土方、基坑支护工程施工工艺及控制要点

第二讲土方、基坑支护工程施工工艺及控制要点一、土方工程1、土方施工主要内容土方工程是建筑工程施工的主要子分部工程之一，它包括土方开挖、回填、运输等施工过程，以及排水、降水、护坡等辅助工作。根据土按开挖和回填的几何特征，土方开挖分为场地平整、挖基槽、挖基坑、挖土方等。厚度在300mm以内的挖填及找平称为场地平整。挖土宽度在3m以内，且长度等于或大于宽度3倍者称为挖基槽。挖土底面积在20㎡以内，且底长为底宽3倍以内者称为挖基坑。山坡挖土或地槽宽度大于3m，坑底面积大于20㎡或场地平整挖填厚度超过300mm者称为挖土方。2、土的分类建筑施工中，按土石的坚硬程度、开挖的难易将土石分为八类。3、特殊性土的特性4、土方开挖的施工准备工作5、土方开挖放坡不加支撑的容许深度当土质为天然湿度、构造均匀，水文地质条件良好（即不会发生坍塌、移动、松散或不均匀下沉），且无地下水时，开挖基坑可不必放坡，采取直立开挖不加支护，但挖方深度应按表1的规定，基坑宽应稍大于基础宽。如超过表2的规定的深度，但不大于5m时，应根据土质和施工具体情况进行放坡，以保证不塌方，其最大容许坡度按表3采用。放坡后基坑上口宽度由基础底面宽度及边坡坡度来决定，坑底宽度每边应比基础宽出30～50cm，以便于施工操作。6、深基坑开挖6.1开挖方案选择基坑工程设计方案的第一步是选择开挖方案，不同的开挖方法适用于不同的场合，不同的的开挖方法对围护结构和支撑体系也提出不同的要求。基坑开挖方法首先可分为放坡开挖和有围护开挖两类，在有围护开挖中又可分为无支撑开挖和有支撑开挖两类，有支撑开挖方法按照开挖在平面和立面上的不同安排又可以分为中心岛开挖、沟壕式开挖、逆作法(或半逆作法)开挖等不同的方法。（1）放坡开挖放坡开挖的直接费用最少，而且为主体工程创造了比较宽敞的施工作业空间，因而工作面宽，工期也比较短，如果条件允许，放坡开挖应该是首选的方案。决定采用放坡开挖的因素主要是周围场地和开挖深度的限制。比如：放坡需要占用比较大的场地，在城市建设区往往没有这个条件；由于坡体不可避免地会产生一定的位移，如果在场地附近有建筑物或市政管线不能承受较大的变形，亦常常限制了放坡开挖方法的采用。开挖深度也是一个制约条件，但开挖深度是相对于土质而言的，如土质比较好，坡度可以比较陡，占用场地也比较小，深度限制就不那么明显；在软土地区，由于土质软弱，放坡开挖深度就不能太深，对于软土中的放坡开挖，有的认为只要坡度足够平坦就能保持放坡基坑的稳定，其实，这是一种误解，放坡开挖的基坑稳定性不仅是指坡面的稳定，也包括坑的稳定，坡度足够平坦只能保持坡面稳定，但无法避免深层的滑动。若开挖深度过大，不管坡面多平坦，仍然可能发生整体失稳。采用放坡开挖方案时，如整体稳定性得到保证，但因受场地限制，只能取用较陡的坡度；如坡面的稳定性不能得到保证时，则可采用土钉墙的方案。土钉墙从受力机理上讲不同于无支撑的自立式挡土墙，而是属于坡面加固处理的一种方法，通过加强土体共同受力的方式来保持坡面的稳定性，属于自承支护体系。如果坑底土质比较差，整体稳定性不足，则土钉墙的方案就不能采用。(2)无支撑开挖当不能采用放坡开挖方案时，必须选用围护结构以支承坑外的土体。在可能的条件下，应尽可能采用无支撑开挖的方案，因为这种方案能提供比较开阔的坑内施工条件，便于挖土、运土以及地下室的施工，同时，也比较经济。实现无支撑开挖有以下几种方法：(3)有支撑的开挖在不具备采用土层锚杆条件的场地，深基坑只能采取有支撑开挖的方案，但是深基坑的平面尺寸一般都比较大，给支撑的设置带来了困难。由于支撑和挖土的工序互相制约，形成许多各具特色的支护开挖方案。1)分层开挖分层支护法：这是最基本的方法，按照结构受力分析和便于施工的原则确定每道支撑的位置，在深度方向分层挖土与支撑设置交替施工。设计时要按照上述工况进行分别验算，施工时要严格按照设计规定的程序实施，才能保证围护结构的稳定性和控制变形。在平面上按设定的挖土与设置支撑流程由一侧向另一侧推进，也可以由中部向两侧推进。对于软土地区环境要求特别严格的基坑工程，为了尽可能减少围护结构的变形，将每一层开挖和支撑所需的时间压缩在规定的很短时间内，例如对钢支撑规定开挖后必须在24h内支撑完毕，对混凝土支撑放宽到48h。2)中心岛法：对于平面面积很大的基坑，采用分层开挖、分层支护的方法，在技术和经济上都不太合理。由于支撑的长度很长，为了增大支撑刚度，需要加大支撑截面和侧向支撑，使支撑的造价很高，而且每一层平面的挖土量也很大，前后延续的时间比较长，这就需要在平面上加以划分。中心岛法是平面划分的一种考虑，它结合将厚底板分设后浇带的划分，将平面分成两个部分，中心部分先施工，此时先施工的面积比较小，而且具有放坡的余地，可以在坑内按照放坡办法施工，在中心部分浇注底板以及地下室的部分结构（如核心筒、剪力墙或柱）以后，再分层开挖四周的留土，分层将支撑连接到已建成的底板或地下室的构件上去。当基础平面长宽比较接近且设计采用环形边撑或角撑时，由于基坑中间留有大面积无支撑空间，则宜采用预留中心土墩的方法，即先挖周边支撑下的土方，最后挖中心土墩的土方。此时，不仅土方开挖方便，且有利于多台挖土机接驳运土，见图2-8。组合型的开挖方案在方案设计时，可以根据工程的具体情况将上述几种方法加以组合，以发挥各自的优点，形成最经济合理的方案。可以在立面上组合，如图2-5所示，也可以在平面上组合。7、回填土方工程7.1、回填土料的要求7.1.1一般要求1)填土应分层进行，并尽量采用同类土填筑。如采用不同土填筑时，应将透水性较大的土层置于透水性较小的土层之下，不得将各种土混杂在一起使用，以免填方内形成水囊。2)当填土位于倾斜的山坡上时，应将斜坡挖成阶梯状，以防填土横向位移。3)填土必须具有一定的密实度，以避免建筑物的不均匀沉陷。4)土的最优含水量和最大干密度应符合设计或规范要5）《民用建筑工程室内环境污染控制规范》GB50325-2001强制性条文4.2.7规定：当一类民用建筑工程场地土壤中氡浓度大于或等于50000Bq/m3，或土壤表面氡析出率大于或等于0.3Bq/m2.s时，应进行工程场地土壤中的镭-226、钍-232、钾-40比活度测定。当测定结果表明内照指数（IRa）大于1.0或外照指数（Iγ）大于1.3时，工程场地土壤不得作为工程回填土使用。7.1.2无限制使用的土料1)碎石类土、砂土和爆破石渣，可用作表层以下填土土料。2)含水量符合压实要求的粘性土，可用作各层填土土料。3)采用碎石类土或爆破石渣作填料时，其最大粒径不得超过每层铺填厚度2/3(当采用振动碾时，不得超过每层铺填厚度的3/4)。7.1.3有限制使用的土料1)碎块草皮和有机质含量大于8％的土，仅用于设计无压实要求的填方。2)淤泥和淤泥质土一般不能作填料应用于有压实要求的填方，但在软土或沼泽地区，经过降水或挖出晾晒等方法，可用于填方中的次要部位。7.1.4不得采用的土料1)含有大量的“米粒”状土，不宜作填土用。2)含有大量有机物的土，石膏或水溶性硫酸盐含量大于5％的土，冻结或液化状态的泥岩、黏土或粉状砂质黏土等，一般不能作填土之用。7.2、填方每层铺土厚度和压实遍数填方每层铺土厚度和压实遍数见表2-31。细节：填土的压实系数(密实度)要求填土的压实系数(密实度)要求见表2-32。7.3、填土施工要点7.3.1填土含水量的控制填土土料的含水量的大小，直接影响夯实（碾压）质量，在夯实（碾压）前应做试验，以得到符合密实要求条件下的最佳含水量和最少夯实（碾压）遍数。土料含水量一般以手握成团、落地开花为宜。各种土的最佳含水量见表2-35。7.3.2填方的施工要点二、基坑支护1、常用的基坑支护形式在基坑(槽)或管沟工程等开挖施工中，如挖方较深、土质较差或有地下水渗流等，现场不宜进行放坡开挖，施工有可能对临近建(构)筑物、地下管线、永久性道路等产生危害时，应对基坑(槽)、管沟进行支护后再进行开挖。目前常用的基坑支护形式有：1.1浅基坑的支撑形式和方法(1)间断式水平支撑1)间断式水平支撑的适用范围：干土或天然湿度的粘土类土，且挖土深度在2m以内。2)间断式水平支撑的支撑方法：两侧挡土板水平放置，用撑木力木楔顶紧，挖一层土，支顶一层。3)间断式水平支撑的支撑简图(图3-56)。(2)断续式水平支撑1)挖掘湿度小的黏性土，且挖土深度小于3m时。2)挡土板水平放置，相互留出间隙，然后两侧同时对称立上竖方木，再用工具式横撑上下顶紧。3)断续式水平支撑的支撑简图见图3-57。(3)连续式水平支撑1)连续式水平支撑的适用范围：挖掘较潮湿的或散粒的土，且挖土深度小于5m时。2)连续式水平支撑的支撑方法：挡土板水平放置。相互靠紧，不留间隔，然后两侧同时对称立上竖方木，上下各顶一根撑木，端头加木楔顶紧。3)连续式水平支撑的支撑简图见图3-58。4)连续式垂直支撑1)连续式垂直支撑的适用范围：挖掘松散的或湿度很高的土(挖土深度不限)。2)连续式垂直支撑的支撑方法：挡土板垂直放置。然后每侧上下各水平放置方木一根，用撑木顶紧，再用木楔顶紧。3)连续式水平支撑的支撑简图见图3-59。5)锚拉支撑1)锚拉支撑的适用范围：开挖较大的基坑或使用较大型的机械挖土，且不能安装横撑时。2)锚拉支撑的支撑方法：挡土板水平顶在柱桩的内侧，柱桩一端打人土中，另一端用拉杆与远处锚桩拉紧，挡土板内侧回填土。3)锚拉支撑的支撑简图见图3-60。1.2深基础边坡的土壁支撑形式和支撑方法(1)钢构架支护1)钢构架支护的适用范围：在软弱土层中开挖较大，较深的基坑，而不能用一般支护方法时。2)钢构架支护的支撑方法：在开挖的基坑周围打板桩，在柱位置打入暂设的钢柱，在基坑中挖土，每下挖3～4m，装上一层幅度很宽的构架式横撑。挖土在钢构架网格中进行。3)钢构架支护的支撑见图3-63。(2)地下连续墙支护1)地下连续墙支护的适用范围：开挖较大、较深且周围有建筑物、公路的基坑，作为复合结构的一部分；或用于高层建筑的逆筑法施工，作为结构的地下室外墙。2)地下连续墙支护的支撑方法：在开挖的基槽周围，先建造地下连续墙，待混凝土达到规定强度后，在连续墙以内用机械或人工挖土，直挖至要求的深度。当跨度、深度不大，连续墙刚度能满足要求时，可不设内部支撑。用于高层建筑地下室逆筑法施工，每下挖一层，把下一层梁板柱浇筑完成，以此作为连续墙的水平框架支撑。如此循环作业，直到地下室的底层全部挖完土，浇筑完成。也可加设内支撑或多道锚杆进行固定地连墙。3)地下连续墙支护的支撑见图3-64。3)地下连续墙锚杆支护的支撑见图3-65。(4)挡土护坡桩支撑1)挡土护坡桩支撑的适用范围：开挖较大、较深(6m)的基坑，邻近有建筑物，不允许支撑结构有较大的变形时。2)挡土护坡桩支撑的支撑方法：在开挖基坑的周围用钻机钻孔，现场灌注钢筋混凝土桩，待达到规定强度后。在中间用机械或人工挖土，随挖土随进行内撑、锚杆施工。在桩中间，土方挖成向外拱形，使其起土拱作用。如邻近有建筑物，不能设置锚拉杆，则采取加密桩距或加大桩径采用悬臂桩的方法进行处理。3)挡土护坡桩支撑的支撑见图3-66。4)挡土护坡桩与锚杆结合支撑见图3-67。5)板桩中央横顶支撑的支撑见图3-68。6)板桩中央斜顶支撑的支撑见图3-69。7)分层板桩支撑的支撑见图3-70。2、基坑工程施工的一般规定2.1施工准备基坑(槽)、管沟开挖前应做好下述工作：1)基坑(槽)、管沟开挖前，应根据支护结构形式、挖深、地质条件、施工方法、周围环境、工期、气候和地面载荷等资料制定施工方案、环境保护措施、监测方案，经审批后方可施工。2)土方工程施工前，应对降水、排水措施进行设计，系统应经检查和试运转，一切正常时方可开始施工。2.2施工要点1)土方开挖的顺序、方法必须与设计工况相一致，并遵循“开槽支撑，先撑后挖，分层开挖，严禁超挖”的原则。2)基坑(槽)、管沟的挖土应分层进行。在施工过程中，基坑(槽)、管沟边堆置土方不应超过设计荷载，挖方时不应碰撞或损伤支护结构、降水设施。3)基坑(槽)、管沟土