基坑工程安全技术
培
训
讲
义
江苏省建筑安全与设备管理协会编
1
目录
1 基坑工程安全管理基本知识 ....................................................................................................... 1
1.1 基坑工程基本知识 ......................................................................................................... 1
1.1.1 基坑工程基本概念 ............................................................................................... 1
1.1.2 基坑工程的主要功能 ........................................................................................... 4
1.1.3 基坑工程的特点 ................................................................................................... 4
1.1.4 基坑工程的发展趋势 ........................................................................................... 8
1.2 基坑工程资质要求 ......................................................................................................... 9
1.2.1 基坑工程设计资质 ............................................................................................... 9
1.2.2 基坑工程施工资质 ............................................................................................. 10
1.2.3 基坑工程监测资质 ............................................................................................. 11
1.3 基坑工程支护结构型式 ............................................................................................... 11
1.4 基坑工程安全使用与维护 ........................................................................................... 13
1.4.1 一般规定 ........................................................................................................... 13
1.4.2 临边防护 ........................................................................................................... 14
1.4.3 栈桥使用 ........................................................................................................... 14
1.4.4 临边防护 ........................................................................................................... 15
1.4.5 坑边堆载 ........................................................................................................... 15
1.4.6 设计使用年限 ................................................................................................... 15
1.5 基坑工程安全专项方案 ............................................................................................... 16
1.5.1 一般规定 ........................................................................................................... 16
1.5.2 施工安全专项方案编制内容 ........................................................................... 17
1.5.3 危险源识别 ....................................................................................................... 17
1.5.4 应急预案与应急响应 ....................................................................................... 19
1.5.5 安全技术交底 ................................................................................................... 21
2 土钉墙施工安全技术 ................................................................................................................. 22
2.1 绪论 ............................................................................................................................... 22
2.1.1 土钉 ................................................................................................................... 22
2.1.2 土钉墙 ............................................................................................................... 22
2.1.3 复合土钉墙 ....................................................................................................... 23
2.1.4 土钉墙适用用范围 ........................................................................................... 23
2.2 土钉构造与施工 ........................................................................................................... 24
2.2.1 钢筋土钉构造与施工 ....................................................................................... 24
2.2.2 钢管土钉构造与施工 ....................................................................................... 26
2.3 面层构造与施工 ........................................................................................................... 27
2.4 土钉墙施工工序与安全技术要求 ............................................................................... 29
2.4.1 土钉墙施工工序 ............................................................................................... 29
2.4.2 土钉墙施工安全技术要求 ............................................................................... 30
2.5 复合土钉墙施工 ........................................................................................................... 31
2.6 施工质量检测 ............................................................................................................... 35
3 重力式水泥土墙与 SMW 工法桩施工技术 ................................................................................. 36
3.1 绪论 ............................................................................................................................... 36
2
3.1.1 重力式水泥土墙 ............................................................................................... 36
3.1.2 重力式水泥土墙平面布置方式 ....................................................................... 37
3.1.3 重力式水泥土墙平面立面布置方式 ............................................................... 38
3.1.4 重力式水泥土墙压顶板的构造 ....................................................................... 38
3.1.5 重力式水泥土墙适用条件 ............................................................................... 38
3.2 搅拌桩施工 ................................................................................................................... 39
3.2.1 搅拌桩施工机械 ............................................................................................... 39
3.2.2 施工工艺 ........................................................................................................... 41
3.2.3 搅拌桩施工安全措施 ....................................................................................... 45
3.3 水泥土墙质量检测 ....................................................................................................... 45
3.4 水泥土重力式挡土墙开挖基本要求 ........................................................................... 45
3.5 SMW 工法桩施工技术 .................................................................................................... 46
3.5.1 SMW 工法桩简介 ................................................................................................ 46
3.5.2 SMW 工法桩的施工 ............................................................................................ 47
3.5.3 型钢的拔除施工 ............................................................................................... 50
4 支挡式挡土结构施工技术 ......................................................................................................... 51
4.1 绪论 ............................................................................................................................... 51
4.1.1 支挡式结构组成 ............................................................................................... 51
4.1.2 支挡式结构分类 ............................................................................................... 51
4.1.3 挡土构件分类 ................................................................................................... 52
4.2 灌注桩施工 ................................................................................................................... 53
4.2.1 灌注桩成孔 ....................................................................................................... 53
4.2.2 清孔 ................................................................................................................... 55
4.2.3 钢筋笼制作 ....................................................................................................... 55
4.2.4 钢筋笼吊装 ....................................................................................................... 56
4.2.5 导管安放与就位 ............................................................................................... 56
4.2.6 混凝土浇筑与导管提升 ................................................................................... 56
4.2.7 冠梁施工 ........................................................................................................... 57
4.3 地下连续墙施工 ........................................................................................................... 59
4.3.1 地下连续墙特点与适用条件 ........................................................................... 59
4.3.2 地下连续墙结构形式 ....................................................................................... 60
4.3.3 地下连续墙施工工艺 ....................................................................................... 61
4.4 钢板桩施工技术 ........................................................................................................... 67
4.4.1 钢板桩的概念 ................................................................................................... 67
4.4.2 常见的截面形式 ............................................................................................... 67
4.4.3 钢板桩施工 ....................................................................................................... 68
4.5 质量检测 ..................................................................................................................... 69
4.5.1 灌注桩完整性检测 ........................................................................................... 69
4.5.2 地下连续墙质量检测 ....................................................................................... 70
5 支撑结构与锚杆施工技术 ....................................................................................................... 70
5.1 绪论 .................................................................................................................................. 70
5.1.1 支挡式结构分类 ............................................................................................... 71
5.1.2 内支撑 ............................................................................................................... 71
5.1.3 锚杆(索) ....................................................................................................... 75
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5.2 钢筋混凝土内支撑施工 ............................................................................................... 76
5.2.1 钢筋混凝土内支撑施工 ................................................................................... 76
5.2.2 施工测量 ........................................................................................................... 76
5.2.3 钢筋工程 ........................................................................................................... 77
5.2.4 模板工程 ........................................................................................................... 79
5.2.5 混凝土工程 ....................................................................................................... 81
5.2.6 支撑拆除 ........................................................................................................... 81
5.3 钢支撑施工 ................................................................................................................... 83
5.3.1 常见的钢支撑体系布置方式 ........................................................................... 83
5.3.2 测量放线 ........................................................................................................... 84
5.3.3 钢支撑吊装 ....................................................................................................... 85
5.3.4 预加轴力 ........................................................................................................... 86
5.3.5 钢支撑质量控制 ............................................................................................... 88
5.3.6 钢支撑拆除 ....................................................................................................... 88
5.4 钢格构柱施工 ............................................................................................................... 89
5.4.1 钢格构柱制作 ................................................................................................... 89
5.4.2 钢格构柱的吊装就位 ....................................................................................... 90
5.4.3 混凝土浇筑 ....................................................................................................... 90
5.4.4 立柱与栈桥的节点做法 ................................................................................... 91
5. 5 锚杆施工 ..................................................................................................................... 92
5.5.1 锚杆钻孔与清孔 ............................................................................................... 92
5.5.2 锚杆制作 ........................................................................................................... 92
5.5.3 锚杆安装 ........................................................................................................... 93
5.5.4 锚杆注浆 ........................................................................................................... 93
5.5.5 张拉与锚固 ....................................................................................................... 93
6 基坑事故案例 ........................................................................................................................... 94
6.1 万亨大厦基坑事故案例 .................................................................................................. 95
6.2 海珠城广场 ...................................................................................................................... 96
6.3 杭州地铁基坑事故 ........................................................................................................ 100
6.5 上海轨道交通 4 号线越江隧道基坑事故 .................................................................... 102
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1 基坑工程安全管理基本知识
1.1 基坑工程基本知识
1.1.1 基坑工程基本概念
随着经济的发展,城市化步伐的加快,为满足日益增长的市民出
行、轨道交通换乘、商业、停车等功能的需要,在用地愈发紧张的密
集城市中心,结合城市建设和改造开发大型地下空间已成为一种必
然,诸如高层建筑多层地下室、地下铁道及地下车站、地下道路、地
下停车库、地下街道、地下商场、地下医院、地下变电站、地下仓库、
地下民防工事以及多种地下民用和工业设施等,在这些地下空间的开
发建设和地下基础设施的施工过程中,基坑应运而生。按照《建筑基
坑支护技术规程》( JGJ120-2012 )的定义基坑是为进行建(构)筑物
地下部分施工由地面向下开挖出的空间。
《危险性较大的分部分项工程安全管理办法》(建质【 2009 】 87
号)和《建筑深基坑工程施工安全技术规范》( JGJ311-2013 )规定,
达到下列条件之一的基坑,可称为深基坑:( 1 )深度 5 米及以上;( 2 )
周边环境复杂;( 3 )地质条件复杂;
基坑工程指的是为保证基坑施工、主体地下结构的安全和周围环
境不受损害而采取的支护、地下水与地表水控制、土方开挖与回填等
措施,包括勘察、设计、施工、监测、检测等相关的工作内容。基坑
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与基坑工程的区别在于,基坑是一个地面以下的操作空间,而基坑工
程是为了这个空间的安全和空间周边环境的安全所采取的一系列措
施。
周边环境是指与基坑开挖相互影响的周边建(构)筑物、道路、
地下管线、岩土体与地下水体的统称,一般为 2 倍左右的基坑开挖深
度,当然这里指的是非敞开降水的情况下,如果敞开降水的话,可能
影响范围可能会远大于 2 倍开挖深度了。目前部分基坑工程实践发
现,即使是非敞开降水的情况,有些极为软弱的淤泥土基坑影响范围
也可能达到 3 ~ 4 倍,甚至更高。前面所讲的基坑周边环境复杂一般
就是指基坑影响范围内存在需要的保护的周边环境对象。
根据基坑设计施工条件,基坑工程可分区分一定的安全等级。
基坑工程设计安全等级指的是基坑支护设计时 , 应综合考虑基
坑周边环境和地质条件的复杂程度、基坑深度等因素,采用的支护结
构安全等级,行业规范《建筑基坑支护技术规程》( JGJ120-2012 )规
定可按照表 1 来确定,对同一基坑的不同部位,可采用不同的安全等
级。
表 1-1: 支护结构的安全等级
安全等级
破坏后果
一级
支护结构失效、土体过大变形对基坑周边环境或主体结构施工安全的影响
很严重
二级
支护结构失效、土体过大变形对基坑周边环境或主体结构施工安全的影响
严重
三级
支护结构失效、土体过大变形对基坑周边环境或主体结构施工安全的影响
不严重
建筑深基坑施工安全等级指的是根据工程地基基础设计等级,结
合基坑本体安全、工程桩基与地基施工安全、基坑侧壁土层与荷载条
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件、环境安全等因素综合确的基坑工程安全标准,是基坑施工安全技
术与管理的基本依据。基坑工程施工安全等级分两级,符合下列条件
之一的基坑工程为一级,其余为二级:
1 、复杂地质条件及软土地区的二层及二层以上地下室的基坑工
程;
2 、开挖深度大于 15m 的基坑工程;
3 、基坑支护结构与主体结构相结合的基坑工程;
4 、设计使用年限超过 2 年的基坑工程;
5 、侧壁为填土或软土,场地因开挖施工可能引起工程桩基发生
倾斜、地基隆起等改变桩基、地铁隧道运营性能的工程;
6 、基坑侧壁受水浸湿可能性大或基坑工程降水深度大于 6m 或降
水对周边环境有较大影响的工程;
7 、地基施工对基坑侧壁土体状态及地基产生挤土效应较严重的
工程;
8 、在基坑影响范围内存在较大交通荷载,或大于 34KPa 短期作
用荷载的基坑工程;
9 、基坑周边环境条件复杂,对支护结构变形控制要求严格的工
程;
10 、采用型钢水泥土墙支护方式,需要拔除型钢对基坑安全检查
可能产生较大影响的基坑工程;
11 、采用逆作法上下同步施工的基坑工程;
12 、需要进行爆破施工的基坑工程。
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1.1.2 基坑工程的主要功能
基坑支护工程的主要功能之一是为地下工程施工提供安全的施
工空间。在地下工程施工期间,应确保基坑的本体安全和周边环境的
安全。
基坑支护工程的主要功能之二是为地下工程施工提供干燥的施
工空间。采取降水、排水、截水等各种措施,保证地下工程施工的作
业面在地下水位面以上,方便地下工程的施工作业。当然,也有少量
的基坑工程为了基坑稳定的需要,土方开挖采用水下开挖,通过水下
浇注混凝土底板封底,然后排水,创造干燥的工程作业条件。
基坑支护工程的主要功能之三是为地下工程施工提供合适的施
工空间。围护结构能起到挡土的作用,为地下工程的施工提供足够的
作业场地,一般要能够外墙模板搭设,防水施工等空间,一般要至少
满足外墙外边线向外 1.0 米左右,具体要考虑到实际的施工空间需求。
1.1.3 基坑工程的特点
基坑工程的特点之一是安全储备小、风险大。一般情况下,基坑
工程作为临时性措施,基坑围护体系在设计计算时有些荷载,如地震
荷载不加考虑,相对于永久性结构而言,在强度、变形、防渗、耐久
性等方面的要求较低一些,安全储备要求可小一些,加上建设方对基
坑工程认识上的偏差,为降低工程费用,对设计提出一些不合理的要
求,实际的安全储备可能会更小一些。因此,基坑工程具有较大的风
险性,必须要有合理的应对措施。
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基坑工程的特点之二是制约因素多。基坑工程与自然条件的关系
较为密切,设计施工中必须全面考虑气象、工程地质及水文地质条件
及其在施工中的变化,充分了解工程所处的工程地质及水文地质、周
围环境与基坑开挖的关系及相互影响。基坑工程作为一种岩土工程,
受到工程地质和水文地质条件的影响很大,区域性强。我国幅员辽阔,
地质条件变化很大,有软土、砂性土、砾石土、黄土、膨胀土、红土、
风化土、岩石等,不同地层中的基坑工程所采用的围护结构体系差异
很大,即使是在同一个城市,不同的区域也有差异,因此,围护结构
体系的设计、基坑的施工均要根具体的地质条件因地制宜,不同地区
的经验可以参考借鉴,但不可照搬照抄。
另外,基坑工程围护结构体系除受地质条件制约以外,还要受到
相邻的建筑物、地下构筑物和地下管线等的影响,周边环境的容许变
形量、重要性等也会成为基坑工程设计和施工的制约因素,甚至成为
基坑工程成败的关键,因此,基坑工程的设计和施工应根据基本的原
理和规律灵活应用,不能简单引用。基坑支护开挖所提供的空间是为
主体结构的地下室施工所用,因此任何基坑设计,在满足基坑安全及
周围环境保护的前提下,要合理地满足施工的易操作性和工期要求。
基坑工程的特点之三是计算理论不完善。基坑工程作为地下工
程,所处的地质条件复杂,影响因素众多,人们对岩土力学性质的了
解还不深入,很多设计计算理论,如岩土压力、岩土的本构关系等,
还不完善,还是一门发展中的学科。
作用在基坑围护结构上的土压力不仅与位移等大小、方向有关,
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还与时间有关。目前,土压力理论还很不完善,实际设计计算中往往
采用经验取值,或者按照朗肯土压力理论或库仑土压力理论计算,然
后再根据经验进行修正。在考虑地下水对土压力的影响时,是采用水
土压力合算还是分算更符合实际情况,在学术界和工程界认识还不一
致,各地制定的技术规程或规范中的规定也不尽相同。至于时间对土
压力的影响,即考虑土体的蠕变性,目前在实际应用中较少顾及。
实践发现,基坑工程具有明显的时空效应,基坑的深度和平面形
状对基坑围护体系的稳定性和变形有较大的影响,土体所具有的流变
性对作用于围护结构上的土压力、土坡的稳定性和围护结构变形等有
很大的影响。这种规律尽管已被初步的认识和利用,形成了一种新的
设计和施工方法,但离完善还是有较大的差距。
岩土的本构模型目前已多得数以百计,但真正能获得实际应用的
模型寥寥无几,即使是获得了实际应用,但和实际情况还是有较大的
差距。
基坑工程的设计计算理论的不完善,直接导致了工程中的许多不
确定性,因此要和监测、监控相配合,更要有相应的应急措施。
基坑工程的特点之四是综合性知识经验要求高。基坑工程的设计
和施工不仅需要岩土工程方面的知识,也需要结构工程方面的知识。
同时,基坑工程中设计和施工是密不可分的,设计计算的工况必须和
施工实际的工况一致才能确保设计的可靠性。所有设计人员必须了解
施工,施工人员必须了解设计。设计计算理论的不完善和施工中的不
确定因素会增加基坑工程失效的风险,所以,需要设计施工人员具有