第二講基坑開挖

1、第二講土方工程 1 2 第三節(jié) 基坑開挖 3 在平整過的場地上，利用設(shè)計提供的基點坐標經(jīng)過定位 放線之后，就可進行基坑開挖?；娱_挖方法取決于基坑深度、 周圍環(huán)境、土的物理力學性能等。 基坑開挖應(yīng)注意： 1. 在地下水位高的地區(qū)，需要事先降低地下水位； 2. 對設(shè)有支護結(jié)構(gòu)的深基坑，應(yīng)降低土壤含水量； 3. 當周圍允許且基坑不太深時，基坑宜放坡開挖，較為經(jīng)濟， 此時應(yīng)注意邊坡的穩(wěn)定； 4. 當基坑深度較大且周圍環(huán)境不允許放坡時，需事先進行支護 后再進行開挖； 5. 對大型基坑事先要擬定詳細的挖土方案，要全面考慮挖土順 序、運土方法和與支護結(jié)構(gòu)施工的配合，以期順利施工，為 后續(xù)工作創(chuàng)造條件。 4

2、 一、降低地下水位 在地下水位較高地區(qū)開挖深基坑時，土的含水量被切斷， 地下水會不斷地滲出流入基坑內(nèi)。為了保證施工的正常進行， 防止出現(xiàn)流沙、邊坡失穩(wěn)和地基承載力下降，需做好基坑的降 水工作。降水方法有集水井降水和井點降水兩類。 集水井降水屬重力降水，是在開挖基坑時沿坑底周圍開 挖排水溝（最小縱向坡度為 0.2%0.5%），每隔一定距離 （最大 3040m）設(shè)集水井，使基坑內(nèi)挖土時滲出的水經(jīng)排水 溝流向集水井，然后用水泵排出基坑。 排水溝和集水井的截面尺寸取決于基坑的涌水量。 但是，當基坑開挖深度較大，地下水的動水壓力和土的 組成有可能引起流沙、管涌、坑底隆起和邊坡失穩(wěn)時，則宜采 用井點降水方

3、法。 井點降水的作用 防止地防止地 下水涌下水涌 入坑內(nèi)入坑內(nèi) 防止邊坡防止邊坡 由于地下由于地下 水的滲流水的滲流 而引起的而引起的 塌方塌方 使坑底的土層使坑底的土層 消除了地下水消除了地下水 位差引起的壓位差引起的壓 力，因此防止力，因此防止 了坑底的管涌了坑底的管涌 5 消除了地下消除了地下 水的滲流，水的滲流， 也就防止了也就防止了 流砂現(xiàn)象流砂現(xiàn)象 降水后，使降水后，使 板樁減少了板樁減少了 橫向荷載橫向荷載 降低地下水降低地下水 位后，還能位后，還能 使土壤固結(jié)使土壤固結(jié) ，增加地基，增加地基 土的承載能土的承載能 力力 6 斷抽出，將地下水位降至基坑 底以下。 井點降水的種類

4、輕型井點 輕型井點是沿基坑四周將 井點管埋入蓄水層內(nèi)，利用抽 水設(shè)備將地下水從井點管內(nèi)不 適用于滲透系數(shù) 為0.150m/d的 土層中。降水深 度為：單級井點 36m，多級井 點612m 7 輕型井點的平面布置 單排布置：當基坑(槽)寬度6m、降水深度 5m 時可采用單排布置。井點管應(yīng)布置在地下水的上游一側(cè)，兩 端的延伸長度不宜小于坑槽的寬度B。 雙排布置：當基坑(槽)寬度6m時應(yīng)采用。 8 輕型井點的設(shè)計 環(huán)型或U 型布置：當基坑面積較大時，應(yīng)采用 環(huán)型布置（考慮施工機械進出基坑時宜采用考慮施工機械進出基坑時宜采用U 型布置型布置）。 采用雙排、環(huán)型或U型布置時，位于地下水上游一排 的井點間

5、距應(yīng)小些，下游井點的間距可大些。 如采用U形布置，則井點管不封閉的一段應(yīng)在地下水 的下游方向。 9 10 般要露出地面0.2m左右。各段總管和濾管最好設(shè)在同 一水平面上，不宜高低懸殊。 輕型井點的高程布置 井管的埋設(shè)深度H按下式計算： HH1+h+iL（m） 式中 H1井管埋設(shè)面至基坑底的距離，m； h 基坑軸線上降低后的地下水位至基坑底 的距離， 一般不小于0.5m； i 地下水降落坡度，環(huán)狀井點為1/10，單排 線狀井點為1/5； L井管至基坑軸線的水平距離，m。 此外，確定井管埋設(shè)深度時，還要考慮到井管一 輕型井點的設(shè)計除進行井點系統(tǒng)的平面布置和高程布置外， 尚應(yīng)進行涌水量的計算，確定井

6、管數(shù)量及井距，選擇抽水設(shè) 備等工作。 輕型井點的埋設(shè)程序為： 排放總管埋設(shè)井點管用彎聯(lián)管將井點與總管接通 安裝抽水設(shè)備。 11 噴射井點 是在井點管內(nèi)設(shè)特制的噴射 器，用高壓水泵或空氣壓縮機向 噴射器輸入高壓水或壓縮空氣， 形成水氣射流，將地下水抽出排 走。其降水深度可達820m。 適用于開挖深度較深、降水 深度大于8m，土滲透系數(shù) 為350m/d的砂土或滲透 系數(shù)為0.13m /d的粉砂、 淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)粘土。 12 電滲井點 電滲井點以井點管作負極，打入的鋼筋作正極，通入直 流電后，土顆粒自負極向正極移動，水則自正極向負極移動 而被集中排出。本法常與輕型井點或噴射井點結(jié)合使用。 適用于滲透

7、 系數(shù)很小的 飽和粘性土 、淤泥或淤 泥質(zhì)土中的 施工降水 13 管井井點 管井井點由濾水井管、吸水管和抽水機組成。管井埋設(shè)的 深度和距離根據(jù)需降水面積、深度及滲透系數(shù)確定，一般間 距1050m，最大埋深可達10m，適用于降水深度35m、 滲透系數(shù)為20200m/d的基坑中施工降水。管井井點設(shè)備簡 單、排水量大、易于維護、經(jīng)濟實用。 管井填充濾料管井抽排水PVC簡易管井 14 如需降水深度較大，可采用 深井井點，適用于降水深度 15m、滲透系數(shù)為10250m/d的 基坑。故稱為“深井泵法”。 管井井點降水 15 流砂的防治 在細砂或粉砂土層的基坑開挖時，地下水位以下的土在 動水壓力的推動下極易

8、失去穩(wěn)定，隨著地下水涌入基坑，這 種現(xiàn)象稱為流砂現(xiàn)象。發(fā)生流砂后，土完全喪失承載力，土 體邊挖邊冒，施工條件極端惡化，基坑難以達到設(shè)計深度。 嚴重時會引起基坑邊坡塌方，臨近建筑物出現(xiàn)下沉、傾斜甚 至倒塌。 1 流砂現(xiàn)象 廣佛地鐵桂城站基坑出現(xiàn) 流砂，地面下沉約1.5m 圖為砂包封堵?lián)岆U現(xiàn)場圖為砂包封堵?lián)岆U現(xiàn)場 16 2 產(chǎn)生流砂的原因 產(chǎn)生流砂現(xiàn)象的原因有內(nèi)因和外因： 內(nèi)因：取決于土的性質(zhì)，當土的孔隙比大、含水量大、 粘粒含量少、粉粒多、滲透系數(shù)小、排水性能差等均容易產(chǎn) 生流砂現(xiàn)象。因此，流砂現(xiàn)象極易發(fā)生在細砂、粉砂和亞粘 土中，但是否發(fā)生流砂現(xiàn)象，還取決于一定的外因條件。 流砂-基坑滿目狼籍

9、流砂支擋強行施工 17 外因：是地下水在土中滲流所產(chǎn)生的動水壓力的大小， W h1 h2 L 動水壓力GD為： GD IW 式中： I 水力坡度（I=（h1-h2）/L） ； h1h2水位差； W水的重度。 當?shù)叵滤惠^高、基坑內(nèi)排水所形成的水位差較大時 ，動水壓力也愈大，當GD （土的浮重）時，就會推動土 壤失去穩(wěn)定，形成流砂現(xiàn)象。 18 3 流砂的防治 防治原則：“治流砂必先治水”。流砂防治的主要途 徑一是減小或平衡動水壓力；二是截住地下水流；三是改變 動水壓力的方向。 防治方法： 枯水期施工法：枯水期地下水位較低，基坑內(nèi)外水 位差小，動水壓力小，就不易產(chǎn)生流砂。 打板樁：將板樁沿基坑打入

10、不透水層或打入坑底面一 定深度，可以截住水流或增加滲流長度、改變動水壓力方向， 從而達到減小動水壓力的目的。 19 水中挖土：即不排水施工，使坑內(nèi)外的水壓相平衡 ，不致形成動水壓力。如沉井施工，不排水下沉、進行水中 挖土、水下澆筑砼。 人工降低地下水位法：即采用井點降水法截住水流， 不讓地下水流入基坑，不僅可防治流砂和土壁塌方，還可改 善施工條件。 搶挖并拋大石塊法：分段搶挖土方，使挖土速度超 過冒砂速度，在挖至標高后立即鋪竹、蘆席，并拋大石塊， 以平衡動水壓力，將流砂壓住。此法適用于治理局部的或輕 微的流砂。 此外，采用地下連續(xù)墻法、止水帷幕法、壓密注漿法、 土壤凍結(jié)法 等，都可以阻止地下水

11、流入基坑，防止流砂發(fā)生。 20 21 二、邊坡穩(wěn)定 開挖基坑時，如條件允許可放坡開挖。與垂直開挖比較， 在許多情況下放坡開挖比較經(jīng)濟。 土方邊坡的大小，與性質(zhì)、基坑開挖深度、基坑開挖方法、 基坑開挖后留置時間的長短、附近有無土堆及排水情況相關(guān)。 基坑開挖后，如果邊坡土體中的剪應(yīng)力大于土的抗剪強度， 則邊坡就會滑動、失穩(wěn)。 影響邊坡穩(wěn)定的因素：風化、土方邊坡附近存在荷載，尤 其是動荷載；因下雨使土體中的含水量增加，使土體自重增大， 以及由于水在土體中滲流而產(chǎn)生動水壓力；水浸入土體的裂縫 之中產(chǎn)生靜水壓力等。 從理論上說，研究土體邊坡穩(wěn)定有兩類方法：一是利用彈 性、塑性或塑性理論確定土體的應(yīng)力狀態(tài)

12、；二是假定土體沿著 一定的滑動面滑動而進行極限平衡分析。 22 三、支護結(jié)構(gòu) 在城市中心建筑物稠密地區(qū)開挖深基坑，常常不 允許放坡開挖，這就需要采用支護結(jié)構(gòu)支撐土壁和防 止地下水滲流入基坑，以保證基坑開挖安全和順利地 進行，并防止和減少對相鄰已有建（構(gòu)）筑物、地下 管線、道路等的不利影響。支護結(jié)構(gòu)由擋墻和支撐 （或土錨）兩部分組成。 （一）深基坑支護的基本要求： 確保支護結(jié)構(gòu)能起擋土作用，基坑邊坡保持穩(wěn)定； 確保相鄰的建（構(gòu)）筑物、道路、地下管線的安全，不因 土體的變形、沉陷、坍塌受到危害； 通過排水降水等措施，確?；A(chǔ)施工在地下水位以上進行。 上 海 環(huán) 球 金 融 中 心 基 礎(chǔ) 施 工

13、深 地 基 鐵 坑 車 支 站 護 的 23 24 （一）支護結(jié)構(gòu)選擇 支護結(jié)構(gòu)擋墻形式很多，常用的有以下幾種： 1. 鋼板樁 優(yōu)點：在軟土地基地區(qū)打設(shè)方便，有一定的擋水能力，施工迅 速，且打設(shè)后可立即開挖。 缺點：柔性較大，基坑較深時支撐工作量較大，用后拔除時帶 土，處理不當會引起土層移動，嚴重時會給施工的結(jié)構(gòu)或周圍設(shè)施 帶來危害。 25 2. 鉆孔灌注樁擋墻 優(yōu)點：剛度較大，抗彎能力強，變形相對 較小，經(jīng)濟效益好。 缺點：樁之間有間隙，擋水效果差。 26 3. H型鋼支柱（或鋼筋混凝土樁支柱）、木擋板擋墻 這種結(jié)構(gòu)適用于土質(zhì)較好，地下水位低的地區(qū)，國外應(yīng) 用較多。支樁按一定間距打入土中，支

14、柱按一定間距打入土 中，支柱間設(shè)木擋板或其他擋土設(shè)施，用后支柱可拔出重復 使用，較經(jīng)濟，但一次性投資較大。 成 槽 施 4 地下連續(xù)墻支護 先建造鋼筋砼地下連續(xù)墻，達到強度后 在墻間用機械挖土。該支護法剛度大、強度高， 可擋土、承重、截水、抗?jié)B，可在狹窄場地施 工，適于大面積、有地下水的深基坑施工。 地 下 連 續(xù) 墻 槽段的連接 工 27 導墻施工導墻施工完泥漿系統(tǒng)-泥漿池 成槽施工鋼筋籠吊裝鎖口管起拔砼澆筑 28 29 5.深層攪拌水泥土樁擋墻 30 6. 旋噴樁擋墻 深基坑邊坡支護坍塌事故 31 32 四、土錨 在基坑工程中，土錨是用來拉固支護結(jié)構(gòu)擋墻的，這樣 基坑內(nèi)部無支撐，便于挖土和

15、地下結(jié)構(gòu)施工。 土錨通常由錨頭、錨頭墊座、拉桿、錨固體、錨地板等 組成。 土錨設(shè)計要考慮的問題包括：錨桿布置、錨桿承載能力、 錨桿的整體穩(wěn)定性、錨桿尺寸確定等。 33 五、基坑開挖 基坑開挖分兩種情況，一是放坡開挖，無支護結(jié)構(gòu)；二是 有支護結(jié)構(gòu)的基坑開挖。 （一）放坡開挖 一般情況下在軟土地區(qū)開挖深度不超過4m的基坑，當場 地允許，經(jīng)驗算能保證土坡穩(wěn)定時，可采用放坡開挖。開挖深 度超過4m的基坑，邊坡宜設(shè)置階梯平臺，分階段開挖。 如土質(zhì)較差且基坑施工期較長時，邊坡坡面宜用鋼絲網(wǎng) 噴漿或高分子聚合材料覆蓋進行護坡。放坡開挖還應(yīng)采取措施 降低坑內(nèi)水位和防止坑外水倒灌。 34 放坡開挖多用反鏟挖掘機

16、和抓鏟挖掘機。反鏟挖掘機用 于挖掘停機面以下的土方，其開行方式有溝端開行和溝側(cè)開行 兩種。前者后退挖土，向溝一側(cè)裝車或棄土；后者機械停于溝 側(cè)，沿溝邊開行挖土，可將土棄于距溝較遠處，但邊坡不易控 制。 35 抓鏟宜于開挖較松軟土壤，對施工面狹窄而深的基坑、 深槽較適宜，還可水中挖土和進行裝卸作業(yè)，但抓鏟效率較低。 36 （二）有支護結(jié)構(gòu)的基坑開挖 這種基坑開挖重要的是與支護結(jié)構(gòu)的配合。土方開挖的 順序必須與支護結(jié)構(gòu)設(shè)計工況一致，要嚴格遵循“先撐后挖” 和“分層、分塊、對稱、限時”地進行開挖。 挖土與坑內(nèi)支撐的施工要配合，每一工況挖土至設(shè)計標 高后，要求迅速安裝鋼支撐或澆筑混凝土支撐，待其能承受設(shè) 計荷載后，再按下一工況要求繼續(xù)向下開挖。 挖土方式視周圍環(huán)境、出土方式和方向等而定。如周圍 環(huán)境允許，挖掘機下坡開挖和汽車下