建筑深基坑安全技术专题培训讲座课件.ppt
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1、 建筑深基坑安全技术专题讲座建筑深基坑安全技术专题讲座一、深基坑工程施工安全现状、存在一、深基坑工程施工安全现状、存在问题及解决措施问题及解决措施 随着城市高层建筑、地铁工程、市政工程以及地下空间开发规模日益增大,基坑工程近10年来急剧增加。深基坑开挖及围护结构设计影响因素甚多,难度极大。由此而引发诸多的环境岩土工程问题及工程事故,不仅危及工程安全,造成巨大的人员伤亡和经济损失,而且影响城市道路交通、供电供气、通讯等,引起社会不安。因此,深基坑开挖与围护结构设计与施工业已成为当前工程建设中的一个热门研究课题。 我国自20世纪80年代后期,大量的城市高层建筑如雨后春笋,到1996年10层以上的高
2、层建筑累计已超过l108m2,基坑开挖深度通常为6-15m。进入21世纪,出现了更多的超高层建筑和大型地下工程,特别是一些大城市地铁工程的全面展开,带来了超深基坑工程。大量的工程实践丰富了深基坑工程设计施工经验,各地相应的规范条文也陆续出台。深基坑支护的基本要求是:(1)确保基坑围护体系能起到挡土作用,基坑四周边坡保持稳定;(2)确保基坑四周相邻的建(构)筑物、地下管线、道路等的安全,在基坑土方开挖及地下工程施工期间,不因土体的变形、沉陷、坍塌或位移而受到危害;(3)在有地下水的地区,通过排水、降水、截水等措施,确保基坑工程施工在地下水位以上进行。 建筑基坑支护技术规程 JGJ120-99规定
3、支护结构形式可分为排桩或地下连续墙、水泥土墙、土钉墙、逆作拱墙、放坡或上述形式的组合。 建筑边坡工程技术规范 GB50330-2002中规定边坡支护常用形式有重力式挡墙、扶壁式挡墙、悬臂式支护、板肋式或格构式锚杆挡墙支护、排桩式锚杆挡墙支护、岩土锚喷支护、坡率法等。 基坑支护结构常用类型介绍如下:(1)悬臂桩排式挡土支护结构u适用条件:开挖深度软土小于开挖深度软土小于6m6m。u基坑周边不具备放坡条件或重力式挡墙的宽度。u周边有建筑物或地下管线。周边有建筑物或地下管线。u优点:施工单一,不需支锚系统;基坑深度不大时,从经济、工期、作业性方面分析为较好支护结构。u缺点:对土的性质和荷载大小较敏感
4、,坑顶水平位移及结构本身变形较大。u深度超过6米、不能再用了,必须加锚索了。这个我计算过,超过6米的悬臂高度,桩身受力就特别大了。直径32的钢筋布满了都不能满足要求。u适用条件:钢板桩适用于地下水位较高,邻近基坑边无重要建筑物或重要管线的情况。u土质条件:软土、淤泥及淤泥质土。u开挖深度小于10m。u优点:板桩系工厂制品,质量及接缝精度均能保证;有一定的挡水能力;施工迅速能重复使用。u缺点:打桩挤土,拔出时又带出土体;刚度较排桩与地下连续墙小。(2)钢板桩(3)H型钢桩加横档板u适用条件:地下水位较低;邻近基坑边无重要建筑物或地下管线。u土质条件:粘土、砂土。u开挖深度小于25m。u优点:材料
5、采购容易;施工简单迅速;拔桩作业简单,主桩可重复使用。u缺点:整体性差;止水性差;打拔桩噪声大;拔桩后留下孔洞需处理;地下水位高时需降水。(4)混凝土桩锚支护体系u适用条件:基坑周围施工宽度狭小;临近基坑边有深基础建筑物或有地下管线需要保护。u土质条件:锚杆的锚固段要求有较好土层,其余不限。u开挖深度小于30m。u优点:用锚杆取代支撑可直接扩大作业空间,进行机械化施工。u缺点:挖土作业需分层进行。例如美达项目:开挖深度12.0米直立开挖、 8001500钻孔灌注桩+锚索支护。采用钢筋混凝土灌注桩直径800mm、间距1.5米、设置4道锚索。美达项目:开挖深度12.0米直立开挖、 8001500钻
6、孔灌注桩+锚索支护JGJ120-2012第4.3.4条:参照JGJ120-2012第4.3.4条:桩间距不大于桩径的2倍。一般按照直径800mm、间距1.5米;或者直径1000mm、间距2.0米。桩的嵌固深度悬臂桩不小于0.8倍的悬臂高度,我一般保守性的取1.0倍。桩锚支护的嵌固深度因为有锚索、可以小点,但是为了安全也是以1.0倍作为参考。有地下水的基坑嵌固深度应该更深。深基坑支护常用到的基本规范:JGJ120-2012建筑基坑支护技术规程深基坑支护常用到的基本规范:GB50739-2011复合土钉墙基坑支护技术规范深基坑支护常用到的基本规范:GB50497-2009建筑基坑工程监测技术规范深
7、基坑降水计算及设计用到两本规范:JGJ120-2012建筑基坑支护技术规程JGJ111-2016建筑与市政工程地下水控制技术规范深基坑降水的计算及设计:我们能够计算绘制出降水井的布置及降深等值线,一目了然。GB 50202-2018 建筑地基工程施工质量验收标准建筑地基工程施工质量验收标准第第7章是章是基坑支护工程基坑支护工程,各种支护形式的质量标准都有,各种支护形式的质量标准都有11SG814建筑基坑支护结构构造图集建筑基坑支护结构构造图集(5)排桩内支撑支护结构u适用条件:基坑平面尺寸较小,或临近基坑边有深基础建筑物。u土质条件:不限。u开挖深度小于30m。u优点:受地区条件、土层条件及开
8、挖深度等的限制较小,支撑设施的构架单纯,易于掌握应力状态,易于实施现场监测。u缺点:挖土作业面不开阔,支撑内力值与实际值常不相符。(6)地下连续墙u适用条件:基坑周围施工宽度狭小;邻近基坑边有建筑物或地下管线需要保护。u土质条件:不限。u开挖深度小于60 m。u优点:低振动、低噪声;刚度大,整体性好,变形小;任何设计强度、厚度或深度均能施工;止水效果好。u缺点:工期长、造价高、需要大型机械移动困难。地下连续墙施工现场地下连续墙施工现场(7)土钉墙u适用条件:基坑周边不具备放坡条件;邻近基坑边无重要建筑物、深基础建筑物或地下管线。u土质条件:一般粘性土、中密以上砂土。u开挖深度小于15 m。u优
9、点:土钉与坑壁土通过注浆体、喷射混凝土面层形成复合土体,提高边坡稳定性及承受坡顶荷载的能力;设备简单、造价低、噪声小、振动小。u缺点:土体富含地下水施工困难,在市区内或基坑周围有需要保护的建筑物时,应慎用土钉墙。(8)环形内支撑桩墙支护结构u适用条件:基坑周边施工场地狭窄或有相邻重要建筑物,且基坑尺寸较大。u土质条件:可塑以上粘性土。u开挖深度小于30m。u优点:能满足场地土质较差,对支护结构有较大要求的工程。 结构高度597米的天津市117大厦项目基坑内土方挖运完毕,施工单位正在进行垫层和防水的施工,两层超大环形内支撑已经完整呈现。 (9)组合式支护结构u适用条件:邻近基坑边有重要建筑物或地
10、下管线,基坑周边施工场地狭窄。u土质条件:不限。u开挖深度小于30m。u优点:根据具体工程条件与要求,确定能充分发挥所选结构单元特长的最佳组合形式。(10)拱圈支护结构u适用条件:基坑周围施工宽度狭小;邻近建筑物无重要建筑物。u土质条件:硬塑粘性土;砂土。u开挖深度小于12m。u优点:结构受力合理、安全可靠;施工方便,工期短,造价低。u缺点:该结构只解决支挡侧压力的问题,不解决挡水问题。(11)逆作法或半逆作法支护结构u适用条件:基坑周边施工场地狭窄;邻近基坑边有重要建筑物或地下管线。u土质条件:不限。u开挖深度不限。u优点:以地下室的梁板做支撑,自上而下施工,变形小;可以地上、地下同时施工,
11、立体交叉作业,施工速度快。u缺点:挖土施工比较困难,节点处理比较困难。 逆作法施工程序演示逆作法施工程序演示逆作法施工程序逆作面逆作法施工现场逆作法施工现场逆作法施工现场逆作法施工现场逆作法施工现场逆作法施工现场(12)地面水平拉结与支护桩结构u适用条件:基坑周围场地开阔。u土质条件:一般性粘土、砂土。u开挖深度小于12m。u优点:施工简单节省支护费用。u缺点:因锚梁或锚装要在稳定区域内,故要有一定的场地。 随着基坑支护技术的发展,近年来出现了一些新的复合型支护体系,例如复合土钉墙、双排桩、疏排桩等支护方式 。 复合土钉墙是将土钉墙与一种或几种单项支复合土钉墙是将土钉墙与一种或几种单项支护技术
12、或截水技术有机组合成的复合支护体系,它护技术或截水技术有机组合成的复合支护体系,它的构成要素主要有土钉、预应力锚杆、截水帷幕、的构成要素主要有土钉、预应力锚杆、截水帷幕、微型桩、挂网喷射混凝土面层、原位土体等。微型桩、挂网喷射混凝土面层、原位土体等。 复合土钉墙支护具有轻型,机动灵活,适用范复合土钉墙支护具有轻型,机动灵活,适用范围广、造价低、工期短、安全可靠等特点,支护能围广、造价低、工期短、安全可靠等特点,支护能力强,可作超前支护,并兼备支护、截水等效果。力强,可作超前支护,并兼备支护、截水等效果。在实际工程中,组成复合土钉墙的各项技术可根据在实际工程中,组成复合土钉墙的各项技术可根据工程
13、需要进行灵活的有机结合,形式多样,复合土工程需要进行灵活的有机结合,形式多样,复合土钉墙是一项技术先进、施工简便、经济合理、综合钉墙是一项技术先进、施工简便、经济合理、综合性能突出的基坑支护技术。性能突出的基坑支护技术。 淄博复合土钉墙的常用类型:放坡开挖+土钉+锚索+槽钢腰梁,一般用在深度7-10米的基坑。淄博复合土钉墙的常用类型:直立开挖+钢管桩+土钉+锚索+槽钢腰梁,一般用在深度5-8米的基坑。 双排桩作为一种新型护坡结构,其前桩与后桩之间双排桩作为一种新型护坡结构,其前桩与后桩之间用刚性节点和刚性横梁联成一个整体单元,是三次超静用刚性节点和刚性横梁联成一个整体单元,是三次超静定结构。由
14、于超静定刚架结构具有随支撑条件及荷载条定结构。由于超静定刚架结构具有随支撑条件及荷载条件的变化而自动调整结构内力的特性,因此使得双排桩件的变化而自动调整结构内力的特性,因此使得双排桩在解决边坡支护问题中具有适应性强、安全度高、施工在解决边坡支护问题中具有适应性强、安全度高、施工方便等多种优点方便等多种优点。具体来说,与常用的悬臂桩和锚拉桩。具体来说,与常用的悬臂桩和锚拉桩相比,双排护坡桩具有下列特点:相比,双排护坡桩具有下列特点: (1)双排护坡桩有较大的侧向刚度,可以有效地限制双排护坡桩有较大的侧向刚度,可以有效地限制支护结构的侧向变形,不需设置锚杆或支撑。在一定范支护结构的侧向变形,不需设
15、置锚杆或支撑。在一定范围内用双排护坡桩代替悬臂式单桩,可降低材料围内用双排护坡桩代替悬臂式单桩,可降低材料30%以以上;在不能采用锚杆的工程场地和地质条件下用双排护上;在不能采用锚杆的工程场地和地质条件下用双排护坡桩代替锚拉桩更显示其独特的优越性。坡桩代替锚拉桩更显示其独特的优越性。 (2)双排护坡桩可以随下端支承情况的变化自动调整双排护坡桩可以随下端支承情况的变化自动调整其上下端的弯矩,同时可以自动调整结构各部分内力,其上下端的弯矩,同时可以自动调整结构各部分内力,以适应复杂多变的载荷作用位置。以适应复杂多变的载荷作用位置。 (3)双排护坡桩的顶部为刚性节点,桩梁之间不能相双排护坡桩的顶部为
16、刚性节点,桩梁之间不能相互转动,可以抵抗弯矩。互转动,可以抵抗弯矩。双排桩+锚索支护:基坑深度很深、直立开挖、距离建筑物很近、锚索长度受限。我国深基坑工程的特点我国深基坑工程的特点(1 1)深基坑工程具有很强的区域性)深基坑工程具有很强的区域性岩土工程区域性强,岩土工程中的深基坑工程,区域性更强。如黄土地基、砂土地基、软粘土地基等工程地质和水文地质条件不同的地基中,基坑工程差异性很大。即使是同一城市不同区域也有差异。正是由于岩土性质千变万化,地质埋藏条件和水文地质条件的复杂性、不均匀性,往往造成勘察所得到的数据离散性很大,难以代表土层的总体情况,且精确度很低。因此,深基坑开挖要因地制宜,根据本
17、地具体情况,具体问题具体分析,而不能简单地完全照搬外地的经验。(2 2)深基坑工程具有很强的个性)深基坑工程具有很强的个性深基坑工程不仅与当地的工程地质条件和水文地质条件有关,还与基坑相邻建筑物、构筑物及市政地下管网的位置、抵御变形的能力、重要性以及周围场地条件有关。因此,对深基坑工程进行分类,对支护结构允许变形规定统一的标准是比较困难的,应结合地区具体情况具体运用。(3 3)基坑工程具有很强的综合性)基坑工程具有很强的综合性深基坑工程涉及土力学中强度(或称稳定)、变形和渗流3个基本课题,三者融溶一起需要综合处理。有的基坑工程土压力引起支护结构的稳定性问题是主要矛盾,有的土中渗流引起土破坏是主
18、要矛盾,有的基坑周围地面变形是主要矛盾。深基坑工程的区域性和个性强也表现在这一方面。同时,深基坑工程是岩土工程、结构工程及施工技术相互交叉的学科,是多种复杂因素相互影响的系统工程,是理论上尚待发展的综合技术学科。(4 4)深基坑工程具有较强的时空效应)深基坑工程具有较强的时空效应深基坑的深度和平面形状,对深基坑的稳定性和变形有较大影响。在深基坑设计中,要注意深基坑工程的空间效应。土体蠕变体,特别是软粘土,具有较强的蠕变性。作用在支护结构上的土压力随时间变化,蠕变将使土体强度降低,使土坡稳定性减小,故基坑开挖时应注意其时空效应。我国深基坑工程的特点我国深基坑工程的特点我国深基坑工程的特点我国深基
19、坑工程的特点(5 5)深基坑工程具有较强的环境效应)深基坑工程具有较强的环境效应深基坑工程的开挖,必将引起周围地基中地下水位变化和应力场的改变,导致周围地基土体的变形,对相邻建筑物、构筑物及市政地下管网产生影响。影响严重的将危及相邻建筑物、构筑物及市政地下管网的安全与正常使用。大量土方运输也对交通产生影响。所以应注意其环境效应。(6 6)深基坑工程具有较大工程量及较紧工期)深基坑工程具有较大工程量及较紧工期由于深基坑开挖深度一般较大,工程量比浅基坑增加很多。抓紧施工工期,不仅是施工管理上的要求,它对减小基坑变形,减小基坑周围环境的变形也具有特别的意义。我国深基坑工程的特点我国深基坑工程的特点(
20、7 7)深基坑工程具有很高的质量要求)深基坑工程具有很高的质量要求由于深基坑开挖的区域也就是将来地下结构施工的区域,甚至有时深基坑的支护结构还是地下永久结构的一部分,而地下结构的好坏又将直接影响到上部结构,所以,必须保证深基坑工程的质量,才能保证地下结构和上部结构的工程质量,创造一个良好的前提条件,进而保证整幢建筑物的工程质量。另一方面,由于深基坑工程中的挖方量大,土体中原有天然应力的释放也大,这就使基坑周围环境的不均匀沉降加大,使基坑周围的建筑物出现不利的拉应力,地下管线的某些部位出现应力集中等,故深基坑工程的质量要求高。(8 8)深基坑工程具有较大的风险性)深基坑工程具有较大的风险性深基坑
21、工程是个临时工程,安全储备相对较小,因此风险性较大。由于深基坑工程技术复杂,涉及范围广,事故频繁,因此在施工过程中应进行监测,并应具备应急措施。深基坑工程造价较高,但有时临时性工程,一般不愿投入较多资金,一旦出现事故,造成的经济损失和社会影响往往十分严重。(9 9)深基坑工程具有较高的事故率)深基坑工程具有较高的事故率 深基坑工程施工周期长,从开挖到完成地面以下的全部隐蔽工程,常常经历多次降雨、周边堆载、振动等许多不利条件,安全度的随机性较大,事故的发生往往具有突发性。 我国深基坑工程施工存在问题及解决方法我国深基坑工程施工存在问题及解决方法 1 1)深基坑工程设计质量较低,选型不当。)深基坑
22、工程设计质量较低,选型不当。 一些部门认为深基坑工程是施工部门的事,无需设计资质,设计院及岩土工程部门介入较少,设计大多由施工单位自己完成,但由于设计人员技术水平、参数取值、经验不足等原因,导致深基坑选型不当或计算偏差,使一些工程存在较大隐患,导致发生严重工程事故。 解决方法:解决方法:设计时选用适当的受力模型,计算要全面分设计时选用适当的受力模型,计算要全面分析,避免漏项,准确选择计算参数,应考虑各种不利条件下析,避免漏项,准确选择计算参数,应考虑各种不利条件下的情况。由于基坑工程具有复杂性和高风险性,要求设计者的情况。由于基坑工程具有复杂性和高风险性,要求设计者掌握本地区或类似条件下的成功
23、经验与失败教训,根据自身掌握本地区或类似条件下的成功经验与失败教训,根据自身工程要求和条件,综合考虑技术、经济、安全和环境等方面工程要求和条件,综合考虑技术、经济、安全和环境等方面的因素,做出一个安全、可靠、经济的包括围护结构选型、的因素,做出一个安全、可靠、经济的包括围护结构选型、设计、土方开挖、控水、地基加固等内容的整体设计方案;设计、土方开挖、控水、地基加固等内容的整体设计方案;采取专家评审制度,让专家组对深基坑工程支护方案进行论采取专家评审制度,让专家组对深基坑工程支护方案进行论证评审。证评审。 我国深基坑工程施工存在问题我国深基坑工程施工存在问题 2) 2)基坑施工中地下水的处理不当
24、基坑施工中地下水的处理不当 基坑施工中,地下水的处理是一个难点,因土质与地下水位的差异,基坑开挖施工的方法也随之不同,尤其是在沿海等高水位地区或者表层滞水很丰富的地区。深基坑工程施工中地下水的处理是整个工程成败的关键。调查表明,过去几年内我国深基坑挡土支护体系失效或部分失效导致的安全问题和环境问题约占工程总量的10 %15 % ,高地下水位软土地区可达20 % ,个别地区失效率更高。失效的工程中,有很多是因为基坑施工中地下水的降排水没有处理好。 解决方法:处理好地下水的降排水解决方法:处理好地下水的降排水, , 排水主要解决上部排水主要解决上部土层的滞水和降雨积水的疏排土层的滞水和降雨积水的疏
25、排, ,降水包括采用轻型井点、喷射降水包括采用轻型井点、喷射井点和深井井点降水等。井点和深井井点降水等。 3 3)不必要的浪费)不必要的浪费 有的深基坑工程为了避免事故发生,往往一开始就支护不考虑墙的受力和变形,全面支护,盲目增加安全系数,造成很大浪费。 解决方法:设计时充分考虑构件受力和变形,避免任解决方法:设计时充分考虑构件受力和变形,避免任意加大安全系数。意加大安全系数。 4 4)施工混乱管理不严)施工混乱管理不严 少数施工单位不具备技术条件,人力、物力等基本素质较差,为了追求利润或迁就业主,降低安全度。 解决方法:对从事基坑工程的施工单位,应按有无资解决方法:对从事基坑工程的施工单位,
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