單元1　土石方與基坑工程

主編：劉鑫建筑與裝飾工程施工工藝單元1

土石方與基坑工程單元1土石方與基坑工程任務1土石方施工

任務2基坑支護與圍護

任務3基坑降水

任務4填筑與壓實

同步測試任務1土石方施工1.1.1土石方工程內(nèi)容與特點1.土石方工程內(nèi)容

(1)場地平整場地平整是將天然地面改造成所要求的設計平面時所進行的土石方施工全過程。(2)基坑(槽)開挖一般開挖深度在3m以內(nèi)的基槽或者開挖底面積在20m2以內(nèi)的土石方工程稱為淺基坑(槽)，通常是淺基礎、樁承臺或管溝等施工的土石方工程，要求開挖的標高、斷面、軸線準確；挖深超過5m的稱為深基坑(槽)，應根據(jù)建筑物、構筑物的基礎形式，坑(槽)底標高及邊坡坡度要求開挖基坑(槽)。

任務1土石方施工(3)地下工程大型土石方開挖對人防工程、大型建筑物的地下室、深基礎施工等進行的地下大型土石方開挖，涉及降水、排水、邊坡穩(wěn)定與支護、地面沉降與位移等問題。

(4)土石方回填基礎完成后需要對低洼處回填，為了確保填方的強度和穩(wěn)定性，必須正確選擇填方土料與填筑方法。

任務1土石方施工(1)工程量大工期長建筑越高，基礎埋置深度也就越深，相應的土石方工程也就越大，有的基礎體積甚至能夠達到建筑高度的1/4。

(2)投資大工程量大和工期長這兩個特點，勢必導致投資的巨大。

(3)施工條件復雜土石方工程施工條件復雜，又多為露天作業(yè)，受氣候、水文、地質(zhì)等影響較大，難以確定的因素較多。

2.土石方施工特點任務1土石方施工1.土石的工程分類1.1.2土的工程分類和性質(zhì)2.土的工程性質(zhì)(1)土的可松性自然狀態(tài)下的土經(jīng)開挖后，體積因松散而增加，以后雖經(jīng)回填壓實，仍不能恢復。表1-4土的可松性參考數(shù)值任務1土石方施工表1-5土的滲透系數(shù)參考表(2)土的滲透性滲透性表示單位時間內(nèi)水穿透土層距離的能力，用滲透系數(shù)k表示，單位是m/d。(3)土的天然密度和干密度。

(4)土的含水量土的干濕程度一般用含水量表示。

(5)土的密實度通常用密實度表示土的緊密程度。

任務1土石方施工1-1.TIF圖1-1T2-100型推土機(1)下坡推土法借助于機械本身的重力作用以增加推土能力和縮短推土時間。1.推土機施工1.1.3土方施工機械任務1土石方施工(2)槽形挖土法推土機多次在一條線上切土和推土，利用前次已經(jīng)推過的原槽再次推土。

(3)并列推土法平整大面積場地時，可以采用2～3臺推土機并列推土，減小土的損失，提高效率。

(4)分批集中一次推送。圖1-2推土機推土方法任務1土石方施工2.鏟運機施工圖1-3自行式鏟運機任務1土石方施工圖1-4拖式鏟運機(1)鏟運機運行路線鏟運機運行路線應該根據(jù)填方區(qū)、挖方區(qū)的分布情況并結合當?shù)鼐唧w條件進行合理選擇，一般有如圖1-5所示的幾種形式。任務1土石方施工圖1-5鏟運機運行路線1)環(huán)形路線。任務1土石方施工2)大環(huán)形路線。

3)“8”字形路線。

(2)提高鏟運機效率方法

1)下坡鏟土法。

2)跨鏟法。圖1-6單斗挖掘機

a)正鏟b)反鏟c)拉鏟d)抓鏟任務1土石方施工3)助鏟法。

3.挖掘機施工

(1)正鏟挖掘機正鏟挖掘機的鏟土動作特點是“前進向上，強制切土”。圖1-7正鏟挖掘機開挖方式

1—正鏟挖掘機2—自卸汽車任務1土石方施工(2)反鏟挖掘機反鏟挖掘機是最常見的，鏟土動作特點是“后退向下，強制切土”。圖1-8反鏟挖掘機開挖方式

1—反鏟挖掘機2—自卸汽車3—棄土堆任務1土石方施工(3)拉鏟挖掘機拉鏟挖掘機可以用于停機作業(yè)面以下的一至三類土挖掘，其挖土半徑和挖土深度較大，故用于開挖較深較大的基坑，如挖取水中泥土以及填筑堤壩等。

(4)抓鏟挖掘機抓鏟挖掘機是在挖土機臂端用鋼絲繩吊裝一個抓斗，其挖土特點是“直上直下，自重切土”。

任務1土石方施工1.場地平整圖1-9場地設計標高的確定(1)確定場地設計標高H0合理確定場地設計標高，對于減少填挖方數(shù)量，節(jié)約土方運輸費用，加快施工進度有重要的意義。

(2)場地平整土方量計算1.1.4土方施工任務1土石方施工1)計算各方格網(wǎng)角點的施工高度。

2)計算零點位置。

3)計算各方格土方填挖工程量。

4)場地邊坡土方量的計算。

5)計算土方總量。

(3)土方調(diào)配通過計算，對挖方量、填方量和運輸距離三者綜合權衡，制定出合理的調(diào)配方案。圖1-10土方邊坡任務1土石方施工圖1-11基槽土方量計算2.基坑(槽)土方量計算任務1土石方施工(1)邊坡坡度

(2)基槽土方量計算。

(3)基坑、路堤土方量計算基坑的外形有時很復雜，而且不規(guī)則。圖1-12基坑土方量計算任務1土石方施工(2)基坑(槽)開挖注意事項

1)開挖前，檢查龍門板和軸線樁是否移位，基礎線位置以及龍門板標高等是否符合要求。

2)開挖應連續(xù)進行，盡快完成，以免地面水流入基槽，導致邊坡塌方或者土體遭到破壞。

3)嚴禁擾動基底土層，防止超挖。

4)挖土如除回填還有剩余，應選好棄土地點。

5)挖土時和雨后挖土，應及時檢查土壁穩(wěn)定和支撐情況。

6)為防止地基土受雨水侵蝕，應盡量減少基地暴露時間，及時進行下一道工序(基礎墊層)施工。3.土方開挖

(1)基坑(槽)開挖深度地面先放灰線，然后進行土方開挖。任務1土石方施工(3)驗槽驗槽就是在基礎開挖至設計標高后、基礎施工以前，施工單位會同設計、監(jiān)理和建設單位共同檢驗基礎下部土質(zhì)是否符合設計要求，有無地下障礙物及不良土層，經(jīng)處理、檢查合格后方可進行基礎施工。

1)檢查基槽(坑)的平面位置，尺寸標高和邊坡是否符合要求。

2)檢驗槽(坑)底持力層土質(zhì)與勘察報告是否相同。

3)檢查基槽(坑)土質(zhì)是否均勻，當發(fā)現(xiàn)基槽(坑)平面土質(zhì)顯著不均勻，會同設計、勘察等有關部門進行處理。

4)驗槽的重點應選擇在柱基礎、承重墻或其他受力較大部位。

任務1土石方施工2.石方爆破在計價時應注意問題

1)綜合基價中已綜合了不同開挖階段高度、坡石開挖、改炮、找平因素。

2)石方爆破根據(jù)現(xiàn)場情況，必須采用集中供風時，增加的風量損失不得另行計算，增加臨時管路的材料、安拆費應另行計算。

3)施工現(xiàn)場如不允許放明炮而必須采用無聲靜力爆破、控制爆破時，其費用另行計算。

4)綜合基價中的爆破材料是按炮孔中無地下滲水、積水編制的。

1.石方開挖方式1.1.5石方施工任務1土石方施工1.運輸特點2.運輸類型

3.運輸線路

4.運輸距離

1)推土機推土運距，按挖方區(qū)重心至回填區(qū)重心之間的直線距離計算。

2)自卸汽車運土運距，按挖方區(qū)重心至填土區(qū)(或堆放地點)重心最短距離計算。

3)運土方，應按土的天然密實度體積計算。

4)當場地狹小而無堆土點時，或當開挖量較大，挖出的土方在槽坑邊堆放不下時，應根據(jù)施工組織設計所規(guī)定的數(shù)量、運距及運輸工具，來確定挖出的土方是否全部運出(待回填時再運回)或部分運出。5)當采用人力及人力車運土石方時，或機械運輸坡度較大時，其運距按坡度區(qū)段斜長乘以一個大于1的系數(shù)(1.75～2.5)計算。

5.工程量1.1.6土石方運輸任務2基坑支護與圍護1.2.1基坑支護與圍護概述

1.基坑支護要求

1)確保基坑圍護結構體系滿足穩(wěn)定和變形的要求，基坑周邊保持穩(wěn)定，不能出現(xiàn)結構破壞、傾倒、滑動或出現(xiàn)較大范圍的失穩(wěn)。

2)確?；铀闹芙ㄖ铩⒌缆?、管線等的安全，不會因為土體開挖或者基礎施工受到危害。

3)有地下水的地區(qū)，通過排水降水等措施，確?；釉诘叵滤灰陨希岳谑┕?。

2.基坑支護設置原則

1)要求技術先進，結構簡單，因地制宜，經(jīng)濟合理。

2)材料能夠回收重復使用，或者與工程永久性擋土結構相結合，作為結構的一部分。任務2基坑支護與圍護3)受力可靠，確保穩(wěn)定，不影響臨近的建筑和管線。

4)保護環(huán)境，保證施工期間安全。

3.基坑等級

1)基坑開挖深度大于10m的基坑。

2)重要工程或者支護結構作為主體結構一部分的基坑。

3)與臨近建筑、重要設施的距離在開挖深度以內(nèi)的基坑。

4)基坑范圍內(nèi)有歷史文物、近代優(yōu)秀建筑、重要管線等需嚴加保護的基坑。表1-10支護結構的安全等級及重要性系數(shù)()4.基坑支護形式任務2基坑支護與圍護1.2.2土釘墻支護圖1-13土釘墻支護

a)平釘墻剖面b)斜釘墻剖面c)土釘墻立面1.適用條件

1)基坑側壁安全等級為二、三級的非軟土場地。

2)地下水位較低的粉土、砂土、黏土地基，且基坑深度不宜大于12m。3)地下水位以上的基坑。任務2基坑支護與圍護2.土釘墻特點

1)土釘墻邊挖邊支護，設備簡單，施工快捷。

2)材料用量少、工程量小，經(jīng)濟效果顯著。

3)土釘墻受力時有延遲塑性變形發(fā)展階段，故不會發(fā)生突發(fā)性塌滑；而且土釘墻受力時具有明顯的漸進性變形和開裂破壞，故不會發(fā)生整體性塌滑。

3.土釘墻施工

(1)土釘墻施工工藝流程施工放樣→開挖第一層土→修邊坡→鉆孔→放置土釘→第一次注漿→綁扎鋼筋網(wǎng)→噴第一層混凝土→第二次注漿→噴第二層混凝土→開挖下一層土(按此循環(huán)做法，一直到基底標高)→設置坡頂和坡底排水裝置。任務2基坑支護與圍護(2)施工機具主要有鉆孔設備，混凝土噴射機和注漿設備。

(3)施工要點

1)挖土修坡。

2)初噴混凝土。

3)土釘施工。

①成孔。成孔方法有機械成孔和洛陽鏟成孔，孔徑一般為70～120mm。按照設計要求的傾角和距離施工，然后將土釘和注漿管送到孔中，沿著土釘長度每隔2m設置一對中支架。任務2基坑支護與圍護②放置土釘。土釘放置方式分為鉆孔置入、打入和射入三種。鉆孔方式是先鉆孔，放入鋼筋或鋼管，之后沿著全長注漿填孔。打入方式是用振動沖擊鉆、液壓錘等將土釘打入，沒有孔洞不灌漿，打入深度受限制，所以布置較密，施工較快。射入方式是利用高壓氣體作動力，但是射入土釘?shù)拈L度和直徑受限制，施工速度更快。注漿打入方式是先將一端封閉、周圍帶孔的鋼管打入土體，從管內(nèi)注漿，使其通過小孔滲透到周圍土體，然后放入土釘錨固。

③注漿。先高速低壓從孔底注漿，當水泥漿從孔口溢出后，再低速高壓從孔口注漿，以保證注漿平穩(wěn)，水泥漿能較多得滲透到土壤中。注漿管應插入距離孔底250～500mm處，孔口設置止?jié){塞和排氣管。任務2基坑支護與圍護4)鋼筋網(wǎng)設置。

5)噴第二層混凝土。

6)等到注漿材料的強度達到設計強度的70%以上時，才可以進行下一層土方開挖，循環(huán)施工一直到基底標高。

4.土釘墻構造

(1)土釘間距土釘?shù)臄?shù)量和間距影響土釘?shù)某休d力和整體效果，但是目前沒有足夠的理論依據(jù)能夠給出具體的定量指標。

(2)土釘直徑土釘采用的材料可以是變形鋼筋、角鋼、圓鋼、鋼管等。任務2基坑支護與圍護(3)土釘長度一般對于非飽和土，土釘長度L與開挖深度H之比為0.6～1.2，密實砂土和干硬性黏土取較小值；為減小變形，土釘長度可以適當增加；非飽和土底部土釘長度可以適當減少，但不宜小于0.5H。

(4)土釘傾角土釘傾角與土層特點以及鉆孔灌漿工藝相關，一般取土釘垂直方向向下傾角5°～20°。

(5)注漿材料采用水泥砂漿或素水泥漿。

(6)支護面層臨時性土釘支護鋼筋網(wǎng)常采用直徑6～8mm的HPB300焊接成150～300mm的方格網(wǎng)，噴射50～150mm厚的混凝土，強度不低于C20。

任務2基坑支護與圍護1.適用條件1.2.3土層錨桿支護

1)基坑側壁安全等級為一、二、三級的場地。

2)難以采用支撐的大面積深基坑。

3)一般砂土、黏土地基都適用，軟土、淤泥質(zhì)土地基要進行試驗確認后采用，地下水大含有化學腐蝕物的土層和松散軟弱土層不宜采用。圖1-14土層錨桿構造

1—擋土結構2—錨頭3—墊塊4—自由段

5—錨固段6—錨桿(索)任務2基坑支護與圍護2.錨桿特點

1)施工時噪聲和振動較小。

2)錨桿錨固到土層中，代替內(nèi)支撐，所以基坑空間較大，有利于挖土施工。

3)錨桿施工機械和設備的作業(yè)空間不大，適合各種地形場地。

4)錨桿可采用預加拉力，以控制結構的變形量。

3.錨桿施工

(1)錨桿施工工藝流程開挖第一層土→設備就位→校正孔位和角度→鉆孔→接螺旋鉆桿繼續(xù)鉆到設計深度→置入鋼筋或鋼絞線→灌漿→養(yǎng)護→安裝錨頭→預應力張拉→擰緊螺栓或頂緊楔片→挖第二層土(按此循環(huán)，直到坑底標高)→設置坑底標高及坡底排水裝置。任務2基坑支護與圍護(2)施工機具主要是鉆孔機械和預應力張拉設備。

(3)施工要點

1)鉆孔。

2)錨桿安放。

3)灌漿。

4)張拉錨固。

4.錨桿構造

任務2基坑支護與圍護1.支護原理(1)支撐作用噴射混凝土具有良好的物理力學性能，其抗壓強度較高，又因摻有速凝劑，故凝結快、早期強度高，可緊跟掘進工作面起到及時支撐圍巖的作用，從而能有效地控制圍巖的變形和破壞。

(2)充填作用由于噴射速度很高，混凝土能及時地充填圍巖的裂隙、節(jié)理和凹穴的巖石，大大提高了圍巖的強度。

(3)隔絕作用噴射混凝土層封閉了圍巖表面，完全隔絕了空氣、水與圍巖的接觸，有效地防止了風化、潮解而引起的圍巖破壞與剝落；同時，由于圍巖裂縫中充填了混凝土，使裂隙深處原有的充填物不會因風化作用而降低強度，也不會因水的作用而使得原有的充填物流失，使圍巖保持原有的穩(wěn)定和強度。1.2.4噴射混凝土支護

任務2基坑支護與圍護(4)轉化作用前三種作用的結果不僅提高了圍巖的自身支撐能力，而且使混凝土層與圍巖形成了一個共同工作的力學統(tǒng)一體，具有把巖石荷載轉化為巖石承載結構的作用，因此從根本上改變了支架消極承壓的弱點。

2.施工工藝

(1)干式噴射法簡稱干噴法，是用強制式攪拌機將一定比例的骨料和水泥混合干拌后,投入噴射機料頭,同時加入速凝劑,用壓縮空氣使干混合料在軟管內(nèi)呈懸浮狀態(tài),并壓送到噴頭,在噴頭處加水混合后,以較高速度噴射到受噴面上。

1)水膠比一般為0.4～0.5，砂率為45%～55%，現(xiàn)場可通過試驗進行調(diào)整，砂率若超出此范圍，不但回彈增多、混凝土收縮增大，而且容易堵塞輸料管。任務2基坑支護與圍護2)拌合料中膠骨比(水泥與骨料質(zhì)量比)一般為1∶4～1∶5，水泥用量一般為350～400kg/m3。

3)水壓應大于風壓0.1～0.15MPa，以便水流能穿透干混合料，使其能拌和均勻和充分濕潤；同時水壓不應大于0.4MPa。

4)風壓一般控制在0.1～0.2MPa。

5)噴射輸送能力，水平距離為100～300m，垂直距離為30～100m。

(2)濕式噴射法簡稱濕噴法，是將水泥、骨料和水按設計比例拌和均勻,用濕式噴射機壓送至噴槍,在噴頭處加入添加劑后從噴嘴噴出。

1)速凝劑。

2)微硅粉。3)減水劑。任務3基坑降水圖1-15集水坑降水

1—排水溝2—集水坑3—離心泵任務3基坑降水1.3.1集水坑降水法

1.3.2井點降水法表1-14各種井點降水方法的適用范圍任務3基坑降水圖1-16輕型井點降水

1—井點管2—濾管3—總管4—彎聯(lián)管

5—水泵房6—原地下水位線7—降水后地下水位線任務3基坑降水1.輕型井點

(1)輕型井點構造輕型井點是沿基坑四周以一定間距埋入直徑較細的井點管至地下蓄水層內(nèi)，井點管的上端通過彎聯(lián)管與總管相連接，利用抽水設備將地下水從井點管內(nèi)不斷抽出，使原有地下水位降至坑底以下，如圖1-16所示。

(2)輕型井點布置根據(jù)基坑平面的大小和深度、土層土質(zhì)、地下水位高低和流向、降水深度等要求，輕型井點可采用單排布置(圖1-17a)、雙排布置(圖1-17b)、環(huán)形布置(圖1-17c)；當土方施工機械需進出基坑時，也可采用U形布置(圖1-17d)所示。任務3基坑降水圖1-17輕型井點平面布置(3)輕型井點施工輕型井點系統(tǒng)的施工，任務3基坑降水主要包括施工準備、井點系統(tǒng)安裝與使用。1-18.TIF圖1-18井點管沉設

1—沖嘴2—沖管3—起重機吊鉤4—軟皮管5—壓力泵6—高壓水泵

7—井點管8—黏土封口9—填砂10—濾管任務3基坑降水2.噴射井點

3.管井井點

4.深井井點任務4填筑與壓實1.土方填筑

(1)填方土料碎石類土、爆破石渣