深基坑工程关键施工技术和工艺应用-课件.ppt
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- 基坑 工程 关键 施工 技术 工艺 应用 课件
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1、深基坑工程施工技术及安全深基坑工程施工技术及安全质量控制讲义质量控制讲义第二部分:深基坑工程关键第二部分:深基坑工程关键施工技术和工艺应用施工技术和工艺应用第二部分基本内容第二部分基本内容1、降水与排水、降水与排水2、截水、隔水与回灌、截水、隔水与回灌3、支护结构、支护结构4、支撑系统优化和稳定性验算、支撑系统优化和稳定性验算1、降水与排水降水与排水 在地下水位比较高的地区,为了使施工作业的空间比较在地下水位比较高的地区,为了使施工作业的空间比较干燥,必须采取坑内排水或降低地下水位的措施。如在坑内干燥,必须采取坑内排水或降低地下水位的措施。如在坑内降低地下水位则造成了坑内外的水位差,地下水在水
2、头压力降低地下水位则造成了坑内外的水位差,地下水在水头压力的作用下从坑外流向坑内,假如降水措施选择不当,不仅不的作用下从坑外流向坑内,假如降水措施选择不当,不仅不能保持坑内的干燥,而且还会产生管涌、流砂等渗透变形,能保持坑内的干燥,而且还会产生管涌、流砂等渗透变形,危及基坑的安全。因此合理的选择合适的降水、排水施工方危及基坑的安全。因此合理的选择合适的降水、排水施工方案尤为重要。案尤为重要。基坑开挖时,基坑开挖时,流入坑内的地下水流入坑内的地下水和地表水如不及时和地表水如不及时排除,会使施工条排除,会使施工条件恶化、造成土壁件恶化、造成土壁塌方,亦会降低地塌方,亦会降低地基的承载力。基的承载力
3、。水淹基坑水淹基坑 损失惨重损失惨重 工期延误工期延误1.1 集水明排集水明排一般采用截、疏、抽的方法。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,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;以拦截雨水、潜水流入施工区域;疏:在基坑内设置纵横排水沟,疏通、排干场内地表积水;疏:在基坑内设置纵横排水沟,疏通、排干场内地表积水;抽:在低洼地段设置集水、排水设施,然后用抽水机抽走。抽:在低洼地段设置集水、排水设施,然后用抽水机抽走。1.明沟与集水井排水明沟与集水井排水2.分层明沟排水分层明沟排水3.深层明沟排水深层明沟排水明排水
4、法主要有:明排水法主要有:排水法排水法 在基坑的一侧或在基坑的一侧或四周设置排水明沟,四周设置排水明沟,在四角或每隔在四角或每隔2030m设集水井,排水设集水井,排水沟始终比开挖面低沟始终比开挖面低0.40.5m,集水井比排,集水井比排水沟低水沟低0.51 m,在,在集水井内设水泵将水集水井内设水泵将水抽排出基坑。适用于抽排出基坑。适用于土质好、地下水量不土质好、地下水量不大的基坑排水。大的基坑排水。当基坑土层由当基坑土层由多种土层组成。中多种土层组成。中部夹有透水性强的部夹有透水性强的砂类土时砂类土时,为为防止防止上层地下水冲刷基上层地下水冲刷基坑下部边坡坑下部边坡,宜在宜在基坑边坡上基坑边
5、坡上分层设分层设置明沟及集水井置明沟及集水井。当地下基坑相当地下基坑相连、土层渗水量和排连、土层渗水量和排水面积大,为减少大水面积大,为减少大量设置排水沟的复杂量设置排水沟的复杂性,可在基坑内的深性,可在基坑内的深基础或合适部位设置基础或合适部位设置一条纵、长、深的主一条纵、长、深的主沟,其余部位设置边沟,其余部位设置边沟或支沟与主沟连通沟或支沟与主沟连通,通过基础部位用碎,通过基础部位用碎石或砂子作盲沟。适石或砂子作盲沟。适用于深度大的大面积用于深度大的大面积地下室、箱基的基坑地下室、箱基的基坑施工排水。施工排水。沙湾电站厂房深基坑排水施工全景沙湾电站厂房深基坑排水施工全景1.2 井点降水井
6、点降水 在含水丰富的土层中开挖大面积基坑时,明沟排水在含水丰富的土层中开挖大面积基坑时,明沟排水法难以排干大量的地下涌水,当遇粉细砂层时,还会出法难以排干大量的地下涌水,当遇粉细砂层时,还会出现严重的翻浆、冒泥、涌砂现象,不仅基坑无法挖深,现严重的翻浆、冒泥、涌砂现象,不仅基坑无法挖深,还可能造成大量的水土流失、边坡失稳、地面塌陷,严还可能造成大量的水土流失、边坡失稳、地面塌陷,严重者危及邻近建筑物的安全。重者危及邻近建筑物的安全。1、轻型井点法、轻型井点法2、喷射井点法、喷射井点法3、电渗井点法、电渗井点法4、管井井点法、管井井点法井点降水主要有:井点降水主要有:基坑底低于地下水位时基坑底低
7、于地下水位时基底会不停的渗水基底会不停的渗水 遇到此种情况时应采用井点降水施工遇到此种情况时应采用井点降水施工 轻型井点是沿基坑四周将井点管埋入蓄水层内,利用抽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。适用于渗透系数为下。适用于渗透系数为0.150m/d的土层中。的土层中。降水深度:单级井点降水深度:单级井点36m,多级井点,多级井点612m。轻型井点法降低地下水位全貌图轻型井点法降低地下水位全貌图 基坑轻型井点降水基坑轻型井点降水 喷射井点是在喷射井点是在井点管内设特制的
8、井点管内设特制的喷射器,用高压水喷射器,用高压水泵或空气压缩机向泵或空气压缩机向喷射器输入高压水喷射器输入高压水或压缩空气,形成或压缩空气,形成水气射流水气射流,将地下水将地下水抽出排走。其降水抽出排走。其降水深度可达深度可达820m。喷射井点平面布置喷射井点平面布置 电渗井点以电渗井点以井点管作负极,井点管作负极,打入的钢筋作正打入的钢筋作正极,通入直流电极,通入直流电后,土颗粒自负后,土颗粒自负极向正极移动,极向正极移动,水则自正极向负水则自正极向负极移动而被集中极移动而被集中排出。本法常与排出。本法常与轻型井点或喷射轻型井点或喷射井点结合使用。井点结合使用。电渗井点构造与布置电渗井点构造
9、与布置管井井点由滤水井管、吸水管和抽水机组成。管管井井点由滤水井管、吸水管和抽水机组成。管井埋设的深度和距离根据需降水面积、深度及渗透系井埋设的深度和距离根据需降水面积、深度及渗透系数确定,一般间距数确定,一般间距1050m,最大埋深可达,最大埋深可达10m,管井,管井距基坑边缘距离距基坑边缘距离1.5m(冲击钻成孔冲击钻成孔)或或3m(钻孔法成孔钻孔法成孔),适用于降水深度,适用于降水深度35m、渗透系数为、渗透系数为20200m/d的的基坑中施工降水。管井井点设备简单、排水量大、易基坑中施工降水。管井井点设备简单、排水量大、易于维护、经济实用。于维护、经济实用。管井抽排水施工管井抽排水施工
10、1.3 降水方案及影响降水方案及影响 选择降水方法时,一般中粗砂以上粒径的土用水下开挖选择降水方法时,一般中粗砂以上粒径的土用水下开挖或堵截法;中砂和细砂颗粒的土用井点法和管井法;淤泥或或堵截法;中砂和细砂颗粒的土用井点法和管井法;淤泥或粘土用真空法或电渗法。粘土用真空法或电渗法。在降水过程中,由于会随水流带出部分细微土粒,再加在降水过程中,由于会随水流带出部分细微土粒,再加上降水后土体的含水量降低,使土壤产生固结,因而会引起上降水后土体的含水量降低,使土壤产生固结,因而会引起周围地面的沉降,在建筑物密集地区进行降水施工,如因长周围地面的沉降,在建筑物密集地区进行降水施工,如因长时间降水引起过
11、大的地面沉降,会带来较严重的后果。时间降水引起过大的地面沉降,会带来较严重的后果。2、截水、隔水与回灌、截水、隔水与回灌 截水、隔水措施应用于各种支护形式中,以避免基截水、隔水措施应用于各种支护形式中,以避免基坑开挖和降水造成周边地下水的流失,对周围环境造成坑开挖和降水造成周边地下水的流失,对周围环境造成影响。当因降水危及基坑及周边环境安全时,宜采用截影响。当因降水危及基坑及周边环境安全时,宜采用截水或回灌方法。截水后,基坑中的水量或水压较大时,水或回灌方法。截水后,基坑中的水量或水压较大时,宜采用基坑内降水。宜采用基坑内降水。2.1 截水截水 当因坑外降水可能会危及基坑及周边环境安全时,宜当
12、因坑外降水可能会危及基坑及周边环境安全时,宜采用截水的方法来控制地下水。深基坑工程的截水常采用采用截水的方法来控制地下水。深基坑工程的截水常采用的是设截水帷幕,它是在基坑开挖前沿基坑四周设置隔水的是设截水帷幕,它是在基坑开挖前沿基坑四周设置隔水围护壁围护壁(亦称隔水帷幕亦称隔水帷幕)。截水帷幕的类型有水泥土搅拌桩。截水帷幕的类型有水泥土搅拌桩挡墙、高压旋喷桩挡墙、地下连续墙挡墙等,它们往往不挡墙、高压旋喷桩挡墙、地下连续墙挡墙等,它们往往不只是为了挡水,常常同时作为基坑的支护结构用来挡土。只是为了挡水,常常同时作为基坑的支护结构用来挡土。落底式竖向截水帷幕落底式竖向截水帷幕侧向截水与水平封底侧
13、向截水与水平封底相结合相结合2.2 隔水隔水1、高压喷射注浆隔水、高压喷射注浆隔水2、压力注浆隔水、压力注浆隔水3、三轴水泥土搅拌桩墙隔水、三轴水泥土搅拌桩墙隔水4、钢板桩隔水、钢板桩隔水5、钻孔咬合桩隔水、钻孔咬合桩隔水6、袖阀管注浆法隔水、袖阀管注浆法隔水7、冻结法隔水、冻结法隔水常见隔水型式:常见隔水型式:2.3 回灌回灌 回灌方式有两种:一种采用回灌沟回灌,另一种采回灌方式有两种:一种采用回灌沟回灌,另一种采用回灌井回灌。用回灌井回灌。基本原理是:在基坑降水的同时,向回灌井或沟中基本原理是:在基坑降水的同时,向回灌井或沟中注入一定水量,形成一道阻渗水幕,使基坑降水的影响注入一定水量,形
14、成一道阻渗水幕,使基坑降水的影响范围不超过回灌点的范围,阻止地下水向降水区流失,范围不超过回灌点的范围,阻止地下水向降水区流失,保持已有建筑物所在地原有的地下水位,使土压力仍处保持已有建筑物所在地原有的地下水位,使土压力仍处于原有平衡状态,从而有效地防止降水的影响,使建筑于原有平衡状态,从而有效地防止降水的影响,使建筑物的沉降达到最小程度。物的沉降达到最小程度。如果建筑如果建筑物离基坑稍远,物离基坑稍远,且为较均匀的且为较均匀的透水层,中间透水层,中间无隔水层,则无隔水层,则采用最简单的采用最简单的回灌沟方法进回灌沟方法进行。行。井点降水与回灌沟回灌示意图井点降水与回灌沟回灌示意图 井点降水与
15、井点回灌示意图井点降水与井点回灌示意图 如果建筑物离如果建筑物离基坑近,且为弱透基坑近,且为弱透水层或透水层中间水层或透水层中间夹有弱透水层和隔夹有弱透水层和隔水层时,则须用回水层时,则须用回灌井点进行回灌。灌井点进行回灌。2.4 止水措施失效的预防止水措施失效的预防 采取有效措施防止以下几种情况引起止水措施失效:采取有效措施防止以下几种情况引起止水措施失效:(1)止水深度不够,地下水渗流越过帷幕底部产生管涌、止水深度不够,地下水渗流越过帷幕底部产生管涌、流砂现象;流砂现象;(2)止水帷幕桩身平面位置、垂直度偏差过大,帷幕渗漏止水帷幕桩身平面位置、垂直度偏差过大,帷幕渗漏严重;严重;(3)止水
16、帷幕桩的水泥掺入量不够或施工工艺不合理问题止水帷幕桩的水泥掺入量不够或施工工艺不合理问题造成桩体质量差,渗透系数过大,难以起到止水效果;造成桩体质量差,渗透系数过大,难以起到止水效果;(4)帷幕施工完不经充分养护,帷幕桩体强度很低时就急于帷幕施工完不经充分养护,帷幕桩体强度很低时就急于开挖土方,造成帷幕的破坏;开挖土方,造成帷幕的破坏;(5)由于支护结构变形造成止水帷幕的剪切破坏;由于支护结构变形造成止水帷幕的剪切破坏;(6)人为破坏止水帷幕,如随意开挖出土通道破坏原本封闭人为破坏止水帷幕,如随意开挖出土通道破坏原本封闭的止水帷幕。的止水帷幕。2.5 截水、隔水措施失效的处理截水、隔水措施失效
17、的处理(1)设置导流水管,采用遇水膨胀材料或采用压密注浆、设置导流水管,采用遇水膨胀材料或采用压密注浆、聚氨脂注浆等方法堵漏;聚氨脂注浆等方法堵漏;(2)快硬早强混凝土浇筑挡墙;快硬早强混凝土浇筑挡墙;(3)在基坑内壁采用高压旋喷或水泥土搅拌桩增设止水在基坑内壁采用高压旋喷或水泥土搅拌桩增设止水帷幕;帷幕;(4)结合以上措施配合坑内井点降水。结合以上措施配合坑内井点降水。2.6 施工中常见危害施工中常见危害1、坑底隆起、坑底隆起2、坑底突涌、坑底突涌3、坑壁渗漏、坑壁渗漏4、斜坡滑移、斜坡滑移5、坍塌、坍塌6、土体沉降、土体沉降施工中常见危害:施工中常见危害:坑底隆起坑底隆起:坑底的隆起是一种
18、向上的位移,产生的原因一是深层土坑底的隆起是一种向上的位移,产生的原因一是深层土的卸荷回弹,二是由开挖形成的压力差导致的土体塑流。由的卸荷回弹,二是由开挖形成的压力差导致的土体塑流。由于土体是连续体,坑底的隆起和围护结构的水平位移必然导于土体是连续体,坑底的隆起和围护结构的水平位移必然导致坑外土体产生沉降和水平位移,带动相邻建筑物或市政设致坑外土体产生沉降和水平位移,带动相邻建筑物或市政设施发生倾斜或挠曲,这些附加的变形使结构构件或管道可能施发生倾斜或挠曲,这些附加的变形使结构构件或管道可能产生开裂,影响使用,危及安全。产生开裂,影响使用,危及安全。某基坑坑底隆起某基坑坑底隆起坑底突涌坑底突涌
19、:某基坑突涌事故某基坑突涌事故某基坑坑底内发生承压水突涌某基坑坑底内发生承压水突涌坑壁渗漏坑壁渗漏:坑底渗漏坑底渗漏坑侧渗漏坑侧渗漏 杭州地铁凤起路站基坑内土体滑坡杭州地铁凤起路站基坑内土体滑坡及支撑体系破坏及支撑体系破坏斜坡滑移斜坡滑移:土体滑坡土体滑坡杭州地铁湘湖站基坑坍塌事故杭州地铁湘湖站基坑坍塌事故坍塌坍塌:西安地铁洒金桥站基坑塌方事故西安地铁洒金桥站基坑塌方事故深基坑施工导致路面沉降深基坑施工导致路面沉降 为防止或减少降水对周围环境的影响,避免产生过大为防止或减少降水对周围环境的影响,避免产生过大的地面沉降,可采取下列一些技术措施。的地面沉降,可采取下列一些技术措施。(1)采用回灌技
20、术:降水对周围环境的影响,是由于采用回灌技术:降水对周围环境的影响,是由于土壤内地下水流失造成的。回灌技术即在降水井点和要保土壤内地下水流失造成的。回灌技术即在降水井点和要保护的建护的建(构构)筑物之间打设一排井点,在降水井点抽水的同筑物之间打设一排井点,在降水井点抽水的同时,通过回灌井点向土层内灌入一定数量的水时,通过回灌井点向土层内灌入一定数量的水(即降水井即降水井点抽出的水点抽出的水),形成一道隔水帷幕,从而阻止或减少回灌,形成一道隔水帷幕,从而阻止或减少回灌井点外侧被保护的建井点外侧被保护的建(构构)筑物下的地下水流失,使地下水筑物下的地下水流失,使地下水位基本保持不变,这样就不会因降
21、水使地基自重应力增加位基本保持不变,这样就不会因降水使地基自重应力增加而引起地面沉降。而引起地面沉降。(2)采用砂沟、砂井回灌:在降水井点与被保护建采用砂沟、砂井回灌:在降水井点与被保护建(构构)筑物之间设置砂井作为回灌井,沿砂井布置一道砂沟,将筑物之间设置砂井作为回灌井,沿砂井布置一道砂沟,将降水井点抽出的水,适时、适量排入砂沟、再经砂井回灌降水井点抽出的水,适时、适量排入砂沟、再经砂井回灌到地下,实践证明也能收到良好效果。到地下,实践证明也能收到良好效果。(3)使降水速度减缓:在砂质粉土中降水影响范围可达使降水速度减缓:在砂质粉土中降水影响范围可达80m以上,降水曲线较平缓,为此可将井点管
22、加长,减缓以上,降水曲线较平缓,为此可将井点管加长,减缓降水速度,防止产生过大的沉降。也可在井点系统降水过降水速度,防止产生过大的沉降。也可在井点系统降水过程中,调小离心泵阀,减缓抽水速度。还可在邻近被保护程中,调小离心泵阀,减缓抽水速度。还可在邻近被保护建建(构构)筑物一侧,将井点管间距加大,需要时甚至暂停抽水。筑物一侧,将井点管间距加大,需要时甚至暂停抽水。为防止抽水过程中将细微土粒带出,可根据土的粒径选择为防止抽水过程中将细微土粒带出,可根据土的粒径选择滤网。另外,确保井点管周围砂滤层的厚度和施工质量,滤网。另外,确保井点管周围砂滤层的厚度和施工质量,也能有效防止降水引起的地面沉降。也能
23、有效防止降水引起的地面沉降。3、支护结构、支护结构 深基坑设置支护结构(一般包括围护结构和支锚体系深基坑设置支护结构(一般包括围护结构和支锚体系两部分)的目的是阻止基坑外侧土体的坍塌,为基础施工两部分)的目的是阻止基坑外侧土体的坍塌,为基础施工提供安全的工作空间。提供安全的工作空间。支护结构的功能是挡土,对基础施工空间来说具有防支护结构的功能是挡土,对基础施工空间来说具有防护的作用,统称为支护结构。护的作用,统称为支护结构。3.1 基本要求基本要求(1)基坑工程施工前应根据设计文件,结合现场条件和周边环境保基坑工程施工前应根据设计文件,结合现场条件和周边环境保护要求、气候等情况,编制支护结构施
24、工方案。护要求、气候等情况,编制支护结构施工方案。(2)基坑支护结构施工应与降水、开挖相互协调,各工况和工序基坑支护结构施工应与降水、开挖相互协调,各工况和工序应符合设计要求。应符合设计要求。(3)基坑支护结构施工与拆除不应影响邻近市政管线、地下设施基坑支护结构施工与拆除不应影响邻近市政管线、地下设施与周围建(构)筑物等的正常使用,必要时应采取减少环境影响与周围建(构)筑物等的正常使用,必要时应采取减少环境影响的措施。的措施。(4)支护结构施工应对支护结构自身、已施工的主体结构和邻近支护结构施工应对支护结构自身、已施工的主体结构和邻近道路、市政管线、地下设施、周围建(构)筑物等进行监测。道路、
25、市政管线、地下设施、周围建(构)筑物等进行监测。(5)施工现场道路布置、材料堆放、车辆行走路线等应符合荷载施工现场道路布置、材料堆放、车辆行走路线等应符合荷载设计控制要求;当采用设置施工栈桥措施时,应进行施工栈桥的设计控制要求;当采用设置施工栈桥措施时,应进行施工栈桥的专项设计。专项设计。(6)基坑工程施工中,如遇邻近工程进行桩基施工、基坑开挖、基坑工程施工中,如遇邻近工程进行桩基施工、基坑开挖、边坡工程、盾构顶进、爆破等施工作业,应根据实际情况协商确边坡工程、盾构顶进、爆破等施工作业,应根据实际情况协商确定相互间合理的施工顺序和方法。定相互间合理的施工顺序和方法。(7)支护结构施工前应进行试
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