任务三 土方工程施工要点

任务三 土方工程施工要点

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： 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。 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。 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、 土壁稳定 1 、 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 . 11) ，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。 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 。 基坑放坡坡度较大，施工期和暴露时间较长，为防止基坑边坡因气温变化或失水而风化或松散等，应采取一定边坡保护措施，以保证基坑边坡稳定。常见方法有： 薄膜覆盖或砂浆覆盖法 挂网或挂网抹面法 喷射混凝土或混凝土护面法 土袋或砌石压坡法 挂网或挂网抹面法 喷射混凝土或混凝 土护面法 2 、 基坑及管沟支护 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 3 、基坑支护 支护结构一般有具有挡土、止水功能的围护结构和维持围护结构平衡的支撑结构组成。 1 、水泥土挡墙式 （ 1 ）深层搅拌水泥土桩 以水泥作为固化剂，通过机械，将图与水泥强制搅拌形成水泥土，使软土硬化成整体性，具有一定强度的挡土、防渗墙。 深搅桩施工 （ 2 ）旋喷桩 钻机钻孔后，钻杆逐渐上提，利用钻杆上的喷嘴，向周围土体喷射固化剂，将软土与固化剂强制混合，胶结硬化后形成直径均匀的圆柱体。 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。 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 钢筋混凝土排桩 常见的有钻孔灌注桩和人工挖孔桩 不具备挡水功能 人工挖孔桩 地下连续墙 采用泥浆护壁 →放钢筋笼→浇筑混凝土 大跨度时采用内支撑 采用逆作法施工 3. 边坡稳定式 土钉墙 钢筋或钢管（钢丝束）锚杆（锚索） + 喷射混凝土护面 起主动嵌固作用 为了保持基坑干燥，防止由于水浸泡发生边坡塌方和地基承载力下降，必须做好基坑的排水、降水工作，常采用的措施是 集水井降水法 和 井点降水法 。 二、 施工排水 原理 ：开挖基坑或沟槽过程中，遇到地下水或地表水时，在基础范围以外地下水流的上游，沿坑底的周围开挖排水沟，设置集水井，使水经排水沟流入井内，然后用水泵抽出坑外( 见图1.16 )。 适用范围 ：适用于水流较大的粗粒土层的排水、降水，也可用于渗水量较小的粘性土层降水，但不适宜于细砂土和粉砂土层，因为地下水渗出会带走细粒而发生流砂现象。 1 、 集水井降水 设置要求 ： （ 1 ）集水井一般设置再基础范围意外、地下水流的上游 （ 2 ）每隔 20-40m 设置一个集水井 （ 3 ）集水井的宽度或直径，一般为 0.6-0.8m （ 4 ）集水井的深度随挖土的加深而加深，一般低于挖土面 0.7-1.0m ；挖至设计标高后，井底应低于坑底 1-2m 优缺点： 优点：简单、经济，对周围影响小 缺点：易产生流沙，边坡塌方及管涌等 流砂： 当开挖深度大、地下水位较高而土质为细砂或粉砂时，如果采用集水井法降水开挖，当挖至地下水位以下时，坑底下面的土会形成流动状态，随地下水涌入基坑，这种现象称为 流砂 。 流砂现象 如果土层中产生局部流砂现象，应采取减小动水压力的处理措施，使坑底土颗粒稳定，不受水压干扰。 其方法 有： 如条件许可，尽量安排枯水期施工，使最高地下水位不高于坑底 0 . 5 m ； 水中挖土时，不抽水或减少抽水，保持坑内水压与地下水压基本平衡； 采用井点降水法、打板桩法、地下连续墙法防止流砂产生。 原理 ： 基坑开挖前，在基坑四周预先埋设一定数量的滤水管(井)，在基坑开挖前和开挖过程中，利用抽水设备不断抽出地下水，使地下水位降到坑底以下，直至土方和基础工程施工结束为止。 优缺点 ：优点是可以防止流沙，同时提高地基承载力；缺点是可能造成周围地面沉降和影响环境 2 、井点降水法 类型 ： 轻型井点 ： ⑴ 轻型井点设备： 管路系统：滤管、井点管、弯联管、总管。 抽水设备：真空泵、射流泵、隔膜泵。 井点类型 K ( m/d ) H ( m ) 轻型井点 0.1~50 3~6 （ 6~12 ） 喷射井点 0.1~2 8~20 电渗井点 ＜ 0.1 管井井点 20~200 3~5 深井井点 10~250 ＞ 15 (1) 轻型井点 轻型井点 ( 图1.17 )就是沿基坑周围或一侧以一定间距将井点管(下端为滤管)埋入蓄水层内，井点管上部与总管连接，利用抽水设备将地下水经滤管进入井管，经总管不断抽出，从而将地下水位降至坑底以下。 轻型井点法适用于土壤的渗透系数为0.1～50 m/d 的土层中；降低水位深度： 一级轻型井点 3 ～ 6 m ， 二级井点 可达 6 ～ 9 m 。 轻型井点设备由管路系统和抽水设备组成。管路系统包括滤管、井点管、弯联管及总管等。 滤管 ( 图 1 . 18 ) 为进水设备，其构造是否合理对抽水设备影响很大。 ⑵ 轻型井点布置： ① 平面布置： 单排线状布置： B ＜ 6m 双排线状布置； 环状布置。 ② 高程布置： L ② 高程布置： 式中： H A —— 井点管的埋设深度（ m ）； H 1 —— 井点管埋设面至基坑底面的距离； h 1 —— 基坑底面至降低后的地下水位的距离； 取 0.5~1m 。 I—— 水力坡度；单排： 1/4 ；双排： 1/10 。 L—— 井点管至基坑中心的水平距离。 （当井点管为 单排布置时，为井点管至对边坡脚的水平距离） 示例： 基坑底宽 1.8m ，深 3m ，地下水位距地面 1.2m ，土方边坡 1 ： 0.5 ， 采用轻型井点降水。 试确定：⑴ 平面布置类型； ⑵ 井点管最小埋深及要求的降水深度； ⑶ 当采用 6m 长井点管时，其实际埋深及降水深度。 最小降水深度 S ：基坑中心的降水深度 轻型井点的 水平布置 当基坑或沟槽宽度小于6 m， 水位降低深度不超过5 m 时，可用 单排线状井点布置 在地下水流的上游一侧，两端延伸长度一般不小于沟槽宽度 ( 图 1 . 19 ) 。 如宽度大于6 m 或土质不定，渗透系数较大时，宜用 双排井点 ，面积较大的基坑宜用 环状井点 ( 图 1 . 20 ) ；为便于挖土机械和运输车辆出入基坑，可不封闭，布置为 U 形环状井点。 轻型井点的 水平布置 在考虑到抽水设备的水头损失以后，井点降水深度一般不超过6 m。 井点管的埋设深度 H ( 不 包括滤管)按下式计算( 图1.19( b) )： 式中 H 1 —— 井点管埋设面至基坑底的距离， m； h —— 基坑中心处坑底面(单排井点时，为远离井点一侧坑底边缘)至降低后地下水位的距离，一般为0.5～1.0 m； i —— 地下水降落坡度；环状井点为1/10，单排线状井点为1/4； L —— 井点管至基坑中心的水平距离(单排井点中为井点管至基坑另一侧的水平距离 ) ， m 。 (1.14) 一些计算基本参数： 井点管距离基坑壁不宜过小，一般取 0.7-1.2m ，通常取 1m 井点管露出地面的长度一般为 0.2m 轻型井点的安装 轻型井点的施工分为 准备工作 及 井点系统安装 。 准备工作 包括井点设备、动力、水泵及必要材料准备，排水沟的开挖，附近建筑物的标高监测以及防止附近建筑沉降的措施等。 埋设井点系统的顺序 ：根据降水方案放线、挖管沟、布设总管、冲孔、下井点管、埋砂滤层、粘土封口、弯联管连接井点管与总管、安装抽水设备、试抽。 井点管的埋设一般用水冲法施工，分为 冲孔 ( 图 1 . 22( a ) ) 和 埋管 ( 图 1.22( b) ) 两个过程 。 轻型井点使用 轻型井点运行后，应保证连续不断地抽水。 井点淤塞，一般可以通过听管内水流声响、手摸管壁感到有振动、手触摸管壁有冬暖夏凉的感觉等简便方法检查。 地下基础工程 ( 或构筑物 ) 竣工并进行回填土后，停机拆除井点排水设备。 例 1 ：某基坑底宽 1.8 米，深 3 米，地下水位距离地面 1.2 米，土方边坡为 1:0.5 ，采用轻型井点降水。 求 （ 1 ）平面布置类型 （ 2 ）井点管最小埋深及要求的降水深度 （ 3 ）当采用 6 米长井点管时，其实际埋深 例 2 ：某基坑底长 12 米，宽 8 米，深 4.5 米，基坑平、剖面如图所示，土方边坡为 1:0.5 ，采用轻型井点降水。 求 （ 1 ）平面布置类型 （ 2 ）井点管最小埋深及要求的降水深度 1.5 土方回填 1.5.1 土料的选择和填筑方法 1 ． 土料的选择： ⑴ 碎石类土、砂土、爆破石渣，可作表层以下的填料； ⑵含水量符合压实要求的粘性土，可作各层填料。 回填土宜优先利用基槽中挖出的优质土，经济、亲和力 不能选用的几种土： ▲ 含水量大的土； ▲ 淤泥、冻土、膨胀性土及有机物含量 ＞ 8% 的土； ▲ 硫酸盐含量＞ 5% 的土。 ▲ 在道路工程中，粘性土不是理想的路基填料。 2 ．填筑方法： ▲ 接近水平的分层填土、分层压实； ▲ 采用两种回填土时，应分层填筑，不得混杂使用。 1.5.2 填土压实的方法： 碾压法 —— 大面积填筑工程。滚轮压力。压路机、平碾、羊足碾 …… 夯实法 —— 小面积填筑工程。冲击力。蛙式夯、柴油夯、人工夯 …… 振动压实法 —— 非粘性土填筑。颗粒失重、排列填充。振动夯、平板振捣器 1.5.3 影响填土压实质量的因素 土的含水量、铺土厚度、压实功。 1 ． 土的含水量： 最优含水量 ：使填土压实获得最大密实度时的含水量。 2 ． 铺土厚度： 填方每层铺土厚度应根据土质、压实的密实度要求和压实机械的性能确定。 一般 H 取： 200mm~300mm 。 3 ． 压实功： 不同机械有效影响深度不同。 ρ w 0 —— 小则不粘结、摩阻大，大则橡皮土； 应为最优含水量 z σ 压实机械 每层铺土厚度（ mm ） 压实遍数 平碾 250~300 6~8 振动压实机 250~350 3~4 柴油打夯机 200~250 3~4 人工打夯 ＜ 200 3~4 ρ W(N·m) 0 压实遍数 1.4.4 填土压实的质量检查 1 ． 质量要求： 压实系数（ λ c ）： 是土的施工控制干密度和土的最大干密度的比值。 2 ． 检查方法： 采用“环刀法”按规定取样。 （一般场地平整 0.9 ，填土作地基 0.93~0.96 ） 土的最优含水量和最大干密度参考表 项次 土的种类 变动范围 最优含水量（ % ） （质量比） 最大干密度 （ 10 3 kg/m 3 ） 1 砂 土 8~12 1.80~1.88 2 粘 土 19~23 1.58~1.70 3 粉质粘土 12~15 1.85~1.95 4 粉 土 16~22 1.61~1.80 补充： 基坑验槽 当基坑（槽）挖至设计标高后，应组织 勘察、设计、监理、施工方 和 业主代表 共同检查坑底土层是否与勘察、设计资料相符，是否存在 填井、填塘、暗沟、墓穴 等不良情况，这称为 验槽 。 验槽 的方法以 观察 为主，辅以 夯、拍 或 轻便勘探 。 基坑验槽 基坑验槽 共 41 页 第 1 页 1 观察验槽 观察验槽的内容包括： ⑴ 检查基坑 ( 槽 ) 的 位置、断面尺寸、标高 和 边坡 等是否符合设计要求。 ⑵ 检查槽底是否已挖至老土层 ( 地基持力层 ) 上，是否继续下挖或进行处理。 ⑶ 对整个槽底土进行全面观察：土的 颜色 是否均匀一致；土的 坚硬程度 是否均匀一致，有无 局部过软 或 过硬 ；土的含水量情况，有无 过干过湿 ；在槽底行走或夯拍，有无 振颤现象 或 空穴声音 等。 挖掘探查 拉线检查 共 41 页 第 2 页 三 填土与压实 填土的施工流程 基坑（槽）地坪清理→检验土质→分层铺土→压（夯）密实→检验密实度→修整找平验收 基坑（槽）地坪清理：清理基坑底部保证清洁、无水 检验土质：保证土质符合 《 建筑工程施工及验收规范 》 分层铺土：分人工铺和机械铺 检验密实度：压实系数 填土应按整个宽度水平分层进行，当填方位于倾斜的山坡时，应将斜坡修筑成1∶2阶梯形边坡后施工，以免填土横向移动，并尽量用同类土填筑。 回填施工前，填方区的积水采用明沟排水法排除，并清除杂物。 填土的要求 填土的土料应符合设计要求 。 含有大量有机物、石膏和水溶性硫酸盐(含量大于5%)的土以及淤泥、冻土、膨胀土等，均不应作为填方土料； 以粘土为土料时，应检查其含水量是否在控制范围内，含水量大的粘土不宜作填土用； 一般碎石类土、砂土和爆破石渣可作表层以下填 料，其最大粒径不得超过每层铺垫厚度的2/3。 土的压实方法 填土的压实方法一般有 碾压 、 夯实 、 振动压实 等几种。 碾压法 是靠沿填筑面滚动的鼓筒或轮 子的压力压实填土的，适用于大面积填土工程。 碾压机械 有平碾(压路机)、羊足碾、振动碾和汽胎碾。碾压机械进行大面积填方碾压，宜采用 “ 薄填、低速、多遍 ” 的方法。 夯实方法 是利用夯锤自由下落的冲击力来夯实填土，适用于小面积填土的压实。夯实机械有 夯锤 、 内燃夯土机 和 蛙式打夯机 等。 填土质量检查 填土压实后必须要达到密实度要求， 填土密实度 以设计规定的控制干密度 ρ d ( 或规定的压实系数 λ) 作为检查标准。 土的控制干密度与最大干密度之比称为 压实系数 。 土的最大干密度乘以规范规定或设计要求的压实系数，即可计算出 填土控制干密度 ρ d 的值。 土的实际干密度 可用 “ 环刀法 ” 测定。 填方施工结束后，应检查标高、边坡坡度、压实程度等。 填土压实的影响因素 填土压实的主要影响因素为 压实功 、 土的含水量 以及 每层铺土厚度 。 一、 压实功的影响 填土压实后的密度与压实机械在其上所施加功的关系见 图 1 . 33 。 二、 含水量的影响 填土含水量的大小直接影响碾压 ( 或夯实 ) 遍数和质量。 较为干燥的土，由于摩阻力较大，而不易压实；当土具有适当含水量时，土的颗粒之间因水的润滑作用使摩阻力减小，在同样压实功作用下，得到最大的密实度，这时土的含水量称做 最佳含水量 ( 图 1 . 34 ) 。 三、 铺土厚度的影响 在压实功作用下，土中的应力随深度增加而逐渐减小( 图1.35 )，其压实作用也随土层深度 的增加而逐渐减小。 各种压实机械的 压实影响深度 与土的性质和含水量等因素有关。 对于重要填方工程，其达到规定密实度所需的压实遍数、铺土厚度等应根据土质和压实机械在施工现场的压实试验决定。若无试验依据应符合 表1.8 的规定。 表 1 . 8 填土施工时的分层厚度及压实遍数 压实机具 分层厚度( mm) 每层压实遍数 平碾 250～300 6～8 振动压实机 250～350 3～4 柴油打夯机 200～250 3～4 人工打夯 ＜200 3～4 1.5 土方回填 1.5.1 土料的选择和填筑方法 1 ． 土料的选择： ⑴ 碎石类土、砂土、爆破石渣，可作表层以下的填料； ⑵含水量符合压实要求的粘性土，可作各层填料。 回填土宜优先利用基槽中挖出的优质土，经济、亲和力 不能选用的几种土： ▲ 含水量大的土； ▲ 淤泥、冻土、膨胀性土及有机物含量 ＞ 8% 的土； ▲ 硫酸盐含量＞ 5% 的土。 ▲ 在道路工程中，粘性土不是理想的路基填料。 2 ．填筑方法： ▲ 接近水平的分层填土、分层压实； ▲ 采用两种回填土时，应分层填筑，不得混杂使用。 1.5.2 填土压实的方法： 碾压法 —— 大面积填筑工程。滚轮压力。压路机、平碾、羊足碾 …… 夯实法 —— 小面积填筑工程。冲击力。蛙式夯、柴油夯、人工夯 …… 振动压实法 —— 非粘性土填筑。颗粒失重、排列填充。振动夯、平板振捣器 1.5.3 影响填土压实质量的因素 土的含水量、铺土厚度、压实功。 1 ． 土的含水量： 最优含水量 ：使填土压实获得最大密实度时的含水量。 2 ． 铺土厚度： 填方每层铺土厚度应根据土质、压实的密实度要求和压实机械的性能确定。 一般 H 取： 200mm~300mm 。 3 ． 压实功： 不同机械有效影响深度不同。 ρ w 0 —— 小则不粘结、摩阻大，大则橡皮土； 应为最优含水量 z σ 压实机械 每层铺土厚度（ mm ） 压实遍数 平碾 250~300 6~8 振动压实机 250~350 3~4 柴油打夯机 200~250 3~4 人工打夯 ＜ 200 3~4 ρ W(N·m) 0 压实遍数 1.4.4 填土压实的质量检查 1 ． 质量要求： 压实系数（ λ c ）： 是土的施工控制干密度和土的最大干密度的比值。 2 ． 检查方法： 采用“环刀法”按规定取样。 （一般场地平整 0.9 ，填土作地基 0.93~0.96 ） 土的最优含水量和最大干密度参考表 项次 土的种类 变动范围 最优含水量（ % ） （质量比） 最大干密度 （ 10 3 kg/m 3 ） 1 砂 土 8~12 1.80~1.88 2 粘 土 19~23 1.58~1.70 3 粉质粘土 12~15 1.85~1.95 4 粉 土 16~22 1.61~1.80