深基坑工程基坑支护、基坑降水、土方开挖安全专项施工方案

1明发·淄博世贸中心工程深基坑工程基坑支护、基坑降水、土方开挖安全专项施工方案中国建筑第七工程局厦门分公司日期：2014年07月11日2工程概况及周边环境1.工程概况明发·淄博世贸中心工程，位于位于淄博新区上海路以东，华光路以南，心环西路以西，紧邻淄博市政务中心、体育公园、山东理工大学。项目总建筑面积843745.3m²，地上总建筑面积658492.8m²，地下室面积152289.7m²，包括39F住宅14栋，33F住宅3栋，三层商业13栋，30FSOHO2栋，37F世贸中心1栋，4层大型商场1栋，地下停车位5000余辆。荣一路以南地下一层，基底标高整体-6m，局部主楼-7.5m；北区地下两层，基底标高整体-10.5m，局部主楼-12m。主楼以下采取筏板基础+桩基，筏板厚度2m，车库部分采取独立柱基+整体式防水底板，底板厚度300mm，柱网间距8×8m；地上部分结构：住宅及酒店式公寓为框架短肢剪力墙，层高3.0m，大型商场为框架结构，世贸中心为框架核心筒结构，层高3.6~4.0m。基础土方需要开挖的尺寸和大致标高情况如表1：表1基础土方需要开挖的尺寸和标高长宽挖深备注南区楼280240-6m整体开挖深度北区楼290240-10.5m整体开挖深度1.场地工程地质概况拟建建筑物场地内地势总体平坦，总体上讲场区地层除表层杂填土以外，其下为第四系冲洪积物，场区基岩层为红砂岩层。现根据地质勘察报告的结果，将勘查揭露的与基坑工程密切相关的土层自上而下分述如下：第①层：素填土，灰褐色，松散，主要成分为细沙、粘性土，底部夹有粗沙和砾石，地表局部为建筑垃圾。层厚2.80～3.80m平均层厚2.91m。第②层：中砂，黄褐色，稍密-中密状态，饱和，以石英砂为主，承载力高，低压缩性。层厚0.50～4.20m，平均层厚2.91m。第③层：砾砂，黄褐色，稍密，饱和。层厚1.2～4.10m，平均厚度2.72m第④层：砾石，杂色，中密-密实，饱和。层厚3.80～5.50m，平均层厚4.29m。第⑤层：砂质泥岩，强风化，棕红色，层厚2.80～3.80m，平均厚3.25m。第⑥层：砂质泥岩，中风化，棕红色，未揭穿。32.周边环境本工程位于淄博新区上海路以东，华光路以南，心环西路以西，紧邻淄博市政务中心、体育公园、山东理工大学，规划范围内原有建筑已经拆除，周边环境较为复杂：西侧面临排洪沟，东侧为待开发地段，现状为空地，以后将陆续开发建筑；南北侧面临靠人民路与华光路。2.编制依据1.编制原则在保证基坑工程安全可靠；保证坑内工程桩的安全的前提下，力求经济合理、简便可行、缩短工期。2.编制依据工程地质勘察报告3.施工图纸《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120—1999）《建筑与市政降水工程技术规范》（JGJT111—1998）《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202—2000）4.参考文献《工程地质土力学》中国建筑工业出版社《高层建筑施工手册》中国建筑工业出版社4施工总体部署1.场区地质水文环境及周边环境分析基坑规模大、开挖深。拟建工程南区基坑轴线东西约240m，南北宽约290m，基坑最大开挖深度整体-6米，局部-7.5米。基底面积约70000m2，按不放坡考虑，尚应开挖土方约480000m3；北区基坑轴线东西约240m，南北宽约280m，基坑最大开挖深度整体-10.5米，局部-12米。基底面积约68000m2，按不放坡考虑，尚应开挖土方约750000m3。。基坑周边环境较为复杂。土是一种由碎散矿物颗粒组成，并具有连续孔隙的多孔介质。当土中孔隙完全饱和时，由于水所处的位置不同，存在能量的差异，水就会从高位向低位渗流。拟建建筑物第一层杂填土渗透性略差以外，其余各层均为饱和状态的砂石类土，尤其是开挖层大部分正好处于第二层土中粗砂层内，渗透性好，水量丰富，较易引起土方边坡滑坡、基底管涌、流沙现象的发生。通过查阅有关资料，目前有以下几种方案可供选择;井点降水：设置三级管井井点进行降水，确保抽水量大于渗透流量，该方案可能会造成周围市政道路的不均匀沉降，如果施工时间过长，有可能个别井点会堵塞报废，因此待考虑。钢板桩：挖土前打入钢板桩，一方面作为基坑支护用，另一方面可以有效的阻止地下水的浸入，但由于本地没有钢板桩施工企业，费用自然就会增加。同时打桩会产生很大的噪音，对周边环境造成影响。止水帷幕：浇筑地下连续墙或连续桩，一方面作为基坑支护用，另一方面可以有效的阻止地下水的浸入，是目前常用的一种施工方法，但造价较高，如果从降低造价方面考虑，也可以先挖4m，到达地下水位上，再打6m左右深度的桩，如果在放坡范围以外打桩，不考虑基坑支护作用，桩的直径亦可小一点。明挖分阶段排水：通过分阶段开挖，分阶段挖排水沟排水，水量大时，可以增加抽水台班，确保抽水量大于渗透流量，该方案会造成周围建筑物的不均匀沉降，如果业主方能够对周围100m以内的建筑物和市政道路实施有效保护，这是一个费用最低廉的方案。经过上报初步方案，经业主审查，认为可以考虑此方案，下文将详细进行介绍。本基坑施工方案主要解决以下几个方面问题：（1）防止开挖过程中的基坑水土流失，保持开挖边坡的稳定性；（2）有效截断、抽排水向基坑内渗流，创造基坑内无水作业环境。（3）对周围建筑物进行定期观测，在危及周边建筑物安全时及时向业主报告。2.总体支护、开挖和排水方案综合分析本基坑工程的工程地质、水文条件、基坑规模、深度以及周边环境，本着确保基坑内安全，留意周边环境安全、经济、快速的原则。选择分阶段衬做护坡+分阶段排水沟排水+分阶段放坡开挖为本工程的优化施工方案。5基坑开挖采用放坡开挖的方法，第一层杂填土按照1:0.5放坡，第二层中粗砂按照1:1放坡，放坡表面采用钢丝网水泥砂浆进行衬做护坡，放坡以后临时衬做护坡应可以满足施工需要。西侧局部距离排洪沟较近的部位需采用护坡桩支护措施。基础排水采用明挖排水沟排水的方法，明挖排水沟最大的特点就是能够看见地下水的变化情况，及时采取应对措施，本工程在地质勘察报告不太详细的情况下，采取这种办法更具有优势。考虑到一次开挖到位如果水量很大将造成不可挽救的局面，所以确定要分阶段开挖、分阶段排水。本方案强调信息法施工，注重反馈设计。因为深基坑施工具有一定的不可预见性，加之其工程地质水文勘察资料、环境情况调查、设计计算模型等都难以与实际情况相符，因此我们强调对施工情况实时监控，根据开挖揭露出的地质水文条件变化情况和监测结果分析，及时调整设计，达到控制变形，安全施工的目的。所以深基坑工程必须进行信息化施工，其全过程监控和反馈动态设计流程见图1。3.总体施工部署收集相关资料编制施工方案公司内部审批、报业主、监理审批不可行重新编制可行实施降水施工方案实施土方开挖施工方案实施基坑支护施工方案反馈监测数据实时监测土方边坡、渗透出水量、周边环境与方案不符完成结束可行图1信息化动态施工流程6本方案强调深基坑施工的整体性。基坑开挖、基坑支护和基坑排水是深基坑施工的三个不同的施工措施，在实施过程中，他们三者之间是连续的，也是相互关联、相互制约的，为确保本方案实施的成功，开挖、支护和排水必须同步进行，同步施工，方案调整时，也是一变俱变。所以说，把本基坑工程作为一个系统工程来研究，来施工，是本方案施工总体部署的一大原则。第一步：全面开挖2m深。查看地质报告，常地下水位在地表位置，如果到了含水层，可以适当提高开挖深度。第二步：四周挖排水沟排水。如果含水层开挖时如果渗透流量过大，会引起四周沙层塌方、中部管涌或流土，将无法控制开挖边线和标高，所以在含水层全面开挖以前，在挖方区域以外四周先用挖掘机挖出一条四面连通的排水沟。初步设计排水沟沟宽1m，深1m，开挖以后采用粘土砖干砌护壁，沟底平铺一层红砖，以方便清理。边坡衬砌护坡同时施工。为方便施工，排水沟开挖完成以后及时用水泵（暂定功率200m3/h）抽水，如果沟内的水不能及时抽出，应适当增加水泵台班，直至抽水量大于渗透量，排水沟内几乎没有积水，方可进行下一步施工。第三步：排水沟以内再开挖1m深。待排水稳定以后，再将排水沟以内往下开挖1m深。第四步：重复第二、三步的工作，直至挖至设计标高。重复第二、三步的工作，直至挖至设计标高。大约需要5～6道排水沟，挖至设计标高以后，底部再开挖一条排水沟，始终抽水以保持基底没有积水。4.项目经理部人员配置为了确保本方案的有效实施，我们项目部内部建立一个高效的技术班子，发挥有关人员的职能作用，以满足施工现场的需要;项目部设项目经理1名，执行经理1名，技术负责人1名，技术员3名，质检员3名，专职安全员4名，材料工程师4名，资料员4名，设备员2名，计划核算员4名，电气工程师2名，木工工长1名，钢筋工长1名，混凝土工长1名，泥工工长1名。项目管理人员名单见图2。7图2深基坑施工项目部施工组织机构设置降水设计施工方案5.对地下水水量的预测：由于地质勘察报告没有提供土工试验数据，目前只能够通过查阅一些相关资料进行预测，根据地质报告的显示，挖土区域主要为中粗砂，表层杂填土层位于地下水位以上，基本上可以不考虑它的渗透。通过查阅相关资料，粗砂的渗透系数在a×10-1至10-2cm/s之间；中砂的渗透系数在a×10-1至10-3cm/s之间，可以知道，本工程的渗透系数取值最小值为1×10-3cm/s；最大值为9×10-1cm/s。根据达西渗透定律，渗透流量可按近似的下式进行计算：Q=kAi=（1×10-3cm/s～9×10-1cm/s）×100×100×300/10000=0.3cm3/s～270cm3/s(此为平均每1m2的渗透量，最大可达到每平方米每小时0.97m3)如果将整个基坑全部开挖完毕，每小时的渗透流量为：A=（41×60）+（41+60）×2×3.5+55×17+(55+17)×2×3.1=4548ｍ2需要说明的是，这只是一个初步估计，而实际的渗流长度是变数，不是100m而是都大于100m，这是一个最保守的估计。项目经理项目副经理技术负责人物资部工程部质检部安全部监测部材料员保管员挖土班组护坡班组排水班组水电班组质检员安全员测量员巡查员财务部86.基坑降水设计首先，为防止地表生活用水排入坑内，同时加强基坑积水及雨水的及时排放，在地面上基坑四周尽量修建截水沟，地面截水沟尺寸为宽×深=0.5×0.5m，并与主下水道连接。分层开挖以后，分步设置排水沟，初步设计排水沟沟宽1m，深1m，开挖以后采用粘土砖干砌护壁，沟底平铺一层红砖，以方便清理。每步开挖以后的排水沟应连通，并根据设置水泵的数量设置积水井。水泵采用150WQ200-10-15型，出口直径150mm，流量200m3/h。根据开挖的情况及时设置水泵抽水，如果沟内的水不能及时抽出，应适当增加水泵台班，直至抽水量大于渗透量，排水沟内几乎没有积水，方可进行下一步施工。下表是对各层开挖以后降水时抽水量的估计。（以南区为例）9表1各层开挖后渗透流量及抽水台班估算表开挖层次部位开挖深度层次渗透长度/m水头损失/m水力梯度渗透系数MAX/(m/h)渗透系数MIN/(m/h)总流量MIN/(m3/h)总流量MAX/(m3/h)水泵数MAX/台水泵数MIN/台1西边0～2m1100.0010.010.00250.00南边0～2m130.0010.010.00250.00东边0～2m130.0010.010.00250.00北面0～2m170.0010.010.00250.000.000.0151112西边2～3m2100.0020.022500.28南边2～3m130.0020.022500.28东边2～3m130.0020.022500.28北面2～3m170.0020.012500.281.611447.7713西边3～4m3100.0030.032500.28南边3～4m130.0030.022500.28东边3～4m130.0030.022500.28北面3～4m170.0030.022500.282.362124.71114西边4～5m4100.0040.042500.28南边4～5m130.0040.03250