土方工程施工技术详解.pptx

1、土方工程土方工程施工技术详解施工技术详解1 概述1.1 特点面广量大、施工条件复杂、工期长。1.2 土的工程分类根据开挖的难易程度松软土、普通土、坚土、砂砾坚土、软 石、次坚石、坚石、特坚石。根据颗粒级配与塑性指数岩石、碎石土、砂土、粉土、粘性土、人 工填土。1.3 土的工程性质土的构成：固体颗粒、水和气体三部分。（1）土的体积：V=Vw+Va+VsVv+Vs（式中：Vw水的体积，Vs土颗粒的体积，Va气体体积，Vv孔隙的体积。）（2）土的质量：M=Mw+Ms（式中：Mw水的质量，Ms土颗粒的质量。）（3）土的密度：M/V（4）土的重度：g（式中：g重力加速度。）（5）土的干重度：d（Ms/V

2、）g（6）饱和重度：sat（Mw+Ms+Vaw）/V g（7）有效重度:=sat-wg=sat-w 土重度的比较：satd（8）孔隙比：eVv/Vs*100%（9）孔隙率：nVv/V*100%孔隙比和孔隙率之间的换算关系：en/(1-n)n=e/(1+e)（10）饱和度：St=Vw/Vv*100%（11）土的含水量：W=Mw/Ms（注：分母为固体颗粒的质量而不是土的总质 量。）（12）土的可松性：V2V3V1土的最后可松性系数：注：KsKs1.0VVS 31K1V土的最初可松性系数：KS V2掌握概念（式中：V1自然状态下土的体积；V2开挖后 的松散体积；V3回填压实后的体积。）问*分类级别越

3、小的土则可松性就越小？*可松性越小的土就越好挖？（13）土的渗透性土体孔隙中 的自由水在重力作 用下会透过土体运 动，这种被水透过的性质称为土的渗 透性。掌握概念单位时间渗水量：渗流速度：(H-水头差;L-渗流路径长度;A-土体横截面积)土渗透性比较：粘土粉土砂土砾石2 场地平整土方量计算与调配场地平整主要包含三个步骤：场地设计标高的确定场地初步设计标高的计算场地设计标高的调整土方量计算确定零线挖填方的分界线计算各区格土方量计算挖方和填方总工程量土方调配的规划1场地设计标高的确定（1）场地设计标高的确定原则：主要考虑因素:满足工艺和运输的要求尽量利用地形，减少挖填方量场地内挖、填方平衡，土方运

4、输总费用最少有一定的泄水坡度（0.002），满足排水要 求，并考虑最大洪水水位的影响。挖、填土方量平衡关键HN0（2）初步计算场地设计标高(Hi1 Hi 2 Hi3 Hi 4)i14N43210 4 H 3 H4NH 1 H 2 H2134方格网满足挖填方平衡 的平均高度（3）场地设计标高的调整 1）土可松性的影响问：*土的可松性导致场地设计标高的提高？*调整场地设计标高应采用最后可松性系数？2）场内和场外挖、填土的影响就近弃土于场外设计标高以下的挖方工程就近从场外挖土 问：以下四个因素，哪些导致场地设计标高提高？设计标高以上的填方工程 小结：填土量大，场地设计标高提高；挖土量大，场地设计标高

5、降低。3）泄水坡度对场地设计标高的影响注：设计无要求时，泄水坡度0.002。2 土方量计算1）计算各角点的施工高度nnhn 设计标高 自然标高 H H施工高度：“+”填；“-”挖2）确 定“零 线”“零点”方格边界上施工高度为0的点。“零线”“零点”所连成的线。问：*“零线”是否是挖填区的分界线？*“零线”是否是一条连续的线？*假设场地无限大，“零线”是否封闭？*在一个场地上是否会有多条“零线”？3）计算方格网内的土方量全挖全填两个角点为挖，另两个角点为填：A.B.一个角点为挖，另三个角点为填A.4a2V（h1 h2 h3 h4)(1 2)V1.2h2 h34h1 h4222 ahha2h2h

6、2(34)4h2 h3h1 h4V3.4 4a 2h36(h1 h4)(h3 h4)V4 6a2(2h1 h2 2h3 h4)V4B.V1.3 注：h 均为i正值。4）计算场地边坡的土方量坡度系数：m=b/h3 土方调配土方调配的原则挖方和填方基本平衡，总运输量最小，即挖方量与运距 的乘积之和尽可能最小。近期施工和远期利用相结合。分区调配和全场调配的协调，好土用于回填质量要求高 的填方区。尽可能与大型地下室结构的施工相结合，避免土方的重 复挖、填和运输。案 例场地平整土方量计算与调配步骤回顾计算场地设计标高调整场地设计标高挖填方平衡 划分网格根据土的可松性调整根据泄水坡度调整，等确定零线计算各

7、方格挖填土方量计算各角点施工 高度后定零线土方调配3 排水和降低地下水主要内容：排除地面水和降低地下水3.1 排除地面水一般采用“疏”，“堵”，“挡”的办 法。“疏”设置排水沟；“堵”截水沟；“挡”修筑土堤。3.2 降低地下水主要方法：集水坑降水法和井点降水法。3.1集水坑降水法（即明排水法）集水坑的设置要求设置在基础范围以外，地下水走向的上游，以防止坑底的 土颗粒流失。直径或宽度：0.6-0.8m；间距：20-40m。深度：随挖土加深而加深，低于挖土面0.7-1m，基坑底 面下1-2m。构造：底部设300厚碎石滤水层或100厚砾石上部100厚 粗砂。主要抽水设备离心泵和潜水泵集水坑降水3.2

8、 流沙及其防治（1）流沙产生的条件当土质为细沙或粉沙，又采用集水坑降水时，基坑一旦开 挖到地下水位以下（约0.5米），坑底下的土有时会形成流动状态，随地下水一起涌入坑内，就形成流沙。重要概念后果：施工条件恶化地基完全丧失 承载能力附近建筑物沉 降，倾斜。流沙（2）流沙形成原因 内因土质问题均匀：颗粒级配中，土的不均匀系数小于5。粘性差：土的颗粒组成中，粘粒含量10，粉粒含量75%土松：天然空隙比0.75水多：含水量30%因此，流砂易在粉土、细砂、粉砂和淤泥 土中发生。外因与土重作用相反的动水压力动水压力的性质：作用方向与水流方向相同；与水力坡度和水头差成正比；与渗透路径成反比。土的浸水容重动水

9、压力 0vlh1 h2G0 f（3）管涌冒砂定义基坑底位于不透水层，其下为承压 蓄水层，当覆盖土的重力小于承压水的托力 时，发生管涌冒砂现象。H w h r（4）流沙的防治原则：治砂必先治水 减小或平衡动水压力强挖并抛大石块水下挖土法 减小水位差，使动水压力作用方向向下人工降低地下水位 截断地下水流。设止水帷幕 加长渗透路径打钢板桩3.3 井点降水（1）井点降水的类型和适用范围在基坑开挖前，预先在基坑周围或在基坑内设 置一定数量的滤水管（井），利用抽水设备从中抽 水，使地下水位降至基坑以下并稳定后才开挖基坑。（2）轻型井点设备50，长27，包括：管路系统和抽水设备组成。管路系统包括：井点管、滤

10、管、弯联管和总管等：滤 管 3850，L=120mm钢管，上开直径为 1219的透水孔。井点管直径为38L=57m 的无缝钢管，一般 度为6m。总管直径为1001L=4m 的无缝钢管，每隔0.8 或1.2m有一个连接孔。弯连管一般用钢管，塑 料管，常用塑料管。井点管总管弯连管轻型井点降水系统（2）轻型井点设备 抽水系统抽水原理地下水（气）在真空 度的作用下，进入水气 分离器，然后水由抽水 机抽出，气由真空泵抽 出，不断循环，从而降 低地下水位。设备真空泵、抽水机、水 气分离器等。（3）轻型井点布置一般按照：单排、双排、环形布置。1）单排井点布置中部地下水上游大于基坑宽透水层H H1 h i L

11、降水5m6m 降水5m轻型井点降水现场真空泵3）二级轻型井点第一级第二级南京玄武湖隧道施工城墙侧湖底段采用围堰挡 水，二级轻型井点降水，辅以管井井点降水，放坡 大开挖，挂网喷浆护坡。(4)轻型井点计算主要计算内容：基坑涌水量（Q）、井点管数量(n)、井距（D）等。1)井的形式掌握概念 2）涌水量的计算单井涌水量的计算达西线性渗透定律涌水量=渗透系数过水断面积水力坡度 即：Q=KAI式中：H含水层厚度（m）；h井内水深（m）R抽水影响半径（m）；r水井半径（m）；S水井内水位降低值，SH-h。lg R lg r对于无压完整井：Q 1.366K 2H S S m3/d A圆柱表面积x0Rrx0单井

12、RAX 0 群井涌水量的计算对于无压完整群井：群井Q 1.366K（2H S)Sln R ln X 0HKR 1.95S环状轻型井点 假想半径00有效影响深度无压非完整群井涌水量完整井的公式非完整井的公式（2H S)S 0Q 1.366Kln R ln X（2H0 S)SQ 1.366Kln R ln X注：H015d式中：q单根井点管最大出水量；d滤管直径。问：渗透系数小，则井点管间距小？井点管间距越小，则降水效果越好？若计算结果D15d）（5）轻型井点抽水设备的选择 真空抽水设备：W5、W6W5型：总管长度不大于100mW6型：总管长度不大于120m真空泵抽水过程中的最低真空度hk 10(

13、h h)式中：h降水深度（m）；h水头损失，近似取1-1.5m 射流泵设备QJD-60、QJD-90、JS-45其排水量分别为：60m3/h,90m3/h,45m3/h,总管长度不大于50m。水泵一般选用单级离心泵，其型号根据流量、吸 水扬程、与总扬程确定。水泵的流量应比基坑涌水量大10%-20%，水泵 的吸水扬程，要大于降水深度和各项水头损失之 和，总扬程应大于吸水扬程与出水扬程之和。多层井点系统中，下层井点的水泵应比上层井 点的总扬程要大，以免中途接力。一般一台真空泵配一台水泵作业，当土的渗透 系数和涌水量较大时，也可采用两台水泵。（6）轻型井点的施工施工内容包括：准备工作、井点系统埋设、

14、使用与拆除。准备工作材料准备（井点设备、施工机具、动力、水源、砂滤料等）；排水沟的开挖；标高观测及防止沉降的措施；设置水位观测孔。井点埋设挖井点沟槽排放总管埋设井点管用弯连管与总管相连，安排抽水设备，试抽水。井点管埋设的方法冲水管冲孔钻孔直接利用井点管水冲下沉；以带套管的水冲法或振动水冲法成孔后沉设井点管。每根井点管沉没后应检验其渗水性能：井点管与孔 壁之间填砂滤料时，管口应有泥浆水冒出，或向管内 灌水时，能很快下渗。第一组井点系统安装完毕后应进行抽水试验，检查 管路接头质量、井点出水状况、抽水设备运转情况等。降水过程中应对建筑物进行沉降观测，必要时采取 防护措施4 土方边坡和支护土壁稳定主要

15、依靠土体的抗剪强度来维持平衡。土体抗剪强度来源于土体的内摩擦力和粘结力（内聚力）。土体塌方的本质剪应力抗剪强度其主要原因开挖过深、土质较差、放坡太小，水的侵入 以及支护较弱等综合原因。防止土体塌方的主要措施放坡及支撑等。4.1 土方边坡坡度和边坡稳定1）土方边坡确定坡度的大小应考虑：土质情况、包括地下水、开挖深 度、使用情况（堆载）、使用时间等。即放坡宽度b=坡度系数m开挖深度hh坡度h坡度系数：m b,b m hb 2）边坡稳定边坡稳定抗剪强度剪应力 土体塌方剪应力抗剪强度剪应力的增加外力边缘堆土或机械；水侵入边坡，使土的含水量增加；地下水产生的动水压力；土体内水的静压力等。抗剪强度降低外因

16、转换为内因由于受风化作用使土质变松；土受地下水的侵蚀而产生润滑作用；饱和细，粉沙受振动而液化。4.2 基坑无支护开挖常用于深度不大且土质较好的基坑，应是施工条件允许时 首选的开挖方式。无支护开挖 直立壁开挖天然自立边坡开挖放坡开挖人工加固边坡开挖深度5m 无支撑边坡4.3 人工加固边坡为保护土质边坡的稳定、坚固，常对开挖 坡面采取一定的加固措施进行护坡。常用的边坡加固方法水泥砂浆抹面、浆砌片石护坡、堆置 砂(土)包护坡、塑料膜覆盖，喷浆或挂网 喷射混凝土等。经以上边坡加固方法处理过的边坡即 称为人工加固边坡。水泥砂浆抹面常用于保护易风化的软质岩石、老 粘性土及破碎岩石边坡坡面的稳定，一般作30

17、50mm厚 水泥砂浆抹面。如用于一般土质边坡，常沿坡面打入双 向间距1.0m左右长11.5m的级螺纹钢筋(直径10 16mm)以加强砂浆面层与坡面土体的连结。浆砌片石护坡对各种土质或岩石边坡，为防止风化 剥落或滑坍，可采用浆砌片石护坡，坡度应小于 10.5，竖直边坡也可采用红砖砌筑。也可在坡脚处砌 筑一定高度的浆砌片石或红砖墙，用于反压及挡土。叠置砂(土)袋护坡对已发生或将要发生滑坍失稳或 变形较大的边坡，常用叠置砂袋或土袋(草袋或土工织物 袋)，置于坡脚或坡面，具有排水反压，抗滑稳定的作用。塑料薄膜覆盖护坡在坡面铺设抗拉或防水的塑料薄 膜(土工布)，其上覆盖素土、砂土、砂浆抹面等，对坡 面进

18、行防水、防风化、防坡面土流失的加固处理。4.4 土壁支护采用土壁支护应根据工程特点、开挖深度 地质条件、地下水位 临近建筑物的情况 施工方法要求：牢固可靠；经济合理；确保安全钢（木）支撑 板桩常用方法：灌注桩深层搅拌桩 地下连续墙（1）板桩支护作用连续板桩既可挡土，又可挡水。当开挖的 基坑较深，地下水位较高且有可能发生流砂时，如果 未采用井点降水方法，则宜采用连续板桩支护结构类型：木板桩；钢筋混凝土板桩；钢板桩等。1）钢木混合式板桩适用埋深较浅的黏土，沙土层，地下水位较浅；注意-软土地基要慎用。2)工字钢(H型钢)衬板支护结构适用于粘性土、砂土等土质较好且地下水位较低的基 坑，水位高时要先降水

19、。在软土地基中要慎用，卵石地 基中较难施工。挖深25m。传力机理：土的侧压力 衬板工字钢 桩导梁（或 顶撑或拉锚）。3）钢板桩支护由带锁口或钳口的热轧型钢制成，既能挡土又能挡 水。适用于较弱地基土及地下水位较高，水量较多的深 基坑工程，在砂砾及密实砂土中施工困难。挖深15m。问：哪个 截面刚度 最大，哪 个最小？最小最大4）钢板桩支护特点打设方便，重复使用，承载力大，既可挡土，又 可挡水等；分类无锚板桩(悬臂式板桩)悬臂长度一般不超过5m；有锚板桩-板桩上部用拉锚或顶撑加以固定,又分为单 锚和多锚，常用单锚板桩。单锚板桩设计要素：入土深度、截面弯距、锚杆拉力。主要破坏形式：入土深度不够本身强度

20、、刚度不够拉锚承载力或长度不够5）钢筋混凝土板桩传统支护结构，企口榫接有 较好防水作用。厚可达 500mm，总费用低。已向薄 壁工字形方向发展大截面如 500500mm以上，壁厚100 120mm，腹板预制后在现场浇 成整体。在两工字形板桩间 钻孔注浆堵漏。挖深10m。适用软土、一般粘性土。（2）灌注桩支护结构应用日趋广泛。可在平面上采取不同的排列方式形成 桩墙式支护结构，以抵抗不同条件下侧向水、土压力。一般桩顶设置连续的钢筋混凝土压顶地圈梁(帽梁)，使支护桩共同工作，提高整体性。1）稀疏排桩仅挡土,不可挡水应采取可靠降水措施以防止管涌和流砂现象发生。2）稀疏排桩加水泥砂浆抹面可挡土、挡水稀疏

21、排桩间距S较大时用。桩净距一般1.0m以内，以0.60.8m为宜。基坑挖土、钢丝网水泥砂浆抹面均分 层施工。工程实例南京火车站综合楼地下室两层，采用稀疏排桩方案，挖深9m。基坑支护3）连续排桩灌注桩连续排列。排列方式有多种，图中黑色桩 为素混凝土桩，或砂桩注入砂浆、化学浆液等形成无 筋桩。问：能否既可挡土，又可挡水？挡水挡土4）双排式(或框架式)灌注桩支护仅挡土灌注桩双排布置，用盖板连接形成门式刚架结构。5）连拱式支护结构仅可挡土新型的大直径与小直径桩的组合结构，拱的矢高 f=(1/41/2)L。桩顶用钢筋混凝土圈梁(即盖板)相连接，基坑较深时 可加12道横肋梁以增强拱截面的整体性，可省去内支

22、撑或土层锚杆。6）挡土与阻水组合排桩支护结构（3）重力式水泥土挡墙可分为深层搅拌桩、粉喷水泥搅拌桩和高压旋喷桩 等，既可挡土又可止水，其中深层搅拌水泥土挡墙广 泛用于软土地区（淤泥质土，地基承载力120kPa粘 性土）的深基坑工程，挖深8m。格栅式水泥土挡墙构造要求 墙体纵向相邻拉结格构墙沿纵向的总厚度不应小于 纵向长度的1/4；挡墙的转角处宜采用圆弧形实墙(实体式)。纵向墙体与拉结格构墙搭接均应不小于150mm，作 为止水结构的纵向搭接应不小于200mm。挡墙宽度一般取开挖深度的0.60.8倍，墙体在基坑 底面下的嵌固深度取开挖深度的0.81倍。根据基坑条件可做成变阶宽度和深度，也可成拱。为

23、加强整体性，挡墙可插入毛竹(大头直径不小于100mm，长度4m左右)，墙顶应设置钢筋混凝土压顶(地 圈梁)，厚度取200mm，配12200双层双向。在可能的情况下，宜将压顶与基坑周围的混凝土路面或地面连成一体。（4）深层搅拌桩深层搅拌桩施工质量要求桩位准确、桩体垂直放线误差20mm就位误差50mm成桩误差100mm水泥浆不得离析水灰比0.4-0.6，水泥浆停置时间不超过2h，不得离析确保水泥搅拌桩的强度与均匀性搅拌下沉速度不超过0.7m/min喷浆提升速度不超过0.5m/min确保加固体的连续性相邻桩间施工间隔不超过24h工程实例南京市级 机关33层 住宅楼，地下室一 层，挖 深 6m，采用

24、水泥土搅 拌桩支护 技术。（5）土层锚杆1）土层锚杆构造锚头一般由锚具、台座和腰梁等组成。自由段位于土体主动滑裂面内的部分。由锚筋、隔离套、定位板(器)及水泥砂浆等构成。定位板(器)一般用硬塑料或铁板、钢筋等制成。锚固段位于土体主动滑裂面以外，由锚筋、定位器、锚固体 构成。锚固段是用水泥砂浆或水泥浆将锚筋与土体粘结在一起的锚固体。锚头自由段锚固段南京电网调度中心土层锚杆支护工程实例土层锚杆2)土层锚杆的分类c 圆柱型锚杆类型普通锚杆；高压灌浆锚杆；预应力锚杆。锚固段圆柱型、端部扩大头型和连续球体型。端部扩大头型适用于锚固于砂 质土、硬粘土层且要求较高抗拔力。连续球体型适用于锚固于淤泥 土、淤泥

25、质土土层，且要求较高抗 拔力。3）土层锚杆的施工灌浆材料要求：水泥砂浆：灰砂比1：11：2；水灰比0.380.45。纯水泥浆：水灰比0.40.45。（6）土钉墙支护结构土钉墙由被加固土体、土钉群和喷射混凝土面板组成，形 成一个以土挡土的类似重力式的挡土墙。挡土墙全段锚固土钉墙类型土钉可分为：不注浆和钻孔注浆两种。不注浆土钉又分为打入型和射入型。前者是用气动土钉机将长度不超过6m的小型角钢打入土内。后者是用气动射钉机将2538mm的粗钢筋或钢 管射入土内(长度6m以内)。钻孔注浆土钉适用于土体面层维护或开挖较浅的边坡维护。全长注浆土钉适用于开挖较深的边坡维护。基坑支护失效实例1994年9月 上海

26、黄浦区 某大厦基坑 支护靠马路 40m长支撑破 坏，600厚地 下连续墙倒 塌。基坑挖深 23.5m。原因为设 计、施工和 监测多方面。基坑支护屈曲实例角撑受压平面 外失稳 南京玄武湖隧道土方工程施工玄武湖隧道为 南京市规划的“经五纬九”路网 的重要组成部分。东起新庄立交 二期，西起模范 马路，全长 66KM，暗埋段23KM，设计宽32M，双向六车 道。湖底隧道玄武湖隧 道由新庄立 交穿入玄武 湖、古城墙、中央路、过芦席营路 口，在南京工业大学附 近出地面。隧道的陆地段采用SMW工法作基坑支护5 土方机械化施工主要土方施工机械:推土机、铲运机、单斗挖土机、压实机械等。5.1 主要土方机械的特点

27、与施工方法（1）推土机特点切土、推土和卸土；分类行走装置：履带式和轮式推土机 操作方式：机械式和液压式操纵。铲刀安装方式：固定式推土机和回转式推土机。履带式推土机轮胎式推土机直铲推土机的固定式推土铲回转式铲刀（a）铲刀平斜（b）铲刀侧倾（2）铲运机特点挖土、运土、卸土和平土；分类运行方式：拖式和自行式操作方式：钢丝绳操纵式和液压式操纵。卸土方式：强制式、半强制式和自由卸土。拖式铲运机自行式铲运机（3）单斗挖土机反铲挖掘机（4）压实机械轮胎驱动钢轮振动压路机轮胎式压路机振动冲击夯电动蛙式打夯机5.2 土的填筑与压实（1）填方土料的选择与填筑方法1）填方土料的选择粘性土含水量合适，适合各层填料；碎石土料、爆破石渣、砂土作表层以下填料、最大 粒径0.96主要受力层范围以下：0.930.964）压实要求:注：且应有90以上符合设计要求，其余极值之差不得 大于0.8kN/m3，且应分散，不得集中。注：最大干容重 max 由试验确定。max d2）控制干容重一般由设计确定 d一般场地平整：约0.90左右 d1）土的压实系数：r/rmax3）实际干重度：r0 r/(1 w)r0 rd