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第2讲土方工程施工要点 1土方开挖2土壁支护3施工排水4流砂的防治 第1章土方工程 邵阳学院杨宗耀 教授级高工 1土方开挖 踏勘现场 熟悉图纸 编制施工方案 清除现场障碍物 平整施工场地 进行地下墓探 设置排水降水设施 永久性控制坐标和水准点的引测 建立测量控制网 设置方格网 控制桩等 搭设临时设施 修筑施工道路 施工机具 用料准备 1 1土方施工准备工作 第2讲土方工程施工要点 共60页第1页 踏勘现场编制方案场地清表场地测量 1 2边坡开挖 场地边坡开挖应采取沿等高线自上而下 分层 分段依次进行 在边坡上采取多台阶同时进行开挖时 上台阶应比下台阶开挖进深不少于30m 以防塌方 1土方开挖 边坡台阶开挖 应作成一定坡势以利泄水 边坡下部设有护脚矮墙及排水沟时 在边坡修完后 应立即进行护脚矮墙和排水沟的砌筑和疏通 以保证坡面不被冲刷和坡脚范围内不积水 土方工程的多台阶开挖 共60页第2页 1 3基坑 槽 和管沟开挖 基坑开挖 上部应有排水措施 防止地表水流入坑内冲刷边坡 造成塌方和破坏基土 施工排水的内容详见第3节 1土方开挖 基坑开挖 应进行测量定位 抄平放线 定出开挖宽度 根据土质和水文情况确定在四侧或两侧 直立或放坡开挖 坑底宽度应注意预留施工操作面 应根据开挖深度 土体类别及工程性质等综合因素确定保持土壁稳定的方法和措施 土壁支护的内容详见第2节 基坑的切线开挖 共60页第3页 基坑开挖的一般程序 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 挖土应自上而下水平分段分层进行 边挖边检查坑底宽度及坡度 每3m左右修一次坡 至设计标高再统一进行一次修坡清底 1 3基坑 槽 和管沟开挖 大型工程基坑施工全景图 共60页第4页 基坑开挖应防止对基础持力层的扰动 基坑挖好后不能立即进入下道工序时 应预留15 人工 30cm 机械 一层土不挖 待下道工序开始前再挖至设计标高 以防止持力层土壤被阳光曝晒或雨水浸泡 1 3基坑 槽 和管沟开挖 超挖后回填的松软土层 持力层被雨水浸泡后留下的水渍 这两种情况都是基坑土方施工要避免出现的 共60页第5页 在地下水位以下挖土 应在基坑内设置排水沟 集水井或其它施工降水措施 降水工作应持续到基础施工完成 雨季施工时基坑槽应分段开挖 挖好一段浇筑一段垫层 弃土应及时运出 在基坑槽边缘上侧临时堆土 材料或移动施工机械时 应与基坑上边缘保持1m以上的距离 以保证坑壁或边坡的稳定 1 3基坑 槽 和管沟开挖 基坑挖完后 应组织有业主 设计 勘察 监理四方参与的基坑验槽 并报质监站验证 符合要求后方可进入下一道工序 四方参与基坑验槽 共60页第6页 2土壁支护 土壁的稳定主要是由土体内磨擦阻力和粘结力来保持平衡的 一旦土体失去平衡 土体就会塌方 这不仅会造成人身安全事故 影响工期 有时还会危及附近的建 构 筑物 边坡过陡 雨水 地下水渗入基坑 基坑上口边缘堆载过大 土方开挖顺序 方法未遵守 从上至下 分层开挖 开槽支撑 先撑后挖 的原则 2 1造成土壁塌方的原因 第2讲土方工程施工要点 共60页第7页 基坑塌方抢险救人 边坡的留设应符合规范的要求 挖填高度 高度大则坡度系数大 高度小则坡度系数小 甚至不放坡 土的工程性质 土的类别 含水量 有无地下水等 土的类别低 密度小 含水量大 则坡度系数大 土的类别高 密度大 含水量小 则坡度系数小 施工的特点 坡顶是否有荷载 施工期长短 施工季节 人工作业还是机械作业 2 2防治塌方的措施 2 2 1放足边坡 对坡顶有荷载 尤其是有动荷载 使用时间长 且跨越冬雨季施工的边坡应留有充足的安全系数 2土壁支护 共60页第8页 2 2 2土壁支护 为缩小施工面 减少土方 或受场地的限制不能放坡时 则可设置土壁支撑 2 2防治塌方的措施 基槽支护 基 沟 槽开挖一般采用横撑式土壁支撑 根据挡土板的不同 分为水平挡土板及垂直挡土板两类 前者挡土板的布置又分为间断式和连续式两种 湿度小的粘性土挖土深度小于3m时 可用间断式水平挡土板支撑 共60页第9页 间断式水平挡土板支撑 对松散 湿度大的土可用连续式水平挡土板支撑 挖土深度可达5m 对松散和湿度很高的土可用垂直挡土板式支撑 其挖土深度不限 2 2防治塌方的措施 连续式水平挡土板支撑 共60页第10页 垂直挡土板式支撑 一般基坑的支护方法 一般基坑的支护方法有 斜柱支撑法 锚拉支撑法 短柱横隔板支撑法 临时挡土墙支撑法等 施工时按适用条件进行选择 简易支护 2 2防治塌方的措施 仅适用于部分地段放坡不够的宽度较大的基坑使用 仅适用于部分地段下部放坡不够的宽度较大的基坑使用 共60页第11页 先沿基坑边缘打设柱桩 在柱桩内侧支设挡土板并用斜撑支顶 挡土板内侧填土夯实 斜柱支撑 锚拉支撑 先沿基坑边缘打设柱桩 在柱桩内侧支设挡土板 柱桩上端用拉杆拉紧 挡土板内侧填土夯实 2 2防治塌方的措施 适用于深度不大的大型基坑或机械挖土时使用 适用于深度不大的大型基坑或用机械挖土不能安设横 斜 撑时使用 共60页第12页 2 2 3做好施工排水防止流砂 施工排水的内容将在第3节专门讨论 对可能产生滑坡的地段 不宜在雨期挖方 并应遵循先整治后开挖和由上至下的开挖顺序 严禁先切除坡脚或在滑坡体上弃土 2 2 4完善施工技术措施 应根据挖方深度 边坡高度和土的类别确定挖方上边缘至土堆坡脚的距离 当土质干燥密实时不小于3m 当土质松软时不小于5m 坡顶堆土的最小距离 共60页第13页 2土壁支护 边坡有危岩 孤石 崩塌体等不稳定的迹象时要先做妥善处理 对软土土坡和极易风化的软质岩石边坡 开挖后应对坡脚 坡面采取喷浆 抹面 嵌补 砌石等保护措施 并作好坡顶 坡脚排水 高达530m的边坡锚固 共60页第14页 2土壁支护 边坡支护 支撑垛防治边坡崩塌 大石加固崩塌防治 共60张第15张 2土壁支护 边坡简易护理 边坡主动防护网 石笼网护坡石笼网护岸 漓江石笼护岸 共60张第16张 2土壁支护 宜万铁路岩崩滑坡事故 2007年11月20日 高阳寨隧道发生岩崩事故 滑坡体总方量约3000m3 施工人员1死1伤2失踪 一辆长途客车途经事发现场被埋入巨石下 31人无人生还 2土壁支护 岩崩滑坡事故现场全景 岩石崩塌处崩塌的巨石 客车被埋 车上有乘客31人 共60页第17页 2 3深基坑的支护 深基坑支护的基本要求 确保支护结构能起挡土作用 基坑边坡保持稳定 确保相邻的建 构 筑物 道路 地下管线的安全 不因土体的变形 沉陷 坍塌受到危害 通过排水降水等措施 确保基础施工在地下水位以上进行 上海环球金融中心基础施工 地铁车站的深基坑支护 共60页第18页 2土壁支护 常用的支护结构体系 排桩式 土钉墙 喷锚支护 钢管桩 挖孔灌注桩 钢板桩 板墙式 板桩式 组合式 粉体喷射注浆桩墙 钻孔灌注桩 高压喷射注浆桩墙 深层搅拌水泥土桩墙 逆作拱墙式 边坡稳定式 排桩与板墙式 水泥挡土墙式 现浇地下连续墙 灌注桩与水泥土桩结合 加筋水泥土围护墙 型钢横挡板 共60页第19页 2 3深基坑的支护 2 3 1挡土灌注桩支护 适于开挖面积大 深度大于6m 不允许放坡 邻近有建 构 筑物的基坑支护 开挖前在基坑周围设置砼灌注桩 桩的排列有间隔式 双排式和连续式 桩顶设置砼连系梁或锚桩 拉杆 施工方便 安全度好 费用低 深基坑的间隔式排桩支护 共60页第20页 2 3深基坑的支护 2 3 2挡土灌注桩与土层锚杆结合支护 适于大型较深基坑 施工期较长 邻近有建筑物 不允许支护 邻近地基不允许有下沉位移时使用 桩顶不设锚桩 拉杆 而是挖至一定深度 每隔一定距离向桩背面斜向打入锚杆 达到强度后 安上横撑 拉紧固定 在桩中间挖土 直至设计深度 深基坑的间隔式排桩支护 共60页第21页 桩顶连系梁 悬臂支护桩 锚杆及横撑 2 3深基坑的支护 2 3 3土层锚杆支护 在立壁土层上钻 掏 孔至要求深度 孔内放入钢筋 灌入水泥砂浆或化学浆液 使之与土层结合成抗拉锚杆 将立壁土体侧压力传至稳定土层 适于较硬土层或破碎岩石中开挖较大较深基坑 邻近有建筑物须保证边坡稳定时采用 基坑锚杆支护施工中 2 3深基坑的支护 共60页第22页 天然土体通过钻孔 插筋 注浆来设置土钉 亦称砂浆锚杆 并与喷射砼面板相结合 形成类似重力挡墙的土钉墙 以抵抗墙后的土压力 保持开挖面的稳定 也称为喷锚网加固边坡或喷锚网挡墙 2 3 4土钉墙支护 钻孔插筋 注浆铺设钢筋网喷射砼护面 土钉墙支护 2 3深基坑的支护 共60页第23页 2 3 5钢板桩支撑 当基坑较深 地下水位较高且未施工降水时 采用板桩作为支护结构 既可挡土 防水 还可防止流砂的发生 板桩支撑可分为无锚板桩 悬臂式板桩 和有锚板桩两大类 钢板桩 水平支撑 U型钢板桩插打入土U型板桩相互连接 2 3深基坑的支护 共60页第24页 2 3 6内撑式支护 由支护桩或墙和内支撑组成 适用于各种地基土层 缺点是内支撑会占用一定的施工空间 北京地铁熊猫环岛车站基坑钢管支护 大型深基坑的钢管对撑支护 共60页第25页 2 3深基坑的支护 制作深基坑砼构架 构架支护下挖桩间土方 构架支护下逆作法施工 共60页第26页 2 3深基坑的支护 2 3 7地下连续墙支护 地下连续墙成槽施工 先建造钢筋砼地下连续墙 达到强度后在墙间用机械挖土 该支护法刚度大 强度高 可挡土 承重 截水 抗渗 可在狭窄场地施工 适于大面积 有地下水的深基坑施工 SH350连续墙抓斗 成槽机三一重工 槽段的连接 点击动画水泥搅拌桩 共60页第27页 2 3深基坑的支护 导墙施工导墙施工完泥浆系统 泥浆池 成槽施工钢筋笼吊装锁口管起拔砼浇筑 2 3深基坑的支护 共60页第28页 深基坑边坡支护坍塌事故 杭州地铁塌陷事故 2008年11月15日下午 杭州萧山湘湖段地铁施工现场发生塌陷事故 风情大道长达75m的路面坍塌并下陷15m 行驶中的11辆车陷入深坑 数十名地铁施工人员被埋 共60页第30页 2土壁支护 共60页第31页 2土壁支护 事故附近的房屋已被全部推倒 陷落的车辆被吊起 清理塌陷现场 事故造成21人死亡 经济损失约1 5亿元 是中国地铁建设史上最惨痛的事故 共60页第32页 2土壁支护 上海 莲花河畔景苑 在建楼房整体倒塌 6月27日6时左右 上海闵行区 莲花河畔小区 一栋在建13层住宅楼整体倒塌 这是建国以来建筑业最令人恐怖的倒楼事件 共60页第33页 2土壁支护 共60页第34页 2土壁支护 共60页第35页 2土壁支护 两侧压力差产生的水平力超过了桩基的抗侧能力 骇人听闻的上海倒楼事件令土木人蒙羞 开发商 承包商 监理工程师和负有监管职责的政府官员将被钉在土木建设史的耻辱柱上 共60页第36页 2土壁支护 3施工排水 基坑开挖时 流入坑内的地下水和地表水如不及时排除 会使施工条件恶化 造成土壁塌方 亦会降低地基的承载力 3 1明排水法 一般采用截 疏 抽的方法 截 在现场周围设临时或永久性排水沟 防洪沟或挡水堤 以拦截雨水 潜水流入施工区域 疏 在施工范围内设置纵横排水沟 疏通 排干场内地表积水 抽 在低洼地段设置集水 排水设施 然后用抽水机抽走 施工排水可分为明排水法和人工降低地下水位法两种 第2讲土方工程施工要点 共60页第37页 明沟与集水井排水 在基坑的一侧或四周设置排水明沟 在四角或每隔20 30m设一集水井 排水沟始终比开挖面低0 4 0 5m 集水井比排水沟低0 5 1m 在集水井内设水泵将水抽排出基坑 适用于土质情况较好 地下水量不大的基坑排水 3 1明排水法 普通明沟与集水井排水法 共60页第38页 分层明沟排水 当基坑开挖土层由多种土层组成 中部夹有透水性强的砂类土时 为防止上层地下水冲刷基坑下部边坡 宜在基坑边坡上分层设置明沟及相应的集水井 适用于深度较大 地下水位较高 上部有透水性强的土层的基坑排水 3 1明排水法 点击动画明沟与集水井排水 分层明沟排水法 共60页第39页 深层明沟排水 当地下基坑相连 土层渗水量和排水面积大 为减少大量设置排水沟的复杂性 可在基坑内的深基础或合适部位设置一条纵 长 深的主沟 其余部位设置边沟或支沟与主沟连通 通过基础部位用碎石或砂子作盲沟 适用于深度大的大面积地下室 箱基的基坑施工排水 3 1明排水法 深层明沟排水法 共60页第40页 3 2施工降水 在含水丰富的土层中开挖大面积基坑时 明沟排水法难以排干大量的地下涌水 当遇粉细砂层时 还会出现严重的翻浆 冒泥 涌砂现象 不仅基坑无法挖深 还可能造成大量水土流失 边坡失稳 地面塌陷 严重者危及邻近建筑物的安全 遇有此种情况时应采用井点降水的人工降水方法施工 3施工排水 地下室电梯井局部二次降水 全基坑轻型井点降水 共60页第41页 3 2 1井点降水的作用 防止地下水涌入坑内 防止边坡由于地下水的渗流而引起的塌方 使坑底的土层消除了地下水位差引起的压力 因此防止了坑底的管涌 3 2施工降水 共60页第42页 降水后 使板桩减少了横向荷载 消除了地下水的渗流 也就防止了流砂现象 降低地下水位后 还能使土壤固结 增加地基土的承载能力 3 2施工降水 共60页第43页 3 2 2井点降水的种类 轻型井点是沿基坑四周将井点管埋入蓄水层内 利用抽水设备将地下水从井点管内不断抽出 将地下水位降至基坑底以下 轻型井点 适用于渗透系数为0 1 50m d的土层中 降水深度为 单级井点3 6m 多级井点6 12m 3 2施工降水 点击动画轻型井点降水 共60页第44页 喷射井点 是在井点管内设特制的喷射器 用高压水泵或空气压缩机向喷射器输入高压水或压缩空气 形成水气射流 将地下水抽出排走 其降水深度可达8 20m 适用于开挖深度较深 降水深度大于8m 土渗透系数为3 50m d的砂土或渗透系数为0 1 3m d的粉砂 淤泥质土 粉质粘土 3 2施工降水 共60页第45页 电渗井点 电渗井点以井点管作负极 打入的钢筋作正极 通入直流电后 土颗粒自负极向正极移动 水则自正极向负极移动而被集中排出 本法常与轻型井点或喷射井点结合使用 适用于渗透系数很小的饱和粘性土 淤泥或淤泥质土中的施工降水 3 2施工降水 共60页第46页 管井井点 管井井点由滤水井管 吸水管和抽水机组成 管井埋设的深度和距离根据需降水面积 深度及渗透系数确定 一般间距10 50m 最大埋深可达10m 管井距基坑边缘距离不小于1 5m 冲击钻成孔 或3m 钻孔法成孔 适用于降水深度3 5m 渗透系数为20 200m d的基坑中施工降水 管井井点设备简单 排水量大 易于维护 经济实用 3 2施工降水 管井填充滤料管井抽排水PVC简易管井 共60页第47页 如需降水深度较大 可采用深井井点 适用于降水深度 15m 渗透系数为10 250m d的基坑 故称为 深井泵法 3 2施工降水 管井井点降水 点击动画管井井点降水 共60页第48页 3 2 3轻型井点降水 点击井点降水动画 轻型井点的设备 由管路系统 滤管 井点管 弯联管及总管 和抽水设备 真空泵 离心泵和水气分离器 组成 轻型井点工作原理及滤管构造见图 3 2施工降水 共60页第49页 轻型井点的平面布置 单排布置 当基坑 槽 宽度 6m 降水深度 5m时可采用单排布置 井点管应布置在地下水的上游一侧 两端的延伸长度不宜小于坑槽的宽度B 双排布置 当基坑 槽 宽度 6m时应采用 3 2施工降水 共60页第50页 环型或U型布置 当基坑面积较大时 应采用环型布置 考虑施工机械进出基坑时宜采用U型布置 采用双排 环型或U型布置时 位于地下水上游一排的井点间距应小些 下游井点的间距可大些 如采用U形布置 则井点管不封闭的一段应在地下水的下游方向 3 2施工降水 共60页第51页 轻型井点的高程布置 轻型井点降水深度一般不大于6m 井点管埋置深度H 不包括滤管 可按下式计算 如H值小于降水深度6m时 则可用一级井点 当H值稍大于6m时 如降低井点管的埋置面可满足降水深度要求时 仍可用一级井点降水 3 2施工降水 共60页第52页 在确定井点管埋置深度时 还应考虑井点管露出地面0 2 0 3m 滤管必须埋在透水层内 当一级井点达不到降水深度要求时 则可采用二级井点 见右图 3 2施工降水 地下室三级井点降水 共60页第53页 轻型井点的设计及计算 井点系统的设计应掌握施工现场地形图 水文地质勘察资料 基坑的施工图设计等资料 设计内容除进行井点系统的平面布置和高程布置外 尚应进行涌水量的计算 确定井管数量及井距 选择抽水设备等工作 轻型井点的埋设程序 排放总管 埋设井点管 用弯联管将井点与总管接通 安装抽水设备 3 2施工降水 共60页第54页 防范井点降水不利影响的措施 井点降水必然会形成降水漏斗 从而导致周围土壤固结并引起地面沉陷 为减少井点降水对周围建筑物及地下管线造成影响 可考虑在井点设置线外4 5m处设置回灌井点 将井点中抽出水经沉淀后用压力注入回灌井中 形成一道水墙 设置挡土帷幕也可减少井点降水引起的不利影响 3 2施工降水 共60页第55页 4流砂的防治 在细砂或粉砂土层的基坑开挖时 地下水位以下的土在动水压力的推动下极易失去稳定 随着地下水涌入基坑 称为流砂现象 流砂发生后 土完全丧失承载力 土体边挖边冒 施工条件极端恶化 基坑难以达到设计深度 严重时会引起基坑边坡塌方 临近建筑物出现下沉 倾斜甚至倒塌 4 1流砂现象 第2讲土方工程施工要点 广佛地铁桂城站基坑出现流砂 地面下沉约1 5m图为砂包封堵抢险现场 共60页第56页 产生流砂现象的原因有内因和外因 内因 取决于土的性质 当土的孔隙比大 含水量大 粘粒含量少 粉粒多 渗透系数小 排水性能差等均容易产生流砂现象 因此