深基坑工程基坑支护基坑降水土方开挖安全专项施工方案.docx
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深基坑工程基坑支护基坑降水土方开挖安全专项施工方案
明发·淄博世贸中心工程
深基坑工程基坑支护、基坑降水、土方开挖安全专项
施工方案
中国建筑第七工程局厦门分公司
日期：
2014年07月11日
工程概况及周边环境
1.工程概况
明发·淄博世贸中心工程，位于位于淄博新区上海路以东，华光路以南，心环西路以西，紧邻淄博市政务中心、体育公园、山东理工大学。
项目总建筑面积843745.3m²，地上总建筑面积658492.8m²，地下室面积152289.7m²，包括39F住宅14栋，33F住宅3栋，三层商业13栋，30FSOHO2栋，37F世贸中心1栋，4层大型商场1栋，地下停车位5000余辆。
荣一路以南地下一层，基底标高整体-6m，局部主楼-7.5m；北区地下两层，基底标高整体-10.5m，局部主楼-12m。
主楼以下采取筏板基础+桩基，筏板厚度2m，车库部分采取独立柱基+整体式防水底板，底板厚度300mm，柱网间距8×8m；地上部分结构：
住宅及酒店式公寓为框架短肢剪力墙，层高3.0m，大型商场为框架结构，世贸中心为框架核心筒结构，层高3.6~4.0m。
基础土方需要开挖的尺寸和大致标高情况如表1：
表1基础土方需要开挖的尺寸和标高
长
宽
挖深
备注
南区楼
280
240
-6m
整体开挖深度
北区楼
290
240
-10.5m
整体开挖深度
1.场地工程地质概况
拟建建筑物场地内地势总体平坦，总体上讲场区地层除表层杂填土以外，其下为第四系冲洪积物，场区基岩层为红砂岩层。
现根据地质勘察报告的结果，将勘查揭露的与基坑工程密切相关的土层自上而下分述如下：
第①层：
素填土，灰褐色，松散，主要成分为细沙、粘性土，底部夹有粗沙和砾石，地表局部为建筑垃圾。
层厚2.80～3.80m平均层厚2.91m。
第②层：
中砂，黄褐色，稍密-中密状态，饱和，以石英砂为主，承载力高，低压缩性。
层厚0.50～4.20m，平均层厚2.91m。
第③层：
砾砂，黄褐色，稍密，饱和。
层厚1.2～4.10m，平均厚度2.72m
第④层：
砾石，杂色，中密-密实，饱和。
层厚3.80～5.50m，平均层厚4.29m。
第⑤层：
砂质泥岩，强风化，棕红色，层厚2.80～3.80m，平均厚3.25m。
第⑥层：
砂质泥岩，中风化，棕红色，未揭穿。
2.周边环境
本工程位于淄博新区上海路以东，华光路以南，心环西路以西，紧邻淄博市政务中心、体育公园、山东理工大学，规划范围内原有建筑已经拆除，周边环境较为复杂：
西侧面临排洪沟，东侧为待开发地段，现状为空地，以后将陆续开发建筑；南北侧面临靠人民路与华光路。
2.编制依据
1.编制原则
在保证基坑工程安全可靠；保证坑内工程桩的安全的前提下，力求经济合理、简便可行、缩短工期。
2.编制依据
工程地质勘察报告
3.施工图纸
《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120—1999）
《建筑与市政降水工程技术规范》（JGJT111—1998）
《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202—2000）
4.参考文献
《工程地质土力学》中国建筑工业出版社
《高层建筑施工手册》中国建筑工业出版社
施工总体部署
1.场区地质水文环境及周边环境分析
基坑规模大、开挖深。
拟建工程南区基坑轴线东西约240m，南北宽约290m，基坑最大开挖深度整体-6米，局部-7.5米。
基底面积约70000m2，按不放坡考虑，尚应开挖土方约480000m3；北区基坑轴线东西约240m，南北宽约280m，基坑最大开挖深度整体-10.5米，局部-12米。
基底面积约68000m2，按不放坡考虑，尚应开挖土方约750000m3。
。
基坑周边环境较为复杂。
土是一种由碎散矿物颗粒组成，并具有连续孔隙的多孔介质。
当土中孔隙完全饱和时，由于水所处的位置不同，存在能量的差异，水就会从高位向低位渗流。
拟建建筑物第一层杂填土渗透性略差以外，其余各层均为饱和状态的砂石类土，尤其是开挖层大部分正好处于第二层土中粗砂层内，渗透性好，水量丰富，较易引起土方边坡滑坡、基底管涌、流沙现象的发生。
通过查阅有关资料，目前有以下几种方案可供选择;
井点降水：
设置三级管井井点进行降水，确保抽水量大于渗透流量，该方案可能会造成周围市政道路的不均匀沉降，如果施工时间过长，有可能个别井点会堵塞报废，因此待考虑。
钢板桩：
挖土前打入钢板桩，一方面作为基坑支护用，另一方面可以有效的阻止地下水的浸入，但由于本地没有钢板桩施工企业，费用自然就会增加。
同时打桩会产生很大的噪音，对周边环境造成影响。
止水帷幕：
浇筑地下连续墙或连续桩，一方面作为基坑支护用，另一方面可以有效的阻止地下水的浸入，是目前常用的一种施工方法，但造价较高，如果从降低造价方面考虑，也可以先挖4m，到达地下水位上，再打6m左右深度的桩，如果在放坡范围以外打桩，不考虑基坑支护作用，桩的直径亦可小一点。
明挖分阶段排水：
通过分阶段开挖，分阶段挖排水沟排水，水量大时，可以增加抽水台班，确保抽水量大于渗透流量，该方案会造成周围建筑物的不均匀沉降，如果业主方能够对周围100m以内的建筑物和市政道路实施有效保护，这是一个费用最低廉的方案。
经过上报初步方案，经业主审查，认为可以考虑此方案，下文将详细进行介绍。
本基坑施工方案主要解决以下几个方面问题：
（1）防止开挖过程中的基坑水土流失，保持开挖边坡的稳定性；
（2）有效截断、抽排水向基坑内渗流，创造基坑内无水作业环境。
（3）对周围建筑物进行定期观测，在危及周边建筑物安全时及时向业主报告。
2.总体支护、开挖和排水方案
综合分析本基坑工程的工程地质、水文条件、基坑规模、深度以及周边环境，本着确保基坑内安全，留意周边环境安全、经济、快速的原则。
选择分阶段衬做护坡+分阶段排水沟排水+分阶段放坡开挖为本工程的优化施工方案。
基坑开挖采用放坡开挖的方法，第一层杂填土按照1:
0.5放坡，第二层中粗砂按照1:
1放坡，放坡表面采用钢丝网水泥砂浆进行衬做护坡，放坡以后临时衬做护坡应可以满足施工需要。
西侧局部距离排洪沟较近的部位需采用护坡桩支护措施。
基础排水采用明挖排水沟排水的方法，明挖排水沟最大的特点就是能够看见地下水的变化情况，及时采取应对措施，本工程在地质勘察报告不太详细的情况下，采取这种办法更具有优势。
考虑到一次开挖到位如果水量很大将造成不可挽救的局面，所以确定要分阶段开挖、分阶段排水。
本方案强调信息法施工，注重反馈设计。
因为深基坑施工具有一定的不可预见性，加之其工程地质水文勘察资料、环境情况调查、设计计算模型等都难以与实际情况相符，因此我们强调对施工情况实时监控，根据开挖揭露出的地质水文条件变化情况和监测结果分析，及时调整设计，达到控制变形，安全施工的目的。
所以深基坑工程必须进行信息化施工，其全过程监控和反馈动态设计流程见图1。
3.总体施工部署
本方案强调深基坑施工的整体性。
基坑开挖、基坑支护和基坑排水是深基坑施工的三个不同的施工措施，在实施过程中，他们三者之间是连续的，也是相互关联、相互制约的，为确保本方案实施的成功，开挖、支护和排水必须同步进行，同步施工，方案调整时，也是一变俱变。
所以说，把本基坑工程作为一个系统工程来研究，来施工，是本方案施工总体部署的一大原则。
第一步：
全面开挖2m深。
查看地质报告，常地下水位在地表位置，如果到了含水层，可以适当提高开挖深度。
第二步：
四周挖排水沟排水。
如果含水层开挖时如果渗透流量过大，会引起四周沙层塌方、中部管涌或流土，将无法控制开挖边线和标高，所以在含水层全面开挖以前，在挖方区域以外四周先用挖掘机挖出一条四面连通的排水沟。
初步设计排水沟沟宽1m，深1m，开挖以后采用粘土砖干砌护壁，沟底平铺一层红砖，以方便清理。
边坡衬砌护坡同时施工。
为方便施工，排水沟开挖完成以后及时用水泵（暂定功率200m3/h）抽水，如果沟内的水不能及时抽出，应适当增加水泵台班，直至抽水量大于渗透量，排水沟内几乎没有积水，方可进行下一步施工。
第三步：
排水沟以内再开挖1m深。
待排水稳定以后，再将排水沟以内往下开挖1m深。
第四步：
重复第二、三步的工作，直至挖至设计标高。
重复第二、三步的工作，直至挖至设计标高。
大约需要5～6道排水沟，挖至设计标高以后，底部再开挖一条排水沟，始终抽水以保持基底没有积水。
4.项目经理部人员配置
为了确保本方案的有效实施，我们项目部内部建立一个高效的技术班子，发挥有关人员的职能作用，以满足施工现场的需要;
项目部设项目经理1名，执行经理1名，技术负责人1名，技术员3名，质检员3名，专职安全员4名，材料工程师4名，资料员4名，设备员2名，计划核算员4名，电气工程师2名，木工工长1名，钢筋工长1名，混凝土工长1名，泥工工长1名。
项目管理人员名单见图2。
图2深基坑施工项目部施工组织机构设置
降水设计施工方案
5.对地下水水量的预测：
由于地质勘察报告没有提供土工试验数据，目前只能够通过查阅一些相关资料进行预测，根据地质报告的显示，挖土区域主要为中粗砂，表层杂填土层位于地下水位以上，基本上可以不考虑它的渗透。
通过查阅相关资料，粗砂的渗透系数在a×10-1至10-2cm/s之间；中砂的渗透系数在a×10-1至10-3cm/s之间，可以知道，本工程的渗透系数取值最小值为1×10-3cm/s；最大值为9×10-1cm/s。
根据达西渗透定律，渗透流量可按近似的下式进行计算：
Q=kAi
=（1×10-3cm/s～9×10-1cm/s）×100×100×300/10000
=0.3cm3/s～270cm3/s
（此为平均每1m2的渗透量，最大可达到每平方米每小时0.97m3）
如果将整个基坑全部开挖完毕，每小时的渗透流量为：
A=（41×60）+（41+60）×2×3.5+55×17+（55+17）×2×3.1=4548ｍ2
需要说明的是，这只是一个初步估计，而实际的渗流长度是变数，不是100m而是都大于100m，这是一个最保守的估计。
6.基坑降水设计
首先，为防止地表生活用水排入坑内，同时加强基坑积水及雨水的及时排放，在地面上基坑四周尽量修建截水沟，地面截水沟尺寸为宽×深=0.5×0.5m，并与主下水道连接。
分层开挖以后，分步设置排水沟，初步设计排水沟沟宽1m，深1m，开挖以后采用粘土砖干砌护壁，沟底平铺一层红砖，以方便清理。
每步开挖以后的排水沟应连通，并根据设置水泵的数量设置积水井。
水泵采用150WQ200-10-15型，出口直径150mm，流量200m3/h。
根据开挖的情况及时设置水泵抽水，如果沟内的水不能及时抽出，应适当增加水泵台班，直至抽水量大于渗透量，排水沟内几乎没有积水，方可进行下一步施工。
下表是对各层开挖以后降水时抽水量的估计。
（以南区为例）
表1各层开挖后渗透流量及抽水台班估算表
开挖层次
部位
开挖深度
层次
渗透长度/m
水头损失/m
水力梯度
渗透系数MAX
/（m/h）
渗透系数MIN
/（m/h）
总流量MIN
/（m3/h）
总流量MAX
/（m3/h）
水泵数MAX
/台
水泵数MIN
/台
1
西边
0～2m
1
100.00
1
0.01
0.0025
0.00
南边
0～2m
130.00
1
0.01
0.0025
0.00
东边
0～2m
130.00
1
0.01
0.0025
0.00
北面
0～2m
170.00
1
0.01
0.0025
0.00
0.00
0.0151
1
1
2
西边
2～3m
2
100.00
2
0.02
250
0.28
南边
2～3m
130.00
2
0.02
250
0.28
东边
2～3m
130.00
2
0.02
250
0.28
北面
2～3m
170.00
2
0.01
250
0.28
1.61
1447.7
7
1
3
西边
3～4m
3
100.00
3
0.03
250
0.28
南边
3～4m
130.00
3
0.02
250
0.28
东边
3～4m
130.00
3
0.02
250
0.28
北面
3～4m
170.00
3
0.02
250
0.28
2.36
2124.7
11
1
4
西边
4～5m
4
100.00
4
0.04
250
0.28
南边
4～5m
130.00
4
0.03
250
0.28
东边
4～5m
130.00
4
0.03
250
0.28
北面
4～5m
170.00
4
0.02
250
0.28
3.08
2770.4
14
1
5
西边
5～6m
5
100.00
5
0.05
250
0.28
南边
5～6m
130.00
5
0.04
250
0.28
东边
5～6m
130.00
5
0.04
250
0.28
北面
5～6m
170.00
5
0.03
250
0.28
3.76
3384.8
17
1
6
西边
5～7.5m
6
100.00
6
0.06
250
0.28
南边
5～7.5m
130.00
6
0.05
250
0.28
东边
5～7.5m
130.00
6
0.05
250
0.28
北面
5～7.5m
170.00
6
0.04
250
0.28
4.41
3967.9
20
1
日抽水台班的近一步估计：
根据上述计算结果，结合地质勘察报告，开挖层中粗砂处于中密状态，其孔隙率应不在最小，也不在最大值上，而是中间值。
从而估计渗透系数亦在中间值左右，据此考虑，开挖第一层可以不设水泵，第二层设置4台水泵，第三层设置6台水泵，第四层设置7台，第五层9台，第六层10台。
排水沟和积水井的布置原则见图3。
图3基础开挖剖面示意图
为了满足施工需要，水泵泵管固定位置，采用Φ150PVC管，虽然容易破损，相对造价比较便宜，通过加强施工管理，采取一定的保护措施，应该可以实施。
7.基坑降水对环境的影响及对策
基坑开挖降水后，水位降低将改变基坑周边工程地质体和原有平衡状态，使基坑周边土层孔隙水压力减少和有效应力增加，从而产生附加荷载导致相应的沉降，对周围建筑物会造成不同程度的危害，鉴于此，对可能产生的危害程度做出正确的评估是非常必要的。
但由于缺乏相关土工试验资料，无法计算沉降值和沉降差。
综合考虑，浅层粘性土虽然已完成固结，但毕竟土层较薄，也不能很好的调整下部水位下降漏斗引起的土层沉降差，如果降水后，下部处于中密状态的中粗砂层将迅速（相对粘土而言）排水固结，引起不均匀沉降。
建议业主方能够邀请地质勘察单位作进一步的分析、计算和论证。
在地质勘察单位分析论证的基础上，如果在基础施工期内（初步估计为60d），周边建筑物不会受到太大的影响，按照确保万无一失的考虑，在临近基础周边50m以内的建筑物设置沉降监视装置，随时监视周边建筑物的沉降情况。
8.基坑降水施工
基坑降水的施工主要由开挖排水沟、积水井以及设置水泵、排水管等。
他的施工顺序依次为：
机械开挖排水沟→人工清理→架设临时水泵→砌筑沟壁护坡→清理沟底、沟底护坡→人工开挖积水井→架设积水井水泵→架设水泵出水管道等。
根据上述要求，开挖排水沟以后，边清理边架设临时水泵抽水。
清理后立即砌筑护坡，水泵的架设在靠集水集中地点，。
水泵的下面采用窗纱滤网包裹以防止泥浆进入。
为了确保抽水的连续性，建议业主方为施工现场提供双电源，另外，施工时采用一部分柴油发动机泵，确保在停电情况下也能够正常排水。
水泵出水管道采用Φ150PVC管，在挖方区域以外尽量埋地架设，如无法埋地的将水直接排入地面开挖的排水沟内，由排水沟排入市政排水管网。
在挖方区域以内的排水管两边搭设防护栏杆，并设置明显的警示标志，确保管道得到有效的保护。
在抽水过程当中，尤其应注意抽水设备的保护，设置专人进行抽水机的管理与维护工作，在水即将抽干时及时关闭抽水机电源，确保设备安全，并设置专人进行水泵的修理工作，一旦出现问题，及时解决。
现场设4～5个紧急备用水泵，一旦水泵损坏或水量增加，可以及时得到补充。
排水时临时电由专业电工负责进行跟踪检查和维修，以确保设备正常运转。
基坑支护方案
1.初步分析
本深基坑工程挖深较深，南区最大深度为相对标高-7.5m，相对室外地面也有7.0m的深度，北区最大深度为相对标高-12m，相对室外地面也有11.0m的深度，由于本工程四周均没有建筑物遮挡，从经济方面考虑，全面放坡开挖。
挖方区先后经历杂填土层和中粗砂层。
杂填土层相对密实，又无地下水，按照1:
0.5放坡，足以满足施工要求。
中粗砂层处于饱和水状态，基坑开挖以后地下水必然渗流，透过渗流部位，会引起涌土、涌砂现象的发生，所以土方开挖后该层边坡是不稳定的，必须采取支护措施。
前面已经提到，挖方以前应先挖排水沟，先排水后开挖，使挖方区尽量处于无水状态。
在这种情况下，中粗砂层开挖边坡处也可以处于无水状态。
有关资料显示，中粗砂的自然休止角在60°左右，按照1:
1的放坡开挖应可以保持沙土的稳定。
考虑到开挖以后，还要经历90d左右的基础施工期，在此期间必将会下雨，雨水渗透以及生活用水流入等等情况都有可能发生。
一旦有水，沙土就会顺流而下，甚至危及人员安全，所以，进行部分衬砌网片砂浆护坡是十分有必要的。
开挖排水沟时，地下水量是比较大的，包括抽水、沟底清理、护壁等工作都是在有水的条件下进行的，特别是抽水以前，渗流地下水会造成沟壁土方的坍塌和滑坡，所以，及时进行清理和护壁就像是一场战役。
由于有水状态下是无法进行水泥湿作业的，所以我们选择了开挖以后采用粘土砖干砌护壁，沟底平铺一层红砖，以方便清理。
透过干砌上去的粘土砖缝，地下水继续渗流，因此，砖体仅承受边坡砂土的侧压力，渗透水压力很小。
2.基坑支护设计
放坡开挖以后的基坑边坡支护主要是中粗砂层的边坡支护，支护方法也相对简单，一般可以保证在无水状态下进行，先人工修理边坡，达到平整以后在边坡上平排一层实心粘土砖，以保证支护对象处于稳定状态，人员上下施工时不至于将边坡踩踏下滑。
如果边坡始终处于无水状态，简单支护以后就可以满足施工的要求。
如果有地下水渗出，长时间会引起边坡变形，再在上面整体做一层30mm厚细石混凝土找平层。
细石混凝土间隔一定的距离预留排水孔，以减少渗流水对边坡土质的影响。
边坡支护的具体做法见图3。
图3边坡支护做法
挖掘机和人员、设备上下部位是边坡支护的重点，为确保万无一失，该部位在土方开挖完成以后采用100mm厚C10混凝土浇筑，并设置防滑条与维护栏杆。
排水沟的沟壁支护相对比较紧张一点，当排水沟开挖完成以后，及时进行清理边坡和沟底，同时架设临时水泵抽水。
由于排水沟开挖深度均在1m以内，可以边清理边护坡。
护坡采用粘土砖干砌护壁，沟底平铺一层红砖。
干砌护壁砌体初步选用240mm宽，除不采用水泥砂浆砌筑灰缝以外，均按照砌体工程要求进行咬槎砌筑。
确保护壁的连续性以及整体性。
在挖掘机和人员上下部位的排水沟均提前预制沟盖板，在护壁完成以后盖上，保证施工机具和人员的顺利通行。
排水沟的护壁和沟底做法见图4。
图4排水沟做法
在基坑深度不同交接的部位，如果塌方，将影响到基底土质，在这些地方，需砌筑挡土墙以保证边坡稳定和基础开挖集合尺寸的正确，需在开挖后砌筑水泥砂浆实心粘土砖挡土墙，初步设计挡土墙的宽度为370mm，砌筑时设置泄水孔排水减压。
3.基坑支护对环境的影响及对策
根据现场实际情况，基坑西侧排洪沟距离施工基坑最近仅有7m的距离，该处的土方支护需考虑到位。
在挖土过程中注意护坡及时施工即可。
在施工过程当中，仍需进一步对该处进行过程跟踪监视控制，发现问题及时向业主报告。
4.基坑支护施工工艺和方法
边坡支护在基础开挖完成以后，上层排水沟排水基本稳定以后进行，基本上土方开挖完成以后即可，基坑支护采用人力手推车进行垂直和水平运输。
人工施工。
边坡衬砌施工以前，为了减少坑壁土体内部的积水和含水量，在护坡处埋设φ25塑料排水短管，一般1～2根，根据实际情况可作增减。
护壁顶部地面设置排水沟，沟旁一定范围的地面抹M10水泥砂浆，以利地面排水。
为保证施工安全，护壁顶部设置栏杆，材料可用φ25mm钢筋或φ48mm钢管架设；红砖护壁水泥砂浆护面工程需与基坑开挖同时进行。
为保证坡度满足设计要求，保证平整度，在靠近设计边坡附近，应停止使用大型机械开挖，采用人工挖铲，以免扰动边坡土体。
水泥砂浆可以采用制作好的成品“电焊网巴”预先挂网，其规格为φ1.8mm@25mm，为了先铺好“电焊网巴”，在网外面布置φ12mm钢筋，间距@500mm×500mm～1000mm×1000mm，将钢筋与“电焊网巴”焊牢或绑牢，在钢筋交叉处设置φ12mm～16mm插筋，插入坡面内深度一般为0.5～1.2m，如遇卵石打不进时，可以适当调整打入位置，然后抹平均厚度为5～10cmM15水泥砂浆，砂浆应盖住“电焊网巴”和固定钢筋，不使其外露。
对个别可能发生局部垮塌的部位，根据情况可用砌砖保护或立模现浇混凝土保护。
为保证排除坑壁土体中的集水或渗透水，布置φ25mm塑料排水短管，伸入土体0.1～0.5m左右，纵横间距一般为2～3m，个别部位可以增设排水管。
坡顶一样也要布置排水沟，并在地面一定范围抹水泥砂浆。
安全栏杆设置位置距坡顶边缘的距离应在0.5～1m左右，以免栏杆受力后引起坡顶垮塌。
土方开挖施工方案
1.开挖原则
工程经验表明，由于受地下工程不可知的因素影响较多，因此深基坑开挖工程是一项风险较大的工程，即使从已知条件设计出安全、可靠的基坑施工方案，在施工中也要采取信息法施工。
由于该工程土质较差，且基坑开挖施工要与基坑排水、基坑支护密切配合，所以基坑开挖要采用安全可靠的措施，严密组织，科学施工。
尤其是要坚持“慎开挖、快支护、勤监测、早处理”的原则，方能确保基坑边坡稳定和基坑工程的安全。
基坑开挖必须与基坑支护和降水方案的实施保持一致，充分考虑土方开挖的前提条件是挖方区域处于无水状态，考虑到基坑支护做到万无一失是开挖顺利进行的保障，考虑到基坑降水是整个开挖乃至基础施工全过程的核心。
基坑开挖应遵循分层、分段、按先后顺序开挖的原则。
土方开挖设计应充分考虑时空效应，合理确定土方开挖层数、每层分段数量、分段开挖时间限制及护壁留置的宽度、高度等等；
基坑土方开挖采用机械开挖和人工清挖相配合，开挖顺序按先四周排水沟、后中间挖方区域、先南后北逐层开挖的原则。
基坑开挖机械不得碰撞支护结构、降水系统和监测系统，严禁碰撞、挤压、拖动工程
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