第六章-深基坑土方开挖方法选择

第五章深基坑支护结构施工深基坑挖土是基坑工程的重要部分，对于土方量大的基坑，基坑工程工期的长短在很大程度上取决于挖土的速度。另外，支护结构的强度和变形控制是否满足要求、降水是否达到预期的目的，亦靠挖土阶段来进行检验。第一节土方开挖方法选择一、深基坑土方开挖方案的选择基坑土方开挖方案的选择，应根据地质情况、当地气候、施工条件和周围环境等确定合理、便捷、安全经济的诸因素综合考虑确定。（一）基坑开挖施工要点1.明确各单位工程的合理技术标准，根据有关的理论和方法、规范和规程，对施工过程中的各个工序、特别是关键工序的基坑稳定性、支护结构的安全性以及坑周地层移动和对周围建筑设施的影响程度，进行验算。提出符合规定标准要求的基坑开挖和支撑施工设计。2.提出安全而合理的施工程序及施工参数。（1）有支护（锚拉）的基坑要分层开挖，分层数为基坑所设支撑道数加一。每挖一层及时加好—道支撑或设好一道锚杆。当采用土钉墙或喷锚网支护方案时，应按设计每挖一层土做一层支护、随挖随支护；（2）有内支撑的基坑，每层土的开挖，对同时开挖的部分，其位置和深度，以保持对称为原则，防止基坑支护结构承受偏载；（3）保证支撑、围檩或拉锚的施工质量，科学组织、精心施工；（4）规定施工场地、土方、材料、设备的堆放场地及数量，限定基坑旁边的超载；（5）确保排水、堵水及降水的措施，严防围护墙体发生水土流失而导致基坑失稳；（6）合理确定地基加固的范围、质量要求及检验方法；（7）选择满足出土数量和时间要求的开挖设备、运输车辆及道路和堆放条件；（8）提出监测设计，落实按监测信息指导施工，制定防止事故的方案。（二）基坑开挖方法及其适用范围基坑开挖方法及其适用范围见表2-1。一、基坑(槽)的土方开挖基本要求（一）先进行测量定位，抄平放线。（二）当土体含水量大且不稳定，或边坡较陡、基坑较深、地质条件不好时，应采取加固措施。（三）基坑一般采用“分层开挖，先撑后挖”的开挖原则。（四）开挖基坑(槽)按规定的尺寸合理确定开挖顺序和分层开挖深度，连续地进行施工。（五）开挖时应尽量防止对地基土的扰动。1.土的灵敏度：粘性土扰动后强度降低的性质。2.土的触变性：受扰动的土静置一段时间后其强度会逐渐得到恢复的性质。3.在基坑（槽）开挖时一般应在开挖至设计标高时尽早做垫层、基础。4.由于施工方案等原因不能尽早做基础时应采取如下措施：（1）人工挖土应挖至设计标高以上200mm处；（2）机械挖土应挖至设计标高以上300mm处；待基础施工时再挖去设计标高以上的这部分土方。（六）开挖时，应对平面控制桩、水准点、基坑平面位置、水平标高、边坡坡度等经常进行检查。（七）在地下水位以下挖土，应采取降水措施。（八）基槽（坑）挖至基底设计标高后，必须通知勘察、设计、监理、建设部门会同验槽，经处理合格后签证，再进行基础工程施工。验槽的方法：1.观察验槽主要观察基槽基底和侧壁土质情况，土层构成及其走向，是否有异常现象，以判断是否达到设计要求的土层。2.钎探对基槽底以下2~3倍基础宽度的深度范围内，土的变化和分布情况，以及是否有空穴或软弱土层，需要用钎探明。钎探方法，将一定长度的钢钎打入槽底以下的土层内，根据每打入一定深度的锤击次数，间接的判断地基土质的情况。打钎分人工和机械两种方法。二、深基坑土方开挖的方式方法土方开挖是深基坑工程施工的重要工序，因此，必须严格按照围护结构设计的要求及施工组织设计内容进行精心准备、精心组织施工。一、土方开挖的方式深基坑土方开挖可分为放坡开挖和挡土开挖，采用哪一种方式，要根据基坑深度、地基土岩性、地下水位及渗水量、场地大小、周围建筑物情况等条件来决定。1.放坡开挖放坡开挖是基坑土方开挖常用的一种形式，其优点是施工方便，造价较低，但它仅适用于硬质、可塑性粘土和良好的砂性土，同时，要有有效的降排水措施。基坑放坡开挖的坡度要视土质情况、场地大小和基坑深度而定，同时，还要考虑施工环境、相邻道路及坡边地面荷载等影响。2.挡土开挖挡土开挖是在建筑物密集的场地、建筑物的基坑深度较深时常采用的方法。其方法是在基坑周围设置各种挡土的围护结构，然后开挖土方，在开挖过程中。必要时在挡土围护结构之间采用单层或多层支撑系统或拉锚结构，以增强围护结构的稳定性。它的优点是占地面积小。放坡开挖要受土质条件和基坑深度等因素的影响，而挡土开挖即使在很软弱的土层中或很深的基坑工程也可以使用。但这种方法造价高，工期较长。挡土开挖时，由于存在时间与空间效应问题，因此，要因地制宜选择好开挖方法。安排好开挖顺序。开挖方法的选择应因地制宜地根据施工周围环境、场地大小、基坑形式、开挖深壁、水文地质、土层性质以及施工等条件选定。二、土方开挖方法高层建筑深基坑的开挖，宜采用机械施工。一般多采用反铲挖土机和拉铲挖土机进行开挖，并根据基坑开挖的深度，分一层或多层开挖。挖土的土方。除少量现场存用外，大部分可用自卸汽车运出。土方开挖的方法大体上可分为分层开挖、分段开挖和中心岛开挖等几种，应根据基坑面积大小、开挖深度、支护结构形式、环境条件等因素选用。1.分层开挖这种方法采用比较广泛，一般适用于基坑较深、土质较软弱、分层开挖、整体浇灌混凝土垫层的工程。分层厚度要视土质情况进行稳定性计算，以确保在开挖过程中土体不滑移，桩基不位移倾斜。分层厚度，软土地基要控制在2m以内。硬质土可控制在5m以内为宜。开挖顺序可从基坑的某一边向另一边平行开挖，也可从基坑两头对称开挖，也可从基坑中间向两边平行对称开挖，也可交替分层开挖，可根据工作面和土质情况决定。挖运土方方法应根据工程具体条件、开挖方式与方法及挖运土方机械设备等情况采用。一般有设坡道和不设坡道二种方法。（1）设坡道：可设土坡道或栈桥式坡道。①土坡道的坡度视土质、挖土深度和运输设备情况而定，一般为1：8~10，坡道两侧要采取挡土或其他加固等措施。②栈桥式坡道采用的结构材料一般分为钢栈桥和钢筋混凝土栈桥两种，根据使用的要求又分为：一种是根据运输设备动力状况设坡度，把挖土机械和运输车辆直接开进坑底作业；另一种是设一定的坡度，把坡道伸入坑内，但不下底，使挖土机械能以较少的翻驳次数，就能把土方直接装车外运，加快挖土速度。栈桥式坡道（2）不设坡道：一般有钢平台、栈桥和阶梯式三种。①采用钢平台，挖土机械可用吊车吊下坑底作业，用吊车或铲车出土；或采用抓斗挖掘机在平台上作业，辅以推土机、挖土机等机械或人工集土修坡。②栈桥也分为钢结构栈桥和钢筋混凝土结构栈桥。下层土方用抓斗挖土机在栈桥上开挖，基坑内配以小型推土机集土，这种方法工期较长，用钢量较大，费用较多。栈桥式开挖示意图③阶梯式：当基坑较深，基坑面积较大，土方开挖也可采用阶梯式分层开挖，每个阶梯台阶作为挖土机械接力作业平台。采用阶梯式挖土时，应考虑阶梯式土坡留设的稳定性，防止坍方。23分层开挖分层支护这是最基本的方法，按照结构受力分析和便于施工的原则布置每道支撑的位置，在深度方向分层挖土与支撑设置交替施工。挖第1层土浇筑第1道支撑挖第2层土浇筑第2道支撑挖第3层土浇筑底板。分层分段对称平衡限时有支撑的开挖24工况1工况2工况3工况4工况5工况62.分段开挖这也是基坑开挖常见的一种开挖方法。分段与分块的大小、位置和开挖顺序，要根据开挖场地工作面条件、地下室平面与深浅和施工工期的要求来决定。分块开挖，即开挖一块，施工一块混凝土垫层或基础，必要时可在已封底的基底与围护结构之问加斜撑。在挖某一块土时，在靠近围护结构处，可先挖一至二层土，然后留一定宽度和深度的被动土区，待被动土区以外的基坑浇灌混凝土垫层后，再突击开挖这部分被动土区的土，边开挖边浇灌混凝土垫层。分段开挖27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。有支撑的开挖3.中心岛开挖中心岛开挖法是首先开挖基坑中心，基坑周边一定范围内的土暂不开挖，可视土质情况，按l：l~l：2.5放坡，或做临时性支护挡土，使之形成对四周围护结构的被动土反压力区，保护围护结构的稳定性。待中间部分的混凝土垫层、基础或地下结构施工完成之后，再用斜撑或水平撑对四周围护结构进行支撑，然后进行四周土的开挖和结构施工。《建筑施工技术》土木工程系万衍1.中心岛式开挖的概念及优缺点中心岛式开挖即先挖除基坑中间部分的土方，后挖除挡墙四周土方的一种开挖方式。中心岛式开挖方法支撑用量小、费用低、中心部位土方开挖方便，适合于基坑面积大、支撑或拉锚作业困难且无法放坡的大面积基坑开挖。这种开挖方式的优点是：挡墙的无支撑暴露时间比较短，利用挡墙四周所留的土堤，可以防止挡墙的变形。有时为了提高所留土堤的被动土压力；还要在挡墙内侧四周进行土体加固；以满足控制挡墙变形的要求。盆式开挖方式的缺点是：挖土及土方外运的速度比岛式开挖要慢。此法多用于较密支撑下的开挖。a）中心开挖；b）中心地下结构施工；c）边缘土方开挖及支撑设置；d）边缘地下结构施工图2-4中心岛式开挖方法1—边坡留土；2—基础底板；3—支护墙；4—支撑；5—坑底（二）盆式开挖1.盆式开挖的概念及优缺点盆式挖土，亦即保留基坑中心土体，先挖除挡墙内四周土方的开挖方式。宜用于大型基坑，支护结构的支撑型式为角撑、环梁式或边桁（框）架式，中间具有较大空间的情况。此法的优点是：可利用中间的土墩作为支点搭设栈桥；挖土机可利用栈桥下到基坑挖土，运土的汽车亦可利用栈桥进入基坑运土；可以加快挖土和运土的速度（图2-1）。缺点是：由于先挖挡土墙四周的土方，挡墙的受荷时间长，在软粘土中时间效应显著，有可能增大支护结构的变形量。2.盆式开挖的注意事项盆式挖土，中间土墩的留土高度、边坡的坡度、挖土层次与高差都要经过仔细研究确定。由于在雨季遇有大雨土墩边坡易滑坡，必要时对边坡尚需加固。挖土亦分层开挖，多数是先全面挖去第一层，然后中间部分留置土墩，周围部分分层开挖。开挖多用反铲挖土机，如基坑深度大则用向上逐级传递方式进行装车外运。整个的土方开挖顺序，必须与支护结构的设计工况严格一致。要遵循开槽支撑、先撑后挖、分层开挖、严禁超挖的原则。挖土时，除支护结构设计允许外，挖土机和运土车辆不得直接在支撑上行走和操作。为减少时间效应的影响，挖土时应尽量缩短围护墙无支撑的暴露时间。一般对一、二级基坑，每一工况挖至规定标高后，钢支撑的安装周期不宜超过一昼夜，混凝土支撑的完成时间不宜超过两昼夜。对面积较大的基坑，为减少空间效应的影响，基坑土方宜分层、分块、对称、限时进行开挖，土方开挖顺序要为尽可能早的安装支撑创造条件。土方挖至设计标高后，对有钻孔灌筑桩的工程，宜边破桩头边浇筑垫层，尽可能早一些浇筑垫层，以便利用垫层（必要时可加厚作配筋垫层）对围护墙起支撑作用，以减少围护墙的变形。挖土机挖土时严禁碰撞工程桩、支撑、立柱和降水的井点管。分层挖土时，层高不宜过大，以免土方侧压力过大使工程桩变形倾斜，在软土地区尤为重要。同一基坑内当深浅不同时，土方开挖宜先从浅基坑处开始，如条件允许可待浅基坑处底板浇筑后，再挖基坑较深处的土方。如两个深浅不同的基坑同时挖土时，土方开挖宜先从较深基坑开始，待较深基坑底板浇筑后，再开始开挖较浅基坑的土方。如基坑底部有局部加深的电梯井、水池等，如深度较大宜先对其边坡进行加固处理后再进行开挖。-1.000-3.000第一次土方开挖-2.000-3.000第一道支撑结构施工第二次土方开挖第三次土方开挖第二道支撑结构施工第四次土方开挖土方机械的类型挖掘机械：正铲、反铲、拉铲、抓铲等挖运机械：推土机、装载机、铲运机等运输机械：自卸汽车、翻斗车等密实机械：压路机、蛙式打夯机等一、推土机推土机是一种自行式的挖土、运土工具，由拖拉机和推土板（铲刀）组成。1.分类：履带式、轮