深基坑工程施工技術(shù)及安全質(zhì)量控制講義

1、深基坑工程施工技術(shù)及安全質(zhì)量控制講義主要內(nèi)容第一部分：深基坑工程概述及典型工程事故分析。第二部分：深基坑工程關(guān)鍵施工技術(shù)及工藝。第三部分：深基坑工程信息化施工、新技術(shù)應(yīng)用與施工組織設(shè)計(jì)。第四部分：相關(guān)規(guī)范、規(guī)程解讀。第一部分：深基坑工程概述及典型工程事故分析第一部分基本內(nèi)容1、深基坑工程概念特點(diǎn)2、深基坑工程安全質(zhì)量問題3、國(guó)內(nèi)外深基坑工程的發(fā)展4、典型深基坑工程事故剖析1、深基坑工程概念特點(diǎn) 1.1、深基坑工程概念 住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程安全管理辦法的通知規(guī)定：深基坑工程指開挖深度超過5米（含5米）或地下室三層以上（含三層），或深度雖未超過5米，但地質(zhì)條件和周圍環(huán)境及地下管

2、線特別復(fù)雜的基坑土方開挖、支護(hù)、降水工程。1.2、深基坑工程特點(diǎn) 當(dāng)前我國(guó)各大城市深基坑工程主要突出了以下四個(gè)特點(diǎn)：深基坑離周邊建筑距離越來越近 由于城市的改造與開發(fā)，基坑四周往往緊貼各種重要的建筑物，如軌道交通設(shè)施、地下管線、隧道、天然地基民宅、大型建筑物等，設(shè)計(jì)或施工不當(dāng)，均會(huì)對(duì)周邊建筑造成不利影響。深基坑工程越來越深 隨著地下空間的開發(fā)利用，基坑越來越深，對(duì)設(shè)計(jì)理論與施工技術(shù)都提出的更難的要求。如無錫恒隆廣場(chǎng)基坑深近27m，上海中心深基坑達(dá)30m，均已挖入了承壓水層。右圖為寧波嘉和中心二期項(xiàng)目基坑，平均開挖深度為18.3m，最大挖深為25.9m，整體為三層地下室布局，局部有夾層。基坑的規(guī)

3、模與尺寸越來越大 上海招商銀行信用卡中心工程基坑面積達(dá)81000m2，無錫恒隆廣場(chǎng)基坑面積35000m2。這類基坑在支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、施工中，特別是支撐系統(tǒng)的布置、圍護(hù)墻的位移及坑底隆起的控制均有相當(dāng)?shù)碾y度。 右圖為天津西站二期項(xiàng)目基坑，總面積為39000平方米，基坑周長(zhǎng)達(dá)855米。施工場(chǎng)地越來越緊湊 市區(qū)大規(guī)模的改造與開發(fā)，其中不少以土地出讓形式吸引外資、內(nèi)資開發(fā)，為充分利用土地資源，常要求建筑物地下室做足紅線。場(chǎng)地可用空間狹小大大的增加了施工難度，這必須通過有效的資源整合才能順利實(shí)現(xiàn)。 左圖為寧波春江花城二期項(xiàng)目基坑全景，地下室距離外墻用地紅線僅3.5米。2、深基坑工程安全質(zhì)量問題 深基坑工

4、程安全質(zhì)量問題類型很多，成因也較為復(fù)雜。在水土壓力作用下，支護(hù)結(jié)構(gòu)可能發(fā)生破壞，支護(hù)結(jié)構(gòu)型式不同，破壞形式也有差異。滲流可能引起流土、流砂、突涌，造成破壞。圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形過大及地下水流失，引起周圍建筑物及地下管線破壞也屬基坑工程事故。粗略地劃分，深基坑工程事故形式可分為以下三類：2.1、基坑周邊環(huán)境破壞 在深基坑工程施工過程中,會(huì)對(duì)周圍土體有不同程度的擾動(dòng)，一個(gè)重要影響表現(xiàn)為引起周圍地表不均勻下沉，從而影響周圍建筑、構(gòu)筑物及地下管線的正常使用，嚴(yán)重的造成工程事故。 引起周圍地表沉降的因素大體有：基坑墻體變位；基坑回彈、隆起；井點(diǎn)降水引起的地層固結(jié)；抽水造成砂土損失、管涌流砂等。 因此如何預(yù)測(cè)和減

5、小施工引起的地面沉降已成為深基坑工程界亟需解決的難點(diǎn)問題。 左圖為2010年1月，深基坑施工導(dǎo)致的南寧市中興街路面開裂事故。 右圖為2010年4月，深基坑施工導(dǎo)致的廣州市中山三路路面開裂事故。 2010年5月，深圳地鐵5號(hào)線太安站基坑施工引起周邊居民樓及路面裂縫 。 2010年8月，上海逸虹景苑小區(qū)項(xiàng)目基坑施工導(dǎo)致周邊房屋及路面開裂。2.2、深基坑支護(hù)體系破壞，包括以下4個(gè)方面的內(nèi)容： 基坑圍護(hù)體系折斷事故 主要是由于施工搶進(jìn)度，超量挖土，支撐架設(shè)跟不上，是圍護(hù)體系缺少大量設(shè)計(jì)上必須的支撐，或者由于施工單位不按圖施工，抱僥幸心理，少加支撐，致使圍護(hù)體系應(yīng)力過大而折斷或支撐軸力過大而破壞或產(chǎn)生大

6、變形。下圖為2008年蘇州某深基坑事故。上圖為2008年杭州地鐵深基坑施工中地下連續(xù)墻折斷破壞 。2011年杭州某深基坑圍護(hù)樁折斷事故。 基坑圍護(hù)體整體失穩(wěn)事故 深基坑開挖后，土體沿圍護(hù)墻體下形成的圓弧滑面或軟弱夾層發(fā)生整體滑動(dòng)失穩(wěn)的破壞。下圖為某深基坑圍護(hù)整體失穩(wěn)破壞事故。故。 2008年11月15日下午，杭州蕭山湘湖段地鐵施工現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生塌陷事故。風(fēng)情大道長(zhǎng)達(dá)75m的路面坍塌并下陷15m。行駛中的11輛車陷入深坑，數(shù)十名地鐵施工人員被埋。 事故造成21人死亡、24人受傷、直接經(jīng)濟(jì)損失4961萬元，是中國(guó)地鐵建設(shè)史上最慘痛的事故。21名責(zé)任人被究責(zé)，其中10人被追究刑事責(zé)任。 基坑圍護(hù)踢腳破壞

7、由于深基坑圍護(hù)墻體插入基坑底部深度較小，同時(shí)由于底部土體強(qiáng)度較低，從而發(fā)生圍護(hù)墻底向基坑內(nèi)發(fā)生較大的“踢腳”變形，同時(shí)引起坑內(nèi)土體隆起。右圖為某深基坑發(fā)生“踢腳”破壞。 坑內(nèi)滑坡導(dǎo)致基坑內(nèi)撐失穩(wěn) 在火車站、地鐵車站等長(zhǎng)條形深基坑內(nèi)區(qū)放坡挖土?xí)r，由于放坡較陡、降雨或其他原因引起的滑坡可能沖毀基坑內(nèi)先期施工的支撐及立柱，導(dǎo)致基坑破壞。右側(cè)兩圖為2009年杭州地鐵1號(hào)線鳳起路站坑內(nèi)土體滑坡引起的支撐體系破壞。2.3、土體滲透破壞，包括以下3個(gè)方面內(nèi)容：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(hù)墻的止水效果不好或止水結(jié)構(gòu)失效，致使大量的水夾帶砂粒涌

8、入基坑，嚴(yán)重的水土流失會(huì)造成地面塌陷。左圖為某深基坑止水帷幕滲漏、樁間流土事故。上圖為寧波某深基坑發(fā)生流土與地面塌陷基坑底突涌破壞 由于對(duì)承壓水的降水不當(dāng)，在隔水層中開挖基坑時(shí)，當(dāng)基底以下承壓含水層的水頭壓力沖破基坑底部土層，將導(dǎo)致坑底突涌破壞。下圖為上海某深基坑坑底內(nèi)發(fā)生承壓水突涌。基坑底管涌破壞 在砂層或粉砂底層中開挖基坑時(shí)，在不打井點(diǎn)或井點(diǎn)失效后，會(huì)產(chǎn)生冒水翻砂（即管涌），嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致基坑失穩(wěn)。下圖為湖南浯溪水電站二期深基坑出現(xiàn)管涌 。 以上深基坑工程安全質(zhì)量問題，只是從某一種形式上表現(xiàn)了基坑破壞，實(shí)際上深基坑工程事故發(fā)生的原因往往是多方面的，具有復(fù)雜性，深基坑工程事故的表現(xiàn)形式往往具有

9、多樣性。3、深基坑工程的發(fā)展 深基坑工程是最近30多年中迅速發(fā)展起來的一個(gè)領(lǐng)域。以前的幾十年中，由于建筑物的高度不高，基礎(chǔ)的埋置深度很淺，很少使用地下室，基坑的開挖一般僅作為施工單位的施工措施，最多用鋼板樁解決問題，沒有專門的設(shè)計(jì)，也并沒有引起工程界太多的關(guān)注。 近30多年來，由于高層建筑、地下空間的發(fā)展，深基坑工程的規(guī)模之大、深度之深，成為巖土工程中事故最為頻繁的領(lǐng)域，給巖土工程界提出了許多技術(shù)難題，當(dāng)前，深基坑工程已成為國(guó)內(nèi)外巖土工程中發(fā)展最為活躍的領(lǐng)域之一。回顧歷史，深基坑工程發(fā)展主要經(jīng)歷了以下三個(gè)階段。 第一階段： 二十世紀(jì)七八十年代 伴隨著大城市高層、超高層建筑的興建，深基坑工程問題

10、逐漸凸現(xiàn)。但那時(shí)23層地下室的工程還比較少，基坑主要的圍護(hù)結(jié)構(gòu)型式是水泥攪拌樁的重力式結(jié)構(gòu)，對(duì)于比較深的基坑則采用排樁結(jié)構(gòu)，如果有地下水，再加水泥攪拌樁止水帷幕。 在國(guó)內(nèi)，那時(shí)地下連續(xù)墻用得比較少，SMW工法正在進(jìn)行開發(fā)研究。由于缺乏經(jīng)驗(yàn)，深基坑的事故比較多，引起了社會(huì)和工程界的關(guān)注。從那時(shí)起，國(guó)內(nèi)施工人員開始研究深基坑工程的監(jiān)測(cè)技術(shù)與數(shù)值計(jì)算，當(dāng)時(shí)雖然有一些施工技術(shù)指南，但還沒有開始編制基坑工程的規(guī)范。第二階段：二十世紀(jì)九十年代 在國(guó)內(nèi)，通過總結(jié)施工經(jīng)驗(yàn)，開始制定基坑規(guī)范，這一時(shí)期出現(xiàn)了包括武漢、上海、深圳等地方規(guī)范和兩本行業(yè)規(guī)范。一些地方政府建立深基坑方案的審查制度。國(guó)內(nèi)外工程界開始出現(xiàn)超

11、深、超大的深基坑工程，基坑面積達(dá)到23萬平方米，深度達(dá)到20m左右。 復(fù)合式土釘墻在淺基坑中推廣使用，SMW工法開始推廣使用，地下連續(xù)墻被大量采用。逆作法施工、支護(hù)結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)相結(jié)合的設(shè)計(jì)方法開始得到重視和運(yùn)用。商業(yè)化的深基坑設(shè)計(jì)軟件大量使用。在施工中，基坑內(nèi)支撐出現(xiàn)了大直徑圓環(huán)的形式和兩道支撐合用圍檁的方案，最大限度地克服了支撐對(duì)施工的干擾。第三階段：進(jìn)入新世紀(jì)以后 國(guó)內(nèi)外，伴隨著超高層建筑和地下鐵道的發(fā)展，地下工程向更深部發(fā)展空間，出現(xiàn)了更深、更大的深基坑工程，基坑面積達(dá)到了45萬平方米，深度超過30m，最深達(dá)50m，逆作法施工、支護(hù)結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)相結(jié)合的設(shè)計(jì)方法在更多的工程中推廣應(yīng)用。

12、 但由于理論研究滯后、設(shè)計(jì)缺陷、施工等方面的原因，深基坑工程施工與相鄰環(huán)境的相互影響形勢(shì)更趨嚴(yán)峻，出現(xiàn)了新一波的深基坑工程事故。 這一時(shí)期，我國(guó)（包括臺(tái)北和香港）采用支護(hù)結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)相結(jié)合并用逆作法施工的深基坑工程已達(dá)101項(xiàng)，并且出現(xiàn)了第二波的基坑工程規(guī)范的修訂與編制。 通過20多年的工程實(shí)踐和業(yè)內(nèi)人士的努力，深基坑工程領(lǐng)域取得了很大的進(jìn)展，主要表現(xiàn)為下面五個(gè)方面：1. 設(shè)計(jì)思想不斷更新2. 施工技術(shù)不斷發(fā)展3. 設(shè)計(jì)方法不斷進(jìn)步4. 管理制度不斷完善5. 標(biāo)準(zhǔn)化工作的開展4、深基坑工程實(shí)例廣州海珠城廣場(chǎng)基坑坍塌4.1、工程概況 海珠城廣場(chǎng)基坑周長(zhǎng)約340米，原設(shè)計(jì)地下室4層，基坑開挖深度

13、為17米。 該基坑?xùn)|側(cè)為江南大道，江南大道下為廣州地鐵二號(hào)線，二號(hào)線隧道結(jié)構(gòu)邊緣與本基坑?xùn)|側(cè)支護(hù)結(jié)構(gòu)距離為5.7米；基坑西側(cè)、北側(cè)鄰近河涌，北面河涌范圍為22米寬的渠箱；基坑南側(cè)東部距離海員賓館20米，海員賓館樓高7層，采用340錘擊灌注樁基礎(chǔ)；基坑南側(cè)兩部距離隔山一號(hào)樓20米，樓高7層，基礎(chǔ)也采用340錘擊灌注樁。 該工程地質(zhì)情況從上至下依次為：填土層，厚0.73.6米；淤泥質(zhì)土層，層厚0.52.9米；細(xì)砂層，個(gè)別孔揭露，層厚0.51.3米；強(qiáng)風(fēng)化泥巖，頂面埋深為2.85.7米，層厚0.3米；中風(fēng)化泥巖，埋深3.67.2米，層厚1.516.7米；微風(fēng)化巖，埋深6.020.2米，層厚1.812

14、.84米。由于本工程巖層埋深較淺，因此，原設(shè)計(jì)支護(hù)方案如下： 基坑?xùn)|側(cè)、基坑南側(cè)偏東34米、北側(cè)偏東30米范圍內(nèi)，上部5.2米采用噴錨支護(hù)方案，下部采用挖孔樁結(jié)合鋼管內(nèi)支撐的方案，挖孔樁底標(biāo)高為20.0米。 基坑西側(cè)上部采用挖孔樁結(jié)合預(yù)應(yīng)力錨索方案，下部采用噴錨支護(hù)方案。 基坑南側(cè)、北側(cè)的剩余部分，采用噴錨支護(hù)方案。后由于0.00標(biāo)高調(diào)整，后實(shí)際基坑開挖深度調(diào)整為15.3米。 本基坑在2002年10月31日開始施工，至2003年7月施工至設(shè)計(jì)深度15.3米，后由于上部結(jié)構(gòu)重新調(diào)整，地下室從原設(shè)計(jì)4層改為5層，地下室開挖深度從原設(shè)計(jì)的15.3米增至19.6米。由于地下室周邊地梁高為0.7米。因此

15、，實(shí)際基坑開挖深度為20.3米，比原設(shè)計(jì)挖孔樁樁底深0.3米。 新的基坑設(shè)計(jì)方案確定后，2004年11月重新開始從地下4層基坑底往地下5層施工，至2005年7月21日上午，基坑南側(cè)東部樁加鋼支撐部分最大位移約為4.0cm，其中從7月20日至7月21日一天增大1.8cm，基坑南側(cè)中部噴錨支護(hù)部分，最大位移約為15cm。3.2、事故過程 2005年7月21日12時(shí)左右,在廣州海珠區(qū)江南大道南珠城海廣場(chǎng)深基坑發(fā)生滑坡，導(dǎo)致三人死亡，4人受傷，地鐵二號(hào)線停運(yùn)近一天，7層的海員賓館倒塌，多加商鋪失火被焚，一棟7層居民樓受損，三棟居民被迫轉(zhuǎn)移。下面是一些事故照片。3.3、事故原因（1）本基坑原設(shè)計(jì)深度只有

16、16.2米，而實(shí)際開挖深度為20.3米，超深4.1米，造成原支護(hù)樁成為吊腳樁，盡管后來設(shè)計(jì)有所變更,但對(duì)已施工的圍護(hù)樁和錨索等構(gòu)件已無法調(diào)整，成為隱患。（2）從地質(zhì)勘察資料反應(yīng)和實(shí)際開挖揭露，南邊地層向坑內(nèi)傾斜，并存在軟弱透水夾層，隨著開挖深度增大，導(dǎo)致深部滑動(dòng)。（3）本基坑施工時(shí)間長(zhǎng)達(dá)2年9個(gè)月，基坑暴露時(shí)間大大超過臨時(shí)支護(hù)為一年的時(shí)間，導(dǎo)致開挖地層的軟化滲透水和已施工構(gòu)件的銹蝕和錨索預(yù)應(yīng)力的損失，強(qiáng)度降低，甚至失效。（4）事故發(fā)生前在南邊坑頂因施工而造成東段嚴(yán)重超載，成為了基坑滑坡的導(dǎo)火線。（5)從施工紀(jì)要和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果分析，在基坑滑坡前已有明顯預(yù)兆，但沒有引起應(yīng)有的重視，更沒有采取針對(duì)性

17、的措施，也是導(dǎo)致事故的原因之一。 事故調(diào)查結(jié)果與處理結(jié)果與2005年9月20日在廣州日?qǐng)?bào)公布：對(duì)7個(gè)建設(shè)責(zé)任主體及其20名責(zé)任人給予行政處罰或處分，其中7名主要負(fù)責(zé)人因涉嫌觸犯刑法被司法機(jī)關(guān)依法逮捕;對(duì)事故發(fā)生負(fù)有監(jiān)管責(zé)任的14名行政人員給予降級(jí)或降級(jí)以下的行政處分和責(zé)令作出深刻檢討，并責(zé)成相關(guān)單位對(duì)市政府作出書面檢查。在以后深基坑工程中，我們還應(yīng)注意以下施工安全控制要點(diǎn)：（1）設(shè)計(jì)、施工安全性報(bào)告控制：初步設(shè)計(jì)階段施工單位應(yīng)制定深基坑設(shè)計(jì)、施工安全性報(bào)告。安全性報(bào)告應(yīng)通過專家評(píng)審。（2）支護(hù)結(jié)構(gòu)和土體加固工程施工安全質(zhì)量控制：地下連續(xù)墻、SMW工法、鋼或混凝土支撐等基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)和土體加固施工

18、中涉及安全性能的重要工序的施工質(zhì)量應(yīng)滿足法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)要求。 （3）安全管理人員監(jiān)管：作業(yè)時(shí)，施工單位專職安全生產(chǎn)管理人員應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行管理。（4）基坑臨邊防護(hù)：基坑四周、操作平臺(tái)等臨邊處應(yīng)設(shè)置防護(hù)欄桿，應(yīng)牢固可靠。 （5）立體交叉作業(yè)控制：當(dāng)應(yīng)用土代模澆筑混凝土支撐，支撐下的土方開挖后，施工單位應(yīng)及時(shí)清除支撐下粘結(jié)的土石。上下層立體交叉作業(yè)時(shí)，應(yīng)設(shè)置隔離設(shè)施。 （6）施工進(jìn)度控制：施工單位報(bào)送的進(jìn)度計(jì)劃應(yīng)滿足基坑安全性要求。 通過該事故，可得出以下深基坑事故防范經(jīng)驗(yàn)：（1）對(duì)深基坑工程特點(diǎn)應(yīng)有深刻的認(rèn)識(shí)，基坑工程時(shí)空效應(yīng)強(qiáng)，環(huán)境效應(yīng)明顯，挖土順序、挖土速度和支撐速度對(duì)基坑圍護(hù)體系受力和穩(wěn)定性具有很大影響。 施工應(yīng)嚴(yán)格按經(jīng)審查的施工組織設(shè)計(jì)進(jìn)行。應(yīng)及時(shí)安裝