搜索
专题二基坑工程本章内容主要包括六个部分：1．介绍基坑工程的内容、设计原则与安全等级2．介绍了基坑工程的勘察包括岩土勘察、水文地质勘察、周边环境勘察。3．重点介绍了包括地下连续墙、逆筑法、土钉墙、水泥土墙和钢板桩等支护结构的施工。4．介绍了基坑土方开挖，包括放坡开挖和有支护结构的开挖等两种开挖方式。5．分析了地下水流的性质、基坑涌水量的计算、集水明排法以及降低地下水方法。6．介绍了基坑支护结构监测项目、监测方法以及常用的监测仪器●2.1基坑工程概述基坑工程概念及现状基坑工程是为保护基坑施工、地下结构的安全和周边环境不受损害而采取的支护、基坑土体加固、地下水控制、开挖等工程的总称，包括勘察、设计、施工、监测、试验等。上海“莲花河畔景苑”在建楼房整体倒塌6月27日6时左右，上海闵行区“莲花河畔小区”一栋在建13层住宅楼整体倒塌。这是建国以来建筑业最令人恐怖的倒楼事件。两侧压力差产生的水平力超过了桩基的抗侧能力骇人听闻的上海倒楼事件令土木人蒙羞，开发商、承包商、监理工程师和负有监管职责的政府官员将被钉在土木建设史的耻辱柱上！(3)设计、施工人员经验不足。实践表明，工程经验在决定基坑支护设计方案和确保施工安全中起着举足轻重的作用。导致基坑工程事故的主要原因如下:(1)设计理论不完善。许多计算方法尚处于半经验阶段，理论计算结果尚不能很好反映工程实际情况。(2)设计者概念不清、方案不当、计算漏项或错误。基坑工程特点1.综合性强2.临时性和风险性大3.地区性4.环境条件要求严格一、基坑工程的内容基坑土方开挖的施工工艺一般有两种：放坡开挖(无支护开挖)和在支护体系保护下外挖(有支护开挖)。前有既简单又经济，但需具备放坡开挖的条件，即基坑不太深而且基坑平面之外有足够的空间供放坡之用。因此，在空旷地区或周围环境允许放坡而又能保证边坡稳定条件下应优先选用。在城市中心建筑物稠密地区，往往不具备基坑放坡开挖的条件,此时就只能采用在支护结构保护下垂直或基本垂直进行开挖。在有支护开挖的情况下，基坑工程一般包括下述内容：(1)基坑工程勘察；(2)基坑支护结构的设计和施工；(3)控制基坑地下水位；(4)基坑土方工程的开挖和运输；(5)基坑土方开挖过程中的工程监测；(6)基坑周围的环境保护。边坡有危岩、孤石、崩塌体等不稳定的迹象时要先做妥善处理。对软土土坡和极易风化的软质岩石边坡，开挖后应对坡脚、坡面采取喷浆、抹面、嵌补、砌石等保护措施，并作好坡顶、坡脚排水。高达530m的边坡锚固土壁支护边坡支护支撑垛防治边坡崩塌大石加固崩塌防治土壁支护边坡简易护理边坡主动防护网石笼网护坡石笼网护岸漓江石笼护岸土壁支护二、基坑支护结构的设计原则与方法基坑支护结构设计的原则为：(1)安全可靠：(2)经济合理：(3)便利施工：根据现行国家行业标准《建筑基坑支护技术规程》，基坑支护结构应采用分项系数表示的极限状态设计方法进行设计。基坑支护结构的极限状态，分为以下两类：1．承载能力极限状态2．正常使用极限状态三、基坑支护结构的安全等级根据《建筑基坑支护技术规程》，基坑侧壁的安全等级分为三级(表l—1)，设计时不同等级采用相对应的重要性系数γ0。基坑侧壁安全等级及重要性系数表1-l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周边环境及地下结构施工影响小严重0.90●2.2基坑工程勘察为了正确地进行支护结构设计和合理组织基坑工程施工，事先需对基坑及其周围进行下述勘察：。一、岩土勘察在建筑地基详细勘察阶段，宜同时对基坑工程需要的内容进行勘察。勘察范围取决于开挖深度及场地的岩土工程条件，宜在开挖边界外开挖深度1～2倍范围内布置勘探点，对于软土勘察范围尚宜扩大。勘探点的间距可为15～30m，地层变化较大时，应增加勘探点查明分布规律。基坑周边勘探点的深度不宜小于1倍开挖深度，软土地区应穿越软土层。岩土勘察一般应提供下述资料：(1)场地土层的类型、特点、土层性质；(2)基坑及围护墙边界附近，场地填土、暗浜、古河道及地下障碍物等不良地质现象的分布范围与深度，表明其对基坑工程的影响；(3)场地浅层潜水和坑底深部承压水的埋藏情况，土层渗流特性及产生流砂、管涌的可能性；(4)支护结构设计和施工所需土、水指标；二、水文地质勘察应提供下列情况和数据：(1)地下各含水层的视见水位和静止水位；(2)地下各含水层中水的补给情况和动态变化情况，与附近水体的连通情况；(3)基坑底以下承压水的水头高度和含水层的界面；(4)分析施工过程中水位变化对支护结构和基坑周边环境的影响，提出应采取的措施。三、基坑周边环境勘察应包括以下内容：(1)查明影响范围内建(构)筑物类型、层数、基础类型和埋深、基础荷载大小及上部结构现状；(2)查明基坑周边各类地下设施，包括给水、排水、电缆、煤气、污水、雨水、热力等管线的分布与性状；(3)查明基坑四周道路的距离及车辆载重情况；(4)查明场地四周和邻近地区地表水汇流和排泻情况，地下水管渗漏情况及对基坑开挖的影响。此外，在进行支护结构设计之前，尚应对下述地下结构设计资料进行收集和了解：(1)主体工程地下室的平面布置以及与建筑红线的相对位置，这对选择支护结构型式及支撑布置等有关；(2)主体工程基础的桩位布置图，这与支撑体系中的立柱布置有关，应尽量利用工程桩作为立柱桩以降低造价；(3)主体结构地下室层数、各层楼板和底板的布置与标高以及地面标高，这与确定开挖深度，选择围护墙与支撑型式和布置以及换撑等有关。●2.3支护体系方案选择深层搅拌水泥土桩墙逆作拱墙式桩排式土钉墙喷锚支护钢管桩挖孔灌注桩钢板桩板墙式板桩式组合式粉体喷射注浆桩墙钻孔灌注桩高压喷射注浆桩墙边坡稳定式排桩与板墙式水泥挡土墙式现浇地下连续墙灌注桩与水泥土桩结合加筋水泥土围护墙型钢横挡板常用的支护结构体系(1)钢板桩钢板桩常用的有简易的槽钢钢板桩和热轧锁口钢板桩。①槽钢钢板桩②热轧锁口钢板桩其形式有U型、z型、一字型、H型和组合型。我国一般常用者为U型，即互相咬接形成板桩墙，只有在基坑深度很大时才用组合型。U型钢板桩插打入土U型板桩相互连接(2)钢筋混凝土板桩这是一种传统的支护结构，截面带企口有一定挡水作用，顶部设圈梁，用后不再拔除，永久保留在地基土中，过去多用于钢板桩难以拔除的地段。(3)钻孔灌注桩排桩挡墙常用者为∮600～1000mm，做成排桩挡墙，顶部浇筑钢筋混凝土圈梁，设内支撑体系。我国各地都有应用，是支护结构中应用较多的一种。灌注桩挡墙的刚度较大，抗弯能力强，变形相对较小，在土质较好的地区已有7—8m悬臂者，在软土地区坑深不超过14m皆可用之，经济效益较好。但其永久保留在地基土中，可能为日后的地下工程施工造成障碍。由于目前施工时它难以做到相切，桩之间留有100～150mm的间隙，挡水效果差，有时将它与深层搅拌水泥土桩挡墙组合应用，前者抗弯，后者做成防水帷幕起挡水作用001iikjjijehqK（）0ike(4)地下连续墙地下连续墙已成为深基坑的主要支护结构挡墙之一，国内大城市深基坑工程利用此支护结构为多，常用厚度为600～800mm，少量也可施工厚1000mm者、，上海至今已完成一百多万平方米地下连续墙。尤其是地下水位高的软土地区，当基坑深度大且邻近的建(构)筑物、道路和地下管线相距甚近时，它往往是首先考虑的支护方案。上海地铁的多个车站施工中都采用地下连续墙。(5)深层搅拌水泥土桩挡墙深层搅拌水泥土桩挡墙在软土地区近年来应用较多，尤以上海应用最多，过去多用于地基加固工程。它是用特制进入土深层的深层搅拌机将喷出的水泥浆固化剂与地基上进行原位强制拌合而制成水泥土桩，相互搭接，硬化后即形成具有一定强度的壁状挡墙(有各种形式，计算确定)，既可挡土又可形成隔水帷幕。对于平面呈任何形状、开挖深度不很深的基坑(一般认为不超过6m)，皆可用作文护结构，比较经济；水泥土的物理力学性质，取决于水泥掺入比，多用12％左右。目前在上海地区广为应用，收到较好的效果，它特别适应于软土地区。深层搅拌水泥土桩挡墙，属重力式挡墙，深度大时可在水泥土中插入加筋杆件，形成加筋水泥土挡墙，必要时还可辅以内支撑等。(6)旋喷桩挡墙它是钻孔后将钻杆从地基土深处逐渐上提，同时利用插入钻杆端部的旋转喷嘴，将水泥浆固化剂喷入地基土中形成水泥土桩，桩体相连形成帷幕墙，可用作文护结构挡墙。在较狭窄地区亦可施工。它与深层搅拌水泥土桩一样，亦为重力式挡墙，只是形成水泥土桩的工艺不同而已。在施工旋喷桩时，要控制好上提速度、喷射压力和喷射量，否则质量难以保证。(7)土钉（沙层锚杆)墙土钉墙是一种利用土钉加固后的原位土体来维护基坑边坡土体稳定的支护方法。它由土钉、钢丝网喷射混凝土面板和加固后的原位土体三部分组成。该种支护结构简单、经济、施工方便，是一种较有前途的基坑边坡支护技术，适用于地下水位以上或经降水后的粘性土或密实性较好的砂土地层，基坑深度一般不大于15m。钻孔插筋、注浆铺设钢筋网喷射砼护面土钉墙支护支撑体系的选型当基坑深度较大，悬臂的挡墙在强度和变形方面不能满足要求时，即需增设支撑系统。支撑系统分两类：基坑内支撑基坑外拉锚。0ike1、内支撑(1)钢结构支撑钢结构支撑拼装和拆除方便、迅速，为工具式支撑，可多次重复使用，且可根据控制变形的需要施加预顶力，有一定的优点。但与钢筋混凝土结构支撑相比，它的变形相对较大，且由于圆钢管和型钢的承载能力不如钢筋混凝土结构支撑的承裁能力大，因而支撑水平向的间距不能很大；相对来说对于机械挖土不太方便①钢管支撑钢管支撑的形式，多为对撑或角撑如间距较大、长度较长，亦可增设腹杆形成桁架式支撑，对撑纵横钢管交叉处，可以上下叠交；亦可增设特制的十字接头，纵横钢管都与十字接头连接，使纵横钢管处于同一平面内。后者可使钢管支撑形成一平面框架，刚度大，受力性能好内支撑的布置与型式支撑体系在平面上的布置形式(如图)，有角撑、对撑、桁架式、框架式、环形等。有时在同一基坑中混合使用，如角撑加对撑、环梁加边桁(框)架、环梁加角撑等。主要是因地制宜，根据基坑的平面形状和尺寸设置最适合的支撑。②H型钢支撑H型钢支撑用螺栓连接，为工具式钢支撑，现场组装方便，构件标准化，对不同的基坑能按照设计要求进行组合和连接，可重复使用，有推广价值。H型钢常用者为焊接H型钢和轧制H型钢。(2)钢筋混凝土支撑钢筋混凝土支撑它刚度大，变形小，能有效地控制挡墙变形和周围地面的变形，宜用于较深基坑和周围环境要求较高的地区。但成型和发挥作用时间长、属于一次性支撑结构、拆除困难。●2.4基坑工程施工●2.4.1水泥土墙施工深层搅拌水泥土桩排挡墙，是采用水泥作为固化剂，利用特制的深层搅拌机械，在地基深处就地将软土和水泥强制搅拌形成水泥土，利用水泥和软土之间所产生的一系列物理-化学反应，使软土硬化成整体性的、并有一定强度的挡土、防渗墙。优点：施工时振动和噪音小，工期较短，无支撑，它既可挡土亦可防水，而且造价低廉。普通的深层搅拌水泥土挡墙，通常用于不太深的基坑作支护，若采用加筋搅拌水泥土挡墙，则能承受较大的侧向压力，用于较深的基坑护壁。（一）施工机具(1)深层搅拌机它是深层搅拌水泥土桩施工的主要机械。目前应用的有中心管喷浆方式和叶片喷浆方式两类。前者的输浆方式中的水泥浆是从两根搅拌轴之间的另一根管子输出，不影响搅拌均匀度，可适用于多种固化剂；后者是使水泥浆从叶片上若干个小孔喷出，使水泥浆与土体混合较均匀，适用于大直径叶片和连续搅拌，但因喷浆孔小易被堵塞，它只能使用纯水泥浆而不能采用其他固化剂。(2)配套机械主要包括灰浆搅拌机、机架、集料斗、灰浆泵。（二）施工工艺（三）水泥土的配合比搅拌法施工要求水泥浆流动度大，水灰比一般采用0.45～0.50，但软土含水量高，对水泥土强度增长不利。为了减少用水量，又利于泵送，可选用木质素磺酸钙作减水剂，另掺入三乙醇铵以改善水泥土的凝固条件和提高水泥土的