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第1章 土方工程
第三节 土方工程施工准备与辅助工作
一、施工准备
（1）场地清理：清理地面、地下各种障碍物。
（2）排除地面水：采用排水沟、截水沟、挡水土坝等。排水沟是直接排至场外或流向低洼处，再用水泵抽走。排水沟一般断面≥0.5×0.5m，纵向坡度不小于3‰。
（3）测量放线：测设各轴线的中心桩，然后撒出开挖边界线。
（4）修筑临时设施
二、边坡稳定与支护
１.土方边坡
（1）边坡形式
土方的边坡系数m用坡底宽B 与H 坡高（即基础开挖深度）之比表示。即：m＝B/H 　
（2）影响边坡稳定因素
土体内摩擦力和粘结力是保持平衡的主要因素。
边坡失稳内因：土体内抗剪强度降低。
边坡失稳外因：土体外剪应力增加。
造成边坡塌方的原因：
①气候影响使土质松软；
②雨水或地下水浸入而产生润滑作用；
③饱和水的细砂、粉砂因振动而液化；
④边坡上面增加荷载（静、动），尤其是行车等动荷载较大；
⑤土体中含水量增加；
⑥土体竖向裂缝中的水产生侧向静水压力。
（3）边坡放坡要求
不放坡也不设支撑，挖方深度不宜超过表1-6之规定。
挖深在5m内，临时性挖方边坡值的要求按表1-7的规定。
（4）边坡防护
1）薄膜覆盖法
2）堆砌土（砂）袋护坡
3）浆砌片石（砖、石）护坡
另外：还有挂网喷浆、钢丝网混凝土护面等方法。
2.基坑支护要求
规定：土方开挖顺序、方法必须与设计工况一致，并遵循“开槽支撑，先撑后挖，分层开挖，严禁超挖”的原则。
无法保证施工安全或现场无放坡条件时，采用支护结构临时支挡。
建筑基坑支护：为保证地下结构设施及周边环境的安全，对基坑侧壁采取支挡、加固与保护的措施。
支护结构设计根据表1-8或表1-9选择。
3.浅基坑（槽）支护
横撑式支撑由挡土板、木楞和横撑组成。
根据挡土板位置分:水平和垂直两类型式。
水平挡土板有间断式、断续式和连续式。
垂直挡土板有间断式和连续式。
另外：斜柱支撑、锚拉支撑、短桩横隔板支撑和临时挡土墙支撑等。
支设原则：随挖随撑，严禁超挖。
拆除顺序：由下而上拆除，与支撑顺序相反。
4.深基坑支护 （建议简单介绍）
深基坑支护方法有：
水泥土搅拌桩、
混凝土支护排桩、
钢板桩、
锚杆、
土钉墙、
地下连续墙等。
也可根据现场情况组合采用。
（1）水泥土搅拌桩支护
工作原理：将软土与水泥浆强制拌和，使软土硬结成整体并具有足够强度的水泥加固土，称为水泥土搅拌桩。
分类：深层搅拌法、旋喷法和粉喷法。
深层搅拌法的施工工艺为：深层搅拌机就位→预搅下沉→
喷浆搅拌提升→
重复搅拌下沉→
重复搅拌提升直至孔口。
重力式支护 平面格栅式布置示意图
水泥深层搅拌法
水泥土墙支护结构
水泥土墙支护结构
水泥土墙支护结构事故
水泥土桩组成宽厚的重力式墙，常将水泥土墙布置成格栅形。为了保证墙体的整体性，规定了各种土的置换率（水泥土面积与水泥土挡土结构面积的比），一般为0.6～0.8。
在基坑开挖深度h≤6m的软土地区，根据经验墙体宽度取值为B =（0.6～0.8）h，嵌入基底下的深度d =（0.8～1.2) h。
水泥土挡墙是靠桩与桩的搭接形成连续桩墙，桩的搭接是保证水泥土墙抗渗漏及整体性的关键。因此，施工时水泥土桩间要考虑搭接宽度，一般桩墙具有截水功能时，不宜小于150mm，无截水功能时不宜小于100mm。
施工方法及要点
深层搅拌单桩的施工应采用搅拌头上下各二次的搅拌工艺。输入水泥浆的水灰比不宜大于0.5，泵送压力宜大于0.3MPa，泵送流量应恒定。
机械设备远照
机械设备近照
旋喷法搅拌机示意图
新型搅拌机示意图
旋喷桩是采用专用钻机，把带有特殊喷嘴的注浆管钻至预定位置后，将高压水泥浆液向四周高速喷入土体，并随钻头旋转和提升切削土层，使其掺合均匀，固结后形成桩墙。
粉喷桩是采用粉喷桩机成孔，用压缩空气将粉体输至桩头，雾状喷入土中，经钻头叶片旋转搅拌混合而成的桩。
施工要点：高压喷射注浆水泥水灰比宜为1.0～1.5。挡墙应采取切割搭接法施工，并应在前桩水泥土尚未固化时进行后序搭接桩施工。相邻桩的搭接长度不宜小于200mm。相邻桩喷浆工艺的施工时间间隔不宜大于10h。
SMW工法：即设置插筋或H型钢。桩身在桩顶搅拌或旋喷完成后及时插入插筋或H型钢。
质量要求：水泥土墙的桩位偏差不应大于50mm，垂直度偏差不宜大于0.5%。
检验方法：水泥土挡墙应有28d以上的龄期，达到设计强度要求时，方能进行基坑开挖。水泥土墙的质量检验应在施工后一周内进行开挖检查或采用钻孔取芯等手段检查成桩质量钻芯数量不宜少于总桩数的2%，且不少于5根；并应根据设计要求取样进行单轴抗压强度试验 。
（2）钢筋混凝土排桩支撑（支护排桩）
工作原理及受力特点：施工采用现场灌注桩，但受力是悬臂构件。施工简单、成本低、无振动影响等特点，应用广泛。
排桩布置形式：一字相间、相接、搭接排列和交错相接、相间排列几种形式。
排桩挡土效果较好，但是挡水效果较差。
施工方法：同桩的方法。详见第二章。
灌注排桩支护平面布置形式
a）一字相间排列 b）一字搭接排列 c）一字相接排列
d）交错相接排列 e）交错相间排列
钢筋混凝土灌注排桩布置形式
（3）钢板桩支撑
1）板桩支撑作用:板桩支撑既挡土又防水。钢板桩可重复使用，节约材料。
2）打入板桩的质量要求：轴线位置，垂直度；封闭合拢；埋置深度要求，抗弯强度和防水性能。
3）钢板桩分：槽钢板桩和热轧锁扣钢板桩。
本书分为平板和波浪式。仅是热轧锁扣钢板桩的再分类。
钢板桩支护形式
① 打桩方法的选择
一般有单打法、围檩插桩法和分段复打法。
围檩插桩法又分为单层围檩和双层围檩；单侧围檩和双侧围檩。
单层围檩分段复打法
双层围檩插桩法
A.单打法：适用于桩长小于l0m，且施工精度要求不高的情况。逐一打入一块，咬合一块，直至板桩封闭合拢。其优点是打桩简捷、速度快，但由于单块打入，桩板的垂直度不易控制。
B.围檩插桩法：安装围檩 →全部插入板桩 → 打设角部 →中间部分。优点是板桩安装质量高，但施工速度较慢，费用也较高。
C.分段复打法（又称“屏风式打桩法”）：10～20块为一组（或一侧围檩）→两端钢板桩打入→中间按顺序以1/2或1/3板桩高度逐块打入。
②打桩
桩锤不宜过重，以防重锤锤击桩头产生纵向弯曲。准确安装好围檩支架。保证板桩的垂直打入和平整度。
4）钢板桩的拔除
回收板桩、回填并挤压密实。
（4）土层锚杆支护
1）锚杆的构造
锚杆由锚头、拉杆和锚固体组成。
锚头由锚具、横梁等组成；
拉杆采用钢筋、钢绞线制成；
锚固体是用水泥砂浆将拉杆与土体连成一体的抗拔构件。
2）锚杆设计
①土层锚杆分类：灌浆锚杆、扩孔灌浆锚杆、压力灌浆锚杆、预应力锚杆等多种型式。
②土层锚杆构造：土层锚杆由锚头(锚具、承压板、横梁和台座)、拉杆和锚固体组成。
锚杆长度规定：锚杆自由段长度不宜小于5m，并应超过潜在滑裂面1.5m；锚固段长度不宜小于4m；锚杆杆体下料长度应为锚杆自由段、锚固段及外露长度之和，外露长度须满足台座、腰梁尺寸及张拉作业要求。
③锚杆布置：上下排垂直间距不宜小于2.0m，水平间距不宜小于1.5m；锚固体上覆土层厚度不宜小于4.0m；锚杆倾角宜为15°～25°，且不应大于45°。沿锚杆轴线方向每隔1.5～2.0m宜设置一个定位支架；
④锚杆锚固体：宜采用水泥浆或水泥砂浆，其强度等级不宜低于M10。
⑤土层锚杆施工
施工工艺：定位→钻孔→安放拉杆→注浆→（张拉）锚固。
注浆分一次注浆法和二次注浆法。一次注浆法宜选用1：l～1：2、水灰比为0.38～0.45的水泥砂浆，或水灰比为0.45～0.5的水泥浆。二次注浆法宜选用水灰比为0.45～0.55的水泥浆，用压力注浆机将灰浆注入到孔中。
预应力锚杆的张拉应在锚固段的混凝土强度大于15MPa，并达到混凝土设计强度的75％后进行。
（5）土钉支护 （选学内容 start）
土钉支护属于重力式支护结构，而锚杆属于主动支护结构。
构成：通过土钉群、被加固的原位土体、喷射的混凝土面层和必要的防水系统组成。
工作原理：土钉是用作加固或锚固原位土体的细长杆件。通常采用土层钻孔、置入变形钢筋并沿孔全长注浆的方法形成。土钉依靠与土体之间粘结力和摩擦力，在土体发生变形的条件下被动受力以达到加固土体的作用。
土钉支护由土钉、面层组成。
1）土钉支护构造和特点
土钉宜采用直径16～32mm螺纹钢筋，与水平面夹角为5～20°；长度为基坑深度的0.6～1.2倍；水平间距和垂直间距相等，依据土质而定。土钉孔径为70～120mm，注浆强度不低于10MPa。面层采用喷射混凝土，强度等级不低于C20，厚度80～200mm，配置的钢筋网采用直径6～10mm的钢筋，间距150～300mm。土钉与混凝土面层必须有效地连接成整体，混凝土面层应深入基坑底部不少于0.2m。
适用于地下水位以上或经过降水措施后的砂土、粉土、黏土中。
2）土钉支护施工
施工工艺：修整边坡→喷射第一层混凝土→钻孔、插钢筋→注浆→绑扎钢筋网→喷射第二层混凝土→设置坡顶、坡面和坡角排水系统。
技术要求：喷射作业应分段进行，自上而下，上层土钉注浆体喷射混凝土面层达到设计强度70%后方可开挖下层土方。混凝土面层一次喷射厚度不宜小于40mm；钢筋网应于土钉连接牢固，保护层厚度不宜小于20mm。
注浆应随拌随用，在初凝前完成注浆用砂浆采用1:1或1:2（重量比）、水灰比为0.38～0.5水泥砂浆。
注浆前应将孔内残留或松动的杂土清除干净；注浆开始或中途停止超过30min时，应用水或稀水泥浆润滑注浆泵及其管路；注浆时，注浆管应插至距孔底250～500mm处，孔口部位宜设置止浆塞及排气管。 （选学内容 end）
（6）地下连续墙 （选学内容 start）
既可作为深基础的支护，还可以作为建筑物的深基础，后者称为两墙合一，而且更为经济。
优点：刚度大，既可以挡土又可以挡水，能够承受较大的土压力；对邻近的地下设施和工程结构影响较小；适用于各种土质，尤其适用于城市中密集建筑群的基础开挖。
施工顺序：确定单元槽→设置导墙→单元槽开挖 →泥浆护壁→清槽→放置接头管→放置钢筋笼 →水下浇筑混凝土→拔出接头管→下一单元墙施工。
1）单元槽确定
先沿墙体长度方向按一定长度划分成若干段，然后分段施工，该段称单元槽。它既是一次挖掘的长度也是一次浇筑的长度。单元槽长度在4～8m。单元槽愈长，墙体接头愈少，墙体稳定性和挡水性能愈好。但槽壁稳定性、钢筋笼重量、混凝土供应等都会限制挖掘长度。
2）导墙
一般1～2m深。可用混凝土，钢材等作导墙。
导墙净距比成槽机宽3～5cm, 并高出地面5～10cm。在导墙内侧每隔2m设支撑。
导墙作用主要为定线、定标高、支撑挖槽机、确定挖槽时走向且能存储泥浆、稳定浆位、维护槽顶土体稳定和防止土体塌落。
3）机械挖槽
采用专门挖槽机械进行。
常用的挖掘机械有抓斗式、多头钻挖槽机、挖掘机和冲击钻等。
4）挖槽施工
严格控制垂直度和倾斜度，特别是地面至地下10m左右的初始挖槽精度对以后整个槽壁的精度影响很大，必须慢速均匀钻进。
5）清槽
挖槽达到一定深度后，通过泥浆循环将石渣带出。主要有正循环和反循环。
6）插入锁口管
主要作用是正确导入钢筋笼和保护槽端。
7）安放钢筋笼 （选学内容 end）
8）水下浇筑混凝土
详见后续内容
9）拔出锁扣管
完成一个单元槽施工。
5.基坑支撑技术 （选学内容 start）
一般土壁支护为悬臂结构。如果使其变为简支结构其上部变形就会减小。
支撑分类：
外支撑（拉锚、锚碇等）：不影响坑内施工。
内支撑（钢支撑、钢筋砼支撑）：影响坑内施工。
1）钢支撑：施工快、易拆装、易回收，但变形大，投入多。
2）钢筋混凝土支撑：正好与钢支撑相反。
内支撑布置形式：
对撑、角撑、桁架式边撑、环形式支撑
（选学内容 end）
三、排水与降水（基坑降水）
排除地面水、集水井降水法：水量不大，以地表水为主。
井点降水法：水量较大，以地下水为主。
1.排除地面水
设置排水沟、防洪沟、截水沟、挡水堤等方法，并应尽量利用自然地形和原有的排水系统。
主排水沟最好设置在施工区域或道路两旁。一般排水沟横断面不小于0.5×0.5m，坡度不小于3‰。在山坡地区施工，应在较高一面的坡上，先做好截水沟，阻止山坡水流入施工现场。
2.集水井降水法（又称“明排水法”）
（1）集水井降水原理
在基础范围以外，地下水的上游，沿坑底的周围或中央开挖排水沟，设置集水井，使水由排水沟流入集水井，然后用水泵抽出坑外。
1-排水沟；
2-集水坑；
3-水泵
（2）排水沟确定
沟底低于挖土面为0.4～0.5m，集水井应设在基础范围以外的边角处。排水沟向集水井方向保持1‰～2‰的纵向坡度,每间隔20～40m设置一个集水井，其直径或宽度为0.6～0.8m，集水井深度随挖土深度增加而加深，始终低于挖土面0.7～1.0m。
集水井积水到一定深度，将水抽出坑外。基坑底挖至设计标高后，集水井底应低于坑底1.5m左右，并铺设砾石滤水层。
集水井降水法适用于水流较大的粗粒土层的排水、降水，也可用于渗水量较小的黏性土层降水，但不适宜于细砂土和粉砂土层。
（3）降水设备
抽水设备：离心泵、潜水泵、软轴水泵等。
主要性能：流量、扬程和功率等。
（4）流砂的防治
1）流砂产生的原因
流砂现象的产生是水在土中渗流所产生的动水压力对土体作用的结果。
如果动水压力大于土骨架阻力，即可产生流砂。
当水流在水位差的作用下对土颗粒产生向上的动水压力时，动水压力不但使土粒受到了水的浮力，如果动水压力等于或大于土的浮重度时，土颗粒处于悬浮状态，土的抗剪强度等于零，土粒能随着渗流的水一起流动，也就出现了 “流砂现象”。
主要防治措施：
Ⅰ.抢挖法 Ⅱ.打板桩法
Ⅲ.水下挖土法 Ⅳ.地下连续墙法
Ⅴ.枯水期施工法 Ⅵ.用井点降水法
3.井点降水法
井点降水也称人工降低地下水位，就是在基坑开挖前，预先在拟挖基坑的四周埋设一定数量的滤水管，利用抽水设备从中不间断抽水，使地下水位降落在坑底以下，然后开挖基坑、进行基础施工和土方回填，待基础工程全部施工完毕后，撤除人工降水装置。
方法：轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点及深井泵等。
（1）轻型井点降水设计
1）设备组成：管路系统和抽水设备组成。
管路系统包括滤管、井点管、弯联管及总管等。
滤管:右图：
轻型井点降水是沿基坑（槽）的四周或一侧以一定距离埋设一定数量的井点管，井点管上端有弯连管与集水总管相连，下端与滤水管连接，并利用抽水设备不间断将渗流进井点管的水抽出，使地下水位降落在坑底以下。
2）井点布置
布置内容包括：平面布置和高程布置。
单排线状井点布置：基坑或沟槽宽度小于6m，水位降低深度不超过5m时，可用在地下水流的上游一侧，两端延伸长度一般不小于沟槽宽度。
双排井点：如基坑或沟槽宽度大于6m 或土质不稳定，渗透系数较大时
环状井点：面积较大的基坑宜用。
U形环状：为便于挖土机械和运输车辆出入坑，井点可不封闭。
井点距离基坑壁一般不宜小于1～1.5m，以防局部发生漏气。
Ⅰ.平面布置
当基坑宽度小于6m，降水深度不超过5m时，可采用单排线状井点，布置在地下水上游一侧，两端延伸长度不小于基坑的宽度。
1-总管； 2-井点管； 3-抽水设备
单排线状井点布置图
＜6m
≥6m
来水上游一侧
＜5m
防止漏气
居中设置
基坑宽度大于6m或土质不良时，采用双排线状井点。
当基坑面积较大，宜采用环形井点（见图）布置，井点管距离基坑0.7～1.0m之间，以防井点系统漏气。抽水井间距一般在0.8～1.5m间，在地下水补给方向和环形井点四角应适当加密。
1-总管； 2-井点管； 3-抽水设备
环形井点布置图
Ⅱ.高程布置
轻型井点的降水深度一般以不超过6m为宜，井点管需要埋置深度HA（不含滤管）可按下：
HA ≥ H1＋h＋iL
式中：HA ─ 井点管埋置深度，m；
H1 ─ 总管底面至基坑底面的距离，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；
i ─ 水力坡度，单排线状井点为1／4，环型井点为1／10；
L ─ 井点管距基坑中心的水平距离（单排井点为井点管至基坑另一边的水平距离），m。
确定井点管埋设深度时，还要考虑井点管一般要露出地面0.2m左右。
如果计算出的值大于6m ，则应降低井点管抽水设备的埋置面，以适应降水深度的要求。
水泵轴心标高宜与总管集水管平行或略低于总管，总管应具有0.25％～0.5％坡度坡向泵房。各段总管与滤管最好分别设在同一水平面。
当一级井点系统达不到降水深度要求时，可采用二级井点，即先挖去第一级井点所疏干的土，然后在基坑底部装设第二级井点，使降水深度增加。
轻型井点计算 （选择内容 start）
1）井点涌水量计算
水井大致可分为四种类型：无压完整井，无压非完整井，承压完整井，承压非完整井。
1-承压完整井；2-承压非完整井；3-无压完整井；4-无压非完整井
水井的分类
无压完整井； 无压不完整井
环状井点涌水量计算简图
A.无压完整井涌水量计算
Q＝1.364K　　
式中 Q ─ 井点系数的总涌水量，m3／d；
K ─ 渗透系数，m／d；
H ─ 潜水含水层厚度，m；
S ─ 基坑水位降深，m；
R ─ 降水影响半径，m；可按下式确定
R＝1.95S （潜水含水层）
ro─ 基坑环形井点假想半径，m。对于矩形基坑，其长度与宽度之比不大于5时，可按下式计算：
ro＝ （r0=χ0 ；A为基坑面积）。 　 　
B.无压非完整井涌水量计算
对于无压非完整井点系统，仍可采用上式。但此时式中H应换成有效抽水影响深度H0 ，H0 值可按表中确定。涌水量计算即可用下式计算：
Q＝1.364K
C.承压完整井：
D.承压非完整井： 详见公式。
以上各公式，大都是经验的近似公式。 　
2）确定井点管数及井距
井点管数量取决于单根井点管的抽水能力，单根井点管的最大出水量与滤管构造和尺寸以及土的渗透系数有关。按下式计算：
q ＝ 65πdl
式中:q ─ 单根井点管最大出水量，m3／d；
d ─ 滤管内径，m。
井点根数： n ≧ 1.1Q/q
井点管的平均间距: Ｄ＝L/n
实际采用井点管间距应大于15d（滤管直径），以免彼此干扰。并还应与总管接头间距相吻合。最后根据实际井点管间距，确定井点管根数。 （选学内容end）
3）轻型井点施工
安装的顺序：放线定位→挖井点沟槽→铺设总管→冲孔→安装井点管、灌填砂砾滤料、上部填粘土密封→用弯联管将井点管与总管接通→安装抽水设备与总管连通→安装集水箱和排水管→开动真空泵排气、再开动离心水泵试抽→抽水。
井点管埋设质量是保证轻型井点顺利抽水、降低地下水位的关键。
井点管埋设方法：一般用水冲法施工，分为冲孔和埋管两个过程。
冲孔； 埋管
1-冲管；2-冲嘴；3-胶皮管；4-高压水泵；5-压力表；
6-起重机吊钩；7-井点管；8-滤管；9-填砂；10-粘土封口
井点管的埋设
防止漏气
滤水除渣
破坏土体
冲孔：冲管插在井点的位置上，然后开动高压水泵，将土冲松，冲管边冲边沉。冲管应始终保持垂直、上下孔一致。冲孔深度应比滤管底深0.5～1m，以防拔出时部分土回落填塞滤管。
埋管：拔出冲管，立即插入井点管，并在井点管与孔壁之间迅速填灌砂滤层，以防孔壁塌土。砂滤层用洁净的中粗砂，充填高度至少要达到滤管顶以上1～1.5m，以保证水流畅通，砂滤层灌好后，在地面以下1m范围内应用粘土封口，以防止漏气。
井点管的使用:正常情况下，出水情况是“先大后小，先浊后清”。应连续抽水，不得停顿（所以一般设置备用泵）。
4）防止地面沉降措施（回灌井点）
轻型井点降水在基础施工中应用广泛，但其降落漏斗影响范围较大，影响半径可达百米甚至数百米，且会导致周围土壤固结而引起地面沉陷。一般工程主要采取的措施有：
① 在降水区域和原有建筑物、地下管线之间的土层中设置一道固体抗渗屏幕，减小对周围环境的影响；
② 常用的是场地外缘设置回灌系统。
（2）喷射井点
①喷射井点的主要设备
喷射井点根据其工作时使用的喷射介质的不同，分为喷水井点和喷气井点两种。其主要设备由喷射井管、高压水泵(或空气压缩机)和管路系统组成。
②喷射井点布置
喷射井点管的布置、井点管的埋设方法和要求与轻型井点基本相同。
1-外管；2-内管；3-喷射器；4-扩散管；5-混合管；
6-喷嘴；7-缩节；8-连接座；9-真空测定管；10-滤管芯管；11-滤管有孔套管；12-滤管外缠滤网及保护网；13-逆止球阀；14-逆止阀座；15-护套；16-沉泥管
喷射井点管构造
（3）电渗井点
在饱和粘性土中，特别是在淤泥和淤泥质黏土中，由于土的渗透系数很小，此时宜采用电渗井点排水。它是利用粘性土中的电渗现象和电泳特性，使粘性土空隙中的水流动加快，起到一定的疏导作用，从而使排水效率得到提高。
（4）管井井点
在土的渗透系数更大，地下水含量丰富的土层中降水，宜采用管井井点或深井井点。管井井点就是在基坑的四周每隔10～50m钻孔成井，然后放入钢筋混凝土管或钢管，底部设滤水管。每个井管用一台水泵抽水，以使水位降低。分为钢管和混凝土管井点。
深井井点与管井井点基本相同，只是井较深，用深井泵抽水。深井泵的扬程可达100m，当要求降水深度很大，用管井井点降水不能满足要求时，则用深井井点。深井井点一般按200～250m2的密度布置井距。

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