基 坑 开 挖.docx

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基坑开挖

基坑开挖

在场地平整工作完成后，便可进行基坑的开挖，基坑的开挖往往涉及到一系列的问题，如边坡的稳定，深基坑的支护，降低地下水位以及基坑开挖方案的确定等。

1.1基坑开挖前的施工准备

1.学习与审查图纸

2.编制施工方案

3.场地平整、清理障碍物

4.测量定位放线

5.修建临时设施与道路

1.2降低地下水位

在基坑开挖过程中，当基坑底面低于地下水位时，由于土壤的含水层被切断，地下水将不断渗入基坑。

这时如不采取有效措施排水，降低地下水位，不但会使施工条件恶化，而且基坑经水浸泡后会导致地基承载力的下降和边坡塌方。

因此为了保证工程质量和施工安全，在基坑开挖前或开挖过程中，必须采取措施降低地下水位，使基坑在开挖中坑底始终保持干燥。

对于地面水（雨水、生活污水），一般采取在基坑四周或流水的上游设排水沟、截水沟或挡水土堤等办法解决。

对于地下水则常采用集水井明排降水和井点降水的方法，使地下水位降至所需开挖的深度以下。

无论采用何种方法，降水工作都应持续到基础工程施工完毕并回填土后才可停止。

1.降低地下水位的基本方法

（1）集水井明排法

当基坑挖至接近地下水位时，在基坑的两侧或四周设置具有一定坡度的排水明沟，在基坑四角或每30-40m设置集水井，使地下水流入集水井内，然后用水泵抽出坑外（图1.15）。

明沟集水井排降水是一种常用的最经济、最简单的方法，但仅适用于土质较好且地下水位不高的基坑开挖，当土为细砂或粉砂时，易发生流砂现象，此时可采用井点降水的方法。

1）集水井与排水明沟的设置。

集水井与排水明沟宜布置在拟建建筑基础边0.4m以外，沟边缘离开边坡坡脚不应小于0.3m；排水明沟沟底宽一般不宜小于0.3m，底面应比挖土面低0.3～0.4m，排水纵坡宜控制在1‰-2‰内；集水井直径或宽度一般为0.6～0.8m，其底面应比排水沟底低约0.5m以上。

并随基坑的挖深而加深。

当基坑挖至设计标高后，集水井应进一步加深至低于基坑底1~2m，并铺填约0.3m厚的碎石滤水层，以免因抽水时间较长而挟带大量泥砂，并防止集水井的土被扰动。

2）水泵的选用。

集水明排水是用水泵从集水井中抽水，常用的水泵有潜水泵、离心水泵和泥浆泵。

一般所选用水泵的抽水量为基坑涌水量的1.5～2倍。

3）流砂的发生与防止。

当基坑挖至地下水位以下，且采用集水井排水时，如果坑底、坑壁的土粒形成流动状态随地下水的渗流不断涌入基坑，即称为流砂。

发生流砂时，土完全丧失承载力，土边挖边冒，很难挖到设计深度，给施工带来极大困难，严重时还会引起边坡塌方，甚至危及临近建筑物。

发生流砂现象的关键是动水压力的大小与方向，所以，防治流砂的主要途径是减小或平衡动水压力，或者改变动水压力的方向。

其具体措施有：

抢挖法、打钢板桩法、井点降低地下水位等方法，

此外，还可选择在枯水期施工或在基坑四周修筑地下连续墙止水。

井点降水法

　　井点降水就是在基坑开挖前。

预先在基坑周围埋设一定数量的滤水管（井），利用抽水设备不断抽出地下水，使地下水位降低到坑底以下，直至基础工程施工完毕。

使所挖的土始终保持干燥状态。

井点降水法改善了工作条件，防止了流砂发生。

同时，由于地下水位降落过程中动水压力向下作用与土体自重作用，使基底土层压密，提高了地基土的承载能力。

　　井点降水法按其系统的设置、吸水原理和方法的不同，可分为轻型（真空）井点、喷射井点、电渗井点、管井井点和深井井点。

各种井点降水方法可根据基础规模，土的渗透性、降水深度、设备条件及经济性选用。

可参考表1.7，其中轻型井点属于基本类型，应用最广泛。

表1.7降水类型及适用条件

井点类型

降水类型

土层渗透系数（cm/s）

可能降低的水位深度（m）

轻型井点

多级轻型井点

10-2～10-5

3～6

6～12

喷射井点

10-3～10-6

8～20

电渗井点

＜10-6

宜配合其他型式降水使用

深井井点

≥10-5

＞10

2.轻型井点的设计

轻型井点是沿基坑四周每隔一定距离将若干直径较小的井点管埋入蓄水层内，井点管上端伸出地面，通过弯联管与总管相连并引向水泵房，利用抽水设备将地下水从井点管内不断抽出，使地下水位降至坑底以下，如图1.16所示。

（1）轻型井点的组成

轻型井点主要由管路系统和抽水设备两部分组成。

1）管路系统。

管路系统包括：

滤管、井点管、弯联管及总管。

滤管的构造如图1.17所示,它是地下水的吸入口，一般采用长1～1.5m，直径38～50mm的无缝钢管。

管壁上钻有直径为12～18mm的滤水孔，呈梅花形排列，滤孔面积为滤管表面积的20%～25%，外包两层滤网，内层细滤网采用30～80目的金属或尼龙网，外层粗滤网采用5～10目金属网或尼龙网。

为了使吸水通畅，避免滤孔淤塞，在管壁与滤网之间用金属丝绕成螺旋形隔开，滤网的最外面再绕一层粗金属网。

滤管的上端与井点管相连，下端有一铸铁头，便于插入土层并阻止泥砂进入。

井点管采用长为5～7m，直径为38～110mm的钢管，可用整根或分节组成，上端用弯联管与总管相连。

弯联管一般用塑料透明管或橡胶管制成，其上装有阀门，以便调节或检修井点。

总管一般用直径为75～110mm的无缝钢管分节连接而成，每节长4m，每隔0.8～1.6m设一个与井点管连接的短接头。

按2.5～5‰坡度坡向泵房。

2）抽水设备。

抽水装置常用的有干式真空泵井点设备和射流泵井点设备两类。

（2）轻型井点的布置

轻型井点的布置，应根据基坑的大小和深度、土质、地下水位的高低与流向、降水深度要求等因素确定。

设计时主要考虑平面和高程两个方面。

1）平面布置。

当基坑或沟槽宽度小于6m，且降水深度不超过5m时，可用单排井点，将井点管布置在地下水上游一侧，两端的延伸长度不宜小于该坑或槽的宽度，如图1.18所示。

若基坑宽度大于6m或土质不良，则宜采用双排井点。

对于面积较大的基坑宜采用环形井点布置，如图1.19所示，井点管距离基坑壁不宜过小，一般取0.7～1.2m，以防止坑壁发生漏气而影响系统中的真空度。

井点管间距按计算或经验确定，一般为0.8～1.6m。

图1.19环状井点布置

（a）平面布置；（b）高程布置

1.总管；2.井点管；3.抽水设备

2）高程布置。

轻型井点的降水深度从理论上讲可达10m左右，但由于抽水设备的水头损失，实际降水深度一般不大于6m。

井点管的埋设深度H（不包括滤管）可按下式计算：

（1.27）

式中：

H1—井点管埋设面到基坑底面的距离（m）；

h—基坑底面至降低后的地下水位线的距离，一般取0.5～1.0m（人工开挖取下限，机械开挖取上限）；

i—降水曲线坡度，可取实测值或按经验，单排井点取1/4，环形井点取1/10～1/15；

L—井点管中心至基坑中心的水平距离，单排井点为至基坑另一边的距离（m）；

如H值小于降水深度6m时，可用一级井点，H值稍大于6m时，若降低井点管的埋设面后，可满足降水深度要求时，仍可采用一级井点；当一级井点达不到降水深度要求时，可采用二级井点或多级井点，即先挖去第一级井点所疏干的土，然后在其底部埋设第二级井点。

（3）轻型井点的计算

轻型井点的计算主要包括涌水量计算，井点管数量与间距的确定。

1）涌水量计算。

井点系统涌水量受诸多不易确定的因素影响，计算比较复杂，难以得出精确值，目前一般是按水井理论进行近似计算。

水井根据地下水有无压力，分为承压井（图1.20c、d）和无压井（图1.20a、b）。

图1.20水井的分类

（a）无压完整井；（b）无压非完整井；（c）承压完整井；（d）承压非完整井

无压完整井的环形井点系统（图1.21a），群井涌水量计算公式为：

（1.28）

式中：

Q——井点系统的涌水量（m3/d）；

K——土的渗透系数（m/d）；

H——含水层厚度（m）；

s——水位降低值（m）；

R——抽水影响半径（m）；

xo——环状井点系统的假想半径（m）。

按式（1.28）计算涌水量时，需先确定R、XO、K值。

对于矩形基坑，其长度与宽度之比不大于5时，R、xo值可分别按下式计算：

（1.29）

（1.30）

式中：

F——环状井点系统包围的面积（m2）

渗透系数K值确定正确与否将直接影响降水效果，一般可根据地质勘探报告提供的数据或通过现场抽水试验确定。

表1.8抽水影响深度Ho（m）

S′（S′+l）

0.2

0.3

0.5

0.8

Ho

1.3（S′+l）

1.5（S′+l）

1.7（S′+l）

1.85（S′+l）

注：

S′为井点管中水位降落值；l为滤管长度。

承压完整井的环状井点系统的涌水量计算公式为：

（1.31）

式中M——承压含水层的厚度（m）

K、S、R、Xo——与公式（1.28）相同

承压非完整井的环状井点系统的涌水量计算公式为：

（1.32）

式中：

r——井点管半径（m）

——滤管长度（m）。

K、S、R、xo与公式（1.28）相同

2）确定井点管数量及井距。

确定井管数量需要先确定单根井管的出水量，其最大出水量按下式计算：

（1.33）

式中：

d——滤管直径（m）；

——滤管长度（m）；

K——渗透系数（m/d）。

井点管数量由下式确定：

（1.34）

式中：

1.1为井点管备用系数。

井点管最大间距为：

（1.35）

式中：

L——总管长度（m）

实际采用的井点管间距应大于15d，不能过小，以免彼此干扰，影响出水量。

并且还应于总管接头的间距（0.8m、1.2m、1.6m）相吻合。

最后根据实际采用的井点管间距，确定井点管根数。

3.轻型井点的施工

　　轻型井点系统的施工，主要包括施工准备、井点系统的安装、使用及拆除。

　　井点系统的安装顺序是：

先埋设总管，冲孔，沉设井点管、灌填砂滤层，然后用弯联管将井点管与总管联接，最后安装抽水设备。

井点管的埋设一般用水冲法进行，又分为冲孔与埋管两个过程（图1.22）

轻型井点系统全部安装完毕后，应进行抽水试验，以检查有无死井（井点管淤塞）或漏气、漏水现象。

在井点系统的使用过程中，应连续抽水，时抽时停会抽出大量泥沙，使滤管淤塞，并可能造成附近建筑物因土粒流失而沉降开裂。

1.3基坑土方的开挖

1.开挖方法

基坑开挖前应根据工程结构型式、基础埋置深度、地质条件、施工方法及工期等因素，确定基坑开挖方法。

对于大型基坑，宜用机械开挖。

基坑挖完后应组织验槽，作好记录，如发现土质与地质勘探报告、设计不符时，应与有关人员研究及时处理。

2.基坑边坡

　　影响基坑边坡稳定的因素很多，主要有以下几方面：

（1）土的种类

（2）基坑开挖深度

（3）水的作用

（4）坡顶堆载

（5）震动的影响

为了防止土壁塌方，保证施工安全，当挖方超过一定深度或填方超过一定高度时，应做成一定形式的边坡。

基坑边坡的坡度以其高度H与底宽B之比来表示，即：

土方边坡坡度＝

式中：

m=B/H称为边坡系数。

边坡坡度应根据土质、开挖深度、开挖方法、施工工期、地下水位、坡顶荷载及气候条件等因素确定，可做成直线形、拆线形或阶梯形（图1.23）。

合适的边坡系数应满足安全与经济两方面的要求，既要保证边坡稳定，又不增多土方量。

一般m由设计文件规定，当设计文件未作规定时，应按照《土方和爆破工程施工及验收规范》的有关规定来选取。

当土质均匀且地下水位低于基坑（槽）或管沟底面标高时，挖方深度不超过表1.9规定时，挖方边坡可做成直立壁而不加支撑。

表1.9基坑（槽）和管沟不加支撑时的容许深度

土的类别

允许深度（m）

密实、中密的砂土和碎石类土（充填物为砂土）

1．00

硬塑、可塑的粉质粘土及粉土

1．25

硬塑、可塑的粘土和碎石类土（充填物为粘性土）

1．50

坚硬的粘土

2．00

当地质条件良好、土质均匀且地下水位低于基坑（槽）底面标高时，挖方深度如超过表1.9的深度不加支撑的边坡最陡坡度应符合表1.10的规定。

表1.10临时性挖方边坡值

土的类别

边坡值（高：

宽）

砂土（不包括细砂、粉砂）

1:

1.25～1:

1.50

一般性粘土

硬

1:

0.75～1:

1.00

硬塑

1:

1～1:

1.25

软

1:

1.5或更缓

碎石类土

充填坚硬、硬塑粘性土

1:

0.5～1:

1.0

充填砂土

1:

1～1:

1.5

注：

1、有成熟施工经验，可不受本表限制。

设计有要求时，应符合设计标准。

2、如采用降水或其他加固措施，也不受本表限制。

3、开挖深度对软土不超过4m，对硬土不超过8m。

3、基坑土壁支护

　　采用放坡开挖基坑（槽），往往是比较经济的。

但有时受场地的限制不能按要求放坡，或放坡增加土方量太大，或地下水渗入坑内影响土壁稳定时，可采用设置土壁支护结构的施工方法，主要包括横撑式支撑、锚锭式支撑及板桩支护等。

（1）横撑式支撑

开挖狭窄的基坑（槽）或管沟时，可采用横撑式钢木支撑。

贴附于土壁上的挡土板，可水平铺设或垂直铺设，可断续铺设或连续铺设（图1.24）。

断续式水平档土板支撑，在湿度小的粘性土及挖土深度小于3m时采用。

连续式水平挡土板支撑用于挖土深度不大于5m较潮湿或松散的土。

连续垂直挡土板支撑则常用于湿度很高和松散的土，挖土深度不限。

（2）锚锭式支撑（见图1.25）

（3）板桩支护（见图1.26）

板桩支撑根据有无设置锚碇结构，分为无锚碇板桩和有锚碇板桩。

4.基坑（槽）质量检验

当基坑（槽）开挖完毕后，应由施工单位、设计单位、监理单位、建设单位、质检监督部门等有关人员共同到现场对基坑（槽）进行质量检验。

主要内容有：

（1）核对基坑（槽）开挖平面位置、尺寸、坑底标高是否与设计相符，并由施工单位填写检验记录。

（2）检验持力层土质与勘察报告、设计图纸要求是否相符合，有无异常现象。

其常用的检验方法如下：

1）表面检查验槽。

根据槽壁土层分布，判断基底是否已挖至设计所要求的土层，是否需下挖或进行处理，观察槽底土的颜色是否均匀一致，是否有软硬不同，是否有杂质、瓦砾、是否有枯井、古墓等。

2）钎探检查验槽。