资源简介

(共72张PPT)
项目一 土方工程
任务三 土方开挖
1.施工准备
(1) 在场地平整施工前，应利用原场地上已有各类控制点，或已有建筑物、构筑物的位置、标高，测设平场范围线和标高。?
(2) 对施工区域内障碍物要调查清楚，制订方案，并征得主管部门意见和同意，拆除影响施工的建筑物、构筑物；拆除和改造通讯和电力设施、自来水管道、煤气管道和地下管道；迁移树木。?
(3) 尽可能利用自然地形和永久性排水设施，采用排水沟、截水沟或挡水坝措施，把施工区域内的雨雪自然水、低洼地区的积水及时排除，使场地保持干燥,便于土方工程施工。?
(4) 对于大型平整场地，利用经纬仪、水准仪，将场地设计平面图的方格网在地面上测设固定下来，各角点用木桩定位，并在桩上注明桩号、施工高度数值,以便施工。?
(5) 修好临时道路、电力、通讯及供水设施，以及生活和生产用临时房屋。
2. 土方边坡与稳定
土方边坡的坡度以挖方深度(或填方深度) h与底宽b之比表示(图1.11)，即?
土方边坡坡度= h/b=1/(b/h)=1∶m?
式中?m=b/h?称为边坡系数。?
1）土方边坡
当地质条件良好、土质均匀且地下水位低于基坑(槽)或管沟底面标高时，挖方边坡可做成直立壁不加支撑，但深度不宜超过下列规定：
密实、中密的砂土和碎石类土(充填物为砂土)：1.0m；
硬塑、可塑的粉土及粉质粘土： 1.25m；?
硬塑、可塑的粘土和碎石类土(充填物为粘性土)：1.5m；
坚硬的粘土： 2m。?
挖土深度超过上述规定时，应考虑放坡或做成直立壁加支撑。
土壁稳定，主要是由土体内摩擦阻力和粘结力保持平衡，一旦失去平衡，土壁就会塌方。造成土壁塌方的主要原因有：
边坡过陡，使土体本身稳定性不够，尤其是在土质差、开挖深度大的坑槽中，常引起塌方。
雨水、地下水渗入基坑，使土体重力增大及抗剪能力降低，是造成塌方的主要原因。
基坑(槽)边缘附近大量堆土，或停放机具、材料，或由于动荷载的作用，使土体产生的剪应力超过土体的抗剪强度。?
2）边坡稳定
边坡开挖时，应由上往下开挖，依次进行。弃土应分散处理，不得将弃土堆置在坡顶及坡面上。当必须在坡顶或坡面上设置弃土转运站时，应进行坡体稳定性验算，严格控制堆栈的土方量。边坡开挖后，应立即对边坡进行防护处理。施工过程中应检查平面位置、水平标高、边坡坡度、压实度、排水、降低地下水位系统，并随时观测周围的环境变化。
土方开挖工程的质量检查主控项目是开挖基坑的标高、长度、宽度以及边坡，此外还应检查表面平整度、基底土性等。
边坡开挖措施:
因此，在土方施工中，要预估各种可能出现的情况，采取必要的措施护坡防坍，特别要注意及时排除雨水、地面水，防止坡顶集中堆载及振动。必要时可采用帆布、塑料薄膜覆盖法，钢丝网、细石混凝土（或砂浆）护坡面层加固。如是永久性土方边坡，则应做好永久性加固措施。当土方工程挖方较深时，施工单位还应采取措施，防止基坑底部土的隆起并避免危害周边环境。
在挖方前，应检查定位放线、做好地面排水和降低地下水位工作，合理安排土方运输车的行走路线及弃土场。
基坑（槽）或管沟开挖时，如果土质或周围场地条件允许，采用放坡开挖往往比较经济。但是在建筑物密集的地区施工，有时不允许按规定的坡度进行放坡，或深基坑开挖时，放坡所增加的土方量过大，就需要用设置支撑或支护的施工方法来保证土方的稳定、保证土方施工的顺利进行和安全，减少对相邻已有建筑物的不利影响。
基坑（槽）支护结构的形式有多种，根据受力状态可分为横撑式支撑、斜柱支撑、锚拉支撑、短桩横隔板支撑和临时挡土墙支撑等。
3.1.1浅基坑（槽）支撑
3.1 基坑（槽）支撑
市政工程施工时，常需在地下铺设管线，因此需开挖沟槽。开挖较窄的沟槽，多用横撑式土壁支撑。横撑式土壁支撑根据挡土板的不同，分为水平挡土板式以及垂直挡土板式（见下页图）两类。水平挡土板的布置又分间断式、断续式和连续式三种；垂直挡土板的布置分断续式和连续式两种。
1）横撑式土壁支撑
分类：1、间断式水平支撑：适于湿度小的粘性土，深
度在2m以内。
2、断续式水平支撑：适于深度在3m以内。
3、连续式水平支撑：适于松散、湿度大的土，
深度为3-5m。
4、连续式或间断式垂直支撑：适于松散和湿度
很高的土，深度不限。
2）其他支撑
对宽度较大、深度不大的浅基坑，其支撑（护）型式常用的有斜柱支撑、锚拉支撑、短桩横隔板支撑和临时挡土墙支撑等。各种支撑的支撑方法和使用条件如下：
a)斜柱支撑；b)锚拉支撑；c)短桩横隔板支撑；d)临时挡土墙支撑
a） 斜柱支撑支撑方法：水平挡土板钉在柱桩内侧，外侧用斜撑支顶，斜撑底端支在木桩上，在挡土板内侧回填土。适用条件：适于开挖较大型、深度不大的基坑或使用机械挖土时使用。
b） 锚拉支撑支撑方法：水平挡土板支在柱桩的内侧，柱桩一端打入土中，另一端用拉杆与锚桩锚紧，在挡土板内侧回填土。适用条件：适于开挖较大型、深度不大的基坑或使用机械挖土，不能安设横撑时使用。
c） 短桩横隔板支撑支撑方法：打入小短木桩，部分打入土中，部分露出地面，钉上水平挡土板，在背面填土夯实。适用条件：适于开挖宽度大的基坑，当部分地段下部放坡不够时使用。
d） 临时挡土墙支撑支撑方法：沿坡脚用砖、石叠砌或用装水泥的聚丙烯丝编织袋、草袋装土、砂堆砌，使坡脚保持稳定。适用条件：适于开挖宽度大的基坑，当部分地段下部放坡不够时使用。
深基坑支护结构一般根据地质条件，基坑开挖深度以及对周边环境保护要求可以采取重力式支护结构、非重力式支护结构、土层锚杆支护结构和土钉墙支护结构等形式。在支护结构的设计与施工中首先要考虑周边环境的保护，其次要满足本工程地下结构施工的要求，再则应尽可能降低造价、便于施工。
深基坑定义：
1.开挖深度超过5m（含5m）的基坑（槽）的土方开挖、支护、降水工程。
2.开挖深度虽未超过5m，但地质条件、周围环境和地下管线复杂，或影响毗邻建筑（构筑）物安全的基坑（槽）的土方开挖、支护、降水工程。
3.1.2 深基坑支护结构
重力式支护结构是通过加固基坑侧壁形成一定厚度的重力式挡墙，达到挡土的目的。常用的有深层搅拌水泥土桩和土钉墙等；
非重力式支护结构是完全依靠挡墙本身的入土深度和刚度来维持坑壁的整体稳定，也称为悬臂式支护结构。在一定条件下为增强挡墙的抗弯能力，可增大挡墙深度，也可设置一道或多道内支撑或坑外拉锚支撑。常用的包括：板桩（钢板桩、混凝土板桩）、排桩（型钢桩、混凝土预制桩、钻孔浇注桩）和地下连续墙等。
1）重力式水泥土墙支护结构
原理：水泥土桩墙（或称深层搅拌桩）支护结构是近年来发展起来的一种重力式支护结构。它是利用特制的深层搅拌机在边坡土体需要加固的范围内，将软土与固化剂强制拌合，使软土硬结成具有整体性、水稳性和足够强度的水泥加固土（搅拌桩），又称为水泥土搅拌桩。
适用：淤泥、淤泥质土、粉质黏土等地基承载力特征值不大于150kP的土层，4～6 m深的基坑，最大可达7～8 m。
a) 定位； b) 预埋下沉； c) 提升喷浆搅拌；d) 重复下沉搅拌；
e) 重复提升搅拌； f) 成桩结束
图 “ 一次喷浆、二次搅拌 ” 施工流程
深层搅拌水泥土桩
水泥土墙通常由水泥土搅拌桩组成格栅式，格栅的置换率（加固土的面积:水泥土墙的总面积）为0.6～0.8。墙体的宽度b，插入深度hd，根据基坑开挖深度h确定，一般b=(0.6～0.8)h，hd=（0.8～1.2）h（下图）。
图 水泥土墙
１—搅拌桩；
２—插筋；３—面板
水泥土搅拌桩支护应用
上海新世纪商厦8m深基坑采用水泥土搅拌桩支护技术
桩长19m，坝宽8.7m，插10m毛竹
南京市级机关33层住宅楼，地下室一层，挖深6m，采用水泥土搅拌桩支护技术
2） 非重力式支护结构?
型钢桩支护是沿挡土位置先设型钢桩到预定深度，然后边挖方边将挡土板塞进两型钢桩之间，组成型钢桩与挡土板复合而成的挡土壁（见下页图）。型钢桩多采用钢轨、工字钢、Ｈ型钢等，间距一般为1.0～1.5m，横向挡板采用厚30～80mm松木板或厚75～100mm预制混凝土板。
（1）型钢桩支护?
图1.21 型钢桩横挡板支护
1-型钢桩；2-横向挡土板；3-木楔
型钢桩特点：
本法结构简单，成本低，沉桩简单易行，噪声低，振动小，材料可回收重复使用，是最常见的一种较简单经济的支护方法；但不能止水，易导致周边地基产生下沉。
适用于土质较好，地下水位较低，深度不很大的一般黏性土、砂土基坑中使用。
挡土灌注桩支护是在基坑周围用钻机钻孔、吊钢筋笼，现场灌注混凝土成桩，形成桩排作挡土支护。桩的排列形式有间隔式、双排式和连接式等（见下页图）。
灌注桩间距、桩径、桩长、埋置深度，根据基坑开挖深度、土质、地下水位高低以及所承受的土压力由计算确定。挡土桩间距一般１～２ｍ，桩直径为0.5～1.1ｍ，埋深为基坑深的0.5～1.0倍。灌注桩一般在基坑开挖前施工，成孔方法有机械和人工开挖两种，后者用于桩径不少于0.8ｍ的情况。
（2）挡土灌注桩支护
图 挡土灌注桩支护
ａ）间隔式；ｂ）双排式；ｃ）连续式
1－挡土灌注桩；2－连续梁（圈梁）；3－前排桩；4－后排桩
特点：挡土灌注桩支护具有桩刚度较大，抗弯强度高，变形相对较小，安全感好，设备简单，施工方便，需要工作场地不大，噪声低、振动小、费用较低等优点。但这种支护止水性差，又不能回收利用。
适用于黏性土、开挖面积较大、较深（大于6ｍ）的基坑以及不允许邻近建筑物有较大下沉、位移时采用。一般土质较好可用于悬臂7～10ｍ的情况，若在顶部设拉杆，中部设锚杆可用于3～4层地下室开挖的支护。
对深度较大面积不大、地基土质较差的基坑，为使围护排桩受力合理和受力后变形小，常在基坑内沿围护排桩（墙），竖向设置一定支承点组成内支撑式基坑支护体系，以减少排桩的无支长度，提高侧向刚度，减小变形。
排桩内支撑支护的特点是：受力合理，安全可靠，易于控制围护排桩墙的变形；但内支撑的设置给基坑内挖土和地下室结构的施工带来不便，需要通过不断换撑来加以克服。适用于各种不易设置锚杆的松软土层及软土地基支护。
（3）排桩内支撑支护
图 内支撑支护
1－围檩；2－纵、横向水平支撑；3－立柱；4－工程桩或专设桩；
5－围护排桩（或墙）
挡土灌注桩支护，一般采取每隔一定距离设置，缺乏阻水、抗渗功能，在地下水较大的基坑应用，会造成桩间土大量流失，桩背土体被掏空，影响支护土体的稳定。为了提高挡土灌注桩的抗渗透功能，一般在挡土排桩的基础上，在桩间再加设水泥土桩，以旋喷水泥浆方式使形成具有一定强度的水泥土桩与混凝土灌注桩紧密结合，组成一道防渗帷幕。
本法的优点是：既可挡土又可防渗透，施工比连续排桩支护快速，节省水泥、钢材，造价较低；但多一道施工高压喷射注浆桩工序。适用于土质条件差、地下水位较高、要求既挡土又挡水防渗的支护结构。
（4）挡土灌注桩与深层搅拌水泥土桩组合支护
图 挡土灌注桩与水泥
土桩组合支护
1－挡土灌注桩；2－水泥土桩
（5）钢板桩支护
钢板桩支护是用一种特制的型钢板桩，借打桩机沉入地下构成一道连续的板墙，作为深基坑开挖的临时挡土、挡水围护结构。但这种支护需用大量特制钢材，一次性投资较高。
钢板桩支护作用：
使地下水在土中的渗流路线延长，减小了动水压力，从而可预防流砂的产生；
钢板桩支护既挡土又防水，特别适于开挖较深、地下水位较高的大型基坑；
可以防止基坑附近建筑物基础下沉。
打入板桩的质量要求：
板桩位置在板桩的轴线上，板壁面垂直，保证平面尺寸准确和垂直度；
封闭式板桩墙要求封闭合拢；
埋置达到规定深度要求，有足够的抗弯强度和防水性能。
钢板桩有平板形和
波浪形两种(如图)。钢
板桩之间通过锁口互相
连接，形成一道连续的
挡墙。由于锁口的连接，
使钢板桩连接牢固，形
成整体，同时也具有较
好的隔水能力。钢板桩截面积小，易于打入。U形、Z形等波浪
式钢板桩截面抗弯能力较好。钢板桩在基础施工完毕后还可拔
出重复使用。
对于钢板桩，通常有三种打桩方法：
（a）单独打入法
此法是从一角开始逐块插打，每块钢板桩自起打到结束中途不停顿。因此，桩机行走路线短，施工简便，打设速度快。但是，由于单块打入，易向一边倾斜，累计误差不易纠正，墙面平直度难以控制。一般在钢板桩长度不大(小于10m)、工程要求不高时可采用此法。
（b）围檩插桩法
要用围檩支架作板桩打设导向装置(下页图)。围檩支架由围檩和围檩桩组成，在平面上分单面围檩和双面围檩，高度方向有单层和双层之分。在打设板桩时起导向作用。双面围檩之间的距离，比两块板桩组合宽度大8～15 mm。
图 围檩插桩法
1—围檩；2—钢板桩；3—围檩支架
双层围檩插桩法是在地面上，离板桩墙轴线一定距离先筑起双层围檩支架(一定高度的钢制栅栏) ，而后将钢板桩依次锁口咬合在双层围檩中全部插好，成为一个高大的钢板桩墙，待四角实现封闭合拢后，再按阶梯型逐渐将板桩一块块打入设计标高。此法优点是可以保证平面尺寸准确和钢板桩垂直度，但施工速度慢，不经济。
（C）分段复打法
分段复打法又称屏风法。此法是在板桩轴线一侧安装好单层围檩支架，将10～20块钢板桩拼装组成施工段插入土中一定深度，形成一段钢板桩墙，即屏风墙。先将其两端的两块打入，严格控制其垂直度，打好后用电焊固定在围檩上，然后将其他的板桩按顺序以1/2或1/3板桩高度打入。此法可以防止板桩过大的倾斜和扭转，防止误差积累，有利实现封闭合拢，且分段打设，不会影响邻近板桩施工。
（6）地下连续墙
地下连续墙就是用专用设备沿着深基础或地下构筑周边采用泥浆护壁开挖出一条具有一定宽度与深度的沟槽，在槽内设置钢筋笼，采用导管法在泥浆中浇筑混凝土，筑成一单元墙段，依次顺序施工，以某种接头方法连接成的一道连续的地下钢筋混凝土墙，以便基坑开挖时防渗、挡土，作为邻近建筑物基础的支护以及直接成为承受直接荷载的基础结构的一部分。
地下连续墙施工工艺：测量放线 导墙施工
地下墙成槽 清基 钢筋笼吊放 水下砼浇注
地下连续墙施工过程示意图
(a)成槽；(b)插入接头管；(c)放入钢筋笼；(d)浇注混凝土
1－已完成的单元槽段；2－泥浆；3－成槽机；4－接头管；5－钢筋笼；6－导管；7－浇筑的混凝土
a、导墙制作
导墙作用：在地下连续墙成槽前，应浇筑导墙和施工便道，导墙制作必须精心施工，导墙质量的好坏直接影响地下连续墙的轴线和标高，导墙的作用是为成槽设备导向、存储泥浆稳定液位，维护上部土体稳定和防止土体坍洛，关键的要求是必须座于原状土上。
导墙施工顺序：平整场地 测量放样 挖槽
浇筑导墙垫层混凝土 钢筋绑扎 立模板浇筑混凝土
养护 设置横向支撑 施工便道
b、泥浆配置
泥浆作用：首先是护壁作用；其次是携渣作用；再就是冷却机具和切土润滑的作用，减少机具磨损，延长机具寿命，提高挖槽效率。
泥浆类别 漏斗粘度s 密度g/cm3 Ph值 失水量ml 含砂量% 泥皮厚mm
新鲜泥浆 22-30 1.05-1.10 7-8.5 〈10 〈3 〈1.5
再生泥浆 30-40 1.08-1.15 7-9 〈15 〈6 〈2.0
成槽中泥浆 22-60 1.05-1.20 7-10 〈20 不可测 不可测
清孔后泥浆 22-40 1.05-1.15 7-10 〈15 〈6 〈2.0
C、成槽
成槽机械：挖斗或铲斗式挖槽机
回转式挖槽机
冲击式凿井机
d、插入接头管
e、放置钢筋笼
f、水下浇筑混凝土
3） 土层锚杆支护结构
（1）原理：土层锚杆又称土锚杆，它一端插入土层中，另一端与挡土结构拉结，借助锚杆与土层的摩擦阻力产生的水平抗力抵抗土侧压力来维护挡土结构的稳定。土层锚杆的施工是在深基坑侧壁的土层钻孔至要求深度，或再扩大孔的端部形成柱状或球状扩大头，在孔内放入钢筋、钢管或钢丝束、钢绞线，灌入水泥浆或化学浆液，使与土层结合成为抗拉（拔）力强的锚杆。在锚杆的端部通过横撑（钢横梁）借螺母联结或再张拉施加预应力将挡土结构受到的侧压力，通过拉杆传给稳定土层，以达到控制基坑支护的变形，保持基坑土体和坑外建筑物稳定的目的。
（2） 土层锚杆的分类
土层锚杆的种类较多，有一般灌浆锚杆、扩孔灌浆锚杆、压力灌浆锚杆、预应力锚杆（视频）、重复灌浆锚杆、二次高压灌浆锚杆等多种，最常用的是前四种。
土层锚杆按使用时间又分永久性和临时性两类。
土层锚杆根据支护深度和土质条件可设置一层或多层。
图 土层锚杆支护型式
ａ）单锚支护；ｂ）多锚支护；ｃ）破碎岩土支护
1－土层锚杆；2－挡土灌注桩或地下连续墙；3－钢横梁（撑）；4－破碎岩土层
（3）土层锚杆的构造与布置
a、构造：锚头、支护结构、拉杆、锚固体等部分。
图 土层锚杆构造
1－挡土灌注桩（支护）；
2－支架；
3－横梁；
4－台座；
5－承压垫板；
6－紧固器（螺母）；
7－拉杆；
8－锚固体（水泥浆或水泥砂浆）
b、布置：包括确定锚杆的尺寸、埋置深度、锚杆层数、锚杆的垂直间距和水平间距、锚杆的倾角等。
①为了不使锚杆引起地面隆起，最上层锚杆的上面要有必要的覆土厚度。
②锚杆数应根据计算确定。
③锚杆的倾角不宜小于12.5°，一般宜与水平成15°～25°倾斜角，且不应大于45°。
④锚杆的尺寸。锚杆的长度通常为15～25ｍ，其中锚杆自由段长度不宜小于5ｍ，锚固段长度一般为5～7ｍ。
c、施工要点：土层锚杆施工一般先将支护结构施工完成，开挖基坑至土层锚杆标高，随挖随设置一层土层锚杆，逐层向下设置，直至完成。
a）施工工艺：施工准备　　　土方开挖　　　测量放线
　　　钻机就位　　　钻孔、成孔　　　插放钢筋
　灌注水泥浆　　　养护　　　锚头锁定
b）成孔机具设备：使用较多的有螺旋式钻孔机、气动冲击式钻孔机和旋转冲击式钻孔面、履带全行走全液压万能钻孔机。
土层锚杆施工
4）土钉墙支护结构
（1）原理：在开挖边坡表面铺钢筋网喷射细石混凝土，并每隔一定距离埋设土钉，使与边坡土体形成复合体，共同工作，从而有效提高边坡稳定的能力，增强土体破坏的延性，变土体荷载为支护结构的一部分，它与上述被动起挡土作用的围护墙不同，而是对土体起到嵌固作用，对土坡进行加固，增加边坡支护锚固力，使基坑开挖后保持稳定。该方法施工设备较简单；比用挡土桩锚杆施工简便；施工速度较快，节省工期；造价较低。
土钉墙支护适用于淤泥、淤泥质土、黏土、粉质黏土、粉土等地基，地下水位较低，基坑开挖深度在15ｍ以内时采用。
图1.28 土钉墙支护
1－土钉；2－喷射混凝土面层；3－垫板
土钉与面层的固定
排水设施的设置图
（2）施工工艺
1）先锚后喷：挖土到土钉位置，打入土钉后，挖第二步土，再打第二层土钉，如此循环到最后一层土钉施工完毕。喷射第一次豆石混凝土厚50mm，随即进行锚固，然后进行第二次喷射混凝土，厚50mm。
2）先喷后锚：挖土到土钉位置下一定距离，铺钢筋网，并预留搭接长度，喷射混凝土至一定强度后，打入土钉。挖第二层土方到第二层土钉位置下一定距离，铺钢筋网，与上层钢筋网上下搭接好，同样预留钢筋网搭接长度，喷射混凝土，打第二层土钉。如此循环直至基坑全部深度。
（3）思考：土钉墙和土层锚杆的区别

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