12土方边坡和土壁支护

1.2土方边坡与土壁支护浙江广播电视大学当地质条件良好、土质均匀且地下水位低于基坑(槽)或管沟底面标高时，挖方边坡可做成直立壁不加支撑，但深度不宜超过下列规定：密实、中密的砂土和碎石类土(充填物为砂土)：1.0m；硬塑、可塑的粉土及粉质粘土：1.25m；硬塑、可塑的粘土和碎石类土(充填物为粘性土)：1.5m；坚硬的粘土：2m。挖土深度超过上述规定时，应考虑放坡或做成直立壁加支撑。土方直壁开挖土壁稳定土壁稳定，主要是由土体内摩阻力和粘结力保持平衡，一旦失去平衡，土壁就会塌方。造成土壁塌方的主要原因有：(1)边坡过陡，使土体本身稳定性不够，尤其是在土质差、开挖深度大的坑槽中，常引起塌方。(2)雨水、地下水渗入基坑，使土体重力增大及抗剪能力降低，是造成塌方的主要原因。(3)基坑(槽)边缘附近大量堆土，或停放机具、材料，或由于动荷载的作用，使土体产生的剪应力超过土体的抗剪强度。一、土方边坡土方边坡的坡度以挖方深度(或填方深度)h与底宽b之比表示(图1.1)，即土方边坡坡度=h/b=1/(b/h)=1∶m式中m=b/h,称为边坡系数。（a）（b）（c）（d）图1－1土方边坡（a）直线边坡；（b）不同土层折线边坡；（c）不同深度折线边坡；（d）阶梯边坡当挖地基坑较深或晾槽时间较长时，应根据实行情况采取护面措施。常用的坡面保护方法有帆布、塑料薄膜覆盖法，坡面拉网法或挂网。当地质条件良好，土质均匀且地下水位低于基坑(槽)或管沟底面标高时，挖方深度在5m以内且不加支撑的边坡的最陡坡度应符合表1.4规定。基坑(槽)或管沟挖好后，应及时进行基础工程或地下结构工程施工。在施工过程中，应经常检查坑壁的稳定情况。表1.4深度在5m内的基坑(槽)、管沟边坡的最陡坡度土的类别边坡坡度(高∶宽)坡顶无荷载坡顶有静载坡顶有动载中密的砂土1∶1.001：1.251：1.50中密的碎石类土(充填物为砂土)1：0.751：1.001：1.25硬塑的粉土1：0.671：0.751：1.00中密的碎石类土(充填物为粘性土)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----永久性挖方边坡坡度应按设计要求放坡。临时性挖方的边坡值应符合表中的规定。表1.5临时性挖方边坡值土的类别边坡值(高∶宽)砂土(不包括细砂、粉砂)1∶1.25～1∶1.50一般性粘土硬1∶0.75～1∶1.00硬、塑1∶1.00～1∶1.25软1∶1.50或更缓碎石类土充填坚硬、硬塑粘性土1∶0.50～1∶1.00充填砂土1∶1.00～1∶1.501.2.2土壁支护土壁支护方法应根据工程特点、土质条件、地下水位、开挖深度、施工方法及相邻建筑物等情况。基坑支护有3种类型：加固型支护、支挡型支护以及两种支护类型结合使用的混合型支护。加固型支护是对基坑边坡滑动棱体范围及其附近土体进行加固，改善其物理力学性能，使其成为具有一定强度和稳定性的土地结构，从而保证边坡稳定或兼有抗渗作用。1.2.2.1加固型支护1.深层搅拌法是利用特制的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。1.2.2.1加固型支护利用水泥浆或水泥砂浆作为固化剂，水泥的掺量为加固土质量的7%-15%，水泥砂浆的配合比为1:1或1:2。深层搅拌法的特点：对周围的建筑影响小，施工时无振动和噪声，不污染环境；加固后土体重度不变，使软弱下卧层不产生附加沉降。深层搅拌法适用于软土地基加固。1.2.2.1加固型支护深层搅拌机施工下沉到设计深度后，开始将水泥浆压入土中，边喷浆边旋转，并按设计确定的提升速度提升搅拌机，重复上下搅拌，使土体完全破碎，并与水泥浆均匀搅拌。三轴深沉搅拌机软土地基处理水泥土深层搅拌机施工1.2.2.1加固型支护高压喷射注浆法所形成的固结体形状与喷射流移动方向有关，一般分为：旋喷射注浆法、定向喷射注浆法、摆动喷射注浆法。作用于加固地基，提高地基承载力，改善土的物理力学性能，组成防水帷幕，适用于砂土、黏性土、湿陷性黄土、淤泥质土的地基加固。2.高压喷射注浆法1.2.2.1加固型支护2.高压喷射注浆法1.2.2.1加固型支护2.高压喷射注浆法工艺类型单管法二重管法三重管法多重管法1.2.2.3土壁支撑土壁支撑形式应根据开挖深度和宽度、土质和地下水条件以及开挖方法、相邻建筑物等情况进行选择和设计。横撑式支撑由挡土板、楞木和工具式横撑组成，用于宽度不大、深度较小沟槽开挖的土壁支撑。根据挡土板放置方式不同，分为水平挡土板和垂直挡土板两类(见图1.12)。(1)横撑式支撑(2)板桩式支撑板桩式支撑特别适用于地下水位较高且土质为细颗粒、松散饱和土的支护，可防治流砂现象产生。板桩支撑作用：使地下水在土中的渗流路线延长，减小了动水压力，从而可预防流砂的产生；板桩支撑既挡土又防水，特别适于开挖较深、地下水位较高的大型基坑；可以防止基坑附近建筑物基础下沉。打入板桩的质量要求：板桩位置在板桩的轴线上，板壁面垂直，保证平面尺寸准确和垂直度；封闭式板桩墙要求封闭合拢；埋置达到规定深度要求，有足够的抗弯强度和防水性能。钢板桩又可分平板桩和波浪式板桩两类。平板桩(图1.13(.a.))防水和承受轴向压力性能良好，易打入地下，但长轴方向抗弯强度较小；波浪式板桩（图1.13(.b.)）的防水和抗弯性能都较好，施工中多采用。钢板桩施工钢板桩施工现场板桩施工要正确选择打桩方法、打桩机械和流水段划分，以保证打设后的板桩墙有足够的刚度和防水作用。钢板桩打入法一般分为单独打入法、双层围檩插桩法和分段复打法。钢板桩单独打入法适用于桩长小于10m，且工程要求不高的钢板桩支撑施工。A打桩方法的选择双层围檩插桩法是在桩的轴线两侧先安装双层围檩(一定高度的钢制栅栏)支架后，将钢板桩依次锁口咬合全部插入双层围檩间。详见图1.14。分段复打法是在板桩轴线一侧安装好单层围檩支架，将10～20块钢板桩拼装组成施工段插入土中一定深度，形成一段钢板桩墙，即屏风墙。详见图1.15。B合理划分流水段施工流水段的划分应使板桩墙面垂直，满足墙面支撑安装要求，有利于封闭合拢，使行车路线短。C钢板桩打设准备工作E钢板桩的拔除D钢板桩的打设钢板桩、围檩支架的矫正修理按施工图放板桩的轴线进行测标高，作为控制板桩入土深度的依据。桩锤不宜过重，以防桩头因过大锤击而产生纵向弯曲。准确安装好围檩支架。二、支撑系统当基坑深度较大，悬臂的挡墙在强度和变形方面不能满足要求时，需要设置支撑系统。支撑系统一般分为：基坑内支撑，如图1－24（a）、（b）所示，以及基坑外拉锚，如图1－24（c）、（d）所示。土壁支撑图1－24板式支护结构（a）水平支撑式支护；（b）斜撑式支护；图1－24板式支护结构（c）水平拉锚支护；（d）土层锚杆支护2、基坑内支撑系统基坑内支撑常用的有钢结构支撑和钢筋混凝土结构支撑两类。钢筋混凝土支撑通常为现场浇筑形成，其布置形式可随基坑形状而变化，因而有多种，如对撑、角撑和架式支撑、圆形、拱形、椭圆形等多种形状支撑，如图1－28所示。土壁支撑（支撑系统）2、基坑内支撑系统土壁支撑（支撑系统）（a）对撑；（b）角撑；图1－28钢筋混凝土支撑形式（c）圆形支撑；（d）桁架式支撑（一）钢支撑施工上海冶金大厦钢管内撑（一）钢支撑施工南京火车站广场地下通道支护工程（一）钢支撑施工镇江某电信大楼型钢内撑（一）钢支撑施工（一）钢支撑施工（图片）四、内支撑体系施工（二）混凝土支撑施工某中南国际大厦砼内撑（图片）四、内支撑体系施工（二）混凝土支撑施工某玄武隧道支护工程（图片）四、内支撑体系施工（二）混凝土支撑施工南京新街口某大厦基坑支护（图片）四、内支撑体系施工（二）混凝土支撑施工（图片）四、内支撑体系施工3、拉锚支护结构拉锚支护结构由挡墙、拉杆以及锚固体组成，如图1－29所示。其挡墙多以型钢桩、钢板桩、钢筋混凝土板桩为主。拉杆通常采用钢筋或钢铰线，拉杆中间应设置紧固装置。以锚桩为锚固体的，称为桩式地面拉锚；以锚定板为锚固体的，称为板式地面拉锚。土壁支撑（支撑系统）3、拉锚支护结构土壁支撑（支撑系统）图1－29拉锚支护结构（a）桩式地面拉锚；（b）板式地面拉锚4、土层锚杆支护结构土层锚杆（亦称土锚）是一种新型的受拉杆件，它的一端与支护结构等联结，另一端锚固在土体中，将支护结构和其他结构所承受的荷载（侧向的土压力、水压力以及水上浮力和风力带来的倾覆力等）通过拉杆传递到处于稳定土层中的锚固体上，再由锚固体将传来的荷载分散到周围稳定的土层中去。土壁支撑（支撑系统）（1）土层锚杆的构造土层锚杆由锚头（亦称锚具）、钢拉杆（钢索）、塑料套管定位分隔器（钢铰线用）以及水泥砂浆等组成，它与挡土桩墙相连组成支护结构，如图1－30所示。土壁支撑（支撑系统、土层锚杆支护结构）（1）土层锚杆的构造土壁支撑（支撑系统、土层锚杆支护结构）见教材P13（2）土层锚杆的类型土层锚杆用于地基有三种基本类型，如图1－31所示。第一种类型锚杆由圆柱形注浆体和钢筋或钢索构成，如图1－31（a）所示。第二种锚杆类型为扩大的圆柱体，注入压力灌浆液而形成，如图1－31（b）所示。第三种锚杆类型是采用特殊的扩孔装置在孔眼内长度方向扩1个或几个扩孔圆柱体，如图1－31（c）所示。土壁支撑（支撑系统、土层锚杆支护结构）（2）土层锚杆的类型土壁支撑（支撑系统、土层锚杆支护结构）（1）深层搅拌水泥土挡土桩施工深层搅拌水泥土挡土桩：利用水泥作固化剂，将土与水泥强制拌和，使土硬结形成具有一定强度和遇水稳定的水泥土加固桩。深层搅拌水泥土挡土桩施工流程见图10.5所示。若将深层水泥土单桩相互搭接施工，即形成重力坝式挡土墙。常见的布置形式有：连续壁状挡土墙、格栅式挡土墙。(图10.6)5、常用护坡桩施工（2）钢筋混凝土护坡桩钢筋混凝土护坡桩分为预制钢筋混凝土板桩和现浇钢筋混凝土灌注桩。预制钢筋混凝土护坡桩施工时，沿着基坑四周的位置上，逐块连续将板桩打入土中，然后在桩的上口浇筑钢筋混凝土锁口梁，用以增加板桩的整体刚度。现浇钢筋混凝土护坡桩，按平面布置的组合形式不同，有单桩疏排、单桩密排和双排桩，见图10.7所示。地下连续墙施工：在地面上采用专用挖槽机械设备，按一个单元槽段长度(一般6~8m)，沿着深基础或地下构筑物周边轴线，利用膨润土泥浆护壁开挖深槽。地下连续墙施工过程主要划分为三个阶段：准备工作阶段、成槽阶段和浇筑混凝土阶段。地下连续墙按单元槽段逐段施工，每段施工程序如图10.8所示。6、地下连续墙施工①地下连续墙挖槽机械设备的选择挖槽机械设备主要是深槽挖掘机、泥浆制备搅拌机及处理机具。地下连续墙挖掘机械有多头钻、挖掘机及抓斗式挖掘机，如图10.9所示。②浇筑导墙结构为了保证挖槽竖直并防止机械碰撞槽壁，成槽施工之前，在地下连续墙设计的纵轴线位置上开挖导沟，在沟的两侧浇筑混凝土或钢筋混凝土导墙。导墙断面形式见图10.10所示。（1）准备工作③制备护壁泥浆地下连续墙施工是利用泥浆护壁成槽。泥浆的作用是维持直立槽壁面的稳定性，利用泥浆循环携带出挖掘土渣，同时泥浆还能降低钻具温度，减少磨损。通常用机械将膨润土搅拌成泥浆；控制泥浆性能的指标有密度、粘度、失水量和泥皮性质。地下连续墙施工单元槽段的长度，既是进行一次挖掘槽段的长度，也是浇筑混凝土的长度。划分单元槽段时，还应考虑槽段之间的接头位置，以保证地下连续墙的整体性。开挖前，将导沟内施工垃圾清除干净，注入符合要求的泥浆。（2）成槽施工机械挖掘成槽时应注意以下事项：挖掘时，应严格控制槽壁的垂直度和倾斜度。钻机钻进速度应与吸渣、供应泥浆的能力相适应。钻进过程中，应使护壁泥浆不低于规定的高度；对有承压力及渗漏水的地层，应加强泥浆性能指标的调整，以防止大量水进入槽内危及槽壁安全。成槽应连续进行。成槽后将槽底残渣清除干净，即可安放钢筋笼。地