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1、地 下 建 筑 施 工 Construction of underground engineering,第9章 基坑工程施工技术,主 要 内 容,概述 基坑放坡开挖施工 基坑支挡施工 土层锚杆施工 地下连续墙施工,概述,根据土层条件和周边环境，基坑开挖分为以下四种： （1）无支护开挖 又分为垂直开挖和放坡开挖，不采用支撑，费用低、工期短，是首先要考虑的开挖方式。 （2）支护开挖 根据制作方式常用的围护结构类型，如下图所示。,概述,概述,1）简易支挡：一边自稳开挖，一边用木挡板和纵梁控制地层坍塌。一般用于局部开挖、短时期、小规模工程。 特点：刚性小、易变形、透水。,概述,2）钢板桩：用打入或振动
2、打入法就位，施工简便，工程结束后钢板桩可回收，能重复使用。 在软土地区使用钢板桩，打入时会产生挤土作用，长引起地面隆起，拔出时会带出土体形成比钢板桩大得多的孔洞，若不及时采取措施容易造成周围地面下沉。因此，在建筑物密集地区使用时要慎重。 3）钢管桩：截面刚度大于钢板桩，在软弱土层中开挖深度可较大。需有防水措施相配合。,概述,4）钢筋混凝土板桩：具有施工简便、现场作业周期短的特点，曾在基坑中广泛应用，但由于钢筋混凝土板桩的打入一般采用锤击方法，振动与噪声大，同时沉桩过程中挤土也较为严重，在城市工程中受到一定限制。此外，其制作一般在工厂预制，再运至工地，成本较灌注桩等略高。但由于其界面形状及配筋对
3、板桩受力较为合理并且可根据需要设计，目前已可制作厚度较大（如厚度达500mm以上）的板桩，并有液压静力沉桩设备，故在基坑工程中仍是支护板墙的一种使用形式。,概述,5）灌注桩：刚度大，可用在深大基坑。施工对周边地层、环境影响小。需和止水措施配合使用，如搅拌桩、旋喷桩等。,概述,6）水泥搅拌桩挡墙：由于一般坑内无支撑，便于机械化快速挖土；具有挡土、止水的双重功能；一般情况下较经济；施工中无振动、无噪声、污染少、挤土轻微，因此在闹市区内施工更显出优越性。 缺点有：首先是位移相对较大，尤其在基坑长度大时，为此可采取中间加墩、起拱等措施以限制过大的位移；其次是厚度较大，只有在红线位置和周围环境允许时才能
4、采用，而且在水泥土搅拌桩施工时要注意防止影响周围环境。,概述,7）地下连续墙：刚度大，开挖深度大，可适用于所有地层。强度大，变形小，隔水性好，同时可兼作主体结构的一部分，环境影响小，造价高。 8）SMW工法：强度大、止水性好，内插的型钢可拔出反复使用，经济性好。,概述,（3）逆作法或半逆作法开挖 该法是一项近年来发展起来的新兴基坑支护技术。借助地下结构的支撑作用，节省坑壁的锚拉结构。其施工顺序是先做混凝土灌注桩，再做混凝土箱基顶板，然后再做竖井开挖排土，利用箱基结构作为侧向挡土结构的支撑点。 （4）其他形式 除以上介绍的几种外，还有综合法支护开挖（基坑部分放坡开挖，部分支护开挖）及坑壁、坑底土
5、体加固开挖等。,概述,用来支挡围护墙体，承受墙背侧土层及地面超载在围护墙上的侧压力，限制围护结构位移的称为基坑支撑体系。 支撑体系是由支撑、围檩、立柱三部分组成，围檩、立柱是根据基坑具体规模、变形要求的不同而设置的。支撑材料应根据周边环境要求，基坑的变形要求，施工技术条件和施工设备的情况来确定。,（1）钢支撑 安装、拆除方便，且可施加预应力，但是其刚度小，墙体变形大，安装偏离会产生弯矩。 （2）钢筋混凝土支撑 刚度大、变形小，平面布置灵活。缺点是自重大，不能预加轴力，且达到强度需要一定的时间，拆除需要爆破，其制作与拆除时间比钢支撑长。,常用的基坑支撑体系,（3）钢与钢筋混凝土混合支撑 这种支撑
6、具有钢与钢筋混凝土各自的优点，但是不太适用于宽大的基坑。,常用的基坑支撑体系,放坡开挖是最简单的基坑开挖方法，与支护状态下的开挖相比较放坡开挖是更经济的，并且其技术要求不高，施工难度较低，工程质量更易于得到保证。,基坑放坡开挖施工,当地下水位低于基底在湿度正常的土层中开挖基坑（槽），且敞露时间不长时，可做成直立壁不加支撑，但挖方的深度不宜超过下列规定： 碎石土和砂土：1.0m; 轻压黏土及亚黏土：1.25m; 黏土：1.5m; 坚硬的黏性土：2m。,土方边坡开挖不加支撑的深度和坡度要求,当地下水位低于基底在湿度正常的土层中开挖基坑（槽），且敞露时间不长时，可做成直立壁不加支撑，但挖方的深度不宜
7、超过下列规定： 碎石土和砂土：1.0m; 轻压黏土及亚黏土：1.25m; 黏土：1.5m; 坚硬的黏性土：2m。,土方边坡开挖不加支撑的深度和坡度要求,施工过程中，应经常检查沟壁的稳定情况。 当土的湿度、土质及其他地质条件较好且地下水位低于基底，基坑（槽）深度在5m以内且不加支撑时，其边坡的最大允许坡度，如下图所示。,土方边坡开挖不加支撑的深度和坡度要求,基坑边坡坡度是直接影响基坑稳定的重要因素，当基坑边坡土体中的剪应力大于土体的抗剪强度时，边坡就会失稳坍塌。其次施工不当也会造成边坡失稳。 影响边坡稳定的因素主要有： 没有按设计坡度进行边坡开挖； 基坑边坡坡顶堆放材料、土方以及运输机械车辆等增
8、加附加荷载；,影响基坑边坡稳定的因素,基坑降排水措施不力； 基坑开挖后暴露时间过长，经风化而使土体变松散； 基坑开挖过程中，未及时刷坡，甚至挖反坡，使土体失去稳定性。,影响基坑边坡稳定的因素,为保持基坑边坡的稳定，可采取以下措施： 根据土层的物理力学性质确定基坑边坡坡度，并于不同土层处做成折线形或留置台阶； 必须做好基坑降排水和防洪工作，保持基底和边坡的干燥； 基坑放坡坡度受到一定限制而采用围护结构又不太经济时，可采用坡面土钉、挂金属网喷射混凝土或抹水泥砂浆护面；,影响基坑边坡稳定的因素,严格控制基坑边坡坡顶12m范围内堆放的材料、土方和其他重物以及较大的机械所产生的荷载； 基坑开挖过程中，随
9、挖随刷边坡，不得挖反坡； 暴露时间在1年以上的基坑，一般可采取护坡措施。,影响基坑边坡稳定的因素,确定基坑边坡坡度有3中方法，即计算法、图解法和查表法，一般采用查表法。 在城市隧道施工中，一般在地质条件良好、土质较均匀而地下水位低或通过降水将地下水位维持在基底面以下时，常采用查表法确定基坑边坡的坡度。,基坑边坡坡度的确定,基坑边坡坡度的确定,其他规定： 遇到下列情况之一时，应进行边坡稳定性验算： 1）坡顶有堆积荷载； 2）边坡高度超过上表允许值； 3）具有软弱结构面的倾斜地层； 4）岩层层面或主要结构层面的倾斜方向与边坡开挖面倾斜方向一致，且两者走向的夹角小于45度。,基坑边坡坡度的确定,土质
10、边坡稳定性分析宜采用圆弧滑动面条分法； 岩石边坡宜按由软弱夹层或结构面控制的可能滑动面进行计算； 放坡开挖时，应采取相应的坡面、坡顶和坡脚排水、降水措施； 放坡宜对开挖坡面采取保护性构造措施。,基坑边坡坡度的确定,应根据基坑深度、工程地质和水文地质条件、地面环境条件等，特别要考虑到城市施工这一特点，经综合比较后确定围护结构形式。,基坑支挡施工,作为基坑围护结构主体的工字钢，一般采用I50、I55和I60的大型工字钢。 基坑开挖前，在地面用冲击式打桩机沿基坑设计边线逐根打入地下，桩间距一般为1.01.2m。 基坑开挖至一定深度后，若悬臂工字钢的刚度和强度都不够，就需要设置腰梁和横撑或锚杆（索），
11、腰梁多采用大型槽钢、工字钢制成，横撑则可采用钢管或组合钢梁，其支撑平面形式如下图所示。,工字钢板围护结构,工字钢板围护结构,适用于黏性土、砂性土和粒径不大于10cm的砂卵石地层，当地下水位较高时，必须配合人工降水措施。 打桩时，施工噪声一般都在100dB以上，大大超过了环保法规定的限值。,钢板桩由带锁口或钳口的热轧型钢制成，强度高，桩与桩之间的连接紧密，形成钢板桩墙，隔水效果好，可多次倒用。 钢板桩一般为临时的基坑支护，在地下主体工程完成后即可将钢板桩拔出。 常用断面形式：多为U型或Z型，还有直腹板型。,钢板桩围护结构,构成方法则可分为单层钢板桩围堰、双层钢板桩围堰及屏幕等。 采用屏幕式构造，
12、施工方便，可保证基坑的垂直度，并使其能封闭合拢，在城市隧道施工时基坑较为深大多采用此围护形式。 考虑到施工中的不利因素，在地下水位较高的地区，当环保要求较高时，应在钢板桩背面另外加设水泥土之类的隔水帷幕。,工字钢板围护结构,工字钢板围护结构,钢板桩围护墙可以用于圆形、矩形、多边形等各种平面形状的基坑，对于矩形和多边形基坑在转角处应根据转角平面形状作相应的异型转角桩。 钢板桩通常采用锤击、静压或振动等方式沉入土中，这些方法可以单独或者相互配合使用。 钢板桩的施工可能会引起相邻地基的变形和产生噪声振动，对周围环境影响很大，因此在人口密集、建筑密度很大的地区，其使用通常会受到限制。,工字钢板围护结构
13、,水泥土搅拌桩挡墙就是利用水泥作为固化剂，采用机械搅拌，将固化剂和软土剂强制拌和，使固化剂和软土剂之间产生一系列物理化学反应而逐步硬化，形成具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥土桩墙，作为支护结构。 适用于淤泥、淤泥质土、黏土、粉质黏土、粉土、素填土等土层，基坑开挖深度不宜大于6m。对有机质土、泥炭质土，宜通过试验确定。,水泥土搅拌桩挡墙,常用的有水泥土搅拌桩组成的重力坝式挡土墙和SMW工法（Soil Mixed Wall）两种。,水泥土搅拌桩挡墙,钻孔灌注桩围护墙是排桩式中应用最多的一种，在我国得到广泛的应用。其多用于坑深715m的基坑工程，在我国北方土质较好地区已有89m的臂桩围护墙。 钻
14、孔灌注桩一般采用机械成孔。明挖基坑中所用的成孔机械一般有螺旋钻机、钢丝绳冲击钻机和正反循环回转钻机。,钻孔灌注桩围护结构,钻孔灌注桩围护结构,螺旋钻机一般只适合干作业钻进，经改进后，也可以实现钻孔压浆成桩。其施工程序： 钻孔至孔底 随压浆随提升钻杆 吊放钢筋笼 灌注混凝土 形成钢筋混凝土桩,钻孔灌注桩围护结构,锚杆是一种特殊的支护类型。自1912年，德国谢列兹矿最先采用锚杆支护井下巷道以来，锚杆支护在土木工程（包括采矿工程）中得到了广泛应用，对土木工程的稳定性起着重要作用。,土层锚杆施工,锚杆支护的优点： 安全迅速地与岩土体结合在一起，承受很大的拉力，被广泛的应用于围岩的早期支护，尤其适用于多
15、变的地质条件、块裂岩体以及形状复杂的地下洞室； 可采用高强钢材，并可施加预应力，可有效地控制建筑物的变形量； 施工所需钻孔孔径小，不用大型机械； 不占用作业空间，坑道的开挖断面比使用其他类型支护的小。,土层锚杆施工,锚杆支护的缺点： 所提供的支护阻力较小，尤其不能防止小块塌落，一般可和金属网喷射混凝土联合使用，效果较好。 锚杆包括土层锚杆及岩石锚杆。隧道工程一般采用土层锚杆。,土层锚杆施工,土层锚杆简称土锚杆，可以多层设置，它是在地面或深开挖的地下室墙面（挡土墙、桩或地下连续墙）或未开挖的基坑立壁土层钻孔（或掏孔），孔径约90130mm，然后在孔中心放进钢筋、钢管或钢丝束、钢绞线或其他抗拉材料
16、，灌入水泥浆或化学浆液，使之与土层结合成为抗拉（拔）力强的锚杆。,土层锚杆施工,土层锚杆一般由锚杆头部、自由段和锚固段三部分组成，其中锚固段用水泥浆或水泥砂浆将杆体（预应力钢筋）与土体黏结在一起形成锚杆的锚固体。 土层锚杆的锚固体结构可设计为圆柱形、端部扩大头型或连续球体型三种。,锚杆类型,锚杆类型,锚固于沙质土、硬黏土层并要求较高承载力的锚杆，宜采用连续球体型锚固体。土层锚杆的布置应符合以下规定： 锚杆上下间距不宜小于2.5m；锚杆水平方向间距不宜小于1.5m。 锚杆锚固体上覆土层厚度不应小于4.5m，锚杆锚固段不应小于4.0m。 倾斜锚杆的倾角不应小于13度，并不应大于45度，以1535度为宜。,锚杆类型,锚杆支护体系由挡土构筑物、腰梁及托架、锚杆三部分所组成，以保证施工期间的基坑边坡的稳定。,锚杆支护体系的构造,挡土构筑物,包括各种钢板桩、各种类型的钢筋混凝土预制板桩、灌注桩、旋喷桩、挖孔桩、地下连续墙、喷锚支护网等挡土护壁结构。,锚杆头部,锚杆头部是构筑物语拉杆的连接部分，为了牢固地将来自结构物的力得到传递，一方面必须保证构件本身的材料有足够的强度，相互的
