1、深基坑工程施工技术及安全深基坑工程施工技术及安全质量控制讲义质量控制讲义第二部分：深基坑工程关键第二部分：深基坑工程关键施工技术和工艺应用施工技术和工艺应用第二部分基本内容第二部分基本内容1、降水与排水、降水与排水2、截水、隔水与回灌、截水、隔水与回灌3、支护结构、支护结构4、支撑系统优化和稳定性验算、支撑系统优化和稳定性验算1、降水与排水降水与排水 在地下水位比较高的地区，为了使施工作业的空间比较在地下水位比较高的地区，为了使施工作业的空间比较干燥，必须采取坑内排水或降低地下水位的措施。如在坑内干燥，必须采取坑内排水或降低地下水位的措施。如在坑内降低地下水位则造成了坑内外的水位差，地下水在水
2、头压力降低地下水位则造成了坑内外的水位差，地下水在水头压力的作用下从坑外流向坑内，假如降水措施选择不当，不仅不的作用下从坑外流向坑内，假如降水措施选择不当，不仅不能保持坑内的干燥，而且还会产生管涌、流砂等渗透变形，能保持坑内的干燥，而且还会产生管涌、流砂等渗透变形，危及基坑的安全。因此合理的选择合适的降水、排水施工方危及基坑的安全。因此合理的选择合适的降水、排水施工方案尤为重要。案尤为重要。基坑开挖时，基坑开挖时，流入坑内的地下水流入坑内的地下水和地表水如不及时和地表水如不及时排除，会使施工条排除，会使施工条件恶化、造成土壁件恶化、造成土壁塌方，亦会降低地塌方，亦会降低地基的承载力。基的承载力
3、。水淹基坑水淹基坑 损失惨重损失惨重 工期延误工期延误1.1 集水明排集水明排一般采用截、疏、抽的方法。一般采用截、疏、抽的方法。截：在现场周围设临时或永久性排水沟、防洪沟或挡水堤，截：在现场周围设临时或永久性排水沟、防洪沟或挡水堤，以拦截雨水、潜水流入施工区域；以拦截雨水、潜水流入施工区域；疏：在基坑内设置纵横排水沟，疏通、排干场内地表积水；疏：在基坑内设置纵横排水沟，疏通、排干场内地表积水；抽：在低洼地段设置集水、排水设施，然后用抽水机抽走。抽：在低洼地段设置集水、排水设施，然后用抽水机抽走。1.明沟与集水井排水明沟与集水井排水2.分层明沟排水分层明沟排水3.深层明沟排水深层明沟排水明排水
4、法主要有：明排水法主要有：排水法排水法 在基坑的一侧或在基坑的一侧或四周设置排水明沟，四周设置排水明沟，在四角或每隔在四角或每隔2030m设集水井，排水设集水井，排水沟始终比开挖面低沟始终比开挖面低0.40.5m，集水井比排，集水井比排水沟低水沟低0.51 m，在，在集水井内设水泵将水集水井内设水泵将水抽排出基坑。适用于抽排出基坑。适用于土质好、地下水量不土质好、地下水量不大的基坑排水。大的基坑排水。当基坑土层由当基坑土层由多种土层组成。中多种土层组成。中部夹有透水性强的部夹有透水性强的砂类土时砂类土时,为为防止防止上层地下水冲刷基上层地下水冲刷基坑下部边坡坑下部边坡,宜在宜在基坑边坡上基坑边
5、坡上分层设分层设置明沟及集水井置明沟及集水井。当地下基坑相当地下基坑相连、土层渗水量和排连、土层渗水量和排水面积大，为减少大水面积大，为减少大量设置排水沟的复杂量设置排水沟的复杂性，可在基坑内的深性，可在基坑内的深基础或合适部位设置基础或合适部位设置一条纵、长、深的主一条纵、长、深的主沟，其余部位设置边沟，其余部位设置边沟或支沟与主沟连通沟或支沟与主沟连通，通过基础部位用碎，通过基础部位用碎石或砂子作盲沟。适石或砂子作盲沟。适用于深度大的大面积用于深度大的大面积地下室、箱基的基坑地下室、箱基的基坑施工排水。施工排水。沙湾电站厂房深基坑排水施工全景沙湾电站厂房深基坑排水施工全景1.2 井点降水井
6、点降水 在含水丰富的土层中开挖大面积基坑时，明沟排水在含水丰富的土层中开挖大面积基坑时，明沟排水法难以排干大量的地下涌水，当遇粉细砂层时，还会出法难以排干大量的地下涌水，当遇粉细砂层时，还会出现严重的翻浆、冒泥、涌砂现象，不仅基坑无法挖深，现严重的翻浆、冒泥、涌砂现象，不仅基坑无法挖深，还可能造成大量的水土流失、边坡失稳、地面塌陷，严还可能造成大量的水土流失、边坡失稳、地面塌陷，严重者危及邻近建筑物的安全。重者危及邻近建筑物的安全。1、轻型井点法、轻型井点法2、喷射井点法、喷射井点法3、电渗井点法、电渗井点法4、管井井点法、管井井点法井点降水主要有：井点降水主要有：基坑底低于地下水位时基坑底低
7、于地下水位时基底会不停的渗水基底会不停的渗水 遇到此种情况时应采用井点降水施工遇到此种情况时应采用井点降水施工 轻型井点是沿基坑四周将井点管埋入蓄水层内，利用抽水轻型井点是沿基坑四周将井点管埋入蓄水层内，利用抽水设备将地下水从井点管内不断抽出，将地下水位降至基坑底以设备将地下水从井点管内不断抽出，将地下水位降至基坑底以下。适用于渗透系数为下。适用于渗透系数为0.150m/d的土层中。的土层中。降水深度：单级井点降水深度：单级井点36m，多级井点，多级井点612m。轻型井点法降低地下水位全貌图轻型井点法降低地下水位全貌图 基坑轻型井点降水基坑轻型井点降水 喷射井点是在喷射井点是在井点管内设特制的
8、井点管内设特制的喷射器，用高压水喷射器，用高压水泵或空气压缩机向泵或空气压缩机向喷射器输入高压水喷射器输入高压水或压缩空气，形成或压缩空气，形成水气射流水气射流,将地下水将地下水抽出排走。其降水抽出排走。其降水深度可达深度可达820m。喷射井点平面布置喷射井点平面布置 电渗井点以电渗井点以井点管作负极，井点管作负极，打入的钢筋作正打入的钢筋作正极，通入直流电极，通入直流电后，土颗粒自负后，土颗粒自负极向正极移动，极向正极移动，水则自正极向负水则自正极向负极移动而被集中极移动而被集中排出。本法常与排出。本法常与轻型井点或喷射轻型井点或喷射井点结合使用。井点结合使用。电渗井点构造与布置电渗井点构造
9、与布置管井井点由滤水井管、吸水管和抽水机组成。管管井井点由滤水井管、吸水管和抽水机组成。管井埋设的深度和距离根据需降水面积、深度及渗透系井埋设的深度和距离根据需降水面积、深度及渗透系数确定，一般间距数确定，一般间距1050m，最大埋深可达，最大埋深可达10m，管井，管井距基坑边缘距离距基坑边缘距离1.5m(冲击钻成孔冲击钻成孔)或或3m(钻孔法成孔钻孔法成孔)，适用于降水深度，适用于降水深度35m、渗透系数为、渗透系数为20200m/d的的基坑中施工降水。管井井点设备简单、排水量大、易基坑中施工降水。管井井点设备简单、排水量大、易于维护、经济实用。于维护、经济实用。管井抽排水施工管井抽排水施工
10、1.3 降水方案及影响降水方案及影响 选择降水方法时，一般中粗砂以上粒径的土用水下开挖选择降水方法时，一般中粗砂以上粒径的土用水下开挖或堵截法；中砂和细砂颗粒的土用井点法和管井法；淤泥或或堵截法；中砂和细砂颗粒的土用井点法和管井法；淤泥或粘土用真空法或电渗法。粘土用真空法或电渗法。在降水过程中，由于会随水流带出部分细微土粒，再加在降水过程中，由于会随水流带出部分细微土粒，再加上降水后土体的含水量降低，使土壤产生固结，因而会引起上降水后土体的含水量降低，使土壤产生固结，因而会引起周围地面的沉降，在建筑物密集地区进行降水施工，如因长周围地面的沉降，在建筑物密集地区进行降水施工，如因长时间降水引起过
11、大的地面沉降，会带来较严重的后果。时间降水引起过大的地面沉降，会带来较严重的后果。2、截水、隔水与回灌、截水、隔水与回灌 截水、隔水措施应用于各种支护形式中，以避免基截水、隔水措施应用于各种支护形式中，以避免基坑开挖和降水造成周边地下水的流失，对周围环境造成坑开挖和降水造成周边地下水的流失，对周围环境造成影响。当因降水危及基坑及周边环境安全时，宜采用截影响。当因降水危及基坑及周边环境安全时，宜采用截水或回灌方法。截水后，基坑中的水量或水压较大时，水或回灌方法。截水后，基坑中的水量或水压较大时，宜采用基坑内降水。宜采用基坑内降水。2.1 截水截水 当因坑外降水可能会危及基坑及周边环境安全时，宜当
12、因坑外降水可能会危及基坑及周边环境安全时，宜采用截水的方法来控制地下水。深基坑工程的截水常采用采用截水的方法来控制地下水。深基坑工程的截水常采用的是设截水帷幕，它是在基坑开挖前沿基坑四周设置隔水的是设截水帷幕，它是在基坑开挖前沿基坑四周设置隔水围护壁围护壁(亦称隔水帷幕亦称隔水帷幕)。截水帷幕的类型有水泥土搅拌桩。截水帷幕的类型有水泥土搅拌桩挡墙、高压旋喷桩挡墙、地下连续墙挡墙等，它们往往不挡墙、高压旋喷桩挡墙、地下连续墙挡墙等，它们往往不只是为了挡水，常常同时作为基坑的支护结构用来挡土。只是为了挡水，常常同时作为基坑的支护结构用来挡土。落底式竖向截水帷幕落底式竖向截水帷幕侧向截水与水平封底侧
13、向截水与水平封底相结合相结合2.2 隔水隔水1、高压喷射注浆隔水、高压喷射注浆隔水2、压力注浆隔水、压力注浆隔水3、三轴水泥土搅拌桩墙隔水、三轴水泥土搅拌桩墙隔水4、钢板桩隔水、钢板桩隔水5、钻孔咬合桩隔水、钻孔咬合桩隔水6、袖阀管注浆法隔水、袖阀管注浆法隔水7、冻结法隔水、冻结法隔水常见隔水型式：常见隔水型式：2.3 回灌回灌 回灌方式有两种：一种采用回灌沟回灌，另一种采回灌方式有两种：一种采用回灌沟回灌，另一种采用回灌井回灌。用回灌井回灌。基本原理是：在基坑降水的同时，向回灌井或沟中基本原理是：在基坑降水的同时，向回灌井或沟中注入一定水量，形成一道阻渗水幕，使基坑降水的影响注入一定水量，形
14、成一道阻渗水幕，使基坑降水的影响范围不超过回灌点的范围，阻止地下水向降水区流失，范围不超过回灌点的范围，阻止地下水向降水区流失，保持已有建筑物所在地原有的地下水位，使土压力仍处保持已有建筑物所在地原有的地下水位，使土压力仍处于原有平衡状态，从而有效地防止降水的影响，使建筑于原有平衡状态，从而有效地防止降水的影响，使建筑物的沉降达到最小程度。物的沉降达到最小程度。如果建筑如果建筑物离基坑稍远，物离基坑稍远，且为较均匀的且为较均匀的透水层，中间透水层，中间无隔水层，则无隔水层，则采用最简单的采用最简单的回灌沟方法进回灌沟方法进行。行。井点降水与回灌沟回灌示意图井点降水与回灌沟回灌示意图 井点降水与
15、井点回灌示意图井点降水与井点回灌示意图 如果建筑物离如果建筑物离基坑近，且为弱透基坑近，且为弱透水层或透水层中间水层或透水层中间夹有弱透水层和隔夹有弱透水层和隔水层时，则须用回水层时，则须用回灌井点进行回灌。灌井点进行回灌。2.4 止水措施失效的预防止水措施失效的预防 采取有效措施防止以下几种情况引起止水措施失效：采取有效措施防止以下几种情况引起止水措施失效：(1)止水深度不够，地下水渗流越过帷幕底部产生管涌、止水深度不够，地下水渗流越过帷幕底部产生管涌、流砂现象；流砂现象；(2)止水帷幕桩身平面位置、垂直度偏差过大，帷幕渗漏止水帷幕桩身平面位置、垂直度偏差过大，帷幕渗漏严重；严重；(3)止水
16、帷幕桩的水泥掺入量不够或施工工艺不合理问题止水帷幕桩的水泥掺入量不够或施工工艺不合理问题造成桩体质量差，渗透系数过大，难以起到止水效果；造成桩体质量差，渗透系数过大，难以起到止水效果；(4)帷幕施工完不经充分养护，帷幕桩体强度很低时就急于帷幕施工完不经充分养护，帷幕桩体强度很低时就急于开挖土方，造成帷幕的破坏；开挖土方，造成帷幕的破坏；(5)由于支护结构变形造成止水帷幕的剪切破坏；由于支护结构变形造成止水帷幕的剪切破坏；(6)人为破坏止水帷幕，如随意开挖出土通道破坏原本封闭人为破坏止水帷幕，如随意开挖出土通道破坏原本封闭的止水帷幕。的止水帷幕。2.5 截水、隔水措施失效的处理截水、隔水措施失效
17、的处理(1)设置导流水管，采用遇水膨胀材料或采用压密注浆、设置导流水管，采用遇水膨胀材料或采用压密注浆、聚氨脂注浆等方法堵漏；聚氨脂注浆等方法堵漏；(2)快硬早强混凝土浇筑挡墙；快硬早强混凝土浇筑挡墙；(3)在基坑内壁采用高压旋喷或水泥土搅拌桩增设止水在基坑内壁采用高压旋喷或水泥土搅拌桩增设止水帷幕；帷幕；(4)结合以上措施配合坑内井点降水。结合以上措施配合坑内井点降水。2.6 施工中常见危害施工中常见危害1、坑底隆起、坑底隆起2、坑底突涌、坑底突涌3、坑壁渗漏、坑壁渗漏4、斜坡滑移、斜坡滑移5、坍塌、坍塌6、土体沉降、土体沉降施工中常见危害：施工中常见危害：坑底隆起坑底隆起:坑底的隆起是一种
18、向上的位移，产生的原因一是深层土坑底的隆起是一种向上的位移，产生的原因一是深层土的卸荷回弹，二是由开挖形成的压力差导致的土体塑流。由的卸荷回弹，二是由开挖形成的压力差导致的土体塑流。由于土体是连续体，坑底的隆起和围护结构的水平位移必然导于土体是连续体，坑底的隆起和围护结构的水平位移必然导致坑外土体产生沉降和水平位移，带动相邻建筑物或市政设致坑外土体产生沉降和水平位移，带动相邻建筑物或市政设施发生倾斜或挠曲，这些附加的变形使结构构件或管道可能施发生倾斜或挠曲，这些附加的变形使结构构件或管道可能产生开裂，影响使用，危及安全。产生开裂，影响使用，危及安全。某基坑坑底隆起某基坑坑底隆起坑底突涌坑底突涌
19、:某基坑突涌事故某基坑突涌事故某基坑坑底内发生承压水突涌某基坑坑底内发生承压水突涌坑壁渗漏坑壁渗漏:坑底渗漏坑底渗漏坑侧渗漏坑侧渗漏 杭州地铁凤起路站基坑内土体滑坡杭州地铁凤起路站基坑内土体滑坡及支撑体系破坏及支撑体系破坏斜坡滑移斜坡滑移:土体滑坡土体滑坡杭州地铁湘湖站基坑坍塌事故杭州地铁湘湖站基坑坍塌事故坍塌坍塌:西安地铁洒金桥站基坑塌方事故西安地铁洒金桥站基坑塌方事故深基坑施工导致路面沉降深基坑施工导致路面沉降 为防止或减少降水对周围环境的影响，避免产生过大为防止或减少降水对周围环境的影响，避免产生过大的地面沉降，可采取下列一些技术措施。的地面沉降，可采取下列一些技术措施。(1)采用回灌技
20、术：降水对周围环境的影响，是由于采用回灌技术：降水对周围环境的影响，是由于土壤内地下水流失造成的。回灌技术即在降水井点和要保土壤内地下水流失造成的。回灌技术即在降水井点和要保护的建护的建(构构)筑物之间打设一排井点，在降水井点抽水的同筑物之间打设一排井点，在降水井点抽水的同时，通过回灌井点向土层内灌入一定数量的水时，通过回灌井点向土层内灌入一定数量的水(即降水井即降水井点抽出的水点抽出的水)，形成一道隔水帷幕，从而阻止或减少回灌，形成一道隔水帷幕，从而阻止或减少回灌井点外侧被保护的建井点外侧被保护的建(构构)筑物下的地下水流失，使地下水筑物下的地下水流失，使地下水位基本保持不变，这样就不会因降
21、水使地基自重应力增加位基本保持不变，这样就不会因降水使地基自重应力增加而引起地面沉降。而引起地面沉降。(2)采用砂沟、砂井回灌：在降水井点与被保护建采用砂沟、砂井回灌：在降水井点与被保护建(构构)筑物之间设置砂井作为回灌井，沿砂井布置一道砂沟，将筑物之间设置砂井作为回灌井，沿砂井布置一道砂沟，将降水井点抽出的水，适时、适量排入砂沟、再经砂井回灌降水井点抽出的水，适时、适量排入砂沟、再经砂井回灌到地下，实践证明也能收到良好效果。到地下，实践证明也能收到良好效果。(3)使降水速度减缓：在砂质粉土中降水影响范围可达使降水速度减缓：在砂质粉土中降水影响范围可达80m以上，降水曲线较平缓，为此可将井点管
22、加长，减缓以上，降水曲线较平缓，为此可将井点管加长，减缓降水速度，防止产生过大的沉降。也可在井点系统降水过降水速度，防止产生过大的沉降。也可在井点系统降水过程中，调小离心泵阀，减缓抽水速度。还可在邻近被保护程中，调小离心泵阀，减缓抽水速度。还可在邻近被保护建建(构构)筑物一侧，将井点管间距加大，需要时甚至暂停抽水。筑物一侧，将井点管间距加大，需要时甚至暂停抽水。为防止抽水过程中将细微土粒带出，可根据土的粒径选择为防止抽水过程中将细微土粒带出，可根据土的粒径选择滤网。另外，确保井点管周围砂滤层的厚度和施工质量，滤网。另外，确保井点管周围砂滤层的厚度和施工质量，也能有效防止降水引起的地面沉降。也能
23、有效防止降水引起的地面沉降。3、支护结构、支护结构 深基坑设置支护结构（一般包括围护结构和支锚体系深基坑设置支护结构（一般包括围护结构和支锚体系两部分）的目的是阻止基坑外侧土体的坍塌，为基础施工两部分）的目的是阻止基坑外侧土体的坍塌，为基础施工提供安全的工作空间。提供安全的工作空间。支护结构的功能是挡土，对基础施工空间来说具有防支护结构的功能是挡土，对基础施工空间来说具有防护的作用，统称为支护结构。护的作用，统称为支护结构。3.1 基本要求基本要求(1)基坑工程施工前应根据设计文件，结合现场条件和周边环境保基坑工程施工前应根据设计文件，结合现场条件和周边环境保护要求、气候等情况，编制支护结构施
24、工方案。护要求、气候等情况，编制支护结构施工方案。(2)基坑支护结构施工应与降水、开挖相互协调，各工况和工序基坑支护结构施工应与降水、开挖相互协调，各工况和工序应符合设计要求。应符合设计要求。(3)基坑支护结构施工与拆除不应影响邻近市政管线、地下设施基坑支护结构施工与拆除不应影响邻近市政管线、地下设施与周围建（构）筑物等的正常使用，必要时应采取减少环境影响与周围建（构）筑物等的正常使用，必要时应采取减少环境影响的措施。的措施。(4)支护结构施工应对支护结构自身、已施工的主体结构和邻近支护结构施工应对支护结构自身、已施工的主体结构和邻近道路、市政管线、地下设施、周围建（构）筑物等进行监测。道路、
25、市政管线、地下设施、周围建（构）筑物等进行监测。(5)施工现场道路布置、材料堆放、车辆行走路线等应符合荷载施工现场道路布置、材料堆放、车辆行走路线等应符合荷载设计控制要求；当采用设置施工栈桥措施时，应进行施工栈桥的设计控制要求；当采用设置施工栈桥措施时，应进行施工栈桥的专项设计。专项设计。(6)基坑工程施工中，如遇邻近工程进行桩基施工、基坑开挖、基坑工程施工中，如遇邻近工程进行桩基施工、基坑开挖、边坡工程、盾构顶进、爆破等施工作业，应根据实际情况协商确边坡工程、盾构顶进、爆破等施工作业，应根据实际情况协商确定相互间合理的施工顺序和方法。定相互间合理的施工顺序和方法。(7)支护结构施工前应进行试
26、验性施工，以评估施工工艺和各项支护结构施工前应进行试验性施工，以评估施工工艺和各项参数对基坑及周边环境的影响程度；必要时应调整参数、工法或参数对基坑及周边环境的影响程度；必要时应调整参数、工法或反馈修改设计选择合适的方案，以减少对周边环境的影响。反馈修改设计选择合适的方案，以减少对周边环境的影响。(8)基坑开挖支护施工导致邻近建筑物不均匀沉降过大时，应采基坑开挖支护施工导致邻近建筑物不均匀沉降过大时，应采取调整支护体系或施工工艺、施工速度，或设置隔离桩、加固既取调整支护体系或施工工艺、施工速度，或设置隔离桩、加固既有建筑地基基础、反压与降水纠偏等措施。有建筑地基基础、反压与降水纠偏等措施。苏州
27、市土地交易中心基坑支护工程苏州市土地交易中心基坑支护工程广州佳穗中心基坑支护工程广州佳穗中心基坑支护工程上海海伦宾馆深基坑支护上海海伦宾馆深基坑支护1、土钉墙支护、土钉墙支护2、水泥土重力式围护墙、水泥土重力式围护墙3、型钢水泥土搅拌墙、型钢水泥土搅拌墙4、地下连续墙、地下连续墙5、灌注桩排桩围护墙、灌注桩排桩围护墙6、板桩围护墙、板桩围护墙7、沉井与沉箱、沉井与沉箱8、与主体结构相结合支护结构及逆作法、与主体结构相结合支护结构及逆作法常见支护结构型式：常见支护结构型式：主要以土钉支护、地下连续墙及逆作法讲解主要以土钉支护、地下连续墙及逆作法讲解某土钉墙施工现场某土钉墙施工现场3.2 土钉墙支
28、护土钉墙支护 天然土体通过钻孔、插筋、注浆来设置土钉天然土体通过钻孔、插筋、注浆来设置土钉(亦称砂亦称砂浆锚杆浆锚杆)并与喷射砼面板相结合，形成类似重力挡墙的土并与喷射砼面板相结合，形成类似重力挡墙的土钉墙，以抵抗墙后的土压力，保持开挖面的稳定。也称为钉墙，以抵抗墙后的土压力，保持开挖面的稳定。也称为喷锚网加固边坡或喷锚网挡墙。喷锚网加固边坡或喷锚网挡墙。开挖工作面：开挖工作面：土钉支护应自上而下分段分层进行，分层深度视土层情土钉支护应自上而下分段分层进行，分层深度视土层情况而定，工作面宽度不宜况而定，工作面宽度不宜6m，纵向长度不宜，纵向长度不宜l0m。土钉支护施工工艺包括土钉支护施工工艺包
29、括:喷射第一层砼：喷射第一层砼：为防止土体松弛和崩解，为防止土体松弛和崩解，须尽快做第一层喷射砼，厚须尽快做第一层喷射砼，厚度不宜度不宜4050mm。喷射。喷射砼水泥用量砼水泥用量400kg/m3。喷射第一层砼喷射第一层砼冲击式钢管成孔冲击式钢管成孔 土层锚杆钻机成孔土层锚杆钻机成孔 土钉成孔：土钉成孔：土钉成孔直径土钉成孔直径70120mm、向下倾角向下倾角15200，成孔方法，成孔方法和工艺由承包商根据土层条件、和工艺由承包商根据土层条件、设备和经验而定。设备和经验而定。人工洛阳铲成孔人工洛阳铲成孔 安设土钉、注浆：安设土钉、注浆：土钉有单杆和多杆土钉有单杆和多杆之分，单杆多为之分，单杆多
30、为2232mm的粗螺纹钢筋，的粗螺纹钢筋，多杆一般为多杆一般为24根根16mm钢筋。采用灰钢筋。采用灰浆泵注浆，土钉注浆可浆泵注浆，土钉注浆可不加压。不加压。安设土钉、注浆安设土钉、注浆挂钢筋网、喷射砼面层：挂钢筋网、喷射砼面层：钢筋网通常直径钢筋网通常直径610、间距、间距200300mm，与土钉连接牢固。钢筋，与土钉连接牢固。钢筋与第一层喷射砼的间隙与第一层喷射砼的间隙20mm。设置双。设置双层钢筋网时，第二层钢筋网应在第一层层钢筋网时，第二层钢筋网应在第一层钢筋网被覆盖后铺设。砼面板厚度钢筋网被覆盖后铺设。砼面板厚度50100mm。进入下一层土钉支护进入下一层土钉支护喷射第一层砼面板喷射
31、第一层砼面板 3.3 地下连续墙支护地下连续墙支护 先建造钢筋砼地先建造钢筋砼地下连续墙下连续墙,达到强度后达到强度后在墙间用机械挖土。在墙间用机械挖土。该支护法刚度大、强该支护法刚度大、强度高，可挡土、承重、度高，可挡土、承重、截水、抗渗，可在狭截水、抗渗，可在狭窄场地施工，适于大窄场地施工，适于大面积、有地下水的深面积、有地下水的深基坑施工。基坑施工。连续墙抓斗连续墙抓斗成槽机成槽机槽段的连接槽段的连接铣削钻成槽机铣削钻成槽机地下连续墙施工工艺地下连续墙施工工艺两边是两边是锁口管锁口管钢筋笼起吊钢筋笼起吊 连续墙砼浇筑连续墙砼浇筑 亦可用亦可用吊车起拔吊车起拔锁口管起拔锁口管起拔 进入第二
32、槽段施工进入第二槽段施工3.4 逆作法支护逆作法支护 逆作法：在地下连接墙施工完毕后，便施工地下室最上一逆作法：在地下连接墙施工完毕后，便施工地下室最上一层顶盖的梁板结构，作为地下连续墙的水平内支撑，然后逐层层顶盖的梁板结构，作为地下连续墙的水平内支撑，然后逐层由上而下开挖土方和施工各层梁板结构，直至完成地下结构的由上而下开挖土方和施工各层梁板结构，直至完成地下结构的底板。底板。1、全逆作法、全逆作法2、半逆作法、半逆作法3、部分逆作法、部分逆作法常用逆作法：常用逆作法：地下结构的逆作法施工地下结构的逆作法施工全逆作法施工一般流程全逆作法施工一般流程支撑柱和立柱成孔支撑柱和立柱成孔 立柱（钢管
33、桩）立柱（钢管桩）首层楼板浇筑首层楼板浇筑地下一层暗挖地下一层暗挖地板和地下连续墙钢筋联结及止水处理地板和地下连续墙钢筋联结及止水处理 逆作法在我国软土地区的应用，主要集中在上海等地区。逆作法在我国软土地区的应用，主要集中在上海等地区。但在其推广和使用的过程中遇到了很多新问题，如立柱桩不均但在其推广和使用的过程中遇到了很多新问题，如立柱桩不均匀沉降、地下连续墙的竖向承载能力、地下室楼板开裂、地下匀沉降、地下连续墙的竖向承载能力、地下室楼板开裂、地下室梁板柱节点设计等。不仅要考虑施工过程中围护结构的内力、室梁板柱节点设计等。不仅要考虑施工过程中围护结构的内力、变形和稳定性，以及周围地层变形对邻近
34、建筑物和地下管线的变形和稳定性，以及周围地层变形对邻近建筑物和地下管线的影响及保护计算等传统基坑工程中的问题，还要考虑施工过程影响及保护计算等传统基坑工程中的问题，还要考虑施工过程中主体结构、工程桩、地下连续墙、水土耦合等共同作用，迄中主体结构、工程桩、地下连续墙、水土耦合等共同作用，迄今为止尚难以得出较为精确的定量结果。今为止尚难以得出较为精确的定量结果。4、支撑系统优化和稳定性验算、支撑系统优化和稳定性验算4.1、概、概 要要 基坑支护设计与施工是一项系统工程，涉及结构力学、基坑支护设计与施工是一项系统工程，涉及结构力学、土力学、地基基础、地基处理、原位测试等多种学科知识，土力学、地基基础
35、、地基处理、原位测试等多种学科知识，包含了结构的刚度、变形与稳定性问题。包含了结构的刚度、变形与稳定性问题。从力学的角度上看，场地可以看作本构关系复杂的多相从力学的角度上看，场地可以看作本构关系复杂的多相半无限体。基坑开挖打破了原来的平衡，从而使基坑周围一半无限体。基坑开挖打破了原来的平衡，从而使基坑周围一定的范围内土体应力场与渗透场失衡。通过支护作用，使土定的范围内土体应力场与渗透场失衡。通过支护作用，使土体应力场与渗透场在开挖时处于平衡或动态平衡状态。体应力场与渗透场在开挖时处于平衡或动态平衡状态。支护的优化设计将适用性、稳定性、经济指标等综合考支护的优化设计将适用性、稳定性、经济指标等综
36、合考虑，比选最优方案。是以后基坑支护设计发展的必由之路，虑，比选最优方案。是以后基坑支护设计发展的必由之路，是设计的发展方向。是设计的发展方向。在深基坑工程中，判断设计方案的合理性上有两条标准：在深基坑工程中，判断设计方案的合理性上有两条标准：能保证基坑及周围环境的安全；能保证基坑及周围环境的安全；工程造价最小化。工程造价最小化。对一个基坑工程，不同的设计人员可以提出不同的设计方对一个基坑工程，不同的设计人员可以提出不同的设计方案，但这些方案中，有的工程安全性得不到保证；有的工程安案，但这些方案中，有的工程安全性得不到保证；有的工程安全性可以得到保证，但造价太高，不是最优方案。这时应进行全性可
37、以得到保证，但造价太高，不是最优方案。这时应进行方案比较、方案论证，从中择取最佳方案或重新设计。进行方方案比较、方案论证，从中择取最佳方案或重新设计。进行方案论证、方案优选是设计中很重要的环节，应引起设计人员的案论证、方案优选是设计中很重要的环节，应引起设计人员的高度重视。高度重视。4.2、优化设计基本原理、优化设计基本原理 优化设计就是对初选支护方案的具体设计参数，如平立面优化设计就是对初选支护方案的具体设计参数，如平立面布局、结构尺寸等进行优化。目前主要是用多支撑、多锚杆或布局、结构尺寸等进行优化。目前主要是用多支撑、多锚杆或支撑与锚杆共用的支护体系。支撑与锚杆共用的支护体系。“优优”的标
38、准，在优化设计中称为目标函数。结构设计中的标准，在优化设计中称为目标函数。结构设计中，以变量形式参与结构优化设计的称为设计变量。，以变量形式参与结构优化设计的称为设计变量。选择设计变量，确定目标函数，根据约束条件列出约束方选择设计变量，确定目标函数，根据约束条件列出约束方程，称为制定优化设计的数学模型。有了优化设计的数学模型程，称为制定优化设计的数学模型。有了优化设计的数学模型后，还要选择合适的优化方法，进行结构优化设计，从而得到后，还要选择合适的优化方法，进行结构优化设计，从而得到优化后的结构设计。优化后的结构设计。在制定优化设计的数学模型过程中，必须明确以下几个概念：在制定优化设计的数学模
39、型过程中，必须明确以下几个概念：v(1)给定参数：指预先给定的描述结构特性的参数，在优化设给定参数：指预先给定的描述结构特性的参数，在优化设计过程中，其值是通常固定的，一般作为常量考虑。比如弹计过程中，其值是通常固定的，一般作为常量考虑。比如弹性模量性模量E及材料容重及材料容重P等都属给定参数。等都属给定参数。v(2)设计变量：就是需要优化的参数过于简化条件、优化参设计变量：就是需要优化的参数过于简化条件、优化参数太少，可能导致数学模型解答的真实性、可靠性较差。因数太少，可能导致数学模型解答的真实性、可靠性较差。因此合理选择优化参数是非常重要的。设计变量的数值通常是此合理选择优化参数是非常重要
40、的。设计变量的数值通常是可变的，如柱子直径和厚度常常属设计变量。设计变量通常可变的，如柱子直径和厚度常常属设计变量。设计变量通常用函数列用函数列 x1，x2，xn表示，并构成一个向量表示，并构成一个向量X=x1，x2，xn v(3)目标函数：指优化设计所追求的目标，它是设计变量的函目标函数：指优化设计所追求的目标，它是设计变量的函数，如结构的重量最轻、造价最省通常可为目标函数。数，如结构的重量最轻、造价最省通常可为目标函数。v(4)约束条件：约束条件指结构设计中为满足使用上的各方面约束条件：约束条件指结构设计中为满足使用上的各方面的要求，对设计方案施加的种种限制，如保证结构正常工作的要求，对设
41、计方案施加的种种限制，如保证结构正常工作的强度、刚度和稳定要求，规范的有关规定及构造上的要求的强度、刚度和稳定要求，规范的有关规定及构造上的要求等。等。v(5)数学模型：在满足约束条件数学模型：在满足约束条件(施工工艺、变形要求施工工艺、变形要求)下，寻求下，寻求一组设计变量值一组设计变量值(如支护桩长、间距等如支护桩长、间距等)，使得目标函数达到最，使得目标函数达到最优值优值(造价最省造价最省)。优化设计方法介绍：优化设计方法介绍：v深基坑工程设计中，涉及的参数和因素很多，许多优化方法深基坑工程设计中，涉及的参数和因素很多，许多优化方法处理目标函数时存在很大的困难，如目标函数的不连续性，处理
42、目标函数时存在很大的困难，如目标函数的不连续性，不可导性以及多极值问题等。不可导性以及多极值问题等。v目前支护结构优化的设计方法众多，许多方法不够成熟，现目前支护结构优化的设计方法众多，许多方法不够成熟，现简单介绍两种相对容易掌握的方法：遗传算法优化法和模糊简单介绍两种相对容易掌握的方法：遗传算法优化法和模糊分析优化法。分析优化法。4.3、遗传算法优化法、遗传算法优化法v遗传算法遗传算法GA(Genetic Algorithms)最初由最初由Michigan大学大学J.Holland教授提出来的教授提出来的，它是一种模仿自然界进化过程中选，它是一种模仿自然界进化过程中选择和遗传的机理而构造的一
43、种优化搜索算法。择和遗传的机理而构造的一种优化搜索算法。v在遗传算法中，每个个体对应一个适应度，根据适应度的大小在遗传算法中，每个个体对应一个适应度，根据适应度的大小确定个体被遗传到下一代的概率，随机遗传到下一代的个体，确定个体被遗传到下一代的概率，随机遗传到下一代的个体，通常这种选择被称为赌盘选择通常这种选择被称为赌盘选择(Roulette wheel)，最后进行选择，最后进行选择、交叉和变异操作，形成新一代的个体，而后又重复上述过程、交叉和变异操作，形成新一代的个体，而后又重复上述过程。遗传算法就是通过这样反复的迭代过程，在搜索空间中产生。遗传算法就是通过这样反复的迭代过程，在搜索空间中产
44、生目标函数目标函数(或适应函数或适应函数)的最优解或准最优解。的最优解或准最优解。v遗传算法的基本操作：遗传算法的基本操作：v(1)选择：根据各个个体的适应度，按照一定的规则或方法，从选择：根据各个个体的适应度，按照一定的规则或方法，从第第t代群体代群体P(t)中选择出一些优良的个体，遗传到下一代群体中选择出一些优良的个体，遗传到下一代群体P(t+1)中。中。v(2)交叉：将群体交叉：将群体P(t)内各个个体随机搭配成对，对每一对个体内各个个体随机搭配成对，对每一对个体，以某个概率，以某个概率(称为交叉概率称为交叉概率P)交换它们之间的部分染色体基交换它们之间的部分染色体基因值。因值。v(3)
45、变异：对于群体变异：对于群体P(t)中的每一个体，以某种概率中的每一个体，以某种概率(称为变异概称为变异概率率P)改变某改变某 一个或某些染色体上的基因值。一个或某些染色体上的基因值。v遗传算法的基本步骤：遗传算法的基本步骤：v(1)定义一个目标函数，根据约束条件建立问题的适应函数，它定义一个目标函数，根据约束条件建立问题的适应函数，它表示可行解的适应度；表示可行解的适应度；v(2)在一定约束条件下，生成解的初始成员种群；在一定约束条件下，生成解的初始成员种群；v(3)群体中的每一条染色体被解码成适于评价的形式，并赋予它群体中的每一条染色体被解码成适于评价的形式，并赋予它一个适应值一个适应值f
46、itness；v(4)以优胜劣汰的机制，将适应值差的染色体淘汰掉，对幸存的以优胜劣汰的机制，将适应值差的染色体淘汰掉，对幸存的染色体根据其适应值的好坏，按概率随机选择，进行复制，形染色体根据其适应值的好坏，按概率随机选择，进行复制，形成新的群体；成新的群体；v(5)按照一定的概率随机选择染色体进行交叉和变异的操作；按照一定的概率随机选择染色体进行交叉和变异的操作；v深基坑优化模型的建立：深基坑优化模型的建立：v(1)设计变量的选取设计变量的选取v选取对目标函数值影响大的，而且是一般设计者不易掌握的设选取对目标函数值影响大的，而且是一般设计者不易掌握的设计参数，作为优化设计过程中的设计变量，而将
47、另一些设计者计参数，作为优化设计过程中的设计变量，而将另一些设计者凭经验就可以解决或根据规范、地质条件和其它要求就能确定凭经验就可以解决或根据规范、地质条件和其它要求就能确定的参数作为预定参量，预先固定下来，其基本思想是突出事物的参数作为预定参量，预先固定下来，其基本思想是突出事物的主要矛盾，简化优化过程。的主要矛盾，简化优化过程。v选取支撑道数选取支撑道数NP，支撑位置，支撑位置m，桩径，桩径(D)，嵌固深度，嵌固深度(hd)作为设作为设计变量，而将混凝土面层厚度、强度等级，钢筋等级、直径，计变量，而将混凝土面层厚度、强度等级，钢筋等级、直径，配筋方式，土层计算参数等变量均作为预定参量，预先
48、固定。配筋方式，土层计算参数等变量均作为预定参量，预先固定。v(2)建立目标函数建立目标函数v取单位长度的基坑墙的桩体材料造价作为目标函数，以取单位长度的基坑墙的桩体材料造价作为目标函数，以1 m3的的水泥砂浆价格为水泥砂浆价格为1，则：，则：v式中式中h为基坑开挖的深度，为基坑开挖的深度，hd为桩的嵌固深度，为桩的嵌固深度，D为桩径，为桩径，s为为桩中心距，其数值相对比较固定，在优化设计中可视为常量。桩中心距，其数值相对比较固定，在优化设计中可视为常量。v(3)约束条件的处理及适应度函数的确定：约束条件的处理及适应度函数的确定：v约束条件可表示为：约束条件可表示为：可写成可写成v式中式中U0
49、max为桩顶允许最大位移，为桩顶允许最大位移，U1max桩身允许最大位移，桩身允许最大位移，Mmax为桩身允许的最大弯矩。为桩身允许的最大弯矩。v如果如果gi(x)0，Ci=gi(x)，如果，如果gi(x)0，Ci=0，而，而C=Ci。约束。约束问题可转化为无约束问题来求解，即问题可转化为无约束问题来求解，即 v式中式中(x)为超标后的目标函数，参数大小根据违约影响选定。为超标后的目标函数，参数大小根据违约影响选定。v(4)求解：求解：v构造适应度函数：构造适应度函数：vfitness(x)是适应度函数，显然是适应度函数，显然fitness(x)的值越，该母体越优。的值越，该母体越优。4.4、
50、模糊分析优化法、模糊分析优化法v在复杂系统中，考虑的因素多，且各因素之间往往还有层次之在复杂系统中，考虑的因素多，且各因素之间往往还有层次之分，在这种情况下，必须进行二次评判，这无疑增加工作量。分，在这种情况下，必须进行二次评判，这无疑增加工作量。层次分析法是把对于解决多层次、多目标系统优化问题比较有层次分析法是把对于解决多层次、多目标系统优化问题比较有效，且具有较高的逻辑性、灵活性及简洁性。效，且具有较高的逻辑性、灵活性及简洁性。v(1)建立目标特征值矩阵建立目标特征值矩阵v深基坑支护方案的优劣可以用多个目标来衡量。例如多个优化深基坑支护方案的优劣可以用多个目标来衡量。例如多个优化目标可设为
