博碩課件基坑工程總體方案設計（192頁）

1、基坑工程總論 深基坑工程,博士、碩士研究生課程,第一課,課程的作用、目的和意義,課程的要求,博士生的要求：基本理論及其問題 碩士生的要求：具體的設計、施工知識 考試形式：平時成績、課題報告,需具備的知識,工程地質、水文地質 土力學、結構力學、彈塑性力學、流變力學 基礎工程、數值分析、鋼結構、鋼筋混凝土結構等等,主要參考書,劉建航、侯學淵主編，基坑工程手冊，中國建筑工業(yè)出版社，1997年 龔曉南主編，深基坑工程設計施工手冊，中國建筑工業(yè)出版社，1998年,課程內容（一,緒論 方案設計 基坑的穩(wěn)定、事故的分析 基坑工程施工中的土工問題 內力計算 周圍環(huán)境變形的計算 基坑圍護結構的設計要點,課程內容

2、（二,施工方法的選擇 時空效應規(guī)律 時空效應施工工藝 時空效應法施工參數 基坑內地基加固 深基坑施工各道工序可能出現的問題及處理方法,課程內容（三,深基坑施工環(huán)境保護技術 監(jiān)測數據的判讀、險情征兆、搶險措施 信息化施工監(jiān)控技術 基坑工程的發(fā)展,緒論,基坑工程的概念,作用,給地下結構敞開開挖創(chuàng)造條件 建筑物地下結構的一部分,基坑工程的基本技術要求,安全可靠性 經濟合理性 施工便利性 工期保證性,基坑工程的特點（一,臨時結構，安全儲備小、風險大 區(qū)域性強 很強的個性，地質、結構、工況、環(huán)境條件等均不相同 綜合性強 土壓力的特點 很強的時空效應,基坑工程的特點（二,系統工程，設計、施工、監(jiān)測 環(huán)境效

3、應,基坑工程的特點（三,與自然地質及環(huán)境條件密切相關 與主體結構地下室的施工密切相關 技術綜合性強 巖土工程知識和經驗 建筑結構和力學知識 施工經驗 工程所在地的施工條件和經驗,基坑工程的發(fā)展概況,古老而現代的課題。 20世紀30年代以前，放坡、簡易木樁圍護； 20世紀30年代，Terzaghi，擋土墻； 20世紀60年代，計算機的發(fā)展，FEM應用； 20世紀80年代，我國開始出現大量的高層建筑，基坑工程得到迅速發(fā)展； 20世紀90年代，新理論、新形式、新工藝、新材料的不斷出現，基坑工程學形成,基坑工程包括的內容（一,有支護基坑工程 圍護結構 支撐體系 土方開挖（工藝及設施） 降水工程 地基加

4、固 監(jiān)測 環(huán)境保護工程,基坑工程包括的內容（二,無支護放坡開挖基坑 降水工程 土方開挖 地基加固及土坡護面,圍護結構的型式（一,放坡開挖及簡易圍護 懸臂式圍護結構 重力式圍護結構 內支撐式圍護結構 拉錨式圍護結構 土釘墻圍護結構,圍護結構的型式（二,其它形式的圍護結構 門架式圍護結構 拱式組合型圍護結構 噴錨網圍護結構 沉井圍護結構 加筋水泥土墻圍護結構 凍結法圍護結構等等,基坑支護結構的分類,第二課,基坑工程圍護結構的型式舉例,放坡開挖,草袋裝土或干砌塊石簡易擋土,短樁隔板圍護,懸臂式圍護結構,放坡開挖與排樁墻圍護相結合,水泥土重力式圍護結構,格構式重力式擋墻平面圖,水泥土墻常用格柵斷面形式

5、,加筋水泥土擋墻圍護結構,內支撐式圍護結構（一,內支撐式圍護結構（二,常用鋼板樁截面,鋼板樁橫撐方式,鋼板樁錨拉方式,H型鋼樁加橫擋板式擋土墻,鋼筋混凝土預制板樁擋土墻,柱列式鉆孔灌注樁擋土墻的排列形式,空間結構內支撐體系圍護結構,拱形支護結構,拉錨式圍護結構-拉桿式錨桿,拉錨式圍護結構-背拉式土錨桿,土釘墻圍護結構,門架式圍護結構,拱式組合型圍護結構,噴錨網圍護結構,放坡開挖與內撐式排樁墻圍護相結合,被動區(qū)土質改良,第三課,2001年10月9日,基坑總體方案設計,基坑工程設計階段的劃分,根據基坑內主體工程的性質、投資規(guī)模、建設計劃進度等要求，一般有： 總體方案設計 施工圖設計,基坑總體方案的

6、選擇原則（一,按主體工程地下室所處場地的工程地質及水文地質和周圍環(huán)境條件所考慮的基坑工程問題和相應的總體設計中的對策是否全面、合理 對主體工程地下室的建造層數、開挖深度、基坑面積及形狀、施工方法、造價、工期與主體工程和上部工程造價、工期等主要經濟指標進行綜合分析，以評價基坑工程技術方案的經濟合理性,基坑總體方案的選擇原則（二,研究基坑工程的圍護結構是否兼作主體工程的部分永久結構，對其技術經濟效果進行評估 研究基坑工程開挖方式的可靠性和合理性 對大型主體工程及其基坑工程施工的分期和前后期工程施工進度安排及相鄰影響進行技術經濟分析，以通過分析對比提出適應于分期施工的總體方案,總體方案設計與主體工程

7、施工圖的關系,一般工程多在主體工程施工圖完成之后 大型深基坑工程的總體方案設計應在主體工程的初步設計中就著手進行,主體工程與基坑工程的協調,部分工程樁兼作立柱樁 地下主體工程施工時如何換撐 基坑支護結構與主體工程的結合方式 圍護結構如何適應地下主體結構施工的澆筑方式（逆筑或順筑） 如何處理支模、防水等工序的配合要求等等,設計依據,工程地質及水文地質資料,工程地質調查 土層分類、參數 勘探深度 特殊土工試驗等 水文地質調查 水位的高度、變化、補給、連通 滲透系數等 地下障礙物調查 舊的建筑物的基礎和樁、廢棄的地下室、人防工程、廢管道、工業(yè)和建筑垃圾、暗浜、暗流等,工程周圍環(huán)境調查,基坑周圍鄰近建

8、筑物的狀況 周圍管線及地下構筑物設施狀況 周圍道路狀況 鄰近地區(qū)對地面沉降很敏感的建筑設施資料和要求 地下障礙物,建筑物在不同沉降差下的反應,上海煤氣管類型及尺寸,上海市上水管道類型及尺寸,承插式接頭,承插式接頭實例,承插式接頭實例,預制混凝土管道接頭構造,砼及鋼筋砼排水管道各種接頭,水泥砂漿接縫對地基變形很敏感，很易開裂。 各種柔性接縫適應地基變形的性能較好些，柔性接縫每節(jié)管道允許的沉降差一般L/1000，L為每個管節(jié)長度,電纜線調查,規(guī)格型號、使用要求、保護裝置、外徑、地下埋深或地上架設、電桿高度及荷載狀況(盡端及轉折處電桿的上部荷載不平衡，受到地表變形的影響后很易倒下)、電桿基礎類型(支

9、撐在天然地基或樁基上)這些電線類別有: 高壓電纜(工作電壓，服務范圍) 電話通訊電纜(對數及服務范圍) 路燈電纜 交通信號電纜 無線電廣播及電視臺廣播臺電纜 防御設備電纜,地下構筑物及設施調查,人防、共同溝、地鐵隧道、公路隧道、地鐵車站、地下車庫、地下商場、地下通道、地下油池等的建筑結構平面及剖面資料、基礎形式與基坑相對位置,周圍道路狀況調查,周圍道路性質、類型、寬度 交通狀況(交通流量、車載重量) 交通通行規(guī)則(單行道、雙行道、禁止停車) 道路路面結構、道路基礎及損壞的修復方法,鄰近地區(qū)對地面沉降很敏感的建筑設施資料和要求,煙囪、變電站、氣柜、鍋爐 電視塔、醫(yī)療手術設施、化工裝置、 精密儀表

10、設備 鐵路道軌、鐵路信號機柱及基礎、鐵路道岔、鐵路上的信號電話通訊電纜 江堤、防洪墻、水閘、沿岸加固板樁墻的有載錨桿、地樁 橋梁基礎(尤其是拱橋基礎) 人行橋基礎 無軌電車接觸網線支柱,地下障礙物調查,廢舊管道的管徑、長度、埋深、貯水量、管道結構狀況 廢棄的水井 廢舊橋梁駁岸基礎 工業(yè)或建筑垃圾坑,工程的施工條件（一,根據施工現場所處地段的交通、行政、商業(yè)及特殊情況，了解是否允許在整個施工期間進行全封閉施工或階段性封閉施工，如工地處于交通要道處等，政府部門給予場地的封閉時間是有限的、階段性的，則基坑開挖施工必須采用逆筑法、部分逆筑或分區(qū)施工，以滿足交通要求。 了解所處地段是否對基坑圍護結構及開

11、挖支撐施工的噪音和振動有限制，以決定是否可采用錘擊式打人樁及爆破方式進行圍護樁施工和支撐拆除,工程的施工條件（二,了解所處地段基坑開挖施工是否有場地可供鋼筋制作、施工設備停放、施工車輛進出及布置車道和土方材料堆場。如場地不能滿足常規(guī)的基坑施工要求，則必須采用分區(qū)開挖逆筑法施工。 了解當地的常規(guī)施工方法和施工單位的施工設備、施工技術，在安全可靠經濟合理的前提下，因地制宜確定設計方案，使設計能與當地的施工方法、設備技術相適應,有關的工程設計依據,基坑支護設計必須依據國家及地區(qū)現行有關的設計、施工技術規(guī)范、規(guī)程。如地下連續(xù)墻、鉆孔灌注樁、攪拌樁等設計施工技術規(guī)程、規(guī)范和鋼筋混凝土結構、鋼結構等設計規(guī)

12、范。因此設計前必須調研和匯總有關規(guī)范和規(guī)程并注意各類規(guī)范的統一和協調。 積極調研和吸取當地相似基坑工程的成功與失敗的原因、經驗和教訓。在基坑工程設計中應以此為重要設計依據。特別在進行異地設計、施工時，更須注意,圍護結構的特點,第四課,2001年10月16日,圍護結構的選型,我國基坑工程圍護結構類型的選擇方案,我國基坑工程圍護結構類型的選擇方案,我國基坑工程圍護結構類型的選擇方案,我國基坑工程圍護結構類型的選擇方案,支撐方案設計,支撐的組成,現澆鋼筋混凝土支撐體系由圍檁(頭道為圈梁)、支撐及角撐、立柱和圍檁托架或吊筋、立柱、托架錨固件等其它附屬構件組成。 鋼結構支撐體系，通常為裝配式的，由內圍檁

13、、角撐、支撐、千斤頂(包括千斤頂自動調壓或人工調壓裝置)、軸力傳感器、支撐體系監(jiān)測監(jiān)控裝置、立柱樁及其它附屬裝配式構件組成,鋼支撐的組成,鋼支撐的構造,兩類支撐體系的形式和特點,支撐體系的布置形式,支撐體系的布置形式在基坑工程設計中常表現出富有思維創(chuàng)造性，也是技術要求較高的一項設計，支撐體系布置設計應考慮以下要求: 能夠因地制宜合理選定支撐材料和支撐體系布置形式，使其綜合技術經濟指標得以優(yōu)化 支撐體系受力明確，充分協調發(fā)揮各桿件的力學性能，安全可靠，經濟合理，能夠在穩(wěn)定性和控制變形方面滿足對周圍環(huán)境保護的設計標準要求 支撐體系布置能在安全可靠的前提下，最大限度地方便土方開挖和主體結構的快速施工

14、要求,支撐材料和類型（一,應根據當地的地質、周圍環(huán)境及施工、技術和材料設備條件，因地制宜地選擇安全面經濟的支撐材料和支撐類型。 在軟土地區(qū)，如當地開發(fā)商、施工單位已有鋼支撐材料的，則首先考慮用鋼支撐，而在建筑密集市區(qū)的深基坑工程中鋼支撐還需配置帶軸力調控裝置的裝配式鋼支撐，當沒有裝配式鋼支撐和鋼支撐施工技術條件時則采用現澆鋼筋混凝土支撐,支撐材料和類型（二,對于地質條件較好的地區(qū)，應首先考慮打設錨桿的方案，我國東北、華北、西南等地應用錨桿較廣泛。 除了比較各種支撐類型的技術性能外，支撐材料和形式的選擇、還要計及加工(或租賃)支撐、現場安裝(或澆筑)支撐、以及拆除支撐所需的費用，以做綜合經濟對比

15、,支撐道數,豎向的支撐道數、支撐點標高的確定，應考慮在一定地質條件下，滿足基坑圍護和支撐結構體系的穩(wěn)定和控制變形的要求，還要與澆筑主體結構各層樓板時的換撐設計相協調。 在軟土地區(qū)頭道支撐一般設于地面下 1.0-2.5m，每道支撐的豎向間隔一般介于25-4.5m之間，為減小基坑開挖后的圍護結構變形，最下道支撐的布置盡量落低，但應高出底板面60cm以上，便于底板和外墻的施工,支撐體系的平面布置,對于地層軟弱、周圍環(huán)境復雜，控制基坑變形要求嚴格的深大基坑，應選擇平面直交式或井字形集中式。支撐軸線的水平間隔，采用鋼筋混凝土支撐的，一般為10-12m,裝配式鋼支撐的一般為6-10m左右。 在平面形狀不規(guī)

16、則的基坑中，高層建筑的塔樓及筒體結構的下部要求盡早出地面時，可因地制宜采用邊桁架、圓形、圓拱、角撐、斜撐、組合式等形式，以方便土方開挖和主體工程施工。這些支撐體系通常采用現澆鋼筋混凝土。鋼筋混凝土支撐圍檁寬度的確定，要考慮適應主體結構外墻結構及防水施工要求,支撐立柱樁,在順筑法中支撐立柱樁的位置應避開梁、柱，可借用土程樁或另行打設。立柱材料、截面通常選用H型鋼、鋼管和角鋼構成格構柱，便于穿越底板、樓板施工和以后的防水處理,常用支撐體系的布置形式（一,常用支撐體系的布置形式（二,常用支撐體系的布置形式（三,常用支撐體系的布置形式（五,基坑施工應變措施設計,基坑方案總體設計確定后，應對以后施工中可

17、能出現的問題預先做周密的考慮。 對支撐和開挖施工過程中，可能出現圍護結構、支撐結構的過大變形和內力、周圍地表過大沉降、以及圍護墻與支撐體系的破壞和失穩(wěn)等問題，在基坑工程設計時，應根據工程實踐經驗提出應變措施設計。 同時在施工過程中按照設計所提的各項監(jiān)測管理體系進行施工監(jiān)測，并根據監(jiān)測提出的警告信息及時采取相應預防災害事故的應變措施,基坑開挖中出現的問題及相應的應變措施,第五課,2001年10月23日,基坑加固方案 的選擇,按一定地質條件和基坑開挖施工參數所設計的支護結構體系、達不到控制基坑變形要求時，如增加支撐道數不可行，則要考慮合理提高圍護墻被動區(qū)抗力或減少主動區(qū)壓力的方法，使基坑變形符合要

18、求。一般在圍護墻被動區(qū)加固土體是可行而合理的方法。另在遇到管涌、承壓水問題時，如因環(huán)境條件不能采用降水法處理則可用地基加固解決,加固范圍的確定,經過深入地質調查和坑周地層位移對保護對象影響的計算分析，而后針對基坑地基的薄弱處預先進行可靠而合理的地基加固。必須加固的位置和范圍要選在以下可能引起突發(fā)性災害性事故的地質或環(huán)境條件之處,加固范圍的確定,液性指數大于1.0的觸變性及流變性較大的粘土層； 基坑底面以下存在承壓水層，坑底不透水層有被承壓水頂破之險； 在坑底面與下面承壓水之間存在不透水層與受壓透水層互層的過渡性地層； 基坑承受偏載的條件： 坑周地面和地下水位高程有較大差異； 坑周擋墻外側有局部

19、的松土或空洞,加固范圍的確定,基坑對面擋墻外側超載很大； 基坑內外地層軟硬懸殊； 部分擋墻受鄰近工地打樁、壓漿等施工活動引起附加壓力； 含豐富地下水的砂性土層及廢棄地下室管道等構筑物內的貯水體； 地下水豐富且連通流動大水體的卵礫石地層或舊建筑垃圾層； 基坑周圍外側存在高聳桅塔，易燃管道，地下鐵道、隧道等對沉降很敏感的建筑設施,抵抗坑底承壓水的坑底地基加固,坑底被承壓水頂破而發(fā)生涌砂、隆起是基坑工程中最大危險事故之一。當坑底地基不能滿足抗承壓水安全要求時，必須采取安全可靠的地基處理措施,高壓三重管旋噴注漿法,采用高壓三重管旋噴注漿法，在開挖前于基坑底面以下做成與坑周地下連續(xù)墻結成整體的抗承壓水底

20、板。 上海合流污水治理一期工程中，彭越浦泵站進水總管的條形深基坑、鄰近居民多層建筑，其長度160m，寬5.8m，深15m，坑底不透水層僅5m，不能承受其下16t/m2的承壓水壓力，后采用高壓三重管旋噴注漿法得以安全完成該基坑工程,旋噴樁加固土體抗承壓水圖,化學注漿法,采用化學注漿法或高壓三重管旋噴注漿法，在開挖前于基坑周圍地下墻墻底平面以上做成封住基坑周圍地下墻墻底平面的不透水加固土層，此加固層底面以上土重與其下面承壓水壓力相平衡。 荷蘭鹿特丹市地鐵區(qū)間隧道基坑工程中，用此法解決了承壓水問題,化學注漿法加固土體承壓水圖,抗承壓水穩(wěn)定驗算,式中 h 坑底至加固底面高度； 加固層底面以上土層平均重

21、度； 承壓水壓力,深井點降低承壓水水壓,在基坑外側或內側以深井點降低承壓水水壓，同時在附近建筑物旁邊地層中用回灌水法以控制地層沉降保護建筑設施。當基坑處于空曠地區(qū)可不用回灌水措施,井點降低承壓水穩(wěn)定坑底圖,基坑外設防水帷幕,在地下水位以下的松散砂、礫或滲透性較大的地層中，進行基坑開挖前，必須根據地層透水性和流動性，在排樁式擋墻或密水性較差的擋墻外側，采用攪拌樁、旋噴樁、水泥系列或化學注漿法，做成防水帷幕，嚴防擋墻縫隙水土流失和擋墻底部管涌。 防水帷幕在坑底以下的插入深度務必滿足抗管涌的安全要求 。 舉例：地鐵陸家嘴路車站,基坑擋墻防水帷幕,坑內降水預固結地基法 （一,在市區(qū)建筑設施密集地區(qū)，對

22、密封性良好的圍護墻體基坑內的含水砂性土或軟弱粘性土夾薄砂層等適宜降水的地層，合理布設井點，在基坑開挖前超前降水，將基坑地面至設計基坑底面以下一定深度的土層疏干并排水固結，以便于開挖土方，更著重于提高擋墻被動區(qū)及基坑中土體的強度和剛度，并減少土體流變性，以滿足基坑穩(wěn)定和控制土體變形要求,坑內降水預固結地基法（二,開始降水在開挖前的超前時間，按降水深度及地層滲透性而定。 在上海夾薄砂層的淤泥質粘土層中，水平滲透系數為10-4cm/s，垂直滲透系數10-6cm/s，當在此地層中的降水深度為1718m，自地面挖至抗底的時間為30d時，超前降水時間28d。 實踐說明降水固結的軟弱粘土夾薄砂層強度可提高3

23、0以上，對砂性土效果則更大。大量工程的總結資料可證明適宜降水的基坑土層，以降水法加固是最經濟有效的方法。為提高降水加固土體的效果，降水深度要經過驗算而合理確定,基坑降水預固結地基圖,圍護擋墻被動區(qū)加固法（一,在鄰近建筑設施的流塑、軟塑粘性土層中的深大基坑，為控制擋墻側向位移，在基坑開挖前超前一定時間(加固后土體的結硬時間)，對擋墻被動區(qū)，用水泥攪拌樁、旋噴樁、或分層注漿法進行加固。 加固范圍及加固土體力學性能要求，除與基坑深度、平面幾何尺寸、地質條件、支護結構體系特征相關外，與施工工藝及施工參數有很大關系,圍護擋墻被動區(qū)加固法（二,采用現澆鋼筋混凝土支撐的基坑，即使精心地分層、分部、對稱、平衡

24、和限時地開挖及支撐，每部地下墻卸荷后的無支撐暴露時間也要48h， 采用鋼支撐的基坑，精心的施工可將控制在24h。 在同樣地質環(huán)境條件下，采用現澆鋼筋混凝土支撐的基坑，擋墻被動區(qū)加固范圍和力學性能要求要大50100，視地質條件而定,基坑擋墻被動區(qū)注漿加固圖,基坑擋墻被動區(qū)攪拌樁加固圖,放坡開挖的邊坡加固法,當基坑處于砂性土或飽和含水流塑或軟塑粘性土夾有薄砂層(水平滲透系數10-5cm/s)的地層中，首先考慮采用明排法或井點法降低基坑開挖影響范圍地層的地下水位，以防止開挖中動水壓力引起的流砂現象和滲流力的作用，并且增加土體抗剪強度和剛度，提高邊坡穩(wěn)定性，減少坑底回彈和地下結構建成后的再固結沉降,井

25、點選型根據地質和降水深度確定，井點在平面和豎向布置中要注意封住降水范圍，降水曲線符合預期要求。在大型放坡開挖基坑中要盡可能利用地形條件，采用明排與井點結合法以節(jié)省造價，上海寶鋼4號大型泵站放坡開挖基坑即采用此法收到較大技術經濟效益,上海寶鋼4號泵站放坡開挖基坑降低地下水位施工示意圖,在含水量很高的流塑粘土層，滲透系數10-6cm/s，采用電滲排水井點，可降低土層含水量，將土體不排水抗剪強度提高50以上，使放坡坡度改陡，且提高穩(wěn)定性。上海真北路下立交橋工程的穿越滬寧鐵路的箱涵基坑中采用了電滲法，保證了基坑的安全施工,上海真北路立交工程電滲法降水施工示意圖,開挖支撐的施工方案設計,施工中必須解決的

26、基本問題,開挖支撐施工是決定深基坑工程成敗優(yōu)劣的關鍵工序，施工中必須科學地解決以下兩個方面的基本問題： 1、在地下水以上的穩(wěn)定地層或在含水軟弱地層中，作為施工臨時圍護結構的基坑，或作為永久性結構一部分的圍護結構的基坑，都要求基坑本身具有一定的穩(wěn)定性，防止基坑發(fā)生破壞,施工中必須解決的基本問題,2、基坑開挖中不可避免地引起程度不同的坑周土體應力釋放和地下水流動，從而導致支護結構體系和坑周地層的位移而造成周圍地上地下建（構）筑物，地下管道，地鐵隧道等建筑設施的變形。當變形過大時則使建筑設施發(fā)生開裂乃至災害性破壞。有時要在軟土地層中地鐵隧道或排水隧道頂的上方開挖基坑，引起地基及地基中隧道的回彈，處理不當就危及隧道的安全運行。因此在建筑設施密集的城市地區(qū)的基坑，必須根據保護周圍建筑及設施的要求，在基坑開挖過程中控制地層位移,位移控制設計,半個世紀以來國內外基坑工程技術在Terzaghi及Peck等所提理論和方法的基礎上在設計和施工中做出了不少發(fā)展，但已有的規(guī)范和技術經驗著重在解決基坑穩(wěn)定性問題，而對于控制地層位移尚缺少完善的指導設計和施工實踐的理論和方法，對于開挖施工因素引起坑周地層位移，特別是流變性較大的軟土地層的位移問題，亦缺