超高层建筑深基坑土方开挖及支护施工技术.pptx

超高层建筑深基坑工程施工超高层建筑深基坑工程施工一、深基坑工程发展现状一、深基坑工程发展现状 近年来随着我国城镇建设中高层及超高层建筑的近年来随着我国城镇建设中高层及超高层建筑的大量涌现，以及大型市政设施建设工程的高速发展及大量涌现，以及大型市政设施建设工程的高速发展及大量地下空间的开发，必然会有大量的深基坑工程产大量地下空间的开发，必然会有大量的深基坑工程产生。然而无论是高层建筑还是其他设施的深基坑工程，生。然而无论是高层建筑还是其他设施的深基坑工程，由于都是在城市中进行开挖，基坑周围通常存在交通由于都是在城市中进行开挖，基坑周围通常存在交通要道、已建建筑或管线等各种构筑物，加上密集的建要道、已建建筑或管线等各种构筑物，加上密集的建筑物、基坑周围复杂的地下设施使得放坡开挖基坑这筑物、基坑周围复杂的地下设施使得放坡开挖基坑这一传统技术不再能满足现代城镇建设的需要，因此，一传统技术不再能满足现代城镇建设的需要，因此，深基坑支护的选型都是工程施工的技术难点，深基坑深基坑支护的选型都是工程施工的技术难点，深基坑开挖与支护引起了各方面的广泛重视。开挖与支护引起了各方面的广泛重视。超高层建筑深基坑工程施工超高层建筑深基坑工程施工二、深基坑支护类型二、深基坑支护类型1、深基坑支护的特点、深基坑支护的特点123复杂性复杂性可变性可变性临时性临时性 无论采用何种支护结构，对支护结构的无论采用何种支护结构，对支护结构的强度、嵌入深度、支护受力及构造都必须进强度、嵌入深度、支护受力及构造都必须进行设计和详细计算，一定要做到结构可靠、行设计和详细计算，一定要做到结构可靠、经济合理、确保安全。经济合理、确保安全。超高层建筑深基坑工程施工超高层建筑深基坑工程施工2、深基坑支护结构类型、深基坑支护结构类型 1 1 深层搅拌水泥挡土墙深层搅拌水泥挡土墙2 2钢板桩钢板桩3 3型钢横挡板型钢横挡板4 4钻孔灌注桩挡墙钻孔灌注桩挡墙5 5地下连续墙地下连续墙6 6土钉墙土钉墙7 7加筋水泥土墙（）加筋水泥土墙（）支护结构的种类很多，支护结构的种类很多，合理地选择支护结构的合理地选择支护结构的类型应根据场地地质条类型应根据场地地质条件、周围环境要求、工件、周围环境要求、工程功能、当地的常用施程功能、当地的常用施工工艺设备以及经济技工工艺设备以及经济技术条件综合考虑而因地术条件综合考虑而因地制宜地选择围护结构类制宜地选择围护结构类型型。常用的深基坑支护结常用的深基坑支护结构类型有：构类型有：超高层建筑深基坑工程施工超高层建筑深基坑工程施工3、深基坑支撑系统、深基坑支撑系统 支撑系统按其材料可分为钢支撑、支撑系统按其材料可分为钢支撑、钢筋混凝土支撑，并根据工程情况，有钢筋混凝土支撑，并根据工程情况，有时在同一个基坑中采用钢和钢筋混凝土时在同一个基坑中采用钢和钢筋混凝土的组合支撑。的组合支撑。超高层建筑深基坑工程施工超高层建筑深基坑工程施工钢支撑、钢筋砼支撑的优缺点：钢支撑、钢筋砼支撑的优缺点：钢支撑优点：优点：自重小自重小安装和拆除方便安装和拆除方便可重复利用可重复利用缺点：缺点：自重大、拆除困难自重大、拆除困难材料不能重复使用。材料不能重复使用。支撑浇筑、养护时间长支撑浇筑、养护时间长钢筋砼支撑优点：优点：具有较大刚度具有较大刚度适用于各种复杂平面形适用于各种复杂平面形状的基坑状的基坑超高层建筑深基坑工程施工超高层建筑深基坑工程施工4、支撑体系的布置形式、支撑体系的布置形式 平面交叉法支撑（单层或多层）、平面交叉法支撑（单层或多层）、井字式支撑、角（斜）撑式支撑、井字式支撑、角（斜）撑式支撑、周边桁架、圆形环梁、周边桁架、圆形环梁、水平压杆支撑、圆拱形支撑、水平压杆支撑、圆拱形支撑、竖向斜撑、中心岛式开挖及支持竖向斜撑、中心岛式开挖及支持逆作法、锚杆、逆作法、锚杆、组合式支撑等。组合式支撑等。支支撑撑体体系系的的布布置置形形式式超高层建筑深基坑工程施工超高层建筑深基坑工程施工 对对深深基基坑坑支支护护型型式式进进行行合合理理选选择择时时，一一般般当当地地质质条条件件较较好好，周周边边环环境境要要求求较较宽宽松松时时，可可采采用用土土钉钉墙墙等等；当当周周边边环环境境要要求求高高时时，应应采采用用较较刚刚性性的的支支护护型型式式，以以控控制制水水平平位位移移，如如排排桩桩或或地地下下连连续续墙等。墙等。对对于于支支撑撑的的型型式式，当当周周边边环环境境要要求求较较高高地地质质条条件件较较差差时时，采采用用锚锚杆杆容容易易造造成成周周边边土土体体的的扰扰动动并并影影响响周周边边环环境境的的安安全全，应应采采用用内内支支撑撑型型式式较较好好；当当地地质质条条件件特特别别差差，基基坑坑深深度度较较深深，周周边边环环境境要要求求较较高高时时，可可采采用用地地下下连连续续墙墙加加逆逆作作法法这这种种最最强强的支护型式。的支护型式。超高层建筑深基坑工程施工超高层建筑深基坑工程施工三、工程实例三、工程实例1、工程概况、工程概况 建筑规模：建筑规模：上海某超高层建筑，地上上海某超高层建筑，地上22层，层，大于大于100m，地下，地下2层，深度层，深度10.2m。框剪结构，。框剪结构，地基采用地基采用850钻孔灌注桩钻孔灌注桩，基础埋深基础埋深11m。周边环境：周边环境：场地西面及北面为在建工地和施场地西面及北面为在建工地和施工道路，地下室外边贴近该侧道路红线；东面工道路，地下室外边贴近该侧道路红线；东面地下室外墙边至该侧城市快道红线最近距离为地下室外墙边至该侧城市快道红线最近距离为5m；南面地下室外墙边至该侧城市快道红线；南面地下室外墙边至该侧城市快道红线最近距离为最近距离为4.9m，局部约，局部约7m。超高层建筑深基坑工程施工超高层建筑深基坑工程施工 地质条件：地质条件：拟建场地属滨海平原地貌类拟建场地属滨海平原地貌类型，地势较为平坦。拟建场地在深度型，地势较为平坦。拟建场地在深度20.0m范围内有饱和的砂质粉土夹粉质粘土砂质粉范围内有饱和的砂质粉土夹粉质粘土砂质粉土分布，在水头差的作用下，易产生流砂或土分布，在水头差的作用下，易产生流砂或管涌现象，工程基坑底部位于软粘土中，深管涌现象，工程基坑底部位于软粘土中，深基坑开挖后土体会有一定的回弹，对基坑支基坑开挖后土体会有一定的回弹，对基坑支护结构、周围邻近已有建筑物、地下管线、护结构、周围邻近已有建筑物、地下管线、桩基等产生不利影响桩基等产生不利影响。管线情况：管线情况：东侧地铁隧道离场地红线最东侧地铁隧道离场地红线最近近48米；场地西北侧场地红线离地铁隧道最米；场地西北侧场地红线离地铁隧道最近近46米。米。超高层建筑深基坑工程施工超高层建筑深基坑工程施工 围护设计：围护设计：围护结构采用后排三轴止水、前围护结构采用后排三轴止水、前排钻孔灌注桩套打在二轴搅拌桩上，支撑形式为二道排钻孔灌注桩套打在二轴搅拌桩上，支撑形式为二道钢砼支撑形式。三轴搅拌桩直径钢砼支撑形式。三轴搅拌桩直径850mm，桩长分别，桩长分别为为18.7m和和20.3m，靠近地铁处增加桩长，靠近地铁处增加桩长6m一排止一排止水。套打二轴搅拌桩直径水。套打二轴搅拌桩直径700mm，桩长，桩长17.2m。在。在二轴搅拌桩部位施工灌注桩挡土，设计桩直径为二轴搅拌桩部位施工灌注桩挡土，设计桩直径为8501000mm桩长桩长20.6524.65m，砼强度等级，砼强度等级C30。坑内加固为设计直径坑内加固为设计直径700mm的双轴搅拌桩，呈格栅的双轴搅拌桩，呈格栅状分布。坑内加固局部深坑位置采用压密注浆封底，状分布。坑内加固局部深坑位置采用压密注浆封底，注浆孔间距注浆孔间距1m。超高层建筑深基坑工程施工超高层建筑深基坑工程施工2、基坑支护形式：、基坑支护形式：基坑采用钻孔灌注桩基坑采用钻孔灌注桩+两道内支撑进行支护，下设两道内支撑进行支护，下设临时格构柱桩支顶，止水帷幕采用三轴水泥搅拌桩。临时格构柱桩支顶，止水帷幕采用三轴水泥搅拌桩。超高层建筑深基坑工程施工超高层建筑深基坑工程施工3、施工部署、施工部署第一阶段：第一阶段：基坑的围护、桩基工程、土体加固、基坑的围护、桩基工程、土体加固、塔吊安装；塔吊安装；第二阶段：第二阶段：井点降水；井点降水；第三阶段：第三阶段：首层土方开挖、栈桥施工、凿围护桩桩头、首层土方开挖、栈桥施工、凿围护桩桩头、第一道砼支撑；第一道砼支撑；第四阶段：第四阶段：第二皮土方开挖施工以及第二道砼支撑、第二皮土方开挖施工以及第二道砼支撑、围檩的施工；围檩的施工；第五阶段：第五阶段：第三皮土方开挖施工和大底板的施工；第三皮土方开挖施工和大底板的施工；第六阶段：第六阶段：支撑的拆除以及地下室结构的施工、地下支撑的拆除以及地下室结构的施工、地下室防水施工和基坑回填土。室防水施工和基坑回填土。超高层建筑深基坑工程施工超高层建筑深基坑工程施工3.1桩基围护桩基围护考虑到条件差因素，必须确立保证外排止水帷幕先行考虑到条件差因素，必须确立保证外排止水帷幕先行封闭的原则，再进行围护墙的施工。封闭的原则，再进行围护墙的施工。超高层建筑深基坑工程施工超高层建筑深基坑工程施工施工顺序施工顺序a、首先施工三轴搅拌桩，养护大于、首先施工三轴搅拌桩，养护大于5天后，施工二轴搅拌桩；天后，施工二轴搅拌桩；b、二轴搅拌桩施工完成且养护大于、二轴搅拌桩施工完成且养护大于5天后，施工钻孔灌注桩；天后，施工钻孔灌注桩；c、钻孔灌注桩养护大于、钻孔灌注桩养护大于5天后，才能施工坑内加固搅拌桩。天后，才能施工坑内加固搅拌桩。超高层建筑深基坑工程施工超高层建筑深基坑工程施工施工的总体流程：施工的总体流程：超高层建筑深基坑工程施工超高层建筑深基坑工程施工三轴搅拌桩平面施工流程三轴搅拌桩平面施工流程三轴搅拌桩基沿基坑轴线四三轴搅拌桩基沿基坑轴线四周施工三轴水泥土搅拌桩作周施工三轴水泥土搅拌桩作为止水帷幕，采取一喷一搅为止水帷幕，采取一喷一搅的施工工艺，必须确保桩身的施工工艺，必须确保桩身强度和搅拌均匀。强度和搅拌均匀。具体步骤：具体步骤：1 1、测量放线，开沟导沟；、测量放线，开沟导沟；2 2、定位、钻孔、移机；、定位、钻孔、移机；3 3、搅拌注浆；、搅拌注浆；4 4、清理沟槽内泥浆。、清理沟槽内泥浆。超高层建筑深基坑工程施工超高层建筑深基坑工程施工 二轴搅拌桩采用二轴搅拌桩采用二喷三搅施工工艺，即二喷三搅施工工艺，即采用采用SJB2型搅拌桩型搅拌桩机就地钻进切削土体，机就地钻进切削土体，同时在提升时从其前端同时在提升时从其前端将水泥浆注入土体，经将水泥浆注入土体，经反复搅拌和充分混合后，反复搅拌和充分混合后，连续复打并达到复合水连续复打并达到复合水泥土强度。泥土强度。二轴搅拌桩平面施工流程二轴搅拌桩平面施工流程超高层建筑深基坑工程施工超高层建筑深基坑工程施工 4 4台套施工围台套施工围护墙灌注桩，护墙灌注桩，8 8台台套施工立柱桩（穿套施工立柱桩（穿插施工工程桩）。插施工工程桩）。钻孔灌注桩平面施工流程钻孔灌注桩平面施工流程超高层建筑深基坑工程施工超高层建筑深基坑工程施工3.2基坑降水、排水基坑降水、排水1、降水的作用：、降水的作用：A、根据分层开挖施工进度，分层降低基坑内地下、根据分层开挖施工进度，分层降低基坑内地下水位到基坑开挖面以下水位到基坑开挖面以下0.51m，为基坑开挖提供良，为基坑开挖提供良好的干施工环境，以保证施工机械和工作人员的顺好的干施工环境，以保证施工机械和工作人员的顺利作业。利作业。B、通过及时疏干基坑内地下水，提高土体的固结、通过及时疏干基坑内地下水，提高土体的固结强度，减缓基坑的变形，满足施工要求。强度，减缓基坑的变形，满足施工要求。C、防止开挖过程中产生管涌、流砂等不良现象发、防止开挖过程中产生管涌、流砂等不良现象发生，保证施工顺利进行。生，保证施工顺利进行。2、降水措施：深井结合轻型井点的降水。3、降水目标：拟将地下水位降低到基坑底2.0m3.0m。为保证结构不上浮，降水持续时间为结构施工至11层后。3、降水井数量确定：止水帷幕到达土体不透水层，理论上基坑将形成一个不透水的封闭坑。计算土体含水量：Wi=（含水层给水度）A（基坑面积）(hi+0.5)(施工位置以下0.5m深度）通过计算土体含水量Wi、经验确定每个降水井实际降水效率q、结合第一、二道支撑以及基础施工进度计划ti，确定降水井数量n，n=Wi/q ti，n取最大值。4、排水系统：以5口井为一组，用传递的方式抽水，一井水抽至二井，二井至三井，依次类推，把5口井的水都调到离基坑边较近的井，然后用泵将水抽出基坑。沿基坑两长边设置坡度1%排水沟，基坑抽水经处理后进入城市排水系统。超高层建筑深基坑工程施工超高层建筑深基坑工程施工1 1、2 2区土方开挖区土方开挖1 1、2 2区第一道支撑及栈桥施工区第一道支撑及栈桥施工3.33.3 土方开挖土方开挖 基坑开挖严格按照“时空效应”的理论，盆式挖土，分层、分级留土护壁、对称限时开挖支撑的原则。第二层土方遵循盆式开挖，土方分2级开挖，每次开挖放坡面1：2，先形成中心支撑块。超高层建筑深基坑工程施工超高层建筑深基坑工程施工3 3区第一道支撑及栈桥施工区第一道支撑及栈桥施工4 4区第一道支撑及栈桥施工区第一道支撑及栈桥施工超高层建筑深基坑工程施工超高层建筑深基坑工程施工土方开挖分层与支撑关系的剖面图土方开挖分层与支撑关系的剖面图土方施工顺序：第一层土方开挖土方施工顺序：第一层土方开挖第一道支撑施工第一道支撑施工第二层土方开挖第二层土方开挖第二道支撑施工第二道支撑施工第三层土方开第三层土方开挖挖超高层建筑深基坑工程施工超高层建筑深基坑工程施工第二层土方分区示意图第二层土方分区示意图第三层土方分区示意图第三层土方分区示意图第二层土方分区分级开挖，分为两第二层土方分区分级开挖，分为两级、三个区，分两级对称开挖，放级、三个区，分两级对称开挖，放坡比例为坡比例为1:21:2。第三层土方开挖按照底板后浇带划分第三层土方开挖按照底板后浇带划分为三个大区，开挖顺序为为三个大区，开挖顺序为1区区2区区3区，开挖标高为区，开挖标高为-7.50m-10.80m，挖深挖深3.3m。超高层建筑深基坑工程施工超高层建筑深基坑工程施工3.43.4 支撑施工支撑施工 基坑竖向布置基坑竖向布置2道混凝土支撑，支撑中心标高分别为道混凝土支撑，支撑中心标高分别为-2.1m、-7.3m。支撑形式以围檩和对撑相结合的平面形式，。支撑形式以围檩和对撑相结合的平面形式，第一道支撑的对撑上布置施工栈桥，作为施工中挖土、运土第一道支撑的对撑上布置施工栈桥，作为施工中挖土、运土用的栈桥。用的栈桥。超高层建筑深基坑工程施工超高层建筑深基坑工程施工 基坑支撑系统临时立柱采用4L14014型钢格构柱，格构柱插入立柱桩的900钻孔灌注桩中；支撑竖向支承钢格构立柱在穿越底板的范围内需设置三道止水片。止水钢板止水钢板格构柱格构柱超高层建筑深基坑工程施工超高层建筑深基坑工程施工混凝土支撑施工工艺流程图混凝土支撑施工工艺流程图超高层建筑深基坑工程施工超高层建筑深基坑工程施工（1 1）测量放样）测量放样计算出每道钢筋混凝土支撑中线与圈梁交点的坐标基坑内土体开挖结束后，将中心线引入坑内浇筑前进行支撑顶面标高放样支撑模板拆除后，检查中心线、平整度、垂直度（2 2）土方开挖）土方开挖将围护桩桩顶凿到压顶圈梁梁底标高土方开挖至标高后立即铺黄砂、铺模板（3 3）钢筋绑扎）钢筋绑扎支撑梁主筋与钢立板缀板相碰时，钢立柱缀板局部割除后，须对钢立柱进行补强，加焊缀板支撑纵横交错，须控制好钢筋之间的关系超高层建筑深基坑工程施工超高层建筑深基坑工程施工（4 4）模板工程）模板工程水平支撑侧模的各节点和直线段采用事先预制，现场拼接，以加快水平支撑的施工速度。有栈桥位置的支撑模板图有栈桥位置的支撑模板图无栈桥位置的支撑模板图无栈桥位置的支撑模板图超高层建筑深基坑工程施工超高层建筑深基坑工程施工（5 5）混凝土浇捣）混凝土浇捣 为了减少混凝土表面的收缩裂缝，要求混凝土表面的铁板压光次数不少于两遍，即混凝土收水前一遍，混凝土收水后第二遍抹光。注意混凝土支撑的应力控制：注意混凝土支撑的应力控制：工程基坑围护采用了两道钢筋混凝土支撑形式，纵向混凝土支撑长度长达150米以上，温度应力造成的支撑变形影响明显。日夜温差较大的日子，支撑轴力单日变化量较大，造成支撑应力重新分配。支撑浇捣初凝时间夏季尽量控制在凌晨，冬季控制在中午。立柱与支撑节点要采取必要加强措施，避免格构柱被破坏。为了减少基坑暴露时间，解决超长支撑收缩，优先架设重要支撑，按照设计要求，支撑浇注分块进行，垫层便跟进浇捣，并掺入早强剂。超高层建筑深基坑工程施工超高层建筑深基坑工程施工（6 6）栈桥斜撑与剪刀撑）栈桥斜撑与剪刀撑 挖土施工期间，栈桥区域的钢立柱之间设置剪刀撑，剪刀撑采用采用Q235B建筑结构钢28b，E43系列焊条，槽钢与格构柱角钢焊接，中部设60060016结点板。超高层建筑深基坑工程施工超高层建筑深基坑工程施工3.53.5 支撑拆除支撑拆除 本方案采用爆破的方法对此支撑进行拆除。支撑拆除按照从第二道至第一 道的顺序进行爆破拆除。针对地铁10号线隧道，为了确保安全，采取一系列控制基坑变形及爆破振动的措施，如：确保拆除支撑前地下室结构强度要求；每道 支撑分2 次爆破拆除；严格执行换撑工作；加强基坑变形监测工作；爆破采用单段小药量、微差延时起爆技术；采用切割技术；基坑爆破时对振动进行监测，根据监测结果及时对爆破参数进行调整。栈桥面板由于较薄，不适合爆破拆除，故爆破前采用机械拆除。飞石防护主要采用搭建全封闭防护棚的方法进行，并针对 一些特殊位置的建筑及设备加以保护性防护。超高层建筑深基坑工程施工超高层建筑深基坑工程施工3.53.5 支撑拆除支撑拆除（1 1）预埋管施工）预埋管施工 利用浇筑钢筋混凝土支撑梁所用的商品混凝土具有很强的流动性这一特点，在混凝土浇筑后，我方及时派技术人员按设计要求的孔距、排距、深度等技术参数，将纸管插入刚浇捣完毕的湿混凝土并固定。超高层建筑深基坑工程施工超高层建筑深基坑工程施工（2 2）爆破前防护棚施工）爆破前防护棚施工 当大底板进入养护期后，按设计要求搭设全封闭式的防护棚。防护棚外观图防护棚外观图防护棚内部图防护棚内部图超高层建筑深基坑工程施工超高层建筑深基坑工程施工防护棚只要是用钢管和竹笆、安全网等材料建成。防护棚均依托第一道支撑为平台，上铺钢管和双层竹笆，钢管用扣件扣牢，竹笆用铁丝连成一体与钢管扎紧，外罩安全网，最后再用压管 压实。超高层建筑深基坑工程施工超高层建筑深基坑工程施工（3 3）爆破施工）爆破施工 爆破作业流程：爆破作业流程：1、火工品进场2、爆破分工3、总体装药4、网络连接5、爆破器材保护6、爆破警戒7、施爆组织8、爆后排烟及检查爆破后的效果图爆破后的效果图超高层建筑深基坑工程施工超高层建筑深基坑工程施工（4 4）爆破后施工）爆破后施工每次爆后由于爆破介质的不均匀，有少量解体不完每次爆后由于爆破介质的不均匀，有少量解体不完全的混凝土需进行人工打凿解体，当爆破检查结束，全的混凝土需进行人工打凿解体，当爆破检查结束，解除警戒后即可进行。解除警戒后即可进行。（5 5）废钢材及渣土的清理和外运）废钢材及渣土的清理和外运将爆破区分为若干个工作点，把钢筋归堆放在塔吊将爆破区分为若干个工作点，把钢筋归堆放在塔吊的有效提升范围内，吊离出坑内。的有效提升范围内，吊离出坑内。渣土的归堆工作采用小型挖机和小型翻斗车进行，渣土的归堆工作采用小型挖机和小型翻斗车进行，长臂挖机或吊机停在基坑边上或栈桥面板上，将渣长臂挖机或吊机停在基坑边上或栈桥面板上，将渣土挖出基坑。土挖出基坑。超高层建筑深基坑工程施工超高层建筑深基坑工程施工爆破的安全技术措施爆破的安全技术措施 1、地铁的保护、地铁的保护1、确保拆除支撑前地下室结构强度要求2、分区域分次爆破拆除3、严格执行换撑工作4、加强基坑变形检测工作5、爆破采用单段小药量、微差延时起爆技术6、将靠近地铁一侧的支持与围檩连接处切断7、基坑爆破时对振动进行监测2、飞石的控制、飞石的控制选择合理的爆破药量搭建全封闭防护棚3、冲击波控制、冲击波控制最大程度提高爆破时爆炸能量的利用率选择微差起爆技术保证良好的堵塞超高层建筑深基坑工程施工超高层建筑深基坑工程施工爆破的安全技术措施爆破的安全技术措施 4、噪声的控制、噪声的控制精确计算装药量避免冲炮加强覆盖、严密防护5、炮烟扬尘控制、炮烟扬尘控制加强炸药的防水防潮，避免不完全爆炸防护棚上铺绿网爆破后及时洒水降烟降尘