第三章(1)降水及開挖

1、3.基礎(chǔ)工程施工 高層建筑由于層數(shù)多，建筑高，荷載重，造型復(fù)雜，主樓與裙房高低懸殊，在結(jié)構(gòu)上要求埋置一定深度，在使用上要求設(shè)置多層地下室，這些高層建筑特點(diǎn)結(jié)合各地不同的地質(zhì)水文條件，構(gòu)成了高層建筑基礎(chǔ)的特殊性，主要有以下幾點(diǎn)：（1）基礎(chǔ)必須適應(yīng)地基：全國(guó)各地的土質(zhì)不同，地基差異很大。全國(guó)范圍內(nèi)各種不同的高層建筑，高度不同，載荷不同，遇到各種不同的地質(zhì)情況，基礎(chǔ)必須適應(yīng)地基，因而發(fā)展了高層建筑的基礎(chǔ)，如箱基、筏基、樁基等。如上海金茂大廈88層，高421m，基礎(chǔ)采用4m厚鋼筋混凝土C50筏板，其下是914mm20mm鋼管樁429根，樁長(zhǎng)65m，持力層為-78.5m的砂層。3.基礎(chǔ)工程施工（2）高層

2、建筑地基的勘測(cè)設(shè)計(jì)較嚴(yán) 高層建筑大多屬于地基規(guī)范內(nèi)的一級(jí)建筑物。對(duì)一級(jí)建筑物的地基，除對(duì)地基應(yīng)進(jìn)行承載力計(jì)算外，尚應(yīng)按地基變形計(jì)算。對(duì)經(jīng)常受水平荷載作用的高層建筑尚應(yīng)驗(yàn)算其穩(wěn)定性。在施工期間及使用期間應(yīng)進(jìn)行沉降觀測(cè)。沉降資料也是地基基礎(chǔ)工程質(zhì)量檢查驗(yàn)收依據(jù)之一。（3）基礎(chǔ)埋置較深 根據(jù)鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程規(guī)定，基礎(chǔ)埋置深度，天然地基時(shí)應(yīng)為建筑物高度的1/2;樁基時(shí)應(yīng)為建筑物高度的1/15，樁長(zhǎng)不計(jì)在埋置深度以內(nèi)。但是高層建筑由于功能需要，充分利用地下空間，往往將地下建成三、四層，深達(dá)20多米，深基礎(chǔ)工程已成為建造高層建筑的條件。3.基礎(chǔ)工程施工（4）深基坑工程的設(shè)計(jì)與施工風(fēng)險(xiǎn)較

3、大高層建筑在城市鱗次櫛比，施工場(chǎng)地狹窄，由于鄰近建筑及四周市政工程設(shè)施的安全和保護(hù)，對(duì)基坑工程的穩(wěn)定和位移要求很嚴(yán)，而基坑工程在施工過程中大部分是臨時(shí)工程，不宜投資過大。但如果光考慮投資，一旦發(fā)生事故，資金和工期損失很大，社會(huì)影響也很嚴(yán)重，所以基坑工程的設(shè)計(jì)施工風(fēng)險(xiǎn)很大?；庸こ躺婕暗刭|(zhì)條件、地下水文條件、氣候影響、施工管理、場(chǎng)地因素、工程質(zhì)量要求等比較復(fù)雜的條件，因此若不認(rèn)真對(duì)待，經(jīng)常發(fā)生基坑工程事故。所以，基坑工程的勘察、設(shè)計(jì)、施工是否正確，對(duì)于工程的成敗意義重大。3.基礎(chǔ)工程施工（5）大體積混凝土的施工箱基和筏板基礎(chǔ)的底板較厚，特別是厚筏板其混凝土常達(dá)34m厚，例如新上海國(guó)際大廈筏板76

4、m72m，板厚3m及3.5m，混凝土17000m3。大體積混凝土的問題，關(guān)鍵是施工方法、施工技術(shù)措施問題，如何能不間斷的一次澆筑上萬立方米的混凝土，并能控制水泥水化熱引起的混凝土升溫，降溫及收縮各階段產(chǎn)生的裂縫，是大體積混凝土施工的重點(diǎn)。（6）正確處理好主樓與裙房的基礎(chǔ)關(guān)系由于建筑功能的需要，高層建筑往往設(shè)置主樓與裙房，并必須連在一起。但主樓高群房低，沉降不同，因此在設(shè)計(jì)與施工時(shí)，必須防止兩者之間產(chǎn)生較大的差異沉降，并應(yīng)符合規(guī)范要求。3.基礎(chǔ)工程施工主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：3.1.降低地下水位與基坑土方開挖3.2.深基坑邊坡支護(hù)方法3.3.樁基礎(chǔ)施工3.4.大體積混凝土基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的施工3.1.降低地

5、下水及基坑土方開挖 高層建筑一般都有多層地下室，基礎(chǔ)埋置深度較大，基坑開挖經(jīng)常都會(huì)遇到地下水和地表水大量滲入，造成基坑浸水，使地基承載力下降，破壞邊坡穩(wěn)定。為了保證基坑開挖，在無水狀況下施工，必須做好基坑的降水工作。降水工程宜分為準(zhǔn)備階段、降水工程勘察階段、降水工程設(shè)計(jì)、降水工程施工、降水工程監(jiān)測(cè)與維護(hù)、技術(shù)成果等六個(gè)程序。3.1.降低地下水及基坑土方開挖常見的降水方法 明溝排水 排水溝1.重力排水法 暗溝及管溝排水 集水井 輕型井點(diǎn) 噴射井點(diǎn)2.強(qiáng)制排水法 電滲井點(diǎn) 管井井點(diǎn) 深井井點(diǎn) 深層降水（降承壓水） 一、集水井降水：是在開挖基坑時(shí)沿坑底周圍開挖排水溝，再于坑底設(shè)集水井，使基坑內(nèi)的水經(jīng)

6、排水溝流向集水井，然后用水泵抽出坑外。此種方法在深基坑中，容易引起流砂、管涌和邊坡失穩(wěn)。3.1.降低地下水及基坑土方開挖集水井降水1.用于土質(zhì)較好、水量不大、基坑可擴(kuò)大者2.挖至地下水位時(shí)，挖排水溝設(shè)集水井抽水再挖土、溝、井3.要求： (1)排水溝：沿基坑底四周設(shè)置，底寬300mm，溝底低于坑底500mm，坡度1。(2)集水井：沿基坑底邊角設(shè)置，間距2040m，直徑0.60.8m，井底低于坑底12m。長(zhǎng)期用，有護(hù)壁和碎石壓底。(3)水泵：離心泵、潛水泵、污水泵3.1.降低地下水及基坑土方開挖集水井降水 二、輕型井點(diǎn)降水 輕型井點(diǎn)降水法具有效果明顯，使土壁穩(wěn)定、避免流砂、防止隆起、方便施工的優(yōu)點(diǎn)

7、同時(shí)也有可能引起周圍地面和建筑物沉降。 輕型井點(diǎn)是沿基坑四周以一定的間距埋入井管，在地面上用水平鋪設(shè)的集水總管將各井管連接起來，再于一定位置設(shè)置真空泵和離心泵，開動(dòng)真空泵和離心泵后，地下水在真空吸力作用下，經(jīng)濾管進(jìn)入井管，然后經(jīng)集水總管排出，這樣就降低了地下水位。3.1.降低地下水及基坑土方開挖輕型井點(diǎn)降水輕型井點(diǎn)降水11輕型井點(diǎn)降水輕型井點(diǎn)降水三、噴射井點(diǎn)降水1.適用范圍：當(dāng)基坑開挖較深，降水深度要求大于6m，而且場(chǎng)地狹窄，不允許布置多級(jí)井點(diǎn)時(shí)，宜采用噴射井點(diǎn)降水。其一層降水深度可達(dá)1020m。適用于滲透系數(shù)為350m/d的砂土中。2.噴射井點(diǎn)的布置：當(dāng)基坑寬度小于10m可單排布置；大于10

8、m則雙排布置。當(dāng)基坑面積較大時(shí)，宜環(huán)形布置。井點(diǎn)間距一般為23m。埋設(shè)時(shí)沖孔直徑約400600mm，深度應(yīng)大于濾管底1m以上。3.1.降低地下水及基坑土方開挖3.工作原理： 噴射井點(diǎn)分為噴水井點(diǎn)和噴氣井點(diǎn)兩種。前者以壓力水為工作源，后者以壓縮空氣為工作源。當(dāng)噴射井點(diǎn)工作時(shí)，高壓泵輸入的工作水流，經(jīng)內(nèi)外管之間的環(huán)形空間到達(dá)噴嘴，在噴嘴處由于過水截面突然縮小，使工作水流速驟增到極大（3060m/s），水流沖入混合室，同時(shí)在噴嘴附近造成負(fù)壓，形成真空。在真空吸力作用下，地下水經(jīng)吸入管被吸入混合室，與工作水混合，然后進(jìn)入擴(kuò)散室。這種使水流從動(dòng)能逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槲荒艿哪芰拷粨Q，即水流速度相對(duì)變小，而水流壓力相

9、對(duì)增大，把地下水連同工作水一起揚(yáng)升沿著井管流入水箱。其中一部分水可重新用于高壓工作水，余下部分水用低壓泵排走。如此循環(huán)作業(yè)，使地下水逐漸下降到設(shè)計(jì)要求的降水深度。3.1.降低地下水及基坑土方開挖四、電滲井點(diǎn)降水1.適用范圍：在飽和粘土中，特別是淤泥和淤泥質(zhì)粘土中，由于土的滲透性差，持水性較強(qiáng)，用一般井點(diǎn)和噴射井點(diǎn)降水效果較差，此時(shí)宜增加電滲井點(diǎn)來配合一般井點(diǎn)或噴射井點(diǎn)降水，以便對(duì)滲透性差的土起疏干作用，使水排出。2.工作原理：電滲井點(diǎn)是利用井點(diǎn)管（真空或噴射井點(diǎn)）本身作陰極，沿基坑外圍布置；以鋼管（5075mm）或鋼筋（25mm以上）作陽(yáng)極，垂直埋設(shè)在井點(diǎn)內(nèi)側(cè)，陰陽(yáng)極分別用電線等連接成通路，并

10、對(duì)陽(yáng)極施加強(qiáng)直電流。應(yīng)用電壓比降使帶負(fù)電的土粒向陽(yáng)極移動(dòng)（即電泳作用），帶正電荷的孔隙水則向陰極方向集中產(chǎn)生電滲現(xiàn)象。在電滲與真空的雙重作用下，強(qiáng)制粘土中的水在井點(diǎn)管附近積集，由井點(diǎn)管快速排出，使井點(diǎn)管連續(xù)抽水，地下水位逐漸降低。而電極間的土層，則形成電圍幕，由于電場(chǎng)作用，從而阻止地下水從四面流入坑內(nèi)。3.1.降低地下水及基坑土方開挖五、管井井點(diǎn)降水 管井井點(diǎn)就是沿開挖的基坑，每隔一定距離（2050m）設(shè)置一個(gè)管井，每個(gè)管井單獨(dú)用一臺(tái)水泵（潛水泵、離心泵）進(jìn)行抽水，降低地下水位。3.1.降低地下水及基坑土方開挖管井井點(diǎn)管井井點(diǎn)管井井點(diǎn)管井井點(diǎn)管井井點(diǎn)管井井點(diǎn)1.1.適用范圍：適用范圍： 適用于

11、井點(diǎn)不易解決的和含水層顆粒較粗的粗砂-卵石地層，滲透系數(shù)較大，水量較大，且降水深度較深（一般為820）的潛水或承壓水地區(qū)。2.2.管井系統(tǒng)主要設(shè)備：管井系統(tǒng)主要設(shè)備：（1）井管：由井壁管和過濾器兩部分組成。井管由直徑為200350mm的鑄鐵管或混凝土管或塑料管等材料制成。過濾器部分可在實(shí)管上穿孔墊肋后，外纏鍍鋅鉛絲制成。也可用鋼筋焊接骨架，外纏鍍鋅鋼絲制成。（2）水泵：當(dāng)水位降深要求在7m以內(nèi)時(shí)，可用離心式水泵；若降深大于7m，可采用不同揚(yáng)程和流量的深井潛水泵或深井泵。3.1.降低地下水及基坑土方開挖為減少井點(diǎn)降水對(duì)四鄰的影響采取的措施：為減少井點(diǎn)降水對(duì)四鄰的影響采取的措施：（1）采用密封形式

12、的擋土墻或采取其他的密封措施。如用地下連續(xù)墻、灌注樁等形成一定厚度的防水墻等，將井點(diǎn)排水管設(shè)置在坑內(nèi)，井管深度不超過擋土止水墻的深度，僅將坑內(nèi)水位降低，而坑外的水位則盡量維持原來水位。（2）適當(dāng)調(diào)整井點(diǎn)管的埋置深度。在一般情況下，井點(diǎn)管埋設(shè)深度應(yīng)該使坑中的降水曲面在坑底下0.51.0m，但在沒有密封擋土墻的情況下，井點(diǎn)降水不僅使坑內(nèi)水位下降，也會(huì)使坑外水位下降，如果在降水影響區(qū)范圍內(nèi)有建筑物、構(gòu)筑物等需要保護(hù)時(shí)，可以在確?；硬话l(fā)生涌砂和地下水不從坑壁滲入的條件下，適當(dāng)?shù)奶岣呔c(diǎn)管的設(shè)計(jì)標(biāo)高。3.1.降低地下水及基坑土方開挖（3）采用井點(diǎn)降水與回灌相結(jié)合的技術(shù)： 其基本原理與方法是在降水井管與

13、需保護(hù)的建筑和管線間設(shè)置回灌井點(diǎn)、回灌砂井或回灌砂溝，持續(xù)不斷的用水回灌，形成一道水帶，以減少降水曲面向外擴(kuò)張，保持鄰近建筑物、管線等基礎(chǔ)下地基土中的原地下水位，防止土層因失水而沉降。用于工程降水的回灌，是為了穩(wěn)定和抬高局部因工程降水而引起的地下水位降低，防止由于地下水位持續(xù)下降造成地面沉降等不良現(xiàn)象?；毓嗑邓┕ぴ硎窃诮邓畢^(qū)與鄰近建筑物之間的土層中埋置一道回灌井，采用補(bǔ)充地下水的方法，使降水井的影響半徑不超過回灌井的范圍，形成一道隔水屏幕，組織回灌井外側(cè)建筑物下的地下水流失，使地下水位保持不變。3.1.降低地下水及基坑土方開挖回灌井的布設(shè)：1）基坑回灌量：一般應(yīng)等于基坑降水水位降低影響至

14、限定邊界時(shí)的基坑涌水量。2）回灌井?dāng)?shù)：回灌井?dāng)?shù)決定于單井回灌量的大小。單井回灌量理論上應(yīng)與抽水井一樣。但實(shí)際上相差很大。單井回灌量除決定于水文地質(zhì)條件外，尚與成井工藝、回灌方法、壓力大小等有關(guān)。一般宜在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)確定。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果，用下式進(jìn)行井?dāng)?shù)計(jì)算：n = 1.1 Q1 / q1n 回灌井?dāng)?shù)（點(diǎn)）；Q1 基坑回灌量（m3/d）q1單井回灌水量（m3/d）3.1.降低地下水及基坑土方開挖回灌井的布設(shè)：3）布置：一般沿降水井外圍呈均勻等距布置。回灌井至降水井距離決定于基坑降水水位下降引起地表變形允許的最小（距基坑邊界）范圍，盡可能的遠(yuǎn)離抽水井，一般宜大于6m?；毓嗑┕ぷ⒁馐马?xiàng)：1）回灌水

15、宜采用清水，回灌水量和壓力大小，均需通過水井理論進(jìn)行計(jì)算，并通過對(duì)觀測(cè)井的觀測(cè)資料來調(diào)整。2）降水井和回灌井應(yīng)同步啟動(dòng)或停止。3）回灌井的濾管部分，應(yīng)從地下水位以上0.5m處開始直到井管底部。4）回灌井管的埋設(shè)深度應(yīng)根據(jù)透水層的深度來決定，確?；邮┕ぐ踩突毓嘈Ч?）應(yīng)在降灌水區(qū)域附近設(shè)置一定數(shù)量的沉降觀測(cè)點(diǎn)及水位觀測(cè)井，定時(shí)進(jìn)行觀測(cè)和記錄，以便及時(shí)調(diào)整降灌水量的平衡。3.1.降低地下水及基坑土方開挖（4）采用注漿固土技術(shù)防止水土流水。為了減少坑內(nèi)降水時(shí)，減少降水曲面向外擴(kuò)張，保持鄰近建筑物基礎(chǔ)下地基土因地下水位下降水土流失而沉降，在井點(diǎn)降水前，安排在需要控制沉降的建筑物基礎(chǔ)的周邊，布置注

16、漿孔（每隔23m設(shè)一個(gè)），控制注漿壓力，以達(dá)到擠密土層中孔隙為度，達(dá)到降低土的滲透性能，不產(chǎn)生流失，以保證基坑鄰近建筑物、管線的安全，不產(chǎn)生沉降和裂縫。3.1.降低地下水及基坑土方開挖六、土方開挖 土方開挖是深基坑工程施工的重要工序，因此，必須嚴(yán)格按照圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求及施工組織設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行精心準(zhǔn)備，精心組織施工。 深基坑開挖工程的施工組織設(shè)計(jì)的內(nèi)容一般包括如下幾方面：1.開挖機(jī)械的選擇：高層建筑深基坑的開挖，宜采用機(jī)械施工。一般多采用反鏟挖土機(jī)和拉鏟挖土機(jī)進(jìn)行開挖，并根據(jù)基坑開挖的深度，分一層或多層開挖。挖土的土方，除少量現(xiàn)場(chǎng)存用外，大部分可用自卸汽車運(yùn)出。3.1.降低地下水及基坑土方開挖2

17、.開挖程序的確定：較淺基坑可以一次開挖到底，較深大的基坑則一般采用分層開挖方案，每次開挖深度可結(jié)合支撐位置來確定。為保持基坑底土體的原狀結(jié)構(gòu)，應(yīng)根據(jù)土體情況和挖土機(jī)械類型，在坑地上保留530cm土層 由人工挖除。進(jìn)行兩層或多層開挖時(shí)，挖土機(jī)和運(yùn)土汽車需下至基坑內(nèi)施工，故在適當(dāng)部位留設(shè)坡道，以便運(yùn)土汽車上下，坡道兩側(cè)有時(shí)需加固處理。3.施工現(xiàn)場(chǎng)平面布置：基坑工程往往面臨施工現(xiàn)場(chǎng)狹窄而基坑四周堆載又要嚴(yán)格控制的難題，因此必須根據(jù)現(xiàn)有場(chǎng)地對(duì)裝土、運(yùn)土、及材料進(jìn)場(chǎng)的交通路線、施工機(jī)械放置、材料堆場(chǎng)、工地辦公室及食宿生產(chǎn)場(chǎng)所等進(jìn)行全面規(guī)劃。3.1.降低地下水及基坑土方開挖4.降、排水措施及冬期、雨期、汛

18、期施工措施的擬定：當(dāng)?shù)叵滤惠^高且土體的滲透系數(shù)較大時(shí)應(yīng)進(jìn)行井點(diǎn)降水。排水措施在基坑開挖中的作用也較重要，設(shè)置得當(dāng)可有效的防止雨水浸透土層而造成土體強(qiáng)度降低。5.合理施工監(jiān)測(cè)計(jì)劃的擬定：施工監(jiān)測(cè)計(jì)劃是基坑開挖施工組織計(jì)劃的重要組成部分，從工程實(shí)踐來看，凡是在基坑施工過程中進(jìn)行了詳細(xì)監(jiān)測(cè)的工程，其失事率遠(yuǎn)小于未進(jìn)行監(jiān)測(cè)的基坑工程。3.1.降低地下水及基坑土方開挖6.合理應(yīng)急措施的擬定：為預(yù)防在基坑開挖過程中出現(xiàn)意外，應(yīng)事先對(duì)工程進(jìn)展情況預(yù)估，并制定可行的應(yīng)急措施，做到防患于未然。7.基坑土方開挖施工應(yīng)重視的幾個(gè)問題：（1）做好施工管理工作，在施工前制定好施工組織設(shè)計(jì)，并在施工期間根據(jù)工程進(jìn)展及時(shí)作必要調(diào)整；（2）對(duì)基坑開挖的環(huán)境效應(yīng)作出事先評(píng)估，開挖前對(duì)周圍環(huán)境做深入的了解并與相關(guān)單位協(xié)調(diào)好關(guān)系，確定施工期間的重點(diǎn)保護(hù)對(duì)象，制定周密的監(jiān)測(cè)計(jì)劃，實(shí)行信息化施工。（3）當(dāng)采用擠土和半擠土樁時(shí)應(yīng)重視其擠土效應(yīng)對(duì)環(huán)境的影響。（4）重視支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量，包括支護(hù)樁（墻）、擋水帷幕、支撐以及坑底加固處理等。3.1.降低地下水及基坑土方開挖（5）重視坑內(nèi)及地面的排水措施，以確保開挖后土體不受雨水沖刷，并減少雨水滲入；在開挖期間若發(fā)現(xiàn)基坑外圍土體出現(xiàn)裂縫，應(yīng)及時(shí)用水泥砂漿灌堵，以防雨水滲入，導(dǎo)