基坑工程讲座-王渭明

基坑工程讲座By王渭明、李大勇基坑工程讲座王渭明教授、博士、博士生导师山东科技大学岩土工程研究所基坑工程讲座By王渭明、李大勇基坑工程是地下建筑施工中内容丰富而易于变化的领域。工程界已越来越认识到基坑工程是一个风险性工程，也是一门综合性很强的新型学科，它涉及工程地质、土力学、基础工程、结构力学、原位测试技术、施工技术、土与结构共同作用以及环境岩土工程等多门学科，是理论上尚待发展的综合技术学科。基坑工程讲座By王渭明、李大勇主要内容深基坑工程特点和发展概况深基坑工程主要支护形式及应用范围深基坑工程设计注意事项深基坑工程的事故分析深基坑工程安全施工的保证措施工程实例介绍基坑工程讲座By王渭明、李大勇一、深基坑工程特点和发展概况基坑工程讲座By王渭明、李大勇1.1基坑工程的特点基坑围护体系是临时结构，安全储备小，具有较大的风险性基坑工程具有很强的区域性土压力特点（与支护形式和位移有关）基坑工程讲座By王渭明、李大勇基坑工程是系统工程基坑工程具有较强的时空效应基坑工程的环境效应突出基坑工程讲座By王渭明、李大勇1.2基坑工程发展概况20世纪80年代前，基坑一般不超过4m，采用放坡开挖。80年代，随高层建筑开发，一般开挖深度8m。90年代以后，随大型市政地下设施、地下商场、地铁车站兴建，基坑深度大于10m。基坑工程讲座By王渭明、李大勇介绍几个国内重点城市的深基坑概况北京国家大剧院工程基坑深度达34m。基坑工程讲座By王渭明、李大勇上海地铁4号线事故修复基坑达40m深基坑工程讲座By王渭明、李大勇杭州近几年随杭州地铁等重大工程的兴建，很多基坑深度达20m。注：此表为1999年李大勇参加的杭州建委基金项目发表在《建筑技术》2000年第2期基坑工程讲座By王渭明、李大勇山东主要集中在济南、青岛、烟台和威海等。支护形式：以土钉墙和桩锚式为主。基坑工程讲座By王渭明、李大勇二、深基坑工程主要支护形式及应用范围常用的基坑围护结构型式：放坡开挖及简易围护结构悬臂式围护结构重力式围护结构内撑式围护结构拉锚式围护结构土钉墙围护结构其它型式围护结构基坑工程讲座By王渭明、李大勇基坑工程讲座By王渭明、李大勇注：此表为1999年李大勇参加的杭州建委基金项目，发表在《建筑技术》杂志2000年第2期。基坑工程讲座By王渭明、李大勇悬臂式围护结构悬臂式围护结构——将钢筋混凝土排桩墙、钢板桩、地下连续墙等围护结构埋入基坑底面以下足够深度，基坑内不设内支撑或锚杆，靠围护结构足够的埋深及抗弯能力来维持整体稳定及结构自身安全。适于在土质较好，开挖深度不大的基坑工程中应用。基坑工程讲座By王渭明、李大勇重力式围护结构重力式围护结构——采用深层搅拌法、旋喷法等形成水泥土桩墙，水泥土桩与其包围的天然土形成重力式挡墙，以支挡周围土体，维护基坑边坡稳定。因水泥土桩抗拉强度低，受荷载后变形较大，所以适于在较浅的基坑工程中应用。基坑工程讲座By王渭明、李大勇内撑式围护结构内撑式围护结构——由围护结构体系及内撑体系组成，围护结构体系一般为钢筋混凝土排桩或地下连续墙，内撑体系采用现浇钢筋混凝土杆件、钢管或型钢等。因内撑体系刚度好，变形小，可用于各类土层的基坑工程中。基坑工程讲座By王渭明、李大勇基坑工程讲座By王渭明、李大勇拉锚式围护结构拉锚式围护结构——由围护结构体系及锚固体系组成，围护结构体系为钢筋混凝土排桩或地下连续墙，锚固体系可分为锚杆式和地面拉锚式两种，锚杆式按基坑开挖深度不同，可设单层或多层锚杆，地面拉锚式则需要足够场地设置锚桩或其它锚固体。由于锚杆式围护结构需地基土具备足够的摩阻力，除软粘土地基外，在一般砂土、粘性土地基中均可采用。基坑工程讲座By王渭明、李大勇基坑工程讲座By王渭明、李大勇土钉墙围护结构土钉墙围护结构——它由被加固土、设置于原位土体中的土钉（螺纹钢筋、型钢等）及附着于坡面厚度约80～100mm的配筋喷射混凝土面板组成，形成类似重力式墙的挡土墙。基坑工程讲座By王渭明、李大勇其它形式围护结构SMW（劲性水泥土搅拌桩挡墙）围护结构冻结法基坑基坑工程讲座By王渭明、李大勇土钉墙－喷射混凝土基坑工程讲座By王渭明、李大勇基坑工程讲座By王渭明、李大勇人工挖孔桩支护结构基坑工程讲座By王渭明、李大勇钢管支撑挖掘机基坑工程讲座By王渭明、李大勇钢管支撑挖掘机基坑工程讲座By王渭明、李大勇钢筋混凝土和钢管支撑基坑工程讲座By王渭明、李大勇钢筋混凝土和钢管支撑基坑工程讲座By王渭明、李大勇钢筋混凝土支撑上海地铁主题公园车站基坑基坑工程讲座By王渭明、李大勇钢筋混凝土支撑基坑工程讲座By王渭明、李大勇三、深基坑工程设计注意事项基坑工程讲座By王渭明、李大勇基坑工程设计前准备工作应细致•周边环境资料应详尽如临近建筑物的基础形式、埋深；地下管线的埋设年代、走向、材质和接口形式；人防设施；周边道路等。基坑工程讲座By王渭明、李大勇•工程地质勘察和水文地质勘察应详尽工程地质勘察多采用原位试验和室内试验相结合的方法岩土强度指标确定要准确评价暗浜、溶洞、古井、地下障碍物对基坑工程的影响基坑工程讲座By王渭明、李大勇水文地质勘察地下水类型、埋藏条件、施工过程中地下水条件变化对基坑工程和相邻建筑物的影响预估流土、流砂、管涌等可能性基坑工程讲座By王渭明、李大勇基坑工程设计过程中的注意事项注意区域性和当地施工条件注意工程类比法注意多方案比较，应当注重风险性评估不要过分依赖设计软件注意从结构强度控制到变形控制的转变基坑工程讲座By王渭明、李大勇四、深基坑工程的事故分析基坑工程讲座By王渭明、李大勇近20年的深基坑工程实践表明：深基坑的工程事故占20％～30％！基坑工程讲座By王渭明、李大勇深基坑的破坏形式支护体系破坏渗流破坏降水引起的周围环境的影响土方开挖不当（包括爆破因素）引起的破坏，坑内土体失稳施工监测引起的问题基坑岩体破坏基坑工程讲座By王渭明、李大勇主要原因分析•设计失误问题•施工失误问题•信息化反馈及贯彻问题•预警机制问题•抢险措施不及时或不当基坑工程讲座By王渭明、李大勇部分事故实例青岛黄岛某基坑边坡局部坍塌2006-7基坑工程讲座By王渭明、李大勇北京地铁十号线基坑坍塌（2005.12）原因：水管老化渗水基坑工程讲座By王渭明、李大勇、李大勇基坑工程讲座By王渭明、李大勇基坑工程讲座By王渭明、李大勇基坑工程讲座By王渭明、李大勇基坑工程讲座By王渭明、李大勇基坑工程讲座By王渭明、李大勇五、深基坑工程安全施工的保证措施基坑工程讲座By王渭明、李大勇设计方面施工方面监测方面监理方面四个方面，一个体系完善专家论证体系基坑工程讲座By王渭明、李大勇六、工程实例介绍基坑工程讲座By王渭明、李大勇南京珠江路地铁车站SMW支护结构基坑工程概况南京地铁1号线珠江路站位于南京市中心地区,在珠江路以北、吉兆营路以南的中山路东侧,周围有中山大厦、同仁大厦等重要建筑物及城市重要管线。车站结构总长198.7m、主体净宽19.6m,结构型式为地下双层三跨箱型框架结构,基坑深度为17.5m(端头井)和19.45m(局部),基坑围护采用SMW桩加内支撑的支护方法。创造了SMW工法在我国基坑工程应用中开挖深度最深的记录！2002年10月施工完毕。基坑工程讲座By王渭明、李大勇总平面图基坑位置基坑工程讲座By王渭明、李大勇基坑工程讲座By王渭明、李大勇土层物理参数基坑工程讲座By王渭明、李大勇基坑设计与施工支护结构SMW设计：SMW挡墙由相互搭接的水泥土搅拌桩插入H型钢构成,由于水泥土强度较低,变形模量较小,且其表面涂有减摩剂,因此在水泥土与型钢组合结构体中水泥土的强度很难发挥。基坑工程讲座By王渭明、李大勇根据本工程的具体情况和施工的可行性,基坑围护结构采用直径850mm搅拌桩,相互搭接250mm,水泥掺入量为20%,成桩后桩体水泥土28d龄期无侧限抗压强度达1.0MPa以上。型钢采用235-A.F,截面为700×300×12×24,采取三插两的形式布置。根据开挖深度,长型钢长度采用26m、28m、29m三种,短型钢长度采用21m、22m两种,大大节约了用钢量。基坑工程讲座By王渭明、李大勇H型钢布置形式基坑工程讲座By王渭明、李大勇SMW施工流程基坑工程讲座By王渭明、李大勇支撑体系设计：本工程支撑采用直径609mm钢管撑,水平间距3m,转角处设置角撑。开挖深度15.68m处设4道支撑,开挖深度17.5m、19.45m处设5道支撑。第一道尽量靠近墙体的上端、最下面一道尽量靠近基坑底面,这对减小墙体水平位移至关重要,中间各道撑的位置通过计算优化确定。经分析计算,推算墙体的最大水平位移为3～4cm。相应地表最大沉降约为墙体最大水平位移的70%,即2～3cm,能满足环境保护的要求,保证周围建筑物和管线的安全。基坑工程讲座By王渭明、李大勇水泥土搅拌桩施工搅拌桩采用日本产PAS-200VAR三轴搅拌机施工,由于本工程搅拌深度较大,施工中加强了对水泥用量和水灰比的控制,确保泵送压力在1.5～2.5MPa间;根据地基土层的性质,控制钻机下沉速度小于1m/min,提升速度小于2m/min,确保搅拌桩质量满足设计要求。基坑工程讲座By王渭明、李大勇三轴搅拌机基坑工程讲座By王渭明、李大勇H型钢插入本工程型钢为H型钢,为施工完成后拔出型钢,在插入前H型钢表面均匀地涂敷一层减摩剂。由于本工程型钢较长(连同基坑顶部外露部分)最长者达30.5m,为保证型钢起吊过程中不变形,采用1台50t吊车和1台30t吊车配合工作。通过在导墙上设置定位卡对型钢进行定位,使用经纬仪和线坠控制型钢插入时的垂直度。基坑工程讲座By王渭明、李大勇插入型钢基坑工程讲座By王渭明、李大勇施工完毕基坑工程讲座By王渭明、李大勇基坑开挖基坑开挖过程中,通过优化设计,选用从北向南、从西向东的方式,最后开挖深度较大的南端头井。同时考虑到开挖过程中的时空效应,采取分段开挖方式,每段开挖长度约20m,每段在每层开挖又采取分小段开挖方式,每小段5～6m,开挖后及时做支撑结构,整段开挖完成后及时浇筑垫层和底板,控制基坑及周围地面的变形,以有效保护周围建筑物和管线的安全。基坑工程讲座By王渭明、李大勇基坑开挖挖掘机基坑工程讲座By王渭明、李大勇H型钢回收地下主体结构完成后将型钢拔出,经整形保养可重复使用。型钢的拔出采用专用夹具和千斤顶以钢筋混凝土圈梁为基座进行起拔,用水灰比为1.0的水泥浆液填充H型钢拔出后的空隙,减少对周围建筑物的影响。基坑工程讲座By王渭明、李大勇回收（1）基坑工程讲座By王渭明、李大勇回收（2）基坑工程讲座By王渭明、李大勇施工监测为了解施工过程中基坑及周围环境的动态变化情况,及时指导下一步工程的施工,有效保护周围建筑物和管线的安全,并为基坑分析和研究提供资料,本工程对基坑围护结构顶面位移、围护结构侧移、支撑轴力、土压力、基底回弹、周围地面沉降和建筑物沉降进行了监测。监测结果表明,基坑的变形基本与设计计算结果相符,周围建筑物和管线均未受到任何破坏。基坑工程讲座By王渭明、李大勇部分监测成果基坑工程讲座By王渭明、李大勇