深基坑工程方案设计及案例分析.doc
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深基坑工程方案设计及案例分析
主要内容
一、概述
二、深基坑工程的技术要求及技术难点
三、深基坑工程方案设计
四、深基坑工程设计文件及审查
五、深基坑工程失效模式及案例
六、火电厂深基坑工程案例分析
七、深基坑工程领域的进展
——深基坑施工技术（逆作法、冻结法和型钢搅拌桩墙）
正文：
一、概述
1深基坑工程定义：
建质[2009]87号文：
开挖深度超过5m（含5m）的基坑（槽），及开挖深度虽未超过5m，但地质条件、周围环境和地下管线复杂，或影响毗邻建筑（构筑）物安全的基坑（槽）的土方开挖、支护、降水工程。
高大钊：
深基坑工程是指包括基坑开挖、降水和支护结构设计、施工与监测在内的总称。
l支护结构由包括具有挡土、止水功能的围护结构和维持围护结构平衡的支、锚体系两部分组成；
l围护结构的类型
按功能划分：
临时性结构和兼有永久性结构功能（两墙合一）
按刚度划分：
刚性结构和柔性结构
按保持稳定方式划分：
自立式围护结构（重力式和悬臂式）和支锚式围护结构
按施工工艺与材料划分：
水泥土搅拌桩、钢板桩、钻孔灌注桩、地下连续墙、钢筋混凝土板桩。
l支、锚体系是指内支撑体系或锚杆体系，内支撑体系由支撑、围檩和立柱等构件组成，锚杆体系则由锚杆、腰粱和台座等组成。
百度百科：
为保证基坑施工、主体地下结构的安全和周围环境不受损害而采取的支护结构、降水和土方开挖与回填,包括勘察、设计、施工和监测等,称为基坑工程，是一项综合性很强的系统工程。
深基坑工程涉及结构工程、岩土工程和环境工程等众多学科领域，综合性高，影响因素多，设计计算理论还不成熟，在一定程度上还依赖于工程实践经验。
因此，注重对已有工程成功经验的积累，总结失败教训，对减少基坑工程事故、减轻或消除基坑开挖对周围环境的不良影响非常重要。
2相关规范及资料
《危险性较大的分部分项工程安全管理办法》（建质[2009]87号文）
——仅适用于房屋建筑和市政基础设施工程
《河南省建筑边坡与深基坑工程管理规定（试行）》（豫建〔2010〕25号）2010.3
——适用于河南省行政区域内边坡与基坑工程
《河南省建筑边坡与深基坑工程设计方案评审办法》2010.4
——适用于河南省建筑边坡与深基坑工程
《深基坑工程》（电子版课件）——高大钊2011.9
《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）
《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）
《建筑基坑工程安全技术规程》（JGJ167-2009）
《建筑与市政降水工程技术规范》（JGJ111-98）
《岩土锚杆（索）技术规程》（CECS22：
2005）
《钢筋混凝土设计规范》（GB50010－2010）
《基坑工程手册》（第三版）
《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202-2002）
《建筑基坑工程监测技术规范》（GB50497-2009）
3深基坑工程在我国的发展
在我国，深基坑工程是最近20多年中迅速发展起来的一个领域。
之前的几十年中，由于建筑物的高度不高，基础的埋置深度很浅，很少用地下室，基坑的开挖一般仅作为施工单位的施工措施，最多用钢板桩解决问题，没有专门的设计，也并没有引起工程界太多的关注。
20多年来，由于高层建筑、地下空间的发展，深基坑工程的规模之大、深度之深，成为岩土工程中事故最为频繁的领域，给岩土工程界提出了许多技术难题，也是岩土工程中发展最为活跃的领域之一，成为岩土工程的技术热点和难点。
近些年，随着深基坑工程的迅速发展，相继出台了基坑工程方面的行业、地方规程规范，相关部门也制定了规定、管理办法等。
2009年住建部修定《危险性较大的分部分项工程安全管理办法》（建质〔2009〕87号）后，各省、市相继制定或修定了各自的深基坑工程的管理规定及设计方案的评审办法，促使了深基坑工程的方案设计、施工、监测及安全措施进一步规范化，为深基坑工程健康发展提供了制度的保证。
二、深基坑工程的技术要求及技术难点
1、深基坑工程的功能要求
la.挡土功能
——为地下室施工创造安全的施工面
lb.止水功能
——为地下室施工创造干燥的施工面
lc.作为地下结构外墙的使用功能
——地下室施工结束后成为地下室的结构外墙
2、环境保护与处理相邻关系的要求
la.控制围护结构位移和坑底隆起对环境的影响
——通过减小变形保护相邻建筑物
lb.控制降低地下水位对环境的影响
——减少坑外地下水位的变化
lc.控制土锚对相邻场地的影响
——保护相邻场地的地下资源的使用权
3、总体要求
基坑工程设计既要保证基坑稳定、正常施工，又要保证周围环境的安全。
4、技术难点
la.土力学的强度、变形、渗透三大课题全部都出现；
lb.施工因素的影响既巨大而又具有非常的不确定性；
lc.各种破坏模式相互交叉，互为因果，设计计算模式的不清晰性；
三、深基坑工程方案设计
1、深基坑工程设计阶段
深基坑工程设计一般分为总体方案设计和施工图设计两个阶段，总体方案设计的任务是根据主体工程的性质和对地下室的使用要求、场地工程地质和水文地质条件、相邻环境对基坑施工的制约程度等因素，选择合适的围护结构与支撑体系、协调基坑工程与主体工程的关系、控制环境质量，为施工图设计和基坑施工组织计划提供控制性方案。
2、深基坑工程方案设计内容
l1） 确定开挖方案，包括地下水的处理方案；
l2） 选择围护结构的类型；
l3） 选用土层锚杆或内支撑，选择支撑材料；
l4） 对土层锚杆或内支撑进行平面和竖向布置，包括围檩和立柱的布置；
l5） 进行各项稳定验算和结构内力计算以确定围护结构、支撑、围檩或锚杆的材料强度和截面尺寸，确定是否需要加固坑底；进行降水的控制性计算；
l6） 进行变形验算以检验是否满足环境要求；
l7） 环境保护、监测、应急措施等内容；
l8） 对施工方案提出要求；
l9） 进行多方案的技术经济比较，优选方案。
3、深基坑工程设计的依据
深大基坑的设计是一项综合性的设计工作，它与上部结构（包括地下室）设计、工程地质勘察、地下室施工方案以及周围的自然环境、工程环境和社会环境都有密切的关系，因此，在基坑工程设计时必须具备下列几个方面的资料：
l主体结构设计图纸
l工程地质勘察报告
l环境调查资料（开挖深度3倍范围内）
l基坑周边地区建筑物情况（开挖深度2倍范围内周边荷载情况）
l基坑周边地区市政设施情况
l基坑周边地区道路情况
l基坑工程施工条件
l相关规程规范、法律、规定
4、深基坑工程方案设计讨论
l1）开挖方案的选择
l2）选择围护结构的类型
l3）支锚体系的选择
l4）支撑的平面布置
l5）支撑和锚杆的竖向布置
l6）立柱的设置
l7）降水设计
1）开挖方案的选择（工程地质手册—第四版）
a.放坡开挖
l喷锚支护方案
l土钉墙方案
l锚索支护方案
b.无支撑开挖
l重力式挡墙（搅拌水泥土挡墙、地下连续墙）
l悬臂式挡墙（排桩、钢板桩）
l锚固式挡墙
（基坑工程的支护结构不得超出用地红线，必须超越红线时应征得相邻地块业主的同意——豫建〔2010〕25号）
c.有支撑的开挖
l分层开挖、支护法
l中心岛法
d.组合型的开挖方案
l立面组合
l平面组合
2）选择围护结构的类型（工程地质手册—第四版）
确定了开挖方案以后，根据开挖方案的要求选择围护结构，选择围护结构时应考虑开挖深度、地质条件、地下水条件、施工条件和工程要求等因素综合确定。
从总体来说，围护结构按材料和施工方法大体分为三种类型：
水泥土搅拌桩
排桩式围护结构
地下连续墙
其它形式：
灌注桩加强的搅拌桩墙体
双排桩（双排钻孔灌注桩和桩顶圈梁）
格形地下连续墙
组合型的重力式围护结构
3）支、锚体系的选择（工程地质手册—第四版）
l当无法采用自立式挡墙（包括重力式和悬臂式）时，必须采用内支撑或锚杆体系来平衡土压力，以维持围护结构的稳定性。
l锚杆要受场地条件和地质条件的限制，而内支撑的适应性比较强；由于锚杆体系对坑内施工的干扰比较少，因此当具备可以采用锚杆体系的条件时，一般首选锚杆方案；
l在不具备采用锚杆体系的条件时，才考虑采取内支撑体系，但内支撑对坑内挖土和浇筑地下室的干扰比较大，在选用支撑的材料和形式时要根据施工要求，采取合适的布置方案，尽量减少对坑内施工的干扰。
l按深基坑支撑的受力特征，支撑体系实际上是一个空间体系，但设计时通常将它分解为平面支撑体系和立柱分别计算；对于开挖深度不大的基坑或基坑的某些局部，可以布置竖向斜撑或竖向斜撑体系。
4）支撑的平面布置
l支撑的平面布置时应考虑支撑材料的性质、基坑的开挖深度、基坑面积大小与平面形状、挖土与出土方案以及环境对变形控制的要求等因素，通常应考虑几种不同的布置方案进行比较、论证，选择最佳方案采用。
钢支撑和钢筋混凝土支撑的材料刚度和节点构造有较大的差异，平面布置时考虑问题的侧重面也不相同。
图——260
5）支撑和锚杆的竖向布置
l锚杆锚固体上下排间距不宜小于2.5m，水平方向间距不宜小于1.5m。
锚杆锚固体的上覆土层厚度不宜小于4.0m。
倾斜锚杆的倾角以15°~35°为宜。
l支撑的竖向布置比锚杆复杂得多，因为内支撑的位置不仅取决于满足围护结构稳定和变形的要求，而且在很大程度还受控于地下室梁板构件的位置以及施工最小空间的要求。
6）立柱的设置
l立柱是内支撑体系的竖向受力杆件，承受内支撑体系的重量，为了保持支撑体系的稳定，应具有一定的刚度和强度，并和支撑在节点处固定连接以形成支撑体系的整体刚度。
la.立柱采用角钢制成的格构式结构；
lb.立柱必须牢固安置于立柱桩中；
lc.立柱桩必须满足承载力和变形的要求；
ld.支撑与立柱的连接构造；
le.立柱与底板的防水措施；
7）降水设计
降水是在地下水位比较高的地区进行基坑工程设计时面临的一个重要问题。
采取何种方案主要取决于水文地质条件及周边环境的要求。
从施工来说则要求提供一个比较干燥的坑内施工环境，为此应使地下水位低于基坑底面0.5～1.0m左右。
如地下水位高于这个位置，需要采取降水的措施，降水的方法很多，都可以达到这个目的。
①降水设计内容
la.降水设计要求
lb.降水方法的选择
lc.降水井的布设
ld.降水系统设计
le.降水效果预测
lf.防范井点降水不良影响的措施
②降水设计要求
la.基坑开挖及地下结构施工期间，地下水位保持在基坑底以下0.5~1.0m；
lb.深部承压水不引起坑底隆起；
lc.降水期间邻近建筑物及地下管线正常使用；
ld.基坑边坡的稳定性。
③降水方法的选择
④平面布设
la.坑宽小于6m，深度小于6m时，一般可用单排井点；
lb.坑宽大于6m时，宜采用双排井点；
lc.基坑宽度小于40m时，采用环形井点系统；
ld.基坑宽度大于40m时，采用多环形井点，在中央加一排或多排井点。
⑤降水系统设计
l包括井深、井数、井距、井的结构及单井出水量的计算。
l需要根据不同的水文地质条件、基坑工程特点和降水的要求，区别不同的渗流特征，采用不同的方法进行设计计算。
⑥选择降水方案时应考虑以下几个问题：
la. 基坑降水深度的要求；
lb.场地地质条件，土层的渗透特性，地下水的类型、流向和补给条件；
lc.环境条件，场地周围的建筑物和市政管线
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