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藍達建筑技術:學會這些內容,以后建筑基坑開挖不會塌、沒有水
藍達建筑技術:學會這些內容,以后建筑基坑開挖不會塌、沒有水
一、基坑開挖施工質量控制

基坑開挖是基坑支護過程的一個重要環節,直接影響到整個基坑工程的安全。因此合理有效的開挖方案對基坑工程的成敗至關重要。

 

1、無支護開挖

基坑無支護開挖通常是指直接分層放坡開挖,其施工作業空間大,工期短,常用于地處空曠環境,且開挖深度不大的基坑,較少用于城市中。在施工時,軟土地基的分層厚度應控制在2m以內,且開挖深度不宜過大,應控制在6~7m;而硬質土的分層厚度應控制在5m以內,但其開挖深度則不受限制。

此外,基坑開挖前,還應根據土質、基坑深度、開挖方法、留置時間、邊坡荷載、排水情況及場地大小確定基坑邊坡的穩定性,以保證基坑開挖施工的安全。

 

2、有支護開挖

基坑有支護開挖主要包括盆式挖土及中心島式挖土等方式。

(1)盆式挖土:施工時先開挖基坑中間部分的土方,周圍四邊預留土坡,且土坡最后挖除。該方法常用于基坑面積較大、支撐或拉錨作業困難且無法放坡的基坑,且其具有支撐用量小,費用低等特點,可使周邊土坡對圍護墻起到支撐作用,有利于減少圍護墻的變形,保證基坑穩定性。

(2)中心島式挖土:施工時應先開挖基坑周邊土方,暫時留置基坑中間的土方,以中間留土方作為支點搭設棧橋。該方法常用于具有較大空間情況下的大型基坑土方開挖,且其具有挖土和運土速度快的特點,但由于其施工特點,可能會增大支護結構的變形量,對支護結構受力產生不利影響,因此施工時應嚴格遵循相關要求。
 


 

3、施工要點

(1)基坑開挖時應遵循“土方分層開挖、墊層隨挖隨澆”的原則,其中在有支護的基坑開挖時應遵循“開槽支撐、先撐后挖、分層開挖、嚴禁超挖”的原則。

(2)基坑開挖時須結合邊坡修護,在開挖一定深度后,應先修整好相應的土方開挖邊坡,再進行下一層挖土。

(3)無法采用機械時應采用人工挖土,并適當放慢挖機的開挖速度,使人工挖土盡量能跟上挖機的速度,同時二者須錯開時間和地點,以確保挖土安全,挖出的土方應及時裝滿運出。

(4)基坑開挖至坑底標高以上200~300mm時應暫停挖土,并進行人工修土,同時,施工時應嚴格執行開挖程序,且土方開挖的順序、方法必須與設計工況一致,嚴禁超挖,以確保施工安全。

(5)深基坑開挖前,須進行基坑工程監測,即對支護結構、周圍環境進行觀察和監測,以準確了解土層的實際情況,及時對基坑周圍環境采取有效保護,從而確保基坑工程的安全。 

 

4、地下水對基坑的影響

   地下水是運動著的水流,它和周圍的巖土介質不斷進行著物理的、力學的、化學的作用,從而影響地下水流的性質和化學組成,同時也對巖土介質狀態產生影響。水文地質學側重于水與巖土介質作用對地下水流系統的影響,而巖土力學則偏重于水與巖土介質作用對巖土介質變形的影響。前者以地下水污染研究和成巖成礦的研究為其主要應用方向,后者以巖土體水力學及其在工程中的應用和環境問題研究中的應用為主。這兩方面的研究均是環境地學的前緣領域。工程地質力學研究的主要是后者,研究內容包含“地下水流,巖土介質變形,環境影響”的完整過程。

   地下水普遍賦存于巖土體中,它與巖土體相互作用可以歸結為兩個方面:一是地下水與巖土體間發生機械的、物理的和化學的相互作用,使巖土體與地下水的性質或狀態發生不斷的變化。從巖土力學觀點看,地下水對巖土體性質的軟化作用、地下水通過結晶為主的膠結作用對巖土體性質的強化即屬于此類,從而影響巖土介質的變形和破壞。二是地下水與巖土體間發生的力學方面的相互作用,它不斷地改變著雙方的力學狀態和特性。從巖土力學角度看,地下水對巖土體力學作用主要有靜水壓力、動水壓力(滲透力)和浮托力。在非飽和土體中還存在一種基質吸力(matric suction)。因此,在工程地質力學研究中,必須考慮巖土介質性質和力學作用中地下水的作用,并將其納入總體的本構關系中。由于地下水流是一種活躍的介質,其動態變化又大,研究中時間因子的考慮也是必須的。從理論上探討,地下水與巖土介質相互作用的工程地質力學理論研究應包括地下水滲流的研究、地下水對巖土性質的改變、地下水對巖土介質的力學作用。在應用于實際地質環境問題時,由于實際地質條件的復雜性,需要研究不同地質環境的一些基本作用形式,如碳酸鹽巖分布區的巖溶作用、松散層中的滲透變形等等。這些作用都是水與巖土介質的機械、物理、化學及力學作用的一種復合,而又往往是許多環境問題中的一種作用因子,因此,這些也應該是水與巖土介質相互作用的基本理論的組成部分。由于地下水滲流的幕本理論在有關水文地質學科中有深入詳細的研究,工程地質力學主要就空隙水壓力作用及其對巖土體變形破壞的影響 (含有效應力原理對巖土體的普遍適用性)、水對巖土體力學性質的弱化作用、非飽和土的工程性質、滲透變形和巖溶作用等方面來研究地下水與巖土介質相互作用。

 

    許多災害和其它環境問題都和地下水與巖土介質相互作用有關,如水庫及河流堤壩的滲漏、抽排地下水引起的地面沉降和地面塌陷、地震誘發的砂土液化、斜(邊)坡和古滑坡的失穩、水庫蓄水及深井注液誘發的地震等都是水與巖土介質相互作用影響巖土介質變形,進而影響這些災害和其它環境問題的發生和演化。在這些災害和其它環境問題中,斜(邊)坡和古滑坡的失穩(即滑坡)中地下水作用約研究是薄弱環節。

5、土體滲透破壞

1、基坑壁流土破壞

在飽和含水地層(特別是有砂層、粉砂層或者其他的夾層等透水性較好的地層),由于圍護墻的止水效果不好或止水結構失效,致使大量的水夾帶砂粒涌入基坑,嚴重的水土流失會造成地面塌陷。下圖為某深基坑止水帷幕滲漏、樁間流土事故。
 


 

2、基坑底突涌破壞由于對承壓水的降水不當,在隔水層中開挖基坑時,當基底以下承壓含水層的水頭壓力沖破基坑底部土層,將導致坑底突涌破壞。下圖為上海某深基坑坑底內發生承壓水突涌。



3、基坑底管涌破壞在砂層或粉砂底層中開挖基坑時,在不打井點或井點失效后,會產生冒水翻砂(即管涌),嚴重時會導致基坑失穩。下圖為湖南浯溪水電站二期深基坑出現管涌 。
 


 


 

以上深基坑工程安全質量問題,只是從某一種形式上表現了基坑破壞,實際上深基坑工程事故發生的原因往往是多方面的,具有復雜性,深基坑工程事故的表現形式往往具有多樣性。
 

二、深基坑降水與止水技術


 

(一)深基坑降水技術

1 土的滲透系數測定

   滲透系數K反映土的透水性大小(cm/s或m/d)

   現場滲透試驗:

(1)抽水試驗——用于含水層或地下水位較淺,且有一定富水性的土層;

(2)壓水試驗——用于貧水、干旱地層;

(3)注水試驗——鉆孔注水,原理同抽水試驗。

   大型工程對土的滲透系數作測定

抽水試驗(揚水試驗)

(1)在試驗點鉆中心試驗孔;

(2)在中心孔每側鉆不少于2個觀測孔;

(3)在中心孔持續抽水至孔內水柱穩定,測得孔內水位降深(S),涌水量(Q)與相應的影響半徑(r)
 

對于無壓完整井


 

2  降水方法與降水深度

(1)一般輕型井點(一級) 3~6m

(2)射流泵輕型井點 8m

(3)噴射井點8~20m

(4)深井泵 15m

(5)管井井點(潛水泵)淺的3~6m,深的可達20m。

上海常用:輕型、噴射

南京常用:管井、輕型
 




 

工作原理

由離心泵提供的高壓工作水通過管通進入埋于井點管中底部的射流泵內,水流從噴嘴中高速噴出,在其周圍形成真空,從而使地下水通過濾水管吸入泵內匯同工作水一起升壓后排出。


特點:

射流泵是利用流體傳遞能量,其結構簡單,工作可靠,壽命長,管理使用方便。

適用于土的滲透系數數為5-20m/晝夜及降水深度為10-25m的工況。由于吸上高度大,從而增加了基坑開深度。

與輕型井點噴射泵比較,在同樣抽吸深度時,輕型井點泵需二次以上分段降水,而射流深井泵則一次到位,減少了工作量。

與機械長軸深井泵比較,克服了長軸深井泵安裝復雜,故障多,使用要求高,維修不便等弊病。

說明:









 

1溢流口

2機組水箱

3壓力表

4真空表

5真空表接管

6出水管

7進水管

8外套管

9射流管

10管接

11濾水管
12外套管濾頭
 

 





 










 

3、降水方案選擇要素

(1)氣象條件——特別考慮暴雨水,如上海暴雨量120~150mm/d,廣州300mm/d

(2)地質條件——按當地條件及施工經驗確定抽水量

(3)場地條件

(4)坡面保護——井點抽水保真空,不使坡面漏氣(薄膜覆蓋、掛網噴漿)

(5)電滲井點——粘性土中用

(6)電源有兩路,井點泵有備用量

4、基坑開挖與降水對鄰近建筑物的影響及措施

(1)降水不當引起的危害

〔實例〕上海康樂路十二層大樓工程

 基礎:箱基,開挖5.5m,面積70×14m2

 降水方案:鋼板樁加井點降水

 抽水6天后沉降觀測點的沉降量:

危害:降水期間,距基坑6~10m處舊民房略有裂縫。拔起鋼板樁后,挾帶泥土很多,使民房成危房
 


 

基坑支護結構外側因泥沙隨水滲流進入基坑,造成局部沉陷坍塌事故

上海、廣東、江蘇、山東、浙江等地均有多雨季節,地下水充沛,基坑土方開挖時排水或降水不當,均有可能造成支護結構失效坍塌事故。

(2)減少降水影響的措施

   ①減緩降水速度,勿使土粒帶出

   a. 利用降水曲線使其平緩,使鄰近建筑物均勻沉降

      辦法:將井點加長,減緩降水速度

   b. 根據土粒,改換濾網

   c. 提高施工質量,確保砂濾層厚度,濾網外填砂其直徑不

      小于200mm

   d. 井點上部1~1.5m深度用粘土封口。

②在建筑物沿基坑一邊,采用回灌井,使建筑物保持原有地下水位(地下水位降低,土層壓縮下降)

   a. 采用回灌溝

   條件:建筑物離基坑稍遠,無隔水層或弱透水層

        無隔水層回灌

        有隔水層回灌
 

b. 采用回灌井

   條件:土層中有粘質粉土夾層

c. 回灌的做法及技術要求

       回灌井為較長的穿孔井管,同濾管,外填濾料,粘土封口,回灌井的計算同一般井點計算。水位如何用觀測井觀測。有時加壓回灌,壓力為10m水柱。

       ●回灌井的回灌水位曲線是倒漏斗形;

       ●防止降水和回灌兩井相通,應保持距離6m以上;

       ●回灌井點,深度控制在長期降水曲線下1m為宜;

       ●回灌應用清水。

 回灌實例

上海友誼商店主樓,樓長82m,寬34m,高33m,6層升板建筑。片筏基礎,基礎挖深地面下3.4m,東面離上海電臺大樓10m處挖深達4.2m。電臺大樓為30m高的六層框架結構,建于三十年代。原地下水位于地面下1.5m。

降水井點范圍44m×85m,井點長度7.1m,其中濾管長1m。

回灌井點與降水井點相距7m,局部因場地限制縮小到3m。沿電臺大樓布置,共長38m,間距3m。回灌井點長8m,埋至灰粉土層底部。5m高水箱。    

效果:沉降觀測表明,回灌區一般沉降量1~2mm,非回灌區沉降可達9~12mm。

(二)深基坑止水技術

1、止水帷幕施工方法

(1)高壓噴射注漿法——成幕質量好,適用土層廣,但成本高;

(2)深層攪拌法——成本低,只適用軟粘土地基;

(3)壓力灌漿法——適用土層較廣,施工方便,但注漿可控性差,形成完整帷幕較難。

2、高壓噴射注漿法

堵水防滲按雙排或三排布孔,孔距0.866倍旋噴樁直徑。噴射水泥漿,可摻2%~4%的水玻璃,提高抗滲。有抗滲要求,不宜摻礦渣水泥 。

先噴漿后旋轉和提升。        
 

3、深層攪拌法

深層攪拌法分噴漿深層攪拌法和噴粉深層攪拌法兩種。形成止水帷幕常用噴漿深層攪拌法。

漿液水灰比0.45~0.55    

4、高壓灌漿法

(1)鉆孔Ø91mm                                         

(2)鉆桿內灌入封閉泥漿。

(3)插入閥管到設計深度。

(4)封閉泥漿凝固后,在塑料閥管中插入雙向密封注漿芯管進行注漿。

(5)注漿完畢沖洗塑料閥管中殘留漿液。


三、深基坑支護及降水工程安全施工管理要點
 

1、 臨邊防護

(1)基坑施工必須按要求進行,具體臨邊防護要求按“三寶四口”章節要求執行。

(2)開挖深度超過2米的基坑施工還必須在欄桿式防護的基礎上加密目式安全網防護。
 


 

深基坑臨邊防護

2、排水措施

(1)常見的地下水控制方法有集水明排、降水、截水和回灌等型式單獨或組合使用。常用的地下水控制方法有明排水、井點降水、自流深井排水等。

(2)深基坑施工采用坑外降水的,必須有防止臨近建筑物危險沉降的措施。
 


 

基坑排水措施
 


 

3、坑邊荷載

(1)基坑、邊坡和基礎樁孔邊堆置各類建筑材料的,應按規定距離堆放;各類施工機械距基坑、邊坡和基礎樁孔邊的距離,應根據設備重量、基坑、邊坡和基礎樁的支護、土質情況確定,堆載不得超過設計規定。

(2)各類施工機械施工與基坑、邊坡的距離小于規定時,應對施工機械作業范圍內的基坑支護、地面等采取加固措施。 

4、上下通道

(1)基坑作業時必須設置專供作業人員上下的通道,作業人員不得攀爬臨時設施。

(2) 通道的設置,在結構上必須牢固可靠,數量、位置上應符合有關安全要求。
 


 

深基坑上下通道

5、土方開挖

(1)土方施工機械應由有關部門檢查驗收合格后進場作業,操作人員應持證上崗,遵守安全技術操作規程。

(2)機械開挖土方時,作業人員不得進入機械作業半徑范圍內進行坑底清理或找坡作業。

(3)施工時應遵循自上而下的開挖順序,嚴禁先切除坡腳,并不得超挖。
 


 

基坑開挖
 


 

6、基坑內懸空作業

基坑內懸空作業時,應有穩固的立足點,并搭設防護設施,特殊情況下無可靠的安全設施。 

7、基坑內垂直作業

基坑內垂直作業各工種進行上下立體交叉作業時,不得在同一垂直方向上操作。

8、基坑內交叉作業

(1)懸空作業各工種進行上下立體交叉作業時,下層作業的位置,處于上層高度可能墜落范圍半徑之外,并應設置安全防護層。

(2)由于上方施工可能墜落物件或處于起重機把桿回轉范圍之內的通道,在其受影響的范圍內,必須搭設防止落物的雙層防護棚。 
 


 

基坑內交叉作業
 


 

9、坑洞內作業

(1) 鋼管樁、鉆孔樁等樁孔上口,杯形、條形基礎上口,未填土的坑槽,以及人孔、天窗、地板門等處,均應按洞口防護設置穩固的蓋件。

(2)施工現場通道附近的各類洞口與坑槽等處,除設置防護設施與安全標志外,夜間還應設紅燈示警。

(3)坑洞內作業應設符合規定的和固定牢固的安全梯,工作坑四周或坑底必須設排水措施,必要時還應設通風設施。

(4)坑洞壁必須按方案設置牢固可靠的支護措施,坑洞內有人作業時,上方必須有人監護。

(5)在坑、洞、井內作業場所,應設一般照明、局部照明或混合照明,電源電壓按作業環境選擇安全電壓。 

深基坑工程是最近30多年中迅速發展起來的一個領域,由于高層建筑、地下空間的發展,深基坑工程的規模之大、深度之深,成為巖土工程中事故最為頻繁的領域,給巖土工程界提出了許多技術難題,當前,深基坑工程已成為國內外巖土工程中發展最為活躍的領域之一。
 

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