第1章

土方工程

本章概要1．土的工程性質(zhì)及其工程意義；2．場地平整的基本方式、土方量計算的方法和精度；3．土方調(diào)配原理及表上作業(yè)法；4．深基坑的非重力式及重力式支護(hù)方式；5．井點降水的類型、輕型井點管的設(shè)計計算及施工；6．土方機(jī)械的類型、施工方式，土方機(jī)械的現(xiàn)代化。1.1概述1.1.1.土方工程及土方工程的施工特點土方工程一般是指：①場地平整；②基坑(槽)及管溝開挖；③地下工程大型土方開挖；④土方填筑與壓實。土方工程施工的特點：①面廣量大、勞動繁重；②施工條件復(fù)雜；③施工時間長。1.1.2土的工程分類

土的分類方法很多,根據(jù)土的開挖（施工）難易程度,將土分為松軟土、普通土、堅土等八大類,見表1-1。

表1-1土的工程分類

1.1.3土的工程性質(zhì)1.1.3.1土的可松性

自然狀態(tài)下的土經(jīng)開挖后，其體積因松散而增加，以后雖經(jīng)回填壓實，仍不能恢復(fù)成原來的體積，這種性質(zhì)稱為土的可松性。土的可松性大小用可松性系數(shù)表示，分為最初可松性系數(shù)和最終可松性系數(shù)（表1-2和表1-3）。

1-2土的最初可松性系數(shù)和最終可松性系數(shù)表

土的可松性系數(shù)公式符號說明一般情況最初可松性系數(shù)Ks=v2/V1V1——土在自然狀態(tài)下的體積V2——土經(jīng)開挖成松散狀態(tài)下的體積V3——土經(jīng)回填壓實后的體積∵V2>V3∴KS>KS/最終可松性系數(shù)Ks’=v3/V1土的類別KSKS/土的類別KSKS/一類土（植物性土、泥炭除外）1.08~1.171.01~1.03四類土（泥灰?guī)r、蛋白石除外）1.26~1.321.06~1.09一類土（植物性土、泥炭）1.20～1.301.03～1.04四類土（泥灰?guī)r、蛋白石）1.33~1.371.11~1.15二類土1.14~1.281.02~1.05五～七類土1.30~1.451.10~1.20三類土1.24~1.301.04~1.07八類土1.40~1.501.20~1.30

表1-3土的可松性系數(shù)參考值土可松性系數(shù)的工程意義：在土方平整中設(shè)計標(biāo)高的調(diào)整、土方設(shè)備的選擇、回填土方量的計算中需要用到土的可松性系數(shù)。1.1.3.2土的含水量

土的含水量是指土中水的質(zhì)量與土的固體顆粒之間的質(zhì)量比，以百分?jǐn)?shù)表示。

G1-G2

w=———×100%(1.1)G2

式中G1——含水狀態(tài)土的質(zhì)量

G2——烘干后土的質(zhì)量（土經(jīng)105°C烘干后的質(zhì)量）土的含水量表示土的干濕程度，土的含水量在5%以內(nèi)稱為干土；土的含水量在5%~30%稱為潮濕土；土的含水量大于30%稱為濕土。實際工程中土的最佳含水量以土握在手里成團(tuán)，掉到地上開花為準(zhǔn)。

含水量的工程意義：在邊坡系數(shù)的選擇、回填土的壓實、人工降水設(shè)備的選擇以及土方施工設(shè)備的選擇中要用到土的含水量。1.1.3.3土的滲透性土的滲透性是指土體被水透過的性質(zhì)，水流通過土中孔隙的難易程度。土的滲透性是用滲透性系數(shù)K表示。土的滲透性系數(shù)實驗室測定方式：法國學(xué)者達(dá)西根據(jù)發(fā)現(xiàn)水在土中的滲流速度V與水利坡度i成正比，即

V=K·i(1.2)i——水力坡度，又叫水力坡度；K——土的滲透性系數(shù)（m/d、cm/s）。

如圖1.1所示砂土的滲透實驗，經(jīng)過長為L的滲流路程，AB兩點的水位差為h，它與滲流路程之比稱為水利坡度，即i=h/L=(H1-H2)/L(1.3)H1-------高水位（m）；H2-------低水位（m）；L--------土的滲流長度（m）。

工程中以增加L來降低i，從而降低V，即基坑設(shè)置排樁的意義（參見本章1.3.2.1的第3點）。

式中Q、L、A、H1、H2均已知，從而可求出K。

滲透性系數(shù)的工程意義：在涌水量的計算中，降、排水設(shè)備的選擇要用

到土的滲透性系數(shù)。

單位時間內(nèi)流過砂土的水量Q=V·A(1.4）A——土樣橫截面面積（m2）；V——水在土中的滲流速度（m/S）。將式（1-2）和式（1-3）代入式（1-4）得(1.5）(1.6）

1.2．土方開挖1.2.1土方邊坡形式土方邊坡的穩(wěn)定主要是由于土體內(nèi)土顆粒之間存在的摩阻力和粘結(jié)力，使土體具有一定的抗剪強(qiáng)度，當(dāng)下滑力超過土體的抗剪強(qiáng)度時就會產(chǎn)生滑坡。土體抗剪強(qiáng)度的大小與土質(zhì)有關(guān)，粘性土顆粒之間不僅具有摩擦力，而且具有粘結(jié)力。砂性土顆粒之間只有摩阻力，沒有粘結(jié)力，所以粘性土的邊坡可陡些，砂性土的邊坡則應(yīng)平緩些。土方邊坡的坡度以其挖方深度h與邊坡底寬b之比來表示。

(1.7)m=b/h稱為邊坡系數(shù)，m的意義是挖深為1m時坡底寬度是m,坡度為45°時m=1。這樣做的目地主要是為了使用方便，例如b:h＝1:1、2:2、3:3、4:4的坡度系數(shù)均為1，m越大坡度越緩，m越小坡度越陡。邊坡形式（及圖列）直線形折線形階梯形

特點常用形式用于不同土質(zhì)的土層穩(wěn)定性好土方邊坡大小應(yīng)根據(jù)土質(zhì)、開挖深度、開挖方法、施工工期、地下水位、坡頂荷載及氣候條件等因素確定。邊坡可做成直線、折線或階梯形(表1-4)。在坡體整體穩(wěn)定的情況下,如地質(zhì)條件良好,土(巖)質(zhì)較均勻,高度在3m以內(nèi)的臨時性挖方邊坡坡度宜符合表1-5的規(guī)定。表1-4邊坡形式及特點1.2.2土方工程量計算1.2.2.1場地平整土方量計算根據(jù)建筑設(shè)計要求,將擬建的建筑物場地范圍內(nèi),高低不平的地形整為平地,即為場地平整。1.場地平整的基本原則場地內(nèi)總土方量在場地平整前后保持不變,即場地內(nèi)挖填平衡,場地內(nèi)總挖方工程量等于總填方工程量（理論上的假設(shè)）:總挖方=總填方。

2.計算方法及步驟(1)計算方格網(wǎng)各角點施工高度

①挖填平衡原理A.初步確定場地設(shè)計標(biāo)高

利用場地內(nèi)平整前總土方量(V前)=平整后總土方量(V后)的原則,初步計算場地設(shè)計標(biāo)高。根據(jù)要求的精度,視地形的起伏情況,首先將帶等高線的場地地形圖劃分邊長為10~40m的方格網(wǎng),然后求出各方格網(wǎng)角點的地面自然標(biāo)高Hij(圖1-3)。地形平坦時,可根據(jù)地形圖相對兩等高線的標(biāo)高,用插入法求得;地形不平坦時,用插入法有較大誤差,可在地面上用木樁打好方格網(wǎng),然后用儀器直接測出。根據(jù)場地內(nèi)挖填平衡的原則：式中H1──為一個方格僅有的角點標(biāo)高；

H2──為二個方格共有的角點標(biāo)高；

H3──為三個方格共有的角點標(biāo)高；

H4──為四個方格共有的角點標(biāo)高；

平整后土方量V后

=H0a2n（1.9）

式中H0──平整后的場地標(biāo)高；

n──方格數(shù)；

∵

V前=V后：

∴

∴

（1.10

）（1.8）B.場地各角點設(shè)計標(biāo)高的調(diào)整按上述公式計算的場地設(shè)計標(biāo)高H0

為一理論值,還需要考慮以下因素進(jìn)行調(diào)整。a.土的可松性影響由于土具有可松性,按理論計算的H0施工,填土?xí)惺Ｓ?為此要適當(dāng)提高設(shè)計標(biāo)高。如圖1-4所示,設(shè)Δh為土的可松性引起的設(shè)計標(biāo)高增加值,則設(shè)計標(biāo)高調(diào)整后的總挖方體積應(yīng)為FW、FT——按場地初步設(shè)計標(biāo)高（H0）計算得出的挖方區(qū)、填方區(qū)總面積；K′S——土的最終可松性系數(shù)。b.借土或棄土的影響

在場地內(nèi)修筑路堤等需要土方,此時,若按H0

施工,則會出現(xiàn)用土不足,需降低設(shè)計標(biāo)高;或者在場地內(nèi)若有大型基坑開挖,則有多余土方,為了防止余土外運,需提高設(shè)計標(biāo)高,該降低值或提高值為Q為不足土方量或多余土方量?？紤]借土或棄土的影響后,場地設(shè)計標(biāo)高應(yīng)調(diào)整為：

（1.12）Q為按場地初步設(shè)計標(biāo)高(H0)平整后不足或多余的土方量。借土取“-”,棄土取“+”。c.考慮泄水坡度對設(shè)計標(biāo)高的影響按上述調(diào)整后的設(shè)計標(biāo)高進(jìn)行場地平整,整個場地表面將處于同一個水平面,但實際上由于排水要求,場地表面均有一定的泄水坡度,因此還要根據(jù)場地泄水坡度要求,計算出場地內(nèi)實際施工的設(shè)計標(biāo)高。平整場地坡度,一般標(biāo)明在圖紙上,如設(shè)計無要求,一般取不小于2%的坡度,根據(jù)設(shè)計圖紙或現(xiàn)場情況,泄水坡度分單向泄水和雙向泄水(表1-6)。C.場地各角點施工高度

hn=Hij′－Hij

（1.14）式中hn——該角點的挖填高度，“+”值表示填方，“－”值表示挖方。

Hij′——該角點設(shè)計標(biāo)高。

Hij——該角點自然地面標(biāo)高，也就是地形圖上，各方格角點實際標(biāo)高，一般按地形圖用插入法求。②最佳設(shè)計平面法A.劃分方格網(wǎng),依據(jù)等高線圖用插入法求得各角點的實際標(biāo)高。B.假定最佳設(shè)計平面由c、ix（泄水坡度）、iy決定（圖1.5）.

方格網(wǎng)某角點的理論標(biāo)高是Hi′＝Zi′＝C+xiix＋yiiy（1.15）

方格網(wǎng)某角點的實際標(biāo)高是Hi=ZiC.方格網(wǎng)某角點的施工高度是hi

＝Hi′－Hi＝C+xiix＋yiiy

－Zi

（1.16）D.從土方量的計算可知,如果要總的施工土方量(包括挖和填)最小,就要令各角點施工高度之和為最小,但如果將各施工高度直接相加,由于各施工高度有正有負(fù),各施工高度求和一定近似為零,不符合我們的要求,故將各施工高度平方后再求和,并令其為最小:

以函數(shù)σ對c、ix、iy

分別求偏導(dǎo),并分別令它們?yōu)榱?求得c、ix、iy,這是在保證總的土方量最小和挖填平衡的條件下求出的設(shè)計平面,故稱為最佳設(shè)計平面,將它們代入式(1-15)求出方格網(wǎng)各角點的理論高度,再將它們代入式(1-16)求得方格網(wǎng)所有角點的施工高度。

最佳設(shè)計平面法引自《數(shù)學(xué)方法》中的誤差理論,由于理論研究的需要,符號的使用與挖填平衡不完全一致。

最佳設(shè)計平面法是要求順地面坡勢平整場地,即無論是挖是填,總的土方量最小,也就是在最經(jīng)濟(jì)的前提條件下平整場地,實際工程中很少采用,主要用于理論研究。C－原點標(biāo)高；ix＝tanα＝－c/a；iy＝tanβ＝－c/b

圖1-5一個平面的空間位置(2)計算零點標(biāo)出零線①已知各方格角點的施工高度施工高度,就是每一個方格角點的挖填高度hn。②計算零點位置并標(biāo)出零線當(dāng)同一方格的四個角點的施工高度全為“+”或全為“-”時,說明該方格內(nèi)的土方則全部為填方或全部為挖方;如果一個方格中一部分角點的施工高度為“+”,而另一部分為“-”時,說明此方格中的土方一部分為填方,而另一部分為挖方,這時必定存在不挖不填的點,這樣的點叫零點,把一個方格中的所有零點都連接起來,形成零線,即挖方與填方的分界線。計算零點的位置,是根據(jù)方格角點的施工高度用幾何法求出,如圖1-6所示,D點為挖方,C點為填方,則

△AOD∽△BOC

式中h1、h2———相鄰兩角點挖方、填方施工高度(以絕對值代入)（m）;a———方格邊長（m）;x———零點距角點A的距離(m)。(3)土方量計算①四棱柱法按照原劃分的方格網(wǎng)方格計算土方量(表1-7如下)。方格形式公式

角點全填或全挖

角點二填或二挖

角點一填三挖

注:1)h1、h2、h3、h4———方格四個角點挖或填的施工高度(以絕對值代入),m;2)a———方格邊長,m。②三棱柱法計算時先把方格網(wǎng)順地形等高線將各個方格劃分成三角形(圖1-7)。每個三角形的三個角點的填挖施工高度用h1、h2、h3

表示,再對每個三角形進(jìn)行土方量計算(表1-8)。四棱柱法與三棱柱法的計算精度比較:四方棱柱體的計算公式是根據(jù)平均中斷面的近似公式推導(dǎo)而得的,當(dāng)方格網(wǎng)中地形不平時,誤差較大,但計算簡單,易于手工計算。

三角棱柱體的計算公式是根據(jù)立體幾何體積計算公式推導(dǎo)出來的,三角棱柱體精確度較四方棱柱體的計算精度高,但計算繁雜。三角形的斜線注意要順著等高線方向進(jìn)行劃分,且必須順等高線方向劃分,如果垂直等高線劃分,其計算精度比四方棱柱體的計算精度還要低。

③斷面法在地形起伏變化較大的地區(qū),或挖填深度較大,斷面又不規(guī)則的地區(qū),采用斷面法比較方便。方法:沿場地取若干個相互平行的斷面(可利用地形圖定出或?qū)嵉販y量定出),將所取的每個斷面(包括邊坡斷面)劃分為若干個三角形和梯形,如圖1-8所示,則面積Fi=f1+f2+f3+……+fn－1

(fn合并到f1)如果d1=d2=d3=…=dn=d,則Fi=(h1+h2+h3+…+hn-1)d(1-19)斷面面積求出后,即可計算土方體積,設(shè)各斷面面積分別為F1,F2,…,Fm,相鄰兩斷面間的距離依次為L1,L2,L3,…,Lm,則所求土方體積為注意:L1,L2,L3,…,Lm

的大小與地形有關(guān),地形平坦可取大一些;地形起伏較大可取小一些。

斷面法雖然精度稍低,但由于計算速度快,常用于地面起伏不大、土方工程量較大的實際工程。1.2.3土方調(diào)配1.2.3.1土方調(diào)配原理大面積的場地平整是一項工程量較大的工作,如何經(jīng)濟(jì)、準(zhǔn)確地將挖方區(qū)的土方運輸?shù)教罘絽^(qū),這就需要對土方進(jìn)行調(diào)配。1.劃分調(diào)配區(qū)

劃分調(diào)配區(qū)是進(jìn)行土方調(diào)配的首要條件,不需要進(jìn)行土方調(diào)配,則不必劃分調(diào)配區(qū)。劃分調(diào)配區(qū)必須遵循下列基本原則:(1)調(diào)配區(qū)的劃分應(yīng)該與房屋和構(gòu)筑物的平面位置協(xié)調(diào),并考慮它們的開工順序、分期施工順序。(2)調(diào)配區(qū)的大小應(yīng)該滿足土方施工主導(dǎo)機(jī)械的技術(shù)要求。(3)調(diào)配區(qū)的范圍應(yīng)該和土方工程量計算的方格網(wǎng)協(xié)調(diào),一般有若干個方格組成一個調(diào)配區(qū)。(4)就近取土或棄土,一個取土區(qū)或一個棄土區(qū)都可作為一個獨立的調(diào)配區(qū)。2.計算調(diào)配區(qū)之間的運距調(diào)配區(qū)之間的運距:推土機(jī)、鏟運機(jī)按平均運距;裝載機(jī)配自卸汽車按實際運距。平均運距即挖方區(qū)土方重心至填方區(qū)土方重心的距離。因此,求平均運距,需先求出每個調(diào)配區(qū)的重心。取場地或方格網(wǎng)中的縱橫兩邊為坐標(biāo)軸,分別求出各區(qū)土方的重心位置,即式中x0、y0———挖或填方調(diào)配區(qū)的重心坐標(biāo);V———每個方格的土方量;x、y———每個方格的重心坐標(biāo)。

但在實際計算中,重心非常難求,一般都用作圖法近似地求出形心位置以代替重心位置。重心求出后,調(diào)配區(qū)之間的平均運距可按下式計算:式中L———挖、填方區(qū)之間的平均運距;x0t、y0t———填方區(qū)的重心坐標(biāo);x0w、y0w———挖方區(qū)的重心坐標(biāo)。3.建立目標(biāo)函數(shù)見表1-9,已知m個挖方區(qū)Wi所需挖方量分別為a1,a2,…,ai,…,am,n個填方區(qū)Tj

所需填方量分別為b1,b2,…,bj,…,bn。建立目標(biāo)函數(shù)Z=ΣΣXijCij

（元）式中Xij———某一個挖方區(qū)給某一個填方區(qū)的土方量（m3）;Cij———某一個挖方區(qū)到某一個填方區(qū)之間的運距或土方量運輸單價（元/m3）。該目標(biāo)函數(shù)的約束條件:4.方程求解解方程組,求得各Xij,使目標(biāo)函數(shù)Z最小(也就是總的土方量施工費用最低,實質(zhì)上是土的總挖填運輸費用最低)。因此土方調(diào)配的目的就是在費用最低的情況下完成場地內(nèi)土方的開挖運輸。

1.2.3.2土方調(diào)配表上作業(yè)法如果采用解方程組求目標(biāo)函數(shù)最小的方法,一般會出現(xiàn)未知數(shù)大于方程數(shù)的情況,這樣解方程求Xij

非常麻煩,填挖方區(qū)越多,解方程越麻煩。因此我們采用運籌學(xué)的方法進(jìn)行土方調(diào)配,該方法稱為“表上作業(yè)法”。

表上作業(yè)法計算速度快,但精度有限,它所找到的最優(yōu)方案可能有幾個,這些最優(yōu)方案的目標(biāo)函數(shù)不一定最小,但接近最小值,在保證計算速度和精度的情況下,這已經(jīng)足夠了,同時多種方案的出現(xiàn)對我們是有利的。

下面結(jié)合例題來說明用表上作業(yè)法求土方調(diào)配最優(yōu)方案的步驟與方法。

圖1-10所示為一矩形場地,圖中小方格的數(shù)字為各調(diào)配區(qū)的土方量,箭桿上的數(shù)字為各調(diào)配區(qū)之間的運距(或單價),試求最優(yōu)土方調(diào)配方案。將圖1-10中的土方量及運距(或單價)填入表1-10中。第一步:編制初始調(diào)配方案

編制初始調(diào)配方案采用“最小元素法”原則:即優(yōu)先對運距或運費最小的調(diào)配區(qū)最大限度地供應(yīng)土方量。

即先在表1-10中找運距(或單價)Cij最小的數(shù)值格,如C22=C43=40,任取其中一個,如取C43,則先確定X43

的值,使其盡可能大,即X43=max{400挖方區(qū)現(xiàn)有的量,500填方區(qū)需要量}=400。由于W4挖方區(qū)的土方全部調(diào)到T3

填方區(qū),所以X41

和X42

都等于零。此時,將400填入X43

格內(nèi),同時將X41、X42

格內(nèi)畫上一個“×”號。

然后在沒有填上數(shù)字和“×”號的方格內(nèi)再選一個運距最小的方格,即C22=40,便可確定X22=500,同時使X21=X23=0。此時,又將500填入X22

格內(nèi),并在X21、X23

格內(nèi)畫上“×”號。

重復(fù)上述步驟,依次確定其余Xij

的數(shù)值,最后得出表1-11的初始調(diào)配方案。初始調(diào)配方案的目標(biāo)函數(shù):Z0=500×50+500×40+300×60+100×110+100×70+400×40=97000(m3·m)由于利用“最小元素法”編制初始方案,也就優(yōu)先考慮了就近調(diào)配的原則,所以求得總運輸量(或總價)是較小的。但這并不能保證其總運輸量(或總價)最小,因此還需要進(jìn)行判別,看它是否為最優(yōu)方案。第二步:最優(yōu)方案的判別

現(xiàn)就“假想運距或假想價格系數(shù)”求檢驗數(shù)予以介紹。

首先將初始方案中所有方格的運距(或價格)Cij

填入表1-12中形成Cij

表。然后將初始方案中有土方調(diào)配數(shù)方格的Cij列入表1-13中,其他方格的假想運距(或單價)按對角相加相等原則求出,例如利用已知的110、40、70(已有土方調(diào)配數(shù)的運距),求第四個方格的數(shù)C'42,計算遵循110+40=70+C'42,得到C'42=80填到該方格里,同理依次求出其他方格的C'ij,例如30、-10、100、0、60(表格中的黑體字),最后建立假想運距或假想價格系數(shù)C'ij

表。

令檢驗數(shù)λij=Cij-C'ij(1-26)如果λij≥0時方案為最優(yōu)方案(一般可能會有幾個最優(yōu)方案),Z接近Zmin

λij<0時方案非最優(yōu)經(jīng)檢驗數(shù)的計算,有初始調(diào)配數(shù)的方格里λij

均為0,λ12為負(fù),其他λij大于0,出現(xiàn)了負(fù)值格,則方案非最優(yōu)。說明往X12里填土方,還可以使目標(biāo)函數(shù)降低,即土方調(diào)配的總價還可以降低,故需調(diào)整初始方案。第三步:非最優(yōu)方案的調(diào)整

調(diào)整方法:閉回路法。在所有負(fù)檢驗數(shù)中選一個(如果有幾個負(fù)檢驗數(shù),可選最小的一個,本例只有一個,即λ12)。

原則:從負(fù)值格出發(fā),可向前、向后、向上或向下前進(jìn),遇到適當(dāng)?shù)挠袛?shù)字的方格做90°轉(zhuǎn)彎(也可不轉(zhuǎn)),然后繼續(xù)前進(jìn),經(jīng)過4次轉(zhuǎn)彎回到出發(fā)格,形成一條以有土方量的方格為轉(zhuǎn)角點的、用水平和豎直線連起來的閉回路。從奇數(shù)次轉(zhuǎn)角的土方量數(shù)字中,挑選一個小的土方量Xij,將它填入該負(fù)值格內(nèi)。同時將閉回路上另一奇數(shù)次轉(zhuǎn)角上的土方量減去Xij,偶數(shù)次轉(zhuǎn)角上的土方量增加Xij。使得填挖方區(qū)的土方量仍然保持平衡,這樣調(diào)整后,便可得到新的調(diào)配方案。

所做閉合回路見表1-14,將奇數(shù)次轉(zhuǎn)角上的100調(diào)入X12,另一奇數(shù)次轉(zhuǎn)角上500-100=400,偶數(shù)次轉(zhuǎn)角上300+100=400,繼續(xù)維持挖填平衡,得到新的土方調(diào)配方案,見表1-15。再回到第二步,對方案進(jìn)行檢驗,進(jìn)行最優(yōu)方案的判別。經(jīng)檢驗所有λij≥0,故該方案最優(yōu)。計算調(diào)整后方案的目標(biāo)函數(shù):Z=400×50+100×70+500×40+400×60+100×70+400×40=94000(m3·m)

與Z0=97000(m3·m)比較,可看到調(diào)整后方案的目標(biāo)函數(shù)更低。如果檢驗數(shù)中仍有負(fù)值格出現(xiàn),那就仍按上述步驟繼續(xù)進(jìn)行調(diào)整,直到最優(yōu)方案為止。最后將調(diào)配方案繪成土方調(diào)配圖(圖1-11)。在土方調(diào)配圖上應(yīng)注明挖填調(diào)配區(qū)、調(diào)配方向、土方量以及每對挖填調(diào)配區(qū)之間的平均運距。

1.3基坑（槽）支護(hù)基坑(槽)支護(hù)是為保證地下結(jié)構(gòu)施工及基坑側(cè)壁采取的支擋、加固和保護(hù)措施。支護(hù)系統(tǒng)一般由兩部分組成,即擋土結(jié)構(gòu)和支撐結(jié)構(gòu);其中支撐結(jié)構(gòu)又可分為內(nèi)支撐和外錨固兩大類。1.3.1一般基坑(槽)支護(hù)一般基坑(槽)支護(hù)分類如下:一般基坑(槽)的支護(hù)可根據(jù)基坑(槽)的寬度、深度及大小采用不同形式,見表1-16。1.3.2深基坑支護(hù)一般深基坑是指開挖深度超過5m(含5m)或地下室三層以上(含三層),或深度雖未超過5m,但地質(zhì)條件和周圍環(huán)境及地下管線特別復(fù)雜的工程。1.3.2.1非重力式支護(hù)非重力式支護(hù)方式如下:以上各方式結(jié)合使用效果更好。支撐一般可采用內(nèi)支撐或外錨固,可用混凝土支撐、鋼管支撐或錨桿。此外還有簡便易行的噴射混凝土護(hù)面或土體局部鋼筋網(wǎng)加土釘?shù)确椒ā?/p>

1.H型鋼支柱擋板這種支柱(H型鋼)按一定間距打入土中,支柱之間設(shè)木擋板或其他擋土設(shè)施(隨開挖逐步加設(shè)),支護(hù)和擋板可回收使用,較為經(jīng)濟(jì)。適用于土質(zhì)較好(不適宜含石量較多的土層)、地下水位較低的地區(qū),國外應(yīng)用較多,國內(nèi)亦有應(yīng)用。如北京京城大廈深23.5m的深基坑即用這種支護(hù)結(jié)構(gòu),將H型鋼按1.1m間距打入土中,用三層土錨桿拉固,如圖1-12所示。

施工順序:工字鋼→擋板→土方開挖→擋板→土方開挖…2.鋼板樁在軟土地基地區(qū)鋼板樁打設(shè)方便,有一定擋水能力,施工迅速,且打設(shè)后可立即開挖,當(dāng)基坑深度不太大時往往是考慮的方案之一。隨著施工技術(shù)的發(fā)展,目前工程上流行鋼板樁-內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)或錨桿結(jié)構(gòu)。(1)鋼板樁的類型熱軋鎖口鋼板樁截面形式如圖1-13所示,其中Z形鋼板樁又叫“波浪形”或“拉森形”;一字形鋼板樁又叫平板樁。常用者為U形和Z形兩種,U形鋼板樁可用于開挖深度5~10m的基坑,目前在上海等地區(qū)廣泛使用,基坑深度很大時才用組合形,一字形在建筑施工中基本不用,在水工等結(jié)構(gòu)施工中有時用來圍成圓形墩隔墻。(2)鋼板樁的施工①鋼板樁打設(shè)前的準(zhǔn)備工作A.鋼板樁的檢驗與矯正鋼板樁檢驗與矯正的內(nèi)容有表面缺陷矯正、端部矩形比矯正、樁體撓曲矯正、樁體截面局部變形矯正、鎖口變形矯正。B.導(dǎo)架安裝

為保證沉樁軸線位置的正確和樁的豎直,控制樁的打入精度,防止板樁的屈曲變形和提高樁的貫入能力,一般都需要設(shè)置一定剛度的、堅固的導(dǎo)架,亦稱“施工圍檁”。導(dǎo)架通常由導(dǎo)梁和圍檁樁等組成,它的形式,在平面上有單面和雙面之分,在高度上有單層和雙層之分。一般常用的是單層雙面導(dǎo)架,圍檁樁的間距一般為2.5~3.5m,雙面圍檁之間的間距一般比板樁墻厚度大8~15mm。

導(dǎo)架不能與鋼板樁相碰。圍檁樁不能隨著鋼板樁的打設(shè)而下沉或變形。導(dǎo)梁的高度要適宜,要有利于控制鋼板樁的施工高度和提高工效(圖1-14)。②鋼板樁的打設(shè)A.鋼板樁打設(shè)方式選擇a.單獨打入法。這種方法是從板樁墻的一角開始,逐塊(或兩塊為一組)打設(shè),直至工程結(jié)束。這種打入方法簡便、迅速,不需要其他輔助支架。但是易使板樁向一側(cè)傾斜,且誤差積累后不易糾正。為此,這種方法只適用于板樁墻要求不高,且板樁長度較小(如小于10m)的情況。b.屏風(fēng)式打入法。這種方法是將10~20根鋼板樁(為一組)成排插入導(dǎo)架內(nèi),呈屏風(fēng)狀,然后再分批施打。施打時先將屏風(fēng)墻兩端的鋼板樁打至設(shè)計標(biāo)高或一定深度,成為定位板樁,然后在中間按順序分1/3、1/2板樁高度呈階梯狀打入(圖1-14)。這種打樁方法的優(yōu)點是可以減少傾斜誤差積累,防止過大的傾斜,而且易于實現(xiàn)封閉合龍,能保證板樁墻的施工質(zhì)量。其缺點是插樁的自立高度較大,要注意插樁的穩(wěn)定和施工安全,一般情況下多用這種方法打設(shè)板樁墻,它耗費的輔助材料不多,但能保證質(zhì)量。B.鋼板樁的打設(shè)工藝先用吊車將鋼板樁吊至插樁點處進(jìn)行插樁,插樁時鎖口要對準(zhǔn),每插入一根即套上樁帽輕輕加以錘擊。在打樁過程中,為保證鋼板樁的垂直度,用兩臺經(jīng)緯儀在兩個方向加以控制。為防止鎖口中心線平面位移,可在打樁進(jìn)行方向的鋼板樁鎖口處設(shè)卡板,阻止板樁位移。同時在圍檁上預(yù)先算出每根板樁的位置,以便隨時檢查校正。鋼板樁分幾次打入,如第一次由20m高打至15m,第二次則打至10m,第三次打至導(dǎo)梁高度,待導(dǎo)架拆除后第四次才打至設(shè)計標(biāo)高。打樁時,開始打設(shè)的第一、二根鋼板樁的打入位置和方向要確保精度,它可以起樣板導(dǎo)向作用,一般每打入1m應(yīng)測量一次。地下工程施工結(jié)束后,鋼板樁一般都要拔出,以便重復(fù)使用。3.柱列式擋土墻(排樁)(1)柱列式擋土墻(排樁)的形式柱列式擋土墻又稱排樁式擋土墻,屬板式支護(hù)體系。它是把單個樁體按照其成樁工藝的不同,如鉆孔灌注樁、預(yù)制混凝土樁、挖孔樁、壓漿樁、SMW(樁型擋墻)及其他混合式樁等,并排連接起來形成的地下?lián)跬两Y(jié)構(gòu)。這些單個樁體在平面布置上采取不同的排列,形成連續(xù)或相對連續(xù)的排樁擋墻,頂部澆筑鋼筋混凝土圈梁以連接成整體,來支擋不同地質(zhì)和施工技術(shù)條件下基坑開挖的側(cè)向水土壓力（見本章土的滲透性1.1.3.3.）。圖1-15為鋼筋混凝土灌注樁的布置形式。如圖1-15所示,間隔排列形式適用于無地下水或地下水位較深、土質(zhì)較好的情況,一字形相切或搭接排列形式往往因在施工中樁的垂直度不能保證及樁體擴(kuò)頸等原因影響樁體搭接施工,從而達(dá)不到防水要求。工程中常采用間隔排列并與防水措施結(jié)合的形式(稱柱列式擋土墻形式),詳情見本節(jié)(2)墻體防滲。當(dāng)場地條件許可、單排樁懸臂結(jié)構(gòu)剛度不足時,可采用雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)。當(dāng)采用雙排式灌注樁支護(hù)結(jié)構(gòu)時,一般采用直徑較小的灌注樁做雙排布置,樁頂用圈梁連接,使樁頭連成一體,這一措施可有效減小樁頂位移及地表變形,形成門式結(jié)構(gòu)以增強(qiáng)擋土能力。雙排樁在平面上可按三角形布置,也可按矩形布置(圖1-16)。前后排樁距δ=1.5~3.0d(中心距),樁頂連梁寬度為δ+d+20,即比雙排樁稍寬一點。(2)墻體防滲樁孔灌注樁排樁墻體防滲可采取兩種方式:一是將樁體相互搭接,二是另增設(shè)擋水抗?jié)B結(jié)構(gòu)(圖1-17),前一種方式對施工工藝要求高,且由于樁位、樁垂直度的偏差所引起的墻體滲漏仍難以完全避免,所以在水位較高的軟土地區(qū),一般采用后一種方式。

當(dāng)采用增設(shè)擋水抗?jié)B結(jié)構(gòu)時,樁體間可留100~150mm的施工間隙,防水主要采用柱間壓密樁、柱間高壓旋噴樁、水泥攪拌樁、注漿止水帷幕、凍結(jié)排樁法等。第一、二種方式比較經(jīng)濟(jì),一般適用于環(huán)境要求不太嚴(yán)格的小型基坑工程;第三、四種方式主要適用于體形大、開挖深的基坑工程;凍結(jié)排樁法是進(jìn)行特大型深基坑支護(hù)施工中既支護(hù)又防水的一種新施工方法。按一般經(jīng)驗,基坑深度不超過10m時,通常只需設(shè)一排攪拌樁止水;當(dāng)深度超過10m時或環(huán)境條件有特殊要求時,可增至2排攪拌樁,甚至在鉆孔樁之間再補(bǔ)以壓密注漿。

凍結(jié)排樁法是以含水地層凍結(jié)形成的凍結(jié)帷幕墻為基坑的封水結(jié)構(gòu),以排樁及內(nèi)支撐系統(tǒng)為抵抗水土壓力的受力結(jié)構(gòu),充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢。在施工深、大基坑時,采用排樁作為結(jié)構(gòu)支撐體系工藝成熟,凍結(jié)帷幕具有良好的封水性能,兩種技術(shù)的結(jié)合不僅解決了基礎(chǔ)維護(hù)結(jié)構(gòu)的嵌巖問題而且解決了封水問題,施工可操作性強(qiáng)。兩種技術(shù)的結(jié)合既是優(yōu)勢互補(bǔ),又是一種大膽的技術(shù)創(chuàng)新,但凍結(jié)排樁法成本較高,一般情況下較少使用。(3)柱列式擋土墻的特點與應(yīng)用

柱列式擋土墻與壁式鋼筋混凝土地下墻相比,其優(yōu)點在于施工工藝簡單,成本低,平面布置靈活,缺點是防滲和整體性較差,一般適用于中等深(6~10m)的基坑圍護(hù)。4.地下連續(xù)墻地下連續(xù)墻是先在地層中開挖溝槽,再放置鋼筋,然后澆灌混凝土形成的墻體。地下連續(xù)墻可以是基礎(chǔ)的一部分,也可以只做擋土墻或截水墻用。隨著施工技術(shù)的發(fā)展,目前工程上流行地下連續(xù)墻——內(nèi)支撐或錨桿結(jié)構(gòu)。(1)施工設(shè)備挖槽的機(jī)械有垂直軸多頭鉆機(jī)、連續(xù)墻液壓抓斗、水平軸雙輪銑成槽機(jī)等。垂直軸多頭鉆機(jī)也叫多頭鉆成槽機(jī)。如圖1-18所示：(2)地下連續(xù)墻施工工藝在工程開挖土方之前,用特制的挖槽機(jī)械在泥漿護(hù)壁的情況下每次開挖一定長度(一個單元槽段約6~10m)的溝槽,待開挖至設(shè)計深度并清除沉淀下來的泥渣后,將在地面上加工好的鋼筋骨架(一般稱為鋼筋籠)用起重機(jī)械吊放入充滿泥漿的溝槽內(nèi),用導(dǎo)管向溝槽內(nèi)進(jìn)行水下混凝土的澆筑,由于混凝土是由溝槽底部開始逐漸向上澆筑,隨著混凝土的澆筑即將泥漿置換出來,待混凝土澆至設(shè)計標(biāo)高后,一個單元槽即施工完畢。各個單元槽之間由特制的接頭連接,形成連續(xù)的地下鋼筋混凝土墻,如圖1-19所示。

1.3.2.4土層錨桿土層錨桿是一種錨固技術(shù),又是一種有效的支護(hù)技術(shù),錨桿可將淺層不穩(wěn)定巖土體荷載傳遞至深層未擾動的穩(wěn)定土層。

1.土層錨桿的構(gòu)造錨固支護(hù)結(jié)構(gòu)的土層錨桿通常由錨頭、錨頭墊座、支護(hù)結(jié)構(gòu)、鉆孔、防護(hù)套管、拉桿(拉索)、錨固體、錨底板(有時無)等組成(圖1-25)。適用于深度為12m左右的一級基坑。2.土層錨桿的類型、施工特點及使用情況土層錨桿的類型、施工特點及使用情況見表1-17。錨桿類型施工特點及使用情況一般灌漿錨桿鉆孔后放入受拉桿件，然后用砂漿泵將水泥漿或水泥砂漿注入孔內(nèi)，經(jīng)養(yǎng)護(hù)后，即可承受拉力高壓灌漿錨桿(又稱預(yù)壓錨桿)其與一般灌漿錨桿的不同點是在灌漿階段對水泥砂漿施加一定的壓力，使水泥砂漿在壓力下壓入孔壁四周的裂縫并在壓力下固結(jié)，從而使錨桿具有較大的抗拔力預(yù)應(yīng)力錨桿先對錨固段進(jìn)行一次壓力灌漿，然后對錨桿施加預(yù)應(yīng)力后錨固并在非錨固段進(jìn)行不加壓二次灌漿也可一次灌漿(加壓或不加壓)后施加預(yù)應(yīng)力。我國目前大都采用預(yù)應(yīng)力錨桿擴(kuò)孔錨桿用特制的擴(kuò)孔鉆頭擴(kuò)大錨固段的鉆孔直徑，或用爆擴(kuò)法擴(kuò)大鉆孔端頭，從而形成擴(kuò)大的錨固段或端頭，可有效提高錨桿的抗拔力。擴(kuò)孔錨桿主要用在松軟地層中另外,還有重復(fù)灌漿錨桿、可回收錨筋錨桿等。表1-17土層錨桿的類型、施工特點及使用情況3.土層錨桿施工土層錨桿施工包括鉆孔、安放拉桿、灌漿和張拉錨固。在正式開工之前還需進(jìn)行必要的準(zhǔn)備工作。(1)鉆孔①鉆孔機(jī)械選擇土層錨桿鉆孔用的鉆孔機(jī)械,按工作原理分,有旋轉(zhuǎn)式鉆孔機(jī)、沖擊式鉆孔機(jī)和旋轉(zhuǎn)沖擊式鉆孔機(jī)三類。主要根據(jù)土質(zhì)、鉆孔深度和地下水情況進(jìn)行選擇。②土層錨桿鉆孔的特點及應(yīng)達(dá)到的要求

土層錨桿的鉆孔多數(shù)有一定的傾角,因此孔壁的穩(wěn)定性較差。且由于土層錨桿的長細(xì)比很大,孔洞很長,保證鉆孔的準(zhǔn)確方向和直線性較困難,易偏斜和彎曲。因此施工時應(yīng)該注意:A.孔壁要平直,以便安放鋼拉桿和灌注水泥漿。B.孔壁不得塌陷和松動,否則影響鋼拉桿安放和土層錨桿的承載能力。

C.鉆孔時不得使用膨潤土循環(huán)泥漿護(hù)壁,以免在孔壁上形成泥皮,降低錨固體與土壁間的摩阻力。(2)安放拉桿

土層錨桿用的拉桿有鋼管、粗鋼筋、鋼絲束和鋼絞線,目前常用的是鋼絲束、鋼絞線以及鋼絞線束。主要根據(jù)土層錨桿的承載能力和現(xiàn)有材料的情況來選擇,承載能力較小時多用粗鋼筋,承載能力較大時多用鋼絞線。①鋼絲束拉桿鋼絲束拉桿可以制成通長一根,它的柔性較好,往鉆孔中沉放較方便。但施工時應(yīng)將灌漿管與鋼絲束綁扎在一起同時沉放,否則放置灌漿管有困難。

鋼絲束拉桿的錨固段亦需用定位器,該定位器為撐筋環(huán),如圖1-26所示。鋼絲束的鋼絲分為內(nèi)外兩層,外層鋼絲綁扎在撐筋環(huán)上,撐筋環(huán)的間距為0.5~1.0m,這樣錨固段就形成一連串的菱形,使鋼絲束與錨固體砂漿的接觸面積增大,增強(qiáng)了黏結(jié)力,內(nèi)層鋼絲則從撐筋環(huán)的中間穿過。鋼絲束拉桿的錨頭要能保證各根鋼絲受力均勻,常用者有鐓頭錨具等,可按預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)選用錨具。沉放鋼絲束時要對準(zhǔn)鉆孔中心,如有偏斜易將鋼絲束端部插入孔壁內(nèi),既破壞了孔壁,引起坍孔,又可能堵塞灌漿管。為此,可用一個長度為25cm的小竹筒將鋼絲束下端套起來。②鋼絞線拉桿鋼絞線拉桿的柔性更好,向鉆孔中沉放更容易,因此在國內(nèi)外應(yīng)用得比較多,用于承載能力大的土層錨桿。要仔細(xì)清除錨固段的鋼絞線表面的油脂,以保證與錨固體砂漿有良好的黏結(jié)。自由段的鋼絞線要套以聚丙烯防護(hù)套等進(jìn)行防腐處理。鋼絞線拉桿需用特制的定位架。

(3)壓力灌漿壓力灌漿是土層錨桿施工中的一個重要工序。施工時,應(yīng)將有關(guān)數(shù)據(jù)記錄下來,以備將來查用。灌漿的作用是形成錨固體,將錨桿錨固在土層中,防止鋼拉桿腐蝕,充填土層中的孔隙和裂縫,提高錨桿抗拔力。灌漿方法有一次灌漿法和二次灌漿法兩種。①一次灌漿法只用一根灌漿管,利用壓漿泵進(jìn)行灌漿,灌漿管端距孔底20cm左右,待漿液流出孔口時,用水泥袋紙等搗塞入孔口,并用濕黏土封堵孔口,嚴(yán)密搗實,再以2~4MPa的壓力進(jìn)行補(bǔ)灌,要穩(wěn)壓數(shù)分鐘灌漿才告結(jié)束。②二次灌漿法要用兩根灌漿管(直徑1.9cm鍍鋅鐵管),第一次灌漿用灌漿管的管端距離錨桿末端500mm左右(圖1-27),管底出口處用黑膠布封住,以防沉放時土進(jìn)入管口。第二次灌漿用灌漿管的管端距離錨桿末端1000mm左右,管底出口處亦用黑膠布封住,且從管端500mm處開始向上每隔2m左右做出1m長的花管,花管的孔眼為?8mm,花管做幾段視錨固段長度而定。(4)張拉和錨固土層錨桿灌漿后,待錨固體強(qiáng)度超過80%設(shè)計強(qiáng)度時,便可對錨桿進(jìn)行張拉和錨固。張拉前先在支護(hù)結(jié)構(gòu)上安裝圍檁。張拉用設(shè)備與預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)張拉所用相同。

1.3.2.5土釘墻

1.土釘墻技術(shù)土釘墻技術(shù)是一種利用經(jīng)加固的原位土體來維護(hù)基坑邊坡土體穩(wěn)定的支護(hù)方法。即土釘就是一種土體加筋，

作為土體加固補(bǔ)強(qiáng)手段來提高土體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性,土體不變形,土釘不受力!它是由土釘、鋼絲網(wǎng)噴射混凝土面板和加固后的原位土體三部分組成的(圖1-29)。天然土體通過土釘就地加固并與噴射混凝土面板相結(jié)合,形成一個類似的土質(zhì)擋土墻,以此來抵抗墻后傳來的水土壓力,保持基坑開挖面的穩(wěn)定。土釘墻適用于地下水位以上或經(jīng)人工降水后的人工填土、黏性土和微黏結(jié)砂土的基坑開挖支護(hù);一般用于開挖深度為5~12m的二級基坑。2.土釘墻的構(gòu)造要求

(1)土釘墻的坡度宜為1∶0.3~1∶0.7,鉆孔直徑宜為70~120mm；

(2)土釘必須和面層有效連接在一起,常設(shè)以承壓板和加強(qiáng)筋；

(3)土釘鋼筋宜用Ⅱ級以上螺紋鋼筋,直徑宜為16~32mm,常用25mm。土釘?shù)拈L度宜為開挖深度的0.5~1.2倍,土釘間距宜為1~2m,土釘與水平面夾角宜為10°~20°；

(4)噴射混凝土設(shè)計強(qiáng)度等級不宜低于C20,噴射混凝土面層厚度宜為80~200mm,常用100mm;并在混凝土表面噴上水泥砂漿,以防止雨水滲入坡內(nèi)；(5)噴射混凝土面層中應(yīng)配以鋼筋網(wǎng),鋼筋網(wǎng)宜采用Ⅰ級鋼筋,鋼筋直徑宜為6~10mm,鋼筋間距宜為100~300mm,雙向布置；

(6)坡底擋土墻采用370mm厚磚墻,墻高為1.2m,并埋入基坑底部的土內(nèi)500mm；

(7)在坡頂?shù)幕炷劣不瘜觾?nèi)也滿扎直徑為6.5mm的鋼筋,間距為150mm,同樣為雙向布置,混凝土厚也為100mm,其目的是防止雨水從坡頂滲入坡內(nèi)。3.土釘墻的施工

土釘墻的施工工藝:按設(shè)計要求開挖工作面,修整邊坡→噴射第一層混凝土→安設(shè)土釘(包括鉆孔、插鋼筋、注漿、墊板等)→綁扎鋼筋網(wǎng)→噴射第二層混凝土→設(shè)置坡頂和坡腳的排水設(shè)施。施工時要按坡度要求,邊挖土,邊修整坡面,邊釘土釘,同時綁扎鋼筋。挖至坡底后,要及時砌筑坡底擋墻和澆筑坡面混凝土硬化層。噴射混凝土應(yīng)分段分片依次進(jìn)行,水平方向的分段長度一般為10~20m,同一分段內(nèi)的噴射順序自下而上,一次噴射厚度宜為40~70mm;噴射時,噴頭與受噴面應(yīng)垂直,宜保持0.6~1.0m的距離;噴射時應(yīng)控制好水灰比,保持混凝土表面平整,呈濕潤光澤,無干斑或滑移流淌現(xiàn)象;噴射混凝土的回弾率不應(yīng)大于15%;噴射混凝土終凝2h后,應(yīng)噴水養(yǎng)護(hù),養(yǎng)護(hù)時間應(yīng)根據(jù)氣溫等環(huán)境條件而定,一般為3~7天。4.復(fù)合土釘墻針對軟土層中土釘支護(hù)涉及的一系列問題,1997年出現(xiàn)了復(fù)合土釘墻的概念,并于同年應(yīng)用于實際工程。復(fù)合土釘墻技術(shù),即將土釘墻技術(shù)與攪拌樁、旋噴樁或預(yù)應(yīng)力錨桿等結(jié)合起來,使得土釘墻技術(shù)在深基坑中應(yīng)用及垂直釘墻成為可能,并改善土釘墻支護(hù)形式變形大的缺陷。

目前常用的復(fù)合土釘墻有三種基本形式:土釘與預(yù)應(yīng)力錨桿、土釘與微型鋼管樁、土釘與攪拌樁(止水帷幕)聯(lián)合應(yīng)用。1.4排水與降水1.4.1地面排水為保證施工的正常進(jìn)行,排除地面水(包括雨水、施工用水、生活污水等，常采用在基坑周圍設(shè)置排水溝、截水溝或筑土堤等辦法,并盡量利用原有的排水系統(tǒng),或?qū)⑴R時性排水設(shè)施與永久性排水設(shè)施結(jié)合使用。1.4.2集水井排水與降水集水井排水與降水法是在基坑開挖過程中,沿坑底的周圍或中央開挖排水溝,并在基坑邊角處設(shè)置集水井,將水匯入集水井內(nèi),用水泵抽走(圖1-30)。這種方法可用于基坑排水,也可用于降水。1.4.2.1排水溝的設(shè)置排水溝底寬一般為0.2~0.3m,溝底設(shè)有0.2%~0.5%的縱坡,在開挖階段,排水溝深度應(yīng)始終保持比挖土面低0.4~0.5m。

1.4.2.2集水井的設(shè)置集水井應(yīng)設(shè)置在基礎(chǔ)范圍以外的邊角處,間距應(yīng)根據(jù)水量大小、基坑平面形狀及水泵能力確定,一般為20~40m。集水井的直徑和寬度一般為0.6~0.8m,其深度隨著挖土的加深而加深,要經(jīng)常低于挖土面0.7~1.0m,井壁可用竹、木等簡易加固(目的:抽水不抽砂)。當(dāng)基坑挖至設(shè)計標(biāo)高后,井底應(yīng)低于坑底1~2m,并鋪設(shè)碎石濾水層。

1.4.3井點降水1.4.3.1井點降水的作用井點降水的主要目的是防止流砂的發(fā)生,流砂往往發(fā)生在細(xì)砂和粉砂土層中,因其空隙小、阻力大,極易產(chǎn)生較大的水力坡度,所以低于地下水位2m的粉砂層易發(fā)生流砂現(xiàn)象。產(chǎn)生流砂現(xiàn)象主要是由于地下水的水力坡度大;即動水壓力大,而且動水壓力的方向(與水流方向一致)與土的重力方向相反(即動水壓力方向向上),土不僅受水的浮力,而且受動水壓力的作用,有向上舉的趨勢,當(dāng)動水壓力等于或大于土的浸水密度時,即GD≥ρ'w

土顆粒失去自重,處于懸浮狀態(tài),并隨地下水一起流入基坑,即發(fā)生流砂現(xiàn)象（圖1-31）。流砂防治的主要途徑是減小或平衡動水壓力或改變其方向。具體措施有搶挖法、水下挖土法、打鋼板樁或做地下連續(xù)墻法、凍結(jié)法、枯水季節(jié)開挖、井點降水法。其中井點降水法是根除流砂最有效的方法。1.4.3.2井點降水法井點降水法就是在基坑開挖前,預(yù)先在基坑四周埋設(shè)一定數(shù)量的濾水管(井),利用抽水設(shè)備從中抽水,使地下水位降落到坑底標(biāo)高以下,并保持至回填完成或地下結(jié)構(gòu)有足夠的抗浮能力為止。各種井點的適用范圍見表1-19。圖1-31動水壓力原理圖1.輕型井點(1)輕型井點設(shè)備輕型井點設(shè)備由管路系統(tǒng)和抽水設(shè)備組成。如圖1-32所示,管路系統(tǒng)包括井點管(由井管和濾管連接而成)、彎聯(lián)管及總管等。濾管為進(jìn)水設(shè)備,其構(gòu)造如圖1-33所示,通常采用長度為1.0~1.5m、直徑為38mm或51mm的無縫鋼管,管壁鉆有直徑為12~19mm的濾孔;井點管采用直徑為38mm或51mm、長度為5~7m的鋼管;集水總管采用直徑為100~127mm的無縫鋼管,每段長為4m,其上裝有與井點管連接的短接頭,間距為0.8m或1.2m。輕型井點設(shè)備的主機(jī)由真空泵、離心水泵和水氣分離器等組成,稱真空泵輕型井點設(shè)備;如果輕型井點設(shè)備的主機(jī)由射流泵、離心泵和循環(huán)水箱等組成,則稱射流泵輕型井點設(shè)備。(2)輕型井點布置一級井點布置如圖1-34或圖1-35所示,二級井點布置如圖1-36所示。①平面布置A.單排布置:適用于基坑、槽寬度小于6m,且降水深度不超過5m的情況,井點管應(yīng)布置在地下水的上游一側(cè),兩端伸出長度不得小于基坑寬度(圖1-34)。B.雙排布置:適用于基坑寬度大于6m或土質(zhì)不良的情況(圖1-35)。C.U形布置:井點管不封閉的一段應(yīng)設(shè)在地下水下游方向。D.環(huán)形布置:一般用于長寬比小于3、基坑寬度大于6m的面狀基坑,注意需留設(shè)出土口(留在角部）。

②高程布置

一級井點管的埋置深度H可按式(1-28)計算:H≥H1+h+iL(1-28)式中H1—總管平臺面至基坑底面的距離（m）;h—基坑中心線底面至降低后的地下水位線的距離,一般取0.5~1.0m;i—水力坡度,根據(jù)實測:環(huán)形井點為1/10;雙排布置為1/7;單排線狀井點為1/4~1/5;L—井點管至水井中心的水平距離,當(dāng)井點管為單排布置時,L為井點管至邊坡腳的水平距離（m）。圖1-35雙排井點管布置簡圖2.噴射井點當(dāng)基坑開挖較深、降水深度要求較大時,可采用噴射井點降水。其降水深度可達(dá)20m,可用于滲透系數(shù)為0.1~50m/d的砂土、淤泥質(zhì)土層。噴射井點施工順序是安裝水泵設(shè)備及泵的進(jìn)出水管路→鋪設(shè)進(jìn)水總管和回水總管→沉設(shè)井點管(包括灌填砂濾料)→接通進(jìn)水總管后及時進(jìn)行單根試抽、檢驗→全部井點管沉設(shè)完畢→接通回水總管、全面試抽,檢查整個降水系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)狀況及降水效果。(4)輕型井點的施工埋設(shè)井點的施工順序是放線定位→打井孔→埋設(shè)井點管→安裝總管→用彎聯(lián)管將井點管與總管接通→安裝抽水設(shè)備(圖1-39)

噴射井點設(shè)備及平面布置如圖1-40所示。3.電滲井點電滲井點是在輕型井點或噴射井點中的內(nèi)側(cè)增設(shè)鋼筋電極而形成的,主要用于滲透系數(shù)小于0.1m/d的土層。

如圖1-41所示,以井點管做負(fù)極,打入的鋼筋或鋼管做正極。當(dāng)通以低于60V的直流電后,帶負(fù)電的土顆粒向正極鋼筋或鋼管移動,帶正電荷的水則向負(fù)極井點管移動,該現(xiàn)象稱為電滲-電泳現(xiàn)象,故電滲井點具有電滲和真空抽吸雙重效果。電滲井點由于成本較高,只適用于能建立壓差且滲透系數(shù)小于0.1m/d的含水層中,尤其適用于淤泥排水。4.管井井點

管井井點就是沿基坑每隔一定距離設(shè)置一個管井,每個管井單獨用一臺水泵不斷抽水來降低地下水位。在土的滲透系數(shù)大(20~200m/d)的土層中宜采用管井井點(圖1-42)。

管井井點的設(shè)備主要由管井、吸水管及水泵組成。

5.深井井點

當(dāng)要求井內(nèi)降水深度超過15m時,可在管井中使用深井泵抽水,這種井點稱為深井井點(或深管井井點)。深井井點一般可降低水位30~40m,有的甚至可達(dá)100m。常用的深井泵有兩種類型:一種是深井潛水泵;另一種是電動機(jī)安裝在地面上,通過傳動軸帶動多級葉輪工作而排水。1.5填筑與壓實1.5.1填筑要求1.5.1.1施工要求填方前,應(yīng)根據(jù)工程特點、填料種類、設(shè)計壓實系數(shù)、施工條件等合理選擇壓實機(jī)具,并確定填料含水量控制范圍、鋪土厚度和壓實遍數(shù)等參數(shù)。對于重要的填方工程或采用新型壓實機(jī)具時,上述參數(shù)應(yīng)通過填土壓實試驗確定。

填土?xí)r應(yīng)注意:(1)先清除基底的樹根、積水、淤泥和有機(jī)雜物,并分層回填、壓實。

(2)填土應(yīng)盡量采用同類土填筑,如采用不同類填料分層填筑時,上層宜填筑透水性較小的填料,下層宜填筑透水性較大的填料。

(3)填方基土表面應(yīng)做成適當(dāng)?shù)呐潘露?邊坡不得用透水性較小的填料封閉。(4)填方施工應(yīng)接近水平地分層填筑。

(5)當(dāng)填方位于傾斜的地面時,應(yīng)先將斜坡挖成階梯狀,然后分層填筑以防填土橫向移動。(6)分段填筑時,每層接縫處應(yīng)做成斜坡形,碾跡重疊0.5~1.0m。上、下層錯縫距離不應(yīng)小于1m。1.5.1.2填土壓實的質(zhì)量要求

填土壓實后要達(dá)到一定的密實度要求。填土的密實度要求和質(zhì)量指標(biāo)通常以壓實系數(shù)λc

表示,計算公式為λc=ρd/ρdmax(1-33)

式中ρd———土的施工控制干密度;ρdmax———土的最大干密度。

壓實系數(shù)一般根據(jù)工程結(jié)構(gòu)性質(zhì)、使用要求以及土的性質(zhì)確定。一般場地平整為0.9,地基填土為0.91~0.97。

1.5.2影響填土壓實質(zhì)量的因素

影響填土壓實質(zhì)量的主要因素有壓實功、土的含水量、鋪土厚度、土質(zhì)(亞砂土、亞黏土具有最佳壓實性)構(gòu)成等。

1.5.2.1壓實功的影響

壓實工具質(zhì)量越大,壓實遍數(shù)越多,壓實速度越慢,則壓實功越大。

如圖1-44所示,填土壓實后的密度與壓實機(jī)械在其上所施加的功有一定的關(guān)系。若土的含水量一定,在開始壓實時,土的密度急劇增加;到接近土的最大密度時,壓實功雖然增加,而土的密度則變化甚小。故過多的壓實只能做無用功。在實際施工中,對于不同的土質(zhì),根據(jù)壓實機(jī)械和土的密實度要求選擇合理的壓實遍數(shù),對于砂土一般需碾壓2~3遍,對亞砂土需碾壓3~4遍,對亞黏土或黏土需碾壓5~6遍。1.5.2.2含水量的影響

土的含水量對填土壓實有很大影響,較干燥的土,由于土顆粒之間的摩阻力大,填土不易被夯實。而含水量較大,超過一定限度,土顆粒間的孔隙全部被水充填而呈飽和狀態(tài),填土也不易被壓實,容易形成橡皮土。只有當(dāng)土具有適當(dāng)?shù)暮繒r,土顆粒之間的摩阻力由于水的潤滑作用而減小,土才易被壓實。為了保證填土在壓實過程中具有最佳的含水量(土的最佳含水量就是土的最大干密度所對應(yīng)的土的含水量),當(dāng)土過濕時,應(yīng)予以翻松晾曬或摻入同類干土及其他吸水性材料;如土料過干,則應(yīng)預(yù)先灑水潤濕。土的含水量一般以手握成團(tuán)、落地開花為宜。1.5.2.3鋪土厚度的影響

土在壓實功的作用下,其應(yīng)力隨深度增加而逐漸減小,在壓實過程中,土的密實度也是表層大,隨深度加深而逐漸減小,超過一定深度后,雖經(jīng)反復(fù)碾壓,土的密實度仍與未壓實前一樣。各種不同壓實機(jī)械的壓實影響深度與土的性質(zhì)、含水量有關(guān),所以,填方每層鋪土的厚度應(yīng)根據(jù)土質(zhì)、壓實的密實度要求和壓實機(jī)具性能確定。填方每層的鋪土厚度和壓實遍數(shù)參見表1-20。

1.6土方機(jī)械化施工

以土方為作業(yè)對象的機(jī)械統(tǒng)稱為土方機(jī)械,土方機(jī)械一般包括推土機(jī)、挖掘機(jī)、鏟運機(jī)、裝載機(jī)、壓實機(jī)具等。

近年來,國內(nèi)外土方機(jī)械發(fā)展迅速,主要表現(xiàn)在:①液壓技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于幾乎所有的土方機(jī)械上,使用液壓技術(shù),挖掘力可提高約30%,整機(jī)重量可降低40%,而且工作裝置種類大大增多,動作靈活,使用性能顯著改善;②部分土方機(jī)械使用計算機(jī)控制,更易滿足建筑機(jī)械復(fù)雜的作業(yè)要求,而且操作更簡便,自動作業(yè)的精度更高;③激光技術(shù)已應(yīng)用于建筑機(jī)械,激光在推土機(jī)、平地機(jī)、攤鋪機(jī)等土方機(jī)械中用來進(jìn)行自動導(dǎo)向、調(diào)平、調(diào)直和找準(zhǔn)等,以提高施工質(zhì)量和速度,同時節(jié)省了人力;④有的土方機(jī)械,例如壓路機(jī),具有遙控裝置,以實現(xiàn)無人化操作施工,改善作業(yè)環(huán)境;⑤不少建筑機(jī)械還裝有監(jiān)測裝置,對發(fā)動機(jī)、傳動系統(tǒng)、制動系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)等的運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控,一旦出現(xiàn)異常情況,根據(jù)故障的嚴(yán)重程度和應(yīng)該采取的相應(yīng)措施,以不同的方式進(jìn)行分級報警。1.6.1推土機(jī)推土機(jī)作業(yè)以切土(適用于一至三類土)和堆運土為主,還可用于清除樹樁、掃雪、清道,做自行式鏟運機(jī)的助推機(jī)等。

推土機(jī)的經(jīng)濟(jì)運距在100m以內(nèi),最佳運距為60m,上下坡坡度不得超過35°,橫坡不得超過10°。為提高生產(chǎn)率可采取槽形推土、下坡推土和并列推土等方式作業(yè)。

1.6.1.1推土機(jī)的分類推土機(jī)的分類、特點及適用范圍見表1-21。1.6.2鏟運機(jī)

鏟運機(jī)是一種可單獨連續(xù)完成鏟土、裝土、運土、卸土和平土作業(yè)的機(jī)械,適用于開挖一至三類土,常用于坡度在20°以內(nèi)的大面積土方的挖、填、平整、壓實、大型基坑開挖和堤壩填筑等,特別適用于