深基坑开挖及支护工程培训资料

深基坑工程培训

第一章：概述

1.1 建筑基坑的概念：建筑基坑是指为进行建（构）筑物基础及地下室施工所开挖的地面以下空间。

a、人工开挖的为建筑物的基础和地下室的建设而采取的施工措施；

b、基坑工程属于临时性工程，它的使用年限较短，一般不超过一年。

根据青岛市建委《深基坑工程管理规定》第二条规定：深基坑是指开挖深度超过5米（含5米）或地下室三层以上（含三层），或深度虽未超过5米，但地质条件和周边环境及地下管线特别复杂的工程。

1.2 基坑周边环境：基坑开挖影响范围内包括既有建（构）筑物、道路、地下管线、地下设施、岩土体、地下水体等。

基坑工程要确保两个安全即：a、基坑边坡的安全；b、周边环境的安全。

环境保护是进坑工程成败的关键，在调查基坑周边环境时，应查明基坑影响范围内既有建筑物和地下设施的现状、结构特点，以及对开挖变形的承受能力。

1.3 基坑支护结构的极限状态分类

1.3.1承载能力极限状态

承载能力极限状态强调的是强度和稳定问题。支护结构的承载能力应满足规定的材料强度和稳定性要求，应有足够的安全储备，不应超过承载能力极限状态。

在支护结构对边坡发挥支挡、加固功能的过程中，若是锚固系统、支撑系统出现失效，挡土结构发生破坏，导致基坑边坡失稳、周边环境与安全受

到严重危害，均可视为已超过了承载能力极限状态。

1.3.2正常使用极限状态

它强调的是变形问题，应满足变形限制的要求。基坑变形是客观存在的，不允许变形也是不现实的，甚至也是不可能的。但是，变形是有限度要求的。

在正常使用状态下，支护结构对基坑变形的控制应满足规定的要求。基坑变形以不影响基础施工、近围建筑、地下管线、公路交通等的正常使用为原则；以不超出有关规定的控制值为标准。否则，若出现影响正常使用的变形和出现影响正常使用的局部破坏，均可视为已超过了正常使用极限状态。

1.4 基坑侧壁安全等级的划分原则：根据基坑开挖深度、周边环境条件和支护结构破坏后果的严重程度，将基坑侧壁安全等级划分为三级。

基坑工程安全等级划分表

基坑工程安全

等级

环境、破坏后果、基坑深度、工程地质和地下水条件

一级周边环境条件很复杂；破坏后果很严重；基坑深度h>12m；工程地质条件复杂；地下水位很高、条件复杂、对施工影响严重

二级周边环境条件较复杂；破坏后果很严重；基坑深度6m

三级周边环境条件简单；破坏后果部严重；基坑h≤6m；地下水位低、条件简单，对施工影响轻微

备注从一级开始，有两项（含两项）以上，最先符合该等级标准者，即可定为该等级。

影响基坑稳定的主要因素包括：开挖岩土体和地下水特征、基坑深度及放坡坡度、基坑周边环境条件、施工因素、气象因素等。

第二章：基坑支护体系的分类、特点及其适用条件

2.1 基坑支护体系的分类很多，通常可按结构形式、建筑材料、施工方法以及所处的环境条件等进行划分。

基坑支护体系按结构刚度划分，可分为刚性支护体系与柔性支护体系。如，刚性较大的墙体支护结构和桩径较粗的排桩支护结构等称为刚性支护体系；而具有一定柔性的结构，如钢板桩、锚杆挡墙等称为柔性支护体系。按受力状态划分，可分为主动支护和被动支护。如采用预应力锚杆支护体系在基坑开挖时给土体以主动约束，这样的支护体系称之为主动支护；而土钉支护体系只有在土体发生一定变形后才能使土钉受力，他对土体不具备主动约束机制。所以称之为被动支护体系。

2.2 基坑支护设计规范推荐的支护结构类型、特点及其适用条件

结构形式特点及适用条件

排桩或地下连续墙

由钢筋砼灌注桩或钢筋砼墙以及水平支撑（拉锚）构成刚度较大的支护体系。是应用时间较长应用范围较广、可靠性较好的支护结构，但造价较高。

它是靠嵌固基坑底部以下一定深度的桩（墙）体和支撑（拉锚）体系共同抵抗桩（墙）后的水土压力，限制土体变形，保证支护结构安全。

锚杆挡墙联合支护等。

第三章青岛地区常用的基坑支护形式及技术控制要点

青岛地区常用的支护体系主要有：

3.1桩锚支护体系

系指桩与预应力锚杆联合支护的简称。该支护形式在本市始于上个世纪90年代早~中期，至今仍是常用的支护形式之一，一般使用于地下1~3层基坑工程。

桩的类型以φ600 ~φ1000钢筋砼钻孔灌注桩为主，其次为φ800~φ1200人工挖孔桩，φ500深层搅拌桩、φ1200高压旋喷桩。

采取何种桩应根据工程条件决定。深层搅拌桩、高压旋喷桩又常在桩体内插入钢管或型钢，以增强整体抗变形的能力。个别工程也曾采用φ127~φ146钢管桩，预制桩使用的很少。

桩体起到挡土的作用，桩端应嵌入持力层或基坑底板以下一定的深度。

桩间土若是含水层或者过饱和软弱土夹含水砂土薄层时，多采用φ500深层搅拌桩或φ1200高压旋喷桩形成止水帷幕，起到截(挡)水的作用。

桩顶用钢筋砼冠梁连结，起到遏制桩顶变形的作用。

桩体自上而下按照一定的网度布设多道预应力锚杆(索)，并通过横梁背拉桩体，共同约束基坑边坡变形，为确保边坡的整体稳定起到了主动支护的作用。

对于锚杆(索)施加预应力，其目的即在锚杆周围的岩土体中产生压应力区，增加潜在滑动面上的正应力和抗剪阻力，减少了非稳定性土体的下滑力。

锚杆在软土、软弱土或松土层中易发生蠕变是导致锚杆预应力损失5%~10%的主要原因之一(还有钢材松驰的原因)。

对于变形敏感的建筑工程、基坑对变形有严格要求的工程以及永久性支护工程等，均应对蠕变进行控制，其措施：提高安全系数、高压注浆、扩大锚固端部的尺寸，选择压力型锚杆等。

永久性锚杆不适于有机质土，液限W L>50%、液性指数I L>0.9和相对密度D r <0.3的软弱土。

临时性支护也应对上述土层进行处理后尚可使用，否则一般不宜采用。

锚杆的自由段长度不宜小于4米、锚固段长度不宜小于4米，第一排锚固体上覆土层厚度不宜小于4米，否则无工程意义。

锚杆布设的网度不宜小于2.5×1.5米(排距×点距)、锚杆间距大于6倍锚固体直径、无相互影响。

锚杆可与桩体联合形成桩锚支护体系，也可与挡墙联合形成锚杆挡墙支护体系等。

3.2 土钉墙支护

土钉墙支护是一种新型的基坑支护形式，起到对土体原位加固的作用。它是由被加固的原位土体，设置在土体中的土钉群和喷射钢筋砼面层所组成的一种复合的、自稳性能好的、类似重力式挡墙结构的支护体系，以抵抗墙后土压力和其它作用力，从而使边坡维持稳定。

土钉墙支护是一种被动受力支护形式，只有土体发生变形时土钉才受力，因此土钉支护的基坑一般不超过2层地下室。在北京西客站采用土钉墙支护深度达17米。当在有限放坡情况下，土钉墙支护与预应力锚杆联合应用时，基坑支护深度可增加些，造价也有所节省。

土钉可分为成孔注浆土钉和打入式土钉两种。为了使土钉与面层有效地连接，故应设置承压板和加强筋等构造措施。

土钉孔注浆宜用水泥净浆或水泥砂浆，其强度不宜低于20MPa，土钉长度宜为基坑开挖深度的0.5~1.2倍，长度不宜小于6米，当长度由6米增加到15米时安全系数剧增；当长度大于15米时安全系数趋于常数。土钉间距宜为1~2米，土钉与水平面的夹角为5~15°时安全系数增大，当大于15°时安全系数减少。

土钉墙适于地下水位以上或者经过降水后的人工填土、粘性土、弱胶结砂土。由于成孔的原因土钉墙不适于含水丰富的砂土层和卵石层。土钉墙也不适用于自稳能力差的淤泥、淤泥质土夹粉砂薄层、饱和软弱土层，更不适于对变形有严格要求的深基坑工程。但是当基坑变形有严格要求时，也可在土钉支护中配合使用预应力锚杆，通过土钉、锚杆、面层共同对基坑土体构

成管箍作用，遏制基坑的变形。

许多工程的经验说明土钉墙支护的破坏几乎均与地下水的作用有直接的关系，它使土体软化，引起局部或整体破坏，因此，土钉墙支护必须做好降水，且不能作为挡水结构使用。

土钉墙支护由于能合理利用土体的自承能力，将土体作为支护结构不可分割的组成部分，做到结构轻、柔性大，有良好的抗震性能，设备简单、轻便，施工工艺不复杂、速度快，造价比较低，而得到广泛应用。

3.3 水泥土挡墙

深层搅拌桩支护系利用水泥作固化剂，采用机械搅拌将固化剂和软土强制拌合，并相互产生一系列物化反应而逐渐硬化，形成具有整体性、水稳性和一定强度的壁状、格栅状等不同形式的水泥土桩墙。

深层搅拌桩在我国应用于加固软土构成复合地基，自20世纪90年代初期才将其用于基坑支护之中。其适用于淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土，素填土等，当含有机质土、泥炭质土、泥炭土，宜通过试验确定其适用性。

从技术和经济两个因素决定了深层搅拌桩支护深度不宜大于6米。

深层搅拌桩由具有一定刚度的脆性材料所组成。它介于刚性桩(灌注桩、钢筋砼预制桩)和柔性桩(砂桩、碎石桩、灰土桩)之间的一种桩型。其抗拉强度比抗压强度小得多。按其重力式挡墙计算就是利用结构本身的自重和抗压不抗拉的特点，经工程验证是符合实际的。当基坑开挖深度增加时，其承受水平向荷载加大，必然要大幅度的增加桩长和墙体宽度，从而使深层搅拌桩显得不够经济、合理。另外，当土体工程性状差、被动区土压力较小时，也可在被动区进行深层搅拌桩形成水泥土、改善被动区的土性，提高c、φ值，从而提高被动土压力，往往比增加桩的嵌入深度更经济、更有效些。

深层搅拌桩作为支护结构宜根据基坑开挖深度初步设定桩长和支护结构宽度，初定桩长宜为开挖深度的1.6~2.0倍，初步支护结构宽度宜为开挖深度的0.4～0.8倍，根据大量工程实践表明一般能够满足工程要求，亦比较经济、合理。

深层搅拌桩支护可根据土质性状、地下水、周边环境、施工条件因素，

选择合适的支护形式，也可与其它支护形式联合使用。

深层搅拌桩支护宜优先采用喷浆法施工，可使桩体均匀、强度高、抗渗性能好，但水泥用量较多些。当土的含水量大于60%、基坑较浅，且无严格防渗要求时，亦可采用喷粉法施工，且水泥用量相比较少些。

深层搅拌桩的一种重要功能是作为截水帷幕，要求比较严格，一是要求桩的设计长度应大于防止管涌和工程所需要的止水深度，并进入不透水层的长度宜取1~2倍设计桩径为宜；二是桩的垂直度允许偏差不超过1.5%；三是桩的搭接宽度宜大于150mm，其中有一项不符合要求时，就不能解决好截水问题。例如：某一工程地下一层截水帷幕桩长11~13米，设计搭接宽度仅有50mm，基坑开挖到-4米时发现深层搅拌桩的垂直度偏差过大，一些桩根本没有相互搭接，桩间形成缝隙、孔洞，致使相邻桩体不能完全弥合成一个完整的防水体，即使基坑周边作了多排(3~5排)搅拌桩，也不能解决好止水问题。当坑内降水时，地下水在坑内外压差作用下穿透层层桩间孔隙进入基坑，造成基坑外围水土流失，地面塌陷，临近已有建筑物产生不均匀沉降，经济损失严重。

深层搅拌桩支护具有很多优点：①在桩体中最大限度地利用了原土、水泥用量相比较少②对地基土无侧向挤压作用，对近围已有建筑物的影响小③设计比较灵活，可以合理地选择固化剂，根据设计要求桩身强度可以通过重复喷浆来实现，这一特点是其它桩型不具备的④施工无噪音、无振动、无污染，可以在城区内及密集建筑群中施工⑤加固后的土体重度基本不变，对软弱下卧层不致产生附加沉降⑥造价低、工期短、效果比较好⑦用作临时性支护结构，可既挡土又截水，因此，应用广泛。

3.4 坡率法

本市采用“坡率法”始于上个世纪80年代中末期至90年代初期。在东部开发区应用较多，因为那时开挖场地比较开阔。目前，在城阳区、胶州湾北部开发区拟建地下一层也采用“坡率法”。

“坡率法”通常指的是“放坡开挖”。根据岩土工程性状控制边坡开挖的允许坡率，以确保基坑边坡的稳定。它是基坑支护施工中最为古老的、传

统的、一般来说也是最为经济的基坑支护方案。当条件允许的情况下，首选选择此方案。

“坡率法”的适用条件：

①空间条件：首选在基坑周围具有放坡开挖的空间，又不影响邻近已有工程的安全和正常使用。

②岩土条件：岩土体的自稳性能良好。

③地下水条件：地下水位埋深较深，以在开挖深度之下为佳。

④坑深条件：基坑开挖深度适于地下1~2层的工程。

“放坡开挖”当坡高>5米的土质边坡，宜在坡面的中部设1~2米宽的过渡平台，并采用上半坡稍陡、下半坡稍缓的放坡原则。

对于土质边坡或易吸水软化的边坡，应将坡顶处做成倒坡，以严防地表水浸蚀坡面和流入坑内。坡面应采取固坡措施。其方法有钢钉挂网喷砼护面；土工织物加筋；砂袋叠置反压等，同时，留泄水孔，坑底挖排水沟和集水进。

对于风化岩坡面，由于内营力地质作用存在着几组伴生或派生的节理裂隙或断裂，呈格状反接复合在一起，并又在外营力风化作用的再改造的情况下，易导致坡面出现丢块、滑塌等不良地质作用。因此，一方面采取护面措施，另一方面加强坡顶变形的监测。

当基坑位于地下水位之下时，由于地下水的作用造成边坡坍塌事故的发生也是常有之事。特别是当边坡为粉土夹粉细砂薄层或者是砂土层时，易产生“层间管涌”、流砂现象。因此，应在坑外事先采取单井降水或轻型井点降水方案。

当土质较好时，也可采用明沟和集水井排水，但是严禁将坑内排出的地下水倒流或回渗坑内现象的发生。

有的边坡由于种种原因出现边坡失稳迹象时，可根据场区具体情况采取削坡、坡顶挖土减荷、坡底堆载反压、坡面铺压砂袋等以遏制边坡的失稳现象的发展，确保边坡的稳定。

3.5 组合支护：如：土钉墙+桩锚；设置格构梁的复合土钉墙（目前在青岛地区比较时髦）等。

注意：预应力锚杆深入既有建筑物地基下的危害；预应力锚杆身不稳定性（锚固段裂缝）；饱和砂土成孔难度大，涌砂冒水对周边环境的危害；嵌固不够，造成支护体系失稳；人工填土内有大块石影响施工；土层强度高水泥搅拌桩无法施工等问题。

由于受施工队伍、造价、地层条件和施工场地等因素的的影响，

第四章：基坑工程勘察设计与评审

4.1 基坑工程勘察

目前，专门针对基坑的勘察很少进行。主要原因：深基坑工程是近年来发展起来的人们对他的认识不足；深基坑开挖数施工阶段工作，建筑设计单位不做要求；建成区场地条件不允许等。

(1)基坑工程勘察应查明场地及影响范围内的地层结构、各层岩土层的物理力学指标等；开挖范围即临近场地地下水类型、埋藏条件、含水层的分

等。同时应对基坑影响范围内的环境进行勘察。

(2)基坑工程勘察范围宜为基坑边线以外2倍或以上基坑深度，在建成区，边线以外勘察以调查或搜集资料为主；勘察深度以为基坑开挖深度的2倍。

（3）岩石基坑勘察内容应包括岩石的坚硬程度、风化程度、主要结构面特征、完整程度及含水状况等。

（4）基坑工程勘察资料应包括以下内容：场地地层结构及岩土物理力学性质、地下水的控制方法及计算参数、施工中应进行的监测项目、开挖中应注意的问题和防治措施。

4.2 基坑工程设计

4.2.1基坑设计的基本原则：基坑支护与施工应综合考虑工程地质与水文地质条件、基础类型、基坑开挖深度、降排水条件、周边环境对基坑侧壁位移的要求、基坑周边和灾、施工季节、支护结构使用期限等因素，做到因地制宜，因时制宜，合理设计精心施工，严格监控。

青岛市规定，基坑支护设计单位应具备工程勘察资质。

4.2.2大多数的基坑工程是施工阶段的临时性工程要保证基坑设计安全、经济、合理、可行，设计时应采用以分项系数表示的极限状态设计表达式进行设计

计算内容包括：

（1）、基坑支护结构承载能力计算；

（2）、对安全等级为一级及对支护结构变形有限定的二级建筑基坑侧壁，尚应对基坑周边环境及支护结构变形进行验算；

支护结构变形允许值主要是根据基坑周边环境的要求有关。在一般情况下，深基坑变形通常应控制在基坑深度1‰-3‰范围内。

（3）、地下水控制计算和验算。

地下水控制对基坑安全影响重大，采取降水开挖时应满足施工中地下水位保持在基坑底面一下不小于0.5米。

在地下水较丰富地区，基坑止水帷幕宜采用的工艺包括旋喷桩、搅拌桩、地下连续墙。

4.3 基坑设计评审

4.3.1基坑设计评审的重要性。加强管理；保证安全；提高设计质量等。

4.3.2有关基坑设计评审的规定

（1）、青岛市规定，应由青岛市勘察设计协会或各区市审图机构组织对基坑支护设计文件进行评审后方可进行施工。