工程地质报告深基坑开挖.docx

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工程地质报告深基坑开挖

深基坑开挖的工程地质问题

【摘要】基础牢固与否是关系到建筑物安全稳定的首要问题，而基础施工大多从基坑开挖开始。

随着高层建筑的兴起与普及,深基坑工程越来越多。

基坑开挖的顺利与否，直接影响基础施工的质量，而且也影响着施工的周期与工程造价。

而深基坑开挖的工程地质问题一直都严重影响着基坑开挖，为了防止或抑制这些工程地质问题的，使坑基与基础施工顺利进行，需要采取相应的防护措施。

【关键词】深基坑支护稳定性地下水

目录

第一章深基坑开挖的工程地质概述

第一节什么是深基坑··································（05）

第二节深基坑工程地质的问题概括·····················（05）

第二章深基坑支护及其土压力

第一节基坑支护······································（08）

第二节基坑支护的土压力······························（08）

第三章深基坑稳定性的地质问题

第一节基坑底卸荷回弹································（10）

第二节基坑底渗透稳定性······························（11）

第三节基坑流砂问题·································（12）

第四节基坑边坡整体稳定性···························（13）

第四章深基坑开挖的水文地质问题

第一节深基坑开挖地下水控制·························（13）

第二节深基坑开挖降水·······························（14）

第三节深基坑开挖隔水·······························（15）

结语················································（16）

主要参考文献··········································（17）

第一章深基坑开挖的工程地质概述

第一节什么是深基坑

兴建房屋建筑与构筑物基础，一般都需要进行基坑开挖，尤其在建筑物密集的城市中兴建超高的建筑物时，为了利用有限的空间及降低基地的级压力，往往设有1～3层地下室，有的甚至达6层。

城市中深基坑工程常处于密集的既有建筑物、道路桥梁、地下管线、地铁隧道或人防工程的近旁，虽属临时性工程，但其技术复杂性却远甚于永久性的基础结构或上部结构，稍有不慎，不仅将危及基坑本身安全，而且会殃及临近的建构筑物、道路桥梁和各种地下设施，造成巨大损失。

从另一方面讲，深基坑工程设计需以开挖施工时的诸多技术参数为依据，但开挖施工过程中往往会引起支护结构内力和位移以及基坑内外土体变形发生种种意外变化，传统的设计方法难以事先设定或事后处理。

有鉴于此，人们不断总结实践经验，针对深基坑工程，萌发了信息化设计和动态设计的新思想，结合施工监测、信息反馈、临界报警、应变（或应急）措施设计等一系列理论和技术，制定相应的设计标准、安全等级、计算图式、计算方法等。

深浅基的划分界限在我国还没有统一的标准，但是在国外一般定义超过6迷倒基坑为深基坑，深基坑的的地质问题一般较为复杂且有点较为严重，因此对深基坑应重视深基坑开挖工程的地质问题的分析和评价。

第二节深基坑工程地质的问题概括

由于社会的发展和城市化，高层建筑的兴建越来越普遍，深基坑开挖工程也显得越来越重要。

基础牢固与否是关系到建筑物的稳定性和安全性的首要问题，实践证明，基坑开挖的顺利与否，直接影响基础施工的质量，而且也影响着施工的周期与工程造价。

基坑开挖的过程中，常遇到坑壁过量的偏移或滑倒坍塌、坑底卸荷回弹（或隆起）、坑底渗流（或突涌）、基坑流砂等基坑稳定性地质问题，可以归结为支护、岩土地质和水文地质三个大方向的问题，为了防止或抑制这些问题的，使坑基与基础施工顺利进行，需要采取相应的防护措施。

目前,我国深基坑工程具有下述特点:

（1）深基坑工程具有很强的区域性。

岩土工程区域性强,岩土工程中的深基坑工程,区域性更强。

如黄土地基、砂土地基、软粘土地基等工程地质和水文地质条件不同的地基中,基坑工程差异性很大。

即使是同一城市不同区域也有差异。

正是由于岩土性质千变万化,地质埋藏条件和水文地质条件的复杂性、不均匀性,往往造成勘察所得到的数据离散性很大,难以代表土层的总体情况,且精确度很低。

因此,深基坑开挖要因地制宜,根据本地具体情况,具体问题具体分析,而不能简单地完全照搬外地的经验。

（2）深基坑工程具有很强的个性。

深基坑工程不仅与当地的工程地质条件和水文地质条件有关,还与基坑相邻建筑物、构筑物及市政地下管网的位置、抵御变形的能力、重要性以及周围场地条件有关。

因此,对深基坑工程进行分类,对支护结构允许变形规定统一的标准是比较困难的,应结合地区具体情况具体运用。

（3）基坑工程具有很强的综合性。

深基坑工程涉及土力学中强度（或称稳定）、变形和渗流3个基本课题,三者融溶一起需要综合处理。

有的基坑工程土压力引起支护结构的稳定性问题是主要矛盾,有的土中渗流引起土破坏是主要矛盾,有的基坑周围地面变形是主要矛盾。

深基坑工程的区域性和个性强也表现在这一方面。

同时,深基坑工程是岩土工程、结构工程及施工技术相互交*的学科,是多种复杂因素相互影响的系统工程,是理论上尚待发展的综合技术学科。

（4）深基坑工程具有较强的时空效应。

深基坑的深度和平面形状,对深基坑的稳定性和变形有较大影响。

在深基坑设计中,要注意深基坑工程的空间效应。

土体蠕变体,特别是软粘土,具有较强的蠕变性。

作用在支护结构上的土压力随时间变化,蠕变将使土体强度降低,使土坡稳定性减小,故基坑开挖时应注意其时空效应。

（5）深基坑工程具有较强的环境效应。

深基坑工程的开挖,必将引起周围地基中地下水位变化和应力场的改变,导致周围地基土体的变形,对相邻建筑物、构筑物及市政地下管网产生影响。

影响严重的将危及相邻建筑物、构筑物及市政地下管网的安全与正常使用。

大量土方运输也对交通产生影响。

所以应注意其环境效应。

（6）深基坑工程具有较大工程量及较紧工期。

由于深基坑开挖深度一般较大,工程量比浅基坑增加很多。

抓紧施工工期,不仅是施工管理上的要求,它对减小基坑变形,减小基坑周围环境的变形也具有特别的意义。

（7）深基坑工程具有很高的质量要求。

由于深基坑开挖的区域也就是将来地下结构施工的区域,甚至有时深基坑的支护结构还是地下永久结构的一部分,而地下结构的好坏又将直接影响到上部结构,所以,必须保证深基坑工程的质量,才能保证地下结构和上部结构的工程质量,创造一个良好的前提条件,进而保证整幢建筑物的工程质量。

另一方面,由于深基坑工程中的挖方量大,土体中原有天然应力的释放也大,这就使基坑周围环境的不均匀沉降加大,使基坑周围的建筑物出现不利的拉应力,地下管线的某些部位出现应力集中等,故深基坑工程的质量要求高。

（8）深基坑工程具有较大的风险性。

深基坑工程是个临时工程,安全储备相对较小,因此风险性较大。

由于深基坑工程技术复杂,涉及范围广,事故频繁,因此在施工过程中应进行监测,并应具备应急措施。

深基坑工程造价较高,但有时临时性工程,一般不愿投入较多资金,一旦出现事故,造成的经济损失和社会影响往往十分严重。

（9）深基坑工程具有较高的事故率。

深基坑工程施工周期长,从开挖到完成地面以下的全部隐蔽工程,常常经历多次降雨、周边堆载、振动等许多不利条件,安全度的随机性较大,事故的发生往往具有突发性。

第二章深基坑支护及其土压力

第一节基坑支护

在房屋建筑与构筑物的基坑开挖中，尤其在城市的基坑开挖，由于场地的局限性，大多有侧壁的支护开挖，即侧壁常要求垂直开挖，如果不采取支护措施，一般基坑侧壁土体是不稳定的。

所以需要采取支护措施，特别是深基坑开挖，深基坑支护是极为重要的，由于基坑较深，容易坍陷以致影响施工。

支护系统一般由挡土结构与支撑系统组成。

挡土结构系指支护系统中，直接与被支护的岩土体接触并承受土、水压力的结构。

常见类型如下：

骨架式结构──分离排列的钢筋混凝土桩或钢桩

连续式结构──钢板桩、钢筋混凝土切线桩、地下连续墙

半连续式结构──在骨架式结构的钢筋混凝土桩或钢桩之间加隔板

支撑系统视支撑的位置，可分为两类：

内支撑系统──支撑的位置在开挖空间以内，即槽内。

外支撑系统──支撑置于被支护土体内，即槽外。

第二节基坑支护的土压力

基坑的采取的支护措施时，一般都需要分析作用在支护上的土压力的性质、分布与计算土压力的大小。

土压力应根据土体经受的侧向变形条件来确定，土压力性质包括静止土压力、主动土压力、被动土压力或与侧向变形条件相应的可能出现的土压力。

分析土压力时应考虑场地的工程地质条件、支护结构相对于土体的位移、地面坡度、地面超载、邻近建筑及设施的影响、地下水位及其变化、支护结构体系的刚度、基坑工程的施工方法等。

目前对土压力大小的计算，一般采用朗肯土压力理论或库仑土力理论。

但在实际工程中，情况远比该理论的假定条件复杂得多。

至于土压力分布，实测结果表明，对于刚性支护结构而言，只要其上端的水平位移大雨下端位移，主动边和被动边的土压力都可看成三角形分布。

如果位移足够大，变可按一般的土压力公式计算[如图一]。

在某些情况下，如挡土结构嵌入深度过浅或坑底土质很软时，挡土结构下端向坑内方向的水平位移可能大于其上端的位移。

此时土压力沿深度将呈抛物线形分布[如图二]。

图一图二

总之，作用于挡土结构上的土压力取值应根据土压力类型、支护结构类型和允许变形、被支护土体的性质、墙与土之间的摩擦力及挡土结构两面的地面坡度等因素来综合考虑。

第三章深基坑稳定性的地质问题

第一节基坑底卸荷回弹

基坑开挖是一种卸荷过程，开挖愈深，初始应力状态的改变就愈大，这就不可避免地引起坑底土体的隆起变形，有的甚至可能由于受到过大的剪应力而导致基底隆起失效。

基坑回弹（隆起）不只限于基坑的自身范围，对邻近建筑物或设施均产生影响。

必要时要组织施工开挖过程中坑内外地面的变形监测，供及时分析趋势和采取措施之需。

在软至中等强度的粘性土（）中进行深基坑开挖时，基坑底抗隆起稳定性可按下式进行验算（计算模式如下图所示）：

式中：

——承载力系数，＝5.14；

——由十字板试验确定的总强度（kPa）；

——入土深度底部土隆起抗力分项系数，即抵抗基底隆起的安全系数，一般要求≥1.4；

t——支护结构入土深度（m）；

h——基坑开挖深度（m）；

q——地面均布荷载（kPa）。

基坑底抗隆起稳定性验算

控制基坑回弹（隆起）的措施可采用降低地下水位、冻结法或在基坑开挖后立即浇注相等重量的混凝土，使基坑的回弹量尽可能减小。

第二节基坑底渗透稳定性

如果基坑在粘性土中开挖，且坑底下有承压水存在时，当上覆土层减到一定程度时，承压水水头压力便冲破基坑底板造成渗流（或突涌）现象（如下图）。

基坑底抗渗流稳定性可按下式验算：

式中：

—透水层（砂层）以上粘性土的饱和重度（kN／m3）；

—透水层顶面至基坑底面的垂直距离（m）；

—水的重度（kN／m3）；

—承压水头高于透水层顶面的高度（m）；

—基坑底土层渗透稳定抗力分项系数。

基坑开挖示意图

为使基坑底不因渗流而丧失稳定性，一般要求≥1.2，如果验算的<1.2，应采取必要的措施，如降水等。

第三节基坑流砂问题

当基坑底以上粘性土中夹有砂或粉土，且地下水位较高，基坑开挖揭露这些夹层时；或者当基坑底部为砂土或粉土、随着基坑开挖加深，水力坡度加大，当动水压力超过砂土或粉土颗粒自重使土颗粒悬浮时，砂或粉土与水一起涌于基坑中，便产生流砂现象。

是否产生流砂现象可按下式验算：

式中：

—临界水力坡度；

—土的颗粒密度；

n—土的孔隙度，以小数计。

当实际水力坡度大于时，将发生流砂现象，实际中还要考虑一个大于1.0的安全系数。

影响流砂现象的因素较多，主要是土的颗粒级配、结构及埋藏条件等。

当深挖时水力坡度超过临界水力坡度，又具有以下条件时，就更容易产生流砂现象。

（1）土的颗粒组成中，粘粒含量小于10％，粉、砂粒含量大于75％；

（2）土的不均匀系数小于5；

（3）土的含水量大于30％；

（4）土的孔隙比大于0.75（或土的孔隙度大于43％）；

（5）在粘性土有砂夹层的土层中，砂土或粉土层的厚度大于25cm。

第四节基坑边坡整体稳定性

在房屋建筑与构筑物的基坑开挖中，在没有采用支护结构之前，基坑边坡（一般为粘性土）整体稳定性一般采用极限平衡理论中的条分法（多采用瑞典条分法）进行估算，从而可确定最危险的滑动面。

对于采用支护结构的基坑，稳定性验算仍采用条分法，验算时应将支护结构所产生的抗滑力矩计入总的抗滑力矩之中。

第四章深基坑开挖的水文地质问题

第一节深基坑开挖地下水控制

当基坑开挖至地下水位以下时，为了防止因地下水作用而引起的渗流、流砂、管涌、坑底隆起、边坡滑塌以及坑外地层过度变形等，保证施工过程中处于疏干和稳态的工作条件下进行开挖，必须做好对地下水的控制工作。

基坑工程控制地下水的方法有降低地下水位与隔离地下水两类。

对于弱透水地层中的浅基坑，当基坑环境简单、含水层较薄、降水深度较小时，可考虑采用集水明排的方法进行降水；在其他情况下宜采用降水井降水、隔水措施或隔水、降水综合措施。

基坑地下水控制设计应具备下列资料：

（1）地层各分层的岩性厚度及顶底板高程。

（2）地下水的类型、地下水位标高与动态规律以及各含水层之间的水力联系。

（3）各含水层的补给、径流条件、基坑与附近大型地表水源的距离关系及其水力联系。

（4）各含水层的水文地质及与降水相关的工程地质参数。

（5）基坑开挖深度、尺寸，基坑周围建筑与地下管线基础情况，基坑支护结构类型。

（6）基坑工程施工季节内的气象资料及基坑维持时间。

常用的控制措施包括：

基坑降水、基坑隔水等。

第二节深基坑开挖降水

明沟排水:

在基坑内或基坑外设置排水沟、集水井（坑），用抽水设备将地下水从集水井（坑）中排出。

基坑降水

井点降水:

将带有滤管的降水工具沉没到基坑四周土中，利用各种抽水工具，在不扰动土结构情况下，将地下水位下降至基坑底部以下，以利基坑的开挖。

井点降水在深基坑中应用较广。

常用井点类型与适用范围见下表。

实际中应根据基坑规模、槽深、环境条件、各土层渗透性和降低水位的深度等合理选择降水井类型。

适用条件

降水

井类型

渗透系数（cm·s-1）

可降低水位深度

（m）

土质类别

轻型井点及多层轻型井点

1×10-7～2×10-4

＜6

6～10

含薄层粉砂的粉质粘土，粘质粉土，砂质粉土，粉细砂

喷射井点

1×10-7～2×10-4

8～20

含薄层粉砂的粉质粘土，粘质粉土，砂质粉土，粉细砂

电渗井点

＜1×10-7

根据选定的井点确定

粘土，淤泥质粘土，粉质粘土

管井

＞1×10-6

＞10

含薄层粉砂的粉质粘土，砂质粉土，各类砂土，砾砂，卵石

砂（砾）渗井

＞5×10-7

根据下伏导水层的性质及埋深确定

含薄层粉砂的粉质粘土，粘质粉土，砂质粉土，粉土，粉细砂

基坑降水首先应进行基坑降水内容的设计，设计内容主要有：

①确定降水井类型；②降水井系统的布设，包括井数、井深、井距、井径、过滤管、工人滤层、单井出水量、水位与地面沉降的监测等；③预测降水效果，包括基坑内外典型部位的最终稳定水位及水位降深随时间的变化，降水引起的沉降及对邻近建筑物、地下管线等的影响；④设置回灌井时，应进行回灌系统的设计。

第三节深基坑开挖隔水

基坑隔水就是采取隔离地下水的措施，阻止地下水向基坑内流动。

主要措施有地下连续墙、连续排列的排桩墙、隔水帷幕、坑底水平封底隔水等。

采用隔水应因地制宜，必须查清场区及邻近场地的地层结构、水文地质特征，了解地下水渗流规律、基坑出水量、隔水帷幕内外的水压力差和坑底浮力，以此作为隔水帷幕或封底底板厚度设计的依据。

隔水帷幕及封底底板设计应经过计算分析或结合已有工程经验进行，必要时应通过现场试验，确定设计方案、施工参数，并采取保证质量的措施。

为了防止降水井雨水和异物的掉入，可以在护筒上端应高出地表，在深基坑挖掘前必须对工人进行技术交底，抓好吊运土护壁、排水、照明、通风等工作。

在护壁凝固后达到相应强度后才允许继续开挖，当深基坑挖到了圆砺层时，加强对护壁的保护工作和井内排水工作，并做好井内潜水泵的保护工作。

结语

地基处理的好环，关系整个工程的成败，因此地基设计尤其重要。

而基坑开挖的是否顺利，也决定着地基的稳定。

深基坑开挖所遇到的工程地质问题大致包括支护、岩土地质和水文地质问题等。

随着高层建筑的增多和城市用地的日益减少，深基坑工程设计和施工涉及的地质条件、岩土性质、场地环境、工程要求、地下水动态、施工顺序和方法等许多问题越趋复杂，使深基坑的开挖和围护结构的设计成为一个具有挑战性的工程地质热门难题。

而基坑工程的迅猛涌现与相应设计理论和方法的滞后，给深基坑结构设计工作带来了极大的因难，也使基坑工程的设计与工程实际状况存在较大偏差，其结果是造成工程事故或浪费。

为了保障工程顺利完成，解决深基坑开挖的工程地质问题是在所难免的，在处理过程中，要深入了解场地地理情况、场地的岩石地质情况、场地的气象情况等等，做到因地制宜，因时制宜，随机应变。

在深基坑降排水施工以前，一定要办理好相关手续尤其是排污手续，设计方案中需要的降排水设备配置应该齐全，供应电源和线路要有相应的保护措施，做好自然防护，避免雷雨风霜带来的危险。

排水施工现场应该配备必要的切换装置，避免突然性停电造成的水位回升。

为了确保施工的进度和安全，应该考虑施工现场各种设备的正常运行，井口一定要高出地面一定的距离，设置标志，盖好井口，严禁井内落入异物，最好降水工具的维护工作。

在确保安全的情况下，顺利完成工程。

主要参考文献

[1]李智毅等，2000，岩石工程勘察，武汉：

中国地质大学出版社。

[2]中华人民共和国行业标准《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99

[2]赵云刚等，2010，西安北郊深基坑开挖中的环境岩土问题初探，陕西建筑，第182期。

[4]马丽丽，1996，深基坑开挖的水文地质问题，工程勘察，第2期。