基坑圍護(hù)工程研究

基坑圍護(hù)工程研究

工程管理部Shanghai,2012-05基坑工程的作用給地下結(jié)構(gòu)敞開(kāi)開(kāi)挖創(chuàng)造條件建筑物地下結(jié)構(gòu)的一部分基坑工程的基本技術(shù)要求安全可靠性經(jīng)濟(jì)合理性施工便利性工期保證性基坑工程的特點(diǎn)（一）臨時(shí)結(jié)構(gòu)，安全儲(chǔ)備小、風(fēng)險(xiǎn)大區(qū)域性強(qiáng)很強(qiáng)的個(gè)性，地質(zhì)、結(jié)構(gòu)、工況、環(huán)境條件等均不相同綜合性強(qiáng)土壓力的特點(diǎn)很強(qiáng)的時(shí)空效應(yīng)基坑工程的特點(diǎn)（二）系統(tǒng)工程，設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)測(cè)環(huán)境效應(yīng)基坑工程的特點(diǎn)（三）與自然地質(zhì)及環(huán)境條件密切相關(guān)與主體結(jié)構(gòu)地下室的施工密切相關(guān)技術(shù)綜合性強(qiáng)巖土工程知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)建筑結(jié)構(gòu)和力學(xué)知識(shí)施工經(jīng)驗(yàn)工程所在地的施工條件和經(jīng)驗(yàn)基坑工程包括的內(nèi)容（一）有支護(hù)基坑工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)支撐體系土方開(kāi)挖（工藝及設(shè)施）降水工程地基加固監(jiān)測(cè)環(huán)境保護(hù)工程基坑工程包括的內(nèi)容（二）無(wú)支護(hù)放坡開(kāi)挖基坑降水工程土方開(kāi)挖地基加固及土坡護(hù)面圍護(hù)結(jié)構(gòu)的型式（一）放坡開(kāi)挖及簡(jiǎn)易圍護(hù)懸臂式圍護(hù)結(jié)構(gòu)重力式圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)支撐式圍護(hù)結(jié)構(gòu)拉錨式圍護(hù)結(jié)構(gòu)土釘墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的型式（二）其它形式的圍護(hù)結(jié)構(gòu)門(mén)架式圍護(hù)結(jié)構(gòu)拱式組合型圍護(hù)結(jié)構(gòu)噴錨網(wǎng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)沉井圍護(hù)結(jié)構(gòu)加筋水泥土墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)凍結(jié)法圍護(hù)結(jié)構(gòu)等等基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的分類(lèi)基坑工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)的型式舉例放坡開(kāi)挖草袋裝土或干砌塊石簡(jiǎn)易擋土短樁隔板圍護(hù)懸臂式圍護(hù)結(jié)構(gòu)放坡開(kāi)挖與排樁墻圍護(hù)相結(jié)合水泥土重力式圍護(hù)結(jié)構(gòu)格構(gòu)式重力式擋墻平面圖水泥土墻常用格柵斷面形式加筋水泥土擋墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)支撐式圍護(hù)結(jié)構(gòu)（一）內(nèi)支撐式圍護(hù)結(jié)構(gòu)（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(yù)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(jié)構(gòu)內(nèi)支撐體系圍護(hù)結(jié)構(gòu)拱形支護(hù)結(jié)構(gòu)拉錨式圍護(hù)結(jié)構(gòu)-拉桿式錨桿拉錨式圍護(hù)結(jié)構(gòu)-背拉式土錨桿土釘墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)門(mén)架式圍護(hù)結(jié)構(gòu)拱式組合型圍護(hù)結(jié)構(gòu)噴錨網(wǎng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)放坡開(kāi)挖與內(nèi)撐式排樁墻圍護(hù)相結(jié)合被動(dòng)區(qū)土質(zhì)改良基坑總體方案設(shè)計(jì)基坑工程設(shè)計(jì)階段的劃分根據(jù)基坑內(nèi)主體工程的性質(zhì)、投資規(guī)模、建設(shè)計(jì)劃進(jìn)度等要求，一般有：總體方案設(shè)計(jì)施工圖設(shè)計(jì)基坑總體方案的選擇原則（一）按主體工程地下室所處場(chǎng)地的工程地質(zhì)及水文地質(zhì)和周?chē)h(huán)境條件所考慮的基坑工程問(wèn)題和相應(yīng)的總體設(shè)計(jì)中的對(duì)策是否全面、合理對(duì)主體工程地下室的建造層數(shù)、開(kāi)挖深度、基坑面積及形狀、施工方法、造價(jià)、工期與主體工程和上部工程造價(jià)、工期等主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行綜合分析，以評(píng)價(jià)基坑工程技術(shù)方案的經(jīng)濟(jì)合理性基坑總體方案的選擇原則（二）研究基坑工程的圍護(hù)結(jié)構(gòu)是否兼作主體工程的部分永久結(jié)構(gòu)，對(duì)其技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果進(jìn)行評(píng)估研究基坑工程開(kāi)挖方式的可靠性和合理性對(duì)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(jìn)度安排及相鄰影響進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，以通過(guò)分析對(duì)比提出適應(yīng)于分期施工的總體方案總體方案設(shè)計(jì)與主體工程施工圖的關(guān)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(shè)計(jì)應(yīng)在主體工程的初步設(shè)計(jì)中就著手進(jìn)行主體工程與基坑工程的協(xié)調(diào)部分工程樁兼作立柱樁地下主體工程施工時(shí)如何換撐基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)與主體工程的結(jié)合方式圍護(hù)結(jié)構(gòu)如何適應(yīng)地下主體結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)依據(jù)工程地質(zhì)及水文地質(zhì)資料工程地質(zhì)調(diào)查土層分類(lèi)、參數(shù)勘探深度特殊土工試驗(yàn)等水文地質(zhì)調(diào)查水位的高度、變化、補(bǔ)給、連通滲透系數(shù)等地下障礙物調(diào)查舊的建筑物的基礎(chǔ)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?chē)h(huán)境調(diào)查基坑周?chē)徑ㄖ锏臓顩r周?chē)芫€及地下構(gòu)筑物設(shè)施狀況周?chē)缆窢顩r鄰近地區(qū)對(duì)地面沉降很敏感的建筑設(shè)施資料和要求地下障礙物地下構(gòu)筑物及設(shè)施調(diào)查人防、共同溝、地鐵隧道、公路隧道、地鐵車(chē)站、地下車(chē)庫(kù)、地下商場(chǎng)、地下通道、地下油池等的建筑結(jié)構(gòu)平面及剖面資料、基礎(chǔ)形式與基坑相對(duì)位置周?chē)缆窢顩r調(diào)查周?chē)缆沸再|(zhì)、類(lèi)型、寬度交通狀況(交通流量、車(chē)載重量)交通通行規(guī)則(單行道、雙行道、禁止停車(chē))道路路面結(jié)構(gòu)、道路基礎(chǔ)及損壞的修復(fù)方法鄰近地區(qū)對(duì)地面沉降很敏感的建筑設(shè)施資料和要求煙囪、變電站、氣柜、鍋爐電視塔、醫(yī)療手術(shù)設(shè)施、化工裝置、精密儀表設(shè)備鐵路道軌、鐵路信號(hào)機(jī)柱及基礎(chǔ)、鐵路道岔、鐵路上的信號(hào)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(chǔ)(尤其是拱橋基礎(chǔ))人行橋基礎(chǔ)無(wú)軌電車(chē)接觸網(wǎng)線支柱地下障礙物調(diào)查廢舊管道的管徑、長(zhǎng)度、埋深、貯水量、管道結(jié)構(gòu)狀況廢棄的水井廢舊橋梁駁岸基礎(chǔ)工業(yè)或建筑垃圾坑工程的施工條件（一）根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)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(gè)施工期間進(jìn)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(mén)給予場(chǎng)地的封閉時(shí)間是有限的、階段性的，則基坑開(kāi)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(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)及開(kāi)挖支撐施工的噪音和振動(dòng)有限制，以決定是否可采用錘擊式打人樁及爆破方式進(jìn)行圍護(hù)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(kāi)挖施工是否有場(chǎng)地可供鋼筋制作、施工設(shè)備停放、施工車(chē)輛進(jìn)出及布置車(chē)道和土方材料堆場(chǎng)。如場(chǎng)地不能滿足常規(guī)的基坑施工要求，則必須采用分區(qū)開(kāi)挖逆筑法施工。了解當(dāng)?shù)氐某Ｒ?guī)施工方法和施工單位的施工設(shè)備、施工技術(shù)，在安全可靠經(jīng)濟(jì)合理的前提下，因地制宜確定設(shè)計(jì)方案，使設(shè)計(jì)能與當(dāng)?shù)氐氖┕し椒?、設(shè)備技術(shù)相適應(yīng)。有關(guān)的工程設(shè)計(jì)依據(jù)基坑支護(hù)設(shè)計(jì)必須依據(jù)國(guó)家及地區(qū)現(xiàn)行有關(guān)的設(shè)計(jì)、施工技術(shù)規(guī)范、規(guī)程。如地下連續(xù)墻、鉆孔灌注樁、攪拌樁等設(shè)計(jì)施工技術(shù)規(guī)程、規(guī)范和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)等設(shè)計(jì)規(guī)范。因此設(shè)計(jì)前必須調(diào)研和匯總有關(guān)規(guī)范和規(guī)程并注意各類(lèi)規(guī)范的統(tǒng)一和協(xié)調(diào)。積極調(diào)研和吸取當(dāng)?shù)叵嗨苹庸こ痰某晒εc失敗的原因、經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。在基坑工程設(shè)計(jì)中應(yīng)以此為重要設(shè)計(jì)依據(jù)。特別在進(jìn)行異地設(shè)計(jì)、施工時(shí)，更須注意。圍護(hù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的選型我國(guó)基坑工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型的選擇方案我國(guó)基坑工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型的選擇方案我國(guó)基坑工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型的選擇方案我國(guó)基坑工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型的選擇方案支撐方案設(shè)計(jì)支撐的組成

現(xiàn)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(gòu)件組成。鋼結(jié)構(gòu)支撐體系，通常為裝配式的，由內(nèi)圍檁、角撐、支撐、千斤頂(包括千斤頂自動(dòng)調(diào)壓或人工調(diào)壓裝置)、軸力傳感器、支撐體系監(jiān)測(cè)監(jiān)控裝置、立柱樁及其它附屬裝配式構(gòu)件組成。鋼支撐的組成鋼支撐的構(gòu)造兩類(lèi)支撐體系的形式和特點(diǎn)支撐體系的布置形式支撐體系的布置形式在基坑工程設(shè)計(jì)中常表現(xiàn)出富有思維創(chuàng)造性，也是技術(shù)要求較高的一項(xiàng)設(shè)計(jì)，支撐體系布置設(shè)計(jì)應(yīng)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(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)得以優(yōu)化支撐體系受力明確，充分協(xié)調(diào)發(fā)揮各桿件的力學(xué)性能，安全可靠，經(jīng)濟(jì)合理，能夠在穩(wěn)定性和控制變形方面滿足對(duì)周?chē)h(huán)境保護(hù)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)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(kāi)挖和主體結(jié)構(gòu)的快速施工要求支撐材料和類(lèi)型（一）應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)、周?chē)h(huán)境及施工、技術(shù)和材料設(shè)備條件，因地制宜地選擇安全面經(jīng)濟(jì)的支撐材料和支撐類(lèi)型。在軟土地區(qū)，如當(dāng)?shù)亻_(kāi)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(diào)控裝置的裝配式鋼支撐，當(dāng)沒(méi)有裝配式鋼支撐和鋼支撐施工技術(shù)條件時(shí)則采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土支撐。支撐材料和類(lèi)型（二）對(duì)于地質(zhì)條件較好的地區(qū)，應(yīng)首先考慮打設(shè)錨桿的方案，我國(guó)東北、華北、西南等地應(yīng)用錨桿較廣泛。除了比較各種支撐類(lèi)型的技術(shù)性能外，支撐材料和形式的選擇、還要計(jì)及加工(或租賃)支撐、現(xiàn)場(chǎng)安裝(或澆筑)支撐、以及拆除支撐所需的費(fèi)用，以做綜合經(jīng)濟(jì)對(duì)比。支撐道數(shù)豎向的支撐道數(shù)、支撐點(diǎn)標(biāo)高的確定，應(yīng)考慮在一定地質(zhì)條件下，滿足基坑圍護(hù)和支撐結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定和控制變形的要求，還要與澆筑主體結(jié)構(gòu)各層樓板時(shí)的換撐設(shè)計(jì)相協(xié)調(diào)。在軟土地區(qū)頭道支撐一般設(shè)于地面下1.0-2.5m，每道支撐的豎向間隔一般介于2·5-4.5m之間，為減小基坑開(kāi)挖后的圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形，最下道支撐的布置盡量落低，但應(yīng)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(duì)于地層軟弱、周?chē)h(huán)境復(fù)雜，控制基坑變形要求嚴(yán)格的深大基坑，應(yīng)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)則的基坑中，高層建筑的塔樓及筒體結(jié)構(gòu)的下部要求盡早出地面時(shí)，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(kāi)挖和主體工程施工。這些支撐體系通常采用現(xiàn)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(yīng)主體結(jié)構(gòu)外墻結(jié)構(gòu)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(yīng)避開(kāi)梁、柱，可借用土程樁或另行打設(shè)。立柱材料、截面通常選用H型鋼、鋼管和角鋼構(gòu)成格構(gòu)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(yīng)變措施設(shè)計(jì)基坑方案總體設(shè)計(jì)確定后，應(yīng)對(duì)以后施工中可能出現(xiàn)的問(wèn)題預(yù)先做周密的考慮。對(duì)支撐和開(kāi)挖施工過(guò)程中，可能出現(xiàn)圍護(hù)結(jié)構(gòu)、支撐結(jié)構(gòu)的過(guò)大變形和內(nèi)力、周?chē)乇磉^(guò)大沉降、以及圍護(hù)墻與支撐體系的破壞和失穩(wěn)等問(wèn)題，在基坑工程設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)提出應(yīng)變措施設(shè)計(jì)。同時(shí)在施工過(guò)程中按照設(shè)計(jì)所提的各項(xiàng)監(jiān)測(cè)管理體系進(jìn)行施工監(jiān)測(cè)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)提出的警告信息及時(shí)采取相應(yīng)預(yù)防災(zāi)害事故的應(yīng)變措施?；娱_(kāi)挖中出現(xiàn)的問(wèn)題及相應(yīng)的應(yīng)變措施基坑加固方案的選擇按一定地質(zhì)條件和基坑開(kāi)挖施工參數(shù)所設(shè)計(jì)的支護(hù)結(jié)構(gòu)體系、達(dá)不到控制基坑變形要求時(shí)，如增加支撐道數(shù)不可行，則要考慮合理提高圍護(hù)墻被動(dòng)區(qū)抗力或減少主動(dòng)區(qū)壓力的方法，使基坑變形符合要求。一般在圍護(hù)墻被動(dòng)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(wèn)題時(shí)，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(jīng)過(guò)深入地質(zhì)調(diào)查和坑周地層位移對(duì)保護(hù)對(duì)象影響的計(jì)算分析，而后針對(duì)基坑地基的薄弱處預(yù)先進(jìn)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(zāi)害性事故的地質(zhì)或環(huán)境條件之處：

加固范圍的確定液性指數(shù)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(xiǎn)；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(guò)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(cè)有局部的松土或空洞；

加固范圍的確定

基坑對(duì)面擋墻外側(cè)超載很大；

基坑內(nèi)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(dòng)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(gòu)筑物內(nèi)的貯水體；地下水豐富且連通流動(dòng)大水體的卵礫石地層或舊建筑垃圾層；基坑周?chē)鈧?cè)存在高聳桅塔，易燃管道，地下鐵道、隧道等對(duì)沉降很敏感的建筑設(shè)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(xiǎn)事故之一。當(dāng)坑底地基不能滿足抗承壓水安全要求時(shí)，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(kāi)挖前于基坑底面以下做成與坑周地下連續(xù)墻結(jié)成整體的抗承壓水底板。上海合流污水治理一期工程中，彭越浦泵站進(jìn)水總管的條形深基坑、鄰近居民多層建筑，其長(zhǎng)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(xué)注漿法采用化學(xué)注漿法或高壓三重管旋噴注漿法，在開(kāi)挖前于基坑周?chē)叵聣Φ灼矫嬉陨献龀煞庾』又車(chē)叵聣Φ灼矫娴牟煌杆庸掏翆?，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(wèn)題。

化學(xué)注漿法加固土體承壓水圖

抗承壓水穩(wěn)定驗(yàn)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度；

––––承壓水壓力