三级
周边环境条件简单;破坏后果部严重;基坑h≤6m;地下水位低、条件简单,对施工影响轻微
备注
从一级开始,有两项(含两项)以上,最先符合该等级标准者,即可定为该等级。
注:
根据青岛市勘察设计协会”深基坑工程设计评审实施细则”。
影响基坑稳定主要因素包括:
开挖岩土体与地下水特征、基坑深度及放坡坡度、基坑周边环境条件、施工因素、气象因素等。
第二章:
基坑支护体系分类、特点及其适用条件
2.1基坑支护体系分类很多,通常可按结构形式、建筑材料、施工方法以及所处环境条件等进行划分。
基坑支护体系按结构刚度划分,可分为刚性支护体系及柔性支护体系。
如,刚性较大墙体支护结构与桩径较粗排桩支护结构等称为刚性支护体系;而具有一定柔性结构,如钢板桩、锚杆挡墙等称为柔性支护体系。
按受力状态划分,可分为主动支护与被动支护。
如采用预应力锚杆支护体系在基坑开挖时给土体以主动约束,这样支护体系称之为主动支护;而土钉支护体系只有在土体发生一定变形后才能使土钉受力,他对土体不具备主动约束机制。
所以称之为被动支护体系。
2.2基坑支护设计规范推荐支护结构类型、特点及其适用条件
结构形式
特点及适用条件
排桩或地下连续墙
由钢筋砼灌注桩或钢筋砼墙以及水平支撑(拉锚)构成刚度较大支护体系。
是应用时间较长应用范围较广、可靠性较好支护结构,但造价较高。
它是靠嵌固基坑底部以下一定深度桩(墙)体与支撑(拉锚)体系共同抵抗桩(墙)后水土压力,限制土体变形,保证支护结构安全。
适用于基坑侧壁安全等级为一、二、三级基坑;
悬臂结构高度在软土场地中不宜大于6米;
当场地地下水位较高时应采用降水、止水帷幕或地下连续墙;
不适用于岩石基坑。
水泥土墙
采用水泥为固化剂,利用机械在土中强制搅拌形成具有一定强度与水稳性桩体。
连续成桩,相互搭接后,形成水泥土墙。
由于水泥土强度较低,主要靠自重平衡墙后水、土压力。
因此,常视其为重力式挡土墙支护。
水泥土墙施工简单,造价较低,具有良好隔水性,适用于开挖深度不大软土场地。
水泥土墙强度低,不适于加支撑,多采用自立式,因此,位移较大。
多用于基坑侧壁安全等级为二、三级基坑支护。
土钉墙
土钉墙是由密集土钉群、被加固原位土体、混凝土面层与必要排(防)水措施组成类似于重力式挡土墙支护体系,抵挡墙后土压力与其他荷载,保证基坑侧壁与周边环境安全。
土钉主要作用是约束与加固土体,形成复合体,提高土体抗剪强度,使土体保持整体稳定。
土钉及锚杆区别在于:
锚杆有自由段,而土钉则没有。
土钉墙需及挖土配合施工,要求被开挖土层具有一定自稳性。
土钉墙适用于基坑侧壁安全等级为二、三级非软土场地;
基坑深度一般不超过12米;
地下水位高于基坑地面时,应有降(截)水措施。
逆作拱墙
据基坑平面形状,采用全封闭拱墙、组合拱墙等进行支护。
该支护体系优点主要为:
合理,安全可靠;b.施工方便,节省工期;c.造价低。
适用于:
基坑侧壁安全等级为二、三级基坑;
粘土、砂土、场地;淤泥、淤泥质土场地不宜采用;
基坑深度不宜大于12米;
地下水位高于基坑底面时应由降(截)水措施。
放坡
基坑侧壁安全等级宜为三级;
施工场地应满足放坡条件;
当地下水高于坡底时,应采取降水措施;
流塑淤泥或淤泥质土场地不宜采用。
3、组合支护形式:
复合土钉墙、水泥土搅拌桩插筋(SMW工法)、排桩锚杆挡墙联合支护等。
第三章青岛地区常用基坑支护形式及技术控制要点
青岛地区常用支护体系主要有:
3.1桩锚支护体系
系指桩及预应力锚杆联合支护简称。
该支护形式在本市始于上个世纪90年代早~中期,至今仍是常用支护形式之一,一般使用于地下1~3层基坑工程。
桩类型以φ600~φ1000钢筋砼钻孔灌注桩为主,其次为φ800~φ1200人工挖孔桩,φ500深层搅拌桩、φ1200高压旋喷桩。
采取何种桩应根据工程条件决定。
深层搅拌桩、高压旋喷桩又常在桩体内插入钢管或型钢,以增强整体抗变形能力。
个别工程也曾采用φ127~φ146钢管桩,预制桩使用很少。
桩体起到挡土作用,桩端应嵌入持力层或基坑底板以下一定深度。
桩间土若是含水层或者过饱与软弱土夹含水砂土薄层时,多采用φ500深层搅拌桩或φ1200高压旋喷桩形成止水帷幕,起到截(挡)水作用。
桩顶用钢筋砼冠梁连结,起到遏制桩顶变形作用。
桩体自上而下按照一定网度布设多道预应力锚杆(索),并通过横梁背拉桩体,共同约束基坑边坡变形,为确保边坡整体稳定起到了主动支护作用。
对于锚杆(索)施加预应力,其目即在锚杆周围岩土体中产生压应力区,增加潜在滑动面上正应力与抗剪阻力,减少了非稳定性土体下滑力。
锚杆在软土、软弱土或松土层中易发生蠕变是导致锚杆预应力损失5%~10%主要原因之一(还有钢材松驰原因)。
对于变形敏感建筑工程、基坑对变形有严格要求工程以及永久性支护工程等,均应对蠕变进行控制,其措施:
提高安全系数、高压注浆、扩大锚固端部尺寸,选择压力型锚杆等。
永久性锚杆不适于有机质土,液限WL>50%、液性指数ILr<0.3软弱土。
临时性支护也应对上述土层进行处理后尚可使用,否则一般不宜采用。
锚杆自由段长度不宜小于4米、锚固段长度不宜小于4米,第一排锚固体上覆土层厚度不宜小于4米,否则无工程意义。
×(排距×点距)、锚杆间距大于6倍锚固体直径、无相互影响。
锚杆可及桩体联合形成桩锚支护体系,也可及挡墙联合形成锚杆挡墙支护体系等。
3.2土钉墙支护
土钉墙支护是一种新型基坑支护形式,起到对土体原位加固作用。
它是由被加固原位土体,设置在土体中土钉群与喷射钢筋砼面层所组成一种复合、自稳性能好、类似重力式挡墙结构支护体系,以抵抗墙后土压力与其它作用力,从而使边坡维持稳定。
土钉墙支护是一种被动受力支护形式,只有土体发生变形时土钉才受力,因此土钉支护基坑一般不超过2层地下室。
在北京西客站采用土钉墙支护深度达17米。
当在有限放坡情况下,土钉墙支护及预应力锚杆联合应用时,基坑支护深度可增加些,造价也有所节省。
土钉可分为成孔注浆土钉与打入式土钉两种。
为了使土钉及面层有效地连接,故应设置承压板与加强筋等构造措施。
土钉孔注浆宜用水泥净浆或水泥砂浆,其强度不宜低于20MPa,土钉长度宜为基坑开挖深度0.5~1.2倍,长度不宜小于6米,当长度由6米增加到15米时安全系数剧增;当长度大于15米时安全系数趋于常数。
土钉间距宜为1~2米,土钉及水平面夹角为5~15°时安全系数增大,当大于15°时安全系数减少。
土钉墙适于地下水位以上或者经过降水后人工填土、粘性土、弱胶结砂土。
由于成孔原因土钉墙不适于含水丰富砂土层与卵石层。
土钉墙也不适用于自稳能力差淤泥、淤泥质土夹粉砂薄层、饱与软弱土层,更不适于对变形有严格要求深基坑工程。
但是当基坑变形有严格要求时,也可在土钉支护中配合使用预应力锚杆,通过土钉、锚杆、面层共同对基坑土体构成管箍作用,遏制基坑变形。
许多工程经验说明土钉墙支护破坏几乎均及地下水作用有直接关系,它使土体软化,引起局部或整体破坏,因此,土钉墙支护必须做好降水,且不能作为挡水结构使用。
土钉墙支护由于能合理利用土体自承能力,将土体作为支护结构不可分割组成部分,做到结构轻、柔性大,有良好抗震性能,设备简单、轻便,施工工艺不复杂、速度快,造价比较低,而得到广泛应用。
3.3水泥土挡墙
深层搅拌桩支护系利用水泥作固化剂,采用机械搅拌将固化剂与软土强制拌合,并相互产生一系列物化反应而逐渐硬化,形成具有整体性、水稳性与一定强度壁状、格栅状等不同形式水泥土桩墙。
深层搅拌桩在我国应用于加固软土构成复合地基,自20世纪90年代初期才将其用于基坑支护之中。
其适用于淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土,素填土等,当含有机质土、泥炭质土、泥炭土,宜通过试验确定其适用性。
从技术与经济两个因素决定了深层搅拌桩支护深度不宜大于6米。
深层搅拌桩由具有一定刚度脆性材料所组成。
它介于刚性桩(灌注桩、钢筋砼预制桩)与柔性桩(砂桩、碎石桩、灰土桩)之间一种桩型。
其抗拉强度比抗压强度小得多。
按其重力式挡墙计算就是利用结构本身自重与抗压不抗拉特点,经工程验证是符合实际。
当基坑开挖深度增加时,其承受水平向荷载加大,必然要大幅度增加桩长与墙体宽度,从而使深层搅拌桩显得不够经济、合理。
另外,当土体工程性状差、被动区土压力较小时,也可在被动区进行深层搅拌桩形成水泥土、改善被动区土性,提高c、φ值,从而提高被动土压力,往往比增加桩嵌入深度更经济、更有效些。
深层搅拌桩作为支护结构宜根据基坑开挖深度初步设定桩长与支护结构宽度,初定桩长宜为开挖深度1.6~2.0倍,初步支护结构宽度宜为开挖深度0.4~0.8倍,根据大量工程实践表明一般能够满足工程要求,亦比较经济、合理。
深层搅拌桩支护可根据土质性状、地下水、周边环境、施工条件因素,选择合适支护形式,也可及其它支护形式联合使用。
深层搅拌桩支护宜优先采用喷浆法施工,可使桩体均匀、强度高、抗渗性能好,但水泥用量较多些。
当土含水量大于60%、基坑较浅,且无严格防渗要求时,亦可采用喷粉法施工,且水泥用量相比较少些。
深层搅拌桩一种重要功能是作为截水帷幕,要求比较严格,一是要求桩设计长度应大于防止管涌与工程所需要止水深度,并进入不透水层长度宜取1~2倍设计桩径为宜;二是桩垂直度允许偏差不超过1.5%;三是桩搭接宽度宜大于150mm,其中有一项不符合要求时,就不能解决好截水问题。
例如:
某一工程地下一层截水帷幕桩长11~13米,设计搭接宽度仅有50mm,基坑开挖到-4米时发现深层搅拌桩垂直度偏差过大,一些桩根
本没有相互搭接,桩间形成缝隙、孔洞,致使相邻桩体不能完全弥合成一个完整防水体,即使基坑周边作了多排(3~5排)搅拌桩,也不能解决好止水问题。
当坑内降水时,地下水在坑内外压差作用下穿透层层桩间孔隙进入基坑,造成基坑外围水土流失,地面塌陷,临近已有建筑物产生不均匀沉降,经济损失严重。
深层搅拌桩支护具有很多优点:
①在桩体中最大限度地利用了原土、水泥用量相比较少②对地基土无侧向挤压作用,对近围已有建筑物影响小③设计比较灵活,可以合理地选择固化剂,根据设计要求桩身强度可以通过重复喷浆来实现,这一特点是其它桩型不具备④施工无噪音、无振动、无污染,可以在城区内及密集建筑群中施工⑤加固后土体重度基本不变,对软弱下卧层不致产生附加沉降⑥造价低、工期短、效果比较好⑦用作临时性支护结构,可既挡土又截水,因此,应用广泛。
3.4坡率法
本市采用“坡率法”始于上个世纪80年代中末期至90年代初期。
在东部开发区应用较多,因为那时开挖场地比较开阔。
目前,在城阳区、胶州湾北部开发区拟建地下一层也采用“坡率法”。
“坡率法”通常指是“放坡开挖”。
根据岩土工程性状控制边坡开挖允许坡率,以确保基坑边坡稳定。
它是基坑支护施工中最为古老、传统、一般来说也是最为经济基坑支护方案。
当条件允许情况下,首选选择此方案。
“坡率法”适用条件:
①空间条件:
首选在基坑周围具有放坡开挖空间,又不影响邻近已有工程安全与正常使用。
②岩土条件:
岩土体自稳性能良好。
③地下水条件:
地下水位埋深较深,以在开挖深度之下为佳。
④坑深条件:
基坑开挖深度适于地下1~2层工程。
“放坡开挖”当坡高>5米土质边坡,宜在坡面中部设1~2米宽过渡平台,并采用上半坡稍陡、下半坡稍缓放坡原则。
对于土质边坡或易吸水软化边坡,应将坡顶处做成倒坡,以严防地表水浸蚀坡面与流入坑内。
坡面应采取固坡措施。
其方法有钢钉挂网喷砼护面;土工织物加筋;砂袋叠置反压等,同时,留泄水孔,坑底挖排水沟与集水进。
对于风化岩坡面,由于内营力地质作用存在着几组伴生或派生节理裂隙或断裂,呈格状反接复合在一起,并又在外营力风化作用再改造情况下,易导致坡面出现丢块、滑塌等不良地质作用。
因此,一方面采取护面措施,另一方面加强坡顶变形监测。
当基坑位于地下水位之下时,由于地下水作用造成边坡坍塌事故发生也是常有之事。
特别是当边坡为粉土夹粉细砂薄层或者是砂土层时,易产生“层间管涌”、流砂现象。
因此,应在坑外事先采取单井降水或轻型井点降水方案。
当土质较好时,也可采用明沟与集水井排水,但是严禁将坑内排出地下水倒流或回渗坑内现象发生。
有边坡由于种种原因出现边坡失稳迹象时,可根据场区具体情况采取削坡、坡顶挖土减荷、坡底堆载反压、坡面铺压砂袋等以遏制边坡失稳现象发展,确保边坡稳定。
3.5组合支护:
如:
土钉墙+桩锚;设置格构梁复合土钉墙(目前在青岛地区比较时髦)等。
注意:
预应力锚杆深入既有建筑物地基下危害;预应力锚杆身不稳定性(锚固段裂缝);饱与砂土成孔难度大,涌砂冒水对周边环境危害;嵌固不够,造成支护体系失稳;人工填土内有大块石影响施工;土层强度高水泥搅拌桩无法施工等问题。
由于受施工队伍、造价、地层条件与施工场地等因素影响,
第四章:
基坑工程勘察设计及评审
4.1基坑工程勘察
目前,专门针对基坑勘察很少进行。
主要原因:
深基坑工程是近年来发展起来人们对他认识不足;深基坑开挖数施工阶段工作,建筑设计单位不做要求;建成区场地条件不允许等。
(1)基坑工程勘察应查明场地及影响范围内地层结构、各层岩土层物理力学指标等;开挖范围即临近场地地下水类型、埋藏条件、含水层分布规律、渗透性、涌水量、补给、径流、排泄条件一级个含水层水力联系等。
同时应对基坑影响范围内环境进行勘察。
(2)基坑工程勘察范围宜为基坑边线以外2倍或以上基坑深度,在建成区,边线以外勘察以调查或搜集资料为主;勘察深度以为基坑开挖深度2倍。
(3)岩石基坑勘察内容应包括岩石坚硬程度、风化程度、主要结构面特征、完整程度及含水状况等。
(4)基坑工程勘察资料应包括以下内容:
场地地层结构及岩土物理力学性质、地下水控制方法及计算参数、施工中应进行监测项目、开挖中应注意问题与防治措施。
4.2基坑工程设计
4.2.1基坑设计基本原则:
基坑支护及施工应综合考虑工程地质及水文地质条件、基础类型、基坑开挖深度、降排水条件、周边环境对基坑侧壁位移要求、基坑周边与灾、施工季节、支护结构使用期限等因素,做到因地制宜,因时制宜,合理设计精心施工,严格监控。
青岛市规定,基坑支护设计单位应具备工程勘察资质。
大多数基坑工程是施工阶段临时性工程要保证基坑设计安全、经济、合理、可行,设计时应采用以分项系数表示极限状态设计表达式进行设计
计算内容包括:
(1)、基坑支护结构承载能力计算;
(2)、对安全等级为一级及对支护结构变形有限定二级建筑基坑侧壁,尚应对基坑周边环境及支护结构变形进行验算;
支护结构变形允许值主要是根据基坑周边环境要求有关。
在一般情况下,深基坑变形通常应控制在基坑深度1‰-3‰范围内。
(3)、地下水控制计算与验算。
地下水控制对基坑安全影响重大,采取降水开挖时应满足施工中地下水位保持在基坑底面一下不小于。
在地下水较丰富地区,基坑止水帷幕宜采用工艺包括旋喷桩、搅拌桩、地下连续墙。
4.3基坑设计评审
4.3.1基坑设计评审重要性。
加强管理;保证安全;提高设计质量等。
有关基坑设计评审规定
(1)、青岛市规定,应由青岛市勘察设计协会或各区市审图机构组织对基坑支护设计文件进行评审后方可进行施工。
(2)、施工现场必须保存一份经过评审盖章设计图纸。
(3)、根据青岛市规定,当基坑地点在五市三区基坑最大深度≥10米,安全等级为二级基坑项目,应由市勘察设计协会组织评审后方可进行施工。
第五章:
基坑支护工程施工
5.1钻孔灌注桩施工
主要内容:
施工要点、质量控制、验收要求等。
土钉墙
主要内容:
施工要点、质量控制、验收要求等。
(1)土钉可以用变形钢筋、钢管、角钢、木杆等材料,但不宜用钢绞线制作。
(2)根据《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-99)规定,上层土钉注浆体及喷射混凝土面层达到设计强度70%后,方可开挖下层土方及进行下层土钉施工。
(3)挂网喷浆应用混凝土护面。
5.3预应力锚杆
主要内容:
施工要点、质量控制、验收要求等。
详见锚杆质量控制专题。
5.4深层搅拌桩及高压旋喷桩止水帷幕
主要内容:
施工要点、质量控制、验收要求等。
第六章:
基坑变形监测
监测
(1)从大量基坑工程事故分析中可得出这样结论:
任何一起基坑工程事故,无一例外及监测不力、不准确、不及时有直接关系。
(2)基坑工程监测是检验设计方案正确性重要手段,又是及时指导正确施工、避免事故发生必要措施。
(3)基坑工程监测是指基坑在开挖过程中,用精密仪器、设备对支护结构、周边环境,例如岩体、建筑物、道路、地下设施等位移、倾斜、沉降、应力、开裂、基底隆起、土层孔隙水压力以及地下水位动态变化等进行综合监测。
(4)监测系统设计原则有可靠性原则、多层次监测原则、重点监测关键区原则、经济合理原则、方便实用原则。
(5)支护结构顶端水平位移监测,是最为重要一项监测内容。
(6)基坑开挖前应进行支护结构完整性检测,并断定缺陷位置。
(7)距基坑顶部边缘两倍基坑开挖深度范围内建筑物、道路地下管线、地下设施等应进行变形监测。
(8)桩侧土压力测试,是支护结构设计中很重要参数,在一级安全等级基坑工程中,常常要求进行测试。
(9)锚杆现场抗拔试验目是,以求得锚杆允许拉力等。
(10)对岩土体性状因受施工影响而引起变化监测,其重点是在距基坑开挖深度两倍范围内,以及时掌握基坑边坡整体稳定性、及时查明岩土体中可能存在滑裂面位置。
(11)地下水位变化,对于基坑边坡与周边建筑物变形会产生极为重要影响。
因此,对地下水位升降动态监测是重要监测内容之一。
(12)用新监测资料及原设计采用值进行对比,判断现有设计与施工方案合理性与必要性,并对原设计与施工方案进行必要调整。
6.2变形监测
(1)支护结构顶端最大水平位移允许值值如下表
安全等级
坡率法、土钉墙
深层搅拌桩
说明
一级
(0.0025h)
h;基坑开挖深度(mm)本表不包括“特殊要求”允许值
二级
(0.005h)
三级
(0.01h)
①基坑周围不同结构建筑物对基坑位移要求可按GB5007-2002规范建筑物地基变形允许值规定执行
②基坑近围有重要建筑物应对边坡顶部侧向位移及深基坑开挖深度之比控制值如下表:
地面建筑物类型
控制值
混合结构
2‰
钢筋砼框架结构
3‰
③基坑边坡顶部不同土质地基侧向位移及基坑开挖深度之比控制值如下表:
土质
控制值
砂土
3‰
粘土
3‰—5‰
软土
5‰—10‰
(2)基坑近周有重要管线按下列要求进行控制。
管线类型
沉降及水平位移警戒值(mm)
每天发展速率
mm/天
注明
煤气管道
≯10
≯2
是否漏气
自来水管道
≯30
≯5
是否漏水
第七章:
基坑事故及原因分析
(1)从大量基坑事故实例分析可知造成事故主要原因可归纳五个方面:
建设单位管理原因、基坑勘察资料不实原因、基坑工程施工原因、基坑工程监理原因。
(2)基坑工程施工原因造成事故占总事故数41.5%。
(3)基坑设计原因造成事故占总事故数46%。
(4)建设单位为了节省支护费用,私自改变设计方案,削减支护工作量,造成支护结构(布置)不合理,反而造成(浪费),出现了(事故)。
(5)(勘察资料)不全、数据(代表)性差,使基坑支护设计人员失去(依据),而造成事故。
(6)基坑支护方案缺乏技术论证、安全等级较低,设计人员经验不足,违反相关规范有关规定等是造成事故常见原因。
(7)大多数基坑工程监理工作仅仅停留在施工阶段监理,忽略了对基坑设计质量进行严格把关,使隐患进入施工阶段,有对进料质量把关不严,使劣质材料进入工地,造成工程事故发生。
一般认为,基坑工程监理应该从设计阶段、施工阶段质量进行严格把关
(8)施工单位管理混乱、安全意识淡薄、治水措施不力、违反施工规程、随意削减设计工作量、施工质量差,是造成基坑事故主要原因。
第八章:
有关法律法规
《深基坑工程管理规定》
《深基坑工程设计评审实施细则》