第2讲土方基坑支护工程施工工艺及控制要点概要

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 50000 Bq/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 (I γ 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。