深基坑工程方案设计及案例分析

2014-01-16 09:33  来源:岩土网  阅读:6120
一、概 述 二、深基坑工程的技术要求及技术难点 三、深基坑工程方案设计 四、深基坑工程设计文件及审查 五、深基坑工程失效模式及案例 六、火电厂深基坑工程案例分析 七、深基坑工程领域的进展

深基坑工程方案设计及案例分析

(yds911)

主要内容

一、概  述

二、深基坑工程的技术要求及技术难点

三、深基坑工程方案设计

四、深基坑工程设计文件及审查

五、深基坑工程失效模式及案例

六、火电厂深基坑工程案例分析

七、深基坑工程领域的进展

一、概述

1深基坑工程定义:

深基坑图片

建质[2009]87号文:开挖深度超过5m(含5m)的基坑(槽),及开挖深度虽未超过5m,但地质条件、周围环境和地下管线复杂,或影响毗邻建筑(构筑)物安全的基坑(槽)的土方开挖、支护、降水工程。

高大钊:深基坑工程是指包括基坑开挖、降水和支护结构设计、施工与监测在内的总称。

百度百科:为保证基坑施工、主体地下结构的安全和周围环境不受损害而采取的支护结构、降水和土方开挖与回填,包括勘察、设计、施工和监测等,称为基坑工程,是一项综合性很强的系统工程。

2相关规范及资料

《危险性较大的分部分项工程安全管理办法》(建质[2009]87号文)

——仅适用于房屋建筑和市政基础设施工程

《河南省建筑边坡与深基坑工程管理规定(试行)》(豫建〔2010〕25号)2010.3

——适用于河南省行政区域内边坡与基坑工程

《河南省建筑边坡与深基坑工程设计方案评审办法》2010.4

­——适用于河南省建筑边坡与深基坑工程

《建筑地基基础设计规范》

《建筑基坑支护技术规程》

《建筑基坑工程安全技术规程》

《建筑与市政降水工程技术规范》

《岩土锚杆(索)技术规程》

《钢筋混凝土设计规范》

《基坑工程手册》(第三版)

《建筑地基基础工程施工质量验收规范》

《建筑基坑工程监测技术规范》

3深基坑工程在我国的发展

在我国,深基坑工程是最近20多年中迅速发展起来的一个领域。之前的几十年中,由于建筑物的高度不高,基础的埋置深度很浅,很少用地下室,基坑的开挖一般仅作为施工单位的施工措施,最多用钢板桩解决问题,没有专门的设计,也并没有引起工程界太多的关注。20多年来,由于高层建筑、地下空间的发展,深基坑工程的规模之大、深度之深,成为岩土工程中事故最为频繁的领域,给岩土工程界提出了许多技术难题,也是岩土工程中发展最为活跃的领域之一,成为岩土工程的技术热点和难点。

近些年,随着深基坑工程的迅速发展,相继出台了基坑工程方面的行业、地方规程规范,相关部门也制定了规定、管理办法等。2009年住建部修定《危险性较大的分部分项工程安全管理办法》(建质〔2009〕87号)后,各省、市相继制定或修定了各自的深基坑工程的管理规定及设计方案的评审办法,促使了深基坑工程的方案设计、施工、监测及安全措施进一步规范化,为深基坑工程健康发展提供了制度的保证。

二、深基坑工程的技术要求及技术难点

1、深基坑工程的功能要求

a.挡土功能

——为地下室施工创造安全的施工面

b.止水功能

——为地下室施工创造干燥的施工面

c.作为地下结构外墙的使用功能

——地下室施工结束后成为地下室的结构外墙

2、环境保护与处理相邻关系的要求

a.控制围护结构位移和坑底隆起对环境的影响

——通过减小变形保护相邻建筑物

b.控制降低地下水位对环境的影响

——减少坑外地下水位的变化

c.控制土锚对相邻场地的影响

——保护相邻场地的地下资源的使用权

3、总体要求

基坑工程设计既要保证基坑稳定、正常施工,又要保证周围环境的安全。

4、技术难点

a.土力学的强度、变形、渗透三大课题全部都出现;

b.施工因素的影响既巨大而又具有非常的不确定性;

c.各种破坏模式相互交叉,互为因果,设计计算模式的不清晰性;

三、深基坑工程方案设计

1、深基坑工程设计阶段

深基坑工程设计一般分为总体方案设计和施工图设计两个阶段,总体方案设计的任务是根据主体工程的性质和对地下室的使用要求、场地工程地质和水文地质条件、相邻环境对基坑施工的制约程度等因素,选择合适的围护结构与支撑体系、协调基坑工程与主体工程的关系、控制环境质量,为施工图设计和基坑施工组织计划提供控制性方案。

2、深基坑工程方案设计内容

1) 确定开挖方案,包括地下水的处理方案;

2) 选择围护结构的类型;

3) 选用土层锚杆或内支撑,选择支撑材料;

4) 对土层锚杆或内支撑进行平面和竖向布置,包括围檩和立柱的布置;

5) 进行各项稳定验算和结构内力计算以确定围护结构、支撑、围檩或锚杆的材料强度和截面尺寸,确定是否需要加固坑底;进行降水的控制性计算;

6) 进行变形验算以检验是否满足环境要求;

7) 环境保护、监测、应急措施等内容;

8) 对施工方案提出要求;

9) 进行多方案的技术经济比较,优选方案。

3、深基坑工程设计的依据

深大基坑的设计是一项综合性的设计工作,它与上部结构(包括地下室)设计、工程地质勘察、地下室施工方案以及周围的自然环境、工程环境和社会环境都有密切的关系,因此,在基坑工程设计时必须具备下列几个方面的资料:

主体结构设计图纸

工程地质勘察报告

环境调查资料(开挖深度3倍范围内)

基坑周边地区建筑物情况(开挖深度2倍范围内周边荷载情况)

基坑周边地区市政设施情况

基坑周边地区道路情况

基坑工程施工条件

相关规程规范、法律、规定

4、深基坑工程方案设计讨论

1)开挖方案的选择

2)选择围护结构的类型

3)支锚体系的选择

4)支撑的平面布置

5)支撑和锚杆的竖向布置

6)立柱的设置

7)降水设计

1)开挖方案的选择(工程地质手册—第四版)

a.放坡开挖

喷锚支护方案

土钉墙方案

锚索支护方案

b.无支撑开挖

重力式挡墙 (搅拌水泥土挡墙、地下连续墙)

悬臂式挡墙 (排桩、钢板桩)

锚固式挡墙

(基坑工程的支护结构不得超出用地红线,必须超越红线时应征得相邻地块业主的同意——豫建〔2010〕25号)

c.有支撑的开挖

分层开挖、支护法

中心岛法

d.组合型的开挖方案  

立面组合

平面组合

2)选择围护结构的类型(工程地质手册—第四版)

确定了开挖方案以后,根据开挖方案的要求选择围护结构,选择围护结构时应考虑开挖深度、地质条件、地下水条件、施工条件和工程要求等因素综合确定。从总体来说,围护结构按材料和施工方法大体分为三种类型:

水泥土搅拌桩

排桩式围护结构

地下连续墙

其它形式:

灌注桩加强的搅拌桩墙体

双排桩(双排钻孔灌注桩和桩顶圈梁)

格形地下连续墙

组合型的重力式围护结构

3)支、锚体系的选择 (工程地质手册—第四版)

当无法采用自立式挡墙(包括重力式和悬臂式)时,必须采用内支撑或锚杆体系来平衡土压力,以维持围护结构的稳定性。

锚杆要受场地条件和地质条件的限制,而内支撑的适应性比较强;由于锚杆体系对坑内施工的干扰比较少,因此当具备可以采用锚杆体系的条件时,一般首选锚杆方案;

在不具备采用锚杆体系的条件时,才考虑采取内支撑体系,但内支撑对坑内挖土和浇筑地下室的干扰比较大,在选用支撑的材料和形式时要根据施工要求,采取合适的布置方案,尽量减少对坑内施工的干扰。

按深基坑支撑的受力特征,支撑体系实际上是一个空间体系,但设计时通常将它分解为平面支撑体系和立柱分别计算;对于开挖深度不大的基坑或基坑的某些局部,可以布置竖向斜撑或竖向斜撑体系。

4)支撑的平面布置

支撑的平面布置时应考虑支撑材料的性质、基坑的开挖深度、基坑面积大小与平面形状、挖土与出土方案以及环境对变形控制的要求等因素,通常应考虑几种不同的布置方案进行比较、论证,选择最佳方案采用。钢支撑和钢筋混凝土支撑的材料刚度和节点构造有较大的差异,平面布置时考虑问题的侧重面也不相同。 图——略

5)支撑和锚杆的竖向布置

锚杆锚固体上下排间距不宜小于2.5 m,水平方向间距不宜小于1.5 m。锚杆锚固体的上覆土层厚度不宜小于4.0 m。倾斜锚杆的倾角以15 °~ 35°为宜。

支撑的竖向布置比锚杆复杂得多,因为内支撑的位置不仅取决于满足围护结构稳定和变形的要求,而且在很大程度还受控于地下室梁板构件的位置以及施工最小空间的要求。

6)立柱的设置

立柱是内支撑体系的竖向受力杆件,承受内支撑体系的重量,为了保持支撑体系的稳定,应具有一定的刚度和强度,并和支撑在节点处固定连接以形成支撑体系的整体刚度。

la. 立柱采用角钢制成的格构式结构;

b. 立柱必须牢固安置于立柱桩中;

c. 立柱桩必须满足承载力和变形的要求;

d. 支撑与立柱的连接构造;

e. 立柱与底板的防水措施;

7)降水设计

降水是在地下水位比较高的地区进行基坑工程设计时面临的一个重要问题。采取何种方案主要取决于水文地质条件及周边环境的要求。从施工来说则要求提供一个比较干燥的坑内施工环境,为此应使地下水位低于基坑底面0.5~1.0m左右。如地下水位高于这个位置,需要采取降水的措施,降水的方法很多,都可以达到这个目的。

① 降水设计内容

a. 降水设计要求

b. 降水方法的选择

c. 降水井的布设

d. 降水系统设计

e. 降水效果预测

f. 防范井点降水不良影响的措施

② 降水设计要求

a. 基坑开挖及地下结构施工期间,地下水位保持在基坑底以下0.5~1.0m;

b. 深部承压水不引起坑底隆起;

c. 降水期间邻近建筑物及地下管线正常使用;

d. 基坑边坡的稳定性。

③ 降水方法的选择

图——略

④ 平面布设

a. 坑宽小于6m,深度小于6m时,一般可用单排井点;

b. 坑宽大于6m时,宜采用双排井点;

c. 基坑宽度小于40m时,采用环形井点系统;

d. 基坑宽度大于40m时,采用多环形井点,在中央加一排或多排井点。

⑤ 降水系统设计

包括井深、井数、井距、井的结构及单井出水量的计算。

需要根据不同的水文地质条件、基坑工程特点和降水的要求,区别不同的渗流特征,采用不同的方法进行设计计算。

⑥   选择降水方案时应考虑以下几个问题:

a.  基坑降水深度的要求;

b. 场地地质条件,土层的渗透特性,地下水的类型、流向和补给条件;

c. 环境条件,场地周围的建筑物和市政管线的位置、类型、对沉降的要求;

d. 气象条件,雨季、特别是暴雨季节和暴雨量;

e. 施工单位所拥有的降水设备和数量;

f. 电源条件,需保证有稳定的电源或备用电源,以免断电时基坑积水而坍塌。

四、深基坑工程设计文件及审查

1、设计方案——方案设计阶段

设计方案应包括支护结构、土方开挖、降排水措施、地表水的排泄与疏导、环境保护、监测、应急措施等内容,工程设计计算和分析必须符合有关规范的要求。

设计方案审查:(以河南省为例)

由河南省建筑边坡与深基坑工程专家委员会组织评审的范围:

1.基坑开挖深度超过7m(含7m);

2.基坑开挖深度虽未超过7m,但根据现行国家标准《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB50202划分标准基坑安全等级为二级及以上的基坑;

3.工程所在地为湿陷性黄土的基坑工程根据现行行业标准《湿陷性黄土地区建筑基坑工程安全技术规程》JGJ167划分标准基坑安全等级为二级及以上的基坑。

其它深基坑工程设计方案的评审由各市住房城乡建设管理部门或其委托机构组织实施。

2、设计文件及图纸——施工图设计阶段

设计文件及图纸应明确提出避免对周围环境和邻近建(构)筑物、道路、管线等可能产生不利影响或造成损害的技术要求和措施;必须注明支护结构、周边重要建(构)筑物、重要管线及周边土体的控制变形值以及坡顶堆载的限制值、设计使用期限。

设计文件主要内容——详见《河南省建筑边坡与深基坑工程设计方案评审办法》。

设计文件复核:(以河南省为例)

设计单位应当根据专家委员会的评审意见,对设计方案进行修改、优化后出具正式施工图纸,并由专家委员会复核。

3、深基坑工程安全专项施工方案——施工准备阶段

是指施工单位在编制施工组织(总)设计的基础上,针对深基坑工程单独编制的安全技术措施文件。(施工前由总承包单位或专业承包单位编制)

审查:

对专项施工方案,施工单位应组织不少于5人的专家组进行论证审核,并根据审查报告进行完善,最终方案须经施工企业技术负责人、相关专业承包企业技术负责人、监理单位总监理工程师、建设单位项目负责人签字后方可实施。

4、基坑工程的监测方案

监测单位(不得与施工单位有隶属关系)应当根据国家现行规范、工程场地的勘察报告、设计文件、专项施工方案等制定监测方案。

评审及论证:(以河南省为例)

视具体情况,同设计方案一同评审或进行专门论证。

五、深基坑工程失效模式及案例

1、深基坑工程失效模式

a.   整体失稳

b.   坑底隆起

c.   围护结构倾覆失稳

d.   围护结构滑移失稳

e.   围护结构底部地基承载力失稳

f.   “踢脚”失稳

g.   止水帷幕功能失效和坑底渗透变形破坏

h.   围护结构的结构性破坏

i.   支、锚体系失稳破坏

——高大钊

2、失效案例图片——略  

3、深基坑工程事故频发的原因

l)地质勘察资料、对周边环境的调研等设计所需的相关资料错误、不详、缺失等;

2)设计方案有缺陷,可能是建设单位修改原设计,或是设计人员理论计算错误或工程经验不足,也可能是设计条件发生变化后没有及时进行设计变更等;

3)设计理论存在欠缺,岩土工程设计尚处于半理论半经验状态;

4)没有按图施工;

5)施工中所用材料质量没有达到设计要求。

六、火电厂深基坑工程案例分析

1. 驻马店热电厂汽车卸煤沟及翻车机室深基坑工程

2. 漯河热电厂翻车机室深基坑工程

3. 新密电厂二期汽车卸煤沟及翻车机室深基坑工程

4.华电渠东电厂翻车机室深基坑工程

具体内容——略

七、深基坑工程领域的进展

1. 设计思想的更新

2. 施工技术的发展

3. 设计方法的进步

4. 管理制度的建立

5. 标准化工作的开展

1、设计思想的更新

1)深基坑工程的设计是一个相对独立的设计项目或设计阶段;

2)深基坑工程设计包括方案设计和施工图设计两个阶段,方案设计阶段的工作是决定性的环节。基坑工程设计的条件很大程度上取决于施工,基坑工程设计与施工组织设计的关系异常密切,在方案设计时必须统一考虑;

3)深基坑工程设计不仅要满足地下室施工空间和安全的要求,而更重要的是必须满足保护环境的要求;

4)把基坑工程与周围环境作为一个整体分析,达到即满足自身的强度要求,又满足变形要求的目的,从而使基坑工程的设计、施工从强度控制转向变形控制。

5)深基坑工程设计应满足强度和变形两种极限状态,在许多情况下,由于环境条件的限制,满足变形控制的要求比满足强度和稳定性的要求更为严格,基坑工程的成败经常取决于变形控制。

6)地下水是控制基坑工程性状的重要条件,水压力占作用于围护结构侧向压力的重要部分,地下水的动水压力和渗透破坏常常是基坑工程失效的主要原因,地下水影响是基坑工程设计中不确定性最大、控制最困难的问题。

2、施工技术的发展

这里讲的是综合性的施工技术,施工技术的进步带动设计、检测等方法的进步。

逆作法

冻结法

型钢搅拌桩墙(SMW)工法

3、设计方法的进步

1)符合两墙合一使用要求的设计方法

“两墙合一”是指围护结构同时作为地下主体结构一部分,即围护结构墙与地下室外墙合一。“两墙合一”是充分发挥地下连续墙承载作用的一种设计思路,具有很大的经济意义,是地下连续墙作为围护结构的发展方向,正在一些重要的工程中采用。采取两墙合一设计的基坑工程,在设计方法上不同于一般的围护结构设计,对于承载、防渗、结构连接都提出了非常高的要求,推动了基坑工程围护结构设计方法的发展。

2)深基坑工程数值计算方法的发展

作用于柔性结构上的土压力实际上是结构与土共同作用的响应,采用有限元方法在原理上可以解决这类问题的计算,在实现中还有各种困难需要进一步去解决,20多年来深基坑工程的数值解计算方法得到了长足的进步。

3)计算软件及商业化开发研究

深基坑工程的设计计算的内容和要求日益提高,已经必须依靠计算机才能实现深基坑工程设计的计算工作要求。于是,计算程序的开发研究有了很大的发展,形成了一些商业化的计算软件。

但计算软件只能作为一种工具和手段,garbage in to,garbage out. 正确的方法应当是计算加工程判断。不能盲目地依赖计算软件。

4、管理制度的建立

许多主要的城市都先后建立了不同形式的机构,规定了深基坑工程的设计方案必须经过评审,这一制度的建立为深基坑工程走向健康的发展提供了制度的保证。

5、标准化工作的开展

20年来,在总结工程经验的基础上,许多城市编制了地方的深基坑工程技术规范,二本全国性的深基坑工程技术的行业标准,初步确立了我国深基坑工程的标准化体系,给深基坑工程的设计和施工有章可循,有法可依。

第二轮的规范修编工作正在开展,总结十余年来的经验。

查看全文完整内容请到http://www.yantuchina.com/resource/detail/2685.html

(0)
(4)

我有话说

全部评论(12)

  • 爱拼才会赢发表于 12月28日 17:10这家伙很懒,没有个性签名!
  • 真的不错 好资料学习了
点评:
  • www2002发表于 05月14日 16:53这家伙很懒,没有个性签名!
  • 很全面呀!感谢分享!!
点评:
  • urmcpoting发表于 01月28日 10:21这家伙很懒,没有个性签名!
  • 真的不错 好资料学习了
点评:
  • yds911发表于 01月24日 08:12教授级高级工程师,注册土木工程师(岩土),发表专业论文20余篇,参与撰写专业专著一部,获得发明专利授权两项、实用新型专利授权九项。
  • 电力岩土 241032323:诚邀全国电力行业岩土人员加入本群,交流、讨论、共享资料!
点评:
  • 青岛久瑞建筑发表于 01月22日 13:57这家伙很懒,没有个性签名!
  • 非常好呀!正好是我们公司的业务,很感兴趣!如有来青岛工作的打算一定找我们呀!
点评:
  • paoccx发表于 01月22日 10:07这家伙很懒,没有个性签名!
  • 学习中 ~~~~~~~~~
点评:
  • chenjunliang888发表于 01月20日 15:07这家伙很懒,没有个性签名!
  • 恩恩,写的很好
点评:
  • 蝶去莺飞发表于 01月19日 21:08这家伙很懒,没有个性签名!
  • 好好学习 提高自己专业水平!
点评:
  • fbiufo发表于 01月18日 10:10这家伙很懒,没有个性签名!
  • 敢问楼主在河南哪家单位高就?
点评:
  • vipnrglt发表于 01月17日 17:20这家伙很懒,没有个性签名!
  • 学习学习
点评:
点评:
  • 一剑飚血发表于 01月16日 15:21做一个真实的自己!
  • 每日学习一下
点评:

张石友

张石友+加关注被关注:1706访问量:213274
注册岩土工程师
TA的评论分类经验心得(10)行业观察(0)热点解读(1)岩土杂谈(13)
TA发表的最新评论
电力工程勘测工作要点
文章是对多年电力工程勘测工作的总结,希望能对参加工作不久的年轻同志有所帮
阅读(2870)2019-01-12
对长螺旋钻中心压灌施工CFG桩窜孔现象的一点认识
文章依托两个典型工程实例,对在稍密饱和粉土/粉细砂、流塑~软塑粘性土或淤
阅读(4433)2018-02-07
发明专利—一种车装钻机实施静力触探试验的装置和方法
本发明公开了一种车装钻机实施静力触探试验的装置,还提供了一种采用上述装置
阅读(7418)2017-07-07
最新关注TA的人1706人关注
447260738447260738zhayahui2020zhayahui2020long081020long081020cj112299cj11229918037673615180376736151321711711713217117117y7178871y7178871wr789wr78wr789wr78呀呀呀呀呀呀呀呀hgmhxg2006hgmhxg2006mjl961226mjl96122614127389091412738909岩土新星岩土新星jiaohongweijiaohongweijerry_tomjerry_tomqsl123456qsl123456weepaiyiyiweepaiyiyi蔚蓝的天空蔚蓝的天空monica4585monica4585robinsonarobinsonazhufailzhufailnuoleilasinuoleilasi
扫一扫,关注微信