基坑工程講座王渭明

基坑工程講座王渭明教授、博士、博士生導(dǎo)師山東科技大學(xué)巖土工程研究所基坑工程是地下建筑施工中內(nèi)容豐富而易于變化的領(lǐng)域。工程界已越來越認(rèn)識到基坑工程是一個風(fēng)險性工程，也是一門綜合性很強的新型學(xué)科，它涉及工程地質(zhì)、土力學(xué)、根底工程、構(gòu)造力學(xué)、原位測試技術(shù)、施工技術(shù)、土與構(gòu)造共同作用以及環(huán)境巖土工程等多門學(xué)科，是實際上尚待開展的綜合技術(shù)學(xué)科。主要內(nèi)容深基坑工程特點和開展概略深基坑工程主要支護方式及運用范圍深基坑工程設(shè)計本卷須知深基坑工程的事故分析深基坑工程平安施工的保證措施工程實例引見一、深基坑工程特點和開展概略1.1基坑工程的特點基坑圍護體系是暫時構(gòu)造，平安貯藏小，具有較大的風(fēng)險性基坑工程具有很強的區(qū)域性土壓力特點〔與支護方式和位移有關(guān)〕基坑工程是系統(tǒng)工程基坑工程具有較強的時空效應(yīng)基坑工程的環(huán)境效應(yīng)突出

1.2基坑工程開展概略20世紀(jì)80年代前，基坑普通不超越4m，采用放坡開挖。80年代，隨高層建筑開發(fā)，普通開挖深度8m。90年代以后，隨大型市政地下設(shè)備、地下商場、地鐵車站興建，基坑深度大于10m。引見幾個國內(nèi)重點城市的深基坑概略北京國家大劇院工程基坑深度達(dá)34m。上海地鐵4號線事故修復(fù)基坑達(dá)40m深杭州近幾年隨杭州地鐵等艱苦工程的興建，很多基坑深度達(dá)20m。注：此表為1999年李大勇參與的杭州建委基金工程發(fā)表在<建筑技術(shù)>2000年第2期山東主要集中在濟南、青島、煙臺和威海等。支護方式：以土釘墻和樁錨式為主。二、深基坑工程主要支護方式及運用范圍常用的基坑圍護構(gòu)外型式：放坡開挖及簡易圍護構(gòu)造懸臂式圍護構(gòu)造重力式圍護構(gòu)造內(nèi)撐式圍護構(gòu)造拉錨式圍護構(gòu)造土釘墻圍護構(gòu)造其它型式圍護構(gòu)造注：此表為1999年李大勇參與的杭州建委基金工程，發(fā)表在<建筑技術(shù)>雜志2000年第2期。懸臂式圍護構(gòu)造懸臂式圍護構(gòu)造——將鋼筋混凝土排樁墻、鋼板樁、地下延續(xù)墻等圍護構(gòu)造埋入基坑底面以下足夠深度，基坑內(nèi)不設(shè)內(nèi)支撐或錨桿，靠圍護構(gòu)造足夠的埋深及抗彎才干來維持整體穩(wěn)定及構(gòu)造本身平安。適于在土質(zhì)較好，開挖深度不大的基坑工程中運用。重力式圍護構(gòu)造重力式圍護構(gòu)造——采用深層攪拌法、旋噴法等構(gòu)成水泥土樁墻，水泥土樁與其包圍的天然土構(gòu)成重力式擋墻，以支擋周圍土體，維護基坑邊坡穩(wěn)定。因水泥土樁抗拉強度低，受荷載后變形較大，所以適于在較淺的基坑工程中運用。內(nèi)撐式圍護構(gòu)造內(nèi)撐式圍護構(gòu)造——由圍護構(gòu)造體系及內(nèi)撐體系組成，圍護構(gòu)造體系普通為鋼筋混凝土排樁或地下延續(xù)墻，內(nèi)撐體系采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土桿件、鋼管或型鋼等。因內(nèi)撐體系剛度好，變形小，可用于各類土層的基坑工程中。拉錨式圍護構(gòu)造拉錨式圍護構(gòu)造——由圍護構(gòu)造體系及錨固體系組成，圍護構(gòu)造體系為鋼筋混凝土排樁或地下延續(xù)墻，錨固體系可分為錨桿式和地面拉錨式兩種，錨桿式按基坑開挖深度不同，可設(shè)單層或多層錨桿，地面拉錨式那么需求足夠場地設(shè)置錨樁或其它錨固體。由于錨桿式圍護構(gòu)造需地基土具備足夠的摩阻力，除軟粘土地基外，在普通砂土、粘性土地基中均可采用。土釘墻圍護構(gòu)造土釘墻圍護構(gòu)造——它由被加固土、設(shè)置于原位土體中的土釘〔螺紋鋼筋、型鋼等〕及附著于坡面厚度約80～100mm的配筋放射混凝土面板組成，構(gòu)成類似重力式墻的擋土墻。其它方式圍護構(gòu)造SMW〔勁性水泥土攪拌樁擋墻〕圍護構(gòu)造凍結(jié)法基坑土釘墻－放射混凝土人工挖孔樁支護構(gòu)造鋼管支撐發(fā)掘機鋼管支撐發(fā)掘機鋼筋混凝土和鋼管支撐鋼筋混凝土和鋼管支撐鋼筋混凝土支撐上海地鐵主題公園車站基坑鋼筋混凝土支撐三、深基坑工程設(shè)計本卷須知基坑工程設(shè)計前預(yù)備任務(wù)應(yīng)細(xì)致周邊環(huán)境資料應(yīng)詳盡如臨近建筑物的根底方式、埋深；地下管線的埋設(shè)年代、走向、材質(zhì)和接口方式；人防設(shè)備；周邊道路等。工程地質(zhì)勘察和水文地質(zhì)勘察應(yīng)詳盡工程地質(zhì)勘察多采用原位實驗和室內(nèi)實驗相結(jié)合的方法巖土強度目確實定要準(zhǔn)確評價暗浜、溶洞、古井、地下妨礙物對基坑工程的影響水文地質(zhì)勘察地下水類型、埋藏條件、施工過程中地下水條件變化對基坑工程和相鄰建筑物的影響預(yù)估流土、流砂、管涌等能夠性基坑工程設(shè)計過程中的本卷須知留意區(qū)域性和當(dāng)?shù)厥┕l件留意工程類比法留意多方案比較，該當(dāng)注重風(fēng)險性評價不要過分依賴設(shè)計軟件留意從構(gòu)造強度控制到變形控制的轉(zhuǎn)變四、深基坑工程的事故分析近20年的深基坑工程實際闡明：深基坑的工程事故占20％～30％！深基坑的破壞方式支護體系破壞滲流破壞降水引起的周圍環(huán)境的影響土方開挖不當(dāng)〔包括爆破要素〕引起的破壞，坑內(nèi)土體失穩(wěn)施工監(jiān)測引起的問題基坑巖體破壞主要緣由分析設(shè)計失誤問題施工失誤問題信息化反響及貫徹問題預(yù)警機制問題搶險措施不及時或不當(dāng)部分事故實例青島黃島某基坑邊坡部分坍塌2006-7北京地鐵十號線基坑坍塌〔2005.12〕緣由：水管老化滲水dv.ouou/play/v_38d7f6392092b.html降雨引起滑坡南京地鐵二號線茶亭站基坑內(nèi)土體滑坡破壞2007-5-28五、深基坑工程平安施工的保證措施設(shè)計方面施工方面監(jiān)測方面監(jiān)理方面四個方面，一個體系完善專家論證體系六、工程實例引見南京珠江路地鐵車站SMW支護構(gòu)造基坑工程概略南京地鐵1號線珠江路站位于南京市中心地域,在珠江路以北、吉兆營路以南的中山路東側(cè),周圍有中山大廈、同仁大廈等重要建筑物及城市重要管線。車站構(gòu)造總長198.7m、主體凈寬19.6m,構(gòu)外型式為地下雙層三跨箱型框架構(gòu)造,基坑深度為17.5m(端頭井)和19.45m(部分),基坑圍護采用SMW樁加內(nèi)支撐的支護方法。發(fā)明了SMW工法在我國基坑工程運用中開挖深度最深的記錄！2002年10月施工終了?？偲矫鎴D基坑位置土層物理參數(shù)基坑設(shè)計與施工支護構(gòu)造SMW設(shè)計：SMW擋墻由相互搭接的水泥土攪拌樁插入H型鋼構(gòu)成,由于水泥土強度較低,變形模量較小,且其外表涂有減摩劑,因此在水泥土與型鋼組合構(gòu)造體中水泥土的強度很難發(fā)揚。根據(jù)本工程的詳細(xì)情況和施工的可行性,基坑圍護構(gòu)造采用直徑850mm攪拌樁,相互搭接250mm,水泥摻入量為20%,成樁后樁體水泥土28d齡期無側(cè)限抗壓強度達(dá)1.0MPa以上。型鋼采用235-A.F,截面為700×300×12×24,采取三插兩的方式布置。根據(jù)開挖深度,長型鋼長度采用26m、28m、29m三種,短型鋼長度采用21m、22m兩種,大大節(jié)約了用鋼量。H型鋼布置方式SMW施工流程支撐體系設(shè)計：本工程支撐采用直徑609mm鋼管撐,程度間距3m,轉(zhuǎn)角處設(shè)置角撐。開挖深度15.68m處設(shè)4道支撐,開挖深度17.5m、19.45m處設(shè)5道支撐。第一道盡量接近墻體的上端、最下面一道盡量接近基坑底面,這對減小墻體程度位移至關(guān)重要,中間各道撐的位置經(jīng)過計算優(yōu)化確定。經(jīng)分析計算,推算墻體的最大程度位移為3～4cm。相應(yīng)地表最大沉降約為墻體最大程度位移的70%,即2～3cm,能滿足環(huán)境維護的要求,保證周圍建筑物和管線的平安。水泥土攪拌樁施工攪拌樁采用日本產(chǎn)PAS-200VAR三軸攪拌機施工,由于本工程攪拌深度較大,施工中加強了對水泥用量和水灰比的控制,確保泵送壓力在1.5～2.5MPa間;根據(jù)地基土層的性質(zhì),控制鉆機下沉速度小于1m/min,提升速度小于2m/min,確保攪拌樁質(zhì)量滿足設(shè)計要求。三軸攪拌機H型鋼插入本工程型鋼為H型鋼,為施工完成后拔出型鋼,在插入前H型鋼外表均勻地涂敷一層減摩劑。由于本工程型鋼較長(連同基坑頂部外露部分)最長者達(dá)30.5m,為保證型鋼起吊過程中不變形,采用1臺50t吊車和1臺30t吊車配合任務(wù)。經(jīng)過在導(dǎo)墻上設(shè)置定位卡對型鋼進展定位,運用經(jīng)緯儀和線墜控制型鋼插入時的垂直度。插入型鋼施工終了基坑開挖基坑開挖過程中,經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計,選用從北向南、從西向東的方式,最后開挖深度較大的南端頭井。同時思索到開挖過程中的時空效應(yīng),采取分段開挖方式,每段開挖長度約20m,每段在每層開挖又采取分小段開挖方式,每小段5～6m,開挖后及時做支撐構(gòu)造,整段開挖完成后及時澆筑墊層和底板,控制基坑及周圍地面的變形,以有效維護周圍建筑物和管線的平安?；娱_挖發(fā)掘機H型鋼回收地下主體構(gòu)造完成后將型鋼拔出,經(jīng)整形保養(yǎng)可反復(fù)運用。型鋼的拔出采用公用夾具和千斤頂以鋼筋混凝土圈梁為基座進展起拔,用水灰比為1.0的水泥漿液填充H型鋼拔出后的空隙,減少對周圍建筑物的影響。回收〔