《基坑土方开挖》PPT课件.ppt

第四章 深基坑土方开挖工程及地基加固,土方开挖是基坑工程施工中的重要工序，在大、中型建设项目，由于土方开挖的工程量大、工期长，往往对整个建设项目的顺利进行和经济效果有着较大的影响，因此必须严格按照支护结构设计的要求和施工组织设计的内容进行精心准备、精心组织施工。,4.1 深基坑土方开挖方案,4.1.1基坑土方开挖施工的地质勘察和环境调查,4.1.2基坑土方开挖施工准备,1、开挖机械的选择 2、开挖程序的确定 3、施工现场的平面布置 4、降、排水措施及冬期、雨期、汛期施工措施的拟定 5、施工监测计划的拟定 6、应急措施的拟定,基坑土方开挖,3.2.2 土方机械,基坑土方的开挖，力争机械施工，以减轻繁重的体力劳动并加快施工速度。采用机械挖土时，由于不能准确地挖至设计标高，往往会使基土遭受破坏，因此，要预留200mm（铲运机）300mm（挖土机）土层由人工铲除。,（1）挖土机,挖土机,正铲挖土机,按工作结构分：,反铲挖土机,拉铲挖土机,抓铲挖土机,按动力装置分：,挖土机,机械单斗挖土机,液压单斗挖土机,（见图3.12）,图 3.12,（a）正铲挖土机,（b）反铲挖土机,（c）拉铲挖土机,（d）抓铲挖土机,特点：“前进向上，强制切土”。其挖掘力大，生产率高，能开挖停机面以上的IIV级土，宜用于开挖高度大于2m的干燥基坑，但需设置上下坡道。,正铲挖土机,开挖方式 ： 根据挖土机的开挖路线与运输工具的相对位置不同，可分为正向挖土侧向卸土和正向挖土后方卸土两种。,开行通道： 根据挖土机的工作面尺寸与基坑的横断面尺寸，就可划分挖土机的开行通道（图3.13）。,图示是某基坑划分为三条开行通道进行挖土的情况。第I次开行，采用正向挖土后方卸土方式，一次开挖到底；第II、III次开行都用正向挖土，侧向卸土方式，一次开挖到底。进出口坡道的坡度为1:8。开挖较深的基坑时，应分层划分开行通道，逐层下挖。,图3.13 开行通道,反铲挖土机,特点：“后退向下，强制切土”。其挖掘力比正铲小，能开挖停机面以下的III级土，宜用于开挖深度不大于4m的基坑，对地下水位较高处也适用。,开挖方式：沟端开挖与沟侧开挖（图3.14）。,沟端开挖：就是挖土机停在沟端，向后倒退挖土，汽车停在两旁装土（图a）。该方法因挖土方便，挖土深度和宽度较大，而较多采用。当开挖大面积的基坑时，可分段开挖；当开挖深基础时，可分层开挖。 沟侧开挖：就是挖土机沿沟一侧直线移动挖土（图b）。此法能将土弃于沟边较远处，但挖土宽度受限制（一般为0.8），且不能很好地控制边坡，机身停在沟边而稳定性较差；因此只在无法采用沟端开挖或所挖的土不需要运走时采用。,图3.14 开挖方式,（a）沟端开挖,（b）沟侧开挖,拉铲挖土机,特点 ：“后退向下，自重切土”。其挖土半径和挖土深度较大，能开挖停机面以下的III级土，工作时，利用惯性力将铲斗甩出去，挖得比较远。但不如反铲灵活准确，宜用于开挖大而深的基坑或水下挖土。,开挖方式：沟端开挖与沟侧开挖。（图3.15）,图3.15 拉铲挖土机施工,抓铲挖土机,特点：“直上直下，自重切土”。其挖掘力较小，只能开挖的I级土，抓铲挖土机的抓铲能在回转半径范围内开挖基坑上任何位置的土方。宜于开挖窄而深的基坑或水中淤泥，适合水下开挖。（图3.16）,3.16 抓铲挖土机施工,（2）推土机,可用于弃土区的平整场地；开挖1.5m内的基坑（槽）；移挖作填，回填基坑（槽）、管沟；修筑高度在1.5m内的堤坝等；可铲掘I类土，对IV类以上土需预松后才能作业，并配合正、反铲挖土机开拓工作面和停机面。见图3.13。,图3.17 推土机,按推土刀的安装形式分：,推土机,固定推土刀式,回转推土刀式,按其工作装置的操作方式分：,推土机,液压操纵式,机械操纵式,按其行走装置分：,推土机,履带式,轮胎式,（3）铲运机,铲运机主要用于中距离大量土方的填挖和运输工作，最适用于湿度较小、含水量在25%以下的松散砂土和粘性土，但不宜在干燥的粉砂土及潮湿的粘土中作业，特别不宜在砾石层、冻土及沼泽地带使用；只能铲削I类、 类土，若须铲运类以上的土，则需先松土。铲运机见图3.18,按其行走机构分,拖式,自行式,按铲斗操纵方式分,液压操纵,机械操纵,按铲斗卸土方式分,强制卸土,半强制卸土,自由卸土,按其斗容量分,小型,中型,大型,特大型,经济运距是铲运机应考虑的一个重要因素，它随铲运机的类型、斗容量不同而异。铲运机常用的开行路线有环形路线和8字形路线。,图3.18 铲运机,（4）装运机及载重汽车,装运机使用于装卸土方和散料，也可用于较软土体的表层剥离、地面平整、场地清理和土方运送等，其作业方法与推土机类似，有铲运、转运、卸料、返还等四个过程。,载重汽车是土方运输的主要机械，当用挖土机挖土时，一般采用自卸汽车配合，需配备的数量应保证挖土机的连续工作。载重汽车对道路有一定的要求，其轮距和载重量是施工临时结构设计的主要依据之一。,装运机,载重汽车,3.2.3 挖土方法,基坑的挖土方法大体可分为分层开挖、分段开挖、盆式开挖和岛式开挖这几种，具体应根据基坑面积大小、开挖深度、支护结构形式、环境条件等因素选用。,（1）分层开挖,分层开挖一般适用于基坑较深、土质较软弱、分层开挖、整体浇灌混凝土垫层的工程。,开挖顺序：从基坑的某一边向另一边平行开挖，也可从基坑两头对称开挖或从基坑中间向两边平行对称开挖，也可交替分层开挖。,挖运土方方式,设坡道,不设坡道,土坡道,栈桥式坡道,钢平台,栈桥,阶梯式,（2）分段开挖,分段或分块开挖，即开挖一块后立即施工一块混凝土垫层或基础，必要时可在已封底的基底与支护结构之间设置斜撑。分段或分块的大小、位置和开挖顺序应根据开挖场地工作面条件、地下室平面与深浅和施工工期的要求来确定。,（4）盆式开挖,盆式开挖适合基坑面积大、支撑或拉锚作业困难且无法放坡的基坑。,开挖过程：,开挖基坑中央，形成盆式,施工中央区域的基础底板 及地下室结构，形成“中心岛”,开挖留坡位的土方，设置支撑,施工边缘部位地下室,c) 边缘土方开挖；d) 边缘地下结构施工,a)中心开挖；b) 中心地下结构施工,1 边坡留土；2基础底板；3支护墙；4支撑；5坑底,图3.19 盆式开挖方法,盆式开挖方法支撑用量小、费用低、盆式部位土方开挖方便，这在基坑面积很大的情况下尤显出优越性，因此，在大面积基坑施工中非常适用。但这种施工方法对地下结构需设置后浇带或在施工中留设施工缝，将地下结构分两阶段施工，对结构整体性及防水性亦有一定的影响。,先行挖去基坑周边土层，进行桁架式支撑结构的架设或浇注，待周边支撑形成后再开挖中间岛区的土方，利用中间岛区的土方对开挖中基坑中心区域底部的压力来有效地控制周边支护壁在支撑前的初始变形。,（3）岛式开挖,3.2.4 挖土注意事项,（1）施工机械应根据地下水高低、施工机械条件、进度要求合理地选择。,推土机或装载机：深度2m以内，大面积基坑开挖；,铲运机：长度和宽度均较大的大面积土方一次开挖；,液压正铲挖土机：面积大且深的基础；,液压反铲挖土机：操作面较狭窄，且有地下水，土的湿度大。,（2）土方开挖应绘制土方开挖图，应尽可能使用机械开挖，在基坑边角部位和基底以上2030cm处土方采用人工或其他方法挖除。,（3）基坑开挖时，两人操作间距应大于2.5m，多台机械开挖时，挖土机间距应大于10m，并在其作业范围内不许其他作业。挖土应由上而下，逐层进行。,（二）基坑开挖方法及其适用范围 基坑开挖方法及其适用范围见表2-1。,3.2.5 开挖方式,基坑开挖方式主要有放坡开挖和支护开挖两种。,（1）放坡开挖,特点：施工现场具有足够的放坡场地，且基坑开挖不会影响周围环境、邻近建筑物等；施工方便，造价较低；单级放坡开挖时，坡高通常不超过36m，否则应分级放坡开挖；当开挖深度大于5m时，应进行边坡稳定性验算并作有效处理。,施工工艺：,在地下水位高、坑底软的地区，基坑可采用反铲挖土机配合运土卡车在地面作业；在地下水较低、坑底较硬的地区，可使运土卡车下坑，正铲挖土机在坑底作业。,防止边坡失稳的措施：,不要在已开挖的基坑边坡的影响范围内进行动力打入或静力压入的施工；不要在基坑边坡顶堆加过重的荷载；土方出土不宜沿已开挖的边坡顶部；注意地表水的合理排放和井点降水措施；边坡修坡、设置边坡护面，边坡坡脚抗滑加固。,（2）支护开挖,支护开挖是在建筑物密集的场地、基坑深度较深时常采用的方法。,特点：先在基坑周围设置各种挡土的支护结构，然后开挖土方，必要时加支撑系统或拉锚结构；占地面积小，但造价高、工期长，且存在时间与空间效应问题。,挖土形式：,直壁无支撑开挖,直壁内支撑开挖,直壁拉锚开挖,施工工艺：,直壁无支撑开挖时，一般地下水位较高，基坑深度在5-6m，可采用反铲挖土机配合运土卡车；直壁加内支撑开挖时，一般使用反铲和抓铲挖土机，采用周边桁架支撑形式时，可拟定岛式开挖，采用十字对撑式时，可拟定盆式开挖；直壁加拉锚开挖时，一般按锚杆的设置位置进行分层开挖。,二、深基坑土方开挖 （一）放坡开挖 放坡开挖较经济；无支撑施工，施工主体工程作业空间宽余、工期短；适合于基坑四周空旷处有场地可供放坡，周围无邻近建筑设施；软弱地基不宜挖深过大，因需较大量地基加固。 对深度大于5m的土质边坡，应分级放坡开挖，设置分级过渡平台，各级过渡平台的宽度为1.01.5m，必要时台宽可选0.61.0m，小于5m的土质边坡可不设过渡平台。岩石边坡过渡平台的宽度不小于0.6m，施工时应按上陡下缓原则开挖，坡度不宜超过1:0.75。,土质边坡放坡开挖如遇下列现象：边坡高度大于5m、土质与岩层具有与边坡开挖方向一致的斜向界面易向坑内滑落、有可能发生土体滑移的软弱淤泥或含水量丰富夹层、坡顶堆料、堆物有可能超载时以及各种易使边坡失稳的不利情况，应对边坡整体稳定性进行验算、有效加固及支护处理。 对于土质边坡或易于风化的岩质边坡，在开挖时应采取相应的排水和坡脚、坡面保护措施，基坑周围地面也应采用抹砂浆、设排水沟等地面防护措施，防止雨水渗入。并不得在影响边坡稳定的范围内积水。 当基坑不具备全深度或分级放坡开挖时，上段可自然放坡或对坡面进行保护处理，以防止渗水或风化碎石土的剥落。保护处理的方法有水泥抹面、铺塑料布或土工布、挂网喷水泥浆、喷射砼护面以及浆砌片石等。 下段的土体加固常用土钉墙、螺旋锚、喷锚，在坡脚处堆砌草袋或土工织物砂土袋以及砌筑砖石墙体等加固方法。,（二）中心岛式开挖 1.中心岛式开挖的概念及优缺点 中心岛（墩）式挖土，亦即保留基坑中心土体，先挖除挡墙内四周土方的开挖方式。 宜用于大型基坑，支护结构的支撑型式为角撑、环梁式或边桁（框）架式，中间具有较大空间的情况。 此法的优点是：可利用中间的土墩作为支点搭设栈桥；挖土机可利用栈桥下到基坑挖土，运土的汽车亦可利用栈桥进入基坑运土；可以加快挖土和运土的速度（图2-1）。 缺点是：由于先挖挡土墙四周的土方，挡墙的受荷时间长，在软粘土中时间效应显著，有可能增大支护结构的变形量。,2.中心岛式开挖的注意事项 中心岛（墩）式挖土，中间土墩的留土高度、边坡的坡度、挖土层次与高差都要经过仔细研究确定。由于在雨季遇有大雨土墩边坡易滑坡，必要时对边坡尚需加固。 挖土亦分层开挖，多数是先全面挖去第一层，然后中间部分留置土墩，周围部分分层开挖。开挖多用反铲挖土机，如基坑深度大则用向上逐级传递方式进行装车外运。 整个的土方开挖顺序，必须与支护结构的设计工况严格一致。要遵循开槽支撑、先撑后挖、分层开挖、严禁超挖的原则。,挖土时，除支护结构设计允许外，挖土机和运土车辆不得直接在支撑上行走和操作。 为减少时间效应的影响，挖土时应尽量缩短围护墙无支撑的暴露时间。一般对一、二级基坑，每一工况挖至规定标高后，钢支撑的安装周期不宜超过一昼夜，混凝土支撑的完成时间不宜超过两昼夜。 对面积较大的基坑，为减少空间效应的影响，基坑土方宜分层、分块、对称、限时进行开挖，土方开挖顺序要为尽可能早的安装支撑创造条件。 土方挖至设计标高后，对有钻孔灌筑桩的工程，宜边破桩头边浇筑垫层，尽可能早一些浇筑垫层，以便利用垫层（必要时可加厚作配筋垫层）对围护墙起支撑作用，以减少围护墙的变形。,挖土机挖土时严禁碰撞工程桩、支撑、立柱和降水的井点管。分层挖土时，层高不宜过大，以免土方侧压力过大使工程桩变形倾斜，在软土地区尤为重要。 同一基坑内当深浅不同时，土方开挖宜先从浅基坑处开始，如条件允许可待浅基坑处底板浇筑后，再挖基坑较深处的土方。 如两个深浅不同的基坑同时挖土时，土方开挖宜先从较深基坑开始，待较深基坑底板浇筑后，再开始开挖较浅基坑的土方。 如基坑底部有局部加深的电梯井、水池等，如深度较大宜先对其边坡进行加固处理后再进行开挖。,（三）盆式开挖 1.盆式开挖的概念及优缺点 盆式开挖即先挖除基坑中间部分的土方，后挖除挡墙四周土方的一种开挖方式。盆式开挖方法支撑用量小、费用低、盆式部位土方开挖方便，适合于基坑面积大、支撑或拉锚作业困难且无法放坡的大面积基坑开挖。 这种开挖方式的优点是：挡墙的无支撑暴露时间比较短，利用挡墙四周所留的土堤，可以防止挡墙的变形。有时为了提高所留土堤的被动土压力；还要在挡墙内侧四周进行土体加固；以满足控制挡墙变形的要求。 盆式开挖方式的缺点是：挖土及土方外运的速度比岛式开挖要慢。此法多用于较密支撑下的开挖。,a）中心开挖； b） 中心地下结构施工； c） 边缘土方开挖及支撑设置； d） 边缘地下结构施工 图2-4 盆式开挖方法 1 边坡留土；2基础底板；3支护墙； 4支撑；5坑底,2.盆式开挖的注意事项 盆式挖土周边留置的土坡，其宽度、高度和坡度大小均应通过稳定验算确定。如留的过小，对围护墙支撑作用不明显，失去盆式挖土的意义。如坡度太陡边坡不稳定，在挖土过程中可能失稳滑动，不但失去对围护墙的支撑作用，影响施工，而且有损于工程桩的质量。 盆式挖土需设法提高土方上运的速度，对加速基坑开挖起很大作用。,第二节 土方开挖的注意事项 一、 基坑开挖的时空效应 工程实践中我们会遇到这种现象：基坑开挖过程中，当某一阶段因某种原因需要暂停一段时间时，基坑围护墙体的变形、基坑周边地层的位移和沉降并末停止，而是仍在发展，直到达到稳定或引起基坑因变形过大而破坏为止。这就是基坑开挖过程中的时间效应。 实践还证明，基坑围护墙体的变形、周边地层的移动还与分层、分块开挖的空间几何尺寸、围护墙无支撑暴露面积以及是否是均衡开挖等有关，分层、分块的空间几何尺寸越大、围护墙体无支撑暴露面积越大，变形也越大；开挖顺序中的对称性越差，变形也越大。这就是基坑开挖过程中的空间效应。,深基坑工程中考虑时空效应的基坑开挖施工参数（时间参数、空间参数）和施工顺序的确定应满足以下要求： （1）减少开挖过程中的土体扰动范围，采用分层分块开挖且空间几何尺寸能最大限度地限制围护墙体的变形和坑周土体的位移与沉降。 （2）尽量缩短基坑开挖卸荷后无支撑暴露时间。上海地区要求：对一、二级基坑，每一工况下挖至设计标高后，钢支撑的安装周期不宜超过一昼夜，钢筋混凝土支撑的完成时间不宜超过两昼夜。 （3）满足对称开挖、均衡开挖的原则，使基坑受力均衡。 （4）可靠而合理地利用土体自身在开挖过程中控制位移的潜力，安全、经济地解决基坑工程中稳定与变形的问题。,二、先撑后挖，严禁超挖 基坑开挖实施的工况与方案设计的工况必须一致，当基坑开挖至支撑设计标高处时，应开槽及时安装或制作支撑，待支撑满足设计要求后，才能继续挖土。从上面基坑开挖的时空效应的分析中我们已经知道，围护结构的变形大小与无支撑暴露面积的大小和暴露时间的长短有关，因此，严格按照基坑工程方案设计的工况进行开挖，先撑后挖，及时加撑，是控制基坑墙体变形和相应地面位移和沉降的保证。,四、防止边坡失稳 挖土速度快即卸载快，迅速改变了原来土体的平衡状态，降低了土体的抗剪强度，呈流塑状态的软土对水平位移极为敏感，易造成滑坡。目前挖土机多用1m3反铲挖土机，挖土深度可达46m，如果一挖到底，挖土形成的坡度约1：1，卸荷快速，再加上机械的振动和坑边的推土，则易于造成边坡失稳。 为了防止边坡失稳，土方开挖应在降水达到要求后，采用分层开挖的方式施工，分层厚度不宜超过2.5m，开挖深度超过4m时，宜设置多级平台开挖，平台宽度不宜小于1.5m，在坡顶和坑边不宜进行堆载，不可避免时，应在设计时予以考虑；工期较长的基坑，宜对边坡进行护面。,五、防止桩位移和倾斜 对于先打桩后挖土的工程，要考虑由于打桩造成的应力积聚和基坑开挖时应力的快速释放对桩所产生的不利影响。打桩使原处于静平衡状态的地基土遭到破坏，会产生挤土、孔隙水压力升高等现象，造成土中的应力积聚，如果在打桩后紧接着开挖基坑，应力的陡然释放和土体的一侧卸荷，易使土体产生一定的水平位移，造成桩位移或倾斜。在软土地区施工，此现象已屡见不鲜。为此，在群桩打设后，宜停留一段时间，并用降水设备预降水，待打桩积聚的应力有所释放、孔隙水压力有所降低，被扰动的土体重新固结后，再开挖基坑土方。桩的打设也要注意打桩顺序和打桩速率，控制每天打桩根数，减少应力积聚。挖土要分层、均衡，尽量减少开挖时的土压力差，以保证桩位正确。,六、对邻近建（构）筑物及地下设施的保