第1章 土方工程施工

1、第1章 土方工程,,,,,,土方工程概述土方工程量計算與土方調配土方邊坡與土壁支護排水與降水土方工程機械化施工,主要內容,【實際問題】,某工程位于經濟開發(fā)區(qū)內, 北側和東側為道路, 南側和西側緊臨其他建筑。該工程為高層綜合樓, 地下一層地上二十二層, 基坑呈矩形狀, 長98.0m, 寬40.2m, 地下水位距地面1.500m 左右, 基礎開挖深度為6.00m。該工程所處地區(qū)地下水位高, 土質條件差,屬沖積-海積平原, 填墊前為鹽

2、田, 現用耕植土填起。主要土層為淤泥質粉質粘土和淤泥質粘土層, 含水量一般在50%左右, 孔隙比一般在1.2～1.6 之間,土的壓縮性高, 抗剪強度低, 在外荷載作用下, 地基承載能力低, 變形大, 不均勻沉降也大。,近年來，本地區(qū)在基坑施工中由于開挖不慎，造成基坑坍塌的事故屢有出現，對周圍建筑、道路、管線等造成很大破壞，從而影響了工程進度，給人們生活帶來不便，造成不好的社會影響。本工程基坑土方開挖如何施工才能安全并盡量減少對周圍環(huán)境的

3、影響？,,,,,,2.1.1 土方工程的特點及施工要求 1）面廣量大、勞動繁重2）施工條件復雜,2.1 土方工程概述,1）在條件允許的情況下應盡可能采用機械化施工；在條件不夠或機械設備不足時，應創(chuàng)造條件，采取半機械化和革新工具相結合的方法；2）要合理安排施工計劃，盡量避開冬季、雨季施工，并做好相應準備工作。3）對土方進行合理調配、統籌安排，降低費用。4）做好調查研究，了解土壤的種類和工程性質，工期要求、質量要求及施工條件，施工

4、地區(qū)的地形、地質、水文、氣象資料，擬定合理的施工方案和技術措施，以保證工程質量、安全、進度。,組織土方工程施工的要求（4條）：,工程分類直觀的鑒別方法，就是根據開挖難易程度和開挖中使用不同的工具和方法來進行分類。土的開挖難易程度直接影響土方工程的施工方案，勞動量消耗和工程費用。土越硬，勞動量消耗越多，工程成本越高。,2.1.2 土的工程分類,,,,,,,,,,,土的構成：固體顆粒、水和氣體三部分。 （1）土的體積：V=Vw+Va+

5、Vs＝Vv+Vs 式中：Vw—水的體積，Vs—土顆粒的體積， Va—氣體體積，Vv—孔隙的體積。 （2）土的質量：M=Mw+Ms 式中：Mw—水的質量，Ms—土顆粒的質量。,2.1.3 土的工程性質,天然密度ρ：和土的天然密度，是指土在天然狀態(tài)下單位體積的質量，它影響土的承載力、土壓力及邊坡的穩(wěn)定性。干密度ρd：土的干密度，是指單位體積土中固體顆粒的質量，即土體空隙中無水時的單位土重。一定程度上反應了土顆粒排列的緊密

6、程度，可用來作為填土壓實質量的控制指標。,（3）土的密度：ρ＝M/V,,,,,,（4）土的重度：γ＝ρg （式中：g—重力加速度。） （5）土的干重度：γd＝（Ms/V）g （6）飽和重度： γsat＝[（Mw+Ms+Va×ρw）/V] g （7）有效重度:γ'=γsat-ρwg=γsat-γw 土重度的比較： γsat≥γ≥γd≥γ',,,,,,（8）孔隙比：e＝Vv/Vs*

7、100% （9）孔隙率：n＝Vv/V*100% 孔隙比和孔隙率之間的換算關系： e＝n/(1-n) n=e/(1+e) （10）飽和度：St=Vw/Vv*100%,（11）土的含水量：mw——土中水的質量；ms——土中固體顆粒經溫度為105℃烘干后的質量。,,土的含水量會影響土方開挖、邊坡穩(wěn)定和回填土夯實等的施工。當土的含水量超過25%~30%時，采用機械施工就很困難，含水量超過20%是，一般運土汽車就容易打

8、滑、陷車，影響挖土機的工作?；靥钔梁粚崟r若含水量過大則會產生橡皮土現象，無法夯實。,,,,,,土的最初可松性系數：土的最后可松性系數： 注：Ks＞Ks'＞1.0 V1—自然狀態(tài)下土的體積；V2—開挖后的松散體積；V3—回填壓實后的體積。一般有：V2＞V3＞V1,（12）土的可松性：,,,,,,土體孔隙中的自由水在重力作用下會透過土體運動，這種被水透過的性質稱為土的滲透性。以確定降水方案和計算涌水量、確定土方填筑鋪筑

9、順序。,單位時間滲水量：,滲流速度：,(⊿H-水頭差; L-滲流路徑長度; A-土體橫截面積),（13）土的滲透性,,,,,,常規(guī)土體滲透性比較： 粘土﹤粉土﹤砂土﹤礫石,2.1.4 土方邊坡坡度,土方邊坡坡度= m=稱為坡度系數；當邊坡高度為h時，邊坡寬度為b=mh。,（a）直線形 （b）折線形 （c）階梯形圖2.1 土方放坡形式,,土方邊坡的大小影響因素：土質、開挖深度、開挖方法、邊坡留置時間的長短、邊坡附

10、近的各種荷載狀況及排水情況有關。,當土質均勻且地下水位低于基坑（槽）或管溝底標高時，挖方邊坡可做成直立壁而不加支撐，但深度不宜超過下列規(guī)定：,當地質條件良好，土質均勻且地下水位低于基坑（槽）或溝底標高時，挖土深度在5m以內不加支撐的邊坡最陡坡度應符合下表規(guī)定，并在施工中隨時檢查邊坡的穩(wěn)定情況。,表1- 3 深度在5m內的基坑（槽）、管溝邊坡的最陡坡度（不加支撐）,,,,,,為保護土質邊坡的穩(wěn)定、堅固，常對開挖坡面采取一定的加固措

11、施進行護坡。 常用的邊坡加固方法 水泥砂漿抹面、漿砌片石護坡、堆置砂(土)包護坡、塑料膜覆蓋，噴漿或掛網噴射混凝土等。經以上邊坡加固方法處理過的邊坡即稱為人工加固邊坡。,,,,,,① 水泥砂漿抹面—常用于保護易風化的軟質巖石、老粘性土及破碎巖石邊坡坡面的穩(wěn)定，一般作30～50mm厚水泥砂漿抹面。如用于一般土質邊坡，常沿坡面打入雙向間距1.0m左右長1～1.5m的Ⅱ級螺紋鋼筋(直徑10～16mm)以加強砂漿面層與坡面土體的連結。

12、② 漿砌片石護坡—對各種土質或巖石邊坡，為防止風化剝落或滑坍，可采用漿砌片石護坡，坡度應小于 1∶0.5，豎直邊坡也可采用紅磚砌筑。也可在坡腳處砌筑一定高度的漿砌片石或紅磚墻，用于反壓及擋土。,③ 疊置砂(土)袋護坡—對已發(fā)生或將要發(fā)生滑坍失穩(wěn)或變形較大的邊坡，常用疊置砂袋或土袋(草袋或土工織物袋)，置于坡腳或坡面，具有排水反壓，抗滑穩(wěn)定的作用。④ 塑料薄膜覆蓋護坡—在坡面鋪設抗拉或防水的塑料薄膜(土工布)，其上覆蓋素土、砂土、砂漿抹

13、面等，對坡面進行防水、防風化、防坡面土流失的加固處理。,,,,,,2.2 土方量計算與土方調配,2.2.1 基坑（槽）土方量計算,圖2.2 基坑土方量計算 圖2.3 基槽土方量計算,土方工程的地形往往復雜，幾何形狀不規(guī)則，要進行精確計算比較困難。通常都是將其假設或劃分成為一定的幾何形狀，并采用具有一定精度而又與實際情況近似的方法進行計算。,基坑：長寬比小于等于3的矩形土體，計算

14、：按立體幾何中棱柱體（由兩個平行的平面作底的一種多面體）的體積公式計算，即 V—土方工程量，m3； H—基坑深度，m； A1、A2—基坑上下的底面積，m2； A0—基坑中截面的面積，m2。,,1)基坑土方量計算,基槽的土方量可以沿長度方向分段后，再用同樣的方法計算，即則基槽總土方量為各段的和，即,2)基槽土方量計算,,,,,,,,場地平整土方量計算主要步驟（三步）： 1、場地設計標

15、高的確定 場地初步設計標高的計算 場地設計標高的調整 2、土方量計算 確定零線—挖填方的分界線 計算各區(qū)格土方量 計算挖方和填方總工程量 3、土方調配的規(guī)劃,2.2.2 場地設計標高的確定,,,,,,,場地設計標高的確定原則：,一般應在設計文件上規(guī)定；若設計文件對場地設計標高沒有規(guī)定時，對中小型場地可采取“挖填土方量平衡法”確定；對大型場地宜作豎向規(guī)劃設計，采用“最佳設計平面法”確定。主要考慮因素: 滿足工藝和運輸的

16、要求盡量利用地形，減少挖填方量場地內挖、填方平衡，土方運輸總費用最少有一定的泄水坡度（≥0.002），滿足排水要求，并考慮最大洪水水位的影響。,將地形圖劃分方格，方格一般采用20m×20m～40m×40m，如圖所示。每個方格的角點標高，一般根據地形圖上相鄰兩等高線的標高，用插入法求得；在無地形圖的情況下，也可在地面用木樁打好方格網，然后用儀器直接測出。,2）初步計算場地設計標高,圖2.4 場地設計標高計

17、算簡圖1—等高線；2—設計標高平面；3—自然地面；4—零線,每個方格體積按照等效柱體（平均高度）計算；照挖填土方量相等的原則，場地設計標高可按下式計算：,,,簡化為：,,,,,,,,,,2,1,3,4,,,,,方格網,滿足挖填方平衡的平均高度,進一步簡化為：,所計算的標高，純系初步計算值，還需考慮多種因素進一步進行調整。 由于邊坡填挖土方量不等（特別是坡度變化大時）而影響設計標高的增減（根據具體情況確定）；,2）場地設計標高

18、的調整,,,,,,土可松性的影響 土的可松性導致場地設計標高的提高調整場地設計標高應采用最后可松性系數,,,,,,,,,設計標高以上的填方工程（降低標高）設計標高以下的挖方工程（提高標高）就近從場外挖土（提高標高）就近棄土于場外（降低標高）,小結：填土量大，場地設計標高提高； 挖土量大，場地設計標高降低。,場內和場外挖、填土的影響,,,,,,3）泄水坡度對場地設計標高的影響,注：設計無要求時，泄水坡度≥0.002

19、。,單向泄水：,雙向泄水：,2.2.3 場地平整土方量計算,方格網法：就是用方格網控制整個場地，將場地劃分為20~40m的正方形方格網。根據每個方格角點的自然地面標高和實際采用的設計標高，算出相應的角點填挖高度，然后計算每一個方格的土方量，再將場地上所有方格的土方量求和，并算出場地邊坡的土方量，這樣即可以得到整個場地的挖、填土總方量。,標注示意,,,,,,施工高度：“+”——填；“-”——挖,1）計算各角點的施工高度,“零線”：“零點”

20、所連成的線?！傲泓c”：方格邊界上施工高度為0的點，插入法確定。 “零線”特征：挖填區(qū)的分界線；是一條連續(xù)的線；假設場地無限大，是封閉的；在一個場地上可能會有多條；,2）確定“零線”,,,圖2.8 零點位置圖解法 圖2.9 零點位置計算示意圖h1 、h2 —分別為填和挖角點施工高度； x1 、x2 —分別為零點至填和挖角點水平距離,,,,,,（1）全挖全填： （2）兩個角點為挖，另兩個角點

21、為填：,3）計算方格網內的土方量,（3）一個角點為挖，另三個角點為填：,,,,,,4）計算場地邊坡的土方量,,,,,,土方調配：就是對挖土的利用、堆棄和填土的取得三者之間的關系進行綜合協調的處理。其目的是方便施工，并且在土方總運輸量（m3·m）最小或土方運輸成本（元）最低的條件下，確定填、挖方區(qū)土方的調配方向、數量和平均運距，從而縮短工期，降低成本。,2.2.4 土方調配,1)力求達到挖、填平衡和運距最短（成本最小化）。2)

22、應考慮近期施工與后期利用相結合的原則。3)應采取分區(qū)與全場相結合來考慮的原則。4)還應盡可能與大型地下建筑物的施工相結合。5)合理布置挖、填方分區(qū)線，選擇恰當的調配方向、運輸線路，使土方機械和運輸車輛的性能得到充分發(fā)揮。,土方調配的原則,土方調配圖表法：,第1步：劃分調配區(qū) 在場地平面圖上先劃出挖、填區(qū)的分界零線；根據地形及地理條件，把挖方區(qū)和填方區(qū)再適當地劃分為若干調配區(qū)，其大小應滿足土方機械的操作要求，例如調配區(qū)的大小應大

23、于或等于機械的鏟土長度。第2步：計算土方量 計算各調配區(qū)土方量，并標明在圖上。,第3步：求出每對調配區(qū)之間的平均運距。平均運距即挖方區(qū)土方重心至填方區(qū)土方重心距離；每個調配區(qū)的重心計算方法如下：取場地或方格網中的縱橫兩邊為坐標軸，分別求出各區(qū)土方的重心位置，即：,,第4步：最優(yōu)調配方案的確定。根據每對調配區(qū)的平均運距L0，繪制多個調配方案，比較不同方案的總運輸量Q=ΣV·L0，以Q最小者為經濟調配方案。大型的土方

24、工程，可利用電算求解該線性規(guī)劃問題來確定最優(yōu)調配方案。如果是中小工程，挖填方數目不多，可采用 “表上作業(yè)法”求解土方調配問題。,第5步：繪出最優(yōu)方案的土方調配圖和土方量平衡表,土方最優(yōu)調配圖,,,,,,土方量平衡表,,,,,,場地平整土方量計算與調配步驟回顧,計算場地設計標高,,調整場地設計標高,,確定零線,,計算各方格挖填土方量,,,挖填方平衡,,劃分網格,,,,根據土的可松性調整,根據泄水坡度調整，等,,,計算各角點施工高度后定零

25、線,土方調配,,土壁穩(wěn)定主要依靠土體的抗剪強度來維持平衡。 土體抗剪強度來源于土體的內摩擦力和粘結力（內聚力）。 土體塌方：剪應力?抗剪強度 邊坡穩(wěn)定: 抗剪強度?剪應力,2.3 土方邊坡和土壁支護,2.3.1 邊坡穩(wěn)定,剪應力的增加——外力 邊緣堆土或機械； 水侵入邊坡，使土的含水量增加； 地下水產生的動水壓力； 土體內水的靜壓力等。 抗剪強度降低——外因轉換為內因 由于受風化作用使土質變松； 土受地下水

26、的侵蝕而產生潤滑作用； 飽和細，粉沙受振動而液化。,1）邊坡過陡，土體本身穩(wěn)定性不夠而產生塌方。2）坡頂堆載過大，尤其是存在動載，使土體中產生的剪應力超過土體的抗剪強度，3）地面水及地下水滲入邊坡土體，使土體的自重增大，抗剪能力降低，從而產生塌方。4）開挖過深、土質較差、支護軟弱等,邊坡塌方主要原因：,防止邊坡塌方的措施：,1）放足邊坡 符合規(guī)范的要求，參考土壤的性質、水文地址條件、施工方法、開挖深度、工期的長短等因素。2

27、）減少在邊坡上堆載或動載的不利影響 當土質良好時，堆土或材料應距挖方邊緣0.8m以外，高度不應超過1.5m。在軟土地區(qū)開挖時，應隨挖隨運，以防由于地面加荷引起的邊坡塌方。3）做好排水工作 防止地表水、施工用水和生活廢水浸入邊坡土體；雨期施工時，注意檢查邊坡的穩(wěn)定性，必要時加設支撐。,4）進行邊坡面保護 塑料薄膜覆蓋，水泥砂漿抹面、掛網抹面或噴漿等方法5）提高土壁的穩(wěn)定性 采用通風疏干，電滲排水，爆破灌漿，化學加固等方

28、法，改善滑動帶巖土的性質，以穩(wěn)定邊坡，確保土壁的穩(wěn)定性。6）重視施工觀察 建立預警機制，加強觀察和監(jiān)測,在開挖基坑（槽）或管溝時，如果地質和場地周圍條件允許，采用放坡開挖，比較經濟。但在建筑物密集地區(qū)施工時，常因受場地的限制而不能放坡，或放坡所增加的土方量很大，或有防止地下水滲入基坑要求時，可采用設置土壁支撐或支護，以保證施工的順利和安全，并減少對相鄰已有建筑物等的不利影響。,2.3.2 土壁支護,,,,,,工程特點、開挖深度

29、采用土壁支護應根據 地質條件、地下水位 臨近建筑物的情況 施工方法 要求：牢固可靠；經濟合理；確保安全 鋼（木）支撐 板樁 常用方法： 灌注樁 深層攪拌樁 地下連續(xù)墻,,,,,,,,基坑支護失效實例,1

30、994年9月上海黃浦區(qū)某大廈基坑支護靠馬路40m長支撐破壞，600厚地下連續(xù)墻倒塌。 基坑挖深23.5m。 原因為設計、施工和監(jiān)測多方面。,,,,,,基坑支護屈曲實例,角撐受壓平面外失穩(wěn),1）基槽支護結構,開挖較窄的溝槽，多用橫撐式土壁支撐。橫撐式支撐根據擋土板的設置方向不同，分為水平式支撐和垂直式支撐。,(a) 間斷式水平擋土板支撐 (b) 垂直擋土板支撐圖2.15 橫撐式支撐1—水平擋土板；2—立柱；3、6—工具式橫

31、撐； 4—垂直擋土板；5—橫楞木,水平式支撐：擋土板間斷或連續(xù)的水平放置。間斷式水平擋土板支撐適于能保持直立壁的干土或天然濕度的黏土，深度在3m以內。連續(xù)式水平擋土板支撐適于較潮濕的或散粒的土，深度在5m以內。垂直式支撐：間斷或連續(xù)的擋土板垂直放置。適于土質較松散或濕度很高的土，地下水較少，深度不限。,2）基坑支護結構,一般根據地質條件、基坑開挖深度、對周圍環(huán)境保護要求及降排水情況等選用。設計時：首先要考慮安全可靠性，其次

32、要滿足本工程地下結構施工的要求，并應盡可能降低造價和便于施工。包括擋墻與支撐（拉錨）兩部分按受力不同分：重力式支護結構、非重力式支護結構、邊坡穩(wěn)定式支護。,非重力式支護結構按支護結構支撐系統的不同分為：懸臂式支護結構、內撐式支護結構和坑外錨拉式支護結構。按擋墻所選用的材料不同分：鋼板樁、鋼筋混凝土樁、地下連續(xù)墻、深層攪拌水泥土樁、旋噴樁等排樁擋墻。土釘墻擋土墻屬于邊坡穩(wěn)定式支護法，深層攪拌水泥土樁和旋噴樁幕墻屬于重力式支護結構，

33、其他均屬于非重力式支護結構。,（1）重力式支護墻類型,是對基坑邊坡滑動體范圍及其附近土體進行加固，改善其物理力學性能，使其稱為具有一定強度和穩(wěn)定性的土體結構，從而保證邊坡穩(wěn)定，并兼有抗?jié)B作用。,,,,,,某住宅樓，地下室一層，挖深6m，采用水泥土攪拌樁支護技術。,① 深層攪拌水泥土樁擋墻,原理：利用深層攪拌機在邊坡土體需要加固的范圍內，將軟土與固化劑強制拌和，使軟土硬結成具有整體性、水穩(wěn)性和足夠強度的水泥加固土，稱為水泥土攪拌樁。水泥

34、土樁相互搭接硬化后即形成具有一定強度的壁狀擋墻，具有擋土、截水雙重功能。,可分為深層攪拌樁、粉噴水泥攪拌樁和高壓旋噴樁等，既可擋土又可止水，其中深層攪拌水泥土擋墻廣泛用于軟土地區(qū)（淤泥質土，地基承載力＜120kPa粘性土）的深基坑工程，挖深＜8m。一般靠自重和剛度進行擋土，適用于深度為4-6m的基坑，最大可達7-8m。,A. 構造要求,水泥土樁擋墻的截面多采用連續(xù)式和格柵形。當采用格柵形時，水泥土樁的置換率（水泥土樁面積與格柵總面積

35、之比）為0.6-0.8。在軟土地區(qū)當基坑開挖深度h≤5m，可按經驗取墻體寬度B=（0.6-0.8）h，嵌入基底下的深度hd=（0.8-1.2）h。水泥土樁之間的搭接寬度，考慮截水作用時不宜小于150mm，不考慮截水作用時不宜小于100mm。,圖2.16 水泥土樁擋墻的一般構造a）水泥土樁擋墻剖面；b）連續(xù)式勁性水泥土樁擋墻平面；c）格柵式平面布置1-攪拌樁；2-插筋；3-面板；4-H型鋼,水泥土樁加固強度隨水泥摻入比而異，一般

36、摻入比取12%-14%，采用32.5級普通硅酸鹽水泥?？蓳郊幽锯}、三乙醇胺、氯化鈣、硫酸鈉等外加劑，改善水泥土樁的性能和提高早期強度。水泥土樁的30天強度不應低于0.8MPa。為了提高水泥土樁擋墻的剛度和抗彎能力，可在頂部插入鋼筋，也可插入H型鋼，并將水泥摻入比提高至20%，構成勁性水泥土攪拌樁（或稱SMW工法），該法可用于8-10m深的基坑。,B. 水泥土攪拌樁的施工,攪拌樁施工可采用“一次噴漿、二次攪拌”或“二次噴漿、三次攪拌

37、”工藝，主要依據水泥摻入比及土質情況而定。水泥摻量較少，土質較松時，可用前者，反之可用后者。“一次噴漿、二次攪拌“的施工工藝流程如 所示。當采用“二次噴漿、三次攪拌”工藝時，可在圖示布置（e）作業(yè)時也進行注漿，以后再重復（d）和（e）的過程。,圖2.17 “一次噴漿、二次攪拌“的施工工藝流程,施工要點如下：,（1）樁位準確，樁體垂直放線樁位與設計樁位誤差不得大于20mm，樁機就位與樁位的誤差不得大于50mm，成樁后與設計位置誤差

38、應小于50mm。為保證攪拌樁垂直于地面，樁機就位后導向架的垂直度偏差不得超過0.5%，應加強檢查。（2）水泥漿不得離析水泥漿要嚴格按設計的配合比拌制（一般水灰比為0.5~0.6），制備好的水泥漿停置時間不宜過長（＜2h），不得有離析現象。,（3）確保水泥攪拌樁強度和均勻性攪拌機攪拌下沉速度一般不超過0.7m/min，以保證使軟土充分攪碎。如下沉困難，可由輸漿管適量沖水，以加速攪拌機下沉，但在噴漿前須將輸漿管中的水排清，同時應考

39、慮沖水對樁體質量的影響。施工時要嚴格按設計要求控制噴漿量和攪拌提升速度（一般不超過0.5m/min）。輸漿時應連續(xù)供漿，不允許斷漿。如因故斷漿，應將攪拌機下沉到斷漿點以下0.5m處再噴漿提升。,（4）確保加固體的連續(xù)性水泥土樁擋墻應采用切割搭接法施工，應在前樁水泥尚未固化時進行后續(xù)搭接樁的施工，搭接施工的間歇應不超過10~16h，否則應采用技術措施保證加固體的連續(xù)性（俗稱接頭處理）。,② 高壓旋噴樁擋墻,高壓旋噴樁是指工程鉆機鉆孔至

40、設計深度后，在鉆桿從地基土中逐漸上提的過程中，利用插入鉆桿端部的旋轉噴嘴，將水泥漿固化劑噴入地基土中形成水泥土樁，樁體相連形成帷幕墻，可用作支護結構擋墻。在旋噴樁施工時，要控制好上提速度，噴射壓力和噴射量，否則難以保證質量。它與深層攪拌水泥土樁只是在形成水泥土樁的工藝有所不同。,（2）非重力式支護結構,非重力式支護結構:在基坑四周設置支擋構件形成圍護墻，以便承受土壁的側壓力以及其他荷載，保持土體結構的穩(wěn)定。有樁式和板式兩種基本類型。

41、,板式圍護墻:一般采用現澆地下連續(xù)墻。樁式圍護墻:適用于中等深度以下的基坑，在無水的較為穩(wěn)定的土層中也可用于大深度的基坑。常見型式：連續(xù)式排樁（鋼筋混凝土板樁、鋼板樁等）；分離式排樁（鉆孔灌注樁、人工挖孔樁、大直徑沉管灌注樁、鋼筋混凝土預制樁、H型鋼樁等）,連續(xù)板樁既可擋土，又可擋水。當開挖的基坑較深，地下水位較高且有可能發(fā)生流砂時，如果未采用井點降水方法，則宜采用連續(xù)板樁支護結構,① 鋼板樁支護結構,由帶鎖口或鉗口的熱軋型鋼制成

42、，既能擋土又能擋水。適用于較弱地基土及地下水位較高，水量較多的深基坑工程，在砂礫及密實砂土中施工困難。 U形、Z 形、H 形等挖深<15m。,優(yōu)點：軟土地基地區(qū)鋼板樁打設方便，有一定擋水能力，施工迅速，且打設后可立即開挖，適于基坑深度不太大、且周圍環(huán)境要求不太嚴格時。缺點：柔性較大，基坑較深時支撐（或拉錨）工程量較大，給坑內施工帶來一定困難；鋼板樁用后拔除時帶土，如處理不當會引起土層移動，將會給施工的結構或周圍的設施帶來危

43、害，應采取有效技術措施減少帶土。,,,,,,(a) U 形板樁相互連接 (b) Z 形板樁相互連接 (c) H 形板樁圖2.17 常見板樁,,,,,,適用于粘性土、砂土等土質較好且地下水位較低的基坑，水位高時要先降水。在軟土地基中要慎用，卵石地基中較難施工。 挖深＜25m。,傳力機理： 土的側壓力→襯板→工字鋼樁→導梁（或頂撐或拉錨）。,② 型鋼樁支護結構,型鋼主要有工字鋼、槽鋼或H型鋼。土質好時，在樁間可以不

44、加擋板，樁的間距根據土質和挖深等條件而定。當土質比較松散時，在型鋼間需加擋土板，用以防止砂土流散。當地下水位較高時，應配合以降低地下水位措施。,常用:鋼筋混凝土鉆孔灌注樁、沉管灌注樁樁頂部設鋼筋混凝土圈梁以增強整體性；剛度大，抗彎能力強，變形相對較小，有利于保護周圍環(huán)境，價格較低，經濟效益較好。,③ 鋼筋混凝土排樁支護結構,鋼筋混凝土鉆孔灌注樁常用的樁徑：φ600-1100mm ，多用于深度為7-13m的基坑，在兩層地下室及其以下的深

45、基坑支護結構中優(yōu)先考慮使用。沉管灌注樁常用的樁徑為φ500-800mm，多用于深度為-10m以下的基坑。在單層地下室基坑中還常用樁徑為φ800-1200mm的人工挖孔樁作為支護結構。,,,,,,(灌注樁支護結構),應用日趨廣泛。可在平面上采取不同的排列方式形成樁墻式支護結構，以抵抗不同條件下側向水、土壓力。一般樁頂設置連續(xù)的鋼筋混凝土壓頂地圈梁(帽梁)，使支護樁共同工作，提高整體性。 1）稀疏排樁—僅擋土,不可擋水 應采取可

46、靠降水措施以防止管涌和流砂現象發(fā)生。 2）稀疏排樁加水泥砂漿抹面—可擋土、擋水 稀疏排樁間距S較大時用。樁凈距一般1.0m以內，以0.6～0.8m為宜?；油谕?、鋼絲網水泥砂漿抹面均分層施工。,,,,,,某綜合樓地下室兩層，采用稀疏排樁方案，挖深9m。,,,,,,,,,,,灌注樁連續(xù)排列。排列方式有多種，圖中黑色樁為素混凝土樁，或砂樁注入砂漿、化學漿液等形成無筋樁。 問：能否既可擋土，又可擋水？,√,擋水,擋土,3）連續(xù)排樁

47、,,,,,,4）雙排式(或框架式)灌注樁支護—僅擋土 灌注樁雙排布置，用蓋板連接形成門式剛架結構。,,,,,,5）連拱式支護結構—僅可擋土 新型的大直徑與小直徑樁的組合結構，拱的矢高f=(1/4～1/2)L。 樁頂用鋼筋混凝土圈梁(即蓋板)相連接，基坑較深時可加1～2道橫肋梁以增強拱截面的整體性，可省去內支撐或土層錨桿。,,,,,,6）擋土與阻水組合排樁支護結構,④ 地下連續(xù)墻,已成為深基坑的主要支護結構之一。在基坑開挖

48、前，先在地下修筑一道連續(xù)的鋼筋混凝土墻體，以滿足開挖及地下施工過程中的擋土、截水防滲要求，并可作為地下結構的一部分。大城市深基坑工程利用此支護結構較多，常用厚度為600~1000mm。尤其是地下水位高的軟土地區(qū)，當基坑深度大且鄰近的建（構）筑物、道路和地下管線相距很近時，它往往是首先考慮的支護方案。地下連續(xù)墻可與“逆筑法”結合應用,,,,,,⑤鋼筋混凝土板樁,傳統支護結構，企口榫接有較好防水作用。厚可達500mm，，總費用低。已向薄

49、壁工字形方向發(fā)展大截面如500×500mm以上，壁厚100～120mm，腹板預制后在現場澆成整體。在兩工字形板樁間鉆孔注漿堵漏。 挖深<10m。 適用軟土、一般粘性土。,當基坑深度較大，懸臂的擋墻在強度和變形方面不能滿足要求時，需要增設支撐系統。支撐系統分兩類：坑內支撐和坑外錨拉?？油忮^拉又分為頂部拉錨與土層錨桿拉錨。頂部拉錨用于不太深的基坑，多為鋼板樁，在基坑頂部將鋼板樁擋墻用鋼筋或鋼絲等拉結錨固在一定距離之外

50、的錨樁上；土層錨桿拉錨多用于較深的基坑。,（3）支撐系統,目前支護結構的內支撐常用的有鋼結構支撐和鋼筋混凝土結構支撐兩類。鋼結構支撐多用圓鋼管和H型鋼。為了減少擋墻的變形，用鋼結構支撐時可用液壓千斤頂施加預頂力。,1-板樁墻 2-圍檁 3-鋼支撐 4-斜撐 5-拉錨 6-土錨桿 7-先施工的基礎 8-豎撐 圖2.19 支護結構形式,優(yōu)點：拼裝和拆除方便、迅速，為工具式支撐，可多次重復使用，而且可根據控制變形的需要施加預頂力。缺點

51、：與鋼筋混凝土結構支撐相比，變形相對較大，且由于圓鋼管和型鋼的承載能力不如鋼筋混凝土結構支撐的承載能力大，因而支撐水平向的間距不能很大，對于機械開挖不太方便。在大城市建筑物密集地區(qū)開挖基坑，支護結構多以變形控制，在減少變形方面鋼結構支撐不如鋼筋混凝土結構支撐，但如果分階段根據變形多次施加預頂力也能控制變形量。,①鋼結構支撐,一般采用φ609、φ580、φ406鋼管，用不同壁厚的鋼管來適應不同的荷載，常用的壁厚為12mm、14mm、有時用

52、16mm。鋼管的剛度大，單根鋼管有較大的承載能力，不足時還可兩根鋼管并用。支撐的形式多為對撐或角撐。對撐時，如間距較大、長度較長，可增設腹桿形成桁架式支撐。,a.鋼管支撐,（a）對撐 （b）角撐圖2.20 鋼管支撐的形式,對撐縱橫鋼管交叉處可以上下疊交，也可增設特制的十字接頭，縱橫鋼管處于同一平面內，這時鋼管支撐形成一平面框架，剛度大，受力性能好。采用鋼管支撐時，擋墻的腰梁有鋼筋混凝土腰梁和型鋼腰梁。前者剛度大，承載

53、能力高，可增大支撐間距。,b.H型鋼支撐,H型鋼支撐用螺栓連接，為工具式鋼支撐，現場組裝方便，構件標準化，對不同的基坑能按照設計要求進行組合和連接，可重復使用，有推廣價值。H型鋼分為焊接H型鋼和軋制H型鋼兩種。,②鋼筋混凝土支撐,是近年來在深基坑中常用的一種支撐形式大多利用土?；蚰０咫S著挖土逐層現場澆筑，截面尺寸和配筋根據支撐布置和構件內力大小而定。剛度大，變形小，能有效地控制擋墻變形和周圍地面的變形，宜用于較深基坑和周圍環(huán)境要求

54、較高的地區(qū)。但在施工中要盡快形成支撐，減少土壤蠕變變形，減少時間效應。形式可隨基坑形狀而變化，如對撐、角撐、桁架式支撐、圓形、拱形、橢圓形等形狀,（a）對撐； （b）角撐； （c）圓形支撐； （d）桁架式支撐圖2.22 鋼筋混凝土支撐,混凝土強度等級多為C30。支撐尺寸在高度方向與腰梁相匹配，截面尺寸和配筋由計算確定。對大尺寸的基坑，支撐交點處需設立柱，在垂直方向支承水平支撐。立柱可為四個角鋼組成的格構式柱、圓鋼管或型鋼。考慮到

55、承臺施工時便于穿鋼筋，格構式柱應用較多。立柱的下端插入作為工程樁使用的灌注樁內，插入深度不宜小于2m，否則立柱就要設置專用的灌注樁基礎，因此格構式立柱的平面要與灌注樁的直徑相匹配。對于多層支撐的深基坑，設計支撐時要考慮挖土機上支承挖土所產生的荷載，施工中要采取措施避免挖土直接壓支撐。,（4）支護結構破壞形式,支護結構破壞包括強度破壞和穩(wěn)定性破壞，不同類型的支護結構，其破壞形式也不同。,圖2.23 非重力式支護結構的破壞形式（a）拉

56、錨破壞或支撐壓屈 （b）底部走動 （c）平面變形過大或彎曲破壞（d）墻后土體整體滑動失穩(wěn) （e）坑底隆起 （f）管涌,a. 拉錨破壞或支撐壓屈：地面荷載增大引起的附加荷載，或土壓力過大、計算有誤引起拉桿斷裂，或錨固部分失效、腰梁（圍檁）被破壞，或內部支撐斷面過小受壓失穩(wěn)都會產生這種破壞。b. 支護墻底部走動：當支護墻底部入土深度不夠，或由于挖土超深、水的沖刷等原因都可能產生這種破壞。c. 支護墻的平面變形過大或彎曲破壞：支

57、護墻的截面過小、對土壓力估算不準確、墻后無意地增加大量地面荷載或挖土超深等都可能引起這種破壞。,①非重力式支護結構強度破壞（如圖a、b、c）,墻后土體整體滑動失穩(wěn)（圖d）：如拉錨的長度不夠或設置在滑動面以內，軟粘土發(fā)生圓弧滑動，會引起支護結構的整體失穩(wěn)。坑底隆起（圖e）：在軟粘土地區(qū)，如挖深度大，可能由于挖土處卸載過多，在墻后土重及地面荷載作用下引起坑底隆起。管涌（圖f）： 砂性土地區(qū)，當地下水位較高、坑深很大時，挖土后由水頭差產生

58、的動水壓力作用下，地下水會繞過支護墻連同砂土涌入基坑。,非重力式支護結構的穩(wěn)定性破壞形式,②重力式支護結構的強度破壞,主要是抗剪強度不足產生剪切破壞，分三類：a. 傾覆。水泥土擋墻截面重量不夠大時，在墻后土推動作用下，會產生整體傾覆失穩(wěn)。b. 滑移。水泥土墻與土間產生的抗滑力不足以抵抗墻后的推力時，擋墻會產生整體滑動，使擋墻失穩(wěn)。c. 土體整體滑動失穩(wěn)，坑底隆起、管涌。破壞情況同非重力式擋墻。,3）土層錨桿,土層錨桿是一種埋入土層

59、深處的受拉桿件，它一端與支護結構的擋墻相連接，另一端錨固在穩(wěn)定的土層中，通常對其施加預應力，以承受由土壓力、水壓力等所產生的拉力，維護支護結構的穩(wěn)定。,圖2.24 鉆孔灌漿錨桿1—錨具；2—定位板；3—擋土樁；4—鉆孔；5—拉桿；6—錨固體；L1—自由段；L2—錨固段,,,,,,,某工程錨桿支護,土層錨桿,① 土層錨桿的構造,由錨頭、拉桿和錨固體三部分組成。a. 錨頭。由錨具、臺座、橫梁等組成。b. 拉桿。采用鋼筋、鋼管或鋼絞線

60、制成。c. 錨固體。錨固體由錨筋、定位器，用水泥砂漿將錨筋與土體凝結成一體形成錨固體。,土層錨桿以主動滑動面為界，分為非錨固段（自由段）和錨固段。非錨固段處在可能滑動的不穩(wěn)定土層中，可以自由收縮，其作用是將錨頭所承受的荷載傳遞到主動滑動面外的錨固段。錨固段處在穩(wěn)定土層中，與周圍土層牢固結合，將荷載分散到穩(wěn)定土層中去。,錨頭,自由段,錨固段,,,,,,土層錨桿的分類 類型—普通錨桿；高壓灌漿錨桿；預應力錨桿。 錨固段—圓柱型、端

61、部擴大頭型和連續(xù)球體型。,c 圓柱型錨桿,端部擴大頭型:適用于錨固于砂質土、硬粘土層且要求較高抗拔力。 連續(xù)球體型:適用于錨固于淤泥土、淤泥質土土層，且要求較高抗拔力。,② 土層錨桿的施工,鉆孔機械：沖擊式、旋轉式及旋轉式沖擊鉆機（萬能式鉆機）三類；適于不同地層條件。土層錨桿鉆孔應遵循下列規(guī)定：a. 孔位誤差：水平方向孔距誤差≤50mm，垂直方向≤100mm。b. 鉆孔偏斜。底部偏斜≤3%L（L為錨桿長度）。c. 孔深誤差。

62、不應小于設計長度L，也不宜大于1%L。d. 清孔。濕式鉆孔必清孔至孔口流出清水為止,A. 鉆孔,B. 錨筋的組裝與安放,錨筋材料：有鋼管（鉆桿）、鋼筋、高強鋼絲束和鋼絞線（束）。錨筋組裝時應注意以下事項：a. 平直、除油、除銹，接頭采用搭接焊（不小于30d且不小于500mm），并排連接的鋼筋也應焊接。高強鋼絲束或鋼絞線應按設計尺寸下料（誤差小于50mm），平直排列并捆扎牢固。b. 自由段應用塑料布或塑料管包裹，與錨固段連接處應密

63、封并用鐵絲綁緊。c. 應按防腐要求進行防腐處理。,錨筋安放時應防止扭曲和彎曲，將其與灌漿管同時放入孔底，拔出套管（如有的話）后灌漿，對直徑在50mm以內的小孔徑錨桿，要先灌漿后插錨筋。錨筋插入孔內的深度不應小于錨固長度的95%，灌漿管頭部距孔底宜100~200mm。,C.注漿,目的：形成錨固段，并防止拉桿腐蝕，改善錨桿周圍土體的力學性能，使錨桿獲得更大的承載力。注漿分一次注漿法和二次注漿法。一次注漿法宜選用灰砂比1︰1~1︰2、水

64、灰比0.38~0.45的水泥砂漿或水灰比0.45~0.5的水泥漿；高壓注漿，壓力宜控制在2.5~5.0MPa。,一次注漿法用一根注漿管，二次注漿法用兩根注漿管。第一次注漿的漿體達到5MPa后進行第二次高壓注漿。由于高壓注漿，使?jié){液沖擊第一次的漿體向錨固體與土的接觸面間擴散，提高了錨桿的承載力。,D.預應力張拉,預應力錨桿張拉錨固應在錨固段漿體強度大于15MPa，并達到設計強度等級的75%后方可進行。張拉應采用“跳張法”，即隔二拉一，以

65、減少鄰近錨桿的相互影響。采取分級加載，去設計拉力值的10%-20%預張拉1-2次，使各部位接觸緊密，錨筋平直，再張拉至設計拉力值的0.9-1.0倍，按設計要求鎖定。錨桿的張拉控制應力不應超過錨桿桿體強度標準值的0.75倍。,E.土層錨桿防腐處理,深基坑支護結構中的錨桿屬臨時性錨桿（使用時間2年以內），采用簡單防腐方法即可。土層錨桿錨固段采用水泥砂漿封閉防腐，拉桿周圍保護層厚度不小于10mm，自由段涂潤滑油或防腐漆，外包塑料布，錨頭

66、采用瀝青防腐。,土層錨桿的優(yōu)點：,在基坑施工時坑內無支撐，開挖土方和地下結構施工不受支撐干擾，施工作業(yè)面寬敞，在工程建筑深基礎工程中應用較多。土層錨桿的應用已由非黏性土層發(fā)展到黏性土層，近年來，已有將土層錨桿應用到軟粘土層中的成功實例，土層錨桿的適用范圍及應用會更加廣泛。,4）土釘支護,土釘支護：在土體內嵌入一定長度和分布密度的土釘體，與土共同作用，用以彌補土體自身強度的不足。土釘墻由被加固土體、土釘群和噴射混凝土面板組成，形成一個以

67、土擋土的類似重力式的擋土墻。機理：不僅提高了土體整體剛度，增加邊坡的穩(wěn)定性，使基坑開挖的坡面保持穩(wěn)定，而且彌補了土體抗拉和抗剪強度低的弱點，通過相互作用，土體自身結構強度的潛力得到充分發(fā)揮，顯著提高了整體穩(wěn)定性。,,,,,,分為：不注漿和鉆孔注漿兩種。 不注漿土釘:分為打入型和射入型。 前者是用氣動土釘機將長度不超過6m的小型角鋼打入土內。 后者是用氣動射釘機將25～38mm的粗鋼筋或鋼管射入土內(長度6m以內)。 鉆孔

68、注漿土釘 適用于土體面層維護或開挖較淺的邊坡維護。全長注漿土釘適用于開挖較深的邊坡維護。,土釘墻類型,（1）土釘支護的構造,① 采用16-32mm的HRB335級以上螺紋鋼筋，長度為開挖深度的0.5-1.2倍，間距為1~2m，與水平夾角一般為10°-20°；② 鋼筋網采用直徑為6~10mm的HPB235級鋼筋，間距150~300mm；③ 混凝土面板采用噴射混凝土，強度等級不低于C20，厚度80~200mm，通