《深基坑工程设计与施工》课件

深基坑工程设计与施工欢迎学习《深基坑工程设计与施工》课程本课程将系统介绍深基坑工程的设计原理和施工技术，帮助学员掌握深基坑工程的关键知识点和实践技能通过本课程的学习，您将了解深基坑工程的全过程，从前期勘察、设计到施工及监测的各个环节无论您是工程技术人员、项目管理者还是相关专业的学生，本课程都将为您提供深基坑工程领域的专业知识和实用技能，帮助您更好地应对工程实践中的各种挑战课程概述课程目标本课程旨在使学员掌握深基坑工程设计与施工的基本原理和方法，能够独立进行深基坑支护结构设计、施工方案编制和现场管理，同时具备解决深基坑工程实际问题的能力学习内容课程涵盖深基坑工程概述、勘察、支护结构设计、降水设计、开挖设计、施工技术、安全管理、监测与信息化施工、质量控制及环境保护等内容，并结合实际工程案例进行分析讨论课程安排课程共十一章，每章聚焦深基坑工程的不同方面，采用理论讲解与案例分析相结合的方式进行教学学员将通过课堂讲授、讨论、作业和实践操作等多种形式完成学习第一章深基坑工程概述基本定义工程特点深基坑工程是指为进行地下结构深基坑工程具有规模大、施工周施工而进行的土方开挖与支护工期长、技术要求高、风险性大等程，是现代建筑工程的重要组成特点，需要综合考虑地质条件、部分周边环境和施工安全等多方面因素发展趋势随着城市建设的发展，深基坑工程向着更深、更大、更安全、更环保的方向发展，新技术、新材料和新工艺不断涌现深基坑工程的定义

1.1深基坑的概念深基坑工程的特点深基坑是指开挖深度超过一定标准的基坑工程根据《建筑基坑深基坑工程具有施工环境复杂、安全风险高、技术要求严格等特支护技术规程》JGJ120-2012，开挖深度大于或等于5米的基坑点工程实施过程中需要考虑土体变形、地下水控制、周边建筑或深度虽未超过5米但地质条件、周边环境复杂的基坑，称为深物保护等多方面因素基坑深基坑工程的设计和施工过程需要多学科知识的综合应用，包括深基坑工程是城市地下空间开发利用的重要手段，为地下结构如岩土工程、结构工程、水文地质学等，是一项系统工程地下室、地铁站、地下商场等建设提供施工条件深基坑工程的分类

1.21按开挖深度分类浅基坑开挖深度小于5米的基坑一般不需要特殊的支护措施，可采用放坡开挖或简单支护深基坑开挖深度大于或等于5米的基坑需要采取专门的支护措施，确保基坑的稳定性和安全性超深基坑开挖深度大于20米的基坑需要特殊设计和施工技术，安全风险更高，技术要求更严格2按支护结构形式分类刚性支护结构如地下连续墙、钢板桩墙、混凝土挡墙等，具有较高的刚度和强度柔性支护结构如土钉墙、喷锚支护等，具有一定的变形能力，适用于变形要求不严格的基坑复合支护结构结合多种支护形式的优点，如地下连续墙加内支撑、钻孔灌注桩加锚索等深基坑工程的重要性

1.3对建筑工程的影响对周边环境的影响对施工安全的影响深基坑工程是建筑地下深基坑开挖会引起周边深基坑工程安全风险高结构施工的先导性工程土体的变形，可能导致，一旦发生坍塌、涌水，其质量直接影响地下邻近建筑物的沉降、倾、涌砂等事故，可能造结构的施工质量和使用斜甚至开裂成人员伤亡和财产损失安全基坑降水可能引起地下合理的深基坑设计和施水位下降，造成周边地严格控制深基坑工程的工可以提高地下空间的面沉降、井水干涸等问设计和施工质量，是保利用效率，为建筑提供题施工过程中的噪音障工程安全和社会公共更多功能空间，如地下、振动、粉尘等也会对安全的重要措施车库、设备用房等周边环境造成不良影响深基坑工程的发展历程

1.41国内发展早期（20世纪80年代前）这一阶段国内深基坑工程技术较为落后，多采用放坡开挖或简单的木板支撑，开挖深度一般不超过10米施工方法以人工为主，机械化程度低，效率低下2快速发展期（20世纪80-90年代）随着改革开放，国外先进技术引入国内，出现了地下连续墙、预应力锚索等新技术深基坑支护结构设计方法有了较大改进，开挖深度逐渐增加到15-20米3成熟期（21世纪初至今）深基坑工程技术日趋成熟，支护结构设计方法多样化，监测技术和信息化施工得到广泛应用开挖深度突破30米，甚至达到40-50米施工技术向自动化、智能化方向发展4国际发展趋势全球深基坑工程向更深、更大、更安全、更环保的方向发展BIM技术、人工智能等在深基坑工程中的应用日益广泛，工程设计和施工效率大幅提高第二章深基坑工程勘察工程地质勘察水文地质勘察12调查场地地层分布、土体特性和岩土工程参了解地下水分布、流向、水位变化规律和水数，为基坑设计提供基础数据质特征，为降水设计提供依据勘察报告编制环境调查整合各类勘察数据，确定关键设计参数，编调查周边建筑物、地下管线、道路等情况，43制专业勘察报告作为设计依据评估基坑施工对周边环境的影响工程地质勘察

2.1勘察内容勘察方法工程地质勘察的主要内容包括地层划分、土勘察目的常用的勘察方法包括钻探取样、原位测试和体物理力学性质测定、岩土工程参数确定等工程地质勘察的主要目的是查明场地的地质室内试验钻探可直接观察地层结构并获取需要确定的参数包括土的重度、内聚力、条件、地层分布和岩土特性，为深基坑支护土样；原位测试如标准贯入试验、静力触探内摩擦角、压缩模量、变形模量等，这些参结构的设计提供必要的地质资料和岩土参数可测定土体的力学特性；室内试验则可以精数是支护结构设计的基础，确保深基坑工程的安全和经济性确测定土的物理力学指标水文地质勘察

2.2地下水情况调查水文地质参数测定水文地质勘察需要调查场地的地下水类型、分布、埋深和补给来重要的水文地质参数包括土层渗透系数、给水度、导水系数等源常见的地下水类型包括潜水、承压水和上层滞水，不同类型这些参数通过抽水试验、注水试验或室内渗透试验获得，是基坑的地下水对基坑的影响各不相同降水设计的关键依据需要明确地下水的流向和流速，这对基坑降水设计至关重要同水文地质勘察还需调查地下水的水质特性，如是否含有侵蚀性物时，还需了解地下水位的季节性变化规律，考虑极端降雨等情况质，这对混凝土支护结构的耐久性有重要影响同时需评估降水下的水位变化对周边环境的影响范围环境调查

2.3环境调查是深基坑工程勘察的重要组成部分，主要包括周边建筑物调查和地下管线调查周边建筑物调查需记录建筑物的类型、结构形式、使用年限、基础形式以及现有状况，特别是有无裂缝、倾斜等病害地下管线调查需查明基坑周边的给水、排水、燃气、电力、通信等各类管线的位置、深度、材质和使用状况这些信息对于制定合理的基坑支护方案、防止施工对管线的破坏以及保护周边环境安全至关重要勘察报告编制

2.41报告内容2关键参数确定勘察报告应包括工程概况、勘在报告中需明确土层的物理力察工作方法和内容、场地地质学指标，包括土的容重、含水条件描述、地下水情况、岩土量、液塑限、压缩系数、内聚工程评价、地基基础建议等内力、内摩擦角等这些参数是容报告应提供详细的地质剖支护结构设计计算的基础，应面图、钻孔柱状图和各种试验通过足够数量的试验确定其特成果表格征值3地质风险评估勘察报告应对可能存在的地质风险进行评估，如软弱土层、暗浜、古河道、溶洞等特殊地质条件，以及可能出现的流砂、管涌、突涌水等地质灾害，并提出相应的防治建议第三章深基坑支护结构设计设计原则1安全可靠、经济合理、施工方便设计内容2支护结构类型选择、内力计算、稳定性分析设计流程3确定荷载、建立计算模型、结构验算、施工图设计设计依据4规范标准、工程经验、勘察资料、环境条件支护结构类型

3.1重力式挡墙刚性支护结构柔性支护结构重力式挡墙是利用自身重量抵抗土压力的刚性支护结构包括地下连续墙、钻孔灌注柔性支护结构包括土钉墙、喷锚支护、支护结构，包括混凝土重力式挡墙、加筋桩墙、钢板桩墙等这类结构刚度大、强SMW工法等这类结构具有一定的变形能土挡墙和石笼挡墙等这种结构适用于基度高、抗变形能力强，适用于深度较大、力，施工简便，造价相对较低土钉墙由坑深度较浅（一般不超过6米）、地质条周边环境要求严格的基坑地下连续墙施土钉和喷射混凝土面层组成，适用于永久件较好的情况，结构简单，施工方便，但工质量好，防渗性能优，但成本高，通常地下水位以上、自稳时间较长的土层中占用空间较大用于较重要的工程

3.2土压力计算土压力计算是支护结构设计的基础主动土压力是指当墙体向远离土体方向产生位移时，作用在墙体上的土压力根据库仑土压力理论，主动土压力系数Ka=tan²45°-φ/2，主动土压力p=γhKa-2c√Ka，其中γ为土的重度，h为深度，φ为内摩擦角，c为内聚力被动土压力是指当墙体向土体方向运动时，土体对墙体的抵抗力被动土压力系数Kp=tan²45°+φ/2，被动土压力p=γhKp+2c√Kp在基坑支护结构的稳定性计算中，主动土压力被视为推力，被动土压力被视为阻力水压力计算

3.3静水压力动水压力静水压力是指静止状态下水对支护结构的压力，与水深成正比，动水压力是指流动水体对支护结构产生的附加压力，与水流速度计算公式为p=γwh，其中γw为水的重度（一般取10kN/m³），h有关当地下水存在水力梯度时，水流会在支护结构的两侧形成为水深静水压力沿深度呈线性增加，且方向垂直于承压面水位差，产生渗流渗流不仅会产生动水压力，还可能导致土体中的细颗粒流失，形成管涌或流砂在深基坑工程中，如果未采取有效的降水措施，地下水对支护结动水压力的计算较为复杂，通常需要建立渗流数值模型进行分析构的静水压力可能成为主要荷载，严重影响结构的稳定性因此在设计中应考虑最不利的渗流条件，通过设置止水帷幕、增大，基坑设计必须考虑最不利水位条件下的水压力入土深度等措施减小动水压力的影响支护结构稳定性分析

3.4基底稳定性整体稳定性分析基坑底部土体抵抗上拱的能力，防分析支护系统作为整体是否稳定，通常2止出现突涌、管涌或流砂现象1采用极限平衡法进行圆弧滑动稳定性分析抗倾覆稳定性分析支护结构在土压力和水压力作用下的抗倾覆能力，保证结构不会发生整体3倾倒抗隆起稳定性5抗滑移稳定性分析基坑开挖后基底土体是否会因卸载4而隆起，影响施工和结构安全分析支护结构在水平力作用下的抗滑移能力，确保结构不会发生水平位移支护结构内力计算

3.5弯矩计算1支护结构最大弯矩决定配筋量剪力计算2防止剪切破坏的关键参数轴力计算3影响结构的压缩和拉伸变形位移计算4控制结构变形，保护周边环境支护结构内力计算是结构设计的核心，常用的计算方法包括弹性地基梁法、有限元法等弹性地基梁法将支护结构简化为一个弹性梁，土体反力通过弹簧模拟，计算简便但精度较低有限元法能更精确地模拟土-结构相互作用，考虑土体的非线性特性和施工过程，计算结果更接近实际根据计算得到的内力分布，可以确定支护结构的截面尺寸和配筋要求，保证结构的安全性和经济性支撑系统设计

3.6内支撑设计锚杆（索）设计内支撑是基坑支护结构中常用的横向支撑方式，主要包括钢管支锚杆（索）是利用土体的抗拉能力为支护结构提供支撑的构件撑、钢框架支撑等内支撑设计需确定支撑的布置形式、间距、锚杆设计需确定锚杆的长度、倾角、间距和预应力大小锚杆总截面尺寸和连接节点等支撑间距通常为3-6米，随深度增加可长度由自由段和锚固段组成，自由段通常位于潜在滑动面以内，适当减小锚固段则位于稳定土层中内支撑设计需考虑施工便利性，避免与地下结构施工冲突为减锚杆设计还需考虑锚固力的传递方式、防腐措施以及施工工艺小基坑内有效空间的占用，可采用少支点大跨度的设计方案，但对于临时支护结构，通常采用普通预应力锚索；对于永久性支护需要增大支撑截面尺寸以满足强度和刚度要求结构，则需采用防腐处理的预应力锚索或锚杆止水帷幕设计

3.71止水帷幕类型高压旋喷桩止水帷幕利用高压水泥浆切割和置换土体，形成连续的水泥土墙体适用于各种土质，施工速度快，但质量控制难度大水泥土搅拌墙通过专用设备将水泥浆液与原状土强制搅拌，形成均匀的水泥土墙体防渗效果好，但对设备要求高地下连续墙既可作为支护结构，也具有良好的止水效果防渗性能最佳，但造价高2设计要点帷幕深度止水帷幕应插入不透水层一定深度，一般不小于2米，以切断地下水流通道帷幕厚度根据水压大小和地质条件确定，一般高压旋喷桩厚度为

0.6-

1.0米，地下连续墙厚度为

0.8-

1.2米材料配比水泥用量和水灰比直接影响止水帷幕的强度和防渗性能，需通过试验确定最佳配比第四章深基坑降水设计降水目的降水的主要目的是降低地下水位，减小水压力对支护结构的影响，提高基坑的稳定性和安全性，同时为地下结构施工创造干燥的工作环境降水方法常用的降水方法包括明沟排水、井点降水、轻型井点、深井降水等方法选择取决于地质条件、基坑深度、工程规模和周边环境等因素降水系统完整的降水系统包括抽水设备、集水和排水系统、监测系统等系统设计需考虑降水效率、能耗、维护难度和应急措施等方面环境影响降水可能导致周边地面沉降、建筑物不均匀沉降、地下水污染等问题设计时需充分评估环境影响，制定相应的防治措施地下水控制的重要性

4.1地下水控制是深基坑工程成功的关键因素之一基坑开挖后，如果地下水控制不当，可能导致基坑底部产生管涌或流砂现象，严重威胁基坑的稳定性同时，水压力会增加支护结构的受力，可能导致支护结构变形过大甚至破坏有效的地下水控制可以降低基坑施工风险，提高施工效率和质量地下水位降至基坑底板以下一定深度（一般不小于

0.5米），可为地下结构施工提供干燥的工作环境，确保混凝土浇筑质量和防水工程施工质量此外，合理的地下水控制方案还可以降低施工成本，减少对周边环境的影响降水方法选择

4.2明沟排水井点降水深井降水明沟排水是最简单的降水井点降水系统由井点管、深井降水是通过钻孔形成方式，适用于浅基坑、地集水管、真空泵和水泵组深井，安装潜水泵直接抽下水位较高且土质透水性成井点管插入地下形成取地下水深井直径一般好的情况在基坑周边或抽水通道，通过真空泵产为300-600毫米，深度可底部开挖排水沟，将渗入生负压，将地下水抽至地达几十米，适用于深基坑的地表水和地下水引入集面排放常见的有轻型井和承压水的控制水井，再通过水泵抽出点和喷射井点两种深井降水系统单井出水量明沟排水投资少、施工简井点降水适用于浅基坑和大，适用范围广，可处理单，但降水深度有限，一中等深度基坑，降水深度各种地质条件下的降水问般不超过3米且仅适用一般不超过6米对于深题但钻井施工周期长，于基坑底部以上的水位控度较大的基坑，可采用多投资较大，且井壁易塌陷制，无法处理基坑底部的级井点系统，但施工复杂或堵塞，需要定期维护承压水，成本较高

4.3降水系统设计降水井布置降水井布置需考虑地质条件、基坑形状、支护结构类型和施工要求等因素井点间距一般为1-3米，深井间距为10-30米，具体取决于土层的渗透性和要求的降水速度降水井应布置在支护结构外侧，距离支护结构1-2米，以减小对支护结构的影响对于狭长形基坑，可采用单排或双排布置；对于大型矩形基坑，可采用环形布置或网格布置降水量计算降水量计算是确定泵站容量和管道尺寸的基础常用的计算方法包括经验公式法、解析法和数值模拟法经验公式法简单快捷但精度较低；解析法基于理论解但需简化地质条件；数值模拟法最为精确但计算复杂降水量计算需考虑最不利条件，如强降雨情况下的地下水补给增加一般降水系统的设计流量应比计算流量大20-30%，以应对可能的突发情况泵站与管网设计泵站设计需确定水泵类型、台数、容量和控制方式水泵类型包括离心泵、潜水泵、真空泵等，选择取决于降水深度和流量为保证系统可靠性，一般设置备用泵，数量为工作泵的1/3-1/2管网设计包括集水管、干管和排水管的布置和尺寸计算管径应能满足最大流量下的输水要求，同时考虑经济性排水管应引至远离基坑的安全区域或市政排水系统，避免形成排水回流

4.4降水对周边环境的影响分析距离m水位降低m地面沉降mm深基坑降水会形成降水漏斗，导致周边地区地下水位下降，可能引起地面沉降地面沉降的大小与土层性质、降水深度、降水时间等因素有关粘性土层因降水引起的固结沉降发展缓慢但最终值较大；砂性土层沉降发展迅速但最终值较小降水对邻近建筑物的影响主要表现为不均匀沉降，可能导致建筑物开裂甚至倾斜降水还可能影响周边地区的水井、植被生长和地下构筑物的稳定性在设计阶段应进行详细的环境影响评估，制定针对性的防护措施，如采用止水帷幕限制降水影响范围，或实施回灌措施维持周边水位稳定第五章深基坑开挖设计安全控制1确保开挖过程安全可控变形控制2控制基坑及周边环境变形进度控制3保证工程按期完成质量控制4确保开挖精度及基底质量成本控制5优化施工方案降低成本深基坑开挖设计是整个深基坑工程的重要环节，直接关系到工程的安全、质量和进度合理的开挖设计应综合考虑地质条件、支护形式、施工设备、场地条件和周边环境等多种因素开挖设计的主要内容包括开挖方案制定、开挖顺序设计、机械设备选择和监测要求等科学的开挖设计可以减小对支护结构的扰动，控制变形发展，提高施工效率，降低工程风险开挖方案制定

5.1分层开挖分区开挖分层开挖是深基坑施工中常用的方法，将基坑总深度划分为多个分区开挖是将基坑平面划分为若干区域，按一定顺序分区进行开开挖层，逐层向下开挖每层开挖深度通常为2-3米，具体取决挖分区开挖可以减小同时开挖面积，降低施工风险，同时有利于土层性质和支护结构类型于土方运输和施工组织分层开挖的优点是可以控制每次开挖对土体扰动的范围，减小支分区开挖的区域划分应考虑基坑的几何形状、支护结构类型、地护结构的变形同时，分层开挖还便于支撑系统的及时安装，确质条件以及周边环境常见的分区方式有对称分区、环形分区和保基坑的整体稳定性对于软土地区，分层开挖深度应适当减小条带分区等分区开挖应遵循先浅后深、先角后中、先重点后，以控制土体变形一般的原则开挖顺序设计

5.2对称开挖对称开挖是指在基坑平面上按照几何中心对称的原则进行开挖，以保持基坑两侧土压力的平衡对称开挖可以减小支护结构的不均匀变形，防止基坑整体倾斜或位移平衡开挖平衡开挖不仅考虑几何对称，还考虑地质条件、周边荷载和支护结构刚度的不均匀性，通过调整开挖顺序和进度来平衡各种影响因素，使基坑变形控制在合理范围内跳跃开挖跳跃开挖是指不连续地开挖各个区域，而是按照跳跃的方式进行，如先开挖

1、

3、5区，再开挖

2、

4、6区这种方法可以减小相邻区域同时开挖带来的风险，提高基坑的整体稳定性逆作开挖逆作开挖是结合地下结构施工的特殊开挖方式，先施工上部结构，再向下开挖和施工这种方法可以提前形成支撑体系，增强基坑稳定性，但施工难度较大，多用于复杂环境下的深基坑工程机械设备选择

5.3机械设备的选择直接影响深基坑开挖的效率和质量常用的开挖设备包括挖掘机、推土机、铲运机等对于深基坑工程，多采用履带式挖掘机进行开挖，其具有机动性好、适应性强的特点根据基坑深度和面积，可选择不同型号的挖掘机，如小型基坑可用中小型挖掘机，大型深基坑则需要配备大型或特大型挖掘机土方运输设备主要包括自卸卡车、翻斗车等设备选型需考虑运距、场地条件和环保要求等因素在市区施工时，应选择符合环保标准的运输车辆，减少噪音和尾气排放对于狭小场地，可采用塔吊或提升机进行垂直运输，再配合小型运输车辆进行水平运输开挖过程中的监测要求

5.41监测项目支护结构水平位移通过测斜管、全站仪等设备监测支护结构的水平变形，这是评估支护结构稳定性的重要指标支护结构垂直位移监测支护结构顶部的沉降或隆起情况，反映支护结构的整体变形支撑轴力通过应力计监测内支撑或锚索的受力状况，防止支撑系统超载周边地表沉降监测基坑周边地面的沉降情况，评估开挖对周边环境的影响2监测频率开挖前进行基准测量，建立初始数据库，频率可较低，一般每周一次开挖期间加密监测频率，重要部位每天监测1-2次，关键施工阶段可增加至每小时一次开挖后随时间推移，逐渐降低监测频率，但不应完全停止，直至地下结构完成并稳定异常情况当监测数据接近警戒值或出现异常变化时，应立即增加监测频率，必要时进行连续监测第六章深基坑施工技术降水系统施工支护结构施工2有效控制地下水是施工成功的保障1支护结构是确保基坑稳定的关键土方开挖施工科学的开挖顺序确保基坑安全35监测系统安装支撑系统施工全过程监测为施工提供安全保障4及时的支撑安装是控制变形的关键支护结构施工

6.1灌注桩施工地下连续墙施工灌注桩是深基坑支护中常用的结构形式，其施工流程包括测量地下连续墙施工流程导墙施工、槽段划分、液压抓斗挖槽、泥放线、钻机就位、护筒埋设、钻进成孔、清孔换浆、钢筋笼制作浆护壁、清槽换浆、钢筋笼吊装、导管法浇筑混凝土地下连续与吊装、导管安装与混凝土浇筑等步骤墙具有刚度大、防渗性好的优点，适用于对变形控制要求严格的深基坑灌注桩施工质量控制重点保证成孔垂直度（偏差不超过1%）、控制泥浆性能（比重

1.2-

1.3）、确保混凝土浇筑连续性（避免地下连续墙施工关键技术泥浆护壁技术（保持槽壁稳定）、接断桩）、严格控制桩位偏差（不超过50mm）常见问题包括缩头处理技术（确保墙体连续防水）、混凝土浇筑技术（确保质量径、断桩、夹泥等，应通过规范操作和严格监控予以避免均匀）施工过程中需重点控制垂直度、槽壁稳定性和混凝土质量，防止出现漏浆、塌方和混凝土缺陷

6.2锚杆（索）施工1钻孔锚杆（索）施工首先进行钻孔，常用的钻孔方法有回转钻进、冲击钻进和回转冲击钻进钻孔直径一般比锚杆直径大50-100mm，钻孔倾角通常为10°-20°，以利于后续注浆和排气钻孔过程中应控制孔位、倾角和深度，防止偏斜和塌孔在软土或流塑土层中钻孔时，需采用套管护壁或泥浆护壁技术，确保孔壁稳定2锚杆（索）制作与安装锚杆多采用螺纹钢筋，锚索则由多股高强度钢绞线组成锚杆（索）制作前应进行力学性能检验，确保满足设计要求锚杆（索）表面需进行防腐处理，特别是自由段部分锚杆（索）安装时应缓慢下放，避免碰撞孔壁，确保居中自由段需套塑料护管进行隔离，防止与水泥浆接触安装完成后应及时进行注浆，防止孔壁坍塌3注浆与锚固注浆是锚杆（索）施工的关键环节，常用水泥浆作为注浆材料，水灰比一般为

0.45-

0.5注浆方式有一次注浆、二次注浆和多次注浆，具体选择根据地质条件和设计要求确定注浆压力一般为

0.5-

2.0MPa，注浆量应满足设计要求注浆后需进行养护，一般7天后进行张拉锚杆（索）张拉应按设计要求分级进行，控制加载速度，并记录伸长值，以验证锚固效果。