1第一章 土方与深基坑工程

建筑施工（二）,建筑工程施工是建筑工程专业的一门主要专业课程，其主要研究土木工程中各主要工种工程的工艺原理和方法，以及组织施工的一般规律。这些学习和研究内容都是来源于丰富多彩、变化万千的土木工程实践，并涉及到力学、结构、岩土、材料、测量、机电、管理等学科的综合应用，因此本课程是一门实践性和综合性很强的课程。随着我国国民经济的持续增长，建筑工程业也得到蓬勃发展，一批批结构复杂、规模巨大、功能要求多、设计标准高的建筑物和构筑物不断建成使用，新材料、新技术、新工艺和新的组织管理方法不断涌现，国家也颁发了一些新的设计、施工、管理规范和标准。从内容上力求反映上述这些建筑工程技术和组织管理新成果、符合国家新的规范和标准、并尽可能贴近工程实际。本课程内容包括：土方与深基坑工程、桩基础工程、混凝土结构工程、预应力混凝土工程、砌体工程、脚手架工程、结构吊装工程、防水工程、装饰工程、路桥工程、施工组织概论、流水施工组织原理、网络计划技术、施工组织总设计、单位工程施工组织设计、施工组织设计案例。,第一章土方与深基坑工程教学要求,1.了解施工中土的工程分类及分类依据；2.掌握土的可松性；3.熟悉场地设计标高确定的一般方法；4.掌握场地平整土方量的计算步骤和方法；5.了解土方调配原则和步骤；6.了解各种土方机械的适用性、作业特点及选择；7.了解挖掘机与运土车辆的配合；8.熟悉流砂产生的原理和防止方法；9.了解集水井降水施工方法、了解抽水对周边环境的影响及其防止措施、了解各类井点的特点与适用范围；10.掌握影响土方边坡稳定的因素、熟悉深基坑支护结构的种类、特点及适用范围；11.基坑挖土施工要点；12.熟悉填土压实方法和影响填土压实的因素。,引言,土方与深基坑工程是土木工程施工中主要工种之一，它包括土方的开挖、运输、填筑或弃土、平整和压实、基坑支护等主要施工过程，以及排水，降水等准备和辅助工程。,土方施工特点,土方与深基坑工程具有施工条件复杂的特点，因为它受地质、水文、气象等条件的影响较大，不确定的因素较多；土方工程又具有工程量大，劳动繁重的特点。因此在组织土方工程施工前，必须进行周密的调查，拟定合理的施工方案和技术措施，以保证工程质量和安全，加快施工进度。,第一节土的工程分类及性质,一、土的工程分类按土坚硬程度、开挖的难易将土分为八类：松软土（用锹、锄头挖掘）、普通土、坚土、砾砂坚土、软土、次坚石、坚石、特坚石（用爆破方法）二、土的工程性质影响工程施工的土的性质有：土的密度、含水量、渗透性和可松性。1土的密度：土的天然密度，是指土在天然状态下单位体积的质量，用表示；它影响土的承载力、土压力及边坡的稳定性。土的干密度，是指单位体积土中固体颗粒的质量，用d表示；它是检验填土压实质量的控制指标。2土的含水量w土的含水量；G1含水状态时土的质量；G2土烘干后的质量。,3土的渗透性土的渗透性用渗透系数K表示：K=V/IK土渗透系数(cm/s或m/d)；V水在土中的渗透速度（cm/s或m/d）；I水力梯度。渗透系数的物理意义是：当水力梯度等于时水的渗流速度。4土的可松性Ks最初可松性系数；Ks最终可松性系数；V1土的自然体积；V2开挖后土的松散体积；V3土压实后的体积,第二节工程场地平整一、土方量计算与调配（一）场地平整标高计算场地平整及设计标高基本要求,场地平整是将需进行建筑范围内的自然地面，通过人工或机械挖填平整改造成为设计所需的平面，场地设计标高应满足总体规划、生产施工工艺及交通运输、排水及最高洪水位等要求，并尽量使土方的挖填平衡，减少运土量和重复挖运。,1计算场地设计标高场地平整常按“挖填平衡”的原则确定设计标高H0。在图上划分方格，场地设计标高即为各个方格平均标高的平均值。图11场地设计标高H0计算示意图(a)方格网划分；(b)场地设计标高示意图1一等高线；2-自然地面，3一场地设计标高平面,由得：场地设计标高更便于计算的形式：2场地设计标高的调整值计算的H0为一理论数值，实际尚需考虑：a土的可松性；b设计标高以下各种填方工程用土量，或设计标高以上的各种挖方工程量；c边坡填挖土方量；d部分挖方就近弃土于场外，或部分填方就近从场外取土等因素；e考虑最高洪水位影响。考虑这些因素所引起的挖填土方量的变化后，适当提高或降低场地设计标高。,3考虑排水坡度对场地设计标高的影响H0aH0iyaixaaa,（二）场地土方量计算1.计算场地各方格角点的施工高度各方格角点的施工高度(即挖、填方高度)h0(以“”为填方高度，以“”为挖方高度m)：h0Hn-HnHn该角点的设计标高(m)；Hn该角点的自然地面标高(m)。2.计算零点位置方格线上的零点位置见图，可按下式计算：,图12零点位置计算,3计算方格网土方工程量（1）方格四个角点全挖或全填（图1-3）时：,图13角点全挖全填,（2）方格相邻两角点为挖方，另两角点为填方（图14）时：挖方部分土方量为：,图14角点二填二挖,填方部分土方量为：,（3）方格的三个角点为挖，另一个角点为填（或相反）（图1-5）时：其填方部分的土方量为：其挖方部分的土方量为：4基坑土方量的计算图15角点三挖一填基坑土方量即可按可按立体几何中的棱柱体的体积公式计算图16基坑及基槽土方量计算对于基槽或路堤，当沿长度方向断面呈连续性变化时，其土方量可以用同样方法分段计算第i段的土方量：,(三)土方调配1调配原则（1）填方、挖方基本平衡，减少运土；（2）填、挖方量与运距的乘积之和尽可能小，使总的运费最低；（3）好土应用于回填质量要求高的区域；（4）土方调配应与地下构筑物的施工相配合，地下设施的挖土，应留土后填；（5）选择恰当的调配方向及线路、避免对流与乱流现象，同时便利调配、机械化施工。2调配步骤（1）划分调配区，在平面图上划出挖、填区的分界线，并在挖方区和填方区划出若干调配区，确定调配区的大小和位置；（2）计算各调配区的土方量；（3）计算每对调配区的平均运距（或运输单价），即挖方区土方重心至填方区重心的距离Lij（或单价Cij）；（4）确定最优调配方案,先用“最小元素法”确定初始方案，再用“位势法”检查方案总的运输量S；（5）绘制土方调配图，根据以上结果，标出调配方向、土方数量及运距。,二、场地平整施工及土方机械（一）推土机施工：推土机适于推挖一至三类土。用于平整场地，移挖作填，回填土方，堆筑堤坝以及配合挖土机集中土方、修路开道等。（二）铲运机施工：铲运机是一种能综合完成全部土方施工工序(挖土、装土、运土、卸土和平土)的机械。,图19下坡推土法,图110槽形推土法,图111并列推土法,图112铲运机(a)自行铲运机；（b）拖式铲运机,铲运机运行路线和施工方法视工程大小、运距长短、土的性质和地形条件等而定。其运行路线可采用环形路线(图113a,b,c)或8字路线(适于坡度较大的场地)(图113d)。其中拖式铲运机的适用运距为80800m，当运距为200350m时效率最高。而自行式铲运机的适用运距为8001500m。采用下坡铲土、跨铲法、推土机助铲法等，可缩短装土时间提高土斗装土量，以充分发挥其效率。（a）(b)（a）、（b）环形路线；（c）大环形路线；（d）8字路线图113铲运机开行路线,（三）挖掘机施工,基坑土方开挖一般均采用挖掘机施工，对于大型的、较浅的基坑有时也可采用推土机。1正铲挖掘机图141正铲挖掘机正铲挖掘机外形如图141，它装车轻便灵活，回转速度快，移位方便，能挖掘坚硬土层，易控制开挖尺寸，工作效率高，适于开挖停机面以上土方。,正铲的开挖方式根据开挖路线与汽车相对位置的不同分为正向挖土、侧向装土以及正向挖土、后方装土两种（图143）。图1-43正铲挖土机开挖方式(a)正向挖土侧向装土；(b)正向挖土后方装土l一正铲挖土机；2一自卸汽车,2反铲挖掘机反铲挖掘机外形如图142，它操作灵活，挖土、卸土均在地面作业不用开运输道，适于开挖停机面以下土方。图142反铲挖掘机,图144反铲挖土机开挖方式（a）沟端开挖；（b）沟侧开挖1反铲挖土机；2自卸汽车；3弃土堆反铲的开挖方式可采用沟端开挖法，即反铲挖掘机停于沟端，后退挖土，向沟一侧弃土或装汽车进行运输，也可以采用沟侧开挖法，即反铲挖掘机停于沟侧，沿沟边开挖，它可将土弃于距沟较远的地方，如图1-44。,3抓铲挖掘机,抓铲挖土机外形如图145，它的挖土特点是：“直上直下，自重切土”。能开挖一二类土，适于施工面狭窄而深的基坑、深槽、沉井等开挖，清理河泥等工程，最适于水下挖土，或装卸碎石、矿渣等松散材料。但钢绳牵拉灵活性较差，工效不高，不能挖掘坚硬土。图145抓铲挖土机,4拉铲挖土机施工,拉铲挖土机的外形如图146，它挖土特点是：“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一二类土。拉铲挖土机的开挖方式，与反铲挖土机相似，也分为沟端开挖和沟侧开挖。图146拉铲挖掘机,5土方机械与运土车辆的配合当挖掘机挖出的土方需用运土车辆运走时，挖掘机的生产率不仅取决于本身的技术性能，而且还决定于所选的运输机具是否与之协调。由于施工现场工作面限制、机械台班费用等原因，一般应以挖土机械为主导机械，运输车辆应根据挖土机械性能配套选用。,第三节深基坑工程一、降低地下水位,在开挖基坑或基槽土方时，流入坑内的水有：地面水和地下水。为保证施工的正常进行，防止边坡塌方和地基承载能力的下降，在基坑土方开挖前和开挖过程中，必须处理好地下水。地下水处理方法有止水法和降水法。止水法是沿基坑四周设止水帷幕，将地下水阻止在基坑之外。降水法又称排水法，它是利用抽水设备将地下水不断抽走，使地下水降至基坑底面设计标高以下以保持基坑土体干燥。常用的降水方法有集水井降水和井点降水。,（一）集水井降水（明沟排水）：,图1-14集水井降水法1排水沟；2集水井；3离心式水泵；4基础边线；5原地下水位线；6降低后地下水位线,流沙现象及其防治,流砂现象：集水井降水方法较简单、经济，但当涌水量较大，土的渗透性强时，采用集水坑降水法容易产生流砂现象。粒径很小、无塑性的土壤，在动水压力推动下，极易失去稳定，而随地下水一起流动涌入坑内，这种现象就称为流砂现象。流砂成因：产生流砂的内因取决于土的性质，当土为细砂和粉砂时其土的孔隙比大、含水量大、粘粒含量少、粉粒多、渗透系数小、排水性能差等均可能产生流砂现象；而外因是土体承受足够大的动水压力。流砂会使土失去承载力，引起塌方，造成土边挖边冒，难以施工。防治流砂的方法主要有：枯水期施工、做止水帷幕、水中挖土、抢速度施工以及井点降水等，其中井点降水法是根除流砂常用的有效方法之一。,（二）轻型井点降水（K=0.150,降水深度36m(一级）,820m(多级）,1轻型井点设备,图1-15轻型井点法降低地下水位全貌图1井管；2滤管；3总管；4弯联管；5水泵；6原有地下水位线；7降低后地下水位线,图1-16滤管构造1钢管；2管壁上的小孔；3缠绕的塑料管；4细滤网；5粗滤网；6粗铁丝保护网；7井管；8铸铁头,2轻型井点布置,包括平面布置、高程布置以及轻型井点涌水量计算(1)平面布置(a)单排布置(b)环形布置1-17井点平面布置(2)高程布置(3)轻型井点涌水量计算(4)确定井点管数量与井距图(5)轻型井点施工,（三）喷射井点当基坑开挖较深，采用多级轻型井点不经济时，宜采用喷射井点，其降水深度可达820m。,（a）(b)图1-23喷射井点（a）喷射扬水器详图(c）喷射井点平面布置图1喷射井管；2滤管；3进水总管；4排水总管；5高压水泵；6集水池；7低压水泵；8内管；9外管；10喷嘴；11混合室；12扩散管；13压力表,（四）电渗井点,电渗井点适用于土壤渗透系数小于0.1m/d，用一般井点不可能降低地下水位的含水层中。尤其宜用于淤泥排水。电渗井点排水的原理如图1-24所示，以井点管作负极，以打入的钢筋或钢管作正极，当通以直流电后，土颗粒即自负极向正极移动，水则自正极向负极移动而被集中排出。土颗粒的移动称为电泳现象，水的移动称为电渗现象，故名电渗井点。图1-24电渗井点1井点管；2电极；360V的直流电源,（五）管井井点,管井井点就是沿基坑每隔2050m距离设置一个管井，每个管井单独用一台水泵不断抽水来降低地下水位。此法适用土壤的渗透系数大（K20200m/d）、地下水量大的土层中。如要求降水深度较大，在管井井点内采用一般离心泵或潜水泵不能满足要求时，可采用特制的深井泵，其降水深度大于15m，故又称为深井泵法。,（六）回灌井点,井点降水在地下工程施工中广泛使用，但其抽水影响范围较大，影响半径可达百米至数百米，且会导致周围土壤固结而引起地面沉陷，要消除地面沉陷可采用回灌井点方法。即在井点设置线外45m插入注水管，将井点中抽取的水经过沉淀后用压力注入管内，形成一道水墙，以防止土体过量脱水，而基坑内土体仍可保持干燥。这种情况下，抽水管的抽水量约增加10，可适当增加抽水井点的数量。回灌井点布置如图1-26所示。1降水井点；2回灌井点；3原水位线；4基坑内降低后的水位线；5回灌后水位线,二、基坑支护结构与土方开挖,（一）浅基槽与基坑支护结构开挖较窄，深5m以内的沟槽，多用横撑式支撑（图127）。横撑式支撑根据挡土板的不同，分为水平挡土板式以及垂直挡土板式两类，前者挡土板的布置又分为间断式和连续式两种。1浅基槽支护,图127横撑式支撑（a）间断式水平挡土板支撑（b）垂直挡土板支撑,2深基坑支护结构,近年来我国地下工程发展迅速，高层建筑的多层地下室、地铁车站、地下车库、地下商场、地下仓库和地下人防工程等工程大量出现，其施工时都需开挖较深的基坑，有些深度达到20多米，基坑施工难度较大。(1)放水位、坡顶荷载及气候条件因素坡开挖土方开挖需要考虑边坡稳定。土方放坡坡度的留设应考虑土质、开挖深度、施工工期、地下水。还可分级放坡、坡脚压砂包、打木桩及挡土板、砂浆抹面或喷细石砼（留泄水管）、坡顶设截水沟、坑内设明沟和集水井。1：m,(2)水泥土挡墙(属重力式挡土结构）（它适用于46m深的基坑，最大可达78m）构造要求有单排、双排、格构式施工方法及要点水泥土挡墙施工方法有深层搅拌法、旋喷法、粉喷法三种。,图1-28水泥土挡墙构造（a）水泥土挡墙剖面；（b）格栅形截面1-搅拌桩；2-插筋；3-钢筋混凝土压顶,深层搅拌法桩,图1-29深层搅拌法成桩施工工艺流程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,(3)排桩式挡墙和组合式支护结构排桩式挡墙可以采用不同的挡土桩类型，较常用的有钻孔灌注桩、人工挖孔桩、预制钢筋混凝土桩及钢管桩等。（适宜深度为615m，悬臂时6m）,图1.31钻孔灌筑桩排围护墙图1-30双排桩围护墙1-后排钻孔灌筑桩；2-联系横梁3-前排钻孔灌注桩,(4)板桩式挡墙（适宜深度一般小于8m）板桩式挡墙根据挡墙结构不同可分为三种类型：型钢横挡板挡墙、钢板桩挡墙和混凝土板桩挡墙。,图1-32型钢横挡板支护结构1-工字钢（H型钢）；2-八字撑；3-腰梁；4-横挡板；5-垂直联系杆件；6-立柱；7-横撑；8-立柱上的支撑件；9-水平联系杆,图1-33钢板桩截面型式（a）一字型；（b）U型,（a）,（b）,(5)土钉墙与喷锚支护（前者适宜深度12m，后者16m),图1-35土钉墙图1-36喷锚支护1-土钉；2-喷射细石混凝土面层；（a）喷锚支护结构；3-焊接短钢筋；4-孔道灌浆（b）锚杆头与钢筋网和加强筋的连接1-喷射混凝土面层；2-钢筋网；3-锚杆；4-锁定筋两根与锚杆双面焊接；5-加强筋；6-锚固段灌浆,(5)地下连续墙见第二章、第四节、一。,(6)加筋水泥土桩（SMW工法）,加筋水泥土桩法即SMW工法，采用在水泥土搅拌桩内插入H型钢，使之成为同时具有挡土和止水两种功能的围护墙支护结构（如图1-37）。采用此方法时，水泥搅拌桩的水泥掺入比达20%，因此水泥土的强度较高，与H型钢能较好地粘结，共同作用。这种施工方法可用于810m深的基坑支护。图1-37SMW工法围护墙支护结构1-插在水泥土桩中的H型钢；2-水泥土桩,(7)逆做拱墙支护,(8)内支撑与锚杆,图1-39挡土灌注桩支承结构形式（a）拉锚式；（b）锚杆式；（c）斜撑式；（d）内撑式1挡墙；2围檩（连梁）；3支撑；4斜撑；5拉锚；6锚杆；7先施工的基础；8支承