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第一章 土方工程
概述
土方边破和土壁支护
场地平整
土方工程机械化施工
基坑排水
爆破工程
第二节、土方边坡和土壁支护
在基坑、沟槽开挖过程中，土壁的稳定主要由土体的内摩擦力和粘结力来保持平衡的，一旦在外力作用下失去平衡，土壁会坍蹋，妨害施工，危及附近建筑，导致人身伤亡事故等。
　　为保证施工安全防止坍蹋，土壁应放出足够的边坡，场地受限时或为了减少土方工程量，可设置土壁支撑。
一、土方边坡
边坡大小的决定因素：
　　土质条件、开挖深度、地下水位、施工方法、工期、附近堆土及相临建筑物情况，等。
当土质均匀、地下水位（非承压水）低于沟槽、坑底面作直立壁而不加支撑的限值，详教材表1-3，超过时其放坡系数详教材表1－4、5、6。
造成边坡塌方的主要原因：
１、边坡太陡，土体本身稳定性不够；
２、雨水、地下水或施工用水浸入边坡，土体
重量和抗减能力降低；
３、基坑上边缘附近大量堆土或停放机具，土
体内剪切力大于抗剪强度。
雨季施工时尤其应注意检查，放缓边坡或设置支撑。
注意，施工组织时要考虑不同施工阶段现场的情况。
直线形； b) 折线形； c) 踏步形
土方边坡坡度以其高度H与其底宽度B之比表示土方边坡坡度式中，m=B/H，称为坡度系数。
边坡可做成直线形、折线形或踏步形。
流砂及其防治
当基坑挖到地下水位以下而又采用坑内抽水时，有时坑底下面的土会形成流动状态，随地下水一起涌入坑内，这种现象称为“流砂”。
后果：土会丧失承载能力，工人难以立足，施工条件恶化土边挖边冒，难以达到设计深度，引起边坡塌方，附近建筑物下沉、倾斜甚至倒塌。
流砂发生的原因：动水压力大于水的浸水容重时，土粒处于悬浮状态，能随渗流的水一起流动，带入基坑，便发生流砂现象。
容易发生流砂现象的情况：
1、土的颗粒组成中，粘粒含粒小于10%，粉粒含量大于75%
2、颗粒级配中，土的不均匀系数小于5
3、土的天然空隙比，大于0。75
4、土的天然含水量大于30%
流砂的防治措施：
防治途径：
减小或平衡动水压力；设法是动水压力向下；截断地下水流。
防治措施：
1、枯水期施工；2、抛大石块；3、打钢板桩；4水下挖土法；5、人工降低地下水位；6、地下连续墙。
对于一般的土方开挖，土质及周边条件允许时采用放坡开挖较为经济，但是：
建筑物稠密地区，不能按要求坡度放坡；
当坑槽深度较大于宽度时，放坡土方量所占比列或绝对数量较大。
因而采用土壁支护方法，其形式由工程特点、土质条件、开挖深度和施工方法确定。
开挖基坑（槽）时，如地质条件及周围环境许可，采用放坡开挖是较经济的。
但在建筑稠密地区施工，或有地下水渗入基坑（槽）时往往不可能按要求的坡度放坡开挖，这时就需要进行基坑（槽）支护，以保证施工的顺利和安全，并减少对相邻建筑、管线等的不利影响。
二、土壁支护
基槽支护
开挖较窄的沟槽，多用横撑式土壁支撑。
水平挡土板式（a） 垂直挡土板式（b）
湿度小的粘性土挖土 间断式水平支撑 深度小于3m
对松散、湿度大的土 连续式水平支撑 深度可达5m
松散和湿度很高的土 垂直式支撑 深度不限
1— 水平挡土板
2—立柱
3—工具式横撑
4—垂直挡土板
5—横楞木
6—调节螺丝
基坑支护
分类：加固型支护，支挡型支护，两种结合型
加固型支护：
深层搅拌水泥土桩墙
高压喷射旋喷桩支护（详教材，略）
支挡型支护：
土钉支护 土层锚杆 排桩式（详教材，略）
钢板桩 单锚板桩
1、深层搅拌水泥土桩墙
通过搅拌桩机将水泥与土进行搅拌，形成柱状的水泥加固土（搅拌桩）。
水泥掺量 通常12%~15%
水泥土的强度可达0.8～1.2MPa
渗透系数很小，一般不大于10～6cm/s
作用 水泥土搅拌桩搭接而形成水泥土墙，具有挡土
作用，又有隔水作用。
适用范围 4～6m深的基坑，最大可达7～8m。
水泥土墙通常布置成格栅式，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估算，
一般： b=(0.6～0.8)h hd =（0.8～1.2）h
水泥土墙的设计
设计内容：主要包括整体稳定、抗倾覆稳定、抗滑移稳定、位移等，有时还应验算抗渗、墙体应力、地基强度等。（略）
深层搅拌桩挡墙
水泥土搅拌桩的施工机械
组成 深层搅拌机（主机）、机架及灰浆搅拌机、灰浆泵等配套机械
常用的机架有三种形式：
塔架式、桅杆式、履带式。
前两种构造简便、易于加工，在我国应用较多，但其搭设及行走较困难。
履带式的机械化程度高，塔架高度大，钻进深度大，但机械费用较高。
水泥土搅拌桩的施工机械
1—主机；2—机架；3—灰浆拌制机；4—集料斗；5—灰浆泵；6—贮水池；
7—冷却水泵；8—道轨；9—导向管；10—电缆；11—输浆管；12—水管
水泥土搅拌桩的施工工艺
“一次喷浆、二次搅拌”
“二次喷浆、三次搅拌”
水泥掺量较小，土质较松时，可用前者。
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
水泥土搅拌桩的施工工艺
当采用“二次喷浆、三次搅拌”工艺时可在图示步骤e）作业时也进行注浆，以后再重复d）与e）的过程。
施工注意事项：
水泥浆配合比、搅拌制度、水泥浆喷射速率与提升速度的关系、每根桩的水泥浆喷注量，以保证注浆的均匀性与桩身强度。
控制桩的垂直度、桩的搭接，以保证水泥土墙的整体性与抗渗性。
2、板桩
板式支护结构组成：
挡墙系统 支撑(或拉锚)系统
悬臂式板桩支护结构不设支撑(或拉锚)
板式支护结构
1—板桩墙；2—围檩；3—钢支撑；4—斜撑；5—拉锚；
6—土锚杆；7—先施工的基础；8—竖撑
挡墙系统常用的材料有槽钢、钢板桩、钢筋混凝土板桩、灌注桩及地下连续墙等。
支撑系统一般采用大型钢管、H型钢或格构式钢支撑，或现浇钢筋砼。
拉锚系统一般用钢筋、钢索、型钢或土锚杆。
根据基坑开挖的深度及挡墙系统的截面性能可设置一道或多道支点。或采用悬臂式挡墙而不设支点。
支撑或拉锚与挡墙系统通过围檩、冠梁等连接成整体。
钢板桩形式：
平板形 波浪形。
钢板桩之间通过锁口互相连接，连接牢固，形成一道整体连续的挡墙，具有较好的隔水能力。
钢板桩截面积小，易打入。波浪式截面抗弯能力较好。
钢板桩在基础施工完毕后还可拔出重复使用。
钢板桩
3、钢板桩施工
板桩墙的施工方法随挡墙系统的形式而异。
钢板桩、混凝土板桩 打入法（振动沉入）
灌注桩及地下连续墙 就地成孔(槽)现浇
板桩施工要正确选择打桩方法、打桩机械、流水段划分，以便使打设后的板桩墙有足够的刚度和良好的防水作用，且板桩墙面平直，以满足基础施工的要求，对封闭式板桩墙还要求封闭合拢。
钢板桩 打桩方法
三种：单独打入法 围檩插桩法 分段复打桩
单独打入法
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。
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，而后将钢板桩依次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。
围檩插桩法
围檩支架作板桩打设导向装置。
围檩：由围檩和围檩桩组成
平面：分单面围檩和双面围檩
竖向：单层、双层。
双面围檩之间的距离，比两块板桩组合宽度大8～15mm大。
分段复打桩 屏风法
将10～20块钢板桩组成的施工段沿单层围檩插入土中一定深度形成较短的屏风墙，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。
优点：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。
桩锤过重，产生板桩顶部纵向弯曲，一般情况下，桩锤重量约为钢板桩重量的2倍。
锤体外形尺寸，其宽度不能大于组合打入板桩块数的宽度之和。
地下工程施工结束后，钢板桩一般都要拔出，以便重复使用。钢板桩的拔除要正确选择拔除方法与拔除顺序，由于板桩拔出时带土，往往会引起土体变形，对周围环境造成危害。必要时还应采取注浆填充等方法。
支护结构破坏形式
(1) 整体失稳
松软地层 基坑平面尺寸较大 板桩墙插入深度不够
或施工时几何形状和相互连接不符合要求，支撑位置不当，支撑与围檩系统结合不牢等原因
板桩墙产生位移过大的前倾或后仰，基坑外土体大滑坡。
(2) 基坑隆起
软弱的粘性土层 当基坑内的土体不断挖去，板桩墙内外土面的高差等于墙外在基坑开挖水平面上作用一附加荷载。挖深增大，荷载亦增加。若墙体入土深度不足，则会使基坑内土体大量隆起，基坑外土体过量沉陷，支撑系统应力陡增，导致支护结构整体失稳破坏。
(3) 管涌及流砂(流土)
含水砂层中的基坑支护结构，板桩墙内外形成水头差，动水压力的渗流速度超过临界流速或水力梯度超过临界梯度时，就会引起管涌及流砂现象。
基底和墙体外大量的砂随地下水涌入基坑，导致坍陷，使墙体产生过大位移。
开挖面下有薄不透水层抵挡不住下层有承压水头的砂层的水头压力，在渗流作用下被切割成小块脱离原位(流土)，也会造成支护结构的崩坍破坏。
(4) 支撑强度不足或压屈
(5) 墙体破坏
墙体强度不够或连接构造不好，在土压力、水压力作用下，产生的最大弯矩超过墙体抗弯强度，产生强度破坏。
(6) 支护结构平面变形超过限度
由于支护结构平面变形过大，或是降水造成周围土体沉降，使基坑外围的土体发生垂直或水平位移。这种变形对支护结构本身尚未带来妨碍和危害，但对邻近建筑物或地下管线造成有害影响，造成建筑物下沉、倾斜、开裂，造成上、下水管、煤气管、供电和通讯电缆变形、张紧或断裂。在城市中开挖较深的基坑，这个问题越来越突出，由此造成的事故不少，必须引起充分重视
单桩锚板破坏形式
① 板桩的入土深度不够 ② 支撑或拉锚的强度不够
③ 拉锚长度不足，锚碇失去作用而使土体滑动
④ 板桩本身刚度不够，在土压力作用下失稳弯曲
⑤ 板桩位移过大，造成周边环境的破坏
板桩的入土深度、截面弯矩、支点反力、拉锚长度及板桩位移称为板桩的设计五大要素。

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