深基坑工程施工技术与施工工艺 - 图文

概论

主要内容： 1.概述

2.深基坑施工的基本原则 3.围护结构施工技术 4.地下水控制技术 5.土方开挖支护技术 6.深基坑信息化施工技术

◇基坑工程现状 · 近几十年来，随着国家经济建设的高速发展，高层建筑拔地而起，基础设施建设如火如荼，相关的深基坑工程也取得了长足发展，其基坑深度逐渐向10m～20m以上发展。深基坑工程凸现深、大、难、复杂等特点。 · 国家大剧院，地下室为三层，基坑深度达32.5m。 · 润扬长江公路大桥。北锚基坑深度最大达50m。 · 天津站枢纽工程基坑最大深度达到32.5m。

北京南站占地面积49.92万平方米，建筑面积42万平方米。主站房建筑面积31万平方米，建筑地上两层，地下三层。

宜山路车站深达30米的基坑开挖。

工程的整个基坑开挖东西长约2000米，南北最宽约1100米，最深处约29.5米，属国内罕见的超大体量深基坑，土方工程量巨大，土方量约600万立方。

润扬长江公路大桥。北锚基坑深度最大达50m。

深圳福田车站及其相关工程全长11.419公里。主体工程为“一站两隧”，即福田车站、益田路隧道和皇岗隧道。福田站为地下三层客运车站，站场由4个站台和8条铁路线组成，全长1023米。车站最大宽度达78.86米，最大埋深约32.5米，是目前国内最大的地下铁路客运车站，也是连结香港与广州两大经济中心的大型交通枢纽。

国家大剧院东西方向长度为212.20米，南北方向短轴长度为143.64米，建筑物高度为46.285米，基础埋深的最深部分达到-32.5米。 ◇基坑工程优点 1. 便便于设计

围护结构、支护体系受力比较明确，便于设计。 2.便于快速施工

施工场地比较开阔，工作面较多，可以组织大量人员、设备、材料、机具等进行快速施工。

3.便于施工控制

施工工序和工作面大部分可以直接观察和巡视，安全隐患便于发现，安全措施便于制定、落实，应急抢险救援场地条件较好，易于控制施工安全、质量、进度。 4.工程造价较低

与暗挖法、盾构法相比，人员、设备投入较少，施工效率相对较高，在拆迁量小的条件下，造价较低。

◇基坑工程缺点 1.对环境影响大

施工噪音、粉尘、污水、振动等对环境影响较大。同时，降水引起的地表沉降、周边建筑物沉降、地下水位下降等。

2.受气候、气象条件变化影响大

在寒冷地区或大风、大雾、雨、雪、冰冻天气，基坑施工影响较大。 3.施工扰民影响大

4.拆迁量大，管线改移难度大 5.易发生基坑整体失稳破坏

在不良地质和复杂环境中，一旦设计或施工不当，会发生基坑整体失稳破坏，可能造成重大的事故。

◇基坑破坏形式

新加坡地铁基坑倒塌

2009年6月27日，上海市闵行区莲花南路罗阳路口，一在建13层楼盘工地发生楼体倒覆事故，造成一名工人死亡。

（a）墙体折断破坏；（b）整体失稳破坏；（c）基坑隆起破坏；（d）立柱倾倒 （e）踢脚失稳破坏；（f）管涌破坏；（g）支撑体系失稳破坏 我们的工作在一些地方有待于加强： 1.勘查工作要全面； 2.勘探深度要深一些；

3.对周边环境要考虑清楚，设计工作要审慎，工程造价要合理； 4.施工工作要严格。 深基坑施工的基本原则

◇围护结构选择原则

·地层含水量较大和变形要求严格的情况下，可采用连续墙、钻孔桩、SMW桩等支护形式。

·基本无水的情况下，可采用放坡开挖、土钉支护、喷锚支护、挖孔桩、挡土墙等形式。

·开挖深度不大且有水的情况下可考虑采用钢板桩、搅拌桩、旋喷桩等支护形式。

·宽大和形状不规则基坑，应优先考虑采用桩（墙）+锚索（杆）支撑体系，尽量不设中间柱，同时第一道横撑应优先考虑采用混凝土支撑。 ·横撑支点部位应增加八字形斜撑，增加约束。 ◇地下水控制原则

·必须做好深基坑施工过程中的地下水控制。

·应针对地质条件、地下水特性、工程特点、周边环境要求等综合选择降水

方法。

·应采用堵排结合的原则进行地下水处理，既满足工程需要，又有减小施工对环境的影响。

◇土方开挖原则

·采用分层、分区、分段、分块、对称开挖，化大为小。

·快挖快支、先撑后挖、尽量缩短开挖和支护之间的时间间隔。 ·开挖面快速封闭。 ◇合理选择支撑体系

·宽度小的基坑可选择水平横撑。

·宽度大的基坑可应优先考虑采用桩（墙）+锚索（杆）支撑体系，尽量不设中间柱，如采用中间柱、纵梁和水平横撑，一定要做好各个构件之间的连接，以提高水平横撑的稳定性。

·为了减小对邻近地下构筑物的影响，可考虑采用可拆除锚索。 ·各道水平横撑在支点部位应增加八字撑，以提高基坑的稳定性。 ◇快速封闭原则

·开挖暴露面的快速封闭。 ·开挖到底板标高后，应尽早开始底板混凝土施工，尽量缩短底板土体暴露时间，快速封闭，减少坑底回填，防止底板隆起和管涌。

·为了减小对邻近地下构筑物的影响，可考虑采用可拆除锚索。 ·各道水平横撑在支点部位应增加八字撑，以提高基坑的稳定性。 ◇信息化施工原则

·全面对地层、支护结构、建筑物和地下管线等的受力、变形监测及地下水位等变化实行跟踪观测。

·加强深基坑开挖面、坑边地面、周边环境的安全巡视。 ·及时采集监测数据、及时分析、及时反馈指导施工。

·重要建筑物、构筑物及基坑的重要构件，应进行实时监测。

围护结构施工技术

◇基坑支护体系构成

·基坑支护体系构成：围护结构+支撑系统。 ·围护结构也就是挡墙，主要承受基坑开挖卸荷所产生的土压力和水压力并将此压力传递给支撑，是稳定基坑的一种施工临时挡墙结构。

·支撑系统是承受挡墙所传递的土压力、水压力的结构体系。支撑系统可分为：外支撑和内支撑。

外支撑多采用基坑外拉锚，用于地质条件较好有足够锚固力的地层中。 内支撑多用于软弱地层的深基坑工程中。 ◇人工挖孔桩

挖孔桩是通过人工向下垂直开挖形成一定直径的桩孔，并在桩孔中吊装钢筋笼（如果为素装，则不放置钢筋笼），最后浇注混凝土的施工方法，它有多个桩组成桩强而起承载作用。

适用条件无地下水或地下水较少的粘土、粉质粘土，含少量的砂、砂卵石、砂石的黏土层和全、强风化地层，特别适合于黄土层使用，深度一般控制在20m左右。桩径不小于1.2m。

建筑物、构筑物拥挤、作业场地狭小，而且大型施工机械无法到达和无法施工的场地。

不适用于地下水位较高和水压力较大，可能发生流沙、涌水量的冲击地带及近代沉积的含水量丰富淤泥、淤泥质土层。 ◇人工挖孔桩施工工艺流程

◇人工挖孔桩施工要点

1.保证成孔的安全，在每开挖一米深时，要及时浇注砼护壁。

2.均匀环状开挖，每次进尺以100mm为宜，以防局部开挖过多造成塌壁。 3.在每节护壁与下一节护壁之间要埋设连接钢筋（间距20cm），为了保证挖孔的可操作性，挖孔、护壁节与节之间采用锯齿形（锯齿形也能增加桩的摩擦力）。每一节开挖和护壁施工不能超过12个小时。

4.每一节施工时，护壁砼要达到一定强度时方可进行下一节开挖。

5.成孔过程中，如孔深已达到设计要求但孔底承载力不能达到设计要求时，应继续开挖直至满足要求。

6.加强成孔过程中的降水、排水，确保开挖在干燥无水条件下进行。 7.挖孔过程中，应随时用线坠吊放中心线，发现偏差过大立即纠偏。

8.挖孔过程中，应经常检查桩孔尺寸和平面位置，一般情况下，群桩桩位误差≯100mm，排架桩桩位误差≯50mm，直桩倾斜度不超过1%；斜桩倾度不超过±2.5%。

9.浇筑混凝土前，要放孔口漏斗，当浇筑扩底混凝土时，第一次应灌到扩底部位的顶面，随即振捣密实，特别是浇筑桩顶以下5m范围内混凝土时，应随浇随振捣，每次浇捣高度不得大于1.5m。

10.挖孔桩在施工过程中，防止如漏电、流砂、坍方、孔下缺氧、中毒等事故的发生。

11.如挖孔桩孔内岩石需要爆破时，应采取浅眼爆破法，严格控制循环进尺和炸药用量，并选用合适的起爆方式。

12.孔内施工照明可采用安全矿灯，既保证照明光线，又促使作业人员佩戴好了安全帽。

13.当孔深超过10m时，孔上孔下作业人员通过喊话联系十分困难且不清晰，易产生配合失误导致事故的发生。可在孔上孔下安装电铃，使用预先约定的信号，有条件的，最好采用对讲机等简单的对讲系统，便于及时联系和沟通，避免发生误动作。

◇干法钻孔灌注桩

干法钻孔灌注桩是用螺旋钻机或旋挖钻机钻孔，钻至设计深度后进行孔底清理，吊装钢筋笼（如果为素装，则不放置钢筋笼），灌注混凝土成柱。其特点是成孔不用泥浆或套管护壁，施工无噪声、无振动，对环境无泥浆污染：机具设备简单，装卸移动快速，施工准备工作少工效高，成本较低等。

适用条件地下水位以上的粘性土、砂土、人工填土等软土地层。

施工工艺流程

◇干法钻孔灌注桩施工要点

1..应根据地层情况，合理选择钻进速度和扭矩；当通过不稳定地层时，应采用低钻速钻进，并可投入适量的粘土球，以稳定地层。

2.在软硬不均或含水量较大的软土地层中钻进时，应控制钻杆晃动和偏斜，防止扩孔，影响成桩质量。

3.钢筋笼骨架应一次绑好，并绑好砂浆垫块，下放到设计位置后，应立即固定。保护层应符合要求。钢筋笼过长时，可分多段吊放，接头应采用搭接焊方式连接牢固。

4.成孔内放入钢筋笼后，要尽快开始浇筑混凝土，在浇筑过程中，应有不使钢筋笼上浮和防止泥浆污染的措施。 ◇泥浆护壁钻孔灌注桩

泥浆护壁钻孔灌注桩主要原理是利用泥浆循环，保证孔壁稳定和携带渣土，冷却、润滑钻具，成孔后，使用水下混泥土浇筑的方法将泥浆置换出来。根据泥浆循环及出渣方式的不同，可分为正循环和反循环钻进。泥浆护臂钻孔灌注桩施工通常也称为湿法钻孔灌注桩施工。

·喷射井点施工要点

下井管时水泵应先开始运转，以便每下好一根井管，立即与总管接通（不接回水管）后及时进行单根试抽排泥，并测定真空度，待井管出水变清后为止，地面测定真空度不宜小于93.3kPa。

使用时开泵压力要小些（小于0.3MPa），以后再逐渐正常。抽水时如发现井管周围有泛砂冒水现象，应立即关闭井点管进行检修。

各套进水总阀应用阀门隔开，各套回水管也应分开。为防止产生工作水反灌，在滤管下端应设逆止球阀。

·管井井点施工流程

成孔→下井管→砾料围填→孔口封闭→洗井→抽水等。 ·施工要点

管井埋设可采用泥浆护壁冲击钻成孔或泥浆护壁钻孔方法成孔。 钻孔底部应比滤水井管深200mm以上。 井管下沉前应进行清洗滤井，冲除沉渣。

滤水井管应置于孔中心，下端用圆木堵塞管口，井管与孔壁之间用3~l5mm砾石填充作过滤层，地面下0.5m内用粘土填充夯实。

常用过滤器类型

1-井口封闭板；2-围填中的砾料；3-井壁管；4-扶正器；5-过滤器；6-钻杆；7-胶皮活塞；8-喷水头 ·深井井点

在深基坑的周围埋置深于基底的井管，通过设置在井管内的潜水电泵将地下水抽出，使地下水位低于坑底。 ·适用条件

适于渗透系数较大（10~250m/d），土质为砂类土，地下水丰富，降水深面积大，时间长的情况，降水深可达50m以内，对于有流砂的地区和重复挖填土方地区便用，效果尤佳。 ·组成

深井、井管和潜水泵等组成。 ·深井井点施工流程 井点测量定位→挖井口、安护筒→钻孔就位→钻孔→回填井底砂垫层→吊放井管→回填井管与孔壁间的砂砾过滤层→洗井→井管内下设水泵、安装抽水控制电路→试抽水→降水井正常工作→降水完毕拔井管→封井。 ·施工要点

深井井管沉放前应清孔，一般用压缩空气洗井或用吊筒反复上下取出泥渣洗井，或用压缩空气（压力为0.8MPa、排气量为12m3/min）与潜水泵联合洗井。

井管安放应力求垂直并位于井孔中间；管顶部比自然地面高500mm左右。 ·深井井点施工要点

井管过滤部分应放置在含水层适当的范围内。 井管下入后，及时在井管与土壁间填充砂砾滤料。粒径应大于滤网的孔径，一般为3~8mm的细砾石。填滤料要一次连续完成，从底填到井口下lm左右，上部采用不含砂石的粘土封口。

一般采用压缩空气洗井法。

·降水 运行管理要点

1.基坑周围井点应对称、同时抽水，使水位差控制在要求限度内。

2.靠近建筑物的深井，应使建筑物下的水位与附近水位之差保持不大于1m，以免造成建筑物的不均匀沉降而出现裂缝。

3.井点供电系统应采用双线路，防止中途停电或发生其他故障，影响排水。必要时设置能满足施工要求的备用发电机组，以防止突然停电，造成水淹基坑。 4.抽排水中含沙量的检测，远期含沙量要满足要求。 5.动态信息化降水运行。 ◇ 地表沉降 沉降机理

沉降计算

◇深层搅拌桩 1.水泥搅拌桩。是利用水泥干粉或水泥浆作为固化剂的主剂，并加入一定量的外加剂，通过深层搅拌机械上带有叶片的搅拌头在地基深部就地将软土和固化剂强制拌和，使软土硬化固结而提高地基强度。

2.搅拌机一般分喷浆和喷粉两种，喷浆一般称为搅拌桩湿法施工，喷粉一般称为搅拌桩干法施工，而喷浆又分为中心管喷浆方式和叶片喷浆方式。喷粉特别适用于含水量达到80%以上的软粘土，可提高桩体强度2～3MPa，尤其是提高早期强度。深层搅拌机械一般分为单轴、双轴和三轴。 ◇深层搅拌桩施工工艺流程

◇深层搅拌桩施工要点

1.搅拌桩正式施工前应通过现场工艺性试验，一般获得该场地的成桩经验及各种操作技术参数，试验桩不得少于2根，当桩周为成层土时，应对相对软弱土层增加搅拌次数和增加水泥掺量。水泥土的28天无侧限抗压强度不宜小于1.0Mpa。

2.搅拌桩垂直度偏差不得大于1%，桩位偏差不得大于50mm，桩径偏差不得大于4%。

3.使用水泥一般为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥，标号不应低于32.5MPa，根据拌合土强度要求，水泥土中水泥掺量不宜小于15%，一般为150～200kg/m3，水灰比一般为0.45～0.5，拌合时，所使用的水泥都应过筛，制备好的浆液不得离析，应连续泵送，如有异常情况，停止时间不应大于2小时，如超过2小时，应进行补桩。

4.一般预搅下沉的速度应控制在1.0m/min，重复搅拌升降应控制在0.5～0.8m/min，喷浆速度一般为0.6～1.6m3/min，喷浆压力不应小于0.4MPa。 5.当水泥浆液达到出浆口时，应喷浆搅拌30s，在水泥浆与桩端土充分搅拌

后，再开始提升搅拌头。

地下水控制技术

◇降水的作用

·干燥作业环境 ·增强边坡稳定 ·增加基坑底稳定性 ·提高土体物理力学性能 ·增加地基抗剪强度

◇降水作用

◇降水影响 ·地表沉降

施工降水引起的潜水位或微承压水头的下降，减少了水的浮托力，增加了土的有效压力，使土体产生附加沉降变形； ·地表塌陷

产生的动水压力可能使粉砂层产生流砂、潜蚀现象，使粉土产生“流泥”现象，从而引起局部地层被掏空，造成基坑周围建筑物下沉，周围地面产生塌陷。 ·破坏管线

当不均匀沉降超过地下管线及其市政设施承受变形的能力时，还将发生管线错位、开裂等现象，造成供水、供气的漏失和中断，以及下水管道的堵塞等环境问题。 ◇降水方法 ·管井井点

管井井点由滤水井管、吸水管和抽水机械等组成。管井井点设备较为简单，排水量大，降水较深，较轻型井具有更大的降水效果，可代替多组轻型井点作用，水泵设在地面，易于维护。

·适用条件

适于渗透系数较大，地下水丰富的土层、砂层（粗砂~卵石地层），降水深度较大（一般8~20m的潜水或承压水地区）。但管井属于重力排水范畴，降水高度受到一定限制，要求渗透系数较大（20~200m/d）。

·不同颗粒的土采用的降水方法

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