深基坑工程的设计与施工课件

深基深基坑工程设计与施工坑工程设计与施工张振国张振国内蒙古工大岩土工程有限责任公司内蒙古工大岩土工程有限责任公司内蒙古工业大学内蒙古工业大学内容一、引言一、引言二、基坑支护工程的内容二、基坑支护工程的内容三、基坑工程勘察三、基坑工程勘察四、基坑支护结构设计简介四、基坑支护结构设计简介五、地下水控制方法简介五、地下水控制方法简介六、基坑监测要求与监测内容六、基坑监测要求与监测内容七、基坑工程施工中常见问题及处理方法七、基坑工程施工中常见问题及处理方法八、基坑支护工程实例八、基坑支护工程实例 一、引 言至上世纪90 年代，高层建筑的建造、大型市政设施的施工、及大量地下空间的开发促使基坑工程快速发展。进入二十一世纪以来，基坑工程呈现“大、深、紧、近”等特点。基坑工程是理论与实践并重的技术，具有高风险性高风险性幻灯片幻灯片 12全面、高精度的监测是保证基坑工程安全的透视眼透视眼。施工过程中也应紧密结合监测结果，及时调整施工方案，做到动态设计、信息化施动态设计、信息化施工工。基坑施工需要考虑的问题：基坑施工需要考虑的问题：l 基坑开挖方法；基坑开挖方法；l 基坑支护与环境保护；基坑支护与环境保护；l 基坑地下水控制。基坑地下水控制。二、基坑支护工程的内容深基坑：一般深基坑是指开挖深度超过5米（含5米）或地下室3层（含3层）或深度虽未超过5米，但地质条件和周围环境及地下管线特别复杂的工程。u基坑支护工程的内容基坑支护工程的内容（1）基坑工程勘察；基坑工程勘察；（2）基坑支护结构的设计和施工；）基坑支护结构的设计和施工；（3）基坑地下水位的控制；）基坑地下水位的控制；（4）基坑土方的开挖和运输；）基坑土方的开挖和运输；（5）基坑土方开挖过程中的工程监测；）基坑土方开挖过程中的工程监测；（6）基坑周围的环境保护。）基坑周围的环境保护。三、基坑工程勘察三、基坑工程勘察u岩土勘察岩土勘察1、勘察要求：、勘察要求：（1）勘察内容勘察内容；（满足基坑工程的需要）；（满足基坑工程的需要）（2）勘察范围；（开挖边界以外的范围）勘察范围；（开挖边界以外的范围12倍开挖深度倍开挖深度）（3）勘探点的设置。（勘探点间距）勘探点的设置。（勘探点间距2030m、深度深度 1倍开挖深度倍开挖深度）2、岩土勘察一般应提供的资料：岩土勘察一般应提供的资料：（1）场地土层的类型、特点、土层性质场地土层的类型、特点、土层性质；（2）基坑及围护结构边界附近的不良地质情）基坑及围护结构边界附近的不良地质情况；况；（3）地下水的埋藏情况，土层渗流特性；）地下水的埋藏情况，土层渗流特性；（4）支护结构设计和施工所需要的土、水指）支护结构设计和施工所需要的土、水指标。标。u基坑周边环境勘察基坑周边环境勘察包括：基坑影响范围内的建（构）筑物、包括：基坑影响范围内的建（构）筑物、各类地下设施、周边道路，以及邻近地表各类地下设施、周边道路，以及邻近地表水汇流和排泻等情况。水汇流和排泻等情况。四、基坑支护结构设计简介四、基坑支护结构设计简介 1、基坑支护结构的设计原则：、基坑支护结构的设计原则：（1）安全可靠；安全可靠；（2）经济合理；）经济合理；（3）便利施工。）便利施工。2、基坑支护结构的设计方法：、基坑支护结构的设计方法：（1）承载能力极限状态；承载能力极限状态；（2）正常使用极限状态。）正常使用极限状态。v 基坑支护结构均应进行基坑支护结构均应进行承载能力承载能力极限状态的计算；极限状态的计算；v 对于安全等级为一级、支护结构变形有限制的二级建筑基坑侧壁，尚应对于安全等级为一级、支护结构变形有限制的二级建筑基坑侧壁，尚应对基坑周边环境及支护结构对基坑周边环境及支护结构变形变形进行验算。进行验算。3、设计依据规范、设计依据规范建筑边坡工程技术规范（GB50330-2002)建筑基坑支护技术规程(JGJ120-99)建筑地基基础施工质量验收规范（GB50202-2002)土钉支护技术规范（GJB5055-2006)4、基坑支护结构的安全等级、基坑支护结构的安全等级基坑侧壁的安全等级分为三级，根据不同的安基坑侧壁的安全等级分为三级，根据不同的安全等级采用对应的重要性系数全等级采用对应的重要性系数0 （1.1、1.0、0.9）根据根据建筑基坑支护技术规程建筑基坑支护技术规程(JGJ120-99)基坑侧壁安全性等级及重要性系数基坑侧壁安全性等级及重要性系数安全安全等级等级破坏后果破坏后果0一级一级支护结构破坏、土体失稳或过大变支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构施工形对基坑周边环境及地下结构施工影响影响很严重很严重1.1二级二级严重严重1.0三级三级不严重不严重0.9根据根据建筑地基基础工程质量验收规范建筑地基基础工程质量验收规范GB50202-2002基坑侧壁安全性分级基坑侧壁安全性分级 1 1、符合下列情况之一，为、符合下列情况之一，为一级基坑一级基坑：1 1）重要工程或支护结构为作主体结构一部分；）重要工程或支护结构为作主体结构一部分；2 2）开挖深度大于开挖深度大于10m10m；3 3）与临近建筑物、重要设施的距离在开挖深度以内的）与临近建筑物、重要设施的距离在开挖深度以内的基坑基坑 4 4）基坑范围内有历史文物、近代优秀建筑、重要管线）基坑范围内有历史文物、近代优秀建筑、重要管线等需要严加保护的基坑。等需要严加保护的基坑。2 2、三级基坑为开挖深度小于、三级基坑为开挖深度小于7m7m，且周围环境无特别要求，且周围环境无特别要求时的基坑。时的基坑。3 3、除一级和三级外的基坑属二级基坑。、除一级和三级外的基坑属二级基坑。5、支护结构选型、支护结构选型支护支护结构结构分类分类水泥土墙式（深层搅拌混凝土桩墙、高压旋喷桩墙）水泥土墙式（深层搅拌混凝土桩墙、高压旋喷桩墙）排桩与排桩与板墙式板墙式支护结构支护结构主要由支护结构支护结构主要由围护墙围护墙和和支撑体系支撑体系组成。组成。按工作机理和围护墙形式分下列几种类型：按工作机理和围护墙形式分下列几种类型：板桩式（钢板桩、砼板桩、型钢横挡板）板桩式（钢板桩、砼板桩、型钢横挡板）排桩式（预制砼桩、钻孔灌注桩、挖孔灌注排桩式（预制砼桩、钻孔灌注桩、挖孔灌注 桩）桩）板墙式（现浇、预制钢筋砼地下连续墙）板墙式（现浇、预制钢筋砼地下连续墙）组合式（加筋水泥土墙）组合式（加筋水泥土墙）边坡稳定式（土钉墙、锚喷支护）边坡稳定式（土钉墙、锚喷支护）围护墙选型围护墙选型1）水泥土墙）水泥土墙：为重力式围护墙，水泥土加固体：为重力式围护墙，水泥土加固体的防渗系数的防渗系数 107cm/s，有挡土、防渗双重功有挡土、防渗双重功能。能。使用条件：水泥土墙宜用于坑深使用条件：水泥土墙宜用于坑深 6m；基坑侧基坑侧壁安全等级为一、二级；地基土承载力壁安全等级为一、二级；地基土承载力 150kPa的情况。的情况。优点：由于坑内无支撑，便于机械化快速挖土；优点：由于坑内无支撑，便于机械化快速挖土；挡土又防渗，比较经济。挡土又防渗，比较经济。缺点：不宜用于深基坑；位移相对较大；墙体缺点：不宜用于深基坑；位移相对较大；墙体厚度大，有时受周围环境限制。厚度大，有时受周围环境限制。围护墙选型围护墙选型2）钢板桩：）钢板桩：刚度较小，支护深度不大，但可重刚度较小，支护深度不大，但可重复使用。复使用。（1）槽钢钢板桩）槽钢钢板桩简易的钢板桩围护墙，不简易的钢板桩围护墙，不能防渗。用于深度能防渗。用于深度 4m基坑。基坑。（2）热轧锁口钢板桩）热轧锁口钢板桩板桩截面形式有板桩截面形式有U形、形、L形、形、H形，有一定挡水能力。形，有一定挡水能力。围护墙选型围护墙选型3）钻孔灌注桩：）钻孔灌注桩：钻孔灌注桩是排桩式支护结构，钻孔灌注桩是排桩式支护结构，为间隔排列，缝隙为间隔排列，缝隙 100mm，不具备挡水功能；不具备挡水功能；如需要，可另作防水帷幕（如需要，可另作防水帷幕（1.2m厚水泥土桩）。厚水泥土桩）。特点：这种排桩直径较大，具有刚度大、抗弯特点：这种排桩直径较大，具有刚度大、抗弯能力强、变形小的特点，多用于深能力强、变形小的特点，多用于深715m，基坑侧壁安全等级为一、二、三级的基坑工程。基坑侧壁安全等级为一、二、三级的基坑工程。在软土地区多加内撑（或拉锚），如用悬臂式在软土地区多加内撑（或拉锚），如用悬臂式结构，坑深结构，坑深 5m。围护墙选型围护墙选型4）挖孔桩：）挖孔桩：多为人工开挖的大直径桩。挖孔多为人工开挖的大直径桩。挖孔桩宜用于土质较好，地下水位较低的地区。如桩宜用于土质较好，地下水位较低的地区。如土质松软，地下水位较高，需作混凝土衬圈。土质松软，地下水位较高，需作混凝土衬圈。5）土钉墙）土钉墙：是一种边坡稳定的支护型式。常结：是一种边坡稳定的支护型式。常结合边坡表面挂钢筋网、并喷射细石砼，构成锚合边坡表面挂钢筋网、并喷射细石砼，构成锚喷支护。用于深喷支护。用于深 12m的非软土基坑。近年来，的非软土基坑。近年来，土钉墙常与锚杆支护结合，用于深度较大的基土钉墙常与锚杆支护结合，用于深度较大的基坑支护。地下水位较高时，应采取降水或截水坑支护。地下水位较高时，应采取降水或截水措施。措施。围护墙选型围护墙选型6）、地下连续墙：）、地下连续墙：地下连续墙多用于地下连续墙多用于12m以以下，安全等级为一、二、三级的深基坑，常作下，安全等级为一、二、三级的深基坑，常作为主体结构的一部分；与钻孔灌注桩相比，更为主体结构的一部分；与钻孔灌注桩相比，更有整体性好、抗渗止水的特点。有整体性好、抗渗止水的特点。7）、加筋水泥土墙）、加筋水泥土墙（SMW）：插入）：插入H型钢后提型钢后提高受力性能，多用于深高受力性能，多用于深715m的基坑。（的基坑。（图图15）支撑体系选型支撑体系选型支撑体系支撑体系是当基坑深度较大时，上述围护墙增是当基坑深度较大时，上述围护墙增设的支承点，以防围护墙变形的结构体系。设的支承点，以防围护墙变形的结构体系。支撑体系的支撑形式可分两类：支撑体系的支撑形式可分两类：a.内撑式支撑内撑式支撑支撑设置在基坑内支撑设置在基坑内。（钢支撑、。（钢支撑、砼支撑、木支撑）砼支撑、木支撑）b.外锚式支撑外锚式支撑支撑锚在基坑外的土层中支撑锚在基坑外的土层中。（土锚）（土锚）内支撑体系：内支撑体系：包括包括腰梁腰梁或或冠梁冠梁（围檩围檩）、）、支撑支撑和和立柱立柱。（图18）五、地下水控制方法简介五、地下水控制方法简介地下水控制方法可分为：l集水明排l降水l截水l回灌l联合使用 集水明排适用条件土类：填土、粉土、粘性土、砂土；渗透系数：720m/d；降水深度：5m；水文地质：上层滞水或水量不大的潜水。集水明排设置坑底设排水沟、集水井；当基坑侧壁有渗水时，设置导水管。真空井点（喷射井点）降水适用条件土类：填土、粉土、粘性土、砂土；渗透系数：0.120m/d；降水深度：单级6m，多级5m；水文地质：含水丰富的潜水、承压水、裂隙水。截水适用条件土类：粘性土、粉土、砂土、碎石土、可溶岩渗透系数：不限降水深度：不限回灌适用条件土类：填土、粉土、砂土、碎石土渗透系数：不限降水深度：不限六、基坑监测要求六、基坑监测要求 基坑基坑侧壁安全等壁安全等级监测项目目一级一级二级二级三级三级支支护结构水平位移构水平位移应测应测应测周周围建筑物、地下管建筑物、地下管线变形形应测应测宜宜测地下水位地下水位应测宜宜测宜宜测桩、墙内力内力应测宜宜测可可测锚杆拉力杆拉力应测宜宜测可可测支撑支撑轴力力应测宜宜测可可测立柱立柱变形形应测宜宜测可可测土体分土体分层竖向位移向位移应测宜宜测可可测支支护结构界面上构界面上侧向向压力力应测可可测可可测 基坑基坑类别围护结构构墙顶位移位移监控控值围护结构构墙体体最大位移最大位移监控控值地面最大沉降地面最大沉降监控控值一一级基坑基坑308030二二级基坑基坑608060三三级基坑基坑80100100注：注：1 1、符合下列情况之一，为一级基坑：、符合下列情况之一，为一级基坑：1 1）重要工程或支护结构为作主体结构一部分；）重要工程或支护结构为作主体结构一部分；2 2）开挖深度大于）开挖深度大于10m10m；3 3）与临近建筑物、重要设施的距离在开挖深度以内的基坑）与临近建筑物、重要设施的距离在开挖深度以内的基坑 4 4）基坑范围内有历史文物、近代优秀建筑、重要管线等需）基坑范围内有历史文物、近代优秀建筑、重要管线等需 要严加保护的基坑。要严加保护的基坑。2 2、三级基坑为开挖深度小于、三级基坑为开挖深度小于7m7m，且周围环境无特别要求时，且周围环境无特别要求时 的基坑。的基坑。3 3、除一级和三级外的基坑属二级基坑。、除一级和三级外的基坑属二级基坑。4 4、当周围已有的设施有特别要求时，尚应符合这些要求、当周围已有的设施有特别要求时，尚应符合这些要求。基坑工程变形监控值（）基坑工程变形监控值（）七、基坑工程施工中常见问题及处理方法七、基坑工程施工中常见问题及处理方法土钉墙支护施工常见问题l1）土方超挖l2）杂填土分布较厚l3）人工无法成孔l4）基坑周边有滞水或渗漏水l5）砂质边坡边坡无法自立l6）面层空鼓l7）基坑侧壁渗水 大口径管井降水施工常见问题l1）成井质量差（深度、洗井、滤料）l2）水泵安装（选泵扬程低，泵头位置高）l3）管道安装（接口处不平滑、倒坡）l4）备用电源准备不及时l5）坑底存在不透水夹层l6）基坑侧壁渗水八、基坑工程实例八、基坑工程实例支护实例1：维多利时尚广场位于呼和浩特市车站东街南侧、迎宾北路东侧。该场地拟建建筑物分别为商业和住宅综合性建筑，商业楼地上3层，地下2层，住宅楼地上18-28层，地下2层，基坑开挖东西长约163米，南北宽约90米。拟开挖深度约11.70米，东侧放坡系数为1：0.3，南侧直坡，西侧放坡系数为1：0.2，北侧放坡系数为1：0.15。3 photos here3 photos here3 photos here3 photos here甬台温高速公路柳市附近发生大面积山体滑坡事故甬台温高速公路柳市附近发生大面积山体滑坡事故甬台温高速公路柳市附近发生大面积山体滑坡事故甬台温高速公路柳市附近发生大面积山体滑坡事故深基坑工程喷锚支护深基坑工程喷锚支护悬臂灌注桩排桩基坑支护悬臂灌注桩排桩基坑支护深基坑工程桩锚支护深基坑工程桩锚支护钢板桩钢管内支撑基坑支护钢板桩钢管内支撑基坑支护灌注桩排桩钢管内支撑基坑支护灌注桩排桩钢管内支撑基坑支护SMW工法工法(水泥土搅拌桩）型钢内支撑基坑支护水泥土搅拌桩）型钢内支撑基坑支护地下连续墙钢管内支撑基坑支护地下连续墙钢管内支撑基坑支护上海城隍庙广场上海城隍庙广场SMW工法深基坑工程支护工法深基坑工程支护工具式钢支撑基坑支护工具式钢支撑基坑支护边坡失稳类型边坡失稳：由于外界各种因素影响，破坏了岩土体原来的应力平衡状态而导致边坡的破坏称为边坡失稳。边坡失稳类型：滑坡、崩塌、滑塌。滑塌。滑塌：因开挖、填筑、堆载引起斜坡的滑塌：因开挖、填筑、堆载引起斜坡的滑动或塌落。滑动或塌落。幻灯片幻灯片 24 1、内支撑类型：、内支撑类型：主要优点主要优点：装拆方便、速度快；装拆方便、速度快；能尽快发挥支撑作用，减小时间效应，使围护墙变形小；能尽快发挥支撑作用，减小时间效应，使围护墙变形小；可重复使用，多为租赁方式、专业化施工；可重复使用，多为租赁方式、专业化施工；可以施加预紧力，并能根据围护墙变形情况，及时调整预紧力值以限制可以施加预紧力，并能根据围护墙变形情况，及时调整预紧力值以限制围护墙变形的发展。围护墙变形的发展。（二）支撑体系选型（二）支撑体系选型（1）钢支撑）钢支撑包括钢管支撑（多用包括钢管支撑（多用609钢管）、型钢支撑（多用钢管）、型钢支撑（多用H型钢）。（图型钢）。（图1 9、10）1、内支撑类型：、内支撑类型：主要优点主要优点：形状多样性形状多样性（可浇筑成直线、曲线构件）（可浇筑成直线、曲线构件）；整体刚度大，安全可靠整体刚度大，安全可靠（可使围护墙变形小，有利于保护周围环境）（可使围护墙变形小，有利于保护周围环境）；能方便地变化构件的截面和配筋，以适应其内力的变化。能方便地变化构件的截面和配筋，以适应其内力的变化。（二）支撑体系选型（二）支撑体系选型（2）混凝土支撑）混凝土支撑根据设计规定的支撑位置，现场支模浇筑而成。根据设计规定的支撑位置，现场支模浇筑而成。混凝土强度等级多为混凝土强度等级多为C30，腰梁和支撑的截面尺寸一般在：腰梁和支撑的截面尺寸一般在：600800mm10001200mm。现浇混凝土支撑结构，可有多种形状。如：现浇混凝土支撑结构，可有多种形状。如：（附图附图）布置要求：布置要求：支撑系统支撑系统安全安全可靠，可靠，经济经济合理；合理；不防碍不防碍土方开挖和地下结构施工。土方开挖和地下结构施工。考虑因素：考虑因素：基坑平面形状、尺寸、开挖深度；基坑平面形状、尺寸、开挖深度；基坑周围环境保护要求和邻近地下工程情况；基坑周围环境保护要求和邻近地下工程情况；主体工程地下结构的布置；主体工程地下结构的布置；土方开挖和地下结构施工顺序和方法。土方开挖和地下结构施工顺序和方法。（二）支撑体系选型（二）支撑体系选型 2、内支撑的布置：、内支撑的布置：（1）支撑体系在平面上的布置形式：）支撑体系在平面上的布置形式：（a）角撑角撑;（b）对撑对撑;（c）桁架式桁架式;（d）框架式框架式;（e）环形环形（图111）（2）支撑在竖向上的布置）支撑在竖向上的布置：（便于换撑）（便于换撑）见（图112）支撑多数布置在楼盖和底板之上支撑多数布置在楼盖和底板之上 600mm；多层支撑的竖向间距多层支撑的竖向间距A：人工开挖：人工开挖：A 3m；机械开挖：机械开挖：A 4m。（二）支撑体系选型（二）支撑体系选型 2、内支撑的布置：、内支撑的布置：（3）换撑位置：）换撑位置：底板上表面、楼板标高处。底板上表面、楼板标高处。（一）围护墙选型（一）围护墙选型2、钢板桩：、钢板桩：（图11）（一）围护墙选型（一）围护墙选型3、型钢横挡板：、型钢横挡板：（图12）一、支护结构选型一、支护结构选型第三节第三节 支护结构设计简介支护结构设计简介（一）围护墙选型（一）围护墙选型：钻孔灌注桩：钻孔灌注桩：（图（图13）深基坑工程桩锚支护深基坑工程桩锚支护（一）围护墙选型（一）围护墙选型（图14）：一、支护结构选型一、支护结构选型第三节第三节 支护结构设计简介支护结构设计简介（一）围护墙选型（一）围护墙选型加筋水泥土墙加筋水泥土墙（图15）（一）围护墙选型（一）围护墙选型土钉墙土钉墙（图16）（一）围护墙选型（一）围护墙选型逆作拱墙逆作拱墙（图17）（二）支撑体系选型（二）支撑体系选型内支撑体系：内支撑体系：（图18）（二）支撑体系选型（二）支撑体系选型 （1）钢支撑）钢支撑（二）支撑体系选型（二）支撑体系选型（2）混凝土支撑）混凝土支撑（附图）一、支护结构选型一、支护结构选型（二）支撑体系选型（二）支撑体系选型2、内支撑的布置：、内支撑的布置：（图（图111）f角撑加对撑角撑加对撑第三节第三节 支护结构设计简介支护结构设计简介一、支护结构选型一、支护结构选型（二）支撑体系选型（二）支撑体系选型2、内支撑的布置：、内支撑的布置：支撑在竖向上的布置支撑在竖向上的布置：（图（图112）第三节第三节 支护结构设计简介支护结构设计简介1.集水总管集水总管（二）支撑体系选型（二）支撑体系选型 （1）钢支撑）钢支撑（图19）：集水坑底部局部有水集水坑底部局部有水（二）支撑体系选型（二）支撑体系选型 （1）钢支撑）钢支撑（图19）：集水坑底部设集水井明排集水坑底部设集水井明排