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1、第2章 基坑工程,基坑工程,2.1 基坑工程概述 2.1.1 基坑工程的内容 2.1.2 基坑支护结构的设计原则 2.1.3 基坑支护结构的安全等级 2.2 基坑工程勘察 2.2.1 岩土勘察 2.2.2 水文地质勘察 2.2.3 基坑周边环境勘查 2.2.4 主体工程地下结构设计资料调查 2.3 支护体系方案选择 2.3.1 支护结构类型 2.3.2 围护墙形式选择 2.3.3 支撑(拉锚)形式选择,基坑工程,2.4 基坑工程施工 2.4.1 深层搅拌桩施工 2.4.2 高压喷射注浆法施工 2.4.3 钢板桩施工 2.4.4 钢筋混凝土板桩施工 2.4.5 地下连续墙施工 2.4.6 土钉墙
2、的施工 2.4.7 锚杆的施工 2.4.8 基坑土方开挖 2.4.9 降水 2.5 基坑工程监测 2.5.1 监测内容 2.5.2 支护结构监测常用仪器 2.5.3 监测点布置及监测,2.1 基坑工程概述,2.1 基坑工程概述,随着高层建筑、地下空间综合利用开发,高层建筑的多层地下室、地铁车站、地下商场、地下车库、地下人防工程等迅速发展,基坑工程越来越多。 基坑工程是为保护基坑施工、地下结构的安全和周边环境不受损害而采取的支护、基坑土体加固、地下水控制、土方开挖等工程的总称。基坑工程是一项系统工程,具有环境复杂、技术难度大、地区性强、费用高、事故突发高风险、涉及面广等特点。,2.1.1 基坑工
3、程的内容,基坑工程一般包括以下几方面内容: (1)基坑工程勘察; (2)支护结构的设计和施工; (3)地下水位控制; (4)基坑土方工程的开挖和运输; (5)基坑土方开挖过程中的工程监测; (6)基坑周围的环境保护。 基坑土方开挖的施工工艺一般有两种:放坡开挖(无支护开挖)和在支护体系保护下开挖(有支护开挖)。,2.1.1 基坑工程的内容,放坡开挖的适用条件是: (1)场地允许; (2)邻近无重要建筑物和管线; (3)基坑边土体位移限制不大; (4)土质为一般粘性土或粉土以及碎石土、风化岩 石等良好土质; (5)开挖深度超过45m时,宜采用分级放坡; (6)地下水位降至坑底。,2.1.2 基坑
4、支护结构的设计原则,(1)安全可靠 支护结构要满足强度、稳定和变形的要求,确保基坑施工及周围环境的安全。 (2)经济合理 在支护结构安全可靠的前提下,从造价、工期及环境保护等方面经过技术经济比较,最终确定具有明显优势的方案。 (3)便利施工 在安全可靠经济合理的原则下,要考虑施工的可能性和方 便施工。,2.1.3 基坑支护结构的安全等级,建筑基坑支护技术规程JGJ120-99第3.1.3条规定,基坑侧壁的安全等级分为三级(表2.1)。不同等级采用相对应的重要性系数 。,2.2 基坑工程勘察,2.2 基坑工程勘察,在进行支护结构设计和合理组织施工之前,做好基坑工程勘察工作是十分必要的。这样才能避
5、免施工期间引起周围的建(构)筑物和地下设施产生过大的变形,影响正常使用。基坑工程勘察需要对影响基坑支护结构设计和施工的基础资料,全面地进行收集, 并加以深入了解和分析,以便很好地为基坑支护结构 的施工服务。,2.2.1 岩土勘察,在进行建筑地基勘察时,对需要支护的工程宜按下列要求进行勘察: (1)勘察范围应根据开挖深度及场地的岩土工程条件确定, 并宜在开挖边界外按开挖深度的12倍范围内布置勘探点, 当开挖边界外无法布置勘探点时,应通过调查取得相应资 料。对于软土,勘察范围尚宜扩大; (2)基坑周边勘探点的深度应根据基坑支护结构设计要求确定,不宜小于1倍开挖深度,软土地区应穿越软土层; (3)勘
6、探点间距应视地层条件而定,可在1530m内选择, 地层变化较大时,应增加勘探点,查明分布规律。,2.2.1 岩土勘察,基坑工程的岩土勘察一般应提供下列资料: (1)场地土层的成因类型、结构特点、土层性质及夹砂情况; (2)基坑及围护墙边界附近,场地填土、古河道及地下障碍物等 不良地质现象的分布范围与深度,并表明其对基坑的影响; (3)场地浅层潜水和坑底深部承压水的埋藏情况、土层的渗 流特性及产生管涌、流砂的可能性; (4)支护结构设计和施工所需的土、水等参数。,2.2.2 水文地质勘察,基坑范围及附近的地下水位情况,对基坑工程设计和施工有直接影响,尤其在软土地区和附近有水体时。因此在进行水文地
7、质勘察时,应达到以下要求: (1)查明开挖范围及邻近场地地下水含水层和隔水层的层位、埋深和分布情况,查明各含水层(包括上层滞水、潜水、承压水) 的补给条件和水力联系; (2)测量场地各含水层的渗透系数和渗透影响半径; (3)分析施工过程中水位变化对支护结构和基坑周边环 境的影响,提出应采取的措施。,2.2.3 基坑周边环境勘查,基坑周边环境勘查应包括以下内容: (1)查明影响范围内建(构)筑物的结构类型、层数、基础类型、埋深、基础荷载大小及上部结构现状; (2)查明基坑周边的各类地下设施,包括上、下水、电缆、煤气、污水、雨水、热力等管线或管道的分布和性状; (3)查明场地周围和邻近地区地表水汇
8、流、排泻情况,地下 水管渗漏情况以及对基坑开挖的影响程度; (4)查明基坑四周道路的距离及车辆载重情况。,2.2.4 主体工程地下结构设计资料调查,主体工程地下结构设计资料,是基坑工程设计的重要依据之一,应周密进行收集和了解。 进行基坑工程设计之前,应对下述地下结构设计资料进行了解: (1)主体工程地下室的平面布置和形状,以及与建筑红线的相对位置。 (2)主体工程基础的桩位布置图。 (3)主体结构地下室的层数、各层楼板和底板的布置与标高,以及 地面标高。,2.3 支护体系方案选择,2.3.1 支护结构类型,支护结构按其工作机理和围护墙的型式分为下列类型:,2.3.1 支护结构类型,支护结构可根
9、据基坑周边环境、开挖深度、工程地质与水文地质、施工作业设备和施工季节等条件,按表2.2选用排桩、地下连续墙、水泥土墙、 逆作拱墙、土钉墙、原状土放坡或采用上述型式的组合。,2.3.2 围护墙形式选择,1、深层搅拌水泥土墙 深层搅拌水泥土墙是利用水泥材料作为固化剂,采用深层搅拌机将其与原状土强制拌和,形成具有一定强度、整体性和稳定性的圆柱体,将其相互搭接,形成具有一定强度和整体结构的水泥土墙,以保证基坑边坡的稳定。,2.3.2 围护墙形式选择,水泥土围护墙截面通常布置成格栅式,相邻桩搭接长度不小于200mm,水泥土的置换率(加固土的面积:水泥土墙的总面积),对于淤泥不宜小于0.8,淤泥质土不宜小
10、于0.7,一般粘性土及砂土不宜小于0.6;格栅长宽比不宜大于2。墙体宽度B和插入深度D(图2.2),,图2.2 水泥土墙示意图 1水泥土搅拌桩;2插筋;3混凝土面层,2.3.2 围护墙形式选择,水泥土的施工质量对围护墙性能有较大影响。 要保证设计规定的水泥掺合量; 要严格控制桩位和桩身垂直度; 水泥浆的水灰比要控制,否则桩身强度难保证; 关键是要搅拌均匀,成桩应采用二次搅拌工艺,喷浆搅 拌时控制好钻头的提升或下沉的速度; 要限制相邻桩的施工间歇时间,以保证搭接成整体。,2.3.2 围护墙形式选择,水泥土围护墙的优点:对周边影响小,振动小,不需要挤土;自立式,坑内无支撑,便于机械化快速挖土;水泥
11、土加固体渗透系数小,具有挡土、止水的双重功能;充分利用原状土,节省材料;一般情况下较经济。 其缺点首先是位移相对较大,尤其在基坑长度大时。为此可采取中间加墩、起拱等措施以限制过大的位移;,2.3.2 围护墙形式选择,2、钢板桩 钢板桩是一种边缘带有联动装置,且这种联动装置可以自由组合以便形成一种连续紧密的挡土或者挡水墙的钢结构体。钢板桩适用于地下水位较高的深基坑支护(图2.3)(图2.4)。,图2.3 钢板桩工程照片1,图2.4 钢板桩工程照片2,2.3.2 围护墙形式选择,钢板桩支护结构有内撑方式和锚位方式(图2.5)。,图2.5 钢板桩支护结构 (a) 内撑方式;(b) 锚位方式 1钢柱桩
12、;2围挡;3角撑;4立柱与支撑;5支撑;6锚位杆,2.3.2 围护墙形式选择,2.3.2 围护墙形式选择,2.3.2 围护墙形式选择,钢板桩一次性投资大,但可以重复使用。施工中多以租赁方式租用,用后拔出归还。钢板桩的优点是: 材料质量可靠,在软土地区打设方便,施工速度快而且简便; 有一定的挡水能力; 一般费用较低。 其缺点是: 一般的钢板桩刚度不够大,用于较深的基坑时支撑 (或拉锚)工作量大,否则变形较大; 在透水性较好的土层中不能完全挡水; 拔除时易带土,如处理不当会引起土层移动,可能危 害周围的环境。,2.3.2 围护墙形式选择,钢板桩根据其加工制作工艺的不同可以分为:热轧钢板桩和冷弯薄壁
13、钢板桩。在工程建设中,热轧钢板桩应用较为广泛。热轧钢板桩的形式有U型、L型、一字型、H型和组合型。建筑工程中常用者为前两种。,图2.6 拉森钢板桩,2.3.2 围护墙形式选择,3、钢筋混凝土板桩 钢筋混凝土板桩作为板桩的一种,具有施工简单、现场作业周期短等特点,曾在基坑中广泛应用,但由于钢筋混凝土板桩的施打一般采用锤击方法,振动与噪音大, 同时沉桩过程中挤土也较为严 重,在城市工程中受到一定限 制。,钢筋混凝土板桩,2.3.2 围护墙形式选择,4、地下连续墙 利用各种挖槽机械,借助于泥浆的护壁作用,在地下挖出窄而深的沟槽,并在其内浇注适当的材料而形成一道具有防渗(水)、挡土和承重功能的连续的地
14、下墙体(图2.7)。,图2.7 地下连续墙,2.3.2 围护墙形式选择,地下连续墙用作围护墙具有以下优点: (1)施工时振动小、噪声低,非常适合在城市施工; (2)占地少,充分利用建筑红线以内有限的地面和空间; (3)地下连续墙刚度大、整体性好、可承受很大的土压力,安全可靠; (4)地下连续墙为连续整体结构,施工时处理好接头部位, 能有较好的抗渗止水作用; (5)很适合于逆做法施工,地下连续墙刚度大,易于设 置埋设件; (6)工效高、工期短、质量可靠、经济效益高。,2.3.2 围护墙形式选择,同时,它也有一些缺点,主要包括: (1)在一些特殊的地质条件下(如很软的淤泥质土,含漂石的冲积层和超硬
15、岩石等),施工难度很大。 (2)如果施工方法不当或施工地质条件特殊,可能出现相邻墙段不能对齐和漏水的问题 (3)地下连续墙如果用作临时的挡土结构,比其它方法所用的费用要高些。 (4)在城市施工时,废泥浆的处理比较麻烦。 地下连续墙作具有防渗、止水、承重、挡土、抗滑等各种功能, 既可用作临时性施工措施,又可作永久性结构,既可独立受力, 也可与后浇混凝土结构结合共同受力,故适用范围较广。,2.3.2 围护墙形式选择,5、土钉墙 土钉墙是由天然土体通过土钉墙就地加固并与喷射混凝土面板相结合,形成一个类似重力挡墙以此来抵抗墙后的土压力;从而保持开挖面的稳定,这个土挡墙称为土钉墙。土钉墙是通过钻孔、插筋
16、、注浆来设置的,一般称砂浆锚杆,也可以直接打入角钢、粗钢筋形成土钉。,图2.8土钉墙面层施工,图2.9 施工完成的土钉墙,2.3.2 围护墙形式选择,土钉墙应用于基坑开挖支护和挖方边坡稳定有以下特点: (1)形成土钉复合体、显著提高边坡整体稳定性和承受边坡超载的能力。 (2)施工设备简单,由于钉长一般比锚杆的长度小的多,不加预应力。 (3)随基坑开挖逐层分段开挖作业,不占或少占单独作业时间,施工效率高,占用周期短。 (4)施工不需单独占用场地,对现场狭小,放坡困难, 有相邻建筑物时显示其优越性。 (5)土钉墙成本费较其他支护结构显著降低。 (6)施工噪音、振动小,不影响环境。土钉墙本身变形很小
17、, 对相邻建筑物影响不大。,2.3.3 支撑(拉锚)形式选择,1、内支撑的组成与平面形式 支护结构的内支撑体系包括围檩、支撑和立柱(图2.10)(图2.11)。,图2.10内支撑体系1,图2.11内支撑体系2,2.3.3 支撑(拉锚)形式选择,支护结构的支撑在平面上的布置形式(图2.12),有角撑、对撑、桁架式、框架式、环形等。有时在同一基坑中混合使用,如对撑加角撑、环梁加边桁(框)架、环梁加角撑等。主要是因地制宜,根据基坑平面形状和尺寸设置最适合的支撑。,图2.12 支撑的平面布置形式 (a)角撑;(b)对撑;(c)边桁架式;(d)边框架式;(e)环梁与边框架;(f)角撑与对撑,2.3.3
18、支撑(拉锚)形式选择,一般情况下,对于平面形状接近于方形且尺寸不大的基坑,宜采用角撑,基坑中间部位有较大的空间,便于组织挖土。平面形状接近方形但尺寸较大的基坑,宜采用环形、桁架式、边框架式支撑,受力性能较好,在基坑中间能提供较大的空间,便于挖土和出土,能缩短工期。 对于长方形的基坑,宜于采用对撑或对撑加角撑 等,支撑可靠,受力合理,便于控制变形,后者还能提 供部分较大的空间,便于挖土工作。,2.3.3 支撑(拉锚)形式选择,2、钢支撑 支护结构的内支撑,按材料分,分为钢支撑和钢筋混凝土支撑两类。钢支撑多为角撑、对撑等直线杆件的支撑。钢筋混凝土支撑为现场浇筑,直线、曲线及各种形式的支撑皆便于施工
19、。,2.3.3 支撑(拉锚)形式选择,钢支撑的优点是: 安装和拆除速度较快,能尽快发挥支撑的作用,减小时间效应,能使围护墙因时间效应增加的变形减小; 可以重复利用,多为租赁方式,便于专业化施工; 可以施加预紧力,还可根据围护墙变形发展情况,多次调正预紧力值以限制围护墙变形发展。,2.3.3 支撑(拉锚)形式选择,3、钢筋混凝土支撑 钢筋混凝土支撑,是随着挖土的加深,根据设计规定的位置现场支模浇筑的支撑。 其优点是 1 、 形状多样性,由于是现浇而成,可浇筑成直线、曲线构件,可根据基坑平面形状,浇筑成最优化的布置型式; 2 、 整体刚度大、安全可靠,可使围护墙的变形小,有利于保护周围环境; 3
20、、可方便地变化构件的截面和配筋,以适应其内力的变化。,2.3.3 支撑(拉锚)形式选择,其缺点是 1 、支撑成型和发挥作用时间长,现场浇筑需时较长,再加上养护达到规定的强度,时间更加长,为此时间效应大,使围护墙因时间效应而产生的变形增大; 2 、 属一次性的支撑结构,不能重复利用(做成装配式者例外); 3 、拆除相对困难,如利用控制爆破拆除,有时周围环境不允许,如用人工拆除,时间较长、劳动强度大。,2.3.3 支撑(拉锚)形式选择,钢筋混凝土支撑,2.3.3 支撑(拉锚)形式选择,4、组合支撑的使用 从目前我国情况看,在软土地区有时在同一个基坑工程中,钢支撑和钢筋混凝土支撑同时应用。如为了较好
21、的保护环境、控制地面变形,上层支撑用钢筋混凝土支撑;基坑下部为了加快支撑的装拆、加快施工速度,下层支撑采用钢支撑。 还有少数情况,采用钢和钢筋混凝土的组合支撑, 如在桁架式斜撑中,弦杆用钢筋混凝土材料,而腹杆用钢 管或型钢。,2.3.4 降水,在深基坑工程中,降水是重要的一环。降水设计和施工是否得当,对深基坑工程能否顺利进行起重要作用。 降水的作用是: (1)防止地下水涌入坑内; (2)防止边坡由于地下水的渗流而引起的塌方; (3)使坑底的土层消除了地下水位差引起的压力, 因此防止了坑底的管涌; (4)降水后,使板桩减少了横向荷载; (5)消除了地下水的渗流,也就防止了流砂现象; (6)降低地
22、下水位后,还能使土壤固结,增加地基土的承载能力。,2.3.4 降水,实行坑内降水时,支护结构的围护墙需要有良好的隔水性能。桩排式围护墙需有隔水帷幕,板墙式围护墙需处理好接头部位,使其能有效隔水。否则坑外地下水会渗入基坑,使坑外地下水位降低,影响周围环境。 深基坑降水,目前在软土地区应用较多的是真空 深井泵、喷射井点以及与轻型井点的联合应用,即上层 地下水用轻型井点降水,以便及早进行挖土,拔除后下 层地下水用深井泵等降水。,2.4 基坑工程施工,2.4.1 深层搅拌桩施工,1、施工机械 深层搅拌桩机是用于湿法施工的水泥土桩机,它的组成由深层搅拌机、机架及配套机械等组成(图2.13)(图2.14)
23、(图2.15)。,图2.13 深层搅拌桩机1,2.4.1 深层搅拌桩施工,深层搅拌桩机常用的机架有三种形式:塔架式、桅杆式及步履式。前两种构造简便、易于加工,在我国应用较多,但其搭设及行走较困难;步履式的机械化程度高,塔架高度大,钻进深度大,但机械费用较高。,图2.15 深层搅拌桩机机组 1深层搅拌桩;2塔架式机架;3灰浆拌制机;4集料斗;5灰浆泵; 6贮水池;7冷却水泵;8道轨;9导向管;10电缆;11输浆管;12水管,2.4.1 深层搅拌桩施工,2、施工工艺 搅拌桩成桩工艺可采用“一次喷浆、二次搅拌”或“二次喷浆、三次搅拌”工艺,主要依据水泥掺入比及土质情况而定。一般水泥掺量较小,土质较松
24、时,可用前者,反之可用后者。 一般的施工工艺流程如下(图2.16):,图2.16 深层搅拌桩施工流程 (a) 定位;(b) 预搅下沉;(c) 提升喷浆搅拌; (d) 重复下沉搅拌;(e)重复提升搅拌;(f) 成桩结束,2.4.1 深层搅拌桩施工,(1)就位 深层搅拌机械到达指定位置并对准桩位中心,机座调正水平。 (2)预搅下沉 深层搅拌机运转正常后,启动搅拌机电机,放松起重机钢丝绳,使搅拌机沿导向架切土搅拌下沉,下沉速度控制在0.8m/min左右。如遇硬粘土等下沉速度太慢,可以输浆系统适当补给清水,使钻头钻杆到达桩底设计标高。,2.4.1 深层搅拌桩施工,(3)制备水泥浆 深层搅拌机预搅下沉到
25、一定深度后,开始拌制水泥浆,待注浆时倾入集料斗中。 (4)提升喷浆搅拌 深层搅拌机下沉到达设计深度后,开启灰浆泵将水 泥浆压入地基土中,此后边喷浆,边旋转,边提升深层 搅拌机,直至设计桩顶标高。此时应注意喷浆速率与提升 速度相协调,以确保水泥浆沿桩长均匀分布,并使提升至桩 顶后集料斗中的水泥浆正好排空。搅拌提升速度一般应控制 在0.5m/min。,2.4.1 深层搅拌桩施工,(5)沉钻复搅 再次沉钻进行复搅,复搅下沉速度可控制在0.50.8m/min。如果水泥掺入比较大或因土质较密在提升时不能将应喷入土中的水泥浆全部喷完时,可在重复下沉搅拌时予以补喷,即采用“二次喷浆、三次搅拌”工艺,但此时仍
26、应注意喷浆的均匀性。第二次喷浆量不宜过少,可控制在单桩总喷浆量的30%40%,由于过少的水泥浆很难做到沿全桩均匀分布。 (6)重复提升搅拌 边旋转、边提升,重复搅拌至桩顶标高,并将钻头提出地面, 以便移动机械施工新的桩体,关闭灰浆泵。此至,完成一根 桩的施工。,2.4.1 深层搅拌桩施工,(7)移位 开行深层搅拌桩机(履带式机架也可进行转向、变幅等作业)至新的桩位,重复(1)(6)步骤,进行下一根桩的施工。 (8)清洗 当一施工段成桩完成后,应即时进行清洗。 清洗时向集料斗中注入适量清水,开启灰浆泵,将 全部管道中的残存水泥浆,冲洗干净并将附于在搅 拌头上的土清洗干净。,2.4.1 深层搅拌桩
27、施工,3、质量标准及检验方法 (1)质量标准,表2.3 深层搅拌桩施工主要检查项目的质量标准,2.4.1 深层搅拌桩施工,(2)检验方法 成桩7d后,采用浅部开挖桩头(深度宜超过停浆(灰)面下0.5m),目测检查搅拌的均匀性,量测成桩直径。检查量为总桩数的5%。成桩后3d内,可用轻型动力触探(N10)检查每米桩身的均匀性。检验数量为施工总桩数的1%,且不少于3根。 竖向承载水泥土搅拌桩地基竣工验收时,承载力检验 应采用复合地基载荷试验和单桩载荷试验。,2.4.1 深层搅拌桩施工,载荷试验必须在桩身强度满足试验荷载条件时,并宜在成桩28d后进行。检验数量为桩总数的0.5%1%,且每项单体工程不应
28、少于3点。 经触探和载荷试验检验后对桩身质量有怀疑时,应在成桩28d后,用双管单动取样器钻取芯样作抗压强度检验,检验数量为施工总桩数的0.5%,且不少于3根。 对相邻桩搭接要求严格的工程,应在成桩15d后, 选取数根桩进行开挖,检查搭接情况。 基槽开挖后,应检验桩位、桩数与桩顶质量,如不符 合设计要求,应采取有效补强措施。,2.4.1 深层搅拌桩施工,4、工程实例 (1)工程概况 上海某高层建筑主楼28层,裙房7层,地下室1层,建筑高度107m,总建筑面积达57000m2。 该工程地基土质较差,平均水位位于地面下0.65m,含水量在38.2%52.4%之间,渗透系数在l0-7cm/s左右,主楼
29、基坑底位于灰色淤泥质粉质粘土和灰色淤泥质粘土土层之间,为饱和软弱土层,属高等压缩性。,2.4.1 深层搅拌桩施工,该建筑桩基采用600预制高强预应力空心管桩(PHC桩),采用箱形基础形式,基础埋深分别为自然地面以下7.45m与4.35m。 基坑开挖面积约7500m2,主楼基坑深度达7.50m,裙房基坑比主楼浅3.10m,与主楼形成高低基坑,施工难度较大。施工场地狭窄,周围地下管线较多,基坑开挖施工 对邻近房屋、道路等环境影响大, 需重点进行保护。,2.4.1 深层搅拌桩施工,图2.17 支护结构示意图 1基础底板边线;2水泥土墙;3局部密打暗墩;4加厚混凝土面板;5毛竹插筋 1基础底板边线;2
30、水泥土墙;3局部密打暗墩;4加厚混凝土面板;5毛竹插筋,(2)基坑围护设计(图2.17),2.4.1 深层搅拌桩施工,根据基坑深度、地质情况与周围环境,结合该工程实际情况与施工条件,基坑围护采用水泥土墙重立式支护结构形式,再辅以其他有效的技术措施。在主楼基坑外围采用16m深、6.2m宽的水泥土墙,裙房基坑外围为10m深、3.7m宽的水泥土墙,在主楼与裙房坑底高低连接处再采用注浆加固地基。 该基坑围护方案的特点是:施工工艺简单,工期短, 施工费用少,基坑稳定性好,且裙房地下部分施工可与 主楼同时施工,适用于该工程施工条件。,2.4.1 深层搅拌桩施工,(3)主要技术措施 为了减少主楼搅拌桩挡土墙
31、整体位移,加强搅拌桩墙体整体刚度,防止产生基坑隆起失稳与基坑周围地面沉降,还采取下列几项主要技术措施: 在基坑底增加一排加强搅拌桩加固土体,以增加土的 被动土压力,减小挡土墙体的纵向变形。 基坑开挖前结合土质情况在基坑内采用井点降水, 这样对基坑地基土可起到一定的固结作用。提高土体强度。 基坑围护墙体上均做200厚C20钢筋混凝土面板。,2.4.1 深层搅拌桩施工,(4)效果 从打桩开始至地下室施工全过程,对邻近房屋、道路与地下管线等进行全面监控是基坑围护施工必不可少的有效办法,可为出现的意外情况提供预报以便采取必要的措施,并可掌握围护结构的实际效果。本工程从监测结果来看,地下管线位移与沉降值
32、控制在规定值内,周围环境没有出现异常情况。,2.4.2 高压喷射注浆法施工,高压旋喷注浆法始创于日本,它是在化学注浆法的基础上,采用高压水射流切割技术而发展起来的。,2.4.2 高压喷射注浆法施工,固结体的形状与喷射流移动方向有关。根据喷射流的方向可分为旋转喷射(简称旋喷)、定向喷射(简称定喷)和摆动喷射(简称摆喷)三种注浆形式,如图2.18所示。 根据工程需要和土质条件,可分别采用单管法、双管法和三管法。它们各有特点,可根据工程需要和机具设备条件选用,加固形状可分为柱状、壁状和块状。,图2.18 高压喷射注浆法的三种方式,2.4.2 高压喷射注浆法施工,1、高压喷射注浆法的分类 按喷嘴构造可
33、以分为三种。 (1)单管法 (2)二重管法 (3)三重管法 (4)多重管法,2.4.2 高压喷射注浆法施工,图2.19 高压喷射注浆法 ()单管法;()二重管法;()三重管法 1钻机;2高压注浆泵;3空压机;4高压水泵;5喷嘴;6单管;7双重管; 8三重管;9浆桶;10灰浆搅拌机;11水箱;12水泥库;13喷射注浆加固体,2.4.2 高压喷射注浆法施工,2、高压喷射注浆法的特点 : 以高压喷射直接冲击破坏土体,浆液与土体半置换为固结体,从施工方法、加固质量及适用范围,与其他地基处理方法相比,均有独到之处。高压喷射注浆法的主要特征如下: (1)适用的范围较广 (2)施工简便 (3)可控制固结体形
34、状 (4)有较好的耐久性 (5)设备简单、管理方便 (6)无公害,2.4.2 高压喷射注浆法施工,3、高压喷射注浆法的适用范围 (1)适用土质条件 高压喷射注浆法适用于处理淤泥、淤泥质土、流塑、软塑或可塑粘性土、粉土、砂土、黄土、素填土和碎石土等地基。 但对于硬粘性土,含有较多的块石或大量植物根茎的地基,因喷射流可能受到阻挡或削弱,冲击破碎力急剧下降,切削范围小或影响处理效果。而对于含有过多有机质的土层,则其处理效果取决于固结体的化 学稳定性。,2.4.2 高压喷射注浆法施工,(2)适用工程范围 高压喷射注浆有强化地基和防漏的作用,可卓有成效地用于既有建筑和新建工程的地基处理、地下工程及堤坝的
35、截水、基坑封底、被动区加固、基坑侧壁防止漏水或减小基坑位移等。对地下水流速过大或已涌水的防水工程,由于工艺、机具和瞬时速凝材料等方面的原因,应慎重使用。必要时应通过现场试验确定。适用喷射注浆的工程种类如表2.4所示,2.4.2 高压喷射注浆法施工,2.4.2 高压喷射注浆法施工,4、加固土的基本性状 (1)直径或长度 (2)固结体形状 (3)重量 (4)渗透系数 (5)强度 (6)耐久性 (7)单桩承载力,2.4.2 高压喷射注浆法施工,5、施工机械设备和施工流程 高压喷射注浆的施工机械设备,由高压发生装置、钻机、钻杆和高压管路四部分组成。主要包括钻机,高压泵、泥浆泵、空气压缩机、注浆管、喷嘴
36、、流量计、输浆管、制浆机等。,2.4.2 高压喷射注浆法施工,单管、二重管和三重管喷射法所注入的介质种类和施工流程数量不相同,但它们的施工程序是基本一致的,即为钻孔、贯入喷射注浆管至钻孔底设计标高后喷射注浆,当压力流量达到规定值后,随即旋转和提升,进行自下而上喷射。施工前应平整场地、挖好排浆沟及泥浆处理池,作好放线定位等准备工作。,2.4.2 高压喷射注浆法施工,三重管高压喷射注浆的施工流程和施工顺序见图2.20和图2.21。,图2.20 高压喷射注浆的施工流程,图2.21 三重管高压喷射注浆施工顺序 1振动锤;2钢套管;3三重管;4输浆管; 5高压水管;6压缩空气管;7水泥加固土,2.4.2
37、 高压喷射注浆法施工,6、施工要点 (1)钻机就位 钻机安放在设计的孔位上并应保持垂直,施工时旋喷管的允许倾斜度不得大于1.5。 (2)钻孔,2.4.2 高压喷射注浆法施工,(3)插管 插管是将喷管插入地层预定的深度。使用76型振动钻机钻孔时,插管与钻孔两道工序合二为一,即钻孔完成时插管作业同时完成。,2.4.2 高压喷射注浆法施工,(4)喷射作业 当喷管插入预定深度后,由下而上进行喷射作业,值班 技术人员必须时刻注意检查浆液初凝时间、注浆流量、风量、压力、旋转提升速度等参数是否符合设计要求,并随时做好记录,绘制作业过程曲线。,2.4.2 高压喷射注浆法施工,(5)冲洗 喷射施工完毕后,应把注
38、浆管等机具设备冲洗净,管内机内不得残存水泥浆。通常把浆液换成水,在地面上喷射,以便把泥浆泵、注浆管和软管内的浆液全部排除。 (6)移动机具 将钻机等机具设备移到新孔位上。,2.4.2 高压喷射注浆法施工,7、质量检验和质量标准 (1)检验内容包括: 固结体的整体性和均匀性; 固结体的有效直径; 固结体的垂直度; 固结体的强度特性(包括桩的轴向压力、水平力、 抗酸碱性、抗冻性和抗渗性等); 固结体的溶蚀和耐久性能。,2.4.2 高压喷射注浆法施工,(2)高压喷射注浆可根据工程要求和当地经验采用开挖检查、取芯(常规取芯或软取芯)、标准贯入试验、载荷试验或围井注水试验等方法进行检验,并结合工程测试、
39、观测资料及实际效果综合评价加固效果。 开挖检验。待浆液凝固具有一定强度后,即可开挖检 查固结体垂直度和固结形状。 钻孔取芯。在已旋喷好的固结体中钻取岩芯,并将 岩芯做成标准试件进行室内物理和力学性能的试验。,2.4.2 高压喷射注浆法施工,标准贯入试验。在旋喷固结体的中部可进行标准贯入试验。 静荷载试验。静荷载试验分垂直和水平载荷试验两种。进行垂直载荷试验时,需在顶部0.51.0m范围内浇筑0.20.3m 厚的钢筋混凝土桩帽,进行水平推力载荷试验时,在 固结体的加载受力部位,浇筑0.20.3m厚的钢筋混凝 土加荷面,混凝土的强度等级不低于C20。,2.4.2 高压喷射注浆法施工,(3)检验点应
40、布置在下列部位:有代表性的桩位;施工中出现异常情况的部位;地基情况复杂,可能对高压喷射注浆质量产生影响的部位。 (4)检验点的数量为施工孔数的1,并不应少于3点。检验宜在高压注浆结束28d后进行。 (5)竖向承载旋喷桩地基竣工验收时,承载力检验应采用 复合地基载荷试验和单桩载荷试验,检验数量为桩总数的 0.51,且每项单体工程不应少于3点。,2.4.2 高压喷射注浆法施工,表2.5 喷射注浆质量控制标准,喷射注浆法施工主要质量控制标准如表2.5所示。,2.4.2 高压喷射注浆法施工,9、工程实例 (1)工程概况 威海某高层建筑,距海约200m,是一座高60m的宾馆,地上17层,地下1层共18层
41、,呈三角形布置,底部为箱形基础,全部采用现浇剪力墙结构。占地面积1100m2,总重24100t。 由于地处滨海滩涂,天然地基承载力仅为110130kPa, 预估沉降量700mm,超过设计规范允许值,经分析研 究后采用高压喷射注浆法进行地基加固。,2.4.2 高压喷射注浆法施工,(2)地质条件 建筑物座落在地质复杂、基岩埋藏深度很深的软土层上,地质情况大致可分为4层: 人工填土层:层厚0.61.4m,松散不均,由粉质粘土、粗砂、碎石、砖瓦和炉渣组成。 新近滨海相沉积层:厚度为10m(层底标高0.15m10.5m),上部为中密砂、砂砾和碎石透水层,下部为中等压缩性粘土。 第四系冲积层:层底标高11
42、.5m16.9m,由粉质粘土、细砂及碎石组成,上部粘土的压缩性较高,呈软塑至可塑状。,2.4.2 高压喷射注浆法施工,基岩:为片麻岩,深30m以上属全风化带,其间有一层夹白色高压缩性高岭土。风化层层面由西向东倾斜6。 地下水埋深较浅为0.61.1m。pH值为6.9,水力坡度为(3.03.5)。 (3)旋喷桩施工工艺 首先完成部分长、短桩旋喷施工;接着完成全部 长短桩旋喷、中心桩旋喷和静压注浆,并进行部分质 量检验工作;最后完成260根补强桩和补强后的质量 检验工作。,2.4.2 高压喷射注浆法施工,施工采用单管旋喷: 机具:使用振动钻(打管、旋转和提升用)和水泥车(产生20MPa高压水泥浆液射
43、流)组建成3套单管旋喷机具进行施工,每套机具10人/台班。 旋喷工艺及参数:按照设计桩径的要求和各类注浆的不同作用,对各种旋喷桩分别采取了不同工艺及其相应参数。,2.4.2 高压喷射注浆法施工,为了提高各种旋喷桩的承载能力,在每根桩的底部1m长范 围内,都采取了延长喷射持续时间的措施。喷射参数是: 喷射压力20MPa; 喷射流量100L/min; 旋转速度20r/min; 提升速度0.20.8m/min; 使用32.5级普通硅酸盐水泥; 水泥浆相对密度为1.5。,2.4.2 高压喷射注浆法施工,(4)质量检验 在施工初期、中期和完工后,进行了数次多种方法的质量检验。主要情况如下: 旁压试验结果
44、表明,旋喷桩桩间土体因受到旋喷桩加固作用的影响,其旁压模量和旁压极限压力均有所提高。 浅层开挖出的旋喷桩径在0.60.8m之间。 钻探取芯和标准贯入试验是结合进行的。结果表明, 旋喷桩是连续的和强度较高的桩体。 在建筑物上布设了近50个沉降观测点,沉降量仅为 813mm。,2.4.3 钢板桩施工,1、施工机械 钢板桩的施工方法常采用锤击打入法和振动打入法。根据不同的施打方法应采用相应的打桩机械。同时在选择打桩机械型号时,应考虑工程地质,现场作业环境,钢板桩形式、重量、长度、总数量等具体条件,以使选用机械适用、经济、安全。,图2.22 钢板桩施工机械,2.4.3 钢板桩施工,2、钢板桩施工前的准
45、备工作 (1)钢板桩的检验 外观检验包括表面缺陷、长度、宽度、厚度、平直度和锁口形状等内容,即:清除锁口内杂物,对缺陷部位进行修理; 为确保每片钢板桩两侧的锁口平行,应进行宽度检 查, 对于桩身残缺、脏污、铁锈、卷曲等都要进行全面检查 锁口润滑及防渗措施,2.4.3 钢板桩施工,(2)钢板桩吊运 (3)钢板桩的堆放 (4)钢板桩的矫正,吊运,堆放,矫正,2.4.3 钢板桩施工,3、钢板桩的施工 (1)钢板桩施工顺序 按施工图确定基线探明地下障碍物确定桩位平整施工机械行走道路将桩吊起放至桩位上并固定好吊起桩帽放至桩顶上桩垂直度校正将桩打入1.52m,再次校正后打至设计标高焊接支撑拔除钢板桩填土。
46、,2.4.3 钢板桩施工,(2)打桩方法 a.单独打入法 b.围檩插桩法 c.分段复打法; (3)钢板桩的拔除 a.静力拔桩法 b.振动拔桩 (4)拔桩后土孔的处理,2.4.3 钢板桩施工,4、钢板桩施工的质量标准,2.4.3 钢板桩施工,5、工程实例 (1)工程概况 广州某改造工程位于市中心繁华地带,是该市的主干道路,人流和车流量大,商铺林立,工期紧,施工难度大。本工程原有方涵为块石墙身,顶面混凝土预制板,现新建单孔排水方涵,截面BH=5.8m3.2m,埋深4m,全长约1km。根据有关部 门提供的资料和初步核实,本工程开挖范围内有多条 供水管道和光电缆等设施经过,且存在软土处理复杂、 施工场
47、地狭窄等问题。,2.4.3 钢板桩施工,(2)施工方案选择 根据本工程实际状况,不能采用放坡形式开挖,必须采取可靠而有效的基坑支护处理。考虑到造价、工期、施工难度和安全性 等因素,认为采用钢板桩支护具有操作简单、对周围影响 小、安全性好、效率高、节约投资等明显优点,因此本工 程采用钢板桩加内支撑的支护方案,打设钢板桩后在桩顶 以下设置2道型钢支撑,以保证钢板桩不受到倾覆破坏。,2.4.3 钢板桩施工,(3)打桩机械和使用材料选择 采用40t履带吊车,配合振动锤及200kW专用(三相220V)发电机施工。根据工程场地特点,结合钢板桩的特性和施工方法进行考虑,采用U形波浪式钢板桩,单根钢板桩长6m
48、、宽0.4m,主要技术参数为截面抵抗矩W=2043cm3/m,g=77kg/m。,2.4.3 钢板桩施工,(4)钢板桩的施工 钢板桩施工要正确选择打桩方法和打桩机械,以便使打入后的板桩墙有足够的刚度和良好的挡土作用,且板桩墙面平直, 以满足基础施工的要求。 钢板桩打入前应沿钢板桩分布方向挖一条宽0.5m、 深1.0m的沟,以探明地下障碍物及管线位置,并缓 冲钢板桩锤击时对地下管线的振动。,2.4.3 钢板桩施工,(5)钢板桩的内支撑 根据现场情况,决定保留原有方涵南面石墙作为挡土墙,每隔5m设置上下两条15cm宽的槽钢横向水平钢支撑。先定出钢支撑的位置,在原有方涵南面石墙边压一条钢板桩,在该处
49、挖至预定深度,埋设上下各一条横向水平钢支撑。钢支撑与钢板桩之间连接处使用钢板加角钢焊接固定,然后才开始进行分段开挖。,2.4.3 钢板桩施工,(6)变形观测 设置专职人员在土方开挖期间和开挖后对钢板桩进行检查和观测,主要是巡查和使用水准仪、经纬仪观测沉降和水平位移,并做好观测资料记录。,2.4.4 钢筋混凝土板桩施工,钢筋混凝土板桩一般在工厂预制,而后运至施工现场进行施打。由于其截面形状及配筋对板桩受力较为合理且可根据需要设计,目前已可制作厚度较大(如厚度达500mm以上)的板桩,它具有施工简单、现场作业周期短等特点,曾在基坑工程中广泛应用,但由于钢筋混凝土板桩的施打一般采用锤击方法,振动与噪音较大, 同时沉桩过程中挤土也较为严重,故在城市工程中受到 一定限制。但在基坑工程中仍是支护墙板的一种适用形式。,2.4.4 钢筋混凝土板桩施工,1、钢筋混凝土板桩的形式 常用钢筋混凝土板桩截面的形式有四种:矩形、T形、工字形及口字形(图2.23),图2.23 钢筋混凝土板桩的形式 (a) 矩形;(b) T形;(c) 工字形;(d
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