第2章土方工程施工

1、土木工程施工土木工程施工之之土木工程施工土木工程施工教材编写组教材编写组2009-08土方工程概述土方工程概述土方工程量计算与土方调配土方工程量计算与土方调配土方边坡与土壁支护土方边坡与土壁支护排水与降水排水与降水土方工程机械化施工土方工程机械化施工 主要内容主要内容【实际问题】【实际问题】n某工程位于经济开发区内, 北侧和东侧为道路, 南侧和西侧紧临其他建筑。该工程为高层综合楼, 地下一层地上二十二层, 基坑呈矩形状, 长98.0m, 宽40.2m, 地下水位距地面1.500m 左右, 基础开挖深度为6.00m。该工程所处地区地下水位高, 土质条件差,属冲积-海积平原, 填垫前为盐田, 现用

2、耕植土填起。主要土层为淤泥质粉质粘土和淤泥质粘土层, 含水量一般在50%左右, 孔隙比一般在1.21.6 之间,土的压缩性高, 抗剪强度低, 在外荷载作用下, 地基承载能力低, 变形大, 不均匀沉降也大。n近年来，本地区在基坑施工中由于开挖不慎，造成基坑坍塌的事故屡有出现，对周围建筑、道路、管线等造成很大破坏，从而影响了工程进度，给人们生活带来不便，造成不好的社会影响。本工程基坑土方开挖如何施工才能安全并尽量减少对周围环境的影响？2.1.1 2.1.1 土方工程的特点及施工要求土方工程的特点及施工要求 1 1）面广量大、劳动繁重）面广量大、劳动繁重2 2）施工条件复杂）施工条件复杂 2.1 2

3、.1 土方工程概述土方工程概述 n1）在条件允许的情况下应尽可能采用机械化施工；在条件不够或机械设备不足时，应创造条件，采取半机械化和革新工具相结合的方法；n2）要合理安排施工计划，尽量避开冬季、雨季施工，并做好相应准备工作。n3）对土方进行合理调配、统筹安排，降低费用。n4）做好调查研究，了解土壤的种类和工程性质，工期要求、质量要求及施工条件，施工地区的地形、地质、水文、气象资料，拟定合理的施工方案和技术措施，以保证工程质量、安全、进度。组织土方工程施工的要求（组织土方工程施工的要求（4条）：条）：n工程分类直观的鉴别方法，就是根据开挖难易程度和开挖中使用不同的工具和方法来进行分类。n土的开

4、挖难易程度直接影响土方工程的施工方案，劳动量消耗和工程费用。n土越硬，劳动量消耗越多，工程成本越高。n2.1.2 2.1.2 土的工程分类土的工程分类 土的构成土的构成：固体颗粒、水和气体三部分。固体颗粒、水和气体三部分。 （1 1）土的体积：）土的体积：V=Vw+Va+VsV=Vw+Va+VsVv+VsVv+Vs 式中：式中：VwVw水的体积，水的体积，VsVs土颗粒的体积，土颗粒的体积， VaVa气气体体积，体体积，VvVv孔隙的体积。孔隙的体积。 （2 2）土的质量：）土的质量：M=Mw+MsM=Mw+Ms 式中：式中：MwMw水的质量，水的质量，MsMs土颗粒的质量。土颗粒的质量。 2

5、.1.3 2.1.3 土的工程性质土的工程性质 和土的天然密度，是指土在天然状态下单位体积的质量，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，即土体空隙中无水时的单位土重。一定程度上反应了土颗粒排列的紧密程度，可用来作为填土压实质量的控制指标。（3）土的密度：）土的密度：M/V（4 4）土的重度：）土的重度：g g （式中：（式中：gg重力加速度。）重力加速度。） （5 5）土的干重度：）土的干重度：d d（Ms/VMs/V）g g （6 6）饱和重度：）饱和重度： satsat （Mw+Ms+VaMw+Ms+Vaw w）/V g /V g （7 7）有

6、效重度）有效重度: :=satsat-w wg=g=satsat-w w 土重度的比较土重度的比较： satsatd d（8 8）孔隙比：）孔隙比：e eVv/VsVv/Vs* *100% 100% （9 9）孔隙率：）孔隙率：n nVv/VVv/V* *100% 100% 孔隙比和孔隙率之间的换算关系：孔隙比和孔隙率之间的换算关系： e en/(1-n) n=e/(1+e) n/(1-n) n=e/(1+e) （1010）饱和度：）饱和度：St=Vw/VvSt=Vw/Vv* *100%100% n（11）土的含水量：）土的含水量：nmw土中水的质量；nms土中固体颗粒经温度为105烘干后的质

7、量。%100swmm土的含水量会影响土方开挖、边坡稳定和回填土夯实等的施工。当土的含水量超过25%30%时，采用机械施工就很困难，含水量超过20%是，一般运土汽车就容易打滑、陷车，影响挖土机的工作。回填土夯实时若含水量过大则会产生橡皮土现象，无法夯实。 土的最初可松性系数：土的最初可松性系数：土的最后可松性系数：土的最后可松性系数： 注：注：KsKsKsKs1.0 1.0 V1V1自然状态下土的体积；自然状态下土的体积；V2V2开挖后的松散体积；开挖后的松散体积；V3V3回填压实后的体积。回填压实后的体积。一般有：一般有：V2V3V1 13VVKS12VVKS（12）土的可松性：土的可松性：土

8、体孔隙中的自由水在重力作用下会透过土体运动，这种被水透过的性质称为土的渗透性。以确定降水方案和计算涌水量、确定土方填筑铺筑顺序。单位时间渗水量：单位时间渗水量：渗流速度：渗流速度：(H-(H-水头差水头差; ; L-L-渗流路径长度渗流路径长度; ; A-A-土体横截面积土体横截面积) ) （1313）土的渗透性）土的渗透性常规土体渗透性比较常规土体渗透性比较： 粘土粉土砂土砾石粘土粉土砂土砾石2.1.4 土方边坡坡度n土方边坡坡度= nm=称为坡度系数；n当边坡高度为h时，边坡宽度为b=mh。（a）直线形 （b）折线形 （c）阶梯形图2.1 土方放坡形式mhbbh:11n土方边坡的大小影响因

9、素：土质、开挖深度、开挖方法、边坡留置时间的长短、边坡附近的各种荷载状况及排水情况有关。 n当土质均匀且地下水位低于基坑（槽）或管沟底标高时，挖方边坡可做成直立壁而不加支撑，但深度不宜超过下列规定：n当地质条件良好，土质均匀且地下水位低于基坑（槽）或沟底标高时，挖土深度在5m以内不加支撑的边坡最陡坡度应符合下表规定，并在施工中随时检查边坡的稳定情况。土的类别边坡坡度（高:宽）坡顶无荷载坡顶有静荷载坡顶有动荷载中密的砂土1:1.001:1.251:1.50中密的碎石类土（填充物为砂土）1:0.751:1.1001:1.25硬塑的粉土1:0.671:0.751:1.00中密的碎石类土（填充物为黏性

10、土）1:0.501:0.671:0.75硬塑的粉质粘土、粘土1:0.331:0.501:0.67老黄土1:0.101:0.251:0.33软土（经井点降水后）1:1.00表1- 3 深度在5m内的基坑（槽）、管沟边坡的最陡坡度（不加支撑）为保护土质边坡的稳定、坚固，常对开挖为保护土质边坡的稳定、坚固，常对开挖坡面采取一定的加固措施进行护坡。坡面采取一定的加固措施进行护坡。 常用的边坡加固方法常用的边坡加固方法 水泥砂浆抹面、浆砌片石护坡、堆置砂水泥砂浆抹面、浆砌片石护坡、堆置砂( (土土) )包护坡、塑料膜覆盖，喷浆或挂网喷射混包护坡、塑料膜覆盖，喷浆或挂网喷射混凝土等。凝土等。经以上边坡加固

11、方法处理过的边坡即称为经以上边坡加固方法处理过的边坡即称为人工加固边坡。人工加固边坡。 水泥砂浆抹面水泥砂浆抹面常用于保护易风化的软质岩石、常用于保护易风化的软质岩石、老老粘性土及破碎岩石边坡坡面的稳定，一般作粘性土及破碎岩石边坡坡面的稳定，一般作303050mm50mm厚水泥砂浆抹面。如用于一般土质边坡，常沿厚水泥砂浆抹面。如用于一般土质边坡，常沿坡面打入双向间距坡面打入双向间距1.0m1.0m左右长左右长1 11.5m1.5m的的级螺纹级螺纹钢筋钢筋( (直径直径101016mm)16mm)以加强砂浆面层与坡面土体的以加强砂浆面层与坡面土体的连结。连结。 浆砌片石护坡浆砌片石护坡对各种土质

12、或岩石边坡，为防对各种土质或岩石边坡，为防止风化剥落或滑坍，可采用浆砌片石护坡，坡度应止风化剥落或滑坍，可采用浆砌片石护坡，坡度应小于小于 10.510.5，竖直边坡也可采用红砖砌筑。也可，竖直边坡也可采用红砖砌筑。也可在坡脚处砌筑一定高度的浆砌片石或红砖墙，用于在坡脚处砌筑一定高度的浆砌片石或红砖墙，用于反压及挡土。反压及挡土。n 叠置砂叠置砂( (土土) )袋护坡袋护坡对已发生或将要发生滑对已发生或将要发生滑坍失稳或变形较大的边坡，常用叠置砂袋或土袋坍失稳或变形较大的边坡，常用叠置砂袋或土袋( (草袋或土工织物袋草袋或土工织物袋) )，置于坡脚或坡面，具有排，置于坡脚或坡面，具有排水反压，

13、抗滑稳定的作用。水反压，抗滑稳定的作用。 塑料薄膜覆盖护坡塑料薄膜覆盖护坡在坡面铺设抗拉或防水在坡面铺设抗拉或防水的塑料薄膜的塑料薄膜( (土工布土工布) )，其上覆盖素土、砂土、砂，其上覆盖素土、砂土、砂浆抹面等，对坡面进行防水、防风化、防坡面土浆抹面等，对坡面进行防水、防风化、防坡面土流失的加固处理。流失的加固处理。2.2 2.2 土方量计算与土方调配土方量计算与土方调配 2.2.1 基坑（槽）土方量计算 图2.2 基坑土方量计算 图2.3 基槽土方量计算土方工程的地形往往复杂，几何形状不规则，要进行精确计算比较困难。通常都是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与实际情

14、况近似的方法进行计算。n基坑：长宽比小于等于3的矩形土体，n计算：按立体几何中棱柱体（由两个平行的平面作底的一种多面体）的体积公式计算，即 V土方工程量，m3； H基坑深度，m； A1、A2基坑上下的底面积，m2； A0基坑中截面的面积，m2。)4(6201AAAHV1)基坑土方量计算n基槽的土方量可以沿长度方向分段后，再用同样的方法计算，即n则基槽总土方量为各段的和，即n2)基槽土方量计算20146iiiiiAAALVn21VVVV场地平整土方量计算主要步骤（三步）： 1、场地设计标高的确定 场地初步设计标高的计算 场地设计标高的调整 2、土方量计算 确定零线挖填方的分界线 计算各区格土方量

15、 计算挖方和填方总工程量 3、土方调配的规划n2.2.2 2.2.2 场地设计标高的确定场地设计标高的确定场地设计标高的确定原则：场地设计标高的确定原则：n一般应在设计文件上规定；若设计文件对场地设计标高没有规定时，对中小型场地可采取“挖填土方量平衡法”确定；对大型场地宜作竖向规划设计，采用“最佳设计平面法”确定。n主要考虑因素: 满足工艺和运输的要求尽量利用地形，减少挖填方量场地内挖、填方平衡，土方运输总费用最少有一定的泄水坡度（0.002），满足排水要求，并考虑最大洪水水位的影响。 n将地形图划分方格，方格一般采用20m20m40m40m，如图所示。n每个方格的角点标高，一般根据地形图上相

16、邻两等高线的标高，用插入法求得；n在无地形图的情况下，也可在地面用木桩打好方格网，然后用仪器直接测出。2 2）初步计算场地设计标高）初步计算场地设计标高图2.4 场地设计标高计算简图1等高线；2设计标高平面；3自然地面；4零线n每个方格体积按照等效柱体（平均高度）计算；n照挖填土方量相等的原则，场地设计标高可按下式计算：44321220iiiiHHHHaNaHNHHHHHiiii443210简化为：4321043241HHHHNH2 21 1 3 34 4 方格网方格网满足挖填方平衡满足挖填方平衡的平均高度的平均高度进一步简化为： 所计算的标高，纯系初步计算值，还需考虑多种因素进一步进行调整。

17、 n由于边坡填挖土方量不等（特别是坡度变化大时）而影响设计标高的增减（根据具体情况确定）；2）场地设计标高的调整n土可松性的影响土可松性的影响 土的可松性导致场地设计标高的提高土的可松性导致场地设计标高的提高调整场地设计标高应采用最后可松性系数调整场地设计标高应采用最后可松性系数设计标高以上的填方工程（降低标高）设计标高以上的填方工程（降低标高）设计标高以下的挖方工程（提高标高）设计标高以下的挖方工程（提高标高）就近从场外挖土就近从场外挖土（提高标高）（提高标高）就近弃土于场外就近弃土于场外（降低标高）（降低标高） 小结：小结：填土量大，场地设计标高提高；填土量大，场地设计标高提高； 挖土量大

18、，场地设计标高降低。挖土量大，场地设计标高降低。n场内和场外挖、填土的影响场内和场外挖、填土的影响 3 3）泄水坡度对场地设计标高的影响）泄水坡度对场地设计标高的影响注：设计无要求时，泄水坡度注：设计无要求时，泄水坡度0.0020.002。n 单向泄水：ilHHn0n 双向泄水：yyxxnililHH0 2.2.3 2.2.3 场地平整土方量计算场地平整土方量计算 n方格网法：就是用方格网控制整个场地，将场地划分为2040m的正方形方格网。根据每个方格角点的自然地面标高和实际采用的设计标高，算出相应的角点填挖高度，然后计算每一个方格的土方量，再将场地上所有方格的土方量求和，并算出场地边坡的土方

19、量，这样即可以得到整个场地的挖、填土总方量。 标注示意 施工高度：施工高度：“+”+”填；填；“-”-”挖挖 nnnHHh自然标高设计标高1）计算各角点的施工高度）计算各角点的施工高度 n “零线”：“零点”所连成的线。n “零点”：方格边界上施工高度为0的点，插入法确定。 n “零线”特征：挖填区的分界线；是一条连续的线；假设场地无限大，是封闭的；在一个场地上可能会有多条；n2 2）确定）确定“零线零线” ahhhx2111ahhhx2122图2.8 零点位置图解法 图2.9 零点位置计算示意图h1 、h2 分别为填和挖角点施工高度； x1 、x2 分别为零点至填和挖角点水平距离（1 1）全

20、挖全填：）全挖全填： （2 2）两个角点为挖，另两个角点为填：）两个角点为挖，另两个角点为填： )443212hhhhaV（)(43222412122 . 1hhhhhhaV)(44124322324 . 3hhhhhhaV 3 3）计算方格网内的土方量）计算方格网内的土方量 （3 3）一个角点为挖，另三个角点为填：）一个角点为挖，另三个角点为填： )(643413424hhhhhaV4432123 . 2 . 1)22(6VhhhhaV4 4）计算场地边坡的土方量）计算场地边坡的土方量 n土方调配：就是对挖土的利用、堆弃和填土的取得三者之间的关系进行综合协调的处理。其目的是方便施工，并且在土

21、方总运输量（m3m）最小或土方运输成本（元）最低的条件下，确定填、挖方区土方的调配方向、数量和平均运距，从而缩短工期，降低成本。 2.2.4 土方调配土方调配 1)力求达到挖、填平衡和运距最短（成本最小化）。2)应考虑近期施工与后期利用相结合的原则。3)应采取分区与全场相结合来考虑的原则。4)还应尽可能与大型地下建筑物的施工相结合。5)合理布置挖、填方分区线，选择恰当的调配方向、运输线路，使土方机械和运输车辆的性能得到充分发挥。n土方调配的原则土方调配的原则 土方调配图表法：n第1步：划分调配区 在场地平面图上先划出挖、填区的分界零线；根据地形及地理条件，把挖方区和填方区再适当地划分为若干调配

22、区，其大小应满足土方机械的操作要求，例如调配区的大小应大于或等于机械的铲土长度。n第2步：计算土方量 计算各调配区土方量，并标明在图上。n第3步：求出每对调配区之间的平均运距。平均运距即挖方区土方重心至填方区土方重心距离；每个调配区的重心计算方法如下：取场地或方格网中的纵横两边为坐标轴，分别求出各区土方的重心位置，即：VxVXVyVYn第4步：最优调配方案的确定。根据每对调配区的平均运距L0，绘制多个调配方案，比较不同方案的总运输量Q=VL0，以Q最小者为经济调配方案。大型的土方工程，可利用电算求解该线性规划问题来确定最优调配方案。如果是中小工程，挖填方数目不多，可采用 “表上作业法”求解土方

23、调配问题。n第5步：绘出最优方案的土方调配图和土方量平衡表土方最优调配图 挖方区编号挖方数量（m3）填方区编号、填方区数量（m3）T1T2T3合计8006005001900W15004005010070W250050040W35004006010070W440040040土方量平衡表场地平整土方量计算与调配步骤回顾场地平整土方量计算与调配步骤回顾计算场地设计标高计算场地设计标高调整场地设计标高确定零线计算各方格挖填土方量挖填方平衡划分网格根据土的可松性调整根据泄水坡度调整，等计算各角点施工高度后定零线土方调配n土壁稳定主要依靠土体的土壁稳定主要依靠土体的抗剪强度抗剪强度来维持平衡。来维持平衡。

24、 n 土体抗剪强度来源于土体的土体抗剪强度来源于土体的内摩擦力和粘结内摩擦力和粘结力（内聚力）力（内聚力）。 n土体塌方：土体塌方：剪应力剪应力 抗剪强度抗剪强度 边坡稳定边坡稳定: : 抗剪强度抗剪强度 剪应力剪应力 n 2.3 土方边坡和土壁支护土方边坡和土壁支护 2.3.1 边坡稳定边坡稳定 剪应力的增加剪应力的增加外力外力 l边缘堆土或机械；边缘堆土或机械； l水侵入边坡，使土的含水量增加；水侵入边坡，使土的含水量增加； l地下水产生的动水压力；地下水产生的动水压力； l土体内水的静压力等。土体内水的静压力等。 抗剪强度降低抗剪强度降低外因转换为内因外因转换为内因 l由于受风化作用使土

25、质变松；由于受风化作用使土质变松； l土受地下水的侵蚀而产生润滑作用；土受地下水的侵蚀而产生润滑作用； l饱和细，粉沙受振动而液化。饱和细，粉沙受振动而液化。n1 1）边坡过陡，土体本身稳定性不够而产生塌方。）边坡过陡，土体本身稳定性不够而产生塌方。n2 2）坡顶堆载过大，尤其是存在动载，使土体中）坡顶堆载过大，尤其是存在动载，使土体中产生的剪应力超过土体的抗剪强度，产生的剪应力超过土体的抗剪强度，n3 3）地面水及地下水渗入边坡土体，使土体的自）地面水及地下水渗入边坡土体，使土体的自重增大，抗剪能力降低，从而产生塌方。重增大，抗剪能力降低，从而产生塌方。n4 4）开挖过深、土质较差、支护软弱

26、等）开挖过深、土质较差、支护软弱等边坡塌方主要原因：边坡塌方主要原因：防止边坡塌方的措施：防止边坡塌方的措施： n1 1）放足边坡）放足边坡 符合规范的要求，参考土壤的性质、水文地址条符合规范的要求，参考土壤的性质、水文地址条件、施工方法、开挖深度、工期的长短等因素。件、施工方法、开挖深度、工期的长短等因素。n2 2）减少在边坡上堆载或动载的不利影响）减少在边坡上堆载或动载的不利影响 当土质良好时，堆土或材料应距挖方边缘当土质良好时，堆土或材料应距挖方边缘0.8m0.8m以以外，高度不应超过外，高度不应超过1.5m1.5m。在软土地区开挖时，应。在软土地区开挖时，应随挖随运，以防由于地面加荷引

27、起的边坡塌方。随挖随运，以防由于地面加荷引起的边坡塌方。n3 3）做好排水工作）做好排水工作 防止地表水、施工用水和生活废水浸入边坡土体；防止地表水、施工用水和生活废水浸入边坡土体；雨期施工时，注意检查边坡的稳定性，必要时加雨期施工时，注意检查边坡的稳定性，必要时加设支撑。设支撑。n4 4）进行边坡面保护）进行边坡面保护 塑料薄膜覆盖，水泥砂浆抹面、挂网抹面或喷塑料薄膜覆盖，水泥砂浆抹面、挂网抹面或喷浆等方法浆等方法n5 5）提高土壁的稳定性）提高土壁的稳定性 采用通风疏干，电渗排水，爆破灌浆，化学加采用通风疏干，电渗排水，爆破灌浆，化学加固等方法，改善滑动带岩土的性质，以稳定边固等方法，改善

28、滑动带岩土的性质，以稳定边坡，确保土壁的稳定性。坡，确保土壁的稳定性。n6 6）重视施工观察）重视施工观察 建立预警机制，加强观察和监测建立预警机制，加强观察和监测n在开挖基坑（槽）或管沟时，如果地质和场地周围条件允许，采用放坡开挖，比较经济。n但在建筑物密集地区施工时，常因受场地的限制而不能放坡，或放坡所增加的土方量很大，或有防止地下水渗入基坑要求时，可采用设置土壁支撑或支护，以保证施工的顺利和安全，并减少对相邻已有建筑物等的不利影响。n2.3.2 2.3.2 土壁支护土壁支护 工程特点、开挖深度工程特点、开挖深度 采用土壁支护应根据采用土壁支护应根据 地质条件、地下水位地质条件、地下水位

29、临近建筑物的情况临近建筑物的情况 施工方法施工方法 要求：牢固可靠；经济合理；确保安全要求：牢固可靠；经济合理；确保安全 钢（木）支撑钢（木）支撑 板桩板桩 常用方法：常用方法： 灌注桩灌注桩 深层搅拌桩深层搅拌桩 地下连续墙地下连续墙 u基坑支护失效实例基坑支护失效实例19941994年年9 9月月上海黄浦区上海黄浦区某大厦基坑某大厦基坑支护靠马路支护靠马路40m40m长支撑破长支撑破坏，坏，600600厚地厚地下连续墙倒下连续墙倒塌。塌。 基坑挖深基坑挖深23.5m23.5m。 原因为设原因为设计、施工和计、施工和监测多方面监测多方面。u基坑支护屈曲实例基坑支护屈曲实例角撑受压平面角撑受压

30、平面外失稳外失稳1 1）基槽支护结构）基槽支护结构n开挖较窄的沟槽，多用横撑式土壁支撑。横撑式支撑根据挡土板的设置方向不同，分为水平式支撑和垂直式支撑。(a) 间断式水平挡土板支撑 (b) 垂直挡土板支撑图2.15 横撑式支撑1水平挡土板；2立柱；3、6工具式横撑； 4垂直挡土板；5横楞木n水平式支撑：挡土板间断或连续的水平放置。间断式水平挡土板支撑适于能保持直立壁的干土或天然湿度的黏土，深度在3m以内。连续式水平挡土板支撑适于较潮湿的或散粒的土，深度在5m以内。n垂直式支撑：间断或连续的挡土板垂直放置。适于土质较松散或湿度很高的土，地下水较少，深度不限。2 2）基坑支护结构）基坑支护结构n一

31、般根据地质条件、基坑开挖深度、对周围环境保护要求及降排水情况等选用。n设计时：首先要考虑安全可靠性，其次要满足本工程地下结构施工的要求，并应尽可能降低造价和便于施工。n包括挡墙与支撑（拉锚）两部分n按受力不同分：重力式支护结构、非重力式支护结构、边坡稳定式支护。n非重力式支护结构按支护结构支撑系统的不同分为：悬臂式支护结构、内撑式支护结构和坑外锚拉式支护结构。n按挡墙所选用的材料不同分：钢板桩、钢筋混凝土桩、地下连续墙、深层搅拌水泥土桩、旋喷桩等排桩挡墙。n土钉墙挡土墙属于边坡稳定式支护法，深层搅拌水泥土桩和旋喷桩幕墙属于重力式支护结构，其他均属于非重力式支护结构。（1 1）重力式支护墙类型）

32、重力式支护墙类型n是对基坑边坡滑动体范围及其附近土体进行加固，改善其物理力学性能，使其称为具有一定强度和稳定性的土体结构，从而保证边坡稳定，并兼有抗渗作用。某住宅楼，地下室一层，挖深某住宅楼，地下室一层，挖深6m6m，采用，采用水泥土搅拌桩水泥土搅拌桩支护技术。支护技术。 深层搅拌水泥土桩挡墙深层搅拌水泥土桩挡墙n原理：利用深层搅拌机在边坡土体需要加固的范围内，将软土与固化剂强制拌和，使软土硬结成具有整体性、水稳性和足够强度的水泥加固土，称为水泥土搅拌桩。n水泥土桩相互搭接硬化后即形成具有一定强度的壁状挡墙，具有挡土、截水双重功能。n可分为深层搅拌桩、粉喷水泥搅拌桩和高压旋喷桩等，既可挡土又可

33、止水，其中深层搅拌水泥土挡墙广泛用于软土地区（淤泥质土，地基承载力120kPa粘性土）的深基坑工程，挖深8m。n一般靠自重和刚度进行挡土，n适用于深度为4-6m的基坑，最大可达7-8m。A. A. 构造要求构造要求n水泥土桩挡墙的截面多采用连续式和格栅形。当采用格栅形时，水泥土桩的置换率（水泥土桩面积与格栅总面积之比）为0.6-0.8。n在软土地区当基坑开挖深度h5m，可按经验取墙体宽度B=（0.6-0.8）h，嵌入基底下的深度hd=（0.8-1.2）h。n水泥土桩之间的搭接宽度，考虑截水作用时不宜小于150mm，不考虑截水作用时不宜小于100mm。图2.16 水泥土桩挡墙的一般构造a）水泥土

34、桩挡墙剖面；b）连续式劲性水泥土桩挡墙平面；c）格栅式平面布置1-搅拌桩；2-插筋；3-面板；4-H型钢n水泥土桩加固强度随水泥掺入比而异，一般掺入比取12%-14%，采用32.5级普通硅酸盐水泥。n可掺加木钙、三乙醇胺、氯化钙、硫酸钠等外加剂，改善水泥土桩的性能和提高早期强度。n水泥土桩的30天强度不应低于0.8MPa。n为了提高水泥土桩挡墙的刚度和抗弯能力，可在顶部插入钢筋，也可插入H型钢，并将水泥掺入比提高至20%，构成劲性水泥土搅拌桩（或称SMW工法），该法可用于8-10m深的基坑。B. B. 水泥土搅拌桩的施工水泥土搅拌桩的施工n搅拌桩施工可采用“一次喷浆、二次搅拌”或“二次喷浆、三

35、次搅拌”工艺，主要依据水泥掺入比及土质情况而定。水泥掺量较少，土质较松时，可用前者，反之可用后者。n“一次喷浆、二次搅拌“的施工工艺流程如 所示。当采用“二次喷浆、三次搅拌”工艺时，可在图示布置（e）作业时也进行注浆，以后再重复（d）和（e）的过程。图2.17 “一次喷浆、二次搅拌“的施工工艺流程 n施工要点如下：（1）桩位准确，桩体垂直放线桩位与设计桩位误差不得大于20mm，桩机就位与桩位的误差不得大于50mm，成桩后与设计位置误差应小于50mm。为保证搅拌桩垂直于地面，桩机就位后导向架的垂直度偏差不得超过0.5%，应加强检查。（2）水泥浆不得离析水泥浆要严格按设计的配合比拌制（一般水灰比为

36、0.50.6），制备好的水泥浆停置时间不宜过长（2h），不得有离析现象。（3）确保水泥搅拌桩强度和均匀性搅拌机搅拌下沉速度一般不超过0.7m/min，以保证使软土充分搅碎。如下沉困难，可由输浆管适量冲水，以加速搅拌机下沉，但在喷浆前须将输浆管中的水排清，同时应考虑冲水对桩体质量的影响。施工时要严格按设计要求控制喷浆量和搅拌提升速度（一般不超过0.5m/min）。输浆时应连续供浆，不允许断浆。如因故断浆，应将搅拌机下沉到断浆点以下0.5m处再喷浆提升。（4）确保加固体的连续性水泥土桩挡墙应采用切割搭接法施工，应在前桩水泥尚未固化时进行后续搭接桩的施工，搭接施工的间歇应不超过1016h，否则应采用

37、技术措施保证加固体的连续性（俗称接头处理）。 高压旋喷桩挡墙高压旋喷桩挡墙n高压旋喷桩是指工程钻机钻孔至设计深度后，在钻杆从地基土中逐渐上提的过程中，利用插入钻杆端部的旋转喷嘴，将水泥浆固化剂喷入地基土中形成水泥土桩，桩体相连形成帷幕墙，可用作支护结构挡墙。在旋喷桩施工时，要控制好上提速度，喷射压力和喷射量，否则难以保证质量。n它与深层搅拌水泥土桩只是在形成水泥土桩的工艺有所不同。 （2 2）非重力式支护结构）非重力式支护结构n非重力式支护结构:在基坑四周设置支挡构件形成围护墙，以便承受土壁的侧压力以及其他荷载，保持土体结构的稳定。n有桩式和板式两种基本类型。n 板式围护墙:一般采用现浇地下连

38、续墙。n桩式围护墙:适用于中等深度以下的基坑，在无水的较为稳定的土层中也可用于大深度的基坑。常见型式：连续式排桩（钢筋混凝土板桩、钢板桩等）；分离式排桩（钻孔灌注桩、人工挖孔桩、大直径沉管灌注桩、钢筋混凝土预制桩、H型钢桩等）n连续板桩既可挡土，又可挡水。当开挖的基坑较深，地下水位较高且有可能发生流砂时，如果未采用井点降水方法，则宜采用连续板桩支护结构 钢板桩支护结构n由带锁口或钳口的热轧型钢制成，既能挡土又能挡水。n适用于较弱地基土及地下水位较高，水量较多的深基坑工程，在砂砾及密实砂土中施工困难。 nU形、Z 形、H 形等n挖深15m。n优点：软土地基地区钢板桩打设方便，有一定挡水能力，施工

39、迅速，且打设后可立即开挖，适于基坑深度不太大、且周围环境要求不太严格时。n缺点：柔性较大，基坑较深时支撑（或拉锚）工程量较大，给坑内施工带来一定困难；钢板桩用后拔除时带土，如处理不当会引起土层移动，将会给施工的结构或周围的设施带来危害，应采取有效技术措施减少带土。(a) U 形板桩相互连接 (b) Z 形板桩相互连接 (c) H 形板桩图2.17 常见板桩n适用于粘性土、砂土等土质较好且地下水位较适用于粘性土、砂土等土质较好且地下水位较低的基坑，水位高时要先降水。在软土地基中低的基坑，水位高时要先降水。在软土地基中要慎用，卵石地基中较难施工。要慎用，卵石地基中较难施工。 n挖深挖深25m25m

40、。 传力机理：传力机理： 土的侧压力土的侧压力衬板衬板工工字钢桩字钢桩导导梁（或顶撑梁（或顶撑或拉锚）。或拉锚）。 型钢桩支护结构n型钢主要有工字钢、槽钢或H型钢。n土质好时，在桩间可以不加挡板，桩的间距根据土质和挖深等条件而定。当土质比较松散时，在型钢间需加挡土板，用以防止砂土流散。当地下水位较高时，应配合以降低地下水位措施。n常用:钢筋混凝土钻孔灌注桩、沉管灌注桩n桩顶部设钢筋混凝土圈梁以增强整体性；刚度大，抗弯能力强，变形相对较小，有利于保护周围环境，价格较低，经济效益较好。 钢筋混凝土排桩支护结构n钢筋混凝土钻孔灌注桩常用的桩径：600-1100mm ，多用于深度为7-13m的基坑，在

41、两层地下室及其以下的深基坑支护结构中优先考虑使用。n沉管灌注桩常用的桩径为500-800mm，多用于深度为-10m以下的基坑。n在单层地下室基坑中还常用桩径为800-1200mm的人工挖孔桩作为支护结构。u( (灌注桩支护结构灌注桩支护结构) )n应用日趋广泛。可在平面上采取不同的排列方式应用日趋广泛。可在平面上采取不同的排列方式形成桩墙式支护结构，以抵抗不同条件下侧向水、形成桩墙式支护结构，以抵抗不同条件下侧向水、土压力。一般桩顶设置连续的钢筋混凝土压顶地土压力。一般桩顶设置连续的钢筋混凝土压顶地圈梁圈梁( (帽梁帽梁) )，使支护桩共同工作，提高整体性。，使支护桩共同工作，提高整体性。 1

42、 1）稀疏排桩）稀疏排桩仅挡土仅挡土, ,不可挡水不可挡水 应采取可靠降水措施以防止管涌和流砂现象发生。应采取可靠降水措施以防止管涌和流砂现象发生。 2 2）稀疏排桩加水泥砂浆抹面）稀疏排桩加水泥砂浆抹面可挡土、挡水可挡土、挡水 稀疏排桩间距稀疏排桩间距S S较大时用。桩净距一般较大时用。桩净距一般1.0m1.0m以内，以内，以以0.60.60.8m0.8m为宜。为宜。基坑挖土、钢丝网水泥砂浆抹基坑挖土、钢丝网水泥砂浆抹面均分层施工面均分层施工。某综合楼地下室两层，采用稀疏排桩方案，挖深某综合楼地下室两层，采用稀疏排桩方案，挖深9m9m。 灌注桩连续排列。排列方式有多种，图中黑色桩灌注桩连续排

43、列。排列方式有多种，图中黑色桩为素混凝土桩，或砂桩注入砂浆、化学浆液等形为素混凝土桩，或砂桩注入砂浆、化学浆液等形成无筋桩。成无筋桩。 问：问：能否既可挡土，又可挡水？能否既可挡土，又可挡水？挡水挡水挡土挡土3）连续排桩）连续排桩4 4）双排式）双排式( (或框架式或框架式) )灌注桩支护灌注桩支护仅挡土仅挡土 灌注桩双排布置，用盖板连接形成门式刚架结构灌注桩双排布置，用盖板连接形成门式刚架结构。5 5）连拱式支护结构）连拱式支护结构仅可挡土仅可挡土 l新型的大直径与小直径桩的组合结构，拱的矢新型的大直径与小直径桩的组合结构，拱的矢高高f=(1/4f=(1/41/2)L1/2)L。 l桩顶用钢

44、筋混凝土圈梁桩顶用钢筋混凝土圈梁( (即盖板即盖板) )相连接，基坑相连接，基坑较深时可加较深时可加1 12 2道横肋梁以增强拱截面的整体道横肋梁以增强拱截面的整体性，可省去内支撑或土层锚杆。性，可省去内支撑或土层锚杆。6 6）挡土与阻水组合排桩支护结构）挡土与阻水组合排桩支护结构 地下连续墙n已成为深基坑的主要支护结构之一。n在基坑开挖前，先在地下修筑一道连续的钢筋混凝土墙体，以满足开挖及地下施工过程中的挡土、截水防渗要求，并可作为地下结构的一部分。n大城市深基坑工程利用此支护结构较多，常用厚度为6001000mm。尤其是地下水位高的软土地区，当基坑深度大且邻近的建（构）筑物、道路和地下管线

45、相距很近时，它往往是首先考虑的支护方案。n地下连续墙可与“逆筑法”结合应用钢筋混凝土板桩钢筋混凝土板桩n传统支护结构，企口榫接有传统支护结构，企口榫接有较好防水作用。厚可达较好防水作用。厚可达500mm500mm，总费用低。已向，总费用低。已向薄壁工字形方向发展大截面薄壁工字形方向发展大截面如如500500500mm500mm以上，壁厚以上，壁厚100100120mm120mm，腹板预制后在，腹板预制后在现场浇成整体。在两工字形现场浇成整体。在两工字形板桩间钻孔注浆堵漏。板桩间钻孔注浆堵漏。 n挖深挖深10m10m。 n适用软土、一般粘性土。适用软土、一般粘性土。n当基坑深度较大，悬臂的挡墙在

46、强度和变形方面不能满足要求时，需要增设支撑系统。n支撑系统分两类：坑内支撑和坑外锚拉。n坑外锚拉又分为顶部拉锚与土层锚杆拉锚。顶部拉锚用于不太深的基坑，多为钢板桩，在基坑顶部将钢板桩挡墙用钢筋或钢丝等拉结锚固在一定距离之外的锚桩上；土层锚杆拉锚多用于较深的基坑。n（3 3）支撑系统）支撑系统n目前支护结构的内支撑常用的有钢结构支撑和钢筋混凝土结构支撑两类。n钢结构支撑多用圆钢管和H型钢。为了减少挡墙的变形，用钢结构支撑时可用液压千斤顶施加预顶力。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 图2.19 支护结构形式n优点：拼装和拆除方便、迅速，为

47、工具式支撑，可多次重复使用，而且可根据控制变形的需要施加预顶力。n缺点：与钢筋混凝土结构支撑相比，变形相对较大，且由于圆钢管和型钢的承载能力不如钢筋混凝土结构支撑的承载能力大，因而支撑水平向的间距不能很大，对于机械开挖不太方便。在大城市建筑物密集地区开挖基坑，支护结构多以变形控制，在减少变形方面钢结构支撑不如钢筋混凝土结构支撑，但如果分阶段根据变形多次施加预顶力也能控制变形量。钢结构支撑n一般采用609、580、406钢管，用不同壁厚的钢管来适应不同的荷载，常用的壁厚为12mm、14mm、有时用16mm。n钢管的刚度大，单根钢管有较大的承载能力，不足时还可两根钢管并用。n支撑的形式多为对撑或角

48、撑。对撑时，如间距较大、长度较长，可增设腹杆形成桁架式支撑。na.钢管支撑（a）对撑 （b）角撑图2.20 钢管支撑的形式n对撑纵横钢管交叉处可以上下叠交，也可增设特制的十字接头，纵横钢管处于同一平面内，这时钢管支撑形成一平面框架，刚度大，受力性能好。n采用钢管支撑时，挡墙的腰梁有钢筋混凝土腰梁和型钢腰梁。前者刚度大，承载能力高，可增大支撑间距。b.H型钢支撑nH型钢支撑用螺栓连接，为工具式钢支撑，现场组装方便，构件标准化，对不同的基坑能按照设计要求进行组合和连接，可重复使用，有推广价值。nH型钢分为焊接H型钢和轧制H型钢两种。钢筋混凝土支撑n是近年来在深基坑中常用的一种支撑形式n大多利用土模

49、或模板随着挖土逐层现场浇筑，截面尺寸和配筋根据支撑布置和构件内力大小而定。n刚度大，变形小，能有效地控制挡墙变形和周围地面的变形，宜用于较深基坑和周围环境要求较高的地区。但在施工中要尽快形成支撑，减少土壤蠕变变形，减少时间效应。n形式可随基坑形状而变化，如对撑、角撑、桁架式支撑、圆形、拱形、椭圆形等形状（a）对撑； （b）角撑； （c）圆形支撑； （d）桁架式支撑图2.22 钢筋混凝土支撑n混凝土强度等级多为C30。支撑尺寸在高度方向与腰梁相匹配，截面尺寸和配筋由计算确定。n对大尺寸的基坑，支撑交点处需设立柱，在垂直方向支承水平支撑。立柱可为四个角钢组成的格构式柱、圆钢管或型钢。考虑到承台施工

50、时便于穿钢筋，格构式柱应用较多。立柱的下端插入作为工程桩使用的灌注桩内，插入深度不宜小于2m，否则立柱就要设置专用的灌注桩基础，因此格构式立柱的平面要与灌注桩的直径相匹配。n对于多层支撑的深基坑，设计支撑时要考虑挖土机上支承挖土所产生的荷载，施工中要采取措施避免挖土直接压支撑。（4 4）支护结构破坏形式）支护结构破坏形式n支护结构破坏包括强度破坏和稳定性破坏，不同类型的支护结构，其破坏形式也不同。图2.23 非重力式支护结构的破坏形式（a）拉锚破坏或支撑压屈 （b）底部走动 （c）平面变形过大或弯曲破坏（d）墙后土体整体滑动失稳 （e）坑底隆起 （f）管涌na. 拉锚破坏或支撑压屈：地面荷载增

51、大引起的附加荷载，或土压力过大、计算有误引起拉杆断裂，或锚固部分失效、腰梁（围檩）被破坏，或内部支撑断面过小受压失稳都会产生这种破坏。nb. 支护墙底部走动：当支护墙底部入土深度不够，或由于挖土超深、水的冲刷等原因都可能产生这种破坏。nc. 支护墙的平面变形过大或弯曲破坏：支护墙的截面过小、对土压力估算不准确、墙后无意地增加大量地面荷载或挖土超深等都可能引起这种破坏。n非重力式支护结构强度破坏（如图a、b、c）n墙后土体整体滑动失稳（图d）：如拉锚的长度不够或设置在滑动面以内，软粘土发生圆弧滑动，会引起支护结构的整体失稳。n坑底隆起（图e）：在软粘土地区，如挖深度大，可能由于挖土处卸载过多，在

52、墙后土重及地面荷载作用下引起坑底隆起。n管涌（图f）： 砂性土地区，当地下水位较高、坑深很大时，挖土后由水头差产生的动水压力作用下，地下水会绕过支护墙连同砂土涌入基坑。非重力式支护结构的稳定性破坏形式重力式支护结构的强度破坏n主要是抗剪强度不足产生剪切破坏，分三类：na. 倾覆。水泥土挡墙截面重量不够大时，在墙后土推动作用下，会产生整体倾覆失稳。nb. 滑移。水泥土墙与土间产生的抗滑力不足以抵抗墙后的推力时，挡墙会产生整体滑动，使挡墙失稳。nc. 土体整体滑动失稳，坑底隆起、管涌。破坏情况同非重力式挡墙。3 3）土层锚杆）土层锚杆n土层锚杆是一种埋入土层深处的受拉杆件，它一端与支护结构的挡墙相

53、连接，另一端锚固在稳定的土层中，通常对其施加预应力，以承受由土压力、水压力等所产生的拉力，维护支护结构的稳定。图2.24 钻孔灌浆锚杆1锚具；2定位板；3挡土桩；4钻孔；5拉杆；6锚固体；L1自由段；L2锚固段n 某工程锚杆支护某工程锚杆支护土层锚杆土层锚杆 土层锚杆的构造由锚头、拉杆和锚固体三部分组成。na. 锚头。由锚具、台座、横梁等组成。nb. 拉杆。采用钢筋、钢管或钢绞线制成。nc. 锚固体。锚固体由锚筋、定位器，用水泥砂浆将锚筋与土体凝结成一体形成锚固体。n土层锚杆以主动滑动面为界，分为非锚固段（自由段）和锚固段。非锚固段处在可能滑动的不稳定土层中，可以自由收缩，其作用是将锚头所承受

54、的荷载传递到主动滑动面外的锚固段。锚固段处在稳定土层中，与周围土层牢固结合，将荷载分散到稳定土层中去。锚头锚头自由段自由段锚固锚固段段土层锚杆的分类土层锚杆的分类 l类型类型普通锚杆；高压灌浆锚杆；预应力锚杆。普通锚杆；高压灌浆锚杆；预应力锚杆。 l锚固段锚固段圆柱型、端部扩大头型和连续球体型。圆柱型、端部扩大头型和连续球体型。 c 圆柱型锚杆圆柱型锚杆端部扩大头型端部扩大头型: :适用于锚固于砂适用于锚固于砂质质土、硬粘土层且要求较高抗拔力。土、硬粘土层且要求较高抗拔力。 连续球体型连续球体型: :适用于锚固于淤泥土适用于锚固于淤泥土、淤泥质土土层，且要求较高抗拔、淤泥质土土层，且要求较高抗

55、拔力。力。 土层锚杆的施工n钻孔机械：冲击式、旋转式及旋转式冲击钻机（万能式钻机）三类；适于不同地层条件。n土层锚杆钻孔应遵循下列规定：a. 孔位误差：水平方向孔距误差50mm，垂直方向100mm。b. 钻孔偏斜。底部偏斜3%L（L为锚杆长度）。c. 孔深误差。不应小于设计长度L，也不宜大于1%L。d. 清孔。湿式钻孔必清孔至孔口流出清水为止nA. 钻孔B. 锚筋的组装与安放n锚筋材料：有钢管（钻杆）、钢筋、高强钢丝束和钢绞线（束）。n锚筋组装时应注意以下事项：a. 平直、除油、除锈，接头采用搭接焊（不小于30d且不小于500mm），并排连接的钢筋也应焊接。高强钢丝束或钢绞线应按设计尺寸下料（

56、误差小于50mm），平直排列并捆扎牢固。b. 自由段应用塑料布或塑料管包裹，与锚固段连接处应密封并用铁丝绑紧。c. 应按防腐要求进行防腐处理。n锚筋安放时应防止扭曲和弯曲，将其与灌浆管同时放入孔底，拔出套管（如有的话）后灌浆，对直径在50mm以内的小孔径锚杆，要先灌浆后插锚筋。锚筋插入孔内的深度不应小于锚固长度的95%，灌浆管头部距孔底宜100200mm。C.注浆n目的：形成锚固段，并防止拉杆腐蚀，改善锚杆周围土体的力学性能，使锚杆获得更大的承载力。n注浆分一次注浆法和二次注浆法。n一次注浆法宜选用灰砂比1112、水灰比0.380.45的水泥砂浆或水灰比0.450.5的水泥浆；高压注浆，压力宜

57、控制在2.55.0MPa。n一次注浆法用一根注浆管，二次注浆法用两根注浆管。第一次注浆的浆体达到5MPa后进行第二次高压注浆。由于高压注浆，使浆液冲击第一次的浆体向锚固体与土的接触面间扩散，提高了锚杆的承载力。D.预应力张拉n预应力锚杆张拉锚固应在锚固段浆体强度大于15MPa，并达到设计强度等级的75%后方可进行。n张拉应采用“跳张法”，即隔二拉一，以减少邻近锚杆的相互影响。n采取分级加载，去设计拉力值的10%-20%预张拉1-2次，使各部位接触紧密，锚筋平直，再张拉至设计拉力值的0.9-1.0倍，按设计要求锁定。锚杆的张拉控制应力不应超过锚杆杆体强度标准值的0.75倍。E.土层锚杆防腐处理n

58、深基坑支护结构中的锚杆属临时性锚杆（使用时间2年以内），采用简单防腐方法即可。n土层锚杆锚固段采用水泥砂浆封闭防腐，拉杆周围保护层厚度不小于10mm，n自由段涂润滑油或防腐漆，外包塑料布，锚头采用沥青防腐。土层锚杆的优点：n在基坑施工时坑内无支撑，开挖土方和地下结构施工不受支撑干扰，施工作业面宽敞，在工程建筑深基础工程中应用较多。n土层锚杆的应用已由非黏性土层发展到黏性土层，近年来，已有将土层锚杆应用到软粘土层中的成功实例，土层锚杆的适用范围及应用会更加广泛。4 4）土钉支护）土钉支护n土钉支护：在土体内嵌入一定长度和分布密度的土钉体，与土共同作用，用以弥补土体自身强度的不足。土钉墙由被加固土

59、体、土钉群和喷射混凝土面板组成，形成一个以土挡土的类似重力式的挡土墙。n机理：不仅提高了土体整体刚度，增加边坡的稳定性，使基坑开挖的坡面保持稳定，而且弥补了土体抗拉和抗剪强度低的弱点，通过相互作用，土体自身结构强度的潜力得到充分发挥，显著提高了整体稳定性。分为：不注浆和钻孔注浆两种。分为：不注浆和钻孔注浆两种。 l不注浆土钉不注浆土钉: :分为打入型和射入型。分为打入型和射入型。 前者是用气动土钉机将长度不超过前者是用气动土钉机将长度不超过6m6m的小的小型角钢打入土内。型角钢打入土内。 后者是用气动射钉机将后者是用气动射钉机将252538mm38mm的粗钢筋的粗钢筋或钢管射入土内或钢管射入土

60、内( (长度长度6m6m以内以内) )。 钻孔注浆土钉钻孔注浆土钉 适用于土体面层维护或开挖较浅的边坡维适用于土体面层维护或开挖较浅的边坡维护。全长注浆土钉适用于开挖较深的边坡维护。全长注浆土钉适用于开挖较深的边坡维护。护。土钉墙类型土钉墙类型 （1）土钉支护的构造n 采用16-32mm的HRB335级以上螺纹钢筋，长度为开挖深度的0.5-1.2倍，间距为12m，与水平夹角一般为10-20；n 钢筋网采用直径为610mm的HPB235级钢筋，间距150300mm；n 混凝土面板采用喷射混凝土，强度等级不低于C20，厚度80200mm，通常为100mm；n 注浆采用强度不低于20 MPa的水泥净