基础篇：基坑支护.ppt

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1、1.1 深基坑开挖与支护,1 边坡稳定,土方开挖过程中,土壁是由土体内磨擦阻力和粘结力保持平衡而稳定。一旦土体失去平衡(俗称失稳),土体就会塌方,这不仅会造成人身安全事故、影响工期,有时还会危及附近的建(构)筑物。,共70页 第1页,边坡过陡；雨水、地下水渗入基坑;基坑上口边缘堆载过大;土方开挖顺序、方法未遵守“从上至下、分层开挖；开槽支撑、先撑后挖”的原则。,1.1 造成边坡失稳的原因,基坑塌方 抢险救人,1.2 边坡留设,合理地选择基坑、沟槽、路基、堤坝的开挖断面并留设边坡,是减少土方量的有效措施。边坡的表示方法为 1:m，即：,土方边坡坡度hb 1(b h)1:m,式中 m=b/h，称为

2、坡度系数。其意义为：当边坡高度已知为h 时，其边坡宽度则等于mh。,共70页 第2页,自然放坡的坡率允许值,边坡坡度应根据不同的挖填高度、土的工程性质及工程特点而定，既要保证土体稳定和施工安全，又要节省土方。当地质条件良好、土质均匀且无地下水，其放坡的坡度系数应根据当地施工经验确定,无经验时可按下表确定：,注：表中碎石土的填充物为坚硬或硬塑的黏性土。,共70页 第3页,留设边坡需考虑的因素,挖填高度：高度大则坡度系数大，反之坡度系数小，甚至不放坡；土的工程性质：土的类别、含水量，有无地下水等。土的类别低(密度小)、含水量大，则坡度系数大；反之坡度系数小；施工特点：坡顶是否有荷载？施工季节及施工

3、期长短？人工作业还是机械作业？,坡顶有荷载(尤其是动荷载)、使用时间长、跨越冬雨季施工的边坡应留有充足的安全系数,规范的边坡留设1 规范的边坡留设2,共70页 第4页,2 基坑(槽)支护,一级基坑：重要工程，支护结构与基础结构合一工程，开挖深度10m，临近建筑物、重要设施在开挖深度以内；开挖影响范围内有历史或近代优秀建筑、重要管线需严加保护；三级基坑：开挖深度7m，且无特别要求的基坑；二级基坑：不属于一级或三级的其它基坑。,基坑变形的监控值 mm,2.1 基坑的分级,共70页 第11页,2.2 基槽支护,基(沟)槽开挖一般采用横撑式土壁支撑。可分为水平挡土板及垂直挡土板两大类。,间断式水平挡土

4、板支撑,垂直挡土板式支撑,对松散、湿度大的土可用连续式水平挡土板支撑，挖土深度可达5m。,连续式水平挡土板支撑,共70页 第12页,2.3 一般基坑支护,深度不大的三级基坑，当放坡开挖有困难时，可采用短柱横隔板支撑、临时挡土墙支撑、斜柱支撑、锚拉支撑等支护方法。,2.3.1 简易支护,放坡开挖的基坑，当部份地段放坡宽度不够时，可采用短柱横隔板支撑、临时挡土墙支撑等简易支护方法进行基础施工,临时挡土墙支撑,短柱横隔板支撑,共70页 第13页,2.3.2 斜柱支撑,先沿基坑边缘打设柱桩，在柱桩内侧支设挡土板并用斜撑支顶，挡土板内侧填土夯实。适用于深度不大的大型基坑使用。,2.3.3 锚拉支撑,先沿

5、基坑边缘打设柱桩，在柱桩内侧支设挡土板，柱桩上端用拉杆拉紧，挡土板内侧填土夯实。适用于深度不大、不能安设横(斜)撑的大型基坑使用。,斜柱支撑,锚拉支撑,基坑打设柱桩,共70页 第14页,2.4 深基坑支护,深基坑支护的基本要求 确保支护结构能起挡土作用,基坑边坡保持稳定；确保相邻的建(构)筑物、道路、地下管线的安全,不因土体的变形、沉陷、坍塌受到危害；通过排降水,确保基础施工在地下水位以上进行,苏州市土地交易中心基坑支护工程,共70页 第15页,常用的支护结构体系,排桩式,土钉墙,锚杆支护,钢管桩,挖孔灌注桩,钢板桩,板墙式,板桩式,组合式,粉体喷射注浆桩墙,钻孔灌注桩,高压喷射注浆桩墙,深层

6、搅拌水泥土桩墙,逆作拱墙式,边坡稳定式,排桩与板墙式,水泥挡土墙式,现浇地下连续墙,灌注桩与水泥土桩结合,加筋水泥土围护墙,型钢横挡板,共70页 第16页,排桩支护,适于开挖面积大、深度6m、不允许放坡、邻近有建(构)筑物的基坑支护,开挖前在基坑周围设置砼灌注桩，桩的排列有间隔式、双排式和连续式，桩顶设置砼连系梁或锚桩、拉杆。施工方便、安全度好、费用低。,悬臂桩的间隔式排桩支护,挡土灌注桩排桩支护,桩顶连系梁又称冠梁,悬臂支护桩,共70页 第17页,钢筋砼灌注桩的排列方式,北京神华大厦基坑的交错相间排桩支护,共70页 第18页,2.4.2 土钉墙支护,共70页 第19页,土钉支护施工工艺：,开

7、挖工作面,人工洛阳铲成孔 冲击式钢管成孔 土层锚杆钻机成孔,喷射第一层砼,土钉成孔,喷射第一层砼,共70页 第20页,安设土钉、注浆,挂钢筋网、喷射砼面层,挂钢筋网 喷射第一层砼面板 喷射第一层砼面板 进入下一层土钉支护,安设土钉、注浆,共70页 第21页,2.4.3 锚杆支护,共70页 第22页,锚杆支护施工工艺,冲击式钻机造孔 旋转式钻机造孔 锚杆造孔近景,共70页 第23页,造孔：包括钻机就位、施钻成孔、清孔三个作业步骤。造孔用冲击式钻机、旋转式钻机或旋转式冲击钻机，偏心钻机跟进护壁套管方式钻进，造孔须干钻，严禁水钻；考虑沉渣厚度，孔底应超钻3050mm；成孔后高压风清洗孔壁，以保证砂浆

8、与孔壁的粘结力。,制作完毕的锚索,共70页 第24页,锚杆的制作与安装,包括下料、除锈防腐、焊接导向锥、绑扎、入孔六个步骤。,锚索入孔,导向锥起入孔导向作用,紧箍环,自由段外套塑料管,锚索预留长度,注 浆 拉杆的预应力张拉 锚杆逐层向下支护施工,共70页 第25页,灌浆,基坑锚杆常采用埋管式灌浆的一次灌浆法；当土体松散或岩石破碎易发生漏浆时采用二次灌浆法。,制 浆,预应力张拉及封锚：,挡土灌注桩与土层锚杆结合支护,冠梁,悬臂支护桩,锚杆及横撑,共70页 第26页,2.4.5 钢板桩支护,当基坑较深、地下水位较高且未施工降水时，采用板桩作为支护结构，既可挡土、防水，还可防止流砂的发生。,U型钢板

9、桩,钢板桩水上围堰,共70页 第27页,无锚板桩,从一角开始逐块插打，每块钢板桩自起打到结束中途不停顿。打法简便、快速，但单块打入易向一边倾斜，累计误差不易纠正,壁面平直度也较难控制。,钢板桩入土 U型板桩的相互连接,无锚板桩的单独打入法,共70页 第28页,有锚板桩的双层围檩插桩法,有锚板桩的双层围檩插桩法,共70页 第29页,2.4.6 地下连续墙支护,铣削钻成槽机,先建造钢筋砼地下连续墙,达到强度后在墙间用机械挖土。该支护法刚度大、强度高,可挡土、承重、截水、抗渗,可在狭窄场地施工,适于大面积、有地下水的深基坑施工。,连续墙抓斗成槽机,槽段的连接,导墙施工 成槽机抓土 钢筋笼起吊 钢筋笼

10、入槽,连续墙砼浇筑 锁口管起拔 进入第二槽段施工,亦可用吊车起拔,两边是锁口管,挡墙内撑支护,大型深基坑的钢管对撑支护 钢筋砼构架式内撑支护,钢管内支撑,钢管内支撑的地面拼装 大型深基坑的挡墙钢管内支撑支护,地铁车站的多道钢管对撑支护,大型深基坑的钢管角撑,挡墙的腰梁,钢筋砼内支撑,内支撑下的基础工程施工,就地制作钢筋砼内支撑,内支撑下挖桩间土方,格构式立柱,成都国金中心大厦基坑（最大深度34m）,排桩支护：人工挖孔桩+9道预应力锚索,深基坑边坡支护坍塌事故,排桩支护基坑失稳破坏,膨胀土基坑失稳破坏,上海在建13层楼房整体倒塌,6月27日6时左右，上海栋在建13层住宅楼整体倒塌。,两侧压力差产

11、生的水平力超过了桩基的抗侧能力,3 施工排水,降水的目的 利用地下水位降低后的土体固结来提高基坑被动区土体强度，这是坑内井点降水的主要目的；疏干坑内土体中的自由水，有利于边坡稳定；为挖机、人工下基坑施工创造干作业条件。,坑外水位观测孔,墙体注浆加固体,井管,粘土层,粉砂层,粘土层,坑外水位观测孔,井管,3.1 坑内井点降水,放坡开挖的基坑降低地下水位施工示意图,放坡开挖的基坑降低地下水位施工示意图,轻型井点降水,轻型井点是沿基坑四周将井点管埋入蓄水层内，利用抽水设备将地下水从井点管内不断抽出，将地下水位降至基坑底以下。适用于渗透系数为0.150m/d的土层中。降水深度：单级井点36m，多级井点

12、612m。,轻型井点法降低地下水位全貌图 基坑轻型井点降水,采用双排、环型或U型布置时，位于地下水上游一排的井点间距应小些，下游井点的间距可大些。如采用U形布置，则井点管不封闭的一段应在地下水的下游方向。,地下室电梯井局部二次降水,井点降水不到位的基坑,基础施工至地下水位以上 施工降水方可停止,在确定井点管埋置深度时，还应考虑井点管露出地面0.20.3m，滤管必须埋在透水层内。当一级井点达不到降水深度要求时，则可采用二级井点。,基坑二级轻型井点降水 地下室三级井点降水,二级轻型井点降水,井点降水的作用,减小横向荷载 防止流砂,防止涌水 稳定边坡 防止塌方 防止管涌,防止地下水涌入基坑,防止地下

13、水的渗流引起边坡塌方,消除地下水的水位差,防止坑底的管涌,降水后,使板桩减少了横向荷载,消除地下水的渗流,也就防止流砂现象,降低地下水位后，还能使土壤固结，增加地基土的承载能力!,3.2.3 管井井点,管井井点由滤水井管、吸水管和抽水机组成。管井井点设备简单、排水量大、易于维护、经济实用。,管井埋设 管井填充滤料 管井抽排水施工,如需降水深度较大，可采用深井井点,适用于降水深度15m、渗透系数为10250m/d的基坑。故称为“深井泵法”。,管井井点构造,标准管井 小井管井,深井井点 PVC简易管井,3.2.4 喷射井点,是在井点管内设特制的喷射器，用高压水泵或空气压缩机向喷射器输入高压水或压缩

14、空气，形成水气射流,将地下水抽出排走。其降水深度可达820m。,喷射井点平面布置,喷射井点竖向布置,3.2.5 电渗井点,电渗井点构造与布置,电渗井点以井点管作负极，打入的钢筋作正极，通入直流电后，土颗粒自负极向正极移动，水则 自正极向负极移动 而被集中排出。本 法常与轻型井点或 喷射井点结合使用。,基坑内降水预固结坑内土体,基坑内降水预固结坑内土体,电渗法降水施工示意图,电渗法降水施工示意图,坑内降水井点布置,根据降水施工经验，例如在上海地区第层以上的以粘性土为主的潜水含水层中，单井有效抽水面积一般为200m2。,工程实例：某基坑降水井点剖面布置图,工程实例：某地铁车站降水（压）井点布置图,

15、降水（压）井点剖面布置图,坑内井点降水要点,坑内井点降水应在开挖前20天进行，降水深度应达到设计要求，并不得少于坑底以下1m。降水必然会形成降水漏斗，从而造成对周围环境的影响，因此要合理使用井点降水，在邻近保护对象附近一定要形成封闭的隔水帷幕后才能开始降水。降水期间应按设计要求布置水位观测孔，对基坑内外的地下水位变化及邻近的建（构）筑物的沉降进行监控，当建（构）筑物的变形速率或变形量超过警戒值时，可用回灌水法或隔水法来控制降水对周围环境的有害影响。,防范井点降水不利影响的措施,设置挡土帷幕也可减少井点降水引起的不利影响。,回灌井点水位图,回灌井点布置,设置挡土帷幕减少不利影响,共70页 第60

16、页,采用回灌措施时注意事项,回灌井点的滤管长度应大于抽水井点的长度（通常大22.5m）；回灌必须使用清洁水；回灌设备应经常检查，防止堵塞；在回灌井点的保护范围内应设置水位观测孔，根据水位变化来调节回灌水量。在降水期间，还要随时注意抽出的地下水是否浑浊，防止抽水带走土层中的细颗粒。,工程实例：延安东路隧道工程,延安东路隧道工程盾构进2#工作井时，在邻近工厂建筑物边线外10m设喷射井点，而在建筑边线外2m处设一排1.5m间距的回灌水管，用水泵加压灌水，并在距建筑边线外4m处打设水泥搅拌桩止水帷幕，最终达到了预期的保护效果。,当基坑底下有承压水时，必须验算抵抗坑底隆起的稳定性 承压水验算公式如右图式

17、中：承压水上覆土重；承压水头压力。,h,3.2 承压水处理,坑底稳定性验算,注浆加固坑底土体抗承压水,注浆加固坑底土体抗承压水图,（2）承压处理方法,井点降低承压水稳定坑底图,井点降低承压水稳定坑底图,降压井布置,单口降压井有效抽水面积根据场地承压含水层的水文地质参数通过计算得出，如：上海地区的经验是间距30m左右布置1口降压井。,基坑内长期积水不但影响开挖和场地清洁，更会引起坑内被动区土体的软化、降低被动抗力，从而导致基坑围护墙位移和坑外地表沉降增大，甚至引发基坑坍塌事故。因此，必须在开挖前准备好排水设备，以保证开挖后开挖面不浸水，基坑周边必须有防止地面水流入的措施。若在开挖前未查明并排除坑

18、内储水体，开挖时会导致土坡被暗藏积水冲坍，乃至冲断基坑横向支撑，从而造成地下墙大幅度变形和地面大量沉陷的严重后果。因此，必须在基坑开挖前查明并排除基坑开挖范围内的贮水体和废旧水管内的积水。排水设施要能满足雨天排除坑内积水的需要，并严防坑外地面雨水径流涌入基坑。,3.3 基坑排水,1 明排水法,一般采用截、疏、抽的方法。截：在现场周围设临时或永久性排水沟、防洪沟或挡水堤，以拦截雨水、潜水流入施工区域；,抽：在低洼地段设置集水、排水设施,然后用抽水机抽走。,疏：在基坑内设置纵横排水沟，疏通、排干场内地表积水；,水淹基坑 损失惨重 工期延误,1.1 明沟与集水井排水,普通与集水井排水法,1.2 分层明沟排水,分层明沟排水法,1.3 深层明沟排水,深层明沟排水法,不考虑基坑排水的恶果,沙湾电站厂房深基坑排水施工全景,思 考 题,1、试分析土壁塌方的原因和预防塌方的措施。2、留设自然边坡应考虑哪些因素？3、试述深基坑支护的基本要求。4、排桩支护时钢筋砼灌注有哪些排列方式？5、土钉支护与锚杆支护有何区别？6、进行明排水和人工降水时应注意什么问题？7、试述管井井点、轻型井点的构造和适用范围。8、试述轻型井点的布置方案和设计步骤。9、试分析产生流砂的外因和内因。10、试述防治流砂的途径和方法。,