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建筑深基坑支护.doc

建筑深基坑支护

小宁
2012-03-14 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《建筑深基坑支护doc》,可适用于人文社科领域

建筑深基坑支护魏祚兴、导言改革开放前我国基本是多层建筑基础埋深不大技术简单可以用常规技术解决原则上由施工单位自行处理。改革开放后高层建筑大量涌现。由于高层建筑嵌固深度的需要基础深度加大(占总高的~)带来一系列的技术问题:()挡土设计困难(深度大)()场地狭窄()地下水控制()属临时设施造价有限()地质复杂难度增加(地质不均匀、地层千变万化、地下水影响)()业主对问题认识不足。致使改革开放初期建筑基坑事故接连不断造成一连串重大经济损失。针对这些问题国家出台了一系列相关政策:()制定相应的技术规范规程《建筑基坑支护技术规程》(JGJ)(冶金部制定了《建筑基坑工程技术规范》(YB))使设计有法可依()规定基坑支护设计必须由有资质的设计单位承担()强化监管建立施工组织设计方案的审批制度。注建设部年月日发布《建筑施工企业安全生产管理机构设置及专职安全生产管理人员配备办法》和《危险性较大工程安全专项施工方案编制及专家论证审查办法》其中危险性较大工程安全专项施工方案包括:)开挖深度超过m(含m)或地下室三层以上(含三层)或深度虽未超过m(含m)但地质条件和周围环境及地下管线极其复杂的工程。)地下暗挖工程:地下暗挖及遇有溶洞、暗河、瓦斯、岩爆、涌泥、断层等地质复杂的隧道工程。)高大模板工程:水平混凝土构件模板支撑系统高度超过m或跨度超过m施工总荷载大于kNm或集中荷载大于kN的模板支撑系统。)m及以上高空作业的工程。)大江、大河中深水作业的工程。)城市房屋拆除爆破和其他土石大爆破工程。二、设计原则:、按极限状态理论进行设计:()承载力极限状态:)支护结构达最大承载力或土体失稳)过大变形导致支护结构或基坑周边环境破坏。()正常使用极限状态:)过大变形妨碍施工)过大变形影响周边环境正常使用。、侧壁安全等级及重要性系数:()破坏后严重一级结构重要性系数γ=()破坏后果一般二级结构重要性系数γ=()破坏后果不严重三级结构重要性系数γ=。三、设计内容:、承载能力的计算:()土体稳定计算()支护结构压、弯、剪计算()锚杆(或内支撑)承载力及稳定计算、变形验算(仅一级基坑或有变形要求的二级基坑需要验算)、地下水控制估算和验算:()抗渗透稳定性验算()坑底突涌稳定性验算()地下水位控制计算实际上南宁的地质情况分为两层地下水一层为上层滞水一层为承压水。上层滞水为雨水及生活排水埋藏较浅水量不大。需要处理的是深层承压水埋藏在粘土隔水层以下泥(砂)岩以上的粉砂及圆砾层中水量丰富与邕江水源互补具有一定的压力破坏性较大。通常的做法是:)用旋喷或摆喷构筑止(阻)水帷幕深度直达泥岩隔水层)少量渗漏采用抽排方法解决)利用季节时间差将止水帷幕工程量减到最小甚至取消。四、支护结构的类型、放坡()特点:)施工简单易行)深度宜在m以内)占地面积大)造价低廉。()构造:)根据土层选择稳定坡度)坡顶、坡脚设置排水沟)必要时采用喷射混凝土护面并埋设排水管)基坑底部设置集水坑抽水。、排桩:()特点:)适用面广~级基坑均可使用)配合锚杆使用深度几乎不受限制)截水性能好)悬臂长度不宜大于m(软土))可用人工挖孔或机械钻孔)造价稍高。()构造:)桩体:直径不小于mm(人工挖孔不小于mm))冠梁:高度不小于mm)混凝土等级C以上)腰梁:可设多道)桩间采用C以上混凝土填充或挂网喷射混凝土并埋设排水管)预应力锚杆:a、垂直距离不小于m水平距离不小于mb、锚杆锚固体上覆土厚度不宜小于mc、锚杆倾角宜˚~˚不得大于˚d、锚杆锚固体宜采用水泥浆或水泥砂浆强度不宜低于Me、锚杆自由段长度不宜小于m并应超过潜在滑裂面mf、锚杆锚固体长度不宜小于mg、一级和缺乏经验的二级基坑侧壁必须按规定作锚杆试验h、锚杆种类:普通锚杆(土钉):由钢筋制成为被动式工作位移较大。a)临时简易型注入水泥浆或水泥砂浆压力~MPab)压力注浆压力~MPa可适当挤土形成扩大区增加锚固力c)机械扩孔增大锚固力。预应力锚杆:由钢绞线制成为主动式工作可严格控制位移腰梁及锚固体达℅强度且大于MPa时才能张拉。()结构计算:)嵌固深度计算a、悬臂桩(或连续墙):b、单支点桩(或连续墙):c、多层支点桩(或连续墙)采用圆弧滑动简单条分法:其中:、最危险滑动面上第i土条滑动面上土的固结不排水剪粘聚力、内摩擦角标准值li第i土条的弧长bi第i土条的宽度γk整体稳定分项系数取(第i土条弧线中点切线与水平线的夹角。)结构计算a、力学计算方法i)极限平衡法适用于悬臂桩或单支点桩的简单结构属静定问题可手工计算。ii)弹性支点法计算模型精度较高将桩看作一个竖向弹性地基梁将每个锚杆当作一个弹性支点同时将与土侧面的接触面看作是一系列连续的弹性支撑充分考虑了土的压缩弹性。这种力学模型比较符合实际但手工很难操作必须使用计算机求解国内商品化的软件有理正软件等可以直接生成施工图。b、效应设计值:按上述方法可求出截面的弯矩、剪力、支点计算值Mc、Vc和Td再加上结构重要性系数等安全条件便可求出相应的截面设计值:弯矩设计值:剪力设计值:支点设计值:根据求出的截面弯矩、剪力设计值可以最后确定截面的大小和配筋。)锚杆计算由于锚杆水平拉力设计值与支点设计值相等由此可以求出锚杆的水平拉力设计值并确定锚杆的规格和大小:其中:Td结构计算求出的锚杆水平拉力设计值Nu锚杆轴向受拉承载力设计值锚杆与水平面的倾角。、连续墙:()特点:)适用面广~级基坑均可使用)深度不受限度)截水性能好)刚度大承载能力强)造价高多为大型工程所采用(逐年增多))属永久性设施可成为主体结构的一部分)对相邻建筑物影响小)采用大型机械化连续作业。()构造)须先筑~mm深混凝土导墙)采用泥浆护壁)分段挖槽浇注每段长~m(由钢筋笼吊装能力确定))墙厚度~mm保护层厚度~mm)每段采用接头管封堵(也可采用其他如接头箱封堵))浇筑高度应高于墙顶~mm终凝后凿除)混凝土等级不低于C骨料粒径最大mm宜用中砂含砂量~水灰比不大于)一般需在混凝土中掺入早强减水剂减少水灰比增大流动性。()结构计算:与排桩相同也有商品化软件使用。、土钉喷射砼墙()特点:)一级基坑不宜采用)基坑深度不宜大于m(最大已达m))工期短)造价低)属临时设施)坡度不宜大于:()构造:)钻孔直径~mm)土钉宜采用HRB、HRB级钢筋直径∅~)土钉支架∅)注入水泥浆或水泥砂浆不低于M为了增强锚固力可进行二次挤压注浆:第一次用重力低压(~MPa)或高压(~MPa)注浆保持压力~分钟终凝后~小时内再次用高压(~MPa)进行二次注浆保持压力~分钟。)注浆用水泥浆或水泥砂浆水灰比~)土钉长度为开挖深度的~倍间距约~m)土钉与水平夹角宜~˚必要时须错开(保持锚固距离))喷射砼土面层宜配~~钢筋网砼等级不低于C,厚度不小于(通常取)喷射砼分次进行第一次在土钉施工前厚度~mm作为垫层使用第二次则是在土钉和钢筋挂网完成后喷完剩余厚度。)坡面上、下段钢筋网上、下搭接应大于mm)坡顶破脚及坡面均应设置排水沟或排水管。()锚杆与土钉的区别:)锚杆分为自由段和锚固段自由段全长受力相同而土钉全长锚固受力中段大两端小)锚杆可施加预应力可以主动约束土体土钉不能施加预应力只能在土体变形时被动工作不能主动约束土体。()结构计算)土钉抗拉承载力a)单根土钉受拉荷载标准值Tjk:其中:eajk第j个土钉位置处的基坑水平荷载标准值Sxj、Szj第j根土钉与相邻土钉的平均水平、垂直间距αj第j根土钉与水平面夹角ζ荷载折减系数:β土钉坡面与水平面夹角。b)单根土钉抗拉承载力设计值Tuj:i、二级及其以上基坑土钉抗拉承载力由试验确定ii、三级基坑土钉抗拉承载力由下式计算:其中:γs土钉抗拉抗力分项系数取dnj第j根锚固体直径qsik土钉穿越第i层土土体与锚固体极限摩阻力标准值由现场试验确定如无资料可按(JGJ)表确定li第j根土钉在直线破裂面外穿越第i稳定土体内长度破裂面与水平面的夹角为。c)单根土钉土钉抗拉承载力应符合下式要求:其中:γ结构重要性系数)土钉墙整体稳定验算可按(JGJ)式计算:其中:γ结构重要性系数n滑动体分条数m滑动体内土钉数γk整体滑动分项系数可取wi第i分条土重滑裂面位于粘土或粉土中时岸上覆土的饱和土重度计算滑裂面位于砂土或碎石类土中时按上覆土的浮重度计算bi第i分条宽度cik第i分条滑裂面处土体固结不排水剪粘聚力标准值φik第i分条滑裂面处土体固结不排水剪内摩擦角标准值θi第i分条滑裂面处中点切线与水平面夹角αj土钉与水平面夹角Li第i分条滑裂面处弧长S计算滑动体单元厚度Tnj第j根土钉在圆弧滑裂面外锚固体与土体的极限抗拉力其值为:lni第j根土钉在圆弧滑裂面外穿越第i层稳定土体内的长度。、逆作拱墙原理:使基坑支护形成水平方向拱圈抵抗土压力。()特点:)宜用于二、三级基坑)利用拱受力力原理挡土)从上向下施工(逆作))基坑开挖深度不宜大于m)淤泥及淤泥质土场地不宜采用)造价低于挡土桩。()构造:)拱墙轴线矢跨比不宜小于)钢筋混凝土拱混凝土等级不宜低于C)拱墙结构水平方向应通长双面配筋总配筋率不得小于)拱璧厚度:圆形拱不小于mm其他拱不小于mm)拱璧上下端宜加肋梁中部可以加数道肋梁肋梁竖向间距不宜大于m)拱墙需另行设置防水体系。、内支撑()特点:)对坑外影响小)坑壁水平位移小)采用型钢或钢筋混凝土结构作为支撑体系)可以对撑也可以斜撑)支撑体系对坑内作业有妨碍)造价低)属临时设施事后需拆除。()构造:)钢结构支撑a、优先采用正交、均匀布置的对撑或对撑桁架b、为减少腰梁跨度可在端部设置左右对撑的八字撑八字撑长度不宜大于m与腰梁夹角以°为宜c、沿腰梁长度方向的支撑点(包括八字撑)间距不宜大于m)钢筋混凝土结构支撑a、与钢结构要求相同b、对复杂平面基坑可采用边桁架体系c、边桁架矢高不宜大于m其两端应设置对撑和斜角撑加强d、应避免使支撑两端侧压力过于悬殊造成不对称变形。)支撑竖向布置要求a、基坑深度小于m时可设道竖向支撑~m时可设~道竖向支撑b、多道(层)支撑各层应上下对齐处于同一竖向平面各竖向平面间的水平距离不能小于m(机械挖土不小于m)c、支撑顶面不能太高以避免与地下室顶盖支模发生冲突d、第一层支撑低于墙顶圈梁时应另设腰梁e、最下一层支撑宜尽可能降低以改善支撑体系的受力性能。)竖向斜撑体系a、由腰梁、斜撑和斜撑基础组成b、斜撑一般采用型钢或组合型钢c、斜撑与水平夹角应与边坡稳定角度一致一般不宜大于°软土地区不宜大于°d、斜撑水平投影长度不得小于开挖面以下深度的倍e、斜撑长度超过m时应在中部加设立柱同时设置立柱顶部间系杆f、斜撑应沿腰梁长度方向均匀布置间距不宜大于m。、逆作法()特点:)地上、地下同时施工缩短工期)利用地下室梁板作为挡土墙水平内支撑)利用连续墙或桩墙合一结构挡土、防水、承重)节约临时支护投资(使用土模还能节约模板))需架设施工栈桥和行使塔吊)梁柱节点相对复杂)施工组织要求高。()具体做法:)须事先筑好地下连续墙或桩墙合一挡土结构)需事先设置框架柱或临时支撑柱)开挖至顶层地下室顶盖底标高时浇筑此层梁板)在此层基础上同时向上和向下施工)向下利用楼梯间孔洞继续挖土)开挖至下一层楼盖底部标高时浇筑下一层楼盖梁板)不断重复向下施工直至地下室底板。、其他方法()除了上述几种方法外还有水泥土墙、双排排桩等其他支护方法()以上方法可以混合使用。五、地下水控制地下水是深基坑设计中必须考虑的重要因素。基坑坍塌、隆起地面开裂基本上都是由水害引起。为了排除水对基坑的影响可采取以下三种方法处理:、抽排水()地表水坑四周设截水沟和排水沟防止流向基坑()基坑渗水坑内侧四周设排水沟和集水坑将坑内积水抽排。、止水帷幕阻隔水()阻隔基坑外侧上层渗水()阻隔地下承压水()止水帷幕做法:)旋喷由连续重叠的多个旋喷桩构成止水挡墙:a、单管法将高压水泥浆(MPa以上)通过mm直径横向喷嘴向土中喷射边喷射边˚旋转边提升在不断切削土体的同时进行不断搅拌以形成不透水柱状水泥土加固体。b、二重管法浆液、气体喷射法。将高压水泥浆和空气同时横向喷射使水泥浆在四周形成空气膜的条件下扩大加固范围。加固直径mm。c、三重管法水、气喷射浆液灌注搅拌混合法。用三层喷射管使高压水和空气同时横向喷射切割地基土体借空气上升力将破碎土从地表排出同时通过另一个喷嘴将水泥浆以较低的压力注入被切割搅拌的土体中。加固直径~mm。)摆喷工作原理与旋喷相同不同的地方是不是旋转˚而是用两侧喷嘴旋转~˚形成薄片式的帷幕。、人工井点降水采用人工井点降水方法将基坑附近地下水水位降低到坑底以下:()水量不大不阻水直接用井点降水。()止水帷幕阻截不完全成功时用井点降水。()井点降水的检测与控制。六、基坑位移控制、施工前周边建筑现状测量和处理()由具有资质的第三方、周边建筑业主、施工单位共同测量并作出记录避免事后纠纷。()地下管线的调查和保护。、施工基坑位移监控()施工单位自行测量监控()具有资质第三方的测量监控()信息化监控管理。、应急抢险方案()确定危险源及险情技术指标:a、坑顶过大水平位移:控制值~‰H(H为支护深度)b、坑底管涌透水c、坑底隆起d、坑壁崩塌e、地表开裂f、重物打击g、高处坠落h、触电g、机械伤害。()制定险情应急方案及措施:a、临时支撑b、压砂包c、坡顶卸载d、紧急降水e、临时遮盖坡面和裂缝防止雨水灌入和冲刷条件许可时用水泥浆或水泥砂浆灌缝。()抢险物资准备:a、临时支撑用木桩、型钢桩b、土包砂袋c、钢花管d、编织布e、水泵、发电机。七、深基坑事故实例深基坑由于土层和地下水的复杂性和不确定性没有一定的工程经验和理论功底很难确保工程的安全。加上基坑支护的临时性业主往往不愿意在支护工程上耗费资金造成深基坑事故频繁发生。引起深基坑事故的原因很多勘察、设计、施工、管理各个环节都可能造成事故的发生。、勘察()勘察失误南宁某地下连续墙工程由于勘察时未发现下卧层存在粉砂夹层导致地下水绕过连续墙透水。()勘察费用过低勘察成果作假由于不重视勘探的作用业主无限制压价勘察单位只好象征性作几个探孔其余根据经验作假导致地勘报告与实际严重不符。()根本不做勘察许多工程根本没有地勘报告或不做支护补充勘察盲目决策导致事故发生。、设计()不能正确对待勘察结果地勘报告提供的地下水位仅是勘察期间的水位并不代表最高地下水位。在实际地下水位超出设计水位时造成支护坍塌。()设计考虑不周由于场地条件限制造成少量锚杆无法实施又未及时处理造成支护桩破坏。()修改过于轻率北京银都中心原支护设计偏于保守但修改时又轻率地取消了锚杆随意将基坑深度加大加上雨水作用造成桩顶位移达m。、施工()护壁桩未按设计达到指定深度南宁某工程护壁桩未按设计达到指定深度造成锚固长度不足导致护壁桩过大变形。()施工挖坏污水管未及时补救南宁某工程挖坏污水管未及时补救处理雨季大量雨水渗入地下使土压力剧增造成坑壁倾斜。()止水帷幕施工方案不当南京人民商场止水帷幕施工前未做好调查有处地下障碍不清导致这处止水帷幕不能封闭造成严重涌水和流砂发生不均匀沉陷。、管理()协调不到位南宁某开发小区输电塔因故不能按时迁移小区又没有考虑土坡支护导致雨后土坡大面积崩塌危及建筑物安全。()不注意限制基坑边的堆载南京市进香河农贸市场大楼基坑由于不注意限制基坑边的堆载和车辆导致桩顶部荷载超出设计取值造成道路开裂建筑物位移。()相邻工程互相干扰上海浦东两个相邻商厦不按协调意见施工高速打入大量预制桩导致土体隆起管线位移并使早期打入的预制桩偏位。造成严重经济损失。、业主干预()取消支护南宁某工程原已做好基坑支护设计业主认为支护花钱太多企图侥幸过关结果雨后造成基坑崩塌。()随意中止施工南宁某工程业主认为基坑支护设计过于保守加上场地限制无法完全实施决定终止处理导致基坑局部崩塌。、综合因素()设计及施工失误济南某高层地面层地下层。基坑设计安全系数偏低又无降排水要求加上施工时无监控措施导致地面出现长达数十米宽达mm的裂缝。()设计施工管理不当福州某大厦工程桩和支护桩均采用捶击预制桩产生强烈挤土效应淤泥土受扰动后强度急剧降低加上基坑边堆积大量土方使土压超出设计控制值导致支护变形周边建筑下沉多次出现滑坡。()设计不安全、施工质量低劣管理不当某层住宅层地下室设置根直径mm钢筋混凝土灌注桩由于设计本身抗弯能力不足加上施工质量低劣和基坑边超载堆砖造成灌注桩倾倒折断成片土方滑移m。八、深基坑支护安全专项施工方案审查、深基坑支护施工方案专项审查依据()建设部年月日《关于印发《建筑施工企业安全生产管理机构设置及专职安全生产管理人员配备办法》和《危险性较大工程安全专项施工方案编制及专家论证审查办法》()审查范围)开挖深度超过m(含m)或地下室三层以上(含三层)或深度虽未超过m(含m)但地质条件和周围环境及地下管线极其复杂的工程。)地下暗挖工程:地下暗挖及遇有溶洞、暗河、瓦斯、岩爆、涌泥、断层等地质复杂的隧道工程。)高大模板工程:水平混凝土构件模板支撑系统高度超过m或跨度超过m施工总荷载大于kNm或集中荷载大于kN的模板支撑系统。)m及以上高空作业的工程。)大江、大河中深水作业的工程。)城市房屋拆除爆破和其他土石大爆破工程。、审查程序()合法的基坑支护设计图纸:由具有设计资质的设计单位完成。()坑支护设计经过施工图审查并取得合格证书。()由施工单位编写安全专项施工方案。()施工方案经监理单位总监确认签发。()举行人以上专家评审会对施工方案进行审查。()根据专家意见对原方案进行修改、补充和完善。()审查后的施工方案除施工单位留一份自用外其余四份分别报市建委质安科、安监站、业主及监理单位备案。、安全专项施工方案内容构成()方案审批表)方案编制人签名)项目经理签署意见)施工单位技术负责人签署意见)监理单位总监签署意见。()编制依据)相关政府部门批文)相关部门地下管线处理意见)国家及地方相关法规、规范如:a、《建筑施工安全检查标准》(JGJ)b、《施工现场临时用电安全技术规范》(JGJ)c、《建设工程施工现场供用电安全规范》(GB)d、《建筑机械安全技术规程》(JGJ)e、《建筑施工高处作业安全技术规范》(JGJ))企业质量、安全管理标准及手册。()场地描述:)周边建筑层数、结构类型、基础形式、与基坑距离(无论有无都必须论证))周边道路情况)地下管线情况(无论有无都必须论证)。()基坑地质情况介绍:)各土层类型及相应物理指标)地下水情况(无论有无都必须论证)。()施工组织管理机构及相关责任人。()施工技术方案:)开挖方案)运土方案)支护施工方案)降、排水方案)技术交底。()安全措施。)安全制度)各工序及对应危险源的安全措施)安全职责及安全员。()基坑变形监测:)监测点布置及报警控制指标的确定)施工单位自行监测)安排有资质的第三方单位进行全程监测尤其是施工前会同相关人员对周边建筑进行现状调查和记录(包括文字记录和拍照)。)报警:达到预设变形值时立即报警为启动应急预案提供依据。()应急抢险方案:)危险源分析:坍塌、管涌、地裂、建筑物倾斜、重物打击、高处坠落、机械伤害、触电等)各种可能出现险情的应急方案)各种应急方案的物资准备)专业抢险人员构成)应急抢险机构组成及联系电话(落实到人))应急预案的启动。()施工组织平面布置图:)周边建筑、道路及地下管线位置)变形控制监测点布置)截、抽、排水沟及集水井布置)降水管井及水泵布置)输电线及开关设备布置)土方运输坡道及人员安全通道)抢险物资堆放布置)围栏。PAGEunknowndwgunknowndwgdwgdwgunknowndwgdwgdwgdwgunknowndwgunknownunknownunknownunknownunknowndwgunknowndwgunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknowndwgdwgunknowndwgdwgdwgdwgdwgdwgunknown

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