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1、第第9 9章章 基坑工程施工技术基坑工程施工技术第第1页页/共共74页页第第2页页/共共74页页主 要 内 容 概述 基坑放坡开挖施工 基坑支挡施工 土层锚杆施工 地下连续墙施工第第3页页/共共74页页概述概述概述概述 基坑工程是地下工程施工中一个非常古老的传统课题，同时又是一个综合性的岩土工程难题。既涉及土力学中典型强度与稳定问题，也包含了变形问题，同时还涉及土与支护结构的共同作用。第第4页页/共共74页页概述概述概述概述 根据土层条件和周边环境，基坑开挖分为以下四种：（1）无支护开挖 又分为垂直开挖和放坡开挖，不采用支撑，费用低、工期短，是首先要考虑的开挖方式。（2）支护开挖 根据制作方式
2、常用的围护结构类型，如下图所示。第第5页页/共共74页页概述概述概述概述第第6页页/共共74页页概述概述概述概述1）简易支挡：一边自稳开挖，一边用木挡板和纵梁控制地层坍塌。一般用于局部开挖、短时期、小规模工程。特点：刚性小、易变形、透水。第第7页页/共共74页页概述概述概述概述2）钢板桩：用打入或振动打入法就位，施工简便，工程结束后钢板桩可回收，能重复使用。在软土地区使用钢板桩，打入时会产生挤土作用，长引起地面隆起，拔出时会带出土体形成比钢板桩大得多的孔洞，若不及时采取措施容易造成周围地面下沉。因此，在建筑物密集地区使用时要慎重。3）钢管桩：截面刚度大于钢板桩，在软弱土层中开挖深度可较大。需有
3、防水措施相配合。第第8页页/共共74页页概述概述概述概述4）钢筋混凝土板桩：具有施工简便、现场作业周期短的特点，曾在基坑中广泛应用，但由于钢筋混凝土板桩的打入一般采用锤击方法，振动与噪声大，同时沉桩过程中挤土也较为严重，在城市工程中受到一定限制。此外，其制作一般在工厂预制，再运至工地，成本较灌注桩等略高。但由于其界面形状及配筋对板桩受力较为合理并且可根据需要设计，目前已可制作厚度较大（如厚度达500mm以上）的板桩，并有液压静力沉桩设备，故在基坑工程中仍是支护板墙的一种使用形式。第第9页页/共共74页页概述概述概述概述5）灌注桩：刚度大，可用在深大基坑。施工对周边地层、环境影响小。需和止水措施
4、配合使用，如搅拌桩、旋喷桩等。第第10页页/共共74页页概述概述概述概述6）水泥搅拌桩挡墙：由于一般坑内无支撑，便于机械化快速挖土；具有挡土、止水的双重功能；一般情况下较经济；施工中无振动、无噪声、污染少、挤土轻微，因此在闹市区内施工更显出优越性。缺点有：首先是位移相对较大，尤其在基坑长度大时，为此可采取中间加墩、起拱等措施以限制过大的位移；其次是厚度较大，只有在红线位置和周围环境允许时才能采用，而且在水泥土搅拌桩施工时要注意防止影响周围环境。第第11页页/共共74页页概述概述概述概述7）地下连续墙：刚度大，开挖深度大，可适用于所有地层。强度大，变形小，隔水性好，同时可兼作主体结构的一部分，环
5、境影响小，造价高。8）SMW工法：强度大、止水性好，内插的型钢可拔出反复使用，经济性好。第第12页页/共共74页页概述概述概述概述（3）逆作法或半逆作法开挖 该法是一项近年来发展起来的新兴基坑支护技术。借助地下结构的支撑作用，节省坑壁的锚拉结构。其施工顺序是先做混凝土灌注桩，再做混凝土箱基顶板，然后再做竖井开挖排土，利用箱基结构作为侧向挡土结构的支撑点。（4）其他形式 除以上介绍的几种外，还有综合法支护开挖（基坑部分放坡开挖，部分支护开挖）及坑壁、坑底土体加固开挖等。第第13页页/共共74页页概述概述概述概述 用来支挡围护墙体，承受墙背侧土层及地面超载在围护墙上的侧压力，限制围护结构位移的称为
6、基坑支撑体系。支撑体系是由支撑、围檩、立柱三部分组成，围檩、立柱是根据基坑具体规模、变形要求的不同而设置的。支撑材料应根据周边环境要求，基坑的变形要求，施工技术条件和施工设备的情况来确定。第第14页页/共共74页页（1）钢支撑 安装、拆除方便，且可施加预应力，但是其刚度小，墙体变形大，安装偏离会产生弯矩。（2）钢筋混凝土支撑 刚度大、变形小，平面布置灵活。缺点是自重大，不能预加轴力，且达到强度需要一定的时间，拆除需要爆破，其制作与拆除时间比钢支撑长。常用的基坑支撑体系第第15页页/共共74页页（3）钢与钢筋混凝土混合支撑 这种支撑具有钢与钢筋混凝土各自的优点，但是不太适用于宽大的基坑。常用的基
7、坑支撑体系第第16页页/共共74页页 放坡开挖是最简单的基坑开挖方法，与支护状态下的开挖相比较放坡开挖是更经济的，并且其技术要求不高，施工难度较低，工程质量更易于得到保证。基坑放坡开挖施工基坑放坡开挖施工基坑放坡开挖施工基坑放坡开挖施工第第17页页/共共74页页 当地下水位低于基底在湿度正常的土层中开挖基坑（槽），且敞露时间不长时，可做成直立壁不加支撑，但挖方的深度不宜超过下列规定：碎石土和砂土：1.0m;轻压黏土及亚黏土：1.25m;黏土：1.5m;坚硬的黏性土：2m。土方边坡开挖不加支撑的深度和坡度要求第第18页页/共共74页页 当地下水位低于基底在湿度正常的土层中开挖基坑（槽），且敞露时
8、间不长时，可做成直立壁不加支撑，但挖方的深度不宜超过下列规定：碎石土和砂土：1.0m;轻压黏土及亚黏土：1.25m;黏土：1.5m;坚硬的黏性土：2m。土方边坡开挖不加支撑的深度和坡度要求第第19页页/共共74页页 施工过程中，应经常检查沟壁的稳定情况。当土的湿度、土质及其他地质条件较好且地下水位低于基底，基坑（槽）深度在5m以内且不加支撑时，其边坡的最大允许坡度，如下图所示。土方边坡开挖不加支撑的深度和坡度要求第第20页页/共共74页页 基坑边坡坡度是直接影响基坑稳定的重要因素，当基坑边坡土体中的剪应力大于土体的抗剪强度时，边坡就会失稳坍塌。其次施工不当也会造成边坡失稳。影响边坡稳定的因素主
9、要有：没有按设计坡度进行边坡开挖；基坑边坡坡顶堆放材料、土方以及运输机械车辆等增加附加荷载；影响基坑边坡稳定的因素第第21页页/共共74页页 基坑降排水措施不力；基坑开挖后暴露时间过长，经风化而使土体变松散；基坑开挖过程中，未及时刷坡，甚至挖反坡，使土体失去稳定性。影响基坑边坡稳定的因素第第22页页/共共74页页 为保持基坑边坡的稳定，可采取以下措施：根据土层的物理力学性质确定基坑边坡坡度，并于不同土层处做成折线形或留置台阶；必须做好基坑降排水和防洪工作，保持基底和边坡的干燥；基坑放坡坡度受到一定限制而采用围护结构又不太经济时，可采用坡面土钉、挂金属网喷射混凝土或抹水泥砂浆护面；影响基坑边坡稳
10、定的因素第第23页页/共共74页页 严格控制基坑边坡坡顶12m范围内堆放的材料、土方和其他重物以及较大的机械所产生的荷载；基坑开挖过程中，随挖随刷边坡，不得挖反坡；暴露时间在1年以上的基坑，一般可采取护坡措施。影响基坑边坡稳定的因素第第24页页/共共74页页 确定基坑边坡坡度有3中方法，即计算法、图解法和查表法，一般采用查表法。在城市隧道施工中，一般在地质条件良好、土质较均匀而地下水位低或通过降水将地下水位维持在基底面以下时，常采用查表法确定基坑边坡的坡度。基坑边坡坡度的确定第第25页页/共共74页页基坑边坡坡度的确定第第26页页/共共74页页 其他规定：遇到下列情况之一时，应进行边坡稳定性验
11、算：1）坡顶有堆积荷载；2）边坡高度超过上表允许值；3）具有软弱结构面的倾斜地层；4）岩层层面或主要结构层面的倾斜方向与边坡开挖面倾斜方向一致，且两者走向的夹角小于45度。基坑边坡坡度的确定第第27页页/共共74页页 土质边坡稳定性分析宜采用圆弧滑动面条分法；岩石边坡宜按由软弱夹层或结构面控制的可能滑动面进行计算；放坡开挖时，应采取相应的坡面、坡顶和坡脚排水、降水措施；放坡宜对开挖坡面采取保护性构造措施。基坑边坡坡度的确定第第28页页/共共74页页 应根据基坑深度、工程地质和水文地质条件、地面环境条件等，特别要考虑到城市施工这一特点，经综合比较后确定围护结构形式。基坑支挡施工第第29页页/共共
12、74页页 作为基坑围护结构主体的工字钢，一般采用I50、I55和I60的大型工字钢。基坑开挖前，在地面用冲击式打桩机沿基坑设计边线逐根打入地下，桩间距一般为1.01.2m。基坑开挖至一定深度后，若悬臂工字钢的刚度和强度都不够，就需要设置腰梁和横撑或锚杆（索），腰梁多采用大型槽钢、工字钢制成，横撑则可采用钢管或组合钢梁，其支撑平面形式如下图所示。工字钢板围护结构第第30页页/共共74页页工字钢板围护结构 适用于黏性土、砂性土和粒径不大于10cm的砂卵石地层，当地下水位较高时，必须配合人工降水措施。打桩时，施工噪声一般都在100dB以上，大大超过了环保法规定的限值。第第31页页/共共74页页 钢板
13、桩由带锁口或钳口的热轧型钢制成，强度高，桩与桩之间的连接紧密，形成钢板桩墙，隔水效果好，可多次倒用。钢板桩一般为临时的基坑支护，在地下主体工程完成后即可将钢板桩拔出。常用断面形式：多为U型或Z型，还有直腹板型。钢板桩围护结构第第32页页/共共74页页 构成方法则可分为单层钢板桩围堰、双层钢板桩围堰及屏幕等。采用屏幕式构造，施工方便，可保证基坑的垂直度，并使其能封闭合拢，在城市隧道施工时基坑较为深大多采用此围护形式。考虑到施工中的不利因素，在地下水位较高的地区，当环保要求较高时，应在钢板桩背面另外加设水泥土之类的隔水帷幕。工字钢板围护结构第第33页页/共共74页页工字钢板围护结构第第34页页/共
14、共74页页 钢板桩围护墙可以用于圆形、矩形、多边形等各种平面形状的基坑，对于矩形和多边形基坑在转角处应根据转角平面形状作相应的异型转角桩。钢板桩通常采用锤击、静压或振动等方式沉入土中，这些方法可以单独或者相互配合使用。钢板桩的施工可能会引起相邻地基的变形和产生噪声振动，对周围环境影响很大，因此在人口密集、建筑密度很大的地区，其使用通常会受到限制。工字钢板围护结构第第35页页/共共74页页 水泥土搅拌桩挡墙就是利用水泥作为固化剂，采用机械搅拌，将固化剂和软土剂强制拌和，使固化剂和软土剂之间产生一系列物理化学反应而逐步硬化，形成具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥土桩墙，作为支护结构。适用于淤泥、
15、淤泥质土、黏土、粉质黏土、粉土、素填土等土层，基坑开挖深度不宜大于6m。对有机质土、泥炭质土，宜通过试验确定。水泥土搅拌桩挡墙第第36页页/共共74页页 常用的有水泥土搅拌桩组成的重力坝式挡土墙和SMW工法（Soil Mixed Wall）两种。水泥土搅拌桩挡墙第第37页页/共共74页页 钻孔灌注桩围护墙是排桩式中应用最多的一种，在我国得到广泛的应用。其多用于坑深715m的基坑工程，在我国北方土质较好地区已有89m的臂桩围护墙。钻孔灌注桩一般采用机械成孔。明挖基坑中所用的成孔机械一般有螺旋钻机、钢丝绳冲击钻机和正反循环回转钻机。钻孔灌注桩围护结构第第38页页/共共74页页钻孔灌注桩围护结构第第
16、39页页/共共74页页 螺旋钻机一般只适合干作业钻进，经改进后，也可以实现钻孔压浆成桩。其施工程序：钻孔至孔底 随压浆随提升钻杆 吊放钢筋笼 灌注混凝土 形成钢筋混凝土桩钻孔灌注桩围护结构第第40页页/共共74页页 锚杆是一种特殊的支护类型。自1912年，德国谢列兹矿最先采用锚杆支护井下巷道以来，锚杆支护在土木工程（包括采矿工程）中得到了广泛应用，对土木工程的稳定性起着重要作用。土层锚杆施工第第41页页/共共74页页 锚杆支护的优点：安全迅速地与岩土体结合在一起，承受很大的拉力，被广泛的应用于围岩的早期支护，尤其适用于多变的地质条件、块裂岩体以及形状复杂的地下洞室；可采用高强钢材，并可施加预应
17、力，可有效地控制建筑物的变形量；施工所需钻孔孔径小，不用大型机械；不占用作业空间，坑道的开挖断面比使用其他类型支护的小。土层锚杆施工第第42页页/共共74页页 锚杆支护的缺点：所提供的支护阻力较小，尤其不能防止小块塌落，一般可和金属网喷射混凝土联合使用，效果较好。锚杆包括土层锚杆及岩石锚杆。隧道工程一般采用土层锚杆。土层锚杆施工第第43页页/共共74页页 土层锚杆简称土锚杆，可以多层设置，它是在地面或深开挖的地下室墙面（挡土墙、桩或地下连续墙）或未开挖的基坑立壁土层钻孔（或掏孔），孔径约90130mm，然后在孔中心放进钢筋、钢管或钢丝束、钢绞线或其他抗拉材料，灌入水泥浆或化学浆液，使之与土层结
18、合成为抗拉（拔）力强的锚杆。土层锚杆施工第第44页页/共共74页页 土层锚杆一般由锚杆头部、自由段和锚固段三部分组成，其中锚固段用水泥浆或水泥砂浆将杆体（预应力钢筋）与土体黏结在一起形成锚杆的锚固体。土层锚杆的锚固体结构可设计为圆柱形、端部扩大头型或连续球体型三种。锚杆类型第第45页页/共共74页页锚杆类型第第46页页/共共74页页 锚固于沙质土、硬黏土层并要求较高承载力的锚杆，宜采用连续球体型锚固体。土层锚杆的布置应符合以下规定：锚杆上下间距不宜小于2.5m；锚杆水平方向间距不宜小于1.5m。锚杆锚固体上覆土层厚度不应小于4.5m，锚杆锚固段不应小于4.0m。倾斜锚杆的倾角不应小于13度，并
19、不应大于45度，以1535度为宜。锚杆类型第第47页页/共共74页页 锚杆支护体系由挡土构筑物、腰梁及托架、锚杆三部分所组成，以保证施工期间的基坑边坡的稳定。锚杆支护体系的构造挡土构筑物 包括各种钢板桩、各种类型的钢筋混凝土预制板桩、灌注桩、旋喷桩、挖孔桩、地下连续墙、喷锚支护网等挡土护壁结构。第第48页页/共共74页页锚杆头部 锚杆头部是构筑物语拉杆的连接部分，为了牢固地将来自结构物的力得到传递，一方面必须保证构件本身的材料有足够的强度，相互的构件能紧密固定，另一方面又必须将集中力分散开，为此锚杆头部需由下列几部分组成：台座 承压垫板 紧固器第第49页页/共共74页页锚杆头部第第50页页/共
20、共74页页拉杆 拉杆是锚杆的中心受拉构件。从锚杆头部到锚固体尾端的全长即是拉杆的长度。拉杆的全长（L）实际上包括有效锚固长度（La）和非锚固长度（Lf）两部分。有效锚固长度（即锚固体长度）主要根据每根锚杆需承受多大的抗拔力来决定，非锚固长度（亦称自由长度）应按构筑物与稳定地层之间的实际距离决定。第第51页页/共共74页页锚固体 锚固体是锚杆尾端的锚固部分，通过锚固体与土之间的相互作用，将力传递给地层。根据不同的施工工艺，锚固体有简易灌浆、预压灌浆、化学灌浆等。第第52页页/共共74页页 锚杆施工的准备工作内容有：根据地质勘察报告，摸清工程区域地质水文情况，同时查明锚杆设计位置的地下障碍物情况，
21、以及钻孔、排水对邻近建筑物的影响，按设计要求选定施工方法、施工机械、材料；制订施工方案或施工组织设计；将使用的水泥、砂按设计规定配合比作砂浆强度试验；锚杆对焊应做焊接强度试验，验证能否满足设计要求。锚杆施工工艺施工准备第第53页页/共共74页页施工工艺第第54页页/共共74页页 地下连续墙施工工法是在拟建地下建筑的周边地面上，用专门的成槽机械沿着设计部位，在泥浆护壁的条件下，分段开挖一条狭长的深槽，清基，在槽内沉放钢筋笼并浇灌水下混凝土，筑成一段钢筋混凝土墙幅。将若干墙幅连接成整体，形成一条连续的地下墙，作为深基坑工程的围护结构，也可作为地下建筑的外墙。地下连续墙施工第第55页页/共共74页页
22、 虽然地下连续墙已经有50多年的历史，但是要严格分类，仍是很难的。按成墙方式可分为：排桩式、壁板式、桩壁组合式。按墙的用途可分为：防渗墙、临时挡土墙、永久挡土（承重）墙、作为基础用的地下连续墙。按墙体材料可分为：钢筋混凝土墙、塑性混凝土墙、固化灰浆墙、自硬泥浆墙、预制墙、泥浆槽墙（回填砾石、黏土和水泥三合土）、后张预应力地下连续墙、钢制地下连续墙。地下连续墙的分类第第56页页/共共74页页 按开挖情况可分为：地下连续墙（开挖）、地下防渗墙（不开挖）。按挖槽方式大致可分为：抓斗式、冲击式、回转式。按施工方法可分为：现浇式、预制板式、二者组合成墙等。所所谓谓桩桩排排式式地地下下连连续续墙墙，实实际
23、际上上就就是是把把钻钻孔孔灌灌注注桩桩并并排排连连接接所所形形成成的的地地下下墙墙，它它可可归类于钻孔灌注桩。归类于钻孔灌注桩。地下连续墙的分类第第57页页/共共74页页优点：适用于各地多种土质情况；施工时振动小、噪声低，有利于城市建设中的环境保护；能在建筑物、构筑物密集地区施工；能兼做临时设施和永久的地下主体结构；可结合“逆作法”施工，缩短施工总工期；地下连续墙的优缺点第第58页页/共共74页页缺点：对于岩溶地区承压水头很高的砂砾层或很软的黏土（尤其当地下水位很高时），如不采用其他辅助措施，目前尚难于采用地下连续墙工法；如施工现场组织管理不善，可能会造成现场潮湿和泥泞，影响施工条件，而且要增
24、加对废弃泥浆的处理工作；如施工不当或土层条件特殊，容易出现不规则超挖和槽壁坍塌；地下连续墙的优缺点第第59页页/共共74页页缺点：现浇地下连续墙的墙面通常较粗糙，如果对墙面要求较高，墙面的平整处理增加了工期和造价；地下连续墙如仅用作施工期间的临时挡土结构，在基坑工程完成后就失去其使用价值，所以当基坑开挖不深，则不如采用其他方法经济；需有一定数量的专用施工机具和具有一定技术水平的专业施工队伍，使该项技术推广受到一定限制。地下连续墙的优缺点第第60页页/共共74页页成槽机具挖斗式挖槽机第第61页页/共共74页页成槽机具冲击式挖槽机第第62页页/共共74页页地下连续墙施工工法第第63页页/共共74页
25、页地下连续墙的施工工序地下连续墙施工工法第第64页页/共共74页页u 成槽施工 挖槽是地下连续墙施工的主要工艺，槽宽取决于设计墙厚，一般为600mm、800mm、1000mm。1）成槽机械 A 挖斗式：600-800；1000-1200；1500-2000 B 冲击式：排土方式有泥浆正循环、反循环 C 回转式多头钻：泥浆反循环形式除渣，完成槽壁光滑，施工质量好。地下连续墙施工工法成槽施工第第65页页/共共74页页2）槽段设计A 槽段长度：我国施工经验，槽段长度6-8m为宜，此外，须考虑单位时间内供应混凝土的能力：槽段长度（m）=4h以内的混凝土的最大方量/（墙宽墙深）B 槽段平面形状：“L”、
26、“T”形及多边形地下连续墙施工工法成槽施工第第66页页/共共74页页3）成槽施工注意事项：A 成槽速度控制在5m/h,防止槽壁坍塌；B 成槽作业垂直度控制在1/750；C 使用超声波进行槽段成槽质量检测，并及时清除槽底沉渣，清渣方法：泥浆反循环方法；D 使用刷子或高压水枪清除单元槽段接头部位土渣，刷壁次数不应少于20次，清刷后接头不应夹泥。地下连续墙施工工法成槽施工第第67页页/共共74页页A 钢筋笼加工 钢筋笼成型作业须在符合设计要求台架上进行；钢筋笼两侧应设置定位垫块；钢筋笼制作中应留出通长导管位置地下连续墙施工工法钢筋笼施工第第68页页/共共74页页B 钢筋笼吊放 插入过程中，不要使钢筋
27、笼产生横向摆动，以免造成槽壁坍塌；插入槽内后，应将其搁置在导墙上；插入过程中，不能强行插放，如遇障碍，应在修槽后重新吊放。钢筋笼分两段，组装后最大段接约为140吨。钢筋笼吊放采用双机纵向五点吊施工方法地下连续墙施工工法钢筋笼施工第第69页页/共共74页页A 施工接头（纵向接头）柔性接头、刚性接头 B 结构接头 预埋连接钢筋法、预埋连接钢板法、预埋剪力连接件法地下连续墙施工工法地下连续墙接头第第70页页/共共74页页2023/2/6地下连续墙施工工法地下连续墙接头第第71页页/共共74页页地下连续墙施工工法地下连续墙接头第第72页页/共共74页页谢谢大家THANKSFORATTENTION第第73页页/共共74页页感谢您的观看！感谢您的观看！第第74页页/共共74页页