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1、1前 言1、内涵 土木工程施工是土木专业的一门实践性强、综合性大、涉及知识面广的骨干专业课程，它的任务是研究土木工程施工的局部规律和全局性规律。2、研究对象它的研究对象是土木工程施工的建造技术规律（施工技术），和劳动组织规律（施工组织）。本课程的施工程序、工艺流程、操作要点、质量要求等内容直接与规范的强制性条文接轨，这些知识将使你在职场受用一生！第1页/共118页23、相关学科力学、工程测量、工程材料、制图、混凝土结构、工程机械、项目管理、合同管理与索赔、建设法规、技术经济、概预算等等。第2页/共118页315 三月 2023第1章 土方工程1土方开挖2土壁支护3施工排水4流砂的防治第3页/共
2、118页4【教学要求】熟悉土的工程分类、土方工程施工准备与辅助工作内容；常用土方施工机械的施工特点；土方边坡稳定机理、基坑支护方法；基坑排水、降水方法；掌握土方量计算方法，基坑、基槽、场地平整、开挖，土方填筑与压实的要求。【教学重点】土的工程分类；土方调配；土的回填与压实施工工艺；基坑支护方法；基坑排水、降水方法。【时间安排】6-8课时第4页/共118页5 场地平整：包括障碍物拆除、场地清理、确定场地设计标高、计算挖填土方量、合理进行土方平衡调配等。开挖沟槽、基坑(竖井、隧道、修筑路基、堤坝)：包括测量放线、施工排水降水、土方边坡和支护结构等。土方回填与压实：包括土料选择、运输、填土压实的方法
3、及密实度检验等。1、土方工程施工内容 包括一切土的挖掘、填筑、运输等过程以及排水降水、土壁支撑等准备工作和辅助工程。常见的土方工程施工内容有：2、土方工程施工特点和要求 特点：面广量大、劳动繁重；施工复杂 施工要求：标高、断面准确；土体有足够的强度和稳定性；工程量小；期短；费用省。土方工程施工内容与准备工作第5页/共118页6 踏勘现场；熟悉图纸、编制施工方案；清除现场障碍物，平整施工场地,进行地下墓探，设置排水降水设施；永久性控制坐标和水准点的引测,建立测量控制网，设置方格网、土方边坡与基坑支护控制桩等；搭设临时设施、修筑施工道路；施工机具、用料准备。3、土方施工准备工作踏勘现场编制方案场地
4、清表场地测量第6页/共118页7编制土方施工方案施工场地平整结构基础桩施工支护桩施工降水井施工并预降水土方开挖基础结构施工土方回填4、土方施工的基本流程第7页/共118页85、本章节主要相关规范 建筑地基基础工程施工质量验收规范（GB502022002）中华人民共和国国家标准 建筑基坑支护技术规程（JGJ120 1999）中华人民共和国行业标准 基坑土钉支护规程（CECS：1997）中国工程建设标准化协会土工试验方法标准（GB/T 50123-1999）岩土工程勘察规范（GB50021-2001）第8页/共118页91.1.1 1.1.1 土的工程分类土的种类繁多，从不同技术角度，分类方法各异
5、。按施工时开挖难易程度分为八类，如表1-2所示。这也是确定土木工程劳动定额（预算定额）的依据。土的开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。1.1 土的工程分类及性质第9页/共118页10类别类别 土的名称土的名称 开挖方法开挖方法 可松性系数可松性系数 Ks Ks 第一类第一类（松软土）（松软土）砂，粉土，冲积砂土层，种植土，泥炭（淤砂，粉土，冲积砂土层，种植土，泥炭（淤泥）泥）用锹、锄头挖掘用锹、锄头挖掘 1.081.17 1.011.04 第二类第二类（普通土）（普通土）粉质粘土，潮湿的黄土，夹有碎石、卵石的粉质粘土，潮湿的黄土，夹有碎石、卵石的砂，种植土，填筑土和粉
6、土砂，种植土，填筑土和粉土 用锹、锄头挖掘，用锹、锄头挖掘，少许用镐翻松少许用镐翻松 1.141.28 1.021.05 第三类第三类（坚土）（坚土）软及中等密实粘土，重粉质粘土，粗砾石，软及中等密实粘土，重粉质粘土，粗砾石，干黄土及含碎石、卵石的黄土、粉质粘干黄土及含碎石、卵石的黄土、粉质粘土、压实的填筑土土、压实的填筑土 主要用镐，少许用主要用镐，少许用锹、锄头，部锹、锄头，部分用撬棍分用撬棍 1.241.30 1.041.07 第四类第四类（砾砂坚土）（砾砂坚土）重粘土及含碎石、卵石的粘土，粗卵石，密重粘土及含碎石、卵石的粘土，粗卵石，密实的黄土，天然级配砂石，软泥灰岩及实的黄土，天然级
7、配砂石，软泥灰岩及蛋白石蛋白石 先用镐、撬棍，然先用镐、撬棍，然后用锹挖掘，后用锹挖掘，部分用锲子及部分用锲子及大锤大锤 1.261.37 1.061.09 第五类第五类（软石）（软石）硬石炭纪粘土，中等密实的页岩、泥灰岩、硬石炭纪粘土，中等密实的页岩、泥灰岩、白垩土，胶结不紧的砾岩，软的石灰岩白垩土，胶结不紧的砾岩，软的石灰岩 用镐或撬棍、大锤，用镐或撬棍、大锤，部分用爆破方部分用爆破方法法 1.301.45 1.101.20 第六类第六类（次坚石）（次坚石）泥岩，砂岩，砾岩，坚实的页岩、泥灰岩，泥岩，砂岩，砾岩，坚实的页岩、泥灰岩，密实的石灰岩，风化花岗岩、片麻岩密实的石灰岩，风化花岗岩、
8、片麻岩 用爆破方法，部分用爆破方法，部分用风镐用风镐 1.301.45 1.101.20 第七类第七类（坚石）（坚石）大理岩，辉绿岩，玢岩，粗、中粒花岗岩，大理岩，辉绿岩，玢岩，粗、中粒花岗岩，坚实的白云岩、砾岩、砂岩、片麻岩、坚实的白云岩、砾岩、砂岩、片麻岩、石灰岩，风化痕迹的安山岩、玄武岩石灰岩，风化痕迹的安山岩、玄武岩 用爆破方法用爆破方法 1.301.45 1.101.20 第八类第八类（特坚石）（特坚石）安山岩，玄武岩，花岗片麻岩，坚实的细粒安山岩，玄武岩，花岗片麻岩，坚实的细粒花岗岩、闪长岩、石英岩、辉长岩、辉花岗岩、闪长岩、石英岩、辉长岩、辉绿岩，玢岩绿岩，玢岩 用爆破方法用爆破
9、方法 1.451.50 1.201.30 第10页/共118页11第11页/共118页121.1.2 1.1.2 土的工程性质土的工程性质对土方工程施工有直接影响，也是进行土方施工设计必须掌握的基本数据。土的主要工程性质有：土的可松性，原状土经机械压实后的沉降量等；此外还有渗透性、密实度、抗剪强度、土压力等。第12页/共118页131、土的密度气水土粒GsGwGVsVwVVa质量G体积V测定：环刀法 它影响土的承载力、土压力及边坡的稳定性。干密度是用以检验土压实质量的控制指标。不同类的土，其最大干密度是不同的；同类的土在不同的状态下(含水量、压实程度)其密实度也是不同的第13页/共118页14
10、2、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。快速含水量测定仪土的含水量测定方法：烘干法 把土样称量后放入烘箱内进行烘干（100105C），直至重量不在减少为止，称量。第一次称量为含水状态土的质量，第二次称量为烘干后土的质量，利用公式 可计算出土的天然含水量。第14页/共118页15土的含水量表示土的干湿程度。土的含水量：5%以内，干土；530%以内，潮湿土；大于30%，湿土。各类土的最佳含水量如下：砂土为8%12%；粉土为16%22%；粉质粘土为12%15%；粘土为19%23%。含水量影响土方施工方法的选择、挖土的难易、边坡的稳定和回填土的质量土
11、的含水量超过2530%，则机械化施工就困难，容易打滑、陷车回填土则需有最佳含水量方能夯压密实，获得最大干密度第15页/共118页163、渗透性表征土渗透性指标为渗透系数K。渗透性表示单位时间内水穿透土层距离的能力，以m/昼夜表示。渗透系数是降低地下水中计算涌水量的重要参数。渗流速度渗透流量渗透系数K 值将直接影响降水方案的选择和涌水量计算的准确性第16页/共118页17现场测定法 有野外注水试验和抽水试验等，是在现场钻井孔或挖试坑，在往地基中注水或抽水时，量测地基中的水头高度和渗流量，再根据相应的理论公式求出渗透系数k值。无压完整井抽水试验无压非完整井抽水试验第17页/共118页184、土的可
12、松性对土方工程施工的影响：计算施工机械及土方运输量；基坑开挖时留、弃土量；计算土方调配、场地设计标高调整；土的最初可松性系数KS是计算挖掘机械生产率、运土车辆数量及弃土坑容积的重要参数，最后可松性系数K，S是计算场地平整标高及填方所需的挖方体积等的重要参数。第18页/共118页19例题1-1 某场地的挖方体积为1000m3，填方体积为1500m3，ks=1.08，ks=1.03，问该场地是借土还是弃土？若用运土量为5m3/车汽车运土，问应运多少车次？解:根据公式Q=（1000-1500/1.03)1.08=-492.8m3结果为负，故该场地应借土运土的车次为n=492.8/5=99(车次)第1
13、9页/共118页205、原状土经机械压实后的沉降量第20页/共118页211.2 1.2 土方工程量计算及土方调配 场地平整就是将自然地面改造成人们所要求的平面。土方工程量计算主要有土方平整量、土方开挖量和调配量计算。一般情况下，将土方划分成一定的几何形状，采用具有一定精度的方法进行计算，通常有方格网法和断面法。第21页/共118页221.2.1 场地设计标高的确定1、场地设计标高的确定（1）一般方法：如场地比较平缓，对场地设计标高无特殊要求，可按照挖填土方量相等的原则确定场地设计标高；（2）用最小二乘法原理（线性规划方法）求最佳设计平面：应用最小二乘法的原理，不仅可满足土方挖填平衡、还可做到
14、土方的总工程量最小。场地设计标高是进行场地平整和土方量计算的依据，也是总图规划和竖向设计的依据。合理地确定场地设计标高，对减少土方工程量、加速工程进度、降低工程造价有着重要意义。第22页/共118页23选择设计标高，还需考虑以下因素：（1）满足生产工艺和运输的要求；（2）尽量利用地形，以减少挖方数量；（3）场地以内的挖方与填方能达到相互平衡以降低土方运输费用；（4）要有一定的泄水坡度(2)，使能满足排水要求；（5）考虑最高洪水位的要求。最佳设计平面最佳设计平面即设计标高满足规划、生产工艺及运输、排水及最高洪水水位等要求，并做到场地内土方挖填平衡，且挖填的总土方工程量最小。第23页/共118页2
15、42、设计文件无要求时，场地的设计标高确定的步骤和方法（方格网法）（1）初步计算场地设计标高 划分方格网 方格网边长a 可取1040m，常用20m、40m；第24页/共118页25 确定各方格网角点高程 水准仪实测；利用地形图上相邻两等高线的高程，用插入法求得。用插入法求得H13=251.70水准仪进行高程测量第25页/共118页26初始场地设计标高（1.7）按挖填平衡确定设计标高第26页/共118页27考虑借土，弃土，可松性影响时，初始场地设计标高（1.8）（2）计划平面为任意平面时的最优计划理论（略）式中：N 方格网数；H1 一个方格仅有的角点坐标；H2 两个方格共有的角点坐标；H3 三个
16、方格共有的角点坐标；H4 四个方格共有的角点坐标。第27页/共118页28（3）考虑泄水坡度对设计标高的影响1）单向泄水时，场地各点设计标高的求法2）双向泄水时，场地各点设计标高的求法第28页/共118页291.2.2 1.2.2 土方工程量计算 土方量计算的基本方法有方格网法和断面法 两种。挖方施工及长距离土方调运第29页/共118页301、场地平整土方量计算（方格网法步骤）计算各方格角点的施工高度hn=HnH确定场地零线计算各方格（或局部）、边坡的土方量汇总挖（填）方区土方量=所有方格土方量+边坡土方量确定场地设计标高Hn角点的自然地面标高角点的设计标高施工高度“”为填，“”为挖第30页/
17、共118页31（1）计算每个方格网角点的填挖高度零线第31页/共118页32零线位置的确定：先求出方格网中边线两端施工高度有“+”、“”中的零点，将相邻两零点连接起来即为零线。式中：X1、X2角点至零点的距离(m)；h1、h2相邻两角点的施工高度(m)，均用绝对值；a方格网的边长(m).零点的位置按下式计算：零点位置计算示意第32页/共118页33 为省略计算，亦可用图解法直接求出零点位置。即用尺在各角点标出相应比例，用尺相接，与方格相交点即为零点位置。见下图：h1+0.30h2-0.200551010h7h8+0.7-0.10用尺量出h10.3的刻度用尺量出h20.2的刻度两点连线与方格的交
18、点为零点用尺量出h80.1的刻度用尺量出h70.7的刻度两点连线与方格的交点为零点两零点连线即为零线第33页/共118页34（2）计算每个方格的填挖土方量图1.18 三挖一填或三填一挖方格图1.16 全挖或全填方格图1.17 两挖和两填方格第34页/共118页35第35页/共118页36（3）计算场地边坡土方量第36页/共118页372、基坑、基槽土方量计算（1）基坑土方量（2）基槽、路堤土方量基坑基槽第37页/共118页381.2.3 1.2.3 土方调配量的计算 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。好的土方调配方案，应该是使土方运输量或费用达到最小
19、，而且又能方便施工。调配步骤：划分调配区（绘出零线）计算调配区之间的平均运距（即挖方区至填方区土方重心的距离）确定初始调配方案 优化方案判别 绘制土方调配图表。第38页/共118页391、土方调配原则（1）应力求达到挖、填平衡和运距最短的原则。（2）土方调配应考虑近期施工与后期利用相结合的原则。（3）土方调配应采取分区与全场相结合来考虑的原则。（4）土方调配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。第39页/共118页402、土方调配表的编制（1）划分调配区“零线”求出，也就划出了场地的挖方区和填
20、方区，便可按平均高度法计算各方格的挖、填土方量了。（2）计算各区土方量（3）求解各区之间的平均运距a)场地内挖、填平衡的调配图b)有弃土和借土的调配图第40页/共118页41计算各挖、填方调配区之间的平均运距先按下式求出各挖方或填方区土方重心坐标X0、Y0：填方区yH0H0 xxOWxOTyOWyOTL0挖方区式中：xi、yi i 块方格的重心坐标；Vi i 块方格的土方量。V1x1、y1V5x5、y5V19x19、y19挖方区重心填方区重心第41页/共118页42则填、挖方区之间的平均运距L0 为：式中：x0T、y0T 填方区的重心坐标；x0W、y0W 挖方区的重心坐标。在实际工作中，亦可用
21、作图法近似地求出调配区的形心位置O代替重心坐标，用比例尺量出每对调配区的平均运距。第42页/共118页433、土方最优调配方案的确定，是以线性规划为理论基础，常用“表上作业法”求解。调配的步骤如下：用“最小元素法”编制初始调配方案最优方案判别绘制土方调配图最优方案判别方案的调整是否第43页/共118页44（1）初始调配方案下图为一矩形广场，图中小方格内的数字为各调配区的土方量，箭杆上的数字则为各调配区之间的平均运距。试求土方调配最优方案。土方调配工程案例500500800600500500400W1T1W36050701108070401009040100W4T3W2T270挖方区编号填方区编
22、号挖方区需调出土方填方区需调进土方调配区间的平均运距第44页/共118页45各调配区土方量及平均运距 填方区填方区挖方区挖方区T1T2T3挖方量挖方量m3W15070100500W2704090500W36011070500W48010040400填方量填方量m38006005001900第45页/共118页46 填方区填方区挖方区挖方区T1T2T3挖方量挖方量m3W15070100500W2704090500W36011070500W48010040400填方量填方量m38006005001900 步骤1：选取平均运距最小(C22=C43=40)的方格，确定它所对应的调配土方数，并使其尽可能
23、大。本例选取C43=40，X43=400(W4的全部挖方调往T3)，X41、X42=0(W4的挖方不调往T1、T2)，在X41、X42的方格内画上“”400500第46页/共118页47 填方区填方区挖方区挖方区T1T2T3挖方量挖方量m3W170100500W27090500W3500W48010040040400填方量填方量m38006005001900 步骤2：重复步骤1，按平均运距由小到大依次计算X22、X11、X31（C22C11C31），我们就得到了土方调配的初始方案。50050010030010040506070110第47页/共118页48（2）最优方案判别 初始调配方案是按“
24、就近调配”求得的，它保证了挖填平衡、总运输量是较小的，但不一定是最小的，因此还需进行判别。在“表上作业法”中判别最优方案的方法有很多，这里我们介绍引入“假想价格系数”求检验数ij来判别。第48页/共118页49 利用已知的假想价格系数，我们可以逐个求解未知的C，ij。步骤1：在有调配土方的方格内，C，ij=Cij ，将数据填入表中；首先求出表中各方格的假想价格系数无调配土方的方格有调配土方的方格 该公式的意义即：构成任一矩形的四个方格内对角线上的假想价格系数之和相等。第49页/共118页50 步骤2：按任一矩形的四个方格内按任一矩形的四个方格内对角线上的C，ij之和相等，逐个求解未知的逐个求解
25、未知的C，ij；如：；如：填方区挖方区T1T2T3挖方量m3W15005070100500W2705004090500W33006010011010070500W48010040040400填方量m380060050019005060401107040-101008030 060第50页/共118页51 填方区挖方区T1T2T3挖方量m3W15070+1005005010060W2+7040+90500-10400W360110705006011070W4+80+10040400308040填方量m38006005001900 步骤3：引入检验数，按下式求出表中无调配土方方格的检验数（即方格右
26、边两小格数字上下相减，将正负号填入表中）：12 出现负数说明方案不是最佳方案，需要进行调整。第51页/共118页52步骤2：找出x12的闭回路。其作法是，从x12方格出发，沿水平或竖直方向前进，遇到有数字的方格（即有土方运送量的方格）作900转弯(也可不转弯)，如果路线恰当，有限步后便能回到出发点。形成一条以有数字的方格为转角点、用水平或竖直线联起来的闭回路。见下表：T1T2T3W1500X12W2500W3300100100W4400（3）方案的调整 步骤1：在所有负检验数中挑选一个(一般选最小的，绝对值较大的)，本例即12，将它对应的变量 x12 作为调整对象。(0)第52页/共118页5
27、3 填方区挖方区T1T2T3挖方量m3W150070+1005005010060W2+7050040+90500-10400W330060110100705006011070W4+80+10040040400308040填方量m38006005001900步骤3：从空格 X12出发，沿闭回路（方向任意）行进，在各奇数转角点的数字中挑出一个最小的（本例即X32=100）将它由X32调到X12方格中。500100第53页/共118页54 填方区挖方区T1T2T3挖方量m3W15070+1005005010060W2+7050040+90500-10400W360110100705006011070
28、W4+80+10040040400308040填方量m38006005001900步骤4：将“100”数字填入X12方格中，被调出的X32为0，同时将闭回路上其它奇数次转角（X11）方格内的数字都减去100，偶数次转角（X31）方格内的数字都增加100，使得填、挖方区的土方量仍然保持平衡。这样我们就得到了下表中的新调配方案。4000100400第54页/共118页55步骤5：对新调配方案按“最优方案判别”的方法和步骤再进行判别和检验，如仍出现负数，则重复步骤14继续调整，如不出现负数，方案即是最优方案。计算无调配土方方格的检验数，无负数，方案是最优方案。挖方量挖方量（m3）5070100500
29、70409050060110705008010040400填方量（填方量（m3）8006005001900400500400100400100506040704020705030306080第55页/共118页56该优化方案的土方总运输量为：Z=400501007050040400601007040040=94000（m3m）初始方案的土方总运输量为：Z=5005050040300601001101007040040=97000（m3m）调整后的总运输量减少了3000（m3m）。土方调配的最优方案可以不只是一个，这些方案调配区或调配土方量可以不同，但它们总的最小运输量是相同的。第56页/共11
30、8页57绘出最终土方调配图如下所示500500800600500500400W1T1W3400601007040040W4T3W2T2100705004040050第57页/共118页58第2次课 准备知识问答1、影响土方边坡稳定的因素有哪些？2、介绍你所知道的基坑支护结构有哪些形式？3、上网查找，介绍基坑工程事故案例？第58页/共118页591、土壁稳定（1）土壁塌方的原因:）边坡过陡，土体稳定性不够；）雨水、地下水渗入基坑，使土体泡软、重量增大及抗剪能力降低，造成塌方；）基坑上边缘附近大量堆土或停放机具、材料或由于运荷载的作用，使土体中的剪应力超过土体抗剪强度；（）分析边坡稳定的方法:1）
31、弹性、塑性及弹塑性理论确定土体的应力状态；2）假定土体沿着一定的滑动面而进行滑动。平衡分析：如条分法、磨擦园法、极限分析。2、防治塌方的措施（1）放足边坡（削坡、开级）、降水排水（2）设置的支撑（支护）1.3.1 1.3.1 土方边坡与支护第59页/共118页60 基坑放坡开挖是一种最简单的基坑施工方法，优点是施工速度快，相对措施费用不高；缺点是周边场地要空旷，开挖和回填土方量大。放坡坡度的大小与地区土质有关。大型基坑放坡开挖，坡面喷混凝土保护 管井井点降水第60页/共118页613、边坡留设（1）边坡应根据土质、开挖深度、开挖方法、工期、地下水位、坡顶承载及气候条件等因素确定，可做成直线、折
32、线或阶梯形。临时性挖方边坡值在建筑地基基础工程施工质量验收规范有规定。称为坡度系数式中：土方边坡坡度土方边坡坡度h hb b 1 1(b b h h)1:1:mm第61页/共118页62（）可作直立壁而不加支撑的条件：（深度限定）密实、中密的砂土和碎石类土：1.0m 硬塑、可塑的轻亚粘土及亚粘土：1.25m 硬塑、可塑的粘土和碎石类土：1.5m 坚硬的粘土：2.0m（3）当挖方深度大于以上数值时，则应放坡，放坡开挖应符合规范规定和设计要求。土方的放坡开挖长江三峡工程船闸高边坡第62页/共118页63自然放坡的坡率允许值边坡土类别状态坡率允许值（高宽比）坡高小于5m坡高510m碎石土密实1:0.
33、35 1:0.501:0.50 1:0.75中密1:0.50 1:0.751:0.75 1:1.00稍密1:0.75 1:1.001:1.00 1:1.25黏性土坚硬1:0.75 1:1.001:1.00 1:1.25硬塑1:1.00 1:1.251:1.25 1:1.50 当地质条件良好、土质均匀且无地下水，其放坡的坡度系数应根据当地施工经验确定,无经验时可按下表确定：注：表中碎石土的填充物为坚硬或硬塑的黏性土。第63页/共118页64 （4）场地边坡开挖应采取沿等高线自上而下、分层、分段依次进行。在边坡上采取多台阶同时进行开挖时。边坡台阶开挖，应作成一定坡势以利泄水。边坡下部设有护脚矮墙及
34、排水沟时，在边坡修完后，应立即进行护脚矮墙和排水沟的砌筑和疏通，以保证坡面不被冲刷和坡脚范围内不积水。土方工程的多台阶开挖第64页/共118页65规范的边坡留设1第65页/共118页66坡顶有荷载(尤其是动荷载)、使用时间长、跨越冬雨季施工的边坡应留有充足的安全系数规范的边坡留设2第66页/共118页671.3.2 土壁（基槽和基坑）支护 1、横撑式支撑（基槽支护方式）横撑式支撑分为水平式支撑和垂直式支撑。基(沟)槽开挖一般采用横撑式土壁支撑。根据挡土板的不同，分为水平挡土板及垂直挡土板两类。前者挡土板的布置又分为间断式和连续式两种。湿度小的粘性土挖土深度小于3m时，可用间断式水平挡土板支撑；
35、间断式水平挡土板支撑第67页/共118页68 对松散、湿度大的土可用连续式水平挡土板支撑，挖土深度可达5m。对松散和湿度很高的土可用垂直挡土板式支撑，其挖土深度不限。连续式水平挡土板支撑垂直挡土板式支撑第68页/共118页69第69页/共118页702 2、基坑支护 基坑支护结构一般根据工程地质和水文地质条件，基础类型、降水条件、基坑开挖深度以及对周边环境保护要求可以采取重力式水泥土墙、板式支护结构、土钉墙等形式。在支护结构的设计与施工中首先要考虑周边环境的保护，其次要满足本工程地下结构施工的要求，再则应尽可能降低造价、便于施工。第70页/共118页基坑类别基坑类别支护结构支护结构墙顶位移墙顶
36、位移支护结构墙体支护结构墙体最大位移最大位移地面最大沉降地面最大沉降 一级基坑一级基坑305030二级基坑二级基坑608060三级基坑三级基坑80100100基坑变形的监控值mm（1）基坑的分级和支护结构体系一级基坑：重要工程，支护结构与基础结构合一工程，开挖深度10m，临近建筑物、重要设施在开挖深度以内；开挖影响范围内有历史或近代优秀建筑、重要管线需严加保护；三级基坑：开挖深度7m，且无特别要求的基坑；二级基坑：不属于一级或三级的其它基坑。第71页/共118页72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
37、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支护结构主要由围护墙和支撑体系组成。加筋水泥土墙第72页/共118页73第73页/共118页74（2）锚桩支撑锚桩必须设在土的破坏范围以外，在挡土板内侧回填土。先沿基坑边缘打设柱桩，在柱桩内侧支设挡土板，柱桩上端用拉杆拉紧，挡土板内侧填土夯实。适用于深度不大、不能安设横(斜)撑的大型基坑使用。斜柱支撑锚拉支撑第74页/共118页75（3）板桩支护 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
38、锚板桩两大类。板式支护结构由两大系统组成：挡墙系统和支撑(或拉锚)系统。根据基坑开挖的深度及挡墙系统的截面性能可设置一道或多道支点，形成锚撑支护结构。支撑或拉锚与挡墙系统通过围檩、冠梁等连接成整体。基坑较浅，挡墙具有一定刚度时，可不设支点而采用悬臂式支护结构。第75页/共118页76钢板桩水平支撑U型钢板桩 插打 入土 U型板桩相互连接 挡墙系统：常用的形式有SMW工法、钢板桩、钢筋混凝土板桩、灌注桩排桩及地下连续墙等。支撑系统：大型钢管、H型钢或格构式钢支撑，也可采用现浇钢筋混凝土支撑。拉锚系统：用钢筋、钢索、型钢或土锚杆。第76页/共118页77 地铁站施工，土方开挖的深基坑支护采用钻孔灌
39、注桩钢管内撑支护方案。钢筋混凝土压顶梁 第一道钢管内撑 钻孔灌注桩排桩 粉沙土 型钢腰梁第77页/共118页78c）H形板桩a）U形板桩相互连接b）Z形板桩相互连接锁口形成整体，具有较好的隔水能力。1）板桩有钢板柱、木板桩与钢筋混凝土板桩数种。钢板桩的种类很多，常见的有U板桩与Z板桩；钢板桩之间通过锁口互相连接，形成一道连续的挡墙。由于锁口的连接，使钢板桩连接牢固，形成整体，同时也具有较好的隔水能力。钢板桩截面积小，易于打入。钢板桩在基础施工完毕后还可拔出重复使用。第78页/共118页79板式支护结构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d)土锚式a)水平
40、支撑式b)斜撑式c)拉锚式常用钢板桩截面形式(a)Z型;(b)U型;(c)一字型;(d)组合型第79页/共118页80第80页/共118页81第81页/共118页82SMW工法（劲性水泥土搅拌桩）-板式支护-钢板桩第82页/共118页83第83页/共118页84 基坑开挖深度在6m左右，采用水泥土搅拌桩作为支护结构兼止水，插入的H型钢能增加桩的抗弯承载力，插入水泥土的H型钢周边涂减摩剂，可抽拔出重复使用。插入水泥土的H型钢第84页/共118页852）钢板桩施工 钢板桩施工要正确选择打桩方式、打桩机械和流水段划分，以便使打设后的板桩墙，有足够的刚度和防水作用。钢板桩打桩方法有以下3种：单独打入法
41、；双层围檩插桩法；分段复打桩（屏风法）。围檩a）平面布置 b）剖面打桩围檩支架1围檩桩；2-围檩；3钢板桩第85页/共118页单独打入法单独打入法 从一角开始逐块插打逐块插打，每块钢板桩自起打到结束中途不自起打到结束中途不停顿停顿。打法简便、快速，但单块打入易向一边倾斜易向一边倾斜，累计误差不累计误差不易纠正易纠正,壁面平直度也较难控制。仅在桩长10m、工程要求不高时采用。又称单独打入法单独打入法。钢板桩入土钢板桩入土 U U型板桩的相互连接型板桩的相互连接无锚板桩的单独打入法第86页/共118页有锚板桩的双层围檩插桩法是先沿板桩边线搭设双层围檩支架,然后将板桩依次在双层围檩中全部插好,形成一
42、个高大的板桩墙。待四角封闭合拢后,再按阶梯形逐渐将板桩一块块打至设计标高。该打法可保证平面尺寸准确和板桩垂直度,但施工速度慢有锚板桩的双层围檩插桩法第87页/共118页88 钢板桩的拔桩方法有两种：振动锤拔桩；用重型起重机与振动锤共同拔桩。钢板桩土孔处理：对拔桩后留下的桩孔，必须及时回填。回填的处理方法有：振浮法、挤密法和填入法。所用材料一般为砂子。钢板桩的打设虽然在基坑开挖前已完成，但整个板桩支护结构需等地下结构施工后，在许可的条件下将板桩拔除才算结束。第88页/共118页89 3）板桩的工程事故，主要表现在六方面：板桩的工程事故板桩下部走动拉锚破坏支撑破坏拉锚长度不足板桩失稳弯曲板桩变形及
43、土体沉降第89页/共118页90第3次课 准备知识问答1、查找并介绍几种降水排水方法？降水的作用？2、介绍你所知道的土方施工机械？2013.3.7第90页/共118页天然土体通过天然土体通过钻孔钻孔、插筋插筋、注浆注浆来设来设置置土钉土钉(亦称砂浆锚杆亦称砂浆锚杆)并与并与喷射砼面板喷射砼面板相结合，相结合，形成类似重力挡墙的形成类似重力挡墙的土土钉墙钉墙,以抵抗墙后的土以抵抗墙后的土压力，保持开挖面的稳压力，保持开挖面的稳定。也称为定。也称为喷锚网加固喷锚网加固边坡边坡或或喷锚网挡墙喷锚网挡墙。（4）土钉墙支护第91页/共118页921）土钉墙的原理和组成、适用及其特点 原理：通过土钉、土体
44、和喷射混凝土面层的共同工作,形成复合土体。利用复合土体的自稳达到支护目的。组成：螺纹钢筋+灌浆 土钉墙适用条件：地下水低于土坡开挖段或经过降水措施后使地下水位低于开挖层的情况。适用于有粘性土、粉性土、含有30%上粘土颗粒的砂土边坡。常用于开挖深度不大、周围相邻建筑或地下管线对沉降与位移要求不高的基坑支护。钻孔插筋、注浆铺设钢筋网喷射砼护面第92页/共118页93土钉墙特点：（1）形成土钉复合体、显著提高边坡整体稳定性和承受边坡超载的能力。（2）施工设备简单，由于钉长一般比锚杆的长度小的多，不加预应力所以设备简单。（3）随基坑开挖逐层分段开挖作业，不占或少占单独作业时间，施工效率高，占用周期短。
45、（4）施工不需单独占用场地，对现场狭小，放坡困难，有相邻建筑物时显示其优越性。（5）土钉墙成本费较其他支护结构显著降低。（6）施工噪音、振动小，不影响环境。（7）土钉墙本身变形很小，对相邻建筑物影响不大。第93页/共118页94 南京玄武湖隧道工程施工梁洲段的土壁支护采用了土钉支护结构。钻孔，插入钢筋或螺旋管，灌浆，形成土钉第94页/共118页95第95页/共118页96第96页/共118页972）土钉墙的设计验算（略）抗拉承载力设计值的计算土钉墙整体稳定性计算土钉长度l的计算喷射混凝土面层承受侧压力F的验算第97页/共118页983）土钉墙支护结构施工工艺根据地质划分开挖高度开挖土方并修整边
46、坡初喷底层混凝土钻设钉孔土钉安装注浆挂钢筋网并与土钉尾部焊牢安装泄水管复喷表层混凝土至设计厚度插杆与灌浆要点：成孔后按设计要求插入直径22mm加筋杆，加筋杆每1.5m焊接直径110mm的扶正环，起导正作用。在插筋的同时，用加筋杆将注浆管带进离孔底0.3m的地方，然后进行灌注，注浆材料的配合比为水泥：砂子=1:2。水灰比=0.40.5。孔内一定要灌满，不能形成空洞和孔隙。第98页/共118页 开挖工作面：开挖工作面：土钉支护应自上自上而下分段分层而下分段分层进行，分层深度视土层情况而定，工作面宽度不宜6m，纵向长度不宜l0m。人工洛阳铲成孔冲击式钢管成孔土层锚杆钻机成孔喷射第一层砼：为防止土体松
47、弛和崩解，须尽快做第一层喷射砼，厚度不宜4050mm。喷射砼水泥用量400kg/m3。土钉成孔：土钉成孔直径70120mm、向下倾角15200，成孔方法和工艺由承包商根据土层条件、设备和经验而定。喷射第一层砼土钉支护施工工艺第99页/共118页安设土钉、注浆：安设土钉、注浆：土钉有单杆和多杆之分，单杆多为2232mm的粗螺纹钢筋，多杆一般为24根16mm钢筋。采用灰浆泵注浆，土钉注浆可不加压。挂钢筋网、喷射砼面层：钢筋网通常直径610、间距200300mm，与土钉连接牢固。钢筋与第一层喷射砼的间隙20mm。设置双层钢筋网时，第二层钢筋网应在第一层钢筋网被覆盖后铺设。砼面板厚度50100mm。挂
48、钢筋网 喷射第一层砼面板 喷射第一层砼面板 进入下一层土钉支护安设土钉、注浆第100页/共118页1014）土钉墙施工检测（见教材P29）检测：对土钉应采用抗拉试验检测承载力。抽样：土钉采用抗拉试验检测承载力，同一条件下，试验数量不宜少于土钉总数的1%，且不应少于3根；墙面喷射混凝土厚度应采用钻孔检测，钻孔数宜每100m2墙面积一组每组不应少于3点。第101页/共118页 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是在未开挖的土层立壁上钻孔至设计深度，孔内放入拉杆，灌入水泥砂浆与土层结合成抗拉力强的锚杆，锚杆一端固定在坑壁结构上，另一端锚固在土层中，将立壁土体侧
49、压力传至深部的稳定土层（5）锚杆支护第102页/共118页1031）锚杆的组成和特点 锚杆有三部分组成：头部连接（锚头）、拉杆、锚固体。锚杆承受拉力，一般采用螺纹钢、钢绞线、等强度高、延伸率大、疲劳强度高的材料，也可采用钢管等。永久性锚杆尚需进行防腐处理。第103页/共118页104 a）多层锚杆剖面图 b）锚杆与地下墙连结构造图 c）二次灌浆管的布置土层锚杆构造1-墙结构；2锚头垫座；3锚头；4-钻孔；5锚拉杆；6锚固体；7一次灌浆管；8二次灌浆管；9定位器第104页/共118页105重庆市高切坡，预应力锚索支护 为了均匀分配传到连续墙或柱列式灌注桩上的土压力，减少墙、柱的水平位移和配筋，一
50、端采用锚杆与墙、柱连接，另一端锚固在土层中，用以维持坑壁的稳定。土层锚杆支护 基坑锚杆支护施工中第105页/共118页106挡土灌注桩与土层锚杆结合支护 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,直至设计深度冠梁悬臂支护桩锚杆及横撑适于大型较深基坑,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第106页/共118页1072）锚杆的设计计算（略）3）锚杆的施工（见）土锚杆的施工工艺：土方开挖定位钻孔-安放拉杆-灌浆-养护-安装锚头-张拉锚固和挖土。设备和机具施工方法（见教材P30）4）施工监测第1