土方工程施工说明PPT课件

1 第1章土方工程 2 第1章土方工程 1 1概述1 2场地平整与土方量计算1 3基坑土方工程施工1 4土方的填筑1 5土方的机械化施工本章小结 3 1 1概述 一 土方工程的施工过程与常见类型二 土方工程的特点三 土的分类四 土的工程性质 4 1 1概述 一 土方工程的施工过程与常见类型1 施工过程一切土的挖掘 填筑和运输等过程以及排水 降水 土壁支撑等准备工作和辅助工程 2 常见类型场地平整 基坑 槽 开挖 地坪填土 路基填筑及基坑回填土等 5 1 1概述 二 土方工程施工特点 1 工程量大 劳动繁重 2 施工条件复杂 3 受场地限制 因此 在组织土方工程施工前 应制订出技术可行经济合理的施工设计方案 6 1 1概述 三 土的分类 1 按土的沉积年代 颗粒级配 密实度 液性指数分类等 在土木工程施工中 按土的开挖难易程度将土分为八类 松软土 普通土 坚土 砂砾坚土 软石 次坚石 坚石 特坚硬石八类 前四类为一般土 后四类为岩石 土的工程分类与现场鉴别方法见下表 7 1 1概述 四 土的工程性质土的主要工程性质有 土的可松性 原状土经机械压实后的沉降量等 此外还有 渗透性 密实度 抗剪强度 土压力等 8 1 1概述 四 土的工程性质1 土的可松性 即自然状态下的土 经过开挖后 其体积因松散而增大 以后虽经回填压实 仍不能恢复 土的可松性程度用可松性系数表示 即 1 1 式中 最初可松性系数 最后可松性系数 V1 土在自然状态下的体积 m3 V2 土经开挖后的松散体积 m3 V3 土经回填压实后的体积 m3 9 1 1概述 四 土的工程性质1 土的可松性 在土方调配 计算土方机械生产率及运输工具数量等的时候 必须考虑土的可松性 土的最初可松性是计算土方施工机械及运土车辆等的重要参数 土的最终可松性是计算场地平整标高及填方时所需挖土量的重要参数 10 1 1概述 四 土的工程性质2 土的渗透性 土的渗透性 指土体被水透过的性质 土的渗透性用渗透系数表示 渗透系数 表示单位时间内水穿透土层的能力 以m d表示 它同土的颗粒级配 密实程度等有关 是人工降低地下水位及选择各类井点的主要参数 11 1 1概述 四 土的工程性质3 原状土经机械压实后的沉降量 根据不同土质 其沉降量一般在 3 30cm之间 式中 P 机械压实的有效作用力 MPa C 原状土的抗陷系数 MPa 12 1 2场地平整与土方量计算 一 场地平整的概念场地平整就是将自然地面改造成人们所要求的平面 二 场地平整土方施工方案的确定1 先平整整个场地 后开挖基坑 槽 2 先开挖基坑 槽 后平整场地 3 边平整场地 边开挖基坑 槽 在场地平整前 必须确定场地设计标高 计算挖填方量 确定土方调配方案 并合理选择施工机械 拟定施工方案 13 1 2场地平整与土方量计算 1 2 1场地设计标高的确定1 2 2场地平整土方工程量计算 14 1 2 1场地标高设计 一 场地设计标高确定的基本原则二 场地设计标高确定的两种方法三 场地设计标高的调整 15 1 2 1场地标高设计 一 场地设计标高确定的基本原则1 符合规划 生产工艺和运输要求 2 充分利用地形 以减少挖方数量 3 场地内的挖方和填方能达到相互平衡 且土方量最小 4 泄水坡度 20 00 5 考虑最高洪水位的影响 16 1 2 1场地标高设计 二 场地设计标高确定的方法1 一般方法 如场地比较平缓 对场地设计标高无特殊要求 可按照 挖填土方量相等 的原则确定场地设计标高 2 用最小二乘法原理求最佳设计平面 应用最小二乘法的原理 不仅可满足土方挖填平衡 还可做到土方的总工程量最小 17 二 场地设计标高确定的方法 1 按挖填平衡原则确定设计标高计算步骤 1 根据场地地形图划分方格网 a 10m 40m 2 根据相邻等高线 用插入法计算或实测各方格角点的地面标高 3 根据挖填平衡原则计算场地设计标高 4 根据泄水坡度调整设计标高 5 根据场地设计标高确定施工高度 18 二 场地设计标高确定的方法 1 按挖填平衡原则确定设计标高计算步骤 1 根据场地地形图划分方格网 a 10m 40m 19 二 场地设计标高确定的方法 1 按挖填平衡原则确定设计标高计算步骤 2 根据相邻等高线 用插入法计算或实测各方格角点的地面标高 20 二 场地设计标高确定的方法 1 按挖填平衡原则确定设计标高 3 根据挖填平衡原则计算场地设计标高 考虑各角点标高的 权 Pi z1 一个方格独有的角点标高 z2 z3 z4 分别为二 三 四个方格所共有的角点标高 21 二 场地设计标高确定的方法 1 按挖填平衡原则确定设计标高 4 根据泄水坡度调整设计标高 实际场地均应有一定的泄水坡度 因此 应根据泄水要求计算出实际施工时所采用的设计标高 以Zo作为场地中心的设计标高 则场地任意点的设计标高为 22 二 场地设计标高确定的方法 1 按挖填平衡原则确定设计标高 5 根据场地设计标高确定施工高度施工高度的含义是该角点的设计标高与原地形标高的差值 1 6 式中 角点的原地形标高 若Hi为正值 则该点为填方 Hi为负值则为挖方 23 二 场地设计标高确定的方法 2 用最小二乘法确定最佳设计平面 1 原理 任何一个平面在直角坐标体系中都可以用三个参数c 来确定 在这个平面上任何一点i的标高 可以根据下式求出 c 原点标高 x方向的坡度 y的方向坡度 1 6 其中 点在x方向的坐标 点在y方向的坐标 24 二 场地设计标高确定的方法 2 用最小二乘法确定最佳设计平面 1 原理 与前述方法类似 将场地划分成方格网 并将原地形标高标于图上 设最佳设计平面的方程为式 1 6 形式 则该场地方格网角点的施工高度为 式中 方格网各角点的施工高度 方格网各角点的设计平面标高 方格网各角点的原地形标高 方格角点总数 1 7 25 二 场地设计标高确定的方法 2 用最小二乘法确定最佳设计平面 1 原理 土方工程量与施工高度之和成正比 由于施工高度有正有负 当施工高度之和为零时 则表明该场地土方的填挖平衡 但它不能反映出填方和挖方的绝对值之和为多少 为了不使施工高度正负相互抵消 若把施工高度平方之后再相加 则其总和能反映土方工程填挖方绝对值之和的大小 但要注意 在计算施工高度总和时 应考虑方格网各点施工高度在计算土方量时被应用的次数Pi 令 为土方施工高度之平方和 则 1 8 26 二 场地设计标高确定的方法 2 用最小二乘法确定最佳设计平面 1 原理 将公式 1 7 代入上式 得 当 的值最小时 该设计平面既能使土方工程量最小 又能保证填挖方量相等 填挖方不平衡时 上式所得数值不可能最小 这就是用最小二乘法求最佳设计平面的方法 1 9 27 二 场地设计标高确定的方法 2 用最小二乘法确定最佳设计平面 2 计算方法 为了求得 最小时的设计平面参数c 可以对式1 9的c 分别求偏导数 并令其为0 于是得 1 10 28 经过整理 可得下列准则方程 1 11 式中 余类推 二 场地设计标高确定的方法 29 解联立方程组 1 11 可求得最佳设计平面 此时尚未考虑工艺 运输等要求 的三个参数c ix iy 然后即可根据方程式 1 7 算出各角点的施工高度 在实际计算时 可采用列表方法 表1 2 二 场地设计标高确定的方法 2 用最小二乘法确定最佳设计平面 2 计算方法 最佳设计平面计算表表1 2 最后一列的和 PH 可用于检验计算结果 当 PH 0 则计算无误 30 应用上述准则方程时 若已知c或ix 或iy时 只要把这些已知值作为常数代入 即可求得该条件下的最佳设计平面 二 场地设计标高确定的方法 2 用最小二乘法确定最佳设计平面 但它与无任何限制条件下求得的最佳设计平面相比 其总土方量一定比后者大 31 三 场地设计标高的调整 此工作在完成土方量计算后进行 1 考虑土的最终可松性 需相应提高设计标高 以达到土方量的实际平衡 2 考虑工程余土或工程用土 相应提高或降低设计标高 3 根据经济比较结果 如采用场外取土或弃土的施工方案 则应考虑因此引起的土方量的变化 需将设计标高进行调整 场地设计平面的调整工作也是繁重的 如修改设计标高 则须重新计算土方工程量 32 1 2 2土方工程量计算 土方工程的外形往往复杂 不规则 一般情况下 都将其假设或划分成为一定的几何形状 并采用具有一定精度而又和实际情况近似的方法进行计算 33 1 2 2土方工程量计算 一 场地平整土方工程量计算步骤1 场地设计标高确定后 求出平整的场地各角点的施工高度Hi 2 确定 零线 的位置 确定 零线 的位置 了解整个场地的挖 填区域分布状态 3 按每个方格角点的施工高度算出填 挖土方量 并计算场地边坡的土方量 这样即得到整个场地的填 挖土方总量 34 1 2 2土方工程量计算 二 零线的确定1 零线即挖方区与填方区的交线 在该线上施工高度为零 2 零线的确定方法是 在相邻角点施工高度为一挖一填的方格边线上 用插入法求出零点 0 的位置 将各相邻的零点连接起来即为零线 35 如不需计算零线的确切位置 则绘出零线的大致走向即可 零线确定后 便可进行土方量的计算 方格中土方量的计算有两种方法 四方棱柱体法 和 三角棱柱体法 1 2 2土方工程量计算 36 1 2 2土方工程量计算 三 四方棱柱体的体积计算方法1 方格四个角点全部为填或全部为挖时 四方棱柱体的体积计算方法分两种情况 1 12 式中V 挖方或填方体积 m3 H1 H2 H3 H4 方格四个角点的填挖高度 均取绝对值 m a 方格边长 m 37 1 2 2土方工程量计算 三 四方棱柱体的体积计算方法2 方格四个角点部分是挖方 部分是填方 1 13 1 14 b 角点二填二挖 c 角点一填 挖 三挖 填 式中 H填 挖 方格角点中填 挖 方施工高度的总和 取绝对值 m H 方格四角点施工高度之总和 取绝对值 m 38 1 2 2土方工程量计算 四 三角棱柱体的体积计算方法场地的挖方区和填方区的边沿都需要做成边坡 以保证挖方土壁和填方区的稳定 边坡的土方量计算多采用三角棱柱体的方法计算 39 1 2 2土方工程量计算 四 三角棱柱体的体积计算方法计算时先把方格网顺地形等高线 将各个方格划分成三角形 按地形将方格划分成三角形 40 1 2 2土方工程量计算 四 三角棱柱体的体积计算方法1 当三角形三个角点全部为挖或全部为填时 三角棱柱体的体积计算方法分两种情况 式中V 挖方或填方体积 m3 H1 H2 H3 三角形各角点的施工高度 均取绝对值 m a 方格边长 m a 全填或全挖 41 1 2 2土方工程量计算 三 四方棱柱体的体积计算方法2 当三角形三个角点有填有挖时 零线将三角形分成两部分 一个是底面为三角形的锥体 一个是底面为四边形的楔体 42 1 2 2土方工程量计算 三 四方棱柱体的体积计算方法2 当三角形三个角点有填有挖时 其中锥体部分的体积为 楔体部分的体积为式中H1 H2 H3 分别为三角形各角点的施工高度 m 取绝对值 其中H3指的是锥体顶点的施工高度 1 16 1 17 43 1 3基坑土方工程施工 施工准备及定位放线1 场地清理 2 排除地面水 3 修筑好临时道路及供水 供电等临时设施 4 做好材料 机具及土方机械的进场工作 5 做好土方工程测量 放线工作 6 做好边坡稳定 基坑 槽 支护 降低地下水工作 44 1 3基坑土方工程施工 1 3 1基坑土方工程量计算1 3 2边坡稳定与基坑支护1 3 3降水1 3 4基坑 槽 土方开挖 45 1 3 1基坑 槽 土方工程量计算 a 基坑土方量计算 b 基槽 路堤土方量计算 式中 对基坑而言 H为基坑的深度 F1 F2分别为基坑的上下底面积 m2 对基槽或路堤 H为基槽或路堤的长度 m F1 F2为两端的面积 m2 F0 F1与F2之间的中截面面积 m2 1 18 46 1 3 1基坑 槽 土方工程量计算 基槽与路堤通常根据其形状 曲线 折线 变截面等 划分成若干计算段 分段计算土方量 然后再累加求得总的土方工程量 如果基槽 路堤是等截面的 则F1 F2 F0 由式 1 18 计算V HF1 47 1 3 2边坡稳定与基坑 槽 支护 一 边坡稳定 一 边坡稳定的条件与影响因素 二 放坡与护面二 基坑 槽 支护 一 基槽支护 二 基坑支护基坑支护原则基坑支护类型基坑支护设计与施工 48 一 边坡及其稳定 一 边坡稳定条件与影响因素1 破坏形式 49 一 边坡及其稳定 一 边坡稳定条件与影响因素2 边坡稳定条件 T C T 土体下滑力 C 土体抗剪力 或者说 土体的稳定条件是 在土体的重力及外部荷载作用下所产生的剪应力小于土体的抗剪强度 50 一 边坡及其稳定 一 边坡稳定条件与影响因素3 影响边坡稳定的因素 1 引起抗剪强度降低的原因 气候的变化使土质松散 粘土中的夹层因浸水而发生润滑作用 饱和细砂 粉砂因受振动而液化 51 一 边坡及其稳定 一 边坡稳定条件与影响因素3 影响边坡稳定的因素 2 引起土体内剪应力增加的原因 边坡上面荷载增加 尤其是附近有动荷载 因下雨使土的含水量增加 因而使土体增重 并在土中渗流产生一定的动水压力 土体裂缝中的水产生静水压力 在土方施工中 要预估各种可能出现的情况 采取必要的措施护坡防坍 特别要注意及时排除雨水 地面水 防止坡顶集中堆载及振动 必要时可采用钢丝网细石混凝土 或砂浆 护坡面层加固 如是永久性土方边坡 则应做好永久性加固措施 52 一 边坡及其稳定 二 放坡与护面1 直壁 不加支撑 的允许深度 密实 中密的砂土和砂填碎石土 1 00m 硬塑 可塑的轻亚粘土及亚粘土 1 25m 硬塑 可塑的粘土和粘填碎石土 1 50m 坚硬的粘土 2m 53 一 边坡及其稳定 二 放坡与护面2 放坡 1 土方边坡的坡度 以挖方深度 或填方深度 H与底宽B之比表示 m B H m 坡度系数 m的物理意义 当基坑深为1米时 边坡宽度的大小 54 d 踏步形边坡 一 边坡及其稳定 二 放坡与护面2 放坡 2 边坡形式 直线形 折线形 踏步形 55 一 边坡及其稳定 二 放坡与护面2 放坡 3 最陡坡度规定 土质均 水位低 时间短 5m深以内 下表深度在5m内的基坑 基槽 管沟边坡的最陡坡度 56 一 边坡及其稳定 二 放坡与护面2 放坡 4 边坡护面措施 覆盖法 挂网法 挂网抹面法 土袋 砌砖压坡法 喷混凝土法 土钉墙 基坑边坡护面方法示意图 d 土袋或砌石压坡护面 c 钢丝网混凝土或钢筋混凝土护面 a 薄膜或砂浆覆盖 b 挂网或挂网抹砂浆护面 57 二 基坑 槽 支护 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 58 一 基槽支护 1 横撑式支撑的分类 根据挡土板的不同 分为水平挡土板式以及垂直挡土板式两类 开挖较窄的沟槽 多用横撑式土壁支撑 a 水平挡土板b 垂直挡土板1 水平挡土板 2 垂直支撑 3 工具式支撑 4 垂直挡土板 5 水平支撑 59 一 基槽支护 1 横撑式支撑的分类 开挖较窄的沟槽 多用横撑式土壁支撑 60 一 基槽支护 2 支撑所承受的荷载 土压力 土压力的分布不仅与土的性质 土坡高度有关 且与支撑的形式及变形亦有关 由于沟槽的支护多为随挖 随铺 随撑 支撑构件的刚度不同 撑紧的程度又难以一致 故作用在支撑上的土压力不能按库伦或朗肯土压力理论计算 实测资料表明 作用在横撑式支撑上的土压力的分布很复杂 也很不规则 工程中通常按图1 18所示几种简化图形进行计算 61 一 基槽支护 2 支撑所承受的荷载 土压力 b 松砂 a 密砂 c 粘土 62 一 基槽支护 3 横撑式支撑的结构计算 挡土板 立柱及横撑的强度 变形及稳定 对较宽的沟槽 采用横撑式支撑便不适应 此时的土壁支护可采用类似于基坑的支护方法 63 二 基坑支护 基坑支护设计的原则 首先要考虑周边环境的保护 其次要满足本工程地下结构施工的要求 再则应尽可能降低造价 便于施工 基坑支护的类型 重力式水泥土墙 板式支护结构 土钉墙等形式 64 二 基坑支护 1 重力式支护结构 1 水泥土搅拌桩 或称深层搅拌桩 概念 它是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 水泥土的水泥掺量通常12 15 单位土体的水泥掺量与土的重力密度之比 30m基坑支护 65 二 基坑支护 1 重力式支护结构 2 特点及应用 水泥土的强度可达0 8 1 2MPa 其渗透系数很小 一般不大于10 6cm s 由水泥土搅拌桩搭接而形成水泥土墙 它既具有挡土作用 又兼有隔水作用 它适用于4 6m深的基坑 最大可达7 8m 66 二 基坑支护 1 重力式支护结构 3 布置形式 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 搅拌桩 插筋 面板 67 二 基坑支护 1 重力式支护结构 4 水泥土墙的设计其破坏形式主要为 倾覆 滑动位移过大及整体失稳 设计主要包括整体稳定 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 计算简图 68 1 重力式支护结构 5 水泥土搅拌桩施工 施工机械深层搅拌桩机的组成由深层搅拌机 主机 机架及灰浆搅拌机 灰浆泵等配套机械组成 图1 17深层搅拌桩机机组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 69 1 重力式支护结构 5 水泥土搅拌桩施工 施工工艺 一次喷浆 二次搅拌 适用于水泥掺量较小 土质较松时 二次喷浆 三次搅拌 适用于水泥掺量较大 土质较密实的情况 70 1 重力式支护结构 5 水泥土搅拌桩施工 施工工艺 图1 32 一次喷浆 二次搅拌 施工流程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 当采用 二次喷浆 三次搅拌 工艺时可在图示步骤5作业时也进行注浆 以后再重复4与5的过程 71 1 重力式支护结构 5 水泥土搅拌桩施工 施工注意问题注意水泥浆配合比及搅拌制度 水泥浆喷射速率与提升速度的关系及每根桩的水泥浆喷注量 以保证注浆的均匀性与桩身强度 施工中还应注意控制桩的垂直度以及桩的搭接等 以保证水泥土墙的整体性与抗渗性 72 2 板式支护结构 1 板式支护结构的组成板式支护结构由两大系统组成 挡墙系统和支撑 或拉锚 系统 悬臂式板桩支护结构则不设支撑 或拉锚 图1 20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 73 2 板式支护结构 1 板式支护结构的组成 挡墙系统 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 SMW工法及地下连续墙等 钢板桩形式与连接 有平板式和波浪式两种 钢板桩之间通过锁口互相连接 形成一道连续的挡墙 74 2 板式支护结构 1 板式支护结构的组成 挡墙系统 钢板桩的特点 由于锁口的连接 使钢板桩连接牢固 形成整体 同时也具有较好的隔水能力 钢板桩截面积小 易于打入 U形 Z形等波浪式钢板桩截面抗弯能力较好 钢板桩在基础施工完毕后还可拔出重复使用 75 2 板式支护结构 1 板式支护结构的组成 支撑系统 支撑系统一般采用大型钢管 H型钢或格构式钢支撑 也可采用现浇钢筋混凝土支撑 拉锚系统的材料一般用钢筋 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 基坑较浅 挡墙具有一定刚度时 可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 钢管支撑 型钢支撑 砼支撑 76 2 板式支护结构 2 板式支护结构的破坏形式 a 板桩下部走动 b 拉锚破坏 c 支撑破坏 d 拉锚长度不足 e 板桩失稳弯曲 f 板桩变形及土体沉降图1 21板桩的工程事故 入土深度不够 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 77 2 板式支护结构 3 板式支护结构设计抗倾覆稳定性 整体稳定 内力计算 板墙部分 支撑 拉锚 系统设计 等 78 2 板式支护结构 4 钢板桩施工板桩墙的施工方法钢板桩 砼板桩采用打入法 灌注桩及地下连续墙采用就地成孔 槽 现浇的方法 板桩的施工要求足够的刚度 良好的防水作用 墙面平直 封闭式板桩墙要求封闭合龙 正确选择打桩方法 打桩机械及流水段划分 79 2 板式支护结构 4 对于钢板桩 通常有三种打桩方法 单独打入法方法 从一角开始逐块插打 每块桩自起打到结束中途不停顿 优点 桩机行走路线短 施工简单 打设速度快 缺点 宜向一边倾斜 累计误差不易纠正 平直度难以控制 适用范围 钢板桩长度不大 小于10m 工程要求不高的情况 80 2 板式支护结构 4 对于钢板桩 通常有三种打桩方法 围檩插桩法方法 用围檩支架做板桩打设导向装置 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 在平面上分单面围檩和双面围檩 高度方向有单层和双层之分 81 2 板式支护结构 4 对于钢板桩 通常有三种打桩方法 围檩插桩法要求 双面围檩之间的距离 比两块板桩组合宽度大8 15mm 优点 可保证平面尺寸准确和钢板桩的垂直度 缺点 施工速度慢 不经济 82 2 板式支护结构 4 对于钢板桩 通常有三种打桩方法 分段复打桩方法 将10 20块钢板桩组成的施工段沿单面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 有利于实现封闭合龙 且分段打设 不会影响邻近板桩施工 钢板桩振动沉桩 83 2 板式支护结构 5 钢板桩的拔除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 84 3 土钉墙 概念 土钉墙是一种原位土体加筋技术 是由设置在坡体中的加筋杆件与其周围土体牢固粘结形成的复合体以及面层构成的类似重力挡土墙的支护结构 土钉支护施工步骤 85 3 土钉墙 适用范围 土钉墙基坑侧壁安全等级宜为二 三级的非软土场地 基坑深度不宜大于12米 86 1 3 3降水 在基坑开挖过程中 当基底低于地下水位时 由于土的含水层被切断 地下水会不断地渗入坑内 雨期施工时 地面水也会不断流入坑内 如果不采取降水措施 把流入基坑内的水及时排走或把地下水位降低 不仅会使施工条件恶化 而且地基土被水泡软后 容易造成边坡塌方并使地基的承载力下降 另外 当基坑下遇有承压含水层时 若不把地下水位降低 则基底可能被冲溃破坏 87 1 3 3降水 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 控制地下水位 使基坑施工时坑底保持干燥 88 1 3 3降水 降低地下水位的方法 集水井降水法 当基坑开挖较浅 可采用集水井降水法 当基坑开挖深度较大 但采用了止水帷幕 基坑内降水也多采用集水井降水法 井点降水法 如降水深度较大 止水措施有限或土层为细砂 粉砂或软土地区时 宜采用井点降水法降水 在井点降水的同时往往也辅以局部的集水井降水 89 1 3 3降水 一 集水井降水二 流砂现象及其防治三 井点降水 90 一 集水井降水 集水井降水是一种设备简单 应用普遍的人工降低水方法 1 定义 在基坑或沟槽开挖时 在坑底设置集水井 并沿坑底的周围或中央开挖排水沟 使水在重力作用下流入集水井内 然后用水泵抽出坑外 91 一 集水井降水 2 施工过程3 设置四周的排水沟及集水井一般应设置在基础范围以外 地下水流的上游 基坑面积较大时 可在基坑中间设置盲沟排水 集水井的水平间距一般根据地下水量 基坑平面形状及水泵能力 每隔20 40m设置一个 基坑四个角应各设一个 92 一 集水井降水 4 构造集水坑的直径或宽度一般为0 6 0 8m 其深度随着挖土的加深而加深 并保持低于挖土面0 7 1 0m 当基坑挖至设计标高后 集水坑底应低于基坑底面1 0 2 0m 坑壁可用竹 木材料等加固 也可用砖垒筑 底部铺设约0 3m厚碎石滤水层或采用下部砾石 约0 1m厚 上部粗砂 约0 1m 的双层滤水层 以免由于抽水时间过长而将泥砂抽出 并防止坑底土被扰动 排水沟大小 宽为0 4 0 6m 深为0 4 0 6m 并有一定的坡度 2 左右 93 一 集水井降水 5 适用范围集水井降水法一般适用于降水深度较小且土层为粗粒土层或渗水量小的粘性土层 它不适用于粉砂土和细砂土 在这类土中易形成流砂 94 二 流砂现象及其防治 1 流砂现象的产生 动水压力 在地下水动力学中又称 渗透压力 当采用集水坑排水时 由于地下水的平衡遭到破坏 地下水面和坑底之间存在着水头差 而产生渗流 引起水在土中的流动 随着坑底挖土深度的加深 该水头差也随之增大 水在渗流过程中受到土粒的阻力 而水对土粒产生一种反力 这种反力就叫动水压力 动水压力的作用方向与水流方向相同 95 二 流砂现象及其防治 1 流砂现象的产生 流砂产生的条件 条件1 水流方向从下向上 条件2 动水压力等于或大于土的浮重度 满足以上条件时 土粒处于悬浮状态 能随着渗流的水一起流动 带入基坑 便发生流砂现象 96 二 流砂现象及其防治 2 流砂危害出现流砂现象时 土完全丧失承载力 土体边挖边冒流砂 至使施工条件恶化 基坑难以挖到设计深度 严重时会引起基坑边坡塌方 临近建筑因流砂而出现地基被掏空的现象 往往会造成建筑开裂 下沉 倾斜甚至倒塌 97 上海地铁工程实例 2003年7月1日凌晨 建设中的上海轨道交通4号线突发险情 造成若干地面建筑物遭到破坏 上海市新闻办发布的消息称 1日凌晨4时 正在施工中的上海轨道交通4号线 浦东南路至南浦大桥 区间隧道浦西联络通道发生渗水 随后出现大量流沙涌入 引起地面大幅沉降 上午9时左右 地面建筑物中山南路847号八层楼房发生倾斜 其主楼裙房部分倒塌 由于发现报警及时 楼内所有人员均已提前撤出 因而没有造成人员伤亡 受其影响的周围楼房里的人员也已经全部撤出 98 上海地铁工程实例 群房倒塌 倾斜楼房即将爆破 99 上海地铁工程实例 一泵房倾倒 100 二 流砂现象及其防治 3 流砂的防治 1 防治途径 减小或平衡动水压力 设法使动水压力方向向下 截断地下水流 2 具体措施 枯水期施工 冻结法 抢挖并抛大石块法 设止水帷幕法 人工降低地下水位法 101 二 流砂现象及其防治 3 流砂的防治 枯水期施工枯水期地下水位较低 基坑内外水位差小 动水压力小 就不易产生流砂 冻结法将出现流砂区域的土进行冻结 阻止地下水流的渗流 以防止流砂产生 强挖并抛大石块法分段抢挖土方 使挖土速度超过冒砂速度 在挖至标高后立即铺竹 芦席 并抛大石块 以平衡动水压力 将流砂压住 此法适用于治理局部的或轻微的流砂 102 二 流砂现象及其防治 3 流砂的防治 设止水帷幕法将连续的止水支护结构 如连续板桩 深层搅拌桩 密排灌注桩等 打入基坑底面以下一定深度 形成封闭的止水帷幕 使土的渗流路径延长 减小水力坡度 从而减小动水压力 防止流砂产生 人工降低地下水位法即采用井点降水法 如轻型井点 管井井点 喷射井点等 使动水压力的方向向下 从而能有效地防止和根治流砂 此法应用广泛且较为可靠 103 1 3 3井点降水 一 井点降水的原理及作用二 井点降水的类型三 轻型井点布置四 轻型井点施工五 井点降水对周围环境的影响 104 一 井点降水的原理及作用 1 井点降水原理井点降水就是在基坑开挖前 预先在基坑四周埋设一定数量的滤水管 井 在基坑开挖前和开挖过程中 利用真空原理 不断抽出地下水 使地下水位降低到坑底以下 图1 48轻型井点法降低地下水位全貌图 1 自然地面 2 水泵 3 总管 4 井点管 5 滤管 6 降水后水位 7 原地下水水位 8 基坑地面 105 一 井点降水的原理及作用 2 井点降水的作用 a 防止涌水 b 稳定边坡 c 防止管涌 d 减少横向荷载 e 防止流砂图1 29井点降水的作用 106 一 井点降水的原理及作用 2 井点降水的作用1 防止地下水涌入坑内 2 防止边坡由于地下水的渗流而引起的塌方 3 使坑底的土层消除了地下水位差引起的压力 因此防止了管涌 4 降水后 降低了深基坑围护结构的水平荷载 5 消除了地下水的的渗流 也防止了流砂现象 6 降低地下水位后 还使土体固结 增加地基土的承载力 107 二 井点降水的类型 井点有两大类 轻型井点和管井类 一般根据土的渗透系数 降水深度 设备条件及经济比较等因素确定 可参照表1 6选择 各种井点的适用范围表1 6 108 三 轻型井点布置 一 组成轻型井点设备由管路系统和抽水设备组成 图1 48轻型井点法降低地下水位全貌图 1 自然地面 2 水泵 3 总管 4 井点管 5 滤管 6 降水后水位 7 原地下水水位 8 基坑地面 109 三 轻型井点布置 一 组成轻型井点设备由管路系统和抽水设备组成 110 三 轻型井点布置 一 组成1 管路系统包括 滤管 井点管 弯联管及总管 滤管 为进水设备 通常采用长度为1 0 1 5m 直径38mm或51mm的无缝钢管 管壁钻有直径为12 19mm的滤孔 骨架管外面包以两层孔径不同的生丝布或塑料布滤网 为使流水畅通 在骨架管与滤网之间用塑料管或梯形铅丝隔开 塑料管沿骨架绕成螺旋形 滤网外面在绕一层粗铁丝保护网 滤管下端为一铸铁塞头 滤管上端与井点管连接 111 三 轻型井点布置 一 组成1 管路系统包括 井点管为直径38mm和51mm 长5 7m的钢管 井点管的上端用弯联管与总管相连 集水总管为直径100 127mm的无缝钢管 每段长4m 其上端有井点管联结的短接头 间距0 8m或1 2m 112 三 轻型井点布置 一 组成2 抽水设备是由真空泵 离心泵和水气分离器 又叫集水箱 等组成 一套抽水设备的负荷长度 即集水总管长度 为100 120m 常用的W5 W6型干式真空泵 其最大负荷长度分别为100m和120m 113 三 轻型井点布置 二 轻型井点的设计1 平面布置根据基坑 槽 形状 轻型井点可采用单排布置 双排布置 环形布置 当土方施工机械需进出基坑时 也可采用U形布置 114 三 轻型井点布置 二 轻型井点的设计1 平面布置单排布置适用于基坑 槽宽度小于6m 且降水深度不超过5m的情况 双排布置适用于基坑宽度大于6m或土质不良的情况 环形及U形布置适用于大面积基坑 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 115 三 轻型井点布置 二 轻型井点的设计2 高程布置高程布置系确定井点管埋深 即滤管上口至总管埋设面的距离 可按式1 39计算 图1 52 1 39 a 单排井点 b 双排 U形或环形布置 116 三 轻型井点布置 二 轻型井点的设计2 高程布置井点管的埋深应满足水泵的抽吸能力 否则若降低井点管的埋置面后 可满足降水深度要求时 可用一级井点降水 当一级井点达不到降水深度要求时 则可采用二级井点 在确定井点管埋置深度时 还应考虑井点管路出地面0 2 0 3m 滤管必须埋在透水层中 117 三 轻型井点布置 二 轻型井点的设计3 涌水量计算 1 水井分类井点管系统的涌水量根据水井理论进行计算 根据地下水有无压力 水井分为无压井和承压井 无压井 当水井布置在具有潜水自由面的含水层中时 即地下水面为自由面 承压井当水井布置在承压含水层中时 当水井底部达到不透水层时称为完整井 否则称为非完整井 118 三 轻型井点布置 二 轻型井点的设计3 涌水量计算 1 水井分类 水井的分类1 承压完整井 2 承压非完整井 3 无压完整井 4 无压非完整井 119 三 轻型井点布置 二 轻型井点的设计3 涌水量计算 2 无压完整井涌水量计算 单井 或 1 44 式中R 抽水影响半径 K 土的渗透系数 m d H 含水层厚度 m S 水井处水位降落高度 m r 水井 单井 的半径 m 1 49 120 三 轻型井点布置 二 轻型井点的设计3 涌水量计算 2 无压完整井涌水量计算公式 1 44 是无压完整单井的涌水量计算公式 但在井点系统中 各井点管是布置在基坑周围 许多井点同时抽水 即群井共同工作 群井的计算 可把由各井点管组成的群井系统 视为一口大的单井 得到群井的涌水量计算公式 1 45 121 三 轻型井点布置 二 轻型井点的设计3 涌水量计算 2 无压完整井涌水量计算 群井 或 1 45 式中S 井点管处水位降落高度 m x0 井点管围成的水井的半径 m 1 48 F 环形井点所包围的面积 m2 122 三 轻型井点布置 二 轻型井点的设计3 涌水量计算 3 无压非完整井涌水量计算 群井 或 1 47 式中 H0 有效含水深度 抽水是在H0范围内受到抽水影响 而假定在H0以下的水不受抽水影响 123 三 轻型井点布置 二 轻型井点的设计3 涌水量计算 3 无压非完整井涌水量计算 群井 有效含水深度H0可查表1 7 当算得的H0大于实际含水层的厚度H时 取H0 H 表1 7 注 S S l 的中间值可采用插入法求H0 上表中 S为井点管内水位降落值 m l为滤管长度 m 124 三 轻型井点布置 二 轻型井点的设计4 井点管数量计算井点管最少数量由下式确定 根 1 50 式中q为单根井管的最大出水量 由下式确定 m3 d d 为滤管直径 m 其它符号同前 125 三 轻型井点布置 二 轻型井点的设计4 井点管数量计算井点管最大间距便可求得 1 52 m 式中L 总管长度 m n 井点管最少根数 实际采用的井点管间距D应当与总管上接头尺寸相适应 即尽可能采用0 8 1 2 1 6或2 0m且Dn 一般n应当超过1 1n 以防井点管堵塞等影响抽水效果 126 四 轻型井点施工 1 准备工作 井点设备 动力 水源及必要材料的准备 排水沟开挖 附近建筑物的标高观测以及防止附近建筑物沉降措施的实施 轻型井点施工步骤为 准备工作 埋设井点 连接与试抽 井点运转与监测 井点拆除 127 四 轻型井点施工 2 井点系统的埋设 埋设井点的程序 先排放总管 再埋设井点管 用弯联管将井点与总管接通 然后安装抽水设备 井点管的埋设方法 水冲法 分冲孔与埋管两过程 128 四 轻型井点施工 2 井点系统的埋设 注意事项 冲孔深度宜比滤管底深0 5 左右 保证在井点管与孔壁之间填筑沙滤层的质量 井点填砂后 须用粘土封口 以防漏气 129 四 轻型井点施工 3 使用及拆除 井点系统全部安装完毕后 需进行试抽 以检查有无漏气现象 正常的排水是细水长流 出水澄清 抽水时需要经常检查井点系统工作是否正常 以及检查观测井中水位下降情况 如果有较多井点管发生堵塞 影响降水效果时 应逐根用高压水反向冲洗或拔出重埋 130 五 井点降水对周围环境的影响 1 井点降水的不利影响降水漏斗范围内的地下水位下降以后 会造成土体固结沉降 由于漏斗形的降水面不是平面 因而所产生的沉降也是不均匀的 在实际工程中 还可能把土层中的一些土颗粒连同地下水抽出 这种现象会使地面产生的不均匀沉降加剧 造成附近建筑物及地下管线的不同程度的损坏 131 五 井点降水对周围环境的影响 2 防范井点降水影响的措施 1 采用合理的井点降水布置 避免过度降水 2 在周边环境保护有严格要求的地区 尽可能采取设置止水帷幕的方法 切断地下水的渗流 必要时可进行坑内降水 减少降水影响范围 3 降水场地外缘设置回灌水系统 132 1 3 4基坑 槽 开挖 基坑工程开挖常用的方法 有直接分层开挖 有内支撑分层开挖 盆式开挖 岛式开挖及逆作法开挖等 基坑开挖遵循的原则 在无内支撑的基坑中 土方开挖中应遵循 土方分层开挖 垫层随挖随浇 的原则 在有支撑的基坑中 应遵循 开槽支撑 先撑后挖 分层开挖 严禁超挖 的原则 垫层也应随挖随浇 土方开挖的顺序 方法必须与设计工况相一致 基坑 槽 土方开挖时应对支护结构 周围环境进行观察和监测 如出现异常情况应及时处理 待恢复正常后方可继续施工 133 一 直接分层 1 放坡开挖2 无支撑的基坑开挖 134 一 直接分层 1 放坡开挖适用范围 放坡开挖适合于基坑四周空旷 有足够的放坡场地 周围没有建筑设施或地下管线的情况 开挖深度 在软弱地基条件下 不宜挖深过大 一般控制在6 7m左右 在坚硬土中 则不受此限制 特点 放坡开挖施工方便 挖土机作业时没有障碍 工效高 可根据设计要求分层开挖或一次挖至坑底 基坑开挖后主体结构施工作业空间大 施工工期短 135 一 直接分层 2 无内支撑支护开挖 可分为悬臂式 拉锚式 重力式 土钉墙等几种 136 一 直接分层 2 无内支撑支护开挖特点及适用范围 无内支撑支护的土壁可垂直向下开挖 因此 不需在基坑边留出很大的场地 便于在基坑边较狭小 土质又较差的条件下施工 同时 在地下结构完成后 其坑边回填土方工作量小 137 二 有内支撑基坑开挖 在基坑较深 土质较差的情况下 一般支护结构需在基坑内设置支撑 有内支撑支护的基坑土方开挖比较困难 其土方分层开挖主要考虑与支撑施工相协调 138 三 盆式开挖 开挖过程 先开挖基坑中央部分 形成盆式 图a 此时可利用留位的土坡来保证支护结构的稳定 此时的土坡相当于 土支撑 随后再施工中央区域内的基础底板及地下室结构 图b 形成 中心岛 在地下室结构达到一定强度后开挖留坡部位的土方 并按 随挖随撑 先撑后挖 的原则 在支护结构与 中心岛 之间设置支撑 图c 最后再施工边缘部位的地下室结构 图d 139 三 盆式开挖 特点 支撑用量小 费用低 盆式部位土方开挖方便 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 适用范围 盆式开挖适合于基坑面积大 支撑或拉锚作业困难且无法放坡的基坑 140 四 岛式开挖 开挖过程 与盆式开挖类似 但先开挖边缘部分的土方 将基坑中央的土方暂时留置 该土方具有反压作用 可有效地防止坑底土的隆起 有利支护结构的稳定 必要时还可以在留土区与挡土墙之间架设支撑 在边缘土方开挖到基底以后 先浇筑该区域的底板 以形成底部支撑 然后再开挖中央部分的土方 141 四 岛式开挖 当基坑面积较大 而且地下室底板设计有后浇带或可以留设施工缝时 还可采用岛式开挖的方法 142 1 4土方填筑 1 4 1土料的选用与处理1 4 2填土及压实的方法1 4 3影响填土压实的因素1 4 4填土压实的质量检查 143 1 4 1土料的选用与处理 填方土料应符合设计要求 保证填方的强度与稳定性 选择的填料应为强度高 压缩性小 水稳定性好 便于施工的土 石料 144 1 4 1土料的选用与处理 如设计无要求时 应符合下列规定 级配良好的砂土或碎石土 以砾石 卵石或块石作填料时 分层夯实时其最大粒径不宜大于400mm 分层压实时其最大粒径不宜大于200mm 以粉质粘土 粉土作填料时 其含水量宜为最优含水量 可采用击实试验确定 如采用工业废料作为填土 必须保证其性能的稳定性 挖高填低或开山填沟的土料和石料 应符合设计要求 不得使用淤泥 耕土 冻土 膨胀性土以及有机质含量大于5 的土 145 1 4 1土料的选用与处理 如设计无要求时 应符合下列规定 填土应严格控制含水量 使土料的含水量接近土的最佳含水量 施工前应对土的含水量进行检验 当土的含水量过大 应采用翻松 晾晒 风干等方法降低含水量 或采用换土回填 均匀掺入干土或其他吸水材料 打石灰桩等措施 如含水量偏低 则可预先洒水湿润 含水量过大或过小的土均难以压实 146 1 4 2填土及压实的方法 1 填土方法 填土可采用人工填土和机械填土 1 人工填土一般用手推车运土 人工用锹 耙 锄等工具进行填筑 从最低部分开始由一端向另一端自下而上分层铺填 2 机械填土可用推土机 铲运机或自卸汽车进行 用自卸汽车填土 需用推土机推开推平 采用机械填土时 可利用行驶的机械进行部分压实工作 填土必须分层进行 并逐层压实 特别是机械填土 不得居高临下 不分层次 一次倾倒填筑 147 1 4 2填土及压实的方法 2 压实方法填土的压实方法有碾压 夯实和振动压实等几种 碾压适用于大面积填土工程 碾压机械有平碾 压路机 羊足碾和汽胎碾 应用最普遍的是刚性平碾 夯实主要用于小面积填土 可以夯实粘性土或非粘性土 夯实机械有夯锤 内燃夯土机和蛙式打夯机等 内燃夯土机作用深度为0 4 0 7m 它和蛙式打夯机都是应用较广的夯实机械 人力夯土 木夯 石硪 方法则已很少使用 振动压实主要用于压实非粘性土 采用的机械主要是振动压路机 平板振动器等 148 1 4 2填土及压实的方法 149 1 4 3影响填土压实的因素 填土压实质量与许多因素有关 其中主要影响因素为 压实功土的含水量每层铺土厚度 150 1 4 3影响填土压实的因素 1 压实功的影响填土压实后的重度与压实机械在其上所施加的功有一定的关系 土的重度与所耗的功的关系见图1 59 151 1 4 3影响填土压实的因素 1 压实功的影响实际施工中 对不同的土应根据选择的压实机械和密实度要求选择合理的压实遍数 此外 松土不宜用重型碾压机械直接滚压 否则土层有强烈起伏现象 效率不高 先用轻碾 再用重碾压实就会取得较好效果 152 1 4 3影响填土压实的因素 2 含水量的影响在同一压实功条件下 填土的含水量对压实质量有直接影响 较为干燥的土 由于土颗粒之间的摩阻力较大而不易压实 当土具有适当含水量时 水起了润滑作用 土颗粒之间的摩阻力减小 从而易压实 但含水量过大 由于水在土中占了一定的体积 而其又不可压缩 致使土体难以压实 153 1 4 3影响填土压实的因素 2 含水量的影响每种土壤都有其最佳含水量 土在这种含水量的条件下 使用同样的压实功进行压实 所得到的重度最大 图1 60土的含水量对其压实质量的影响 各种土的最佳含水量 op和所能获得的最大干重度 可由击实试验取得 施工中 土的含水量与最佳含水量之差可控制在 4 2 范围内 154 1 4 3影响填土压实的因素 3 铺土厚度的影响土在压实功的作用下 压应力随深度增加而逐渐减小 图1 61 施工中铺土厚度应小于压实机械压土时的有效作用深度 而且还应考虑最优土层厚度 铺得过厚 要压很多遍才能达到规定的密实度 铺得过薄 则要增加机械的总压实遍数 图1 61压实作用沿深度的变化 155 1 4 4填土压实的质量检查 填土压实应分层进行 填土的施工缝各层应错开搭接 在施工缝的搭接处 应适当增加压实遍数 压实填土的质量以压实系数控制 工程中可根据结构类型和压实填土所在部位按表1 10 1 12的数值确定 156 1 4 4填土压实的质量检查 157 1 4 4填土压实的质量检查 压实系数 c 压实度