土方工程安全.ppt

,土方工程安全,土方安全主要内容,一、认识土的工程性质二、基坑土方施工三、基坑支护四、地下水控制五、土方工程安全技术措施,土方工作的主要内容：主要工作：挖、运、填、压（平）准备工作：施工排、降水辅助工作：土壁支护,思考1：要建造一栋民用住宅楼，第一步要做什么？,常见的土方工程：场地平整基坑（槽）及管沟开挖与回填地下工程土方开挖土方填筑,思考2：你见过哪些土方工程？,1平整场地：平整场地是指厚度在300mm以内的挖填、找平工作。2挖基坑：挖基坑指挖土底面积在20以内，且底长为底宽3倍者。3挖基槽：挖基槽指挖土宽度在3m以内，挖土长度等于或大于宽度3倍以上者.4挖土方：挖土方指挖土宽度在3m以上，挖土底面积在20以外，平整场地厚度在300mm以外者。5土方回填：常见的有：基础回填、室内回填、管道沟槽回填。,1.什么是场地平整？2.什么是基坑开挖？3.什么是基槽开挖？4.什么是土方回填？,施工设计应注意（1）摸清施工条件，选择合理的施工方案与机械；（2）合理调配土方，使总施工量最少；（3）合理组织机械施工，以发挥最高效率；（4）作好道路、排水、降水、土壁支撑等准备及辅助工作；（5）合理安排施工计划，避开冬、雨季施工；（6）制定合理可行的措施，保证工程质量和安全。,一、土的工程性质,学习1：土的类别及土的工程性质,1：判断土的类别一、根据土的颗粒大小可分为：岩石、碎石土、砂土、粉土、粘性土。详细的分类，见岩土工程勘察规范GB50021-2001二、根据土的开挖难易程度分为：松软土、普通土、坚土等八大类。,1.1.2土的工程分类,1.1.2土的工程分类,按开挖的难易程度分为八类一类土（松软土）二类土（普通土)三类土（坚土）四类土（砂砾坚土）,机械或人工直接开挖,五类土（软石）六类土（次坚石）七类土（坚石）八类土（特坚石）,爆破开挖,学习1：土的类别及土的工程性质,一、土的天然含水量,含水量对于挖土的难易，施工时边坡稳定及回填土的夯实质量都有影响。,含水量越大，土越湿，对施工越不利。,四、土的渗透性,二、土的密度,三、土的可松性,一、土的天然含水量,土的天然含水量是指土中水的质量与土的固体颗粒之间的质量比，以百分数表示。mw土中水的质量；ms土中固体颗粒的质量,工程意义：含水量对于挖土的难易，施工时边坡稳定及回填土的夯实质量都有影响。,含水量越大，土越湿，对施工越不利。,二、土的密度,土的天然密度天然密度是指土在天然状态下单位体积的质量，用表示，即,m土体的质量；V土的天然体积。,土的干密度：指单位体积土中固体颗粒的质量，用d表示，即,三、土的可松性,土的最初可松性：天然土经开挖后，其体积因松散而增加，虽经振动夯实，仍然不能完全复原，土的这种性质称为土的可松性。,KS、KS土的最初、最终可松性系数V1土在自然状态下的体积V2土经开挖成松散状态下的体积V3土经压(夯)实后的体积,土的最初可松性系数KS是计算车辆装运土方体积及挖土机械的主要参数；土的最终可松性系数是计算填方所需挖土工程量的主要参数，各类土的可松性系数见表1.1所示。,土的可松性对土方施工有什么影响？,（二）土的工程分类及性质,（4）可松性土的可松性：天然土经开挖后，其体积因松散而增加，以后虽经回填压实，仍然不能恢复成原来体积,（二）土的工程分类及性质,（4）可松性土的可松性：天然土经开挖后，其体积因松散而增加，以后虽经回填压实，仍然不能恢复成原来体积,最初可松性系数,土挖出后松散状态下的体积,土在天然状态下的体积,（二）土的工程分类及性质,（4）可松性土的可松性：天然土经开挖后，其体积因松散而增加，以后虽经回填压实，仍然不能恢复成原来体积,最后可松性系数,土经压实后的体积,（二）土的工程分类及性质,（4）可松性土的可松性：天然土经开挖后，其体积因松散而增加，以后虽经回填压实，仍然不能恢复成原来体积,式中:Ks最初可松性系数;Ks最终可松性系数;V1土在自然状态下的体积(天然密实土)；V2土经开挖后松散状态下的体积(松土)；V3土经回填压实后的体积(压实土)。V1V3V21KSKS,说明：（1）计算土方量：用天然密实土的体积V1（2）土方运输：用松土的体积V2，考虑KS（3）土方回填：用压实土的体积V3，考虑KS,土的可松性系数,（二）土的工程分类及性质,（4）可松性,例题：已知基坑体积2000m3，基础体积1200m3，土的最初可松性系数1.14，最后可松性系1.05。问应外运多少松土？,（二）土的工程分类及性质,（4）可松性,例题：已知基坑体积2000m3，基础体积1200m3，土的最初可松性系数1.14，最后可松性系1.05。问应外运多少松土？,回填土V3：2000-1200=800m3,预留原土：800/1.05=762m3,多余原土：2000-762=1238m3,外运松土：12381.14=1411m3,土体孔隙中的自由水在重力作用下会产生流动,土体被水透过的性质称为渗透性.土的渗透性是土的水力学主要性质之一.,(四)土的渗透性:,h1-h2,L,H,L,渗透系数K经验近似值,土的可松性运用,例：建筑物外墙为条形毛石基础，基础平均截面面积为3.0m2,基坑深2.0m，底宽为1.5m，地基为亚粘土，计算100延米长的基槽土方挖方量、填土量和弃土量。（Ks=1.30，K/s=1.05）,解：,二、基坑土方施工,二、基坑工程施工主要内容,1：土方的边坡2：基（槽）坑开挖土方量计算3：基坑土方边坡稳定4:基坑坍塌防治,1：土方的边坡,一、土方边坡土方边坡坡度以其挖方深度H与边坡底宽B之比来表示。,m=B/H，称为坡度系数。,土方边坡大小应根据土质、开挖深度、开挖方法、施工工期、地下水位、坡顶荷载及气候条件等因素确定,1：土方边坡的坡度,一、土方边坡在基坑（槽）开挖时，如果地质条件、周围条件允许，可放坡开挖；但在建筑密集的地区施工，常受场地的限制无法放坡，则需支护,m=B/H，称为坡度系数。,土方边坡大小应根据土质、开挖深度、开挖方法、施工工期、地下水位、坡顶荷载及气候条件等因素确定,1：土方边坡的坡度,边坡可做成直线形、折线形或阶梯形，土方边坡坡度一般在设计文件上有规定，若设计文件上无规定，可按照建筑地基基础工程施工质量验收规范GB50202-2002第6.2.3的规定执行如表1.3。,m的确定原则：保证土体稳定、施工安全，又要节省土方。,1：土方边坡的坡度,建筑地基基础工程施工质量验收规范GB50202-2002规定临时性挖方边坡值,2：计算基槽土方量,基槽土方量可沿长度方向分段计算,什么是基槽？,1第一段土方量。1第一段的长度。,2：计算基槽土方量,2：计算基坑土方量,什么是基坑？,4、某基坑底面积为40m80m，基坑深4m，地下水位在地面下1.5m，地下室外围尺寸为78m3.8m，基坑边坡为1：0.5，（Ks=1.5，K/s=1.05）（1）基坑土方开挖土方量（2）外运土土方量,土方工程综合单价的三层含义(课外补充)（1）人工费+材料费+机械费+企业管理费+利润；（2）根据施工方案超出部分得到工程量；（3）需外运土或取土时的运输费；,双面放坡,双面支挡土板,2：计算基槽土方量,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。,造成土壁塌方的原因,基坑塌方抢险救人,3：基坑土方边坡稳定,基坑土方边坡稳定边坡的稳定主要靠土体的内摩阻力和粘聚力来保持平衡，一旦土体失去平衡，基坑边坡土方局部或大面积坍塌或滑塌。边坡塌方会引起人身事故，也妨碍基础或基坑的施工，有时还会危及附近的建筑。,3：基坑土方边坡稳定,基坑土方边坡稳定造成边坡塌方的主要原因：（1）基坑开挖比较深，边坡过陡，使土体本身的稳定性不够，而引起塌方。尤其是土质差、开挖深、面积大的基坑，常会遇到这种情况；（2）在有地下水、地下水作用的土层开挖基坑，未采取有效的降排水措施，使土层湿化，粘聚力降低，在重力作用下失去稳定而引起塌方；,基坑土方边坡稳定造成边坡塌方的主要原因：（3）边坡顶部堆载过大，或受车辆、施工机械等外力振动影响，使边坡土体中所产生的剪应力超过土体的抗剪强度而导致塌方（4）土方开挖顺序、方法未遵守“从上往下，分层开挖，开槽支撑，先撑后挖；为防止塌方，保证施工安全，在基坑开挖超过一定深度时，土壁应做成有斜率的边坡，或对土壁进行支护以保持边坡土壁的稳定,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。,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！,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？,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。,4：防治基坑坍塌的措施,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。,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。,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。,3、做好施工排水防止流沙,三、基坑支护,1：土壁支护,当地质条件和周围环境不允许放坡或为防止地下水渗入基坑时，需使用如下特殊支护结构支撑土壁，以保证施工的顺利和安全，减少对周围建筑物的不利影响。土壁支撑形式应根据开挖深度和宽度、土质和地下水条件以及开挖方法、相邻建筑物等情况进行选择和设计。,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,1.1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,1.2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,桩顶连系梁,悬臂支护桩,锚杆及横撑,1.3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,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。,1.4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,1.5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,1.6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,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,1.7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,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,四、基坑排水和降水,1.在场地平整施工前,测设平场范围线和标高。,思考：土方开挖前要做哪些准备工作？,2.拆除影响施工的建筑物、构筑物；拆除和改造通讯和电力设施、自来水管道、煤气管道和地下管道；迁移树木。,3.进行施工排降水。,4.修好临时道路、电力、通讯及供水设施,以及生活和生产用临时房屋。,5.制定施工方案（包括基坑支护方案）,1：基坑施工降水排水,一、排除地面水一般排水沟的横断面不小于500500mm，纵向坡度一般不小于3，平坦地区不小于2，沼泽地区可降至1，施工过程中应注意保持排水沟畅通。山坡上开挖截水沟，在平坦或低洼地区施工时，除开挖排水沟外，必要时还要修筑土堤挡水。,二、降低地下水位1.集水井法(明排水法)（1）用于土质较好、水量不大、基坑可扩大者（2）挖至地下水位时，挖排水沟设集水井抽水再挖土、沟、井（3）要求：排水沟：基础边线0.4米之外，地下水走向的上游。底宽300mm，沟底低于坑底500mm，坡度1。集水井：沿基坑底边角设置，间距20-40m，直径0.60.8m，井底低于坑底12m。长期用，有护壁和0.3米厚碎石压底。水泵：离心泵、潜水泵、污水泵,2.井点降水：开挖前，在基坑四周预先埋设一定数量的滤水管(井)，在基坑开挖前和开挖过程中，利用抽水设备不断抽出地下水，使地下水位降到坑底以下，直至土方和基础工程施工结束为止。,降水类型及适用条件,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。,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2030m设一集水井，排水沟始终比开挖面低0.40.5m，集水井比排水沟低0.51m，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,普通明沟与集水井排水法,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,点击动画明沟与集水井排水,分层明沟排水法,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。,地下室电梯井局部二次降水,全基坑轻型井点降水,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0.150m/d的土层中。降水深度为：单级井点36m，多级井点612m,点击动画轻型井点降水,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820m。,适用于开挖深度较深、降水深度大于8m，土渗透系数为350m/d的砂土或渗透系数为0.13m/d的粉砂、淤泥质土、粉质粘土。,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,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1050m，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35m、渗透系数为20200m/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。,管井填充滤料管井抽排水PVC简易管井,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10250m/d的基坑。故称为“深井泵法”。,管井井点降水,点击动画管井井点降水,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45m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。,1.安全措施（1）采取排水、降水措施，防止地下水渗入基坑。（2）基坑内设置明沟和集水井，排除暴雨和其他突来的明水倒灌；基坑边坡视需要可覆盖塑料布，防止大雨对土坡的侵蚀。（3）软土基坑、高水位地区应做截水帷幕，防止降水造成基土流失。（4）截水结构必须满足隔渗质量，支护结构必须满足变形要求。（5）在降水井点与重要建筑物之间宜设置回灌井（或回灌沟）控制地面沉降。,地下水控制,（6）土方开挖前，必须保证一定的预抽水时间，一般真空井点不少于710天，喷射井点或真空深井点不少于20天。（7）拔除井点管的孔洞，应立即用沙土填实；对于穿过不透水层进入承压含水层的井管，拔除后应用粘土球填筑封死，杜绝井管位置发生管涌。,2.回灌井井点回灌是在井点降水的同时，将抽出的地下水通过回灌井点再灌入地基土层内，水从井点周围土层渗透，在土层中形成一个和降水井点相反的倒转降落漏斗，使降水井点的影响半径不超过回灌井点的范围。使地下水位基本保持不变，土层压力仍处于原始平衡状态。,严禁坑边超载，相邻基坑施工应有防止相互干扰的技术措施。,上海“楼倒倒”,五、土方工程安全技术措施,1、施工前，应对施工区域内存在的各种障碍物，如建筑物、道路、沟渠、管线、防空洞、旧基础、坟墓、树木等，凡影响施工的均应拆除、清理或迁移，并在施工前妥善处理，确保施工安全。2、大型土方和开挖较深的基坑工程，施工前要认真研究整个施工区域和施工场地内的工程地质和水文资料、邻近建筑物或构筑物的质量和分布状况、挖土和弃土要求、施工环境及气候条件等，编制专项施工组织设计（方案），制定有针对性的安全技术措施，严禁盲目施工。,3、山区施工，应事先了解当地地形地貌、地质构造、地层岩性、水文地质等，如因土石方施工可能产生滑坡时，应采取可靠的安全技术措施。在陡峻山坡脚下施工，应事先检查山坡坡面情况，如有危岩、孤石、崩塌体、古滑坡体等不稳定迹象时，应妥善处理后，才能施工。,4、施工机械进入施工现场所经过的道路、桥梁和卸车设备等，应事先做好检查和必要的加宽、加固工作。开工前应做好施工场地内机械运行的道路，开辟适当的工作面，以利安全施工。,5、土方开挖前，应会同有关单位对附近已有建筑物或构筑物、道路、管线等进行检查和鉴定，对可能受开挖和降水影响的邻近建（构）筑物、管线，应制定相应的安全技术措施，并在整个施工期间，加强监测其沉降和位移、开裂等情况，发现问题应与设计或建设单位协商采取防护措施，并及时处理。相邻基坑深浅