向。910般要露出地面0.2m左右。各段总管和滤管最好设在同一水平面上，不宜高低悬殊。轻型井点的高程布置井管的埋设深度H按下式计算：H≥H1+h+iL（m）式中H1——井管埋设面至基坑底的距离，m；h——基坑轴线上降低后的地下水位至基坑底的距离，一般不小于0.5m；i——地下水降落坡度，环状井点为1/10，单排线状井点为1/5；L——井管至基坑轴线的水平距离，m。此外，确定井管埋设深度时，还要考虑到井管一轻型井点的设计除进行井点系统的平面布置和高程布置外，尚应进行涌水量的计算，确定井管数量及井距，选择抽水设备等工作。轻型井点的埋设程序为：排放总管→埋设井点管→用弯联管将井点与总管接通→安装抽水设备。11⑵喷射井点是在井点管内设特制的喷射器，用高压水泵或空气压缩机向喷射器输入高压水或压缩空气，形成水气射流，将地下水抽出排走。其降水深度可达8～20m。适用于开挖深度较深、降水深度大于8m，土渗透系数为3～50m/d的砂土或渗透系数为0.1～3m/d的粉砂、淤泥质土、粉质粘土。12⑶电渗井点电渗井点以井点管作负极，打入的钢筋作正极，通入直流电后，土颗粒自负极向正极移动，水则自正极向负极移动而被集中排出。本法常与轻型井点或喷射井点结合使用。适用于渗透系数很小的饱和粘性土、淤泥或淤泥质土中的施工降水13⑷管井井点管井井点由滤水井管、吸水管和抽水机组成。管井埋设的深度和距离根据需降水面积、深度及渗透系数确定，一般间距10～50m，最大埋深可达10m，适用于降水深度3～5m、渗透系数为20～200m/d的基坑中施工降水。管井井点设备简单、排水量大、易于维护、经济实用。管井填充滤料管井抽排水PVC简易管井14如需降水深度较大，可采用深井井点，适用于降水深度＞15m、渗透系数为10～250m/d的基坑。故称为“深井泵法”。管井井点降水15流砂的防治在细砂或粉砂土层的基坑开挖时，地下水位以下的土在动水压力的推动下极易失去稳定，随着地下水涌入基坑，这种现象称为流砂现象。发生流砂后，土完全丧失承载力，土体边挖边冒，施工条件极端恶化，基坑难以达到设计深度。严重时会引起基坑边坡塌方，临近建筑物出现下沉、倾斜甚至倒塌。1流砂现象广佛地铁桂城站基坑出现流砂，地面下沉约1.5m图为砂包封堵抢险现场162产生流砂的原因产生流砂现象的原因有内因和外因：内因：取决于土的性质，当土的孔隙比大、含水量大、粘粒含量少、粉粒多、渗透系数小、排水性能差等均容易产生流砂现象。因此，流砂现象极易发生在细砂、粉砂和亚粘土中，但是否发生流砂现象，还取决于一定的外因条件。流砂-基坑满目狼籍流砂支挡强行施工17外因：是地下水在土中渗流所产生的动水压力的大小，Wh1h2L动水压力GD为：GDIW式中：I——水力坡度（I=（h1-h2）/L）；h1－h2——水位差；γW——水的重度。当地下水位较高、基坑内排水所形成的水位差较大时，动水压力也愈大，当GD≥γ（土的浮重）时，就会推动土壤失去稳定，形成流砂现象。183流砂的防治⑴防治原则：“治流砂必先治水”。流砂防治的主要途径一是减小或平衡动水压力；二是截住地下水流；三是改变动水压力的方向。⑵防治方法：①枯水期施工法：枯水期地下水位较低，基坑内外水位差小，动水压力小，就不易产生流砂。②打板桩：将板桩沿基坑打入不透水层或打入坑底面一定深度，可以截住水流或增加渗流长度、改变动水压力方向，从而达到减小动水压力的目的。19③水中挖土：即不排水施工，使坑内外的水压相平衡，不致形成动水压力。如沉井施工，不排水下沉、进行水中挖土、水下浇筑砼。④人工降低地下水位法：即采用井点降水法截住水流，不让地下水流入基坑，不仅可防治流砂和土壁塌方，还可改善施工条件。⑤抢挖并抛大石块法：分段抢挖土方，使挖土速度超过冒砂速度，在挖至标高后立即铺竹、芦席，并抛大石块，以平衡动水压力，将流砂压住。此法适用于治理局部的或轻微的流砂。此外，采用地下连续墙法、止水帷幕法、压密注浆法、土壤冻结法等，都可以阻止地下水流入基坑，防止流砂发生。2021二、边坡稳定开挖基坑时，如条件允许可放坡开挖。与垂直开挖比较，在许多情况下放坡开挖比较经济。土方边坡的大小，与性质、基坑开挖深度、基坑开挖方法、基坑开挖后留置时间的长短、附近有无土堆及排水情况相关。基坑开挖后，如果边坡土体中的剪应力大于土的抗剪强度，则边坡就会滑动、失稳。影响边坡稳定的因素：风化、土方边坡附近存在荷载，尤其是动荷载；因下雨使土体中的含水量增加，使土体自重增大，以及由于水在土体中渗流而产生动水压力；水浸入土体的裂缝之中产生静水压力等。从理论上说，研究土体边坡稳定有两类方法：一是利用弹性、塑性或塑性理论确定土体的应力状态；二是假定土体沿着一定的滑动面滑动而进行极限平衡分析。22三、支护结构在城市中心建筑物稠密地区开挖深基坑，常常不允许放坡开挖，这就需要采用支护结构支撑土壁和防止地下水渗流入基坑，以保证基坑开挖安全和顺利地进行，并防止和减少对相邻已有建（构）筑物、地下管线、道路等的不利影响。支护结构由挡墙和支撑（或土锚）两部分组成。（一）深基坑支护的基本要求：●确保支护结构能起挡土作用，基坑边坡保持稳定；●确保相邻的建（构）筑物、道路、地下管线的安全，不因土体的变形、沉陷、坍塌受到危害；●通过排水降水等措施，确保基础施工在地下水位以上进行。上海环球金融中心基础施工深地基铁坑车支站护的2324（一）支护结构选择支护结构挡墙形式很多，常用的有以下几种：1.钢板桩优点：在软土地基地区打设方便，有一定的挡水能力，施工迅速，且打设后可立即开挖。缺点：柔性较大，基坑较深时支撑工作量较大，用后拔除时带土，处理不当会引起土层移动，严重时会给施工的结构或周围设施带来危害。252.钻孔灌注桩挡墙优点：刚度较大，抗弯能力强，变形相对较小，经济效益好。缺点：桩之间有间隙，挡水效果差。263.H型钢支柱（或钢筋混凝土桩支柱）、木挡板挡墙这种结构适用于土质较好，地下水位低的地区，国外应用较多。支桩按一定间距打入土中，支柱按一定间距打入土中，支柱间设木挡板或其他挡土设施，用后支柱可拔出重复使用，较经济，但一次性投资较大。成槽施4地下连续墙支护先建造钢筋砼地下连续墙，达到强度后在墙间用机械挖土。该支护法刚度大、强度高，可挡土、承重、截水、抗渗，可在狭窄场地施工，适于大面积、有地下水的深基坑施工。地下连续墙槽段的连接工27导墙施工导墙施工完泥浆系统--泥浆池成槽施工钢筋笼吊装锁口管起拔砼浇筑28295.深层搅拌水泥土桩挡墙306.旋喷桩挡墙深基坑边坡支护坍塌事故3132四、土锚在基坑工程中，土锚是用来拉固支护结构挡墙的，这样基坑内部无支撑，便于挖土和地下结构施工。土锚通常由锚头、锚头垫座、拉杆、锚固体、锚地板等组成。土锚设计要考虑的问题包括：锚杆布置、锚杆承载能力、锚杆的整体稳定性、锚杆尺寸确定等。33五、基坑开挖基坑开挖分两种情况，一是放坡开挖，无支护结构；二是有支护结构的基坑开挖。（一）放坡开挖一般情况下在软土地区开挖深度不超过4m的基坑，当场地允许，经验算能保证土坡稳定时，可采用放坡开挖。开挖深度超过4m的基坑，边坡宜设置阶梯平台，分阶段开挖。如土质较差且基坑施工期较长时，边坡坡面宜用钢丝网喷浆或高分子聚合材料覆盖进行护坡。放坡开挖还应采取措施降低坑内水位和防止坑外水倒灌。34放坡开挖多用反铲挖掘机和抓铲挖掘机。反铲挖掘机用于挖掘停机面以下的土方，其开行方式有沟端开行和沟侧开行两种。前者后退挖土，向沟一侧装车或弃土；后者机械停于沟侧，沿沟边开行挖土，可将土弃于距沟较远处，但边坡不易控制。35抓铲宜于开挖较松软土壤，对施工面狭窄而深的基坑、深槽较适宜，还可水中挖土和进行装卸作业，但抓铲效率较低。36（二）有支护结构的基坑开挖这种基坑开挖重要的是与支护结构的配合。土方开挖的顺序必须与支护结构设计工况一致，要严格遵循“先撑后挖”和“分层、分块、对称、限时”地进行开挖。挖土与坑内支撑的施工要配合，每一工况挖土至设计标高后，要求迅速安装钢支撑或浇筑混凝土支撑，待其能承受设计荷载后，再按下一工况要求继续向下开挖。挖土方式视周围环境、出土方式和方向等而定。如周围环境允许，挖掘机下坡开挖和汽车下坡运土效率最高。37如周围建筑物密集，无法采用长坡道下坑开挖时，则可采用“墩式”开挖方案。开挖时将基坑中心部位的土暂时保留，栈桥的一端支撑在上面，挖土分层进行，挖去一层土浇筑或安装一层支撑，按着支护结构的设计工况，做到先撑后挖。38在建筑物密集的地区，如挖掘机不下坑挖土，亦可采用栈桥，抓铲在栈桥上抓土装车。这种挖土方案组织工作较简单，只是挖土效率较低。此时挖土亦要配合支撑的安装或浇筑，逐层进行，但每层土皆先挖出中间部分，后挖除靠近挡墙处，形成“盆式”挖土方案。39Theend!