基坑工程講座王渭明

基坑工程講座王渭明教授、博士、博士生導師山東科技大學巖土工程研究所基坑工程是地下建筑施工中內(nèi)容豐富而易于變化的領域。工程界已越來越認識到基坑工程是一個風險性工程，也是一門綜合性很強的新型學科，它涉及工程地質(zhì)、土力學、基礎工程、結(jié)構(gòu)力學、原位測試技術(shù)、施工技術(shù)、土與結(jié)構(gòu)共同作用以及環(huán)境巖土工程等多門學科，是理論上尚待發(fā)展的綜合技術(shù)學科。主要內(nèi)容深基坑工程特點和發(fā)展概況深基坑工程主要支護形式及應用范圍深基坑工程設計注意事項深基坑工程的事故分析深基坑工程安全施工的保證措施工程實例介紹一、深基坑工程特點和發(fā)展概況1.1基坑工程的特點基坑圍護體系是臨時結(jié)構(gòu)，安全儲備小，具有較大的風險性基坑工程具有很強的區(qū)域性土壓力特點（與支護形式和位移有關）基坑工程是系統(tǒng)工程基坑工程具有較強的時空效應

基坑工程的環(huán)境效應突出

1.2基坑工程發(fā)展概況20世紀80年代前，基坑一般不超過4m，采用放坡開挖。80年代，隨高層建筑開發(fā)，一般開挖深度8m。90年代以后，隨大型市政地下設施、地下商場、地鐵車站興建，基坑深度大于10m。介紹幾個國內(nèi)重點城市的深基坑概況北京國家大劇院工程基坑深度達34m。上海地鐵4號線事故修復基坑達40m深杭州近幾年隨杭州地鐵等重大工程的興建，很多基坑深度達20m。注：此表為1999年李大勇參加的杭州建委基金項目發(fā)表在《建筑技術(shù)》2000年第2期山東主要集中在在濟南、青青島、煙臺臺和威海等等。支護形式：：以土釘墻墻和樁錨式式為主。二、深基坑工程程主要支護護形式及應應用范圍常用的基坑坑圍護結(jié)構(gòu)構(gòu)型式：放坡開挖及及簡易圍護護結(jié)構(gòu)懸臂式圍護護結(jié)構(gòu)重力式圍護護結(jié)構(gòu)內(nèi)撐式圍護護結(jié)構(gòu)拉錨式圍護護結(jié)構(gòu)土釘墻圍護護結(jié)構(gòu)其它型式圍圍護結(jié)構(gòu)注：此表為為1999年李大勇勇參加的杭杭州建委基基金項目，，發(fā)表在《《建筑技術(shù)術(shù)》雜志2000年年第2期。。懸臂式圍護護結(jié)構(gòu)懸臂式圍護護結(jié)構(gòu)———將鋼筋混混凝土排樁樁墻、鋼板板樁、地下下連續(xù)墻等等圍護結(jié)構(gòu)構(gòu)埋入基坑坑底面以下下足夠深度度，基坑內(nèi)內(nèi)不設內(nèi)支支撐或錨桿桿，靠圍護護結(jié)構(gòu)足夠夠的埋深及及抗彎能力力來維持整整體穩(wěn)定及及結(jié)構(gòu)自身身安全。適適于在土質(zhì)質(zhì)較好，開開挖深度不不大的基坑坑工程中應應用。重力式圍護護結(jié)構(gòu)重力式圍護護結(jié)構(gòu)———采用深層層攪拌法、、旋噴法等等形成水泥泥土樁墻，，水泥土樁樁與其包圍圍的天然土土形成重力力式擋墻，，以支擋周周圍土體，，維護基坑坑邊坡穩(wěn)定定。因水泥泥土樁抗拉拉強度低，，受荷載后后變形較大大，所以適適于在較淺淺的基坑工工程中應用用。內(nèi)撐式圍護護結(jié)構(gòu)內(nèi)撐式圍護護結(jié)構(gòu)———由圍護護結(jié)構(gòu)體系系及內(nèi)撐體體系組成，，圍護結(jié)構(gòu)構(gòu)體系一般般為鋼筋混混凝土排樁樁或地下連連續(xù)墻，內(nèi)內(nèi)撐體系采采用現(xiàn)澆鋼鋼筋混凝土土桿件、鋼鋼管或型鋼鋼等。因內(nèi)內(nèi)撐體系剛剛度好，變變形小，可可用于各類類土層的基基坑工程中中。拉錨式式圍護護結(jié)構(gòu)構(gòu)拉錨式式圍護護結(jié)構(gòu)構(gòu)———由由圍護護結(jié)構(gòu)構(gòu)體系系及錨錨固體體系組組成，，圍護護結(jié)構(gòu)構(gòu)體系系為鋼鋼筋混混凝土土排樁樁或地地下連連續(xù)墻墻，錨錨固體體系可可分為為錨桿桿式和和地面面拉錨錨式兩兩種，，錨桿桿式按按基坑坑開挖挖深度度不同同，可可設單單層或或多層層錨桿桿，地地面拉拉錨式式則需需要足足夠場場地設設置錨錨樁或或其它它錨固固體。。由于于錨桿桿式圍圍護結(jié)結(jié)構(gòu)需需地基基土具具備足足夠的的摩阻阻力，，除軟軟粘土土地基基外，，在一一般砂砂土、、粘性性土地地基中中均可可采用用。土釘墻墻圍護護結(jié)構(gòu)構(gòu)土釘墻墻圍護護結(jié)構(gòu)構(gòu)———它它由被被加固固土、、設置置于原原位土土體中中的土土釘（（螺紋紋鋼筋筋、型型鋼等等）及及附著著于坡坡面厚厚度約約80～100mm的配配筋噴噴射混混凝土土面板板組成成，形形成類類似重重力式式墻的的擋土土墻。。其它形形式圍圍護結(jié)結(jié)構(gòu)SMW（勁勁性水水泥土土攪拌拌樁擋擋墻））圍護護結(jié)構(gòu)構(gòu)凍結(jié)法法基坑坑土釘墻墻－噴噴射混混凝土土人工挖挖孔樁樁支護護結(jié)構(gòu)構(gòu)鋼管支支撐挖掘機機鋼管支支撐挖掘機機鋼筋混混凝土土和鋼鋼管支支撐鋼筋混混凝土土和鋼鋼管支支撐鋼筋混混凝土土支撐撐上海地地鐵主主題公公園車車站基基坑鋼筋混混凝土土支撐撐三、深深基坑坑工程程設計計注意意事項項基坑工工程設設計前前準備備工作作應細細致周邊環(huán)環(huán)境資資料應應詳盡盡如臨近近建筑筑物的的基礎礎形式式、埋埋深；；地下下管線線的埋埋設年年代、、走向向、材材質(zhì)和和接口口形式式；人人防設設施；；周邊邊道路路等。。工程地地質(zhì)勘勘察和和水文文地質(zhì)質(zhì)勘察察應詳詳盡工程地地質(zhì)勘勘察多采用用原位位試驗驗和室室內(nèi)試試驗相相結(jié)合合的方方法巖土強強度指指標確確定要要準確確評價暗暗浜、、溶洞洞、古古井、、地下下障礙礙物對基坑坑工程程的影影響水文地地質(zhì)勘勘察地下水水類型型、埋埋藏條條件、、施工工過程程中地地下水水條件件變化化對基基坑工工程和和相鄰鄰建筑筑物的的影響響預估流流土、、流砂砂、管管涌等等可能能性基坑工工程設設計過過程中中的注注意事事項注意區(qū)區(qū)域性性和當當?shù)厥┦┕l條件注意工工程類類比法法注意多多方案案比較較，應當注注重風風險性性評估估不要過過分依依賴設設計軟軟件注意從從結(jié)構(gòu)構(gòu)強度度控制制到變變形控控制的的轉(zhuǎn)變變四、深深基坑坑工程程的事事故分分析近20年的的深基基坑工工程實實踐表表明：：深基坑坑的工工程事事故占占20％～～30％！！深基坑坑的破破壞形形式支護體體系破破壞滲流破破壞降水引引起的的周圍圍環(huán)境境的影影響土方開開挖不不當（（包括括爆破破因素素）引引起的的破壞壞，坑坑內(nèi)土土體失失穩(wěn)施工監(jiān)監(jiān)測引引起的的問題題基坑巖巖體破破壞主要原原因分分析設計失失誤問問題施工失失誤問問題信息化化反饋饋及貫貫徹問問題預警機機制問問題搶險措措施不不及時時或不不當部分事事故實實例青島黃黃島某某基坑坑邊坡坡局部部坍塌塌2006-7北京地地鐵十十號線線基坑坑坍塌塌（2005.12）原因：：水管管老化化滲水水降雨引引起滑滑坡南京地地鐵二二號線線茶亭亭站基基坑內(nèi)內(nèi)土體體滑坡坡破壞壞2007-5-28五、深深基坑坑工程程安全全施工工的保保證措措施設計方方面施工方方面監(jiān)測方方面監(jiān)理方方面四個方方面，，一個個體系系完善專專家論論證體體系六、工工程實實例介介紹南京珠珠江路路地鐵鐵車站站SMW支支護結(jié)結(jié)構(gòu)基基坑工程概概況南京地地鐵1號號線珠珠江路路站位位于南南京市市中心心地區(qū)區(qū),在在珠江江路以以北、、吉兆兆營路路以南南的中中山路路東側(cè)側(cè),周周圍圍有中中山大大廈、、同仁仁大廈廈等重重要建建筑物物及城城市重重要管管線。。車站站結(jié)構(gòu)構(gòu)總長長198.7m、、主體體凈寬寬19.6m,結(jié)結(jié)構(gòu)型型式為為地下下雙層層三跨跨箱型型框架架結(jié)構(gòu)構(gòu),基基坑坑深度度為17.5m(端端頭井井)和和19.45m(局局部部),基基坑坑圍護護采用用SMW樁樁加內(nèi)內(nèi)支撐撐的支支護方方法。。創(chuàng)造了了SMW工工法在在我國國基坑坑工程程應用用中開開挖深深度最最深的的記錄錄！2002年年10月施施工完完畢。。總平面面圖基坑位位置土層物物理參參數(shù)基坑設設計與與施工工支護結(jié)結(jié)構(gòu)SMW設計計：SMW擋墻墻由相相互搭搭接的的水泥泥土攪攪拌樁樁插入入H型型鋼構(gòu)構(gòu)成,由由于水水泥土土強度度較低低,變變形形模量量較小小,且且其其表面面涂有有減摩摩劑,因因此在在水泥泥土與與型鋼鋼組合合結(jié)構(gòu)構(gòu)體中中水泥泥土的的強度度很難難發(fā)揮揮。根據(jù)本本工程程的具具體情情況和和施工工的可可行性性,基基坑坑圍護護結(jié)構(gòu)構(gòu)采用用直徑徑850mm攪攪拌樁樁,相相互互搭接接250mm,水水泥摻摻入量量為20%,成成樁樁后樁樁體水水泥土土28d齡齡期無無側(cè)限限抗壓壓強度度達1.0MPa以以上。。型鋼采采用235-A.F,截截面為為700××300××12×24,采采取三三插兩兩的形形式布布置。。根據(jù)據(jù)開挖挖深度度,長長型型鋼長長度采采用26m、28m、29m三種種,短短型型鋼長長度采采用21m、22m兩種種,大大大大節(jié)約約了用用鋼量量。H型鋼鋼布置置形式式SMW施工工流程程支撐體體系設設計：：本工程程支撐撐采用用直徑徑609mm鋼鋼管撐撐,水水平平間距距3m,轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角處處設置置角撐撐。開開挖深深度15.68m處處設4道支支撐,開開挖深深度17.5m、19.45m處處設5道支支撐。。第一一道盡盡量靠靠近墻墻體的的上端端、最最下面面一道道盡量量靠近近基坑坑底面面,這這對對減小小墻體體水平平位移移至關關重要要,中中間間各道道撐的的位置置通過過計算算優(yōu)化化確定定。經(jīng)經(jīng)分析析計算算,推推算算墻體體的最最大水水平位位移為為3～～4cm。。相應應地表表最大大沉降降約為為墻體體最大大水平平位移移的70%,即即2～～3cm,能能滿滿足環(huán)環(huán)境保保護的的要求求,保保證證周圍圍建筑筑物和和管線線的安安全。。水泥泥土土攪攪拌拌樁樁施施工工攪拌拌樁樁采采用用日日本本產(chǎn)產(chǎn)PAS-200VAR三三軸軸攪攪拌拌機機施施工,由由于于本本工工程程攪攪拌拌深深度度較較大大,施施工工中中加加強強了了對對水水泥泥用用量量和和水水灰灰比比的的控控制制,確確保保泵泵送送壓壓力力在在1.5～～2.5MPa間間;根根據(jù)據(jù)地地基基土土層層的的性性質(zhì)質(zhì),控控制制鉆鉆機機下下沉沉速速度度小小于于1m/min,提提升升速速度度小小于于2m/min,確確保保攪攪拌拌樁樁質(zhì)質(zhì)量量滿滿足足設設計計要要求求。。三軸軸攪攪拌拌機機H型型鋼鋼插插入入本工工程程型型鋼鋼為為H型型鋼鋼,為為施施工工完完成成后后拔拔出出型型鋼鋼,在在插插入入前前H型型鋼鋼表表面面均均勻勻地地涂涂敷敷一一層層減減摩摩劑劑。。由由于于本本工工程程型型鋼鋼較較長長(連連同同基基坑坑頂頂部部外外露露部部分分)最最長長者者達達30.5m,為為保保證證型型鋼鋼起起吊吊過過程程中中不不變變形形,采采用用1臺臺50t吊吊車車和和1臺臺30t吊吊車車配配合合工工作作。。通通過過在在導導墻墻上上設設置置定定位位卡卡對對型型鋼鋼進進行行定定位位,使使用用經(jīng)經(jīng)緯緯儀儀和和線線墜墜控控制制型型鋼鋼插插入入時時的的垂垂直直度度。插入入型型鋼鋼施工工完完畢畢基坑坑開開挖挖基坑坑開開挖挖過過程程中中,通通過過優(yōu)優(yōu)化化設設計計,選選用用從從北北向向南南、、從從西西向向東東的的方方式式,最最后后開開挖挖深深度度較較大大的的南南端端頭頭井井。。同同時時考考慮慮到到開開挖挖過過程程中中的的時時空空效效應應,采采取取分分段段開開挖挖方方式式,每每段段開開挖挖長長度度約約20m,每每段段在在每每層層開開挖挖又又采采取取分分小小段段開開挖挖方方式式,每每小小段段5～～6m,開開挖挖后后及及時時做做支支撐撐結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu),整整段段開開挖挖完完成成后后及及時時澆澆筑筑墊墊層層和和底底板板,控控制制基基坑坑及及周周圍圍地地面面的的變變形形,以以有有效效保保護護周周圍圍建建筑筑物物和和管管線線的的安安全全。。基坑坑開開挖挖挖掘掘機機H型型鋼鋼回回收收地下下主主體體結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)完完成成后后將將型型鋼鋼拔拔出出,經(jīng)經(jīng)整整形形保保養(yǎng)養(yǎng)可可重重復復使使用用。。型型鋼鋼的的拔拔出出采采用用專專用用夾夾具具和和千千斤斤頂頂以以鋼鋼筋筋混混凝凝土土圈圈梁梁為為基基座座進進行行起起拔拔,用用水水灰灰比比為為1.0的的水水泥泥漿漿液液填填充充H型型鋼鋼拔拔出出后后的的空空隙隙,減減少少對對周周圍圍建建筑筑物物的的影影響響。?；厥帐眨ǎ?））回收收（（2））施工工監(jiān)監(jiān)測測為了了解解施施工工過過程程中中基基坑坑及及周周圍圍環(huán)環(huán)境境的的動動態(tài)態(tài)變變化化情情況況,及及時時指指導導下下一一步步工工程程的的施施工工,有有效效保保護護周周圍圍建建筑筑物物和和管管線線的的安安全全,并并為為基基坑坑分分析析和和研研究究提提供供資資料料,本本工工程程對對基基坑坑圍圍護護結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)頂頂面面位位移移、、圍圍護護結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)側(cè)側(cè)移移、、支支撐撐軸軸力力、、土土壓壓力力、、基基底底回回彈彈、、周周圍圍地地面面沉沉降降和和建建筑筑物物沉沉降降進進行行了了監(jiān)監(jiān)測測。。監(jiān)監(jiān)測測結(jié)結(jié)果果表表明明,基基坑坑的的變變形形基基本本與與設設計計計計算算結(jié)結(jié)果果相相符符,周周圍圍建建筑筑物物和和管管線線均均未未受受到到任任何何破破壞壞。。部分分監(jiān)監(jiān)測測成成果果謝謝謝大大家家??！9、靜夜夜四無無鄰，，荒居居舊業(yè)業(yè)貧。。。12月月-2212月月-22Friday,December23,202210、雨中黃葉葉樹，燈下下白頭人。。。06:16:0206:16:0206:1612/23/20226:16:02AM11、以我獨沈沈久，愧君君相見頻。。。12月-2206:16:0206:16Dec-2223-Dec-2212、故人江海海別，幾度度隔山川。。。06:16:0206:16:0206:16Friday,December23,202213、乍見翻翻疑夢，，相悲各各問年。。。12月-2212月-2206:16:0206:16:02December23,202214、他鄉(xiāng)生生白發(fā)，，舊國見見青山。。。23十十二月20226:16:02上午午06:16:0212月-2215、比比不不了了得得就就不不比比，，得得不不到到的的就就不不要要。。。。。十二二月月226:16上上午午12月月-2206:16December23,202216、行行動動出出成成果果，，工工作作出出財財富富。。。。2022/12/236:16:0206:16:0223December202217、做前，，能夠環(huán)環(huán)視四周周；做時時，你只只能或者者最好沿沿著以腳腳為起點點的射線線向前。。。6:16:02上午午6:16上午午06:16:0212月-229、沒有失敗，，只有暫時停停止成功！。。12月-2212月-22Friday,December23,202210、很多事情努努力了未必有有結(jié)果，但是是不努力卻什什么改變也沒沒有。。06:16:0206:16:0206:1612/23/20226:16:02AM11、成功就是日日復一日那一一點點小小努努力的積累。。。12月-2206:16:0206:16Dec-2223-Dec-2212、世間成事，，不求其絕對對圓滿，留一一份不足，可可得無限完美美。。06:16:0206:16:0206:16Friday,December23,202213、不知香積積寺，數(shù)里里入云峰。。。12月-2212月-2206:16:0206:16:02December23,202214、意志堅強強的人能把把世界放在在手中像泥泥塊一樣任任意揉捏。。23十二二月20226:16:02上上午06:16:0212月-2215、楚塞三三湘接，，荊門九九派通。。。。十二月226:16上午午12月-2206:16December23,20221