项目1 土方工程_2 课件(共154张PPT)- 《建筑施工技术》同步教学(西安科大版)

资源下载
  1. 二一教育资源

项目1 土方工程_2 课件(共154张PPT)- 《建筑施工技术》同步教学(西安科大版)

资源简介

(共154张PPT)
项目1 土 方 工 程
1.1 土的工程分类及其工程性质
1.2 土方工程量计算
1.3 基坑施工
1.4 土方机械化施工
1.5 土方填筑与压实
1.6 土方工程模拟实训
  
  场地平整工作完成后便可进行基坑的开挖,基坑的开挖往往涉及一系列的问题,如边坡的稳定、基坑的支护、降低地下水位以及基坑开挖方案的确定等。
1.3 基 坑 施 工
1.3.1 基坑开挖前的施工准备
  1.学习与审查图纸
  施工单位在接到施工图后,应先组织各专业主要人员对图纸进行学习及综合审查,核对平面尺寸和坑底标高,并核对各专业图纸间有无矛盾和差错,熟悉地质、土层和水文勘察资料,了解基础形式、工程规模、结构的形式与特点、工程量和质量要求,弄清楚地下管线、构筑物与地基的关系,进行图纸会审,对发现的问题逐条予以解决。
  2.编制施工方案
  研究制定施工现场基础开挖方案,绘制施工总平面图,确定开挖顺序、范围、基础底面标高、边坡坡度、排水沟和集水井位置以及土方堆场,提出施工机具、劳动力的配备计划,推广新技术计划。深基坑开挖还需提出支护和降水方案。
  3.场地平整及清理障碍物
  平整场地应按建筑总平面图中的标高进行。清理障碍物时一定要弄清楚情况并采取相应的措施,防止发生事故。
  4.测量定位放线
  建筑物的定位是指将建筑物外墙轴线交点测设到地面上,并以此作为基础,测设好细部测设的依据。通常可以根据建筑红线、测量控制点、建筑方格网或已有的建筑物来定位。
  放线是指根据已定位的主轴线交点桩详细测出建筑物其他各轴线交点的位置,并用木桩标定出来,据此按基础宽度和放坡宽度用石灰撒出开挖边界线。
  5.修建临时设施与道路
  施工现场所需临时设施主要包括生产性临时设施和生活性临时设施。生产性临时设施有混凝土搅拌站、各种作业棚、建筑材料堆场及仓库。生活性临时设施主要有宿舍、食堂、办公室、厕所等。所有这些临时设施应尽可能利用永久性工程,按现场施工平面图搭设。
  开工前应修好施工现场内机械的运行道路,主要运输道路宜结合永久性道路的布置修筑,同时做好现场供水、供电、供气以及施工机具和材料进场。
1.3.2 降低地下水位
  在基坑开挖过程中,当基坑底面低于地下水位时,由于土壤的含水层被切断,地下水将不断渗入基坑。这时如不采取有效措施排水,降低地下水位,不但会使施工条件恶化,而且基坑经水浸泡后会导致地基承载力的下降和边坡塌方。因此,为了保证工程质量和施工安全,在基坑开挖前或开挖过程中,必须采取措施降低地下水位,使基坑在开挖过程中坑底始终保持干燥。
  对于地面水(雨水、生活污水),一般采取在基坑四周或流水的上游设排水沟、截水沟或挡水土堤等办法解决。对于地下水则常采用集水井明排降水和井点降水的方法,使地下水位降至所需开挖的深度以下。
  无论采用何种方法,降水工作都应持续到基础工程施工完毕并回填土后才可停止。
  1.集水井明排法
  集水井明排法是在基坑开挖过程中,沿坑底周围或中央开挖有一定坡度的排水沟,再在坑底每隔一定距离(一般为20~40 m)设置一个集水坑,使地下水通过排水沟流入集水坑内,然后用水泵抽走,如图1-13所示。
  
(a) 平面图 (b) 剖面图
1—排水明沟;2—集水井;3—水泵;4—基础外边线;
5—原地下水位线;6—降低后地下水位线
图1-13 明沟与集水井排水
  集水井明排法是一种常用的最经济、最简单的方法,但仅适用于土质较好且地下水位不高的基坑开挖,当土为细砂或粉砂时,易发生流砂现象,此时可采用井点降水的方法。
  1) 集水井与排水明沟的设置
  集水井与排水明沟宜布置在拟建建筑基础边0.4 m以外,沟边缘离开边坡坡脚不应小于0.3 m;排水明沟沟底宽一般不宜小于0.3 m,底面应比挖土面低0.3~0.4 m,排水纵坡宜控制在1‰~2‰ 内;
集水井直径或宽度一般为0.6~0.8 m,其底面应比排水沟底低约0.5 m以上,并随基坑的挖深而加深。当基坑挖至设计标高后,集水井应进一步加深至低于基坑底1~2 m,并铺填约0.3 m厚的碎石滤水层,以免因抽水时间较长而携带大量泥砂,并防止集水井的土被扰动。
  2) 水泵的选用
  集水井明排水用水泵从集水井中抽水,常用的水泵有潜水泵、离心水泵和泥浆泵。一般所选用水泵的抽水量为基坑涌水量的1.5~2倍。
  3) 流砂的发生与防止
  当基坑挖至地下水位以下且采用集水井排水时,如果坑底、坑壁的土粒形成流动状态随地下水的渗流不断涌入基坑,则称这种现象为流砂。
  发生流砂时,土完全丧失承载力,土边挖边冒,很难挖到设计深度,会给施工带来极大困难,严重时还会引起边坡塌方,甚至危及临近建筑物。
  影响流砂现象的关键因素是动水压力的大小与方向,所以,防治流砂的主要途径是减小或平衡动水压力,或者改变动水压力的方向。其具体措施有:抢挖法、打钢板桩法、井点降低地下水位等方法,此外,还可选择在枯水期施工或在基坑四周修筑地下连续墙止水。
  2.井点降水法
  井点降水就是在基坑开挖前,预先在基坑周围埋设一定数量的滤水管(井),利用抽水设备不断抽出地下水,使地下水位降低到坑底以下,直至基础工程施工完毕,使所挖的土始终保持干燥状态。
  井点降水法改善了工作条件,防止了流砂的发生。同时,由于地下水位降落过程中动水压力向下作用与土体自重作用,使基底土层压密,提高了地基土的承载能力。
  井点降水法按其系统的设置、吸水原理和方法的不同,可分为轻型井点、喷射井点、电渗井点、深井井点和管井井点,见表1-2。可根据基础规模、土的渗透性、降水深度、设备条件及经济性选用不同的井点降水方法,其中轻型井点属于基本类型,应用最广泛。
  表1-2 井点降水类型及适用条件
  1) 轻型井点
  轻型井点沿基坑四周每隔一定距离将若干直径较小的井点管埋入蓄水层内,井点管上端伸出地面,通过弯联管与总管相连并引向水泵房,利用抽水设备将地下水从井点管内不断抽出,使地下水位降至坑底以下,如图1-14、图1-15所示。
  
  
图1-14 轻型井点降水法全貌
图1-15 轻型井点施工图
  (1) 轻型井点的组成。
  轻型井点主要由管路系统和抽水设备两部分组成。
  ① 管路系统。管路系统包括滤管、井点管、弯联管及总管。
  滤管是地下水的吸入口,一般采用长1~1.5 m、直径38~50 mm的无缝钢管。管壁上钻有直径为12~18 mm的滤水孔,呈梅花形排列,滤孔面积为滤管表面积的20%~25%,外包两层滤网,内层细滤网采用30~80目的金属或尼龙网,外层粗滤网采用5~10目金属网或尼龙网。
为了使吸水通畅,避免滤孔淤塞,在管壁与滤网之间用金属丝绕成螺旋形隔开,滤网的最外面再绕一层粗金属网。滤管的上端与井点管相连,下端有一铸铁头,便于插入土层并阻止泥砂进入。
  井点管采用长为5~7 m、直径为38~50 mm的钢管,可用整根或分节组成,上端用弯联管与总管相连。
  弯联管一般用塑料透明管或橡胶管制成,上面装有阀门,以便调节或检修井点。
  总管一般用直径为75~110 mm的无缝钢管分节连接而成,每节长4 m,每隔0.8~1.6 m设一个与井点管连接的短接头,按2.5‰~5‰坡度坡向泵房。
  ② 抽水设备。抽水设备常用的有干式真空泵井点设备和射流泵井点设备两类。
  (2) 轻型井点的布置。
  轻型井点的布置,应根据基坑的大小和深度、土质、地下水位的高低与流向、降水深度要求等因素确定,设计时主要考虑平面和高程两个方面。
  ① 平面布置。当基坑或沟槽宽度小于6 m且降水深度不超过6 m时,可用单排井点,将井点管布置在地下水上游一侧,两端的延伸长度不宜小于该坑或槽的宽度,如图1-16所示;若基坑宽度大于6 m或土质不良,则宜采用双排井点,如图1-17所示;对于面积较大的基坑宜采用环形井点布置,如图1-18所示。
1—总管; 2—井点管; 3—抽水设备;
(a) 平面布置 (b) 高程布置   图1-16 单排线状井点布置
(a) 平面布置 (b) 高程布置
图1-17 双排线状井点布置
  
  
   (a) 平面布置 (b) 高程布置
  
图1-18 环状井点布置
  井点管距离基坑壁不宜过小,一般取0.7~1.2 m,以防止坑壁发生漏气而影响系统中的真空度。井点管间距按计算或经验确定,一般为0.8~1.6 m,靠近河流处或总管四角部位,井点管应适当加密。
  当采用多套抽水设备时,井点系统应分段,各段长度应大致相等,分段地点宜选择在基坑转弯处,以减少总管弯头数量,提高水泵抽吸能力。水泵宜设置在各段总管中部,使泵两边水流平衡。分段处应设阀门或将总管断开,以免管内水流紊乱,从而避免其影响抽水效果。
  ② 高程布置。轻型井点的降水深度从理论上讲可达10 m左右,但由于抽水设备的水头损失,实际降水深度一般不大于6 m。井点管的埋设深度H(不包括滤管)可按下式计算:
   H ≥ H1 + h + iL
  式中:H1 ——井点管埋设面到基坑底面的距离(m);
  h ——基坑底面至降低后的地下水位线的距离,一般取0.5~1.0 m(人工开挖取下限,机械开挖取上限);
  i ——降水曲线坡度,可取实测值或按经验,单排井点取1/4,双排井点取1/7,环形井点取1/10~1/15;
  L ——井点管中心至基坑中心的水平距离,单排井点为至基坑另一边的距离(m)。
  如H值小于降水深度6 m,可用一级井点,H值稍大于6 m时,若降低井点管的埋设面后可满足降水深度要求,仍可采用一级井点;当一级井点达不到降水深度要求时,可采用二级井点或多级井点,即先挖去第一级井点所疏干的土,然后在其底部埋设第二级井点,如图1-19所示。
  
图1-19 二级轻型井点示意图
  确定井点埋深时应考虑到井点管一般要露出地面0.2 m左右。
  对于滤管来说,任何情况下滤管必须埋在透水层内。
  (3) 轻型井点的计算。
  轻型井点的计算主要包括涌水量计算、井点管数量与间距的确定、抽水设备的选用等。
  ① 涌水量计算。
  井点系统涌水量受诸多不易确定的因素影响,计算比较复杂,难以得出精确值,目前一般是按水井理论进行近似计算的。
  水井的类别有多种,如图1-20所示,根据井底是否达到不透水层,水井可分为完整井和非完整井,井底到达含水层下面的不透水层顶面的井称为完整井,否则称为非完整井。
  
图1-20 水井的分类
  根据地下水有无压力,水井又可分为承压井和无压井。
  对于无压完整井的环形井点系统,群井涌水量计算公式为
   (1-2)
  式中:Q ——井点系统的涌水量(m3/d);
  K ——土的渗透系数(m/d);
  H ——含水层厚度(m);
  S ——水位降低值(m);
  R ——抽水影响半径(m);
  xo ——环状井点系统的假想半径(m)。
  按式(1-2)计算涌水量时,需先确定R、xo、K值。
  对于矩形基坑,其长度与宽度之比不大于5时,R、xo值可分别按下式计算:
  
  
  式中:F为环状井点系统包围的面积(m2)。
  渗透系数K值直接影响降水效果,一般可根据地质勘探报告提供的数据或通过现场抽水试验确定K值。
  对于无压非完整井的环形井点系统,地下潜水不仅会从井的侧面流入,还会从井点底部渗入,因此涌水量比完整井大。为了简化计算,仍可按式(1-2)计算,但此时式中H应换成有效抽水影响深度H0,H0值可按表1-3确定,当算得H0大于实际含水量厚度时,仍取H值。
   表1-3 抽水影响深度H0 m
  注:s′ 为井点管中水位降低值;l为滤管长度。
  承压完整井的环状井点系统的涌水量计算公式为
  
  式中:M ——承压含水层的厚度(m);
  K、S、R、xo ——与公式(1-2)相同。
  承压非完整井的环状井点系统的涌水量计算公式为
  式中:r ——井点管半径(m);
  l ——滤管长度(m);
  K、S、R、xo——与公式(1-2)相同。
  若用以上各式计算轻型井点系统涌水量,要先确定井点系统布置方式和基坑计算图形面积。如矩形基坑的长宽比大于5或基坑宽度大于抽水影响半径的两倍时,需将基坑分块,使其符合上述各式的适用条件,然后分别计算各块的涌水量和总涌水量。
  ② 确定井点管数量及井距。
  确定井点管数量需要先确定单根井点管的出水量,其最大出水量按下式计算:
  
  式中:d ——滤管直径(m);
  l ——滤管长度(m);
  K ——渗透系数(m/d)。
  井点管数量由下式确定:
  
  式中:1.1为井点管备用系数。
  井点管最大间距为
  
  式中:L为总管长度(m)。
  实际采用的井点管间距应大于15D,不能过小,以免彼此干扰,影响出水量,并且还应与总管接头的间距(0.8 m、1.2 m、1.6 m)相吻合,最后根据实际采用的井点管间距,确定井点管根数。
  【例题】 某工程基坑宽10 m,长19 m,深4.1 m,挖土边坡1∶0.5,地下水位在室外地坪以下0.6 m。根据地质勘察资料,该处地面下0.7 m为杂填土,此层下面有6.6 m的细砂层,土的渗透系数K = 5 m/d,再往下为不透水的黏土层。现采用轻型井点设备人工降低地下水位,机械开挖土方,试对该轻型井点系统进行设计。
  解 ① 井点系统布置。
  该基坑顶部平面尺寸约为14 m × 23 m,布置环状井点,井点管距离边坡为0.8 m。
  要求降水深度为
  S = 4.10 - 0.6 + 0.5 = 4.0 m
  因此,采用一级轻型井点系统即可满足要求,总管和井点管布置在同一水平面上。
  总管长度为
  L总 = (23 + 14) × 2 + 8 × 0.8 = 80.4 m
  井点管要求埋设深度为
  
  因此,可采用直径为50 mm、长度为6 m的井点管,井点管露出地面0.2 m,埋入土中5.8 m,满足埋深要求。
  采用直径50 mm、长度为1.5 m的滤管,滤管底部距不透水层的距离为
  5.8 + 1.5 = 7.3 m
  根据自然土质情况,不透水层的顶部距离地面为0.7 + 6.6 = 7.3 m,因此,可按无压完整井进行设计和计算。
  ② 基坑总涌水量计算。
  含水层厚度:
  H = 7.3 - 0.6 = 6.7 m
  降水深度:
  s = 4.1 - 0.6 + 0.5 = 4.0 m
  基坑假想半径:由于该基坑长宽比不大于5,所以可化简为一个假想半径为xo的圆井进行计算:
  抽水影响半径:
  
  基坑总涌水量:
  
  ③ 计算井点管数量和间距。
  单井出水量:
  
  井点管数量:
  
  在基坑四角处井点管应加密,如考虑每个角加2根井管,采用的井点管数量为22 + 8 = 30根。
  井点管间距平均为
  
  布置井点管时,为让开机械挖土开行路线,宜布置成端部开口(即留3根井管数量距离),因此,实际需要井点管数量为
  
  (4) 轻型井点的施工。
  轻型井点系统的施工主要包括施工准备、井点系统的安装、使用及拆除。
  井点系统的安装顺序是:埋设总管→冲孔→埋设井点管→灌填砂滤层→用弯联管将井点管与总管连接→安装抽水设备。
  井点管的埋设一般用水冲法进行,它包括冲孔与埋管两个过程,如图1-21所示。
  
图1-21 井点管的埋设
  冲孔时,先用起重设备将冲管吊起并插在井点的位置上,然后开动高压水泵,将土冲松,冲管则边冲边沉。冲孔直径一般为300 mm,以保证井管四周有一定厚度的砂滤层;冲孔深度宜比滤管底深0.5 m左右,以防冲管拔出时部分土颗粒沉于底部而触及滤管底部。
  井孔冲成后,立即拔出冲管,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。砂滤层一般宜选用干净粗砂,填灌均匀,并填至滤管顶上1~1.5 m,以保证水流畅通。
  井点填砂后,在地面以下0.5~1.0 m内必须用黏土封口,以防漏气。
  井点管埋设完毕,应接通总管与抽水设备进行抽水试验,以检查有无死井(井点管淤塞)或漏气、漏水现象。
  井点系统的使用过程中应连续抽水,时抽时停会抽出大量泥沙,使滤管淤塞,并可能造成附近建筑物因土粒流失而沉降开裂。
  井点降水工作结束后所留的井孔必须用砂砾或黏土填实。
  (5) 井点回灌。
  在降水的同时,由于挖掘部位地下水的降低导致其周围地区地下水位随之下降,使土层中因失水而产生压密,容易导致周围邻近建筑物的不均匀沉降或开裂。为了防止这种不利情况的发生,通常需要设置回灌井点以进行井点回灌。
  井点回灌就是在井点降水的同时将抽出的地下水通过回灌井点再灌入地基土层内,水从井点周围土层渗透,在土层中形成一个和降水井点相反的倒转降落漏斗,使降水井点的影响半径不超过回灌井点的范围。
这样,回灌井点就似一道隔水帷幕,阻止回灌井点外侧的建筑物地下水流失,使地下水位基本保持不变,土层压力仍处于原始平衡状态,从而有效地防止降水井点对周围建筑物的影响,如图1-22、图1-23所示。
  回灌水宜采用清水,以免阻塞井点,回灌水量和压力大小均须通过计算得到,并通过对观测井的观测加以调整,既要起到隔水帷幕的作用,又要防止回灌水外溢而影响基坑内正常作业。
  回灌井点的埋设深度应根据透水层深度来决定,要保证基坑的施工安全和回灌效果。
  
  
图1-22 回灌井点构造图
图1-23 回灌井点示意图
  回灌井点的滤管部分从地下水位以上0.5 m处开始直至井管底部,也可采用与降水井点管相同的构造,但须保证成孔和灌砂的质量。
  回灌井点与降水井点之间应保持一定距离,一般应不少于6 m,防止降水、回灌两进“相通”,启动和停止应同步。
  井点回灌时,应在降、灌水区域附近设置一定数量的沉降观测点及水位观测井,定时观测、记录,及时调整降、灌水量,以保持水幕作用。
  2) 喷射井点
  当基坑开挖所需降水深度超过6 m时,一级的轻型井点就难以收到预期的降水效果,这时如果场地许可,可以采用二级甚至多级轻型井点以增加降水深度,达到设计要求。但是这样一来会增加基坑土方施工工程量和降水设备用量从而延长工期,二来也扩大了井点降水的影响范围而对环境不利。因此,可考虑采用喷射井点。
  根据工作流体的不同,以压力水作为工作流体的为喷水井点,以压缩空气作为工作流体的是喷气井点,两者的工作原理是相同的。
  喷射井点系统主要由喷射井点、高压水泵(或空气压缩机)和管路系统组成。
  喷射井管由内管和外管组成,内管的下端装有喷射扬水器,与滤管相连。当喷射井点工作时,由地面高压离心水泵供应的高压工作水经过内外管之间的环行空间直达底端,在此处工作流体由特制内管的两侧进水孔至喷嘴喷出,在喷嘴处由于断面突然收缩变小,使工作流体具有极高的流速(30~60 m/s),
在喷口附近造成负压(形成真空),将地下水经过滤管吸入,吸入的地下水在混合室与工作水混合,然后进入扩散室,水流在强大压力的作用下把地下水连同工作水一起扬升出地面,经排水管道系统排至集水池或水箱,一部分用低压泵排走,另一部分供高压水泵压入井管外管内作为工作水流。如此循环作业,将地下水不断地从井点管中抽走,使地下水渐渐下降,达到设计要求的降水深度。
  喷射井点用作深层降水的适用范围为粉土、极细砂和粉砂。砂粒较粗时,由于出水量较大,循环水流就显得不经济,这时宜采用深井泵。一般一级喷射井点可降低地下位8~20 m,有时甚至可达20 m以上。
  3) 电渗井点
  在黏土和粉质黏土中进行基坑开挖施工,由于土体的渗透系数较小,为加速土中水分向井点管中流入,提高降水施工的效果,除了应用真空产生抽吸作用以外,还可加用电渗。
  电渗井点一般与轻型井点或喷射井点结合使用,利用轻型井点或喷射井点管本身作为阴极,同时利用一金属棒(钢筋、钢管、铝棒等)作为阳极,当通入直流电(采用直流发电机或直流电焊机)后,带有负电荷的土粒即向阳极移动(电泳作用),而带有正电荷的水则向阴极方向集中,产生电渗现象,见图1-24。在电渗与井点管内的真空双重作用下,强制黏土中的水由井点管快速排出,井点管连续抽水,从而使地下水位渐渐降低。
  
图1-24 电渗井点
  因此,对于渗透系数较小(小于0.1 m/d)的饱和黏土,特别是淤泥和淤泥质黏土,单纯利用井点系统的真空产生的抽吸作用可能较难将水从土体中抽出排走,利用黏土的电渗现象和电泳作用特性,一方面可以加速土体固结,增加土体强度,另一方面也可以达到较好的降水效果。
  4) 深井井点
  对于渗透系数大、涌水量大,降水较深的非砂类土和用其他井点降水不易解决的深层降水,可采用深井井点系统。
  深井井点降水是在深基坑的周围埋置深于基坑的井管,使地下水通过设置在井管内的潜水电泵将地下水抽出,地下水位低于坑底其构造见图1-25。
  深井井点降水具有排水量大、降水深(可达50 m)、不受吸程限制、排水效果好、井距大、对平面布置的干扰小等优点,可用于各种不同情况,并且不受土层限制。其成孔(打井)用人工或机械均可,施工上较易实现。
井点的制作、降水设备及操作工艺、维护均较简单,施工速度快。井点管采用钢管和塑料管时,可以整根拔出重复使用。
  深井井点的缺点是一次性投资大,成孔质量要求严格,降水完毕,井管拔出较困难。
  深井井点适用于渗透系数较大(10~250 m/d)、土质为砂类土、地下水丰富、降水深、面积大、时间长的情况,在有流砂和重复挖填土方区使用下效果尤佳。
  
图1-25 深井构造
  5) 管井井点
  对于渗透系数为20~200 m/d且地下水丰富的土层、砂层,用明排水会造成土颗粒大量流失,引起边坡塌方,用轻型井点难以满足排降水的要求,此时可采用管井井点。
  管井井点是沿基坑每隔一定距离设置一个管井,或在坑内降水时每隔一定距离设置一个管井,每个管井单独用一台水泵不断抽取管井内的水来降低地下水位,如图1-26所示。其管井的滤管见图1-27。
  
  
图1-26 管井井点降水
图1-27 管井井点的滤管
  管井井点具有排水量大、排水效果好、设备简单、易于维护等特点,降水深度可达3~5 m,可代替多组轻型井点作用。
1.3.3 基坑支护
  基坑开挖前应根据工程结构形式、基础埋置深度、地质条件、施工方法及工期等因素,确定基坑支护形式,并编制专项施工方案。
  1.土方边坡
  为了防止土壁塌方,保证施工安全,当挖方超过一定深度或填方超过一定高度时,所做成的一定形式的边坡称为土方边坡。
  土方边坡的坡度用其高度H与底宽B之比来表示,即
  
  式中:m = B/H称为边坡系数。
  边坡坡度应根据土质条件、开挖深度、开挖方法、排水情况、地下水位情况、边坡留置时间、边坡上部荷载情况、相邻建筑物情况及气候条件等因素确定,可做成直线形、折线形或阶梯形,如图1-28所示。
  
图1-28 土方边坡
  永久性挖方边坡应按设计要求放坡,在坡体整体稳定的情况下,如地质条件良好、土(岩)质较均匀,高度在3 m以内的临时性挖方边坡值应符合表1-4的规定。
  表1-4 临时性挖方边坡坡度值
  2.土壁支撑
  开挖狭窄的基坑(槽)或管沟时,可采用横撑式钢木支撑,如图1-29所示。
  贴附于土壁上的挡土板,可水平铺设或垂直铺设,也可断续铺设或连续铺设。
  断续式水平挡土板支撑用于湿度小的黏性土及挖土深度小于3 m时的土;连续式水平挡土板支撑用于挖土深度不大于5 m、较潮湿或松散的土;连续式垂直挡土板支撑则常用于湿度很高及松散的土,它对挖土深度没有限制。
(a) 断续式水平挡土板;(b) 连续式水平挡土板;(c) 连续式垂直挡土板
1—挡土板;2—方木;3—工具式横撑;4—撑木;5—木楔
  
图1-29 横撑式支撑
  采用横撑式支撑时,应随挖随撑,支撑要牢固。拆除时,应按回填顺序依次进行,多层支撑应自下而上逐层拆除,随拆随填。
  3.基坑支护
  基坑支护的方法应根据工程特点、土质条件、地下水位、开挖深度、施工方法及相邻建筑等情况,经技术经济比较后选定。其种类可分为加固型支护、边坡稳定型支护、支挡型支护及各种类型支护相结合使用的混合型支护。混合型支护多用于深基坑的支护。
  加固型支护对基坑边坡滑动棱体范围内及其附近土体进行加固,以改善其物理力学性能,使其成为具有一定强度和稳定性的土体结构,从而保证边坡稳定,并兼有抗渗作用。其主要结构形式有深层搅拌水泥土桩(深层搅拌法)、高压喷射桩(高压喷射注浆法)等。
  边坡稳定型支护指在基坑土壁内埋入土钉或锚杆以增加土层的稳定性。其主要形式有土钉支护、土层锚杆支护等。
  支挡型支护利用设置在基坑土壁上的支挡构件承受土壁的侧压力及其他荷载以保持土体结构稳定。其主要形式有排桩式支护、板桩式支护等。
  1) 深层搅拌水泥土桩支护
  深层搅拌水泥土桩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,又称为水泥土搅拌桩,见图1-30,其工艺流程如图1-31所示。
  
图1-30 深层搅拌水泥土桩
  
图1-31 深层搅拌水泥土桩施工工艺流程
  深层搅拌法利用的固化剂为水泥浆或水泥砂浆,水泥的掺量为加固土重的7%~15%,水泥砂浆的配合比为1∶1或1∶2。
  (1) 深层搅拌机。
  深层搅拌机是深层搅拌水泥土桩施工的主要机械。目前国内外已应用的有中心管喷浆方式和叶片喷浆方式。前者输浆方式中的水泥浆是从两根搅拌轴之间的另一根管子输出,不影响搅拌均匀度,可适用于多种固化剂;后者水泥浆是从叶片上若干个小孔喷出,这样可使水泥浆与土体混合较均匀,适用于大直径叶片和连续搅拌,但因为喷浆孔小易堵塞,它只能用于纯水泥浆而不能用于其他固化剂。
  (2) 施工工艺。
  ① 定位:用起重机悬吊搅拌机到达指定桩位,然后对中。
  ② 预拌下沉:待深层搅拌机的冷却水循环正常后,启动搅拌机,放松起重机钢丝绳,使搅拌机沿导向架搅拌切土下沉。
  ③ 制备水泥浆:待深层搅拌机下沉到一定深度时,开始按设计确定的配合比拌制水泥浆,压浆前将水泥浆倒入集料斗中。
  ④ 提升、喷浆、搅拌:待深层搅拌机下沉到设计深度后,开启灰浆泵将水泥浆压入地基,且边喷浆、边搅拌,同时按设计确定的提升速度提升深层搅拌机。
  ⑤ 重复上下搅拌:为使土和水泥浆搅拌均匀,可再次将搅拌机边旋转边沉入土中,至设计深度后再提升出地面。桩体要求互相搭接,搭接长度应大于200 mm,以形成整体。
  ⑥ 清洗、移位:向集料斗中注入适量清水,开启灰浆泵,清除全部管路中残存的水泥浆,并将黏附在搅拌头的软土清洗干净,然后移位,进行下一根桩的施工。
  2) 高压喷射桩支护
  高压喷射桩是利用工程钻机钻孔至设计标高后,将钻杆从地基深处逐渐上提,同时利用安装在钻杆端部的特殊喷嘴向周围土体喷射固化剂,将软土与固化剂强制混合,使其胶结硬化后在地基中形成直径均匀的圆柱体,该固化后的圆柱体称为喷射桩,桩体相连形成帷幕墙,用作支护结构,见图1-32,工艺流程如图1-33所示。
  
图1-32 高压喷射注浆机
  
图1-33 高压喷射注浆(旋喷)施工顺序图
  高压喷射桩的注浆形式分为旋喷注浆、摆喷注浆和定喷注浆三种类别。定喷适用于粒径不大于20 mm的松散地层;摆喷适用于粒径不大于60 mm的松散地层,大角度摆喷适用于粒径不大于100 mm的松散地层;旋喷适用于卵砾石地层及基岩残坡积层。
  (1) 钻孔机。
  高压喷射桩所用的施工机械为钻孔机。根据喷射方法的不同,钻孔机可分为单管钻孔机、双重管钻孔机和三重管钻孔机,施工时应根据设计桩径进行选用。
  ① 单管:单层喷射管,仅喷射水泥浆。
  ② 双重管:同时喷射高压水泥浆和空气两种介质。
  ③ 三重管:使用时分别输送水、空气和浆液三种介质。
  (2) 施工工艺。
  利用钻孔机进行高压喷射注浆的工艺流程为:钻机安装、就位→钻孔→插管→高压喷射作业→复喷搭接→冲洗。
  ① 钻机安装、就位:钻机安装在设计的孔位上,使钻杆头对准孔位的中心,为保证钻机达到设计要求的垂直度,钻机就位后,必须对其做水平校正,以使其钻杆轴垂直对准孔中心位置,采用水平尺校正,确保桩身垂直度偏差在1.0%以内。
  ② 钻孔:可采用干作业成孔或泥浆护壁成孔。在成孔过程中,如发现钻杆摇晃难钻时,应放慢进度,否则容易导致桩孔偏斜、位移,甚至会导致钻杆、钻具损坏。钻进的深度取决于入土的位置。钻孔时要做好成孔记录。
  ③ 插管:注浆管随钻机钻头一起钻至预定深度。插管过程中,为防止泥浆堵塞喷嘴,可边射水边插管,水压力一般不超过1 MPa。
  ④ 高压喷射作业:喷管插入预定深度后,由下而上进行喷射作业。水泥浆应在喷注前1小时内搅拌,当喷嘴到达设计高程后,先送高压水清管,然后再注浆。当达到喷射压力及喷浆量后,待水泥浆液返出孔口,开始提升喷嘴。为防止浆管扭断,必须连续不断地提升钻杆。喷射过程中若出现压力突降或骤增,必须查明原因,及时处理。如果孔内漏浆,应停止提升喷嘴。
  ⑤ 复喷搭接:当注浆管不能一次完成提升而需分次拆卸时,拆卸动作要快,卸管后继续喷射,喷射的搭接长度不得小于100 mm。喷射中断0.5小时、1小时、4小时,搭接长度分别为0.2 m、0.5 m、1.0 m。
  ⑥ 冲洗:喷射施工完毕后应迅速拔出注浆管,并把注浆管等机具设备冲洗干净,管内、机内不得残存水泥浆,以防止残存水泥浆硬化堵管。
  3) 土钉墙支护
  土钉墙支护是以土钉作为主要受力构件的边坡支护,它由密集的土钉群、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,又称土钉墙,适用于地下水位以上或经降水措施后的砂土、粉土、黏土等土体,见图1-34,其构造如图1-35所示。
  
  
图1-34 土钉墙支护
图1-35 土钉墙支护构造
  土钉是用做加固或同时锚固原位土体的细长杆件,通常采取在土层中钻孔、置入变形钢筋、沿孔全长注浆的方法做成。
  土钉墙支护的构造要求如下:
  (1) 土钉支护的墙面坡度不宜大于1∶0.1。
  (2) 土钉外露端部和面层应有效连接在一起,并设加强筋和承压板。
  (3) 土钉长度宜为开挖深度的0.5~1.2倍,土钉间距宜为0.6~1.2 m,土钉与水平面夹角为10°~20°。
  (4) 土钉宜选用HRB335、HRB400钢筋,直径16~32 mm,钻孔直径宜为70~120 mm。
  (5) 面层喷射混凝土强度等级不宜低于C20,厚度宜为80~200 mm。
  (6) 喷射混凝土面层中应配有钢筋网,采用HPB235钢筋,钢筋直径宜为6~10 mm,间距宜为150~300 mm,钢筋网搭接长度应大于300 mm。
  (7) 注浆材料为水泥浆或水泥砂浆,其强度等级不低于M10。
  (8) 坡面上可根据具体情况设置泄水孔。
  4) 土层锚杆支护
  土层锚杆支护是由一种设置于钻孔内、端部且伸入稳定土层中的钢绞线、钢丝束、钢筋或钢管与孔内注浆体组成的受拉杆体,它一端与支护结构相连,另一端锚固在土层中,通常对其施加预应力,以承受由土压力、水压力产生的拉力,用以维护构筑物的稳定,见图1-36,其构造如图1-37所示。
  
  
图1-36 土层锚杆支护
图1-37 土层锚杆支护构造
  土层锚杆一般由锚头、自由段和锚固段三部分组成,其中锚固段用水泥浆或水泥砂浆将杆体与土体黏结在一起形成锚杆的锚固体。
  常用的土层锚杆用的拉杆有钢管、粗钢筋、钢丝束和钢绞线(见图1-38),主要根据承载能力和现有材料进行选择。土层锚杆的全长一般在10 m以上,长的可达到30 m。
  (1) 构造要求。
  ① 锚杆上、下排间距不宜小于2.5 m,锚杆水平方向间距不宜小于2.0 m。
  ② 锚杆锚固体上覆土层厚度不应小于4.0 m,锚杆锚固段长度不应小于4.0 m。
  ③ 倾斜锚杆的倾角不应小于13°,并不得大于45°,以15°~35°为宜。
  
图1-38 土层锚杆支护的拉杆
  (2) 施工工艺。土层锚杆的施工过程包括:成孔→安放拉杆→灌浆→张拉→锚固。
  ① 成孔:土层锚杆的成孔可采用螺旋式钻孔机、旋转冲击式钻孔机和冲击式钻孔机,见图1-39。应用较多的是压水钻进法成孔工艺,它可把成孔过程中的钻进、出渣、清孔等工序一次完成。当土层无地下水时,可用螺旋钻干作业法成孔。
  
  
图1-39 土层锚杆钻机
  ② 安放拉杆:拉杆使用前要除锈,钢绞线如涂有油脂,在其锚固段要仔细加以清除,以免影响与锚固体的黏结。成孔后即可将制作好的通长、中间无节点的钢拉杆插入管尖的锥形孔内。
  ③ 灌浆:灌浆是土层锚杆施工中的一个关键工序。常用的灌浆方法为一次灌浆法,即利用压浆泵将水泥浆经胶管压入拉杆内,再由拉杆管端注入锚孔,灌浆压力为0.3~0.5 MPa。待浆液流出孔口时,用水泥袋纸塞入孔内,用湿黏土堵塞孔口,严密捣实,再以400~600 kPa的压力进行补灌,稳压数分钟即可。
  ④ 张拉和锚固:土层锚杆灌浆后,待锚固体强度达到设计强度的80%以上时,便可对锚杆进行张拉和锚固。张拉锚固作业在锚固体及台座的混凝土强度达15 MPa以上时进行。
  5) 排桩式支护
  对不能放坡开挖的基坑,开挖深度在6~10 m时,基坑支护可采用排桩式支护结构。排桩式支护是在基坑周围打排桩挡土以防止基坑边坡塌方。常用的排桩支护为钢筋混凝土灌注桩,如图1-40所示。
  
图1-40 钢筋混凝土排桩支护
  排桩式支护结构的形式可分为柱列式排桩、连续式排桩及组合式排桩。柱列式排桩在边坡土质较好、地下水位较低时,以稀疏灌注桩支挡土坡;连续式排桩在软土中支挡,结构应密排;组合式排桩是在地下水位较高的软土地区,采用灌注桩与水泥土桩相结合的形式。
  排桩形式应根据工程与水文地质条件及当地施工条件确定,桩径应通过计算确定。一般人工挖孔桩桩径不宜小于800 mm,钻孔或冲孔灌注桩桩径不宜小于600 mm。
  排桩中心距可根据桩受力及桩间土稳定条件确定,一般取1.2D~2.0D(D为桩径),砂性土或黏土中宜采用较小桩距。
  排桩支护的桩间土质较好时,可不进行处理,否则应采用横挡板、挂钢丝网喷射混凝土面层等措施维持桩间土的稳定。当桩间渗水时,应在护面上设泄水孔。
  排桩桩顶应设置钢筋混凝土压顶梁,并宜沿基坑成封闭结构。压顶梁工作高度(水平方向)宜与排桩桩径相同,宽度(垂直方向)宜在0.5D~0.8D(D为排桩桩径)。
  在支护结构平面拐角处宜设置角撑,并可适当增加拐角处排桩间距或减少锚固支撑数量。
  支锚式排桩支护结构应在支点标高处设水平腰梁,支撑或锚固应与腰梁连接,腰梁可采用钢筋混凝土或钢梁,腰梁与排桩的连接可采用预埋铁件或锚筋。
  6) 板桩式支护
  板桩式支护是指采用板桩的形式对基坑周围的土体进行支护。
  板桩支护既可挡土又能防水,特别适于开挖深度较深、地下水位较高的大型基坑。板桩支护还可以防止基坑附近的建筑物基础下沉。
  常用的板桩支护有H型钢支柱挡板支护、钢板桩等。
  (1) H型钢支柱挡板支护。这种支护采用H型钢作为支柱,施工时,用桩锤将H型钢按一定间距打入土中,嵌入土层足够的深度后保持稳定,型钢之间加插横板以挡土(随开挖逐步加设),如图1-41所示。
  
图1-41 H型钢横挡板支护
  采用这种方法做基坑支护,其支柱和挡板可回收使用,较为经济。这种方法适用于土质较好的黏土、砂土及地下水位较低的地区。
  (2) 钢板桩支护。这种支护采用钢板桩做支柱,钢板桩之间通过锁口互相连接,形成一道连续的挡墙。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,钢板桩在基础施工完毕后还可拔出重复使用,适用于柔软地基及地下水位较高的深基坑。
  钢板桩按生产工艺可分为热轧钢板桩和冷弯钢板桩,按形式可分为槽型、U型、Z型、一字型及组合型等。
  槽型钢板桩支护是一种简易的钢板桩支护挡墙,由槽钢并排或正反扣搭接组成,如图1-42所示。槽钢长6~8 m,型号由计算确定。由于其抗弯能力较弱,可用于深度不超过4 m的基坑,打入地下后顶部设一道支撑或拉锚。
  U型、Z型钢板桩支护又称波浪形板桩,如图1-43所示,其防水和抗弯性能都较好,施工中应用广泛,适用于开挖深度为5~10 m的基坑,U型钢板桩的材料见图1-44,其锁口形式见图1-45。
  
  
图1-42 槽形钢板桩支护
图1-43 U型钢板桩支护
  
  
图1-44 U形钢板桩
图1-45 钢板桩锁口
  一字型钢板桩又称平板桩,如图1-46所示,其防水和承受轴向压力性能良好,易打入地下,但长轴方向抗弯强度较小,适于开挖一些沟渠,特别是在两个建筑物中间空间不大而又必须开挖的情况。
  
  (a) 一字型 (b) U型
  
图1-46 常用的钢板桩
  组合型钢板桩是将几种不同形式钢板桩组合使用,常应用于开挖深度超过10 m的深基坑。
  钢板桩施工时要正确选择打桩方法和打桩机械,并对流水段进行正确划分,以保证打设后的板桩墙有足够的刚度起到支护防水的作用。
  钢板桩打入法一般分为单独打入法、双层围檩插桩法和分段复打法。
  单独打入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,适用于桩长小于10 m且工程要求不高的钢板桩支撑施工。
  双层围檩插桩法是在板桩的轴线两侧先安装双层围檩(一定高度的钢制栅栏)支架后,再将钢板桩依次锁口咬合全部插入双层围檩间,如图1-47所示。
  
图1-47 围檩插桩法
  分段复打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,如图1-48所示。
  
图1-48 单层围檩分段复打法
  钢板桩在打入前应将桩尖处的凹槽口封闭,避免泥土挤入,锁口处应涂以黄油或其他油脂。当基坑回填土时再拔出钢板桩,拔出前要注意钢板桩的拔出顺序、时间及桩孔处理方法。应及时回填拔桩产生的桩孔,以减少对邻近建筑物等的影响。
  7) 组合型支护
  如果基坑的开挖深度较深且基坑的开挖面积也较大,采用单一的支护形式可能难以满足支护要求,可根据工程特点、现场情况、土质条件等,将上述几种支护形式混合使用,分别如图1-49~图1-53所示。
  例如,对于基坑四周的土壁,可采用排桩式或板桩式支护结构,在基坑内部再配以钢管或钢筋混凝土梁等水平支撑,从而组成牢固的支护体系,以此保证基坑的安全施工。
  
  
图1-49 水泥土搅拌桩 + 内支撑
图1-50 水泥土搅拌桩 + 型钢 + 内支撑
  
  
图1-51 钢筋混凝土内撑支护
图1-52 钢管内撑支护
  
图1-53 地下连续墙 + 钢内撑
  4.地下连续墙
  地下连续墙是一种造价较高的基坑支护形式,它是指利用各种挖槽机械,借助泥浆的护壁作用在地下挖出窄而深的沟槽,并在其内浇筑适当的材料而形成一道具有防渗(水)、挡土和承重功能的连续的地下墙体。
  地下连续墙施工振动小、噪声低,墙体刚度大,防渗性能好,对周围地基无扰动,它可以组成具有很大承载力的任意多边形连续墙来代替桩基础、沉井基础或沉箱基础。
地下连续墙对土壤的适应范围很广,在软弱的冲积层、中硬地层、密实的砂砾层以及岩石的地基中都可施工。地下连续墙初期用于坝体防渗、水库地下截流,后期发展为挡土墙、地下结构的一部分或全部,在房屋的深层地下室、地下停车场、地下街、地下铁道、地下仓库、矿井等均有应用。地下连续墙的工艺布置如图1-54所示。
  
图1-54 地下连续墙用钻抓法施工的工艺布置
  地下连续墙的施工工艺为:在工程开挖土方之前,用特制的挖槽机械在泥浆护壁的情况下,每次开挖一定长度(一个单元槽段)的沟槽,待开挖至设计深度并清除沉淀下来的泥渣后,将地面上加工好的钢筋骨架(一般称为钢筋笼)用起重机械吊放入充满泥浆的沟槽内,用导管向沟槽内浇筑混凝土,由于混凝土是由沟槽底部开始逐渐向上浇筑,所以随着混凝土的浇筑即可将泥浆置换出来。待混凝土浇至设计标高后,一个单元槽即施工完毕。各个单元槽之间由特制的接头连接,最终形成连续的地下钢筋混凝土墙。
  地下连续墙的工艺流程为:导墙施工→泥浆护壁→成槽施工→安放接头管→水下灌注混凝土→拔出接头管。
  
图1-55 导墙施工
  1) 导墙施工
  导墙通常为就地灌注的钢筋混凝土结构。其主要作用是:保证地下连续墙设计的几何尺寸和形状,容蓄部分泥浆,保证成槽施工时液面稳定,承受挖槽机械的荷载,保护槽口土壁不受破坏,它可作为安装钢筋骨架的基准。导墙深度一般为1.2~1.5 m,墙顶要高出地面100~150 mm,以防地表水流入而影响泥浆质量。导墙底不能设在松散的土层或地下水位波动的部位。导墙施工如图1-55所示。
  2) 泥浆护壁
  通过泥浆对槽壁施加压力以保护挖成的深槽形状不变,同时灌注混凝土把泥浆置换出来。泥浆材料通常由膨润土、水、化学处理剂和一些惰性物质组成。泥浆的作用是在槽壁上形成不透水的泥皮,从而使泥浆的静水压力有效地作用在槽壁上,防止地下水的渗水和槽壁的剥落,保持壁面的稳定,同时泥浆还有悬浮土渣和将土渣携带出地面的功能。
  在砂砾层中成槽,必要时可采用木屑、蛭石等挤塞剂防止漏浆。泥浆使用方法分静止式和循环式两种。泥浆在循环式使用时,应用振动筛、旋流器等净化装置。当指标恶化后要考虑采用化学方法处理或废弃旧浆,换用新浆。
  
图1-56 成槽施工
  
图1-57 吊放钢筋笼及接头管
  
图1-58 水下灌注混凝土
  3) 成槽施工
  成槽的专用机械有旋转切削多头钻、导板抓斗、冲击钻等,施工时应根据地质条件和筑墙深度选用。一般土质较软,深度在15 m左右时,可选用普通导板抓斗;对密实的砂层或含砾土层,可选用多头钻或加重型液压导板抓斗;在含有大颗粒卵砾石或岩基中成槽,选用冲击钻为宜。槽段的单元长度一般为6~8 m,通常结合土质情况、钢筋骨架重量及结构尺寸、划分段落等确定。成槽后需静置4小时,并使槽内泥浆比重小于1.3。成槽施工如图1-56所示。
  4) 墙段接头处理
  地下连续墙由许多墙段拼组而成,为保持墙段之间连续施工,接头采用锁口管工艺,即在灌注槽段混凝土前,在槽段的端部预插一根直径和槽宽相等的钢管,即锁口管,待混凝土初凝后将钢管徐徐拔出,使端部形成半凹榫状接状,如图1-57所示。也可根据墙体结构受力需要设置刚性接头,以使先后两个墙段连成整体。
  5) 水下灌注混凝土
  采用导管法按水下混凝土灌注法进行灌注,在用导管开始灌注混凝土前为防止泥浆混入混凝土,可在导管内吊放一管塞,依靠灌入的混凝土压力将管内泥浆挤出。混凝土要连续灌注并连续测量混凝土灌注量及上升高度,溢出的泥浆应送回泥浆沉淀池。浇筑混凝土施工如图1-58所示。
1.3.4 基坑开挖
  基坑开挖的工艺流程为:测量放线→切线分层开挖→排、降水→修坡→整平→留足预留土层等。相邻基坑开挖时应遵循先深后浅或同时进行的施工程序。
  挖土时应自上而下、水平分段分层进行,每层0.3 m左右,边挖边检查坑底宽度及坡度,每3 m左右修一次坡,至设计标高时再统一进行一次外修坡清底。
  基坑开挖应尽量防止对地基土的扰动,当采用机械开挖基坑时,为避免破坏基底土,应在基底标高以上预留一层人工清理。使用铲运机、推土机或多斗挖土机时,预留土层厚度为200 mm;使用正铲、反铲或拉铲挖土机挖土时预留土层厚度为300 mm。
  在地下水位以下挖土,应在基坑四侧或两侧挖好临时排水沟和集水井,将水位降低至坑底以下至少500 mm处,以利于挖方。降水工作应持续到基础(包括地下水位下回填土)施工完成。
  雨季施工时,基坑应分段开挖,挖好一段浇筑一段垫层,并在基坑四周用土堤或挖排水沟来防止地面雨水流入基坑,同时应经常检查边坡的支护情况,以防止坑壁受水浸泡造成塌方。
  弃土应及时运出,在基坑边缘上侧临时堆土或堆放材料以及移动施工机械时,均应与基坑边缘保持1 m以上的距离,以保证坑边边坡的稳定。当土质良好时,堆土或材料应距挖方边缘0.8 m以上,高度不宜超过1.5 m,并应避免在已完基础一侧过高堆土,防止因基础、墙、柱歪斜而酿成事故。
  基坑挖完后应进行地基验槽,做好记录,如发现地基土质与地质勘探报告、设计要求不符,应与有关人员研究并及时处理。

展开更多......

收起↑

资源预览