基坑工程(安全等級支護方案排水方案) PPT課件

深基坑支護工程的基本知識 主講人 沈昌魯 教授級高工 單位 寧波大學(xué)地基處理中心二 八年四月 概論 1 概論1 1基坑圍護體系的作用與要求 1 1 1作用 為基坑工程土方開挖和地下室施工創(chuàng)造必要的作業(yè)條件 擋土 阻水 1 1 2要求 1 保證基坑四周邊坡的穩(wěn)定性 2 保證基坑四周相鄰建筑物 構(gòu)筑物和地下管線在基坑工程施工期間不受損害 3 保證基坑工程施工作業(yè)面在地下水位以上 基坑工程特點 1 2基坑工程特點 1 基坑圍護體系是臨時結(jié)構(gòu) 不應(yīng)有過大的安全儲備 因此具有風(fēng)險性 2 基坑工程具有很強的地區(qū)性 地質(zhì) 水文地質(zhì)條件的不同 土性指標的差異 自然條件的差別 如降雨 都影響到基坑的設(shè)計 3 基坑工程具有很強的個性 除地區(qū)條件的不同外 與基坑相鄰的建筑物 構(gòu)筑物及地下管線的位置 重要性 抗變形的能力 基坑的深度 場地邊界條件的制約等都影響到基坑支護體系的設(shè)計 使得每個基坑都需作出專門設(shè)計 4 基坑工程的設(shè)計與施工緊密相連 土方開挖的施工組織是否合理將對圍護體系是否成功產(chǎn)生重要影響 放坡開挖 5 基坑工程具有很強的時空效應(yīng) 軟粘土具有蠕變性 蠕變性將使土體強度降低 作用在圍護結(jié)構(gòu)上的土壓力隨時間變大 1 3圍護結(jié)構(gòu)形式及適用范圍1 3 1放坡開挖 放坡開挖 需滿足的條件 坡面自立性和邊坡整體穩(wěn)定性 適用條件 雜填土厚或土質(zhì)相對較好 開挖深度不大 一般3 4米 場地較寬闊 優(yōu)點 一般費用較低 缺點 占用場地 挖土及回填量大 輔助措施 坡腳堆草袋擋土或用木樁加固 懸臂式圍護結(jié)構(gòu) 適用條件 對開挖深度敏感 開挖深度不宜超過4米 個別情況需達到6米時要采用門架式結(jié)構(gòu) 優(yōu)點 便于挖土 缺點 樁入土深度大 樁身彎距大 增加造價 土體位移大 對相鄰建筑產(chǎn)生不良影響 1 3 2懸臂式圍護結(jié)構(gòu)依靠足夠的入土深度和結(jié)構(gòu)的抗彎能力來維持整體穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)安全 由鉆孔灌注樁 沉管灌注樁 預(yù)制樁或鋼板樁組成樁排擋墻 水泥土重力式圍護結(jié)構(gòu) 適用條件 挖土深度不超過6米的軟土基坑 場地條件允許時 對有機物含量很高的土要慎用或采取專門措施 優(yōu)點 坑內(nèi)無支撐便于挖土 隔水性能好 缺點 位移量較大 養(yǎng)護期較長 雜填土厚度大且含大塊石時施工困難 1 3 3水泥土重力式圍護結(jié)構(gòu) 內(nèi)撐式圍護結(jié)構(gòu) 1 3 4內(nèi)撐式圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)撐式圍護結(jié)構(gòu)由圍護結(jié)構(gòu)體系和內(nèi)撐體系兩部分組成 圍護結(jié)構(gòu)體系常采用鋼筋混凝土樁排樁墻和地下連續(xù)墻型式 內(nèi)撐體系可采用水平支撐和斜支撐 根據(jù)不同開挖深度可采用單層水平支撐 二層水平支撐及多層水平支撐 分別如圖1 3 6 a b 及 d 所示 當基坑平面面積很大 而開挖深度不太大時 可采用單層斜支撐如圖1 3 6 c 所示 內(nèi)撐式圍護結(jié)構(gòu) 內(nèi)撐常采用鋼筋混凝土支撐和鋼管 或型鋼 支撐兩種 鋼筋混凝土支撐體系的優(yōu)點是剛度好 變形小 而鋼管支撐的優(yōu)點是鋼管可以回收 且加預(yù)壓力方便 內(nèi)撐式圍護結(jié)構(gòu)適用范圍廣 可適用各種土層和基坑深度 優(yōu)點 安全度較大 我市已具有豐富經(jīng)驗 缺點 內(nèi)支撐給基坑挖土帶來不便 如基坑平面形狀成近似正方形可采用拱圈作支撐 但需注意土壓力的平衡 拉錨式圍護結(jié)構(gòu) 1 3 5拉錨式圍護結(jié)構(gòu)拉錨式圍護結(jié)構(gòu)由圍護體系和錨固體系兩部分組成 圍護結(jié)構(gòu)體系同于內(nèi)撐式圍護結(jié)構(gòu) 錨固體系 錨桿式 單層 二層 多層 需地基土提供較大錨固力 地面拉錨式 需有足夠場地設(shè)置錨固物 土釘墻圍護結(jié)構(gòu) 1 3 6土釘墻圍護結(jié)構(gòu)土釘一般通過鉆孔 插筋和注漿來設(shè)置 傳統(tǒng)上稱砂漿錨桿 也有采用打入或射入方式設(shè)置土釘 邊開挖基坑 邊在土坡中設(shè)置土釘 在坡面上鋪設(shè)鋼筋網(wǎng) 并通過噴射混凝土形成混凝土面板 形成土釘墻圍護結(jié)構(gòu) 土釘墻圍護結(jié)構(gòu)的機理可理解為通過在基坑邊坡中設(shè)置土釘 形成加筋土重力式擋墻起到擋土作用 土釘墻圍護結(jié)構(gòu)示意圖如圖1 3 8所示 門架式圍護結(jié)構(gòu) 門架式圍護結(jié)構(gòu)屬懸臂型 其變形較大 門架式圍護結(jié)構(gòu)適用于開挖深度已超過懸臂式圍護結(jié)構(gòu)的合理圍護深度的基坑工程 1 門架式圍護結(jié)構(gòu)門架式圍護結(jié)構(gòu)示意圖如1 3 9所示 目前在工程中常用鋼筋混凝土灌注樁 壓頂梁和聯(lián)系梁形成空間門架式圍護結(jié)構(gòu)體系 它的圍護深度比懸臂式圍護結(jié)構(gòu)深 研究表明 前后排樁樁距B小于4d d為樁徑 時 剛架空間效應(yīng)差 B 8d時 聯(lián)系梁只起拉桿作用 剛架空間效應(yīng)也差 門架式圍護結(jié)構(gòu) 2 沉井圍護結(jié)構(gòu)采用沉井結(jié)構(gòu)形成圍護體系 3 SMW工法柱列式擋墻將支承荷載與防滲結(jié)合起來 使之同時具有承力與防滲兩種功能的支護形式 即是勁性水泥攪拌樁法 日本稱為SMW工法 即在水泥土攪拌樁內(nèi)插入H型鋼或者其他種類的受拉材料 形成承力和防水的復(fù)合結(jié)構(gòu) 圖1 3 10 通常認為 水土側(cè)壓力全部由型鋼單獨承擔 水泥土樁的作用在于抗?jié)B止水 試驗表明 水泥土對型鋼的包裹作用提高了型鋼的剛度 可起到減少位移的作用 此外 水泥土起到套箍作用 可以防止型鋼失穩(wěn) 對H型鋼還可以防止翼緣失穩(wěn) 這樣可使翼緣厚度減小到很薄 止水降水措施 1 4止水降水措施對于滲透性很小的地基 如寧波許多工程中遇到的情況 k 10 7cm s 往往既不降低地下水也不設(shè)置止水帷幕 在基坑開挖過程中產(chǎn)生的少量積水采用明溝排水處理 在以下情況下需采取止水措施 1 雜填土厚度大 透水性強 地下水可能流入基坑時 2 基坑臨近河流特別是河道變遷不清時 需在圍護樁排后設(shè)水泥攪拌樁止水帷幕 3 基坑深度大 緊靠基坑有需保護的淺基礎(chǔ)建筑物時 對于承壓水應(yīng)注意對排樁施工的影響及防止突涌問題 基坑工程事故類型 1 5基坑工程事故類型 基坑工程事故類型 基坑工程設(shè)計要點 1 6基坑工程設(shè)計要點1 6 1基坑工程的安全等級基坑工程的安全等級涉及工程安全及工程造價 合理確定一個工程的安全等級很重要但也比較困難 國內(nèi)有關(guān)規(guī)范對這個問題都有規(guī)定 其基本精神是一致的 但具體規(guī)定略有不同 浙江省 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范 DB33 1001 2003 規(guī)定為 基坑工程根據(jù)其重要性分為三個安全等級 基坑工程設(shè)計要點 基坑工程根據(jù)其重要性分為三個安全等級 1 符合下列條件之一時 屬一級基坑工程 1 軟土地區(qū)基坑開挖大于8m時 2 支護結(jié)構(gòu)作為主體結(jié)構(gòu)的一部分時 3 在基坑開挖影響范圍內(nèi)有重要建 構(gòu) 筑物或需嚴加保護的管線時 2 開挖深度小于5m 且周圍環(huán)境無特別要求時 屬三級基坑工程 3 除一級和三級以外的均屬二級基坑工程 4 對應(yīng)于基坑工程安全等級的重要性系數(shù)為 一級 0 1 1 二級 0 1 0 三級 0 0 9 基坑工程設(shè)計要點 國家行業(yè)規(guī)范 建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程 JGJ120 99 的規(guī)定 基坑側(cè)壁安全等記及重要性系數(shù) 注 有特殊要求的建筑基坑側(cè)壁安全等級可根據(jù)具體情況另行確定 這本規(guī)范只考慮破壞后果 對基坑深度未作規(guī)定 基坑工程設(shè)計要點 上海市標準 基坑工程設(shè)計規(guī)程 DBJ08 16 97 基坑工程根據(jù)其重要性分為以下三級 一級 1 支護結(jié)構(gòu)作為主體結(jié)構(gòu)的一部分時 2 基坑開挖深度大于 等于10米時 3 距基坑邊兩倍開挖深度范圍內(nèi)有歷史文物 近代優(yōu)秀建筑物 重要管線等需嚴加保護時 二級 除一級和三級以外的均屬二級基坑工程 三級 開挖深度小于7米 且周圍環(huán)境無特別要求時 對于抗隆起 抗傾覆等穩(wěn)定性驗算 按不同等級的坑基規(guī)定了不同的安全系數(shù) 每個工程應(yīng)根據(jù)自己的具體情況 側(cè)重于破壞產(chǎn)生的后果 綜合各種因素決定重要性等級及 0取值 設(shè)計原則 圍護體系設(shè)計要堅持安全 經(jīng)濟 方便施工的原則 1 安全 不產(chǎn)生1 5中所列各種圍護體系的破壞 鄰近基坑的需保護的建筑物不致因基坑變形導(dǎo)致結(jié)構(gòu)性破壞或改變其正常使用狀況 并不致改變房屋危險性鑒定等級 不造成鄰近管線的破壞 不危及工程樁的承載性能 2 經(jīng)濟 在保證安全的前提下 經(jīng)過多方案對比 使單位延米的造價降至最低 3 方便施工 縮短工期既產(chǎn)生直接的經(jīng)濟效益 又對確?；拥陌踩欣?1 6 2設(shè)計原則 設(shè)計內(nèi)容 1 確定設(shè)計參數(shù)a 確定開挖深度 根據(jù)基坑邊承臺密度確定以底板 地梁或承臺底 均含墊層 為坑底設(shè)計標高 b 確定土性指標 c 取值 對勘測報告中提供的平均值 標準值或建議值進行分析 結(jié)合本地區(qū)經(jīng)驗及工程樁 維護樁對土體的破壞程度 選擇設(shè)計指標 c 根據(jù)地質(zhì)剖面的變化和基坑深度的變化以及地面荷載的不同 劃分計算區(qū)段 2 選擇支護結(jié)構(gòu)類型 1 6 3設(shè)計內(nèi)容 設(shè)計內(nèi)容 抗傾覆驗算抗隆起驗算整體穩(wěn)定驗算抗滑移驗算 重力式擋墻 樁身內(nèi)力計算內(nèi)支撐軸力計算支護樁及坑底位移計算起控制作用的指標 3 運用已有成熟應(yīng)用經(jīng)驗的軟件進行支護結(jié)構(gòu)計劃 包括 懸臂結(jié)構(gòu)抗傾覆單支撐支護結(jié)構(gòu)嵌固深度 用等值梁法確定多支點支護結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定地下水位高的砂土地基抗?jié)B透性穩(wěn)定 設(shè)計內(nèi)容 對土方工程施工的要求 監(jiān)測內(nèi)容和監(jiān)測點布設(shè) 提出報警指標 應(yīng)急措施 造價估算 支護結(jié)構(gòu)的側(cè)壓力 2 1基坑支護結(jié)構(gòu)承受的側(cè)向壓力包括土壓力 水壓力 基坑周圍建筑物及施工荷載引起的側(cè)向壓力2 2土壓力應(yīng)根據(jù)土體經(jīng)受的側(cè)向變形條件來確定 包括靜止土壓力 主動土壓力 被動土壓力 2 支護結(jié)構(gòu)的側(cè)壓力 支護結(jié)構(gòu)的側(cè)壓力 k0 靜止土壓力k0 1 sin 土的有效內(nèi)摩擦角達到主動極限平衡狀態(tài)位移小1 5 墻高達到被動極限平衡狀態(tài)位移大4 墻高 主動和被動土壓力計算 2 3按朗肯土壓力理論計算主動和被動土壓力 主動與被動土壓力 水壓力 水土合算 對淤泥 淤泥質(zhì)土可采用水土合算方法計算出土壓力 不單獨計算水壓力 采用飽和重度 寧波多采用此種算法 對砂類土應(yīng)采用水土分算 取有效重度 即飽和重度 1 另加水壓力 土的指標取有效應(yīng)力指標 2 4水壓力 抗剪強度指標 直剪三軸剪固結(jié)塊剪cq固結(jié)不排水剪cu快剪q不固結(jié)不排水剪uu慢剪s固結(jié)排水剪d快剪 固結(jié)塊剪 慢剪均與剪切過程中的排水有關(guān) 基坑支護設(shè)計值一般均取固快 直剪 或固結(jié)不排水剪指標 三軸 固快取峰值 試驗室一般按峰值提出 2 5土壓力計算中抗剪強度指標的取值 基坑工程勘察 一般均包含在主體建筑地基勘察中 不能滿足時需補勘 勘察范圍 一般取基坑邊線外相當于基坑深度1 0 2 0倍的范圍 作出沿坑邊的地質(zhì)剖面 勘探點間距 一般10 30米 當?shù)貙铀椒较蛏献兓髸r 應(yīng)加點 勘探點深度 不少于基坑深度的2 5 3 0倍 一般均應(yīng)查明良好樁端持力層的深度 取土試料 應(yīng)保證在計算深度內(nèi)每層土都可取得六件以上的物性及抗剪強度指標 薄層除外 提供土的滲透指標 查清地下水種類 深度 對于承壓水要查清隔水層深度 厚度及壓力水頭 對有機物含量高的土應(yīng)提供有機質(zhì)含量值為水泥攪料樁擋墻的適宜性提供依據(jù) 3 基坑工程勘察 基坑工程支護設(shè)計提交內(nèi)容 方案設(shè)計說明工程概況工程地質(zhì)條件基坑圍護方案基坑排水基坑施工及開挖要求基坑監(jiān)測應(yīng)急措施經(jīng)濟技術(shù)分析 4 基坑工程支護設(shè)計應(yīng)提交的圖紙和說明 4 1文字說明 包括 基坑工程支護設(shè)計提交內(nèi)容 周邊環(huán)境及基坑計算分區(qū)圖基坑支護總平面圖支撐平面布置圖基坑樁位平面布置圖支護樁 環(huán)梁 支撐換撐詳圖節(jié)點詳圖坑中坑支護設(shè)計圖 4 2圖紙 4 3計算書及計算成果匯總表 4 4支撐彎矩圖 軸力圖 4 5地質(zhì)剖面及土工試驗資料 基坑圍護方案選型 按經(jīng)濟性遞增排序的圍護形式 自然放坡 草包疊袋 純土釘墻 松木樁復(fù)合土釘墻 分級放坡 攪拌樁重力式擋墻 攪拌樁復(fù)合土釘墻 拉森鋼板樁 鋼支撐 沉管灌注樁 內(nèi)支撐 拉錨 管樁 內(nèi)支撐 拉錨 鉆孔灌注樁 內(nèi)支撐 拉錨 排樁懸臂結(jié)構(gòu) 按施工工期遞增排序的圍護形式 自然放坡 草包疊袋 拉森鋼板樁 鋼支撐 純土釘墻 松木樁復(fù)合土釘墻 以預(yù)制樁 包括松木樁 作為圍護樁的排樁體系 放坡 攪拌樁重力式擋墻 攪拌樁復(fù)合土釘墻 以沉管灌注樁和管樁作為圍護樁的排樁體系 以鉆孔灌注樁作為圍護樁的排樁體系 注 本基坑圍護選型方法適用于寧波市區(qū)和部分郊縣 包括海曙 江東 江北 科技園區(qū) 東錢湖旅游渡假區(qū) 鄞州 北侖 鎮(zhèn)海 象山丹城 余姚部分地區(qū) 以及舟山地區(qū) 基坑圍護方案選型之自然放坡 適用范圍 基坑計算開挖深度一般不超過3 5m 基坑計算開挖深度超過2m一般采用兩級放坡 地表雜填土和硬殼層較厚 基坑周邊場地開闊 有一定或較大的放坡條件 周邊環(huán)境或自身工程樁對基坑圍護變形要求不高 優(yōu)缺點 這是所有圍護方式中最經(jīng)濟的一種方案 是首選方案 該圍護的優(yōu)點是造價最便宜 施工進度最快 缺點是變形不易控制 容易發(fā)生滑坡現(xiàn)象 基坑圍護方案選型之草包疊袋 適用范圍 一般基坑計算開挖深度不超過4 0m 基坑周邊場地開闊 有一定或較大的放坡條件 周邊環(huán)境或工程樁對基坑圍護變形要求不高 優(yōu)缺點 該圍護方式優(yōu)點是造價便宜 因沒有需養(yǎng)護的圍護樁 施工進度快 缺點是基坑圍護變形較難控制 基坑圍護方案選型之純土釘墻 適用范圍 一般基坑計算開挖深度不超過4 0m 開挖范圍內(nèi)和坑底附近土性相對較好 含水量不大于50 基坑周邊場地比較開闊 有一定或較大的放坡條件 周邊環(huán)境或工程樁對基坑圍護變形要求不高 優(yōu)缺點 該圍護優(yōu)點是造價比較便宜 土釘養(yǎng)護期較短 因此施工進度較快 缺點是基坑變形較大 容易發(fā)生整體穩(wěn)定性問題 基坑圍護方案選型之分級放坡 攪拌樁重力式擋墻 適用范圍 基坑計算開挖深度一般不超過6 0m 基坑周邊場地比較開闊 有一定的放坡條件 放坡的臺寬根據(jù)場地放坡條件和計算確定 該方案根據(jù)放坡級數(shù)分為單級放坡和多級放坡 優(yōu)缺點 該方案在舟山 寧波地區(qū)有較成熟的施工經(jīng)驗 挖土施工方便 止水性能好 大面積卸土后基坑圍護變形也能得到有效控制 沒有支撐體系 施工速度快 它的缺點是基坑四周要有一定的放坡范圍 土方開挖及回填量較大 大面積放坡后給施工單位帶來很多不便 另外水泥攪拌樁施工質(zhì)量不易控制給圍護體系帶來不少風(fēng)險 基坑圍護方案選型之復(fù)合土釘墻 適用范圍 一般基坑計算開挖深度不超過6 0m 開挖范圍內(nèi)和坑底附近土性很差的淤泥慎用 基坑周邊場地比較開闊 有一定或較大的放坡條件 周邊環(huán)境或工程樁對基坑圍護變形要求不高 采用水泥攪拌樁加固坑底主要目的是增加坑底地基土承載力 切斷滑弧面防止純土釘墻方案經(jīng)常出現(xiàn)的整體失穩(wěn)問題 優(yōu)缺點 它的優(yōu)缺點與分級放坡 水泥攪拌樁方案類似 與后者相比它對基坑四周放坡條件限制更低 但它有超越紅線和穿越工程樁的問題 對超越紅線要求嚴格地區(qū)和附近工程樁密度較高的部位應(yīng)嚴格控制土釘長度 基坑圍護方案選型之拉森鋼板樁 鋼支撐 適用范圍 基坑計算開挖深度一般在4 0m 7 0m多之間 基坑形狀呈有利于支撐設(shè)置的狹長形 一般這種圍護形式用在市政工程中 過街地道 共同溝 管溝等部位 優(yōu)缺點 由于拉森鋼板樁不需要養(yǎng)護 在支撐體系形成后馬上可以挖土 因此它的工期較短 可用于搶工期的工程中 缺點是由于受型鋼截面尺寸影響 支撐跨度不能做得很大 導(dǎo)致支撐密度過高 不利土方開挖和結(jié)構(gòu)施工 另外由于鋼板樁定尺長度一般為12 15m 舟山 寧波大部分區(qū)域軟土土性很差且厚度較大 計算開挖深度較深的基坑采用一道支撐的鋼板樁嵌固深度往往不足 只能設(shè)置兩道甚至多道支撐 這樣就增加了施工工期和難度 基坑圍護方案選型之沉管灌注樁 內(nèi)支撐 適用范圍 基坑計算開挖深度一般在4 7 0m之間 基坑周邊場地一般不是很開闊 周邊環(huán)境對沉管灌注樁的擠土效應(yīng)反應(yīng)不是很敏感 沉管灌注樁的樁徑可選用 426 500或 530 優(yōu)缺點 有支撐圍護的優(yōu)點是基坑變形較小 缺點是工序多 挖土麻煩 工期較長 與鉆孔灌注樁 支撐相比 該圍護形式造價便宜 施工速度較快 但沉管灌注樁的垂直度控制以及擠土效應(yīng)造成的樁間距難以控制 從而造成樁間漏水 漏土現(xiàn)象嚴重 對周邊的建筑物 道路 管線等產(chǎn)生不利的影響 而且沉管灌注樁的樁徑較小 本身就是擠土樁 它的變形較鉆孔灌注樁大 基坑圍護方案選型之預(yù)應(yīng)力砼管樁 內(nèi)支撐 適用范圍 基坑計算開挖深度一般在4 0 7 0m之間 基坑周邊場地一般不是很開闊 周邊環(huán)境對管樁的擠土效應(yīng)反應(yīng)不是很敏感 優(yōu)缺點 與沉管灌注樁相比 管樁不需要養(yǎng)護 工期略短 一般用于基坑開挖面積較小或工期要求較緊的工程