城地下空间工程 生产实习报告.doc

。 城市地下空间工程 生产实习报告 姓 名： 张妹珠 专业班级： 地工1102班 学 号: 2011003016 指导老师：苏，白，解，李，郭等老师实习时间：2014年6月1。 目 录前 言1一、实习目的2二、 实习内容与基本要求22.1 实习内容22.1.1地铁工程22.1.2高层建筑的基础和基坑工程22.1.3地下综合体32.1.4钢筋混凝土工程的基本组成与施工特点32.2实习的基本要求3三、实习任务及日程安排3四、实习过程44.1太原火车站前地铁44.1.1 车站施工工法的选择和分类54.1.2盾构法74.1.3顶管法施工104.1.4地铁车站工程114.1.5地铁工程渗漏水处理124.2 小马村中心街地铁164.2.1基坑工程174.2.2基坑工程的地下水控制184.2.3地下连续墙194.2.4地基的加固处理204.2.5 围护形式选择254.3 李村煤矿284.3.1 李村煤矿简介284.3.2 煤矿开采方法294.3.3 采煤技术29五、实习总结301。 前 言 随着大三生活的结束，大四新学期的到来，学校安排大三暑假的地下空间工程的实习。这次实习是我们学习理论知识三年以来的第二次接触现场，我们第一次将理论知识与实际相结合。从17周开始，到20周结束，实习分为室外实习和实习报告。本次实习分为三次，包括多个项目，太原地铁工程，地铁车站，区间隧道，高层建筑的基础和基坑工程，地下综合体，钢筋混凝土工程的基本组成与施工特点，古交高速公路隧道，矿山实习。自己学习到很多，也让自己突破了书本上的限制，真正的把理论和实际相结合起来。施工实习不仅是对学生能否在实践中演习知识技能的一种训练，也是对学生的敬业精神、劳动纪律和职业道德的综合锻炼。一、实习目的 本次生产实习的目的是将所学专业知识与工程实际联系起来，理论联系实际。通过实践认识理解所学知识，从而我们学习一线工作人员脚踏实地、忠于职守、乐于奉献的品质。另外，通过实习，我们还能培养热爱劳动的优秀品质，提高专业素养。二、 实习内容与基本要求2.1 实习内容结合城市地下空间工程专业的实际，要求在实习中分别对地铁工程、基础和基坑工程、地下综合体的设计和施工等分别了解和掌握以下内容：2.1.1地铁工程2.1.1.1地铁车站（1）车站工程的性质、规模；（2）地铁车站建筑布置与结构体系；（3）地铁车站基坑特点、维护结构、支撑体系类型等；（4）车站施工方法；（5）车站防排水措施、检测方法等。2.1.1.2区间隧道（1）区间隧道断面形式；（2）区间隧道施工方法和主要施工机具与设备；（3）区间隧道支护措施和技术。2.1.2高层建筑的基础和基坑工程（1）基坑规模、形式；（2）基坑支护形式；（3）基坑降水措施；（4）基坑变形和应力检测技术和设备；（5）基础形式与功能；（6）基础的施工方法和机具设备。2.1.3地下综合体（1）地下综合体的规模、功能；（2）地下综合体建筑布置、结构形式、施工方法。2.1.4钢筋混凝土工程的基本组成与施工特点（1）钢筋冷加工、焊接工艺及钢筋笼骨架的制作方法和构造要求，受力钢筋、架立钢筋、分布钢筋及其它构造钢筋所在位置和混凝土保护层的施工保证措施；（2）模板的分类及模板安装工程的施工工艺；（3）混凝土制备、运输、浇灌、捣实及养护过程和混凝土质量的检查方法；（4）地下结构工程混凝土施工特点和防水要求。2.2实习的基本要求针对上述各类工程具体内容，在实现过程中要求：（1）学习1-2个主要工种工程的施工方法、质量要求、操作要点和主要机具设备类型及用途，要求本人提出合理化建议及设想；（2）了解施工单位的组织管理系统、各部门的职能和相互关系，了解施工项目经理部的组成，了解各级技术人员的职责与业务范围；（3）了解新技术、新工艺、新材料及现代化管理方法等的应用，了解施工与管理的新规范；（4）参与现场组织的图纸会审、技术交流、学术讨论会、工作例会、技术革新、现场的质量检查与安全管理等；（5）了解在施工项目管理中各方（业主、承包商、监理单位）的职责；（6）了解施工项目管理的内容和方法。三、实习任务及日程安排 第一次，太原火车站前地铁 第二次，小马村中心街地铁 第三次，长治市长子县李村煤矿四、实习过程4.1太原火车站前地铁17周周二早上7点，我们地工专业开始了生产实习的第一部分。早上八点大家统一在火车站集合，8点30在太原锦麟东方酒店会议室开会。太原火车站前短的地铁项目负责人给我们做了详细的工程讲解，包括项目的施工方法和施工进度等。10点左右正式进入地铁施工段内进行学习。在实习过程中，大家带着兴趣和求知欲，积极请教，认真倾听老师们的讲解。亲眼看见了以前书上学习过的理论知识，对知识有了进一步的了解和理解，为以后的工作奠定了一定的基础。项目概况：太原市城市轨道交通2号线一期工程南起小店南站，北至西涧河站。线路先后通过小店区、迎泽区、杏花岭区和尖草坪区4个行政区。线路长24.89km，均为地下线，共设车站21座，其中换乘站5座。该工程设车辆段1座、主变电站2座、控制中心1座，计划2013年开工建设，2017年底通车试运营。项目为一条全长25.1公里轨道交通地下线，共设二十二座车站，平均站间距为1.2公里。而根据国务院2012年6月批准的近期建设规划，到2018年我市将建成1、2号线一期工程，长约49.2公里，形成“力”字形的轨道交通基本骨架。2号线作为太原市轨道交通线网的主骨架线路，南北穿越太原市城区，串经了小店、迎泽、杏花岭和尖草坪四个行政区。线路沿南北主要客流走廊敷设，联系了主城和新城两个组团，连接了迎泽、长风两个市级中心以及龙城、小店南两个市级副中心；衔接太原客运北站、太原客运南站两大公路客运枢纽；带动主城区南部和新城的发展，促进老城区向南部发展，并带动主城北部地区的发展。2号线路南起小店南部的被六堡，沿十号路、人民路、长治路、解放路、恒山路、新兰路北部片区的南寨。线路全长37.2公里，均为地下线，设车站30座。全线设置车辆段1做（南端，小店南车辆段）、停车场1做（北端，南寨停车场）、主变电站3座、控制中心1座。2号线路一期工程南起人民南路站，北至西涧河站，线路长度23.7公里，共设车站21做，其中换乘站5座；设车辆段与综合维修路基1座，设于人民南路以东、十号路以南的地块中；设主变电站2座，分别位于龙城大街西站和北大街站附件。2号线与1、3、4、5号线公用一个控制中心，设于龙城大街以北、长治路以东的地块中。一期工程建设总工期5年，计划2018年通车。可研批复总投资166.01亿元。主要技术标准：最高运行速度：80公里/小时车辆选型与编组：A型车6辆编组，定员1860人/列车辆外形尺寸：长22800mm，宽3000mm，高3800mm受流方式：直流1500V接触网授电高峰小时发车对数：初期12对，近期22对，远期28对车站有效站台长度：140米 图1 太原城市轨道交通近期规划图下面是一些在这部分实习中和通过查资料了解到的更加具体的内容，以及一些自己的心得体会。4.1.1 车站施工工法的选择和分类4.1.1.1地铁车站施工工法的选择地铁车站大多位于城市中心区，因此，地铁车站施工方法及结构型式的选择，主要根据以下几个方面综合比选确定：车站功能：车站功能主要从车站使用效果和运营条件两方面来体现，而车站使用的效果又体现在客流组织及集散能力、设备用房布置、运营管理和地下空间利用等综合功能方面；施工难度：主要从工程本身的施工难度、施工前期准备工作实施的难易程度、工期及施工安全等方面来评价，具体体现在施工技术的成熟性、地面沉降的控制、建构物拆迁、管线迁改移及保护等方面；施工对环境的影响：施工对环境的影响着重体现在对城市交通的影响、对城市居民生活的影响、对商业经营活动的影响以及对环境的污染等方面。4.1.1.2地铁车站的施工工法分类地铁车站施工方法有很多种，目前国内常用的主要有明挖法、盖挖法、暗挖法和混合法（主要是明暗挖结合法）等4种。其中盖挖法主要分为盖挖顺筑法、盖挖逆筑法2种；浅埋暗挖法主要有中洞法、侧洞法、洞桩法等3种工法。（1）明挖法：从地表开挖基坑或堑壕，修筑衬砌后用土石进行回填的浅埋隧道、管道或其他地下建筑工程的施工方法。山岭隧道中的明洞、城市中的地下铁道隧道和市政隧道、穿越有明显枯水期河流的水底隧道或它的河岸段、引道段及其他浅埋的地下建筑工程等，只要地形、地质条件适宜和地面建筑物条件许可，均可采用明挖法施工。与暗挖法相比，施工条件有利，速度快，质量好，而且安全。明挖法施工的主要缺点是干扰地面交通，拆迁地面建筑物，以及需要加固、悬吊、支托跨越基坑的地下管线。明挖法的主要特点：A. 采用大基坑开挖，施工技术成熟、施工安全快捷、工期短B. 适用于各种地层条件，施工质量可靠、综合造价低施工方法有三种基本类型：先墙后拱法、先拱后墙和墙拱交替法。（2）盖挖法：由地面向下开挖至一定深度后，将顶部封闭，其余的下部工程在封闭的顶盖下进行施工。主体结构可以顺作，也可以逆作。在城市繁忙地带修建地铁车站时，往往占用道路，影响交通当地铁车站设在主干道上，而交通不能中断，且需要确保一定交通流量要求时，可选用盖挖法。盖挖顺做法主要特点：与明挖法相比，增加路面系统，路面系统完成后，即可恢复部分路面。路面系统可以采用临时结构（刚便桥、盖板等），也可以采用永久结构（顶板）。盖挖逆作法主要特点：与明挖法相比，首先施做顶板，恢复部分路面。临时支撑系统与结构永久柱合二为一，对施工精度及质量要求高，施工难度大。（3）暗挖法：暗挖法就是直接在土体内部直接开挖，不需要从地面一直挖下去（当然竖井和工作井还是需要明挖的）。暗挖法主要特点：A.依靠竖井出土进料，对地面交通影响小。B.对工程地质条件要求高，不适用于水位较高、地层条件较差的区域。 图2 地铁车站施工工法的选择和比较4.1.2盾构法4.1.2.1盾构及其工作原理盾构（英文名称为“shield machine”），是一种用于软土隧道暗挖施工，具有金属外壳，壳内装有整机及辅助设备，在其掩护下进行土体开挖、土渣排运、整机推进和管片安装等作业，而使隧道一次成型的机械。盾构是一种隧道掘进的专用工程机械，现代盾构集机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土渣、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能。螺旋运输机 、闸门千斤顶、管片拼装机 、紧急出入口属于基本构造。盾构的工作原理就是一个钢结构组件沿隧道轴线边向前推进边对土壤进行掘进。盾壳对挖掘出的还未衬砌的隧道段起着临时支护的作用，承受周围土层的土压、承受地下水的水压以及将地下水挡在盾壳外面。掘进、排土、衬砌等作业在盾壳的掩护下进行。4.1.2.2盾构的分类 （1）按断面形状分类 盾构根据其断面形状可分为：单圆盾构、复圆盾构（多圆盾构）、非圆盾构。其中复圆盾构可分为双圆盾构和三圆盾构；非圆盾构可分为椭圆形盾构、矩形盾构、马蹄形盾构、半圆形盾构。复圆盾构和非圆盾构统称为“异形盾构” （2）按支护地层的形式分类按支护地层的形式分类，主要分为自然支护式、机械支护式、压缩空气支护式、泥浆支护式、土压平衡支护式五种类型。 （3）按开挖面与作业室之间隔板的构造分类 按被开挖面与工作面之间隔板的构造可分为全敞开式、部分敞开式、闭胸式三种。 图3 盾构机分类树状图4.1.2.3 盾构掘进轴线偏差原因分析：盾构处于非常软弱的土层中时，如推进停止的间歇太长，当正面平衡压力损失时会导致盾构下沉；拼装管片时，拱底块部位盾壳内清理不干净，有杂质夹杂在相邻两环管片的接缝内，就使管片的下部超前，轴线产生向上的趋势，影响盾构推进轴线的控制；同步注浆量不够或浆液质量不好，泌水后引起隧道沉降，而影响推进轴线的控制；浆液不固结使隧道在大的推力作用下引起变形。预防措施：正确设定平衡压力，使盾构的出土量与理论值接近，减少超挖与欠挖现象，控制好盾构的姿态；盾构施工过程中经常校正、复测及复核测量基站；发现盾构姿态出现偏差时应及时纠偏，使盾构正确地沿着隧道设计轴线前进；盾构处于不均匀土层中时，适当控制推进速度，多用刀盘切削土体，减少推进时的不均匀阻力。也可以采用向开挖面注入泡沫或膨润土的办法改善土体，使推进更加顺畅；当盾构在极其软弱的土层中施工时，应掌握推进速度与进土量的关系，控制正面土体的流失；拼装拱底块管片前应对盾壳底部的垃圾进行清理，防止杂质夹杂在管片间，影响隧道轴线；在施工中按质保量做好注浆工作，保证浆液的搅拌质量和注入的方量。4.1.2.4盾构质量存在的通病 a.盾构基座变形 b.盾构后靠支撑位移及变形c.盾构出洞段轴线偏离设计 d.盾构进洞时姿态突变e.盾构掘进轴线偏差 f.注浆效果不佳g.单液注浆浆管堵塞 h.双液注浆浆管堵塞i.管片端面不平整 j.纵缝质量不符合要求k.环缝质量不符合要求 l.错缝拼装管片碎裂m.圆环整环旋转 n.管片椭圆度过大O.管片接缝渗漏 4.1.3顶管法施工 图4 顶管法施工图顶管施工是继盾构施工之后而发展起来的一种地下管道施工法，它不需要开挖面层，并且能够穿越公路、铁道、河川、地面建筑物、地下构筑物以及各种地下管线等。顶管施工借助于主顶油缸及管道间中继间等的推力，把工具管或掘进机从工作井内穿过土层一直推到接收井内吊起。与此同时，也就把紧随工具管或掘进机后的管道埋设在两井之间，以期实现非开挖敷设地下管道的施工方法。 它的技术要点在于纠正管子在地下延伸的偏差。特别适用于大中型管径的非开挖铺设。具有经济、高效，保护环境的综合功能。这种技术的优点是：不开挖地面;不拆迁，不破坏地面建筑物;不影响交通;不破坏环境;施工不受气候和环境的影响;不影响管道的段差变形;省时、高效、安全，综合造价低。该技术在我国沿海经济发达地区广泛用于城市地下给排水管道、天燃气石油管道、通讯电缆等各种管道的非开挖铺设。它能穿越公路、铁路、桥梁、高山、河流、海峡和地面任何建筑物。采用该技术施工，能节约一大笔征地拆迁费用、减少对环境污染和道路的堵塞，具有显著的经济效益和社会效益。 经过多年的发展，顶管技术在我国已得到大量地实际工程应用，且保持着高速的增长势头，无论在技术上、顶管设备还是施工工艺上取得了很大的进步，在某些方面甚至达到了世界领先水平。 2001年上海隧道股份有限公司在江苏省常州完成了长 2050m、直径 2m的钢筋水泥管顶管工程，是目前已完成的我国最长的顶管工程。2001年 8月12月嘉兴市污水处理排海工程一次顶进 2050m超长距离钢筋混凝土顶管，由于选择了合理的顶管机具型式、成功地解决了减阻泥浆运用和轴线控制等技术难题，用约5个月完成全部顶进施工，创造了新的顶管施工记录。全长3600m、管径为1.8米的钢管从23至25米深的地下于2002年9月成功横穿黄河，无论从顶进长度、埋深、地质条件，还是钢管直径在国内尚属首次。其中最长的一段位于黄河主河床上，长达1259 米，还要穿越较厚的砾砂层与黄河主河槽，既是我国西气东输项目的关键工程，也是目前世界上复杂地质条件下大直径钢管一次性顶进距离最长的顶管工程。2001年的上虞市污水处理工程中，玻璃纤维夹 砂管首次成功地应用于顶管。2008年在无锡长江引水工程中中铁十局十公司采用国产设备直径2200mm钢管双管同步顶进2500米。以上工程均标志着我 国的顶管施工水平达到一个新的高度，与世界先进水平日益靠近。 然而与国外发达国家，如日本、德国等先进的机械设备及施工技术水平相比，我国仍然有着显著的差距。4.1.4地铁车站工程 地铁车站是城市轨道交通路网中一种重要的建筑物，它是供旅客乘降，换乘和候车的场所，应保证旅客使用方便，安全，迅速地进出车站，并有良好的通风，照明，卫生，防火设备等，给旅客提供舒适，清洁的环境。车站应容纳主要的技术设备和运营管理系统，从而保证城市轨道交通的安全运行。地铁车站里的辅助设备包括：自动扶梯、直升电梯、卷帘门、防洪门、旅客引导、照明、售检票系统、车站设备自控系统等。根据需要还可设置屏蔽门和防核辐射门等。 车站又是城市建筑艺术整体的一个有机部分，一条线上各车站在结构和建筑艺术上，应既要有共性，又要有各自的个性。地铁车站按照线路布线情况分，可分为：地面站、地下站、高架站。地铁车站由站台层、站厅层、设备层以及出入口组成。地铁站台按照线路分布情况，又可分为：岛式站台、侧式站台以及混合式站台。实习时主要参观了地下连续墙的施工以及基坑的支护，总的来说，这两个站都采用了地下连续墙外加混凝土梁做内支撑，多道工序进行防水设计。地铁车站的特点：（1） 地铁车站一般沿城市道路敷设，属于浅埋式地下结构。（2） 地铁车站周边一般分布有大量的地下管线、建筑物和构筑物。 图5 地铁车站空间分布图4.1.5地铁工程渗漏水处理地铁工程渗漏水是现今国内较常见的一种工程缺陷，它不仅与地下工程周边地质水文环境、结构埋深、防水设计方案、防水材料等有关，还与结构混凝土性能、施工方案、施工工艺等有关。由于影响地铁工程防水效果优劣的因素很多，因而多数地铁工程在完工后或多或少存在局部渗漏的质量缺陷。为了尽快完成缺陷修复并使项目投入使用，地铁工程渗漏处理在项目完工后显得尤其重要。根据太原火车站前地铁车站的开挖施工过程中，有经过该项目负责人的介绍，得知地铁车站有一段出现了较严重的渗漏，是的工期有些延误。4.1.5.1结构渗漏水原因： （1）结构自防水失效结构自防水是极为重要的防水措施，但在现实工程中却难以做到，主要是结构裂缝难以避免，加之由于地下工程空间环境的特殊性，混凝土施工质量均匀性欠佳，混凝土内部存在局部缺陷，破坏了结构自防水能力。 （2）由于混凝土结构变形缝、施工缝、穿墙管部位防水设计不周、措施不当、施工工艺不精细而导致渗漏。 （3）围护结构防水失效围护结构防水失效主要是接头处理欠佳或结构本身混凝土缺陷导致渗漏。 （4）外包防水层失效。外包防水板、防水涂料等选材不当或施工质量欠佳造成渗漏。 （5）采用不同施工方法修建的地铁车站因特殊部位处理措施不当，造成渗漏。如：采用盖挖逆做法修建地下工程，桩柱穿过底板混凝土，由于未采取加强防水措施或底板防水层不连续，以及桩柱四周混凝土不密实，导致地下水沿桩柱根渗入底板。4.1.5.2渗漏水处理方法通过对渗漏原因的分析，一旦发生渗漏情况，证明围护结构防水、外包防水层肯定存在缺陷，但无法进行处理，只有通过对结构混凝土缺陷进行修复才能解决渗漏问题。地铁车站堵漏主要以注浆封堵结构缺陷为主要手段，隧道防水主要通过衬砌背后注浆及局部衬砌内部注浆修补结构混凝土缺陷来实现堵漏。太原地铁车站及区间的渗漏情况主要为点渗、面渗、施工缝渗漏、裂缝渗漏及变形缝渗漏。不同的渗漏情况分为不同的处理方法。渗漏部位确定： 一般采用干抹布拭干面，稍等片刻即可直观地观察到渗水点。如湿面不易看出，可采用热风吹干后观察。面渗及施工缝、裂缝、变形缝渗漏的渗水虽然需全面处理，但是仍需通过上述办法了解渗漏情况，如渗漏速度、渗水量、渗水点分布、渗水压力等。4.1.5.3各种渗漏相关处理方法 （1）点渗漏：点渗漏的现象可分为点或小于5cm的裂缝。在该点或裂缝中心钻孔，孔径为10mm，深6cm，高压清水冲洗后注浆。注浆管嘴离孔底要有一定间隙，孔口与注浆管采用堵漏粉固定，两侧裂缝也同样采用堵漏粉封堵，若效果不佳再进行凿槽处理。 （2）面渗漏：面渗由点渗密集而成，如直径小于5cm的面积，首道工序可按点渗处理，然后在渗水面内凿深3cm，清洗后涂刷堵漏粉，使基面干燥并涂刷双组分聚氨酯涂料，最后用防水砂浆封闭。面渗面积大于5cm，深凿基面6cm，清刷暴露钢筋，环向稍加深2cm，以利止水。 （3）裂缝及施工缝渗漏 工艺流程：钻注浆孔凿U型槽清理基面冲洗注浆孔嵌入注浆管堵漏粉封面注浆封闭注浆管基面恢复。4.1.5.4堵漏材料的合理选用（1）堵漏材料： A.应用部位及作用。注浆孔口封堵、明水封堵、槽体临时封槽、为注浆、涂膜防水和卷材防水创造无水作业条件。 B.堵漏材料的技术要求。堵漏材料一般应满足以下技术要求：速凝，凝结时间可调；强度高，短时间内不开裂；抗渗性能好，粘着力强，可带水作业。（2）防水材料： A.防水材料技术要求。 防水抗渗能力强，涂膜材料不开裂；无腐蚀和耐腐蚀，耐久性好；具有足够强度，与混凝土基面粘结力强，并能与结构形成整体；防水材料中不含溶出物；操作简单、易检查、无污染。 B.常用防水材料。水泥有机速凝剂：如R1型防水涂料，这种材料既能快速堵漏又可作为永久性防水。合成防水材料：如塞帕斯、PQ-200等。这类材料不能作为快速堵漏，只能作为耐久性防水涂料。高分子聚合物防水砂浆：这类材料不能在快速堵漏中应用，只能作为粘结好的耐久性防水涂料。KS系列修补剂不能作为堵漏和防水材料，这是因为它是一种烧结粉状材料，对水泥起激发作用，其中的K2O的含量高达19.73%.如果用于含活性集料工程，将大大地促进混凝土的碱集料反应，且溶出物多，形成渗水通道。 图6 防水卷材图示（3）注浆材料： A.作用机理。填充混凝土内空洞、毛细孔、裂缝，封闭渗漏水通道，置换混凝土中地下水的位置。 B.材料性能要求。渗透性、可灌性好；无腐蚀性和耐腐蚀性，无污染；有足够强度、耐久性好、无溶出物、无收缩；与结构形成整体，材料有良好的粘结性，在列车振动下材料不分体、不脱体。 C.可选用的材料。无机注浆材料应选用超早强自流平水泥，该材料具有补强加固和堵漏功能。高分子注浆材料优先选用改性环氧树脂，如EAA和KS-7改性环氧树脂化学灌浆液。不应选用单组分水溶性聚氨酯浆液，主要原因是其耐久性差，与混凝土粘结能力差、自收缩、施工中不能采用二次重复注浆、注浆堵漏容易出现假堵缺陷。（4）治理变形缝渗漏水的材料：变形缝渗漏水注浆材料不得选用强度高、刚度大的注浆材料，如无机注浆材料、改性环氧注浆材料等。禁止使用堵漏剂堵漏。应先用凝固时间快（可调）、强度低、粘度低、可灌性好、短时间内防水效果好的注浆材料。丙烯酰类注浆材料是常选的变形缝注浆止水材料，但只能作为临时止水。4.2 小马村中心街地铁本次生产实习的第二阶段我们来到的是小马村中心街段地铁车站。轨道交通2号线一期工程首开段包括中心街西站和中心街西站南中环街站区间。线路长度1.36公里。中心街西站主体二层车站，长度210.8m，标准段宽度20.1m。设4个出入口及2组（6个）风亭。中心街西站南中环街站区间采用盾构法施工。长1148.909双延米。招标后土建工程总承包价2.72亿元。 图7 太原市城市轨道交通2号线一期工程首开段中心街西站4.2.1基坑工程 为保证基坑施工,主体地下结构的安全和周围环境不受损害而采取的支护结构,降水和土方开挖与回填,包括勘察、设计、施工和检测等,称为基坑工程.基坑工程是土力学基础工程中一个古老的传统课题,同时又是一个综合性的岩土工程问题,既涉及土力学中典型的强度、稳定与变形问题,同时还涉及土与支护结构的共同作用问题 。 图8 太原市火车站前地铁基坑工程 基坑土方开挖的施工工艺一般有两种：放坡开挖（无支护开挖）和在支护体系保护下开挖（有支护开挖）。前者既简单又经济，但需具备放坡开挖的条件，即基坑不太深而且基坑平面之外有足够的空间供放坡这用。因此，在空旷地区或周围环境允许放坡而又能保证 边坡稳定条件下应优先选用。而深基坑的定义：建设部建质200987 号文关于印发危险性较大的分部分项工程安全管理办法的通知规定：一般深基坑是指开挖深度超过5 米（含5 米）或地下室三层以上（含三层），或深度虽未超过5 米，但地质条件和周围环境及地下管线特别复杂的工程。 另外，基坑和基槽都是用来建筑建筑物的基础的,只是平面形状不同而已.基坑是方形或者比较接近方形;,基槽是长条形状的,而且有时候比较长.你要掌握的是它们的形状的区别. 基坑是指底面积在27 平方米以内（不是20）,且底长边小于三倍短边的为基坑. 基槽是指槽底宽度在3 米以内,且槽长大于3 倍槽宽的为基槽. 也就是说，一般定义深基坑为：底面积在27 平方米以内（不是20），且底长边小于三倍短边，开挖深度超过5 米（含5 米）或地下室三层以上（含三层），或深度虽未超过5 米，但地质条件和周围环境及地下管线特别复杂的工程。4.2.2基坑工程的地下水控制深基坑工程中地下水控制包括“降水”和“截水”，在高水位地区或表层滞水丰富地区，地下水控制的成败是基坑工程的关键。“降水”的目的在于通过降低水位，消除来自基坑侧壁的地下水、基坑底部向上的涌水以及基坑内部含水土体的疏干。“截水”是在基坑周围形成截水帷幕或在基坑底部形成不透水的封底层。由于降水过程容易引起周围地面和建筑的沉降，因此有时优先采取截水方案。截水措施有钢板桩，地下连续墙，水泥和化学灌浆帷幕，搅拌桩止水帷幕，冻结法等。基坑降水和排水可分为集水明排、井点降水、截水和回灌等形式。这些方法根据实际情况可单独使用，也可组合使用。 井点降水法是在基坑开挖前，在基坑四周埋设一定数量的滤水管（井），利用抽水设备抽水使所挖的土始终保持干燥状态的方法。井点降水法所采用的井点类型有：轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点、深井井点等。集水明排发是用排水沟、集水井、泄水管、输水管等组成的排水系统将地表水、渗漏水排泄至基坑外的方法。 图9 堵水+坑内降水 （左图） 坑外降水（右图）4.2.3地下连续墙333333。 由于目前挖槽机械发展很快，与之相适应的挖槽工法层出不穷；有不少新的工法已经不再使用膨润土泥浆；墙体材料已经由过去以混凝土为主而向多样化发展；不再单纯用于防渗或挡土支护，越来越多地作为建筑物的基础。一般地下连续墙定义为：利用各种挖槽机械，借助于泥浆的护壁作用，在地下挖出窄而深的沟槽，并在其内浇注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。 图10 地 下 连 续 墙4.2.3.1地下连续墙的施工 在挖基槽前先作保护基槽上口的导墙，用泥浆护壁，按设计的墙宽与深分段挖槽，放置钢筋骨架，用导管灌注混凝土置换出护壁泥浆，形成一段钢筋混凝土墙。逐段连续施工成为连续墙。施工主要工艺为导墙、泥浆护壁、成槽施工、水下灌注混凝土、墙段接头处理等。 （1）导墙: 导墙通常为就地灌注的钢筋混凝土结构。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，保护槽口土壁不破坏，并作为安装钢筋骨架的基准。导墙深度一般为1.21.5米。墙顶高出地面1015厘米,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。 （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，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。在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。 （3）成槽施工: 中国使用成槽的专用机械有：旋转切削多头钻、导板抓斗、冲击钻等。施工时应视地质条件和筑墙深度选用。一般土质较软，深度在15米左右时，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，以选用冲击钻为宜。槽段的单元长度一般为68米，通常结合土质情况、钢筋骨架重量及结构尺寸、划分段落等决定。成槽后需静置4小时,并使槽内泥浆比重小于1.3。 （4）水下灌注混凝土: 采用导管法按水下混凝土灌注法进行，但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测量混凝土灌注量及上升高度。所溢出的泥浆送回泥浆沉淀池。 （5）墙段接头处理: 地下连续墙是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。也有根据墙体结构受力需要而设置刚性接头的，以使先后两个墙段联成整体。4.2.4地基的加固处理4.2.4.1 高压喷射灌浆法 高压喷射法就是利用工程钻机钻孔至设计处理的深度后，用高压泥浆泵，过安装在钻杆（喷杆）杆端置于孔底的特殊喷嘴，向周围土体高压喷射固化浆液(一般使用水泥浆液)，同时钻杆（喷杆）以一定的速度边旋转边提升，高压射流使一定范围内的土体结构破坏，并强制与固化浆液混合，凝固后便在土体中形成具有一定性能和形状的固结体。 固结体的形状和喷射流的移动方向有关。一般分为旋转喷射(简称旋喷)，定向喷射(简称定喷)和摆动喷射(简称摆喷)。旋喷桩主要用于加固地基，提高地基的抗剪强度，改善地基土的变形性能，使其在上部结构荷载作用下，不至破坏或产生过大的变形。定喷固结体呈壁状，摆喷形成厚度较大的扇状固结体。定喷和摆喷通常用于地基防渗，改善地基土的水力条件及边坡稳定等工程。 （一）加固机理 高喷法如三管高喷法用压缩空气包裹高压喷射水流冲击破坏搅动土体，同时用低压灌浆泵灌入浆液，浆液被高压水、气射流卷吸带入，同时与被搅动土体混合形成固结体。加固地基，形成桩、板、墙的机理可用五种作用来说明： a.高压喷射流切割破坏土体作用 喷流动压以脉冲形式冲击土体，使土体结构破坏出现空洞。 b.混合搅拌作用 钻杆在旋转和提升的过程中，在射流后面形成空隙，在喷射压力作用下，迫使土粒向与喷嘴移动相反的方向(即阻力小的方向)移动，与浆液搅拌混合后形成固结体。 c.置换作用 三重管高喷法又称置换法，高速水射流切割土体的同时，由于通入压缩空气而把一部分切割下的土粒排出灌浆孔，土粒排出后所空下的体积由灌入的浆液补入。 d.充填、渗透固结作用 高压浆液充填冲开的和原有的土体空隙，析水固结，还可渗入一定厚度的砂层而形成固结体。 e.压密作用 高压喷射流在切割破碎土体的过程中，在破碎带边缘还有剩余压力，这种压力对土层可产生一定的压密作用，使高喷桩体边缘部分的抗压强度高于中心部分。 （2） 基本种类 按喷射介质及其管路多少可分为单管法、二管法、三管法等。 a.单管旋喷法 通过单根管路，利用高压浆液（2030MPa），喷射冲切破坏 15 土体，成桩直径为 4050cm。其加固质量好，施工速度快和成本低，但固结体直径较小。 b、二管旋喷法 在单管法的基础上又加以压缩空气，并使用双通道的二重灌浆管。在管的底部侧面有一个同轴双重喷嘴，高压浆液以20MPa 左右的压力从内喷嘴中高速喷出，在射流的外围加以 0.7MPa 左右的压缩空气喷出。在土体中形成直径明显增加的柱状固结体，达80150cm。 c.三管旋喷法 使用分别输送水、气、浆三种介质的三重灌浆管。高压水射流和围环绕的气流同轴喷射冲切破坏土体，在高压水射流的喷嘴周围加上圆筒状的空气射流，进行水、气同轴喷射，可以减少水射流与周围介质的摩擦，避免水射流过早雾化，增强水射流的切割能力。喷嘴边旋转喷射，边提升，在地基中形成较大的负压区，携带同时压入的浆液充填空隙，就会在地基中形成直径较大、强度较高的固结体，起到加固地基的作用。 (三)、其它地基处理方法 常用的地基处理方法有：换填垫层法、强夯法、砂石桩法、振冲法、水泥土搅拌法、高压喷射注浆法、预压法、夯实水泥土桩法、水泥粉煤灰碎石桩法、石灰桩法、灰土挤密桩法和土挤密桩法、柱锤冲扩桩法、单液硅化法和碱液法等。 1、置换法 （1）换填法就是将表层不良地基土挖除，然后回填有较好压密特性的土进行压实或夯实，形成良好的持力层。从而改变地基的承载力特性，提高抗变形和稳定能力。 施工要点：将要转换的土层挖尽、注意坑边稳定；保证填料的质量；填料应分层夯实。 （2）振冲置换法 利用专门的振冲机具，在高压水射流下边振边冲，在地基中成孔，再在孔中分批填入碎石或卵石等粗粒料形成桩体。该桩体与原地基土组成复合地基，达到提高地基承载力减小压缩性的目的。施工注意事项：碎石桩的承载力和沉降量很大程度取决于原地基土对其的侧向约束作用，该约束作用越弱，碎石桩的作用效果越差，因而该方法用于强度很低的软粘土地基时必须慎重行事。 (3)夯(挤)置换法 16 利用沉管或夯锤的办法将管(锤)置入土中，使土体向侧边挤开，并在管内(或夯坑)放人碎石或砂等填料。该桩体与原地基土组成复合地基，由于挤、夯使土体侧向挤压，地面隆起，土体超静孔隙水压力提高，当超静孔隙水压力消散后土体强度也有相应的提高。 施工注意事项：当填料为透水性好的砂及碎石料时，是良好的竖向排水通道。 2、预压法 (1)堆载预压法 在建造建筑物之前，用临时堆载(砂石料、土料、他建筑材料、货物等) 的方法对地基施加荷载，给予一定的预压期。使地基预先压缩完成大部分沉降并使地基承载力得到提高后，卸除荷载再建造建筑物。 施工工艺与要点： a、预压荷载一般宜取等于或大于设计荷载； b、大面积堆载可采用自卸汽车与推土机联合作业，对超软土地基的第一级堆载用轻型机械或人工作业； c、堆载的顶面宽度应小于建筑物的底面宽度，底面应适当放大； d、作用于地基上的荷载不得超过地基的极限荷载。 (2)真空预压法 在软粘土地基表面铺设砂垫层，用土工薄膜覆盖且周围密封。用真空泵对砂垫层抽气，使薄膜下的地基形成负压。随着地基中气和水的抽出，地基土得到固结。为了加速固结，也可采用打砂井或插塑料排水板的方法，即在铺设砂垫层和土工薄膜之前打砂井或插排水板，达到缩短排水距离的目的。 施工要点： 先设置竖向排水系统，水平分布的滤管埋设宜采用条形或鱼刺形，砂垫层上的密封膜采用2-3 层的聚氯乙烯薄膜，按先后顺序同时铺设。面积大时宜分区预压；做好真空度、地面沉降量，深层沉降、水平位移等观测；预压结束后，应清除砂槽和腐植土层。应注意对周边环境的影响。 (3)降水法 降低地下水位可减少地基的孔隙水压力增加上覆土自重应力，使有效应力增 17 加，从而使地基得到预压。这实际上是通过降低地下水位，靠地基土自重来实现预压目的。 施工要点：一般采用轻型井点、喷射井点或深井井点；当土层为饱和粘土、粉土、淤泥和淤泥质粘性土时，此时宜辅以电极相结合。 (4)电渗法 在地基中插入金属电极并通以直流电，在直流电场作用下，土中水将从阳极流向阴极形成电渗。不让水在阳极补充而从阴极的井点用真空抽水，这样就使地下水位降低，土中含水量减少。从而地基得到固结压密，强度提高。电渗法还可以配合堆载预压用于加速饱和粘性土地基的固结。 3、压实与夯实法 (1)、表层压实法 采用人工夯，低能夯实机械、碾压或振动碾压机械对比较疏松的表层土进行压实。也可对分层填筑土进行压实。当表层土含水量较高时或填筑土层含水量较高时可分层铺垫石灰、水泥进行压实，使土体得到加固。 (2)、重锤夯实法 重锤夯实就是利用重锤自由下落所产生的较大夯击能来夯实浅层地基，使其表面形成一层较为均匀的硬壳层，获得一定厚度的持力层。 施工要点：施工前应试夯，确定有关技术参数，如夯锤的重量、底面直径及落距、最后下沉量及相应的夯击遍数和总下沉量；夯实前槽、坑底面的标高应高出设计标高；夯实时地基土的含水量应控制在最优含水量范围内；大面积夯时应按顺序；基底标高不同时应先深后浅；冬季施工时，对土已冻结时，应将冻土层挖去或通过烧热法将土层融解；结束后，应及时将夯松的表土清除或将浮土在接近 1m 的落距夯实至设计标高。 (3)、强夯 强夯是强力夯实的简称。将很重的锤从高处自由下落，对地基施加很高的冲击能，反复多次夯击地面，地基土中的颗粒结构发生调整，土体变为密实，从而能较大限度提高地基强度和降低压缩性。 4、挤密法 (1)、振冲密实法 利用专门的振冲器械产生的重复水平振动和侧向挤压作用，使土体的结构逐步破坏，孔隙水压力迅速增大。由于结构破坏，土粒有可能向低势能位置转移，这样土体由松变密。 (2)、沉管砂石桩(碎石桩、灰土桩、OG 桩、低标号桩等) 利用沉管制桩机械在地基中锤击、振动沉管成孔或静压沉管成孔后，在管内投料，边投料边上提(振动)沉管形成密实桩体，与原地基组成复合地基。 (3)、夯击碎石桩(块石墩) 利用重锤夯击或者强夯方法将碎石(块石)夯人地基，在夯坑里逐步填人碎石 (块石)反复夯击以形成碎石桩或块石墩。 5、拌和法 (1)、高压喷射注浆法(高压旋喷法) 以高压力使水泥浆液通过管路从喷射孔喷出，直接切割破坏土体的同时与土拌和并起部分置换作用。凝固后成为拌和桩(柱)体，这种桩(柱)体与地基一起形成复合地基。 也可以用这种方法形成挡土结构或防渗结构。 (2)、深层搅拌法 深层搅拌法主要用于加固饱和软粘土。它利用水泥浆体、水泥(或石灰粉体) 作为主固化剂，应用特制的深层搅拌机械将固化剂送人地基土中与土强制搅拌，形成水泥(石灰)土的桩(柱)体，与原地基组成复合地基。水泥土桩(柱)的物理力学性质取决于固化剂与土之间所产生的一系列物理-化学反应。固化剂的掺人量及搅拌均匀性和土的性质是影响水泥土桩(柱)性质以至复合地基强度和压缩性的主要因素。 6、加筋法 （1）土工合成材料 土工合成材料是一种新型的岩土工程材料。它以人工合成的聚合物，如塑料、化纤、合成橡胶等为原料，制成各种类型的产品，置于土体内部、表面或各层土体之间，发挥加强或保护土体的作用。土工合成材料可分为土工织物、土工膜、特种土工合成材料和复合型土工合成材料等类型。 （2）土钉墙技术 土钉一般是通过钻孔、插筋、注浆来设置，但也有通过直接打人较粗的钢筋和型钢、钢管形成土钉。土钉沿通长与周围土体接触，依靠接触界面上的粘结摩力来提供锚固作用。4.2.5 围护形式选择4.2.5.1围护结构 （1）地下连续墙: 地下连续墙是在地面上采用一种挖槽机械，沿着深开挖工程的周边轴线，在泥浆护壁条件下，开挖出一条狭长的深槽，清槽后，在槽内吊放钢筋笼，然后用导管法灌筑水下混凝土筑成一个单元槽段，如此逐段进行，在地下筑成一道连续的钢筋混凝土墙壁，作为截水、防渗、承重、挡水结构。本法特点是：施工振动小，墙体刚度大，整体性好，施工速度快，可省土石方，可用于密集建筑群中建造深基坑支护及进行逆作法施工，可用于各种地质条件下，包括砂性土层、粒径50mm以下的砂砾层中施工等。适用于建造建筑物的地下室、地下商场、停车场、地下油库、挡土墙、高层建筑的深基础、逆作法施工围护结构，工业建筑的深池、坑、竖井等。（2）钻孔灌注桩: 灌孔桩系是指在工程现场通过机械钻孔、钢管挤土或人力挖掘等手段在地基土中形成桩孔，并在其内放置钢筋笼、灌注混凝土而做成的桩，依照成孔方法不同，灌注桩又可分为沉管灌注桩、钻孔灌注桩和挖孔灌注桩等几类。钻孔灌注桩是按成桩方法分类而定义的一种桩型。（3）SMW工法桩：SMW是Soil Mixing Wall的缩写。SMW工法连续墙于1976年在日本问世SMW工法是以多轴型钻掘搅拌机在现场向一定深度进行钻掘，同时在钻头处喷出水泥系强化剂而与地基土反复混合搅拌，在各施工单元之间则采取重叠搭接施工，然后在水泥土混合体未结硬前插入H型钢或钢板作为其应力补强材，至水泥结硬，便形成一道具有一定强度和刚度的、连续完整的、无接缝的地下墙体。（4）钢板桩： 钢板桩是带有锁口的一种型钢，其截面有直板形、槽形及Z形等，有各种大小尺寸及联锁形式。常见的有拉尔森式，拉克万纳式等。其优点为：强度高，容易打入坚硬土层；可在深水中施工，必要时加斜支撑成为一个围笼。防水性能好；能按需要组成各种外形的围堰，并可多次重复使用，因此，它的用途广泛。在桥梁施工中常用于沉井顶的围堰，它的用途广泛。管柱基础、桩基础及明挖基础的围堰等。这些围堰多采用单壁封闭式，围堰内有纵横向支撑，必要时加斜支撑成为一个围笼。如中国南京长江桥的管柱基础，曾使用钢板桩圆形围堰，其直径21.9米，钢板桩长36米，有各种大小尺寸及联锁形式。待水下混凝土封底达到强度要求后，抽水筑承台及墩身，抽水设计深度达20米。在水工建筑中，一般施工面积很大，则常用以做成构体围堰。它系由许多互相连接的单体所构成，每个单体又由许多钢板桩组成，单体中间用土填实。围堰所围护的范围很大，不能用支撑支持堰壁，因此每个单体都能独自抵抗倾覆、滑动和防止联锁处的拉裂。常用的有圆形及隔壁形等形式。 图11 钢板桩（5）放坡+土钉墙： 土钉墙 是一种保证边坡稳定的方法之一，进入土坡深度应不小于4M，土丁与锚杆不同的