第三章(1)降水及開挖

1、3.基礎工程施工 高層建筑由于層數多，建筑高，荷載重，造型復雜，主樓與裙房高低懸殊，在結構上要求埋置一定深度，在使用上要求設置多層地下室，這些高層建筑特點結合各地不同的地質水文條件，構成了高層建筑基礎的特殊性，主要有以下幾點：（1）基礎必須適應地基：全國各地的土質不同，地基差異很大。全國范圍內各種不同的高層建筑，高度不同，載荷不同，遇到各種不同的地質情況，基礎必須適應地基，因而發(fā)展了高層建筑的基礎，如箱基、筏基、樁基等。如上海金茂大廈88層，高421m，基礎采用4m厚鋼筋混凝土C50筏板，其下是914mm20mm鋼管樁429根，樁長65m，持力層為-78.5m的砂層。3.基礎工程施工（2）高層

2、建筑地基的勘測設計較嚴 高層建筑大多屬于地基規(guī)范內的一級建筑物。對一級建筑物的地基，除對地基應進行承載力計算外，尚應按地基變形計算。對經常受水平荷載作用的高層建筑尚應驗算其穩(wěn)定性。在施工期間及使用期間應進行沉降觀測。沉降資料也是地基基礎工程質量檢查驗收依據之一。（3）基礎埋置較深 根據鋼筋混凝土高層建筑結構設計與施工規(guī)程規(guī)定，基礎埋置深度，天然地基時應為建筑物高度的1/2;樁基時應為建筑物高度的1/15，樁長不計在埋置深度以內。但是高層建筑由于功能需要，充分利用地下空間，往往將地下建成三、四層，深達20多米，深基礎工程已成為建造高層建筑的條件。3.基礎工程施工（4）深基坑工程的設計與施工風險較

3、大高層建筑在城市鱗次櫛比，施工場地狹窄，由于鄰近建筑及四周市政工程設施的安全和保護，對基坑工程的穩(wěn)定和位移要求很嚴，而基坑工程在施工過程中大部分是臨時工程，不宜投資過大。但如果光考慮投資，一旦發(fā)生事故，資金和工期損失很大，社會影響也很嚴重，所以基坑工程的設計施工風險很大?；庸こ躺婕暗刭|條件、地下水文條件、氣候影響、施工管理、場地因素、工程質量要求等比較復雜的條件，因此若不認真對待，經常發(fā)生基坑工程事故。所以，基坑工程的勘察、設計、施工是否正確，對于工程的成敗意義重大。3.基礎工程施工（5）大體積混凝土的施工箱基和筏板基礎的底板較厚，特別是厚筏板其混凝土常達34m厚，例如新上海國際大廈筏板76

4、m72m，板厚3m及3.5m，混凝土17000m3。大體積混凝土的問題，關鍵是施工方法、施工技術措施問題，如何能不間斷的一次澆筑上萬立方米的混凝土，并能控制水泥水化熱引起的混凝土升溫，降溫及收縮各階段產生的裂縫，是大體積混凝土施工的重點。（6）正確處理好主樓與裙房的基礎關系由于建筑功能的需要，高層建筑往往設置主樓與裙房，并必須連在一起。但主樓高群房低，沉降不同，因此在設計與施工時，必須防止兩者之間產生較大的差異沉降，并應符合規(guī)范要求。3.基礎工程施工主要內容：主要內容：3.1.降低地下水位與基坑土方開挖3.2.深基坑邊坡支護方法3.3.樁基礎施工3.4.大體積混凝土基礎結構的施工3.1.降低地

5、下水及基坑土方開挖 高層建筑一般都有多層地下室，基礎埋置深度較大，基坑開挖經常都會遇到地下水和地表水大量滲入，造成基坑浸水，使地基承載力下降，破壞邊坡穩(wěn)定。為了保證基坑開挖，在無水狀況下施工，必須做好基坑的降水工作。降水工程宜分為準備階段、降水工程勘察階段、降水工程設計、降水工程施工、降水工程監(jiān)測與維護、技術成果等六個程序。3.1.降低地下水及基坑土方開挖常見的降水方法 明溝排水 排水溝1.重力排水法 暗溝及管溝排水 集水井 輕型井點 噴射井點2.強制排水法 電滲井點 管井井點 深井井點 深層降水（降承壓水） 一、集水井降水：是在開挖基坑時沿坑底周圍開挖排水溝，再于坑底設集水井，使基坑內的水經

6、排水溝流向集水井，然后用水泵抽出坑外。此種方法在深基坑中，容易引起流砂、管涌和邊坡失穩(wěn)。3.1.降低地下水及基坑土方開挖集水井降水1.用于土質較好、水量不大、基坑可擴大者2.挖至地下水位時，挖排水溝設集水井抽水再挖土、溝、井3.要求： (1)排水溝：沿基坑底四周設置，底寬300mm，溝底低于坑底500mm，坡度1。(2)集水井：沿基坑底邊角設置，間距2040m，直徑0.60.8m，井底低于坑底12m。長期用，有護壁和碎石壓底。(3)水泵：離心泵、潛水泵、污水泵3.1.降低地下水及基坑土方開挖集水井降水 二、輕型井點降水 輕型井點降水法具有效果明顯，使土壁穩(wěn)定、避免流砂、防止隆起、方便施工的優(yōu)點

7、同時也有可能引起周圍地面和建筑物沉降。 輕型井點是沿基坑四周以一定的間距埋入井管，在地面上用水平鋪設的集水總管將各井管連接起來，再于一定位置設置真空泵和離心泵，開動真空泵和離心泵后，地下水在真空吸力作用下，經濾管進入井管，然后經集水總管排出，這樣就降低了地下水位。3.1.降低地下水及基坑土方開挖輕型井點降水輕型井點降水11輕型井點降水輕型井點降水三、噴射井點降水1.適用范圍：當基坑開挖較深，降水深度要求大于6m，而且場地狹窄，不允許布置多級井點時，宜采用噴射井點降水。其一層降水深度可達1020m。適用于滲透系數為350m/d的砂土中。2.噴射井點的布置：當基坑寬度小于10m可單排布置；大于10

8、m則雙排布置。當基坑面積較大時，宜環(huán)形布置。井點間距一般為23m。埋設時沖孔直徑約400600mm，深度應大于濾管底1m以上。3.1.降低地下水及基坑土方開挖3.工作原理： 噴射井點分為噴水井點和噴氣井點兩種。前者以壓力水為工作源，后者以壓縮空氣為工作源。當噴射井點工作時，高壓泵輸入的工作水流，經內外管之間的環(huán)形空間到達噴嘴，在噴嘴處由于過水截面突然縮小，使工作水流速驟增到極大（3060m/s），水流沖入混合室，同時在噴嘴附近造成負壓，形成真空。在真空吸力作用下，地下水經吸入管被吸入混合室，與工作水混合，然后進入擴散室。這種使水流從動能逐漸轉變?yōu)槲荒艿哪芰拷粨Q，即水流速度相對變小，而水流壓力相

9、對增大，把地下水連同工作水一起揚升沿著井管流入水箱。其中一部分水可重新用于高壓工作水，余下部分水用低壓泵排走。如此循環(huán)作業(yè)，使地下水逐漸下降到設計要求的降水深度。3.1.降低地下水及基坑土方開挖四、電滲井點降水1.適用范圍：在飽和粘土中，特別是淤泥和淤泥質粘土中，由于土的滲透性差，持水性較強，用一般井點和噴射井點降水效果較差，此時宜增加電滲井點來配合一般井點或噴射井點降水，以便對滲透性差的土起疏干作用，使水排出。2.工作原理：電滲井點是利用井點管（真空或噴射井點）本身作陰極，沿基坑外圍布置；以鋼管（5075mm）或鋼筋（25mm以上）作陽極，垂直埋設在井點內側，陰陽極分別用電線等連接成通路，并

10、對陽極施加強直電流。應用電壓比降使帶負電的土粒向陽極移動（即電泳作用），帶正電荷的孔隙水則向陰極方向集中產生電滲現象。在電滲與真空的雙重作用下，強制粘土中的水在井點管附近積集，由井點管快速排出，使井點管連續(xù)抽水，地下水位逐漸降低。而電極間的土層，則形成電圍幕，由于電場作用，從而阻止地下水從四面流入坑內。3.1.降低地下水及基坑土方開挖五、管井井點降水 管井井點就是沿開挖的基坑，每隔一定距離（2050m）設置一個管井，每個管井單獨用一臺水泵（潛水泵、離心泵）進行抽水，降低地下水位。3.1.降低地下水及基坑土方開挖管井井點管井井點管井井點管井井點管井井點管井井點1.1.適用范圍：適用范圍： 適用于

11、井點不易解決的和含水層顆粒較粗的粗砂-卵石地層，滲透系數較大，水量較大，且降水深度較深（一般為820）的潛水或承壓水地區(qū)。2.2.管井系統(tǒng)主要設備：管井系統(tǒng)主要設備：（1）井管：由井壁管和過濾器兩部分組成。井管由直徑為200350mm的鑄鐵管或混凝土管或塑料管等材料制成。過濾器部分可在實管上穿孔墊肋后，外纏鍍鋅鉛絲制成。也可用鋼筋焊接骨架，外纏鍍鋅鋼絲制成。（2）水泵：當水位降深要求在7m以內時，可用離心式水泵；若降深大于7m，可采用不同揚程和流量的深井潛水泵或深井泵。3.1.降低地下水及基坑土方開挖為減少井點降水對四鄰的影響采取的措施：為減少井點降水對四鄰的影響采取的措施：（1）采用密封形式

12、的擋土墻或采取其他的密封措施。如用地下連續(xù)墻、灌注樁等形成一定厚度的防水墻等，將井點排水管設置在坑內，井管深度不超過擋土止水墻的深度，僅將坑內水位降低，而坑外的水位則盡量維持原來水位。（2）適當調整井點管的埋置深度。在一般情況下，井點管埋設深度應該使坑中的降水曲面在坑底下0.51.0m，但在沒有密封擋土墻的情況下，井點降水不僅使坑內水位下降，也會使坑外水位下降，如果在降水影響區(qū)范圍內有建筑物、構筑物等需要保護時，可以在確?；硬话l(fā)生涌砂和地下水不從坑壁滲入的條件下，適當的提高井點管的設計標高。3.1.降低地下水及基坑土方開挖（3）采用井點降水與回灌相結合的技術： 其基本原理與方法是在降水井管與

13、需保護的建筑和管線間設置回灌井點、回灌砂井或回灌砂溝，持續(xù)不斷的用水回灌，形成一道水帶，以減少降水曲面向外擴張，保持鄰近建筑物、管線等基礎下地基土中的原地下水位，防止土層因失水而沉降。用于工程降水的回灌，是為了穩(wěn)定和抬高局部因工程降水而引起的地下水位降低，防止由于地下水位持續(xù)下降造成地面沉降等不良現象?；毓嗑邓┕ぴ硎窃诮邓畢^(qū)與鄰近建筑物之間的土層中埋置一道回灌井，采用補充地下水的方法，使降水井的影響半徑不超過回灌井的范圍，形成一道隔水屏幕，組織回灌井外側建筑物下的地下水流失，使地下水位保持不變。3.1.降低地下水及基坑土方開挖回灌井的布設：1）基坑回灌量：一般應等于基坑降水水位降低影響至

14、限定邊界時的基坑涌水量。2）回灌井數：回灌井數決定于單井回灌量的大小。單井回灌量理論上應與抽水井一樣。但實際上相差很大。單井回灌量除決定于水文地質條件外，尚與成井工藝、回灌方法、壓力大小等有關。一般宜在現場進行試驗確定。根據現場試驗結果，用下式進行井數計算：n = 1.1 Q1 / q1n 回灌井數（點）；Q1 基坑回灌量（m3/d）q1單井回灌水量（m3/d）3.1.降低地下水及基坑土方開挖回灌井的布設：3）布置：一般沿降水井外圍呈均勻等距布置?；毓嗑两邓嚯x決定于基坑降水水位下降引起地表變形允許的最小（距基坑邊界）范圍，盡可能的遠離抽水井，一般宜大于6m。回灌井施工注意事項：1）回灌水

15、宜采用清水，回灌水量和壓力大小，均需通過水井理論進行計算，并通過對觀測井的觀測資料來調整。2）降水井和回灌井應同步啟動或停止。3）回灌井的濾管部分，應從地下水位以上0.5m處開始直到井管底部。4）回灌井管的埋設深度應根據透水層的深度來決定，確?；邮┕ぐ踩突毓嘈Ч?。5）應在降灌水區(qū)域附近設置一定數量的沉降觀測點及水位觀測井，定時進行觀測和記錄，以便及時調整降灌水量的平衡。3.1.降低地下水及基坑土方開挖（4）采用注漿固土技術防止水土流水。為了減少坑內降水時，減少降水曲面向外擴張，保持鄰近建筑物基礎下地基土因地下水位下降水土流失而沉降，在井點降水前，安排在需要控制沉降的建筑物基礎的周邊，布置注

16、漿孔（每隔23m設一個），控制注漿壓力，以達到擠密土層中孔隙為度，達到降低土的滲透性能，不產生流失，以保證基坑鄰近建筑物、管線的安全，不產生沉降和裂縫。3.1.降低地下水及基坑土方開挖六、土方開挖 土方開挖是深基坑工程施工的重要工序，因此，必須嚴格按照圍護結構設計的要求及施工組織設計內容進行精心準備，精心組織施工。 深基坑開挖工程的施工組織設計的內容一般包括如下幾方面：1.開挖機械的選擇：高層建筑深基坑的開挖，宜采用機械施工。一般多采用反鏟挖土機和拉鏟挖土機進行開挖，并根據基坑開挖的深度，分一層或多層開挖。挖土的土方，除少量現場存用外，大部分可用自卸汽車運出。3.1.降低地下水及基坑土方開挖2

17、.開挖程序的確定：較淺基坑可以一次開挖到底，較深大的基坑則一般采用分層開挖方案，每次開挖深度可結合支撐位置來確定。為保持基坑底土體的原狀結構，應根據土體情況和挖土機械類型，在坑地上保留530cm土層 由人工挖除。進行兩層或多層開挖時，挖土機和運土汽車需下至基坑內施工，故在適當部位留設坡道，以便運土汽車上下，坡道兩側有時需加固處理。3.施工現場平面布置：基坑工程往往面臨施工現場狹窄而基坑四周堆載又要嚴格控制的難題，因此必須根據現有場地對裝土、運土、及材料進場的交通路線、施工機械放置、材料堆場、工地辦公室及食宿生產場所等進行全面規(guī)劃。3.1.降低地下水及基坑土方開挖4.降、排水措施及冬期、雨期、汛

18、期施工措施的擬定：當地下水位較高且土體的滲透系數較大時應進行井點降水。排水措施在基坑開挖中的作用也較重要，設置得當可有效的防止雨水浸透土層而造成土體強度降低。5.合理施工監(jiān)測計劃的擬定：施工監(jiān)測計劃是基坑開挖施工組織計劃的重要組成部分，從工程實踐來看，凡是在基坑施工過程中進行了詳細監(jiān)測的工程，其失事率遠小于未進行監(jiān)測的基坑工程。3.1.降低地下水及基坑土方開挖6.合理應急措施的擬定：為預防在基坑開挖過程中出現意外，應事先對工程進展情況預估，并制定可行的應急措施，做到防患于未然。7.基坑土方開挖施工應重視的幾個問題：（1）做好施工管理工作，在施工前制定好施工組織設計，并在施工期間根據工程進展及時作必要調整；（2）對基坑開挖的環(huán)境效應作出事先評估，開挖前對周圍環(huán)境做深入的了解并與相關單位協(xié)調好關系，確定施工期間的重點保護對象，制定周密的監(jiān)測計劃，實行信息化施工。（3）當采用擠土和半擠土樁時應重視其擠土效應對環(huán)境的影響。（4）重視支護結構的施工質量，包括支護樁（墻）、擋水帷幕、支撐以及坑底加固處理等。3.1.降低地下水及基坑土方開挖（5）重視坑內及地面的排水措施，以確保開挖后土體不受雨水沖刷，并減少雨水滲入；在開挖期間若發(fā)現基坑外圍土體出現裂縫，應及時用水泥砂漿灌堵，以防雨水滲入，導