深基坑工程施工技术

深基坑工程施工技术的发展与综合述评王爱勋教授级高级工程师武汉建工(集团)有限公司总工程师武汉建工股份有限公司二O一0年十月十二日目录一、概述二、深基坑工程施工方案的编制三、深基坑工程施工工艺与质量要求四、典型工程案例及分析一、概述深基坑工程是一项风险性工程，是一门综合性很强的新型学科，它涉及工程地质、土力学、基础工程、结构工程、结构力学、施工技术、土与结构的共同作用以及环境岩土工程等多门学科，是理论上尚待进一步发展的具有综合性和交叉性的技术学科。深基坑工程大多是临时性工程，经费限制很紧，而影响因素、不确定性因素又很多，例如地质条件、水文情况、具体工程要求、气候变化的影响、施工顺序及管理、场地周围环境等等。深基坑工程的设计与施工既要保证整个支护结构在施工过程中的安全，又要控制支护结构及其周围土体的变形，保证周围环境（相邻建筑物及地下公共设施等）的安全。在保证安全前提下，设计要合理，又能节约造价、方便施工、缩短工期。要提高基坑工程的设计与施工水平，必须正确选择土压力、计算方法和参数，选择合理的支护结构体系，同时还要有丰富的设计和施工经验。基坑工程的主要作用与目的在于：满足地下工程施工空间要求及安全；保证主体工程地基及桩基安全；保证基坑周边的环境安全。基坑工程施工问题应该是由来已久，现代深基坑工程施工技术的大发展则是从20世纪80年代开始的，经过近三十年的发展，当前常用的深基坑支护技术如表1所示。类型支护方式或结构支挡构件或护坡方式适用条件放坡自稳边坡根据土质按一定坡率放坡（单一坡或分阶坡），土工膜覆盖坡面，抹水泥砂浆或喷混凝土（砂浆）保护坡面，袋装砂、土包反压坡脚、坡面。基坑周边开阔，相邻建（构）筑物距离较远，无地下管线或地下管线不重要，可以迁移改道；坑底土质软弱时，为防止坑底隆起破坏可通过分阶放坡卸载。坡体加固加筋土重力式挡墙土钉、螺旋锚、锚管灌（注）浆等加筋土挡墙。适用于除淤泥、淤泥质土外的多种土质，支护深度不宜超过6m；坑底没有软土。水泥土重力式挡墙注浆、旋喷、深层搅拌水泥土挡墙（壁式、格栅式、拱式、扶壁式）。适用于包括软弱土层在内的多种土质，支护深度不宜超过6m（加扶壁可加大支护深度），可兼作隔渗帷幕；墙底没有软土；基坑周边需有一定的施工场地。常见基坑支护分类及适用条件表1类型支护方式或结构支挡构件或护坡方式适用条件坡体加固喷锚支护钢筋网喷射混凝土面层，锚杆。适用于填土、粘性土及岩质边坡，支护深度不宜超过6m（岩质边坡除外），坡底有软弱土层影响整体稳定时慎用；不适用于深厚淤泥、淤泥质土层、流塑状软粘土和地下水位以下的粉土、粉砂层。复合喷锚支护钢筋网喷射混凝土面层，锚杆，另加水泥土桩或其它支护桩，解决坑底抗隆起稳定问题和深部整体滑动稳定问题。坑底以下有一定厚度的软弱土层，单纯喷锚支护不能满足要求时可考虑采用复合喷锚支护，可兼作隔渗帷幕；支护深度不宜超过6m，坑底软土厚度超过4m时慎用。排桩悬臂式钻孔灌注桩、人工挖孔桩、预制桩，板桩（钢板桩组合，异型钢组合，预制钢筋混凝土板组合）；冠梁。悬臂高度不宜超过6m，对深度大于6m的基坑可结合冠梁顶以上放坡卸载使用，坑底以下软土层厚度很大时不宜采用；嵌入岩层、密实卵砾石、碎石层中的刚度较大的悬臂桩的悬臂高度可以超过6m。常见基坑支护分类及适用条件续表1类型支护方式或结构支挡构件或护坡方式适用条件排桩双排桩两排钻孔灌注桩，顶部钢筋混凝土横梁连结，必要时对桩间土进行加固处理使用双排桩可在一定程度上弥补单排悬臂桩变形大、支护深度有限的缺点，适宜的开挖深度应视变形控制要求经计算确定；当设置锚杆和内支撑有困难时可考虑双排桩；坑底以下有厚层软土，不具备嵌固条件时不宜采用。锚固式（单层或多层）上列桩型加预应力或非预应力灌浆锚杆、螺旋锚或灌浆螺旋锚、锚定板（或桩）；冠梁；围檩。可用于不同深度的基坑，支护体系不占用基坑范围内空间，但锚杆需伸入邻地，有障碍时不能设置，也不宜锚入毗邻建筑物地基内；锚杆的锚固段不应设在灵敏度高的淤泥层内，在软土中也要慎用；在含承压水的粉土、粉细砂层中应采用跟管钻进施工锚杆或一次性锚杆。内支撑式（单层或多层）上列桩型加型钢或钢筋混凝土支撑，包括各种水平撑（对顶撑、角撑、桁架式支撑），竖向斜撑；能承受支撑点集中力的冠梁或围檩；能限制水平撑变位的立柱。可用于不同深度的基坑和不同土质条件，变形控制要求严格时宜选用；支护体系需占用基坑范围内空间，其布置应考虑后续施工的方便。常见基坑支护分类及适用条件续表1类型支护方式或结构支挡构件或护坡方式适用条件地下连续墙悬臂式或撑锚式钢筋混凝土地下连续墙、SMW工法、连锁灌注桩；需要时设内支撑或锚杆。可用于多层地下室的超深基坑，宜配合逆作法施工使用，利用地下室梁板柱作为内支撑。围筒圆形、椭圆形、拱形、复合形上列各类连续墙；环形撑梁。基坑形状接近圆形或椭圆形，或局部有弧形拱段，可充分利用结构受力特点，径向位移小，筒壁弯矩小。常见基坑支护分类及适用条件续表1常见基坑支护方式施工图片见附图纯粹从深基坑工程的施工技术来看，虽然当前的施工技术已取得了很大的发展，但以下的施工技术与管理问题还是经常遇到。首先是对深基坑工程施工的认识问题，总认为它是临时工程，因而就能省则省，思想上也重视不够；其次是对施工方案的编制上较为马虎，往往内容不全，可操作性不强；再就是对施工技术及其质量要求的认识不够，对应急预案及应有的抢险措施准备不充分。二、深基坑工程施工方案的编制施工方案的优劣是决定深基坑工程成败的关键，因此深基坑施工方案的编制十分重要。2.1施工方案的编制依据：(1)深基坑工程设计方案；(2)工程地质、水文地质勘察报告；(3)工程设计图纸；(4)建设方招（投）标文件、工程合同及有关要求；(5)场区周边建（构）筑物、道路、地下管线等分布情况及结构特征；(6)国家、地方现行有关标准、规范及有关的管理规定等。2.2编制施工方案之前，必须对基坑周边环境进行详细调查，主要应包括以下内容：(1)查明影响范围内建(构)筑物的结构类型、层数、基础类型、埋深、基础荷载大小及上部结构现状，并应注意留下相应的证据，必要时尚应请权威部门进行相应的鉴定；(2)查明基坑周边的各类地下设施，包括上、下水、电缆、煤气、污水、雨水、热力管线或管道的分布和性状；(3)查明场地周围和邻近地区地表水汇流、排污情况，地下水管渗漏情况以及对基坑开挖的影响程度；(4)查明基坑四周道路的距离及车辆荷重情况；(5)了解施工期间的本地历年的雨水等气候情况并进行适当分析。2.3施工方案的主要内容：(1)工程概况。主要是描述清楚深基坑工程的基本情况以及地下结构部分的设计情况。(2)周边环境情况及工程地质、水文地质情况。(3)深基坑工程设计方案应已通过专家论证审查，此处应概括性地加以介绍，以明确基坑支护设计涵括的主要内容。(4)工程实施目标管理和施工部署，包括工程实施目标、项目组织机构、施工部署。(5)施工准备：包括施工机械、主要材料设备、劳动力组织。(6)主要施工方法及质量保障措施，含支护结构、止水帷幕、降排水、土方开挖与回填、支撑安装与拆除等。(7)施工进度计划及工期保证措施。(8)施工监测及应急抢险措施。(9)其他的技术与管理组织措施，如安全生产、文明施工、环境保护等。(10)其他所应附的详细专项方案。2.4需要特别强调的几个专项施工方案虽说已经编制了深基坑工程施工方案，但对深基坑工程的土方开挖、施工塔吊的布置及运行控制、基坑监测以及深基坑施工过程的应急抢险等还必须编制详尽的专项施工方案，以上这些专项施工方案都是对深基坑施工具有重大影响的，必须十分认真的对待。(1)深基坑工程土方开挖专项方案几乎所有出现险情的深基坑工程都与土方开挖不符合要求或不完全符合要求有关系，因此说，我们必须树立基坑土方开挖是保证深基坑工程施工顺利进行的关键程序之一的意识。首先基坑开挖应根据基坑工程设计文件要求（如支护结构型式、降排水等），该工程的结构形式（如工程桩类型、承台布置情况等），基坑深度、工程地质水文条件、气候条件、周边环境、施工方法、施工工期和地面荷载等有关资料，确定切实可行的基坑开挖方案。其次基坑开挖方案的主要内容应包括：支护结构的龄期、机械设备的选择、基坑开挖时间的安排，分层开挖深度及开挖顺序、坡道位置和车辆进出场道路，施工进度和劳动力组织安排，质量和安全措施等。土方开挖应充分考虑时空效应，合理确定土方分层开挖层数、每层分段数量，分段开挖的时间限制等，且注意必须与基坑支护的设计工况保持一致，并遵循“开槽支撑，先撑后挖，分层开挖，严禁超挖”的原则。（注意此条是GB50202-2002《建筑地基基础工程施工质量验收规范》规定的强条）。最后基坑开挖过程中，除应严格按照制定的经过审批的方案执行外，尚应注意如下的几个关键点：一是基坑开挖时，应对平面控制桩、水准点、基坑平面布置、水平标高、边坡高度等经常复测检查；二是基坑周围地面应进行防水、排水处理，严防雨水等地面积水浸入基坑周边土体；三是基坑底及坑壁应留150～300㎜厚土层，由人工挖掘修整，开挖层应设集水坑，及时用泵排除坑底积水；四是软土基坑必须分层均衡开挖，层高不宜超过1m，在开挖至支撑立柱桩和工程桩附近时，应注意对立柱和工程桩的保护，如采用人工清除立柱或工程桩四周的土体，避免其受到附加的侧向压力，还应注意对上层支撑、支护结构、降水设施等的保护；五是开挖到底后，应及时清底验槽，减少其暴露时间，防止地基土原状结构受到破坏。(2)施工塔吊的布置对布置在基坑边坡上的塔吊，除满足塔吊设计的基本要求外，尚应充分分析其对边坡的影响，此点往往是容易被忽视的。(3)深基坑监测专项方案基坑监测是指在基坑开挖和地下工程施工过程中，对基坑岩土性状、支护结构变位和周围环境条件的变化，进行各种观测及分析工作，并将观测结果及时反馈，以指导设计与施工。基坑开挖前应作出系统的开挖监测方案。其主要内容应包括：监测目的、监测项目、监控预警值、监测方法及精度要求、监测点的布置、监测周期、工序管理和记录制度以及信息反馈系统等。基坑监测的对象应包括：1\支护结构,2\地下水状况,3\基坑底部及周围土体,4\周围建（构）筑物,5\周围地铁、水管、排污管、电缆、煤气管等重要地下设施，6\周围城市道路上面等，7\其他应监测的对象.基坑工程的监测项目应与基坑工程设计,施工方案相匹配.应针对监测对象的关键部位,做到重点观测,项目配套并形成有效的完整的监测系统.一般情况下，至少应考虑到从基坑边缘以外1～3倍基坑开挖深度范围内需要保护的物体；另有深井降水时，尚应按抽水的影响半径进行考虑。基坑监测项目可参照表2。基坑类别监测项目一级二级三级围护墙(边坡)顶部水平位移应测应测应测围护墙(边坡)顶部竖向位移应测应测应测深层水平移位移应测应测宜测立柱竖向位移应测宜测宜测围护墙内力宜测可测可测支撑内力应测宜测可测锚杆内力应测宜测可测土钉内力宜测可测可测坑底隆起(回弹)宜测可测可测基坑工程监测项目表表2基坑类别监测项目一级二级三级围护墙侧向土压力宜测可测可测孔隙水压力宜测可测可测地下水位应测应测应测土体分层竖向位移宜测可测可测周边地表竖向位移应测应测宜测周边建筑竖向位移应测应测应测倾斜应测宜测可测水平位移应测宜测可测周边建筑、地表裂缝应测应测应测周边管线变形应测应测应测基坑工程监测项目表续表2基坑工程施工的前提是确保支护结构安全和周围环境安全，从而实现地下工程的安全施工，因此基坑变形的监控值当设计有指标要求时，以设计要求为依据，当设计无明确要求时，基坑变形的监控值应按表3执行。基坑监测应以仪器观测为主，目测为辅，多种观测方法互为补充，互相验证，保证现场监测结果能够及时、真实、准确地反映基坑工程的运行状况。此处需要特别强调的是，在基坑土方开挖和地下工程施工过程中，目测巡视往往是最容易发现险情预兆的，因此目测巡视必须要作为基坑工程施工过程中确保安全的一个重要管理手段来贯彻执行。基坑类别围护结构墙顶位移监控值围护结构墙体最大位移监控值地面最大沉降监控值一级基坑308030二级基坑608060三级基坑80100100注：1符合下列情况之一，为一级