防止基坑土方坍塌的安全技术措施.docx

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防止基坑土方坍塌的安全技术措施

防止基坑土方坍塌的安全技术措施

防止基坑土方坍塌

的技术措施

近年来，我市高层建筑愈来愈多。

大多数高层建筑的基础埋置深度较大，以满足抗震设计的要求，同时利用地下室，建造地下车库、商场、仓库和人防设施等，从而，建筑基坑的开挖和支护便成了一个突出的问题。

基坑支护不仅要保证基坑内能正常安全作业，而且要防止基底及坑外土体移动，保证基坑附近建筑物、道路、管线的正常运行。

近年来，基坑支护工程的技术水平得到了迅速提高，积累了比较丰富的经验，但也有不少教训。

当前迫切需要解决的问题是：

如何以比较低的经济代价，在比较短时间内实现安全的基坑开挖；加快支护技术的开发，为更深的多层地下室施工提供新的技术和安全保证。

现将基坑开挖，支护施工经验介绍安全监察站，供参考：

一、防止基坑土方坍塌的安全措施：

1、基坑开挖应视现场情况而定，当基坑深度在5M以内且现场条件、工程所处环境、地理条件、允许放坡的情况下，当采用人工开挖时需满足表1-1的放坡要求。

当采用机械开挖时需满足表1-2的放坡要求。

表1-1

土壤类别

沟边积土时

随挖随运时

砂土

1：

1.00

1：

0.75

粉土

1：

0.67

1：

0.50

粉质粘土

1：

0.50

1：

0.33

粘土

1：

0.33

1：

0.25

含砾土、卵石土

1：

0.67

1：

0.50

泥碳岩、白恶土

1：

0.33

1：

0.25

老黄土

1：

0.25

1：

0.10

表1-2

土壤类别

边坡坡度（高：

宽）

坡顶无荷载

坡顶有静载

坡顶有动载

中密的砂土

1:

1.00

1:

1.25

1:

1.50

硬塑的粉土

1:

0.67

1:

0.75

1:

1.00

硬塑的粉质粘土、粘土

1:

0.33

1:

0.50

1:

0.67

老黄土

1:

0.10

1:

0.25

1:

0.33

软土（经井点降水后）

1:

1.00

中密的碎石类土

（充砂土）

1:

0.75

1:

1.00

1:

1.25

中密的碎石类土

（填充物为粘性土）

1:

0.5

1:

0.67

1:

0.75

2、当基坑深度超过5M且现场条件、工程所处环境、地理条件放坡达不到安全要求时，可采用放坡与支护联合使用，如:

在坑底用砂袋堆砌护坡。

或采用档土板支护。

二、在基坑开挖过程中的降水措施：

1、施工过程中若地下水位较高，当开挖基坑或沟槽至地下水位以下时，由于土的含水层被切断，地下水将不断渗入坑内，雨季施工时，地面水也会流入坑内。

这样，不仅此使施工条件恶化，而且土被水浸泡后会导致地基承载能力的下降和边坡的坍塌。

为了保证质量和施工安全，做好施工排水工作，保持开挖土体的干燥是十分重要的。

2、施工过程防止或排除地面水（包括雨水、施工用水，生活污水等）一般采取在基坑，周围设置排水沟，截水沟或筑土堤等办法，尽量利用原排水系统使临时性排水设施与永久性排水设施相结合。

而降低基坑中的地下水常采取集水坑法和井点法。

3、集水坑降水法是一种常用的简易的降水方法，适用于较小，降水深不大的基坑槽开挖。

对软土或含有细砂、粉砂或淤泥层时，不宜采用这种方法，易产生流砂现象。

集水坑降水法是在基坑开挖过程中，沿坑底周围或中央挖有一定坡度的排水沟，坑底每隔20-40M设一个集水坑，集水坑宽度一般为0.6-0.8M，坑保持低于基坑底1-2M。

4、井点降水法降低基坑内地下水是在基坑开挖之前，在基坑四周埋设一定数量的滤水管井利用抽水设备抽水，使地下水位降落至基坑底以下，并在基坑开挖过程中仍不断抽水。

井点类型有：

轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点和深井井点。

各类井点的适用范围

井点类别

土层渗透系数

降低水位深度（M）

单层轻型井点

0.1-50

3-6

多层轻型井点

0.1-50

6-12（由井点层数定）

喷射井点

0.1-2

8-20

电渗井点

＜0.1

根据选用的井点确定

管井井点

20-200

3-5

深井井点

10-250

＞15

4．1轻型管路系统包括：

滤井、井点管、弯联管及总管等。

4．2基坑的宽度小于6M；降水深度不超过5M时，采用单排井点，并布置在地下水上游一侧两端延伸长度不小于基坑宽度，如基坑宽度大于6M或土质排水不良时，宜采用双排线状井点，基坑面积较大时采用环形井点，井点管距坑壁一般不小于1M以防局部漏气。

靠近河流处或总管四角部分应适当加密。

4．3井点管埋设深度HA（不包括滤管可按下式计算）

HA≥H1+h1+IL

H1—井点管埋设面至基坑底面的距离（M）

h1—基坑底面至降低后的地下水位距离，一般取0.5-1.0M.

I—水力坡度，单排井点取1/4，双排及环形井点取1/10。

L—井点管至基坑中的水平距离。

轻型井点降水深度一般不超过6M，如算出HA大于6M应降低总管的埋设标高以适应降水深度的要求。

4．4轻型井点涌水量按水井理论计算，当基坑长度与宽度之比大于5或基坑宽度大于2倍抽水影响半径时，现有公式不能直接使用要将基坑划分若干块，使符合计算条件。

水井根据井底是否达到不适水层及是否承受水压力分为四种类型：

a无压完整井

b无压非完整井

c承压完整井

d承压非完整井

井点系统总涌水量:

无压完整井:

Q=1.366（2H-S）S/（lgR-lgx0）

无压非完整井:

Q=1.366（2H0-S）S/（lgR-lgx0）

承压完整井:

Q=2.73KMS/（lgR-lgx0）

承压非完整井:

2.73H0S/（lgR-lgx0）

其中x0=F/πR=1.95SHK

H、M—含水层厚度，

F—环形井点所包围面积，

S—水位降低值，

R—抽水影响半径，

x0—假想半径，

K—渗透系数。

抽水影响深度H0

S＇/（S＇+L）

0.2

0.3

0.5

0.8

Ho

1.3（S＇+L）

1.5（S＇+L）

1.3（S＇+L）

1.85（S＇+L）

Ho〉H取Ho=H

单根井点最大出水量

q=65∏dL3K

d-滤管直径

L-滤管长度

K-渗透系数

井点管根数n=1.1Q/q1.1备用系数考虑井点管堵塞等因素

井点管间距

D=L/nL总管长度n井点管根数井距必须大于5∏d

4．5关于井点降水施工中应注意的问题

4.5.1当形成三个以上降水井点时，应进行抽水试验工作，以此获得真实的水文地质参数及单井涌水量。

4.5.2抽水试验过程应进行含砂量观测，若井水含砂量较大，应调整井点反滤层结构并对以后施工井点进行包网处理，

4.5.3井点使用时，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。

4.5.4降水运行期间做好水位观测工作，以便随时获得水位降低信息。

4.5.5做好进场维护工作，这是保证边坡稳定及周边建筑物安全的前提。

4.5.6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。

为此，要加强水位观测，当水位差过大时，应立即采取措施补救。

4.5.7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。

4．6哈尔滨市道里、道外沿江地区地下水位较高一般考虑井点降水。

南岗地区地下水位较底注意作好地表水的维护工作（马家沟河两岸局部地区应考虑降水）。

三、防止基坑坍塌和毗临建筑物地基稳定支护措施：

1、深基坑支护结构包括挡墙支护和支撑（土锚）支护两部分。

常用支护结构按计算体系不同有两种形式即重力式和非重力式：

①重力式包括：

深层搅拌水泥土桩挡墙、旋喷桩帷幕。

②非重力式包括：

钢板桩、钢筋混凝土板桩、钻孔灌注桩挡墙、H型钢支柱木档板支护墙和地下连续墙。

3、土压力的计算方法：

基坑支护问题中第一步首先要确定土压力的性质大小方向和作用点.对于土压力计算现多采用古典的朗肯理论即。

主动土压力计算公式：

бa=rZKa（无粘性土）

бa=rZKa-2cKa（粘性土）

Ka-主动土压力系数：

tan2（45°-φ/2）

R—墙后填土的重度KN/m3地下水位以下用有效重度

C—填土粘聚力Kpa

φ—填土的内磨擦角（度）

Z-所计算点离填土面的深度m

被动土压力计算公式：

бp=rzKp（无粘性土）

бp=rZKp+2cKp（粘性土）

Kp—被动土压力系数：

tan2=（45°+φ/2）

如基坑边有均布荷载将均布荷载换算成当量重h=q/r,如有地下水侧压力为水压力与土压力的总和水压力rwh,

3、非重力式支护结构包括：

钢板桩：

其优点钢板桩在软土地基地区钢板桩打设方便，有一定挡水能力，施工迅速，且打设后可立即开挖，其缺点钢板桩柔性较大，打设噪音对相邻土体扰动力较大、钢筋混凝土板桩：

其优点钢筋混凝土板桩施工方便，截面企口有一定挡水作用，其缺点打设时存在对地基的振动且噪音较大、钻孔灌注桩挡墙其优点刚度较大，抗弯能力强，其缺点为以后地下工程施工造成障碍，且桩间隙间挡水效果较差、H型钢支柱或钢筋混凝土桩支柱木挡板支护墙其优点为用后可拔出重复使用使用较为经济，但一次投资较大、地下连续墙其优点为刚度大，抗弯能力强，挡水效果好。

哈尔滨市深基坑支护最常用的是桩锚支护体系，即用灌注桩作为挡土桩，桩间距一般按经验选取后进行配筋及验算。

用土层锚杆提供水平拉力，其计算体系采用等值梁法。

3.1.1板桩前Kp=KKp=Ktg（45°+φ/2）

板桩后Kp＇=K＇Kp=K＇tg（45°+φ/2）

被动土压力修正系数：

土的内摩擦角

40°

35°

30°

25°

20°

15°

10°

K

2.3

2.0

1.8

1.7

1.6

1.4

1.2

K＇

0.35

0.40

0.47

0.55

0.64

0.75

1.00

3.1.2计算桩墙上土压力强度等于零的点离挖土面的距离y,在y处桩前的被动土压力等于桩后的主动土压力

rKpy=rka（H+y）

则y=Pb/r（Kp-Ka）

3.1.3计算最小入土深度

t0=y+x

x=6p0/r（Kp-Ka）

x通过对D点取矩求得实际埋深应位于X之下t=k2t0

pa

B

C

3.1.4用等值梁法求MmaxPa、Po

3.1.5用Mmax对桩进行配筋

3.1.6将Pa加大35%-40%作为锚杆设计拉力

4、重力式支护结构主要是深层搅拌水泥土桩挡墙和旋喷桩帷幕墙，其中，深层搅拌水泥桩挡墙挡水效果好，刚度，抗弯能力较小，适用于不是很深的基坑。

而旋喷桩帷幕墙作用与深层搅拌水泥土桩挡墙类似，但工艺有所不同。

可按重力式挡土墙的设计方法进行计算。

4.1滑动稳定性验算

Kb=（Wu+Ep）/EA≥1.3

Kb—抗滑动稳定安全系数；

W—墙体自重（KN/M）；

重力式支护结构计划计算简图

u—基底墙体与土的摩擦系数；

Ep—被动土压力合力（KN/M）；

EA—主动土压力钢板桩（KN/M）。

4.2倾覆稳定性验算：

Kp=（Wb+Ephp）/EahA

Kp—抗倾覆稳定性安全系数；

B、hp、hA—分别为W、Ep、Ea对墙趾A点的力臂（M）；

其它符号同前。

4.3墙身应力验算

σ=W/2b≤qu/2Kq

τ=（EA-W1u）/2b＜（tgφ+c）/K

式中σ、τ—所验算截面处的法向应力、剪应力（N/MM2）；

W1—验算截面以上部分的墙重（N）；

qu、φ、c—水泥土的抗压强度（N/MM2）、内摩擦角（°）、内