土方工程及基坑开挖施工方案

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土方工程及基坑开挖施工方案

表1.13基坑监控项目表

周围建筑物、地下管线变形

支护结构界面上侧向压力

由于基坑开挖到设计深度以后,土体变形、土压力和支护结构的内力仍会继续发展、变化,因此基坑监测工作应从基坑开挖以前制定监控方案开始TCECS 474-2020 防裂抗渗复合材料在混凝土中应用技术规程.pdf,直至地下工程施工结束的全过程进行监测。基坑监控方案应包括监控目的、监控项目、监控报警值、监控方法及精度要求、监控点的布置、检测周期、工序管理和记录制度以及信息反馈系统等。

从表1.14中可以看出,不管任何基坑侧壁安全等级,支护结构水平位移均属于应测项目。实际上,在深基坑开挖施工监测中支护结构水平位移一般有两个测试项目,即围护桩(墙)顶面水平位移监测和围护桩(墙)的侧向变形,而在不同深度上各点的水平位移监测,称为围护桩(墙)的测斜监测。

围护桩(墙)的顶面水平位移监测,是深基坑开挖施工监测的一项基本内容,通过围护桩(墙)顶面水平位移监测,可以掌握围护桩(墙)的基坑挖土施工过程顶面的平面变形情况,并与设计值进行比较,分析其对周围环境的影响,另外,围护桩(墙)顶面水平位移数值可以作为测斜、测试孔口的基准点。围护桩(墙)顶面水平位移测试一般选用精度为2〞级的经纬仪。围护桩(墙)顶面水平位移监测点应沿其结构体延伸方向布设,水平位移观测点间距宜为10~15m,其测试方法有准直线法、控制线偏离法、小角度法、交会法等。

围护桩(墙)在基坑外侧水土压力作用下,会发生变形。要掌握围护桩(墙)的侧向变形,即在不同深度处各点的水平位移,可通过对围护桩(墙)的测斜监测来实现。

表1.14基坑变形的监控值(单位:cm)

注:1.符合下列情况之一者,为一级基坑:

①重要工程或支护结构做主体结构的一部分。

②开挖深度大于10m。

③与临近建筑物、重要设施的距离在开挖深度以内的基坑。

④基坑范围内有历史文物、近代优秀建筑、重要管线等需严加保护的基坑。

2.三级基坑为开挖深度小于7m,且周围环境无特别要求的基坑。

3.除一级和三级外的基坑属二级基坑。

4.当周围已有的设施有特殊要求时,尚应符合这些要求。

1.5.1土料选择与填筑要求

为了保证填土工程的质量,必须正确选择土料和填筑方法。

对填方土料应按设计要求验收后方可填入。如设计无要求,一般按下述原则进行。

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,不能将各种土混杂在一起使用,以免填方内形成水囊。

碎石类土或爆破石碴作填料时,其最大粒径不得超过每层铺土厚度的2/3,使用振动碾时,不得超过每层铺土厚度的3/4,铺填时,大块料不应集中,且不得填在分段接头或填方与山坡连接处。

当填方位于倾斜的山坡上时,应将斜坡挖成阶梯状,以防填土横向移动。

回填基坑和管沟时,应从四周或两侧均匀地分层进行,以防基础和管道在土压力作用下产生偏移或变形。

回填以前,应清除填方区的积水和杂物,如遇软土、淤泥,必须进行换土回填。在回填时,应防止地面水流入,并预留一定的下沉高度(一般不得超过填方高度的3%)。

1.5.2填土压实方法

填土的压实方法一般有:碾压、夯实、振动压实以及利用运土工具压实。对于大面积填土工程,多采用碾压和利用运土工具压实。对较小面积的填土工程,则宜用夯实机具进行压实。

碾压法是利用机械滚轮的压力压实土壤,使之达到所需的密实度。碾压机械有平碾、羊足碾和气胎碾。

平碾又称光碾压路机(图1.64),是一种以内燃机为动力的自行式压路机。按重量等级分为轻型(30~50kN)、中型(60~90kN)和重型(100~140kN)三种,适于压实砂类土和粘性土,适用土类范围较广。轻型平碾压实土层的厚度不大,但土层上部变得较密实,当用轻型平碾初碾后,再用重型平碾碾压松土,就会取得较好的效果。如直接用重型平碾碾压松土,则由于强烈的起伏现象,其碾压效果较差。

羊足碾见图1.65和图1.66,一般无动力靠拖拉机牵引,有单筒、双筒两种。根据碾压要求,有可分为空筒及装砂、注水等三种。羊足碾虽然与土接触面积小,但对单位面积的压力比较大,土的压实效果好。羊足碾只能用来压实粘性土。

图1.65单筒羊足碾构造示意图图1.66羊足碾

1—前拉头;2—机架;3—轴承座;4—碾筒;5—铲刀;

6—后拉头;7—装砂口;8—水口;9—羊足头

图1.67轮胎压路机图1.68蛙式打夯机

1—夯头;2—夯架;3—三角胶带;4—底盘

气胎碾又称轮胎压路机(图1.67),它的前后轮分别密排着四个、五个轮胎,既是行驶轮,也是碾压轮。由于轮胎弹性大,在压实过程中,土与轮胎都会发生变形,而随着几遍碾压后铺土密实度的提高,沉陷量逐渐减少,因而轮胎与土的接触面积逐渐缩小,但接触应力则逐渐增大,最后使土料得到压实。由于在工作时是弹性体,其压力均匀,填土质量较好。

碾压法主要用于大面积的填土,如场地平整、路基、堤坝等工程。

用碾压法压实填土时,铺土应均匀一致,碾压遍数要一样,碾压方向应从填土区的两边逐渐压向中心,每次碾压应有15~20cm的重叠;碾压机械开行速度不宜过快,一般平碾不应超过,羊足碾控制在之内,否则会影响压实效果。

夯实法是利用夯锤自由下落的冲击力来夯实土壤,主要用于小面积的回填土或作业面受到限制的环境下。夯实法分人工夯实和机械夯实两种。人工夯实所用的工具有木夯、石夯等;常用的夯实机械有夯锤、内然夯土机、蛙式打夯机和利用挖土机或起重机装上夯板后的夯土机等,其中蛙式打夯机(图1.68)轻巧灵活,构造简单,在小型土方工程中应用最广。

振动压实法是将振动压实机放在土层表面,借助振动机构使压实机振动土颗粒,土的颗粒发生相对位移而达到紧密状态。用这种方法振实非粘性土效果较好。

近年来,又将碾压和振动法结合起来而设计和制造了振动平碾、振动凸块碾等新型压实机械。振动平碾适用于填料为爆破碎石碴、碎石类土、杂填土或轻亚粘土的大型填方;振动凸块碾则适用于亚粘土或粘土的大型填方。当压实爆破石碴或碎石类土时,可选用重8~15t的振动平碾,铺土厚度为0.6~1.5m,先静压,后振动碾压,碾压遍数由现场试验确定,一般为6~8遍。

1.6土方工程质量标准与安全技术要求

1.6.1土方开挖、回填质量标准

1.平整场地的表面坡度应符合设计要求,如设计无要求时,排水沟方向的坡度不应小于2‰。平整后的场地表面应逐点检查。检查点为每100~400m2取1点,但不应少于10点;长度、宽度和边坡均为每20m取1点,每边不应少于1点。

2.施工过程中应检查平面位置、水平标高、边坡坡度、压实度、排水、降低地下水位系统,并随时观测周围的环境变化。

表1.15土方开挖工程质量检验标准(mm)

(由设计中心线向两边量)

注:地(路)面基层的偏差只适用于直接在挖、填方上做地(路)面的基层

4.柱基、基坑、基槽和管沟基底的土质,必须符合设计要求,并严禁扰动。

5.填方的基底处理,必须符合设计要求或建筑地基基础工程施工质量验收规范规定。

6.填方柱基、坑基、基槽、管沟回填的土料应按设计要求验收后方可填入。

表1.16填土工程质量检验标准(mm)

8.密实度检验中的分层压实系数

填方压实后,应具有一定的密实度。密实度应按设计规定控制干密度作为检查标准。土的控制干密度与最大干密度之比称为压实系数。对于一般场地平整,其压实系数为0.9左右,对于地基填土(在地基主要受力层范围内)为0.93~0.97。

填方压实后的干密度,应有90%以上符合设计要求,其余10%的最低值与设计值的差,不得大于0.08,且应分散,不宜集中。

式中──土的湿密度(

1.基坑开挖时,两人操作间距大于2.5m,多台机械开挖,挖土机间距应大于10m。挖土应由上而下,逐层进行,严禁采用先挖底脚(挖神仙土)的施工方法。

2.基坑开挖应严格按要求放坡。操作时应随时注意土壁变动情况,如发现有裂纹或部分坍塌现象,应及时进行支撑或放坡,并注意支撑的稳固和土壁的变化。

3.基坑(槽)挖土深度超过3m以上,使用吊装设备吊土时,起吊后,坑内操作人员应立即离开吊点的垂直下方,起吊设备距坑边一般不得少于1.5m,坑内人员应戴安全帽。

4.用手推车运土,应先平整好道路。卸土回填,不得放手让车自动翻转。用翻斗汽车运土,运输道路的坡度、转弯半径应符合有关安全规定。

5.深基坑上下应先挖好阶梯或设置靠梯,或开斜坡道,采取防滑措施,禁止踩踏支撑上下。坑四周应设安全栏杆或悬挂危险标志。

6.基坑(槽)设置的支撑应经常检查是否有松动变形等不安全迹象,特别是雨后更应加强检查。

7.回填管沟时,应采用人工先在管子周围填土夯实,并应从管道两边同时对称进行,高差不超过0.3m。管顶0.5m以上,在不损坏管道的情况下,方可采用机械回填和压实。

【案例1.7.1】杭州天工艺苑工程地下室围护综合施工实录

天工艺苑工程位于杭城主要街道解放街南侧、金鸡岭巷口以西,是一幢集购物、娱乐、停车于一体的综合性大型商场建筑。商场地下一层,基础为梁式满堂基础,地上5~7层,无梁板结构,总面积22500。其中地下室面积3226,工程桩为长6~6.5m¢377夯扩桩,地下室底板长66m、宽56.5m、板厚为0.8m、挖深为5.3m。该工程由杭州市工业设计院设计,杭州市建筑工程公司施工。

本工程地处杭州闹市区,人流繁杂,四周情况各异。工程北面为解放街,距人行道侧石16m,其间埋设有电缆、电讯、污水管道;距西侧9.5m处为无桩基的四层框混结构的杭州市少儿图书馆和浅桩基的七层砖混结构住宅楼;南面紧靠地坑边2.7m,是二层框混结构建筑;东邻人车穿梭的金鸡岭巷,距地坑边3m处有大口径自来水管和电缆管,在金鸡岭巷口与解放街交界处埋设有杭城污水总干管(图1.69、图1.70)。

根据地质勘测报告资料,常年地下水位在自然地坪下1.2m,土的主要物理力学指标见表1.17。表1.17土的主要物理力学指标

其中砂质粉土()东厚西薄,砂质粉土()西厚东薄,渗透系数。

图1.69地下室围护结构平面图

根据地质资料及周围环境,本着安全经济、施工可行、速度快的原则,基坑围护结构选择深层水泥搅拌桩作为重力式挡土墙体,设计为¢600搅拌桩4排,横向搭接纵向搭接,(搅拌桩的连接见图1.70)桩长为10.6m,内、外两侧桩配,(上部作锚筋)插筋,中间桩配,插筋。搅拌桩水泥掺量为15%,掺石膏及早强剂木质素磺酸钙等。它既作挡土结构又作止水帷幕,确保临近道路、建筑物、电讯、电缆、上下水管道的安全。

3.基坑围护工程和挖土工程施工

(1)深层搅拌桩施工的关键是必须保证桩基施工的连续性,保证桩的垂直度,并使相邻两桩相互搭接100mm,达到止水效果。

根据场内实际情况,确定施工顺序如下:场地驳土1.3m→定位→打钢钎探桩→挖除大石块(老基础)→搅拌桩→搅拌桩中插钢筋→浇捣盖梁。

(2)清除搅拌桩施打位置上大石块及原老建筑的基础是实施搅拌桩的关键,也是保证桩身质量的关键,在实施时清除了2m内的障碍物后开始施打就比较顺利,但也有原建筑的老桩基无法清除。当碰到原建筑的沉管桩,无法将其挖除时,采用绕开桩身,加密四周搅拌桩搭接的办法,达到止水目的,效果较好。

(3)深层搅拌桩的工艺流程:

搅拌机到位→预搅下沉(同时制备灰浆)→喷浆提升搅拌→复搅下沉→复搅提升→试块制作→移位。

深层搅拌桩采用一次喷浆、二次搅拌工艺,必须做到注浆搅拌均匀,搅拌桩水泥掺量为15%,控制好提升速度与注浆速度之间的关系,并严格控制水灰比(0.45)。由于该搅拌桩既是止水帷幕又是挡土墙体,因此必须搭接可靠,搭接时间一般不超过12h,如超过12h应在搭接处加桩或增加注浆量。施工中不可出现断浆,如因设备故障出现断浆,则应重新注浆。

2)搅拌桩压顶板及挖土施工

(1)根据设计在搅拌桩完成以后浇捣混凝土压顶板,板厚300mm,C20混凝土内配¢12@200构造筋。

(2)地下室分二次挖土,使土体应力逐步释放,保护围护桩安全,减少位移量。第一次挖土深度为2m,采用反铲式挖土机与载重的自卸汽车配合直接由坡道进入坑内挖土,经计算5辆自卸汽车能保证挖土机连续作业。

(3)基坑四周沿搅拌桩边设四组5m深的轻型井点管,专人值班,日夜抽水。

(4)第二次挖土也由反铲挖土机配合自卸汽车从东挖到西,挖一块,清一块。此时应注意在围护桩边预留三角土,最后用人工挖除三角土,此时迅速将块石垫层做下去,避免挖出的基底暴露时间过长。

(5)当块石垫层完成后,立即浇捣100mm厚的C10混凝土垫层。

(1)为了确保基坑在开挖过程中围护结构的安全,在基坑开挖期间进行了工程环境监测,以实现信息管理,指导施工。

(2)首先在基坑围护结构顶梁上,每面设四个控制点,标上红漆三角,共计16个,定期进行监测。监测内容主要是水平位移和沉降,监测时间安排第一次为土方开挖前;第二次上皮挖土时;第三次挖土快接近基底时,此时是监测的重点,要密切注意墙体的动向,测工需要跟班作业,观察次数根据需要增加;最后一次为地下室完成时。其次,在基坑四周建筑上设沉降观测点,做好动态监测,并且在原有建筑裂缝处做好石膏饼标记,进行观察记录。

(3)通过实践证明,本工程采用水泥搅拌桩围护技术,墙体相对位移较少,经实测最大的位移量为20mm,沉降几乎为0,四周的建筑包括地下的上下水管、电缆均未发生异常变化。

本基坑根据地质条件和地下水的实际情况,布置了四套轻型井点降水装置,滤管插入深度为基坑下3m,实际降水效果正好在基坑底以下200mm,未出现管涌现象。为了确保工程顺利进行,准备了一台柴油发电机,准备在停电时应急使用。

基坑开挖分两个施工段施工。在开挖第1施工段及周围土方时,采用放坡开挖,工程进行得很顺利;继而进行第2施工段的土方开挖,开挖方向见图1从开口桩端开始并直接开挖到底,在开挖一开始(1997年12月底),当即发现支护桩及附近的工程桩向基坑内侧有不同程度的倾斜。支护桩的水平位移最大时,每小时达3cm。因施工进度要求,仍然继续开挖,并在第2施工段开挖方向左侧边采取支护外侧挖土卸荷及管井降水措施;在支护内侧采用临时支撑和堆放砂包等综合措施,经1个月的努力,终于使支护桩和工程桩稳定;经检查,支护桩向内侧作两个方向的位移(向内及向开口端方向),最大水平位移约1.0m,工程桩(空心预制桩)最大水平位移为70cm,支护桩外侧土体垂直下沉最大为60cm,未发现工程桩隆起现象。

此次开口支护施工虽经抢险成功,但实际上是施工不当已酿成事故。当然设计方因为在支护桩开口两端没有设计围护加强也负有一定责任。

1)试从施工角度分析酿成事故的原因;

2)如果你是现场施工技术员,谈谈准备采取什么样的开挖手段和施工监测措施(如监测点种类、数量、位置设置和监测手段及与挖土的配合等)来保证施工的顺利进行。

图1.71支护平面布置图

图1.72支护桩设计和实际施工的开挖剖面及桩身、压顶配筋图

本章内容包括土方规划、土方工程施工的要点、土方机械化施工和基坑土方开挖工艺。在土方规划中,涉及了土的工程分类和性质、土方边坡、土方量计算、场地设计标高的确定和土方调配等问题。在土方工程施工要点中,重点图示了基槽、深浅基坑的各种支护方法及其适用范围;论述了流砂产生的原因及其防治方法,施工排水特别是轻型井点降水和填土压实,是土方工程施工的关键。在土方工程机械化施工中,着重阐述常用土方机械的类型、性能及提高生产率的措施,提出了一般土方挖运机械选择方法和注意事项。基坑土方开挖工艺分别叙述了无支护结构基坑和有支护结构基坑的开挖工艺,重点学习了土方开挖的注意事项和开挖中基坑支护的监测要求。最后简要提出了土方工程的质量标准及安全技术要求。

1.土按开挖的难易程度分几类?各类的特征是什么?

2.试述土的可松性及其对土方施工的影响。

3.试述用方格网法计算土方量的步骤和方法。

4.土方调配应遵循哪些原则?调配区如何划分?

5.试分析土壁塌方的原因和预防塌方的措施。

6.试述一般基槽、一般浅基坑和深基坑的支护方法和适用范围。

7.试述常用中浅基坑支护方法的构造原理、适用范围和施工工艺。

8.试述流砂形成的原因以及因地制宜防治流砂的方法。

9.试述人工降低地下水位的方法及适用范围,轻型井点系统的布置方案和设计步骤。

10.试述推土机、铲运机的工作特点、适用范围及提高生产率的措施。

11.试述单斗挖土机有哪几种类型?各有什么特点?

12.试述正铲、反铲挖土机开挖方式有哪几种?挖土机和运土车辆配套如何计算?

13.土方挖运机械如何选择?土方开挖注意事项有哪些?

14.如何因地制宜选择基坑支护土方开挖方式?

15.根据基坑安全等级要监测哪些基坑监测项目?其中哪些是应测项目?哪些是宜测和可测项目?

16.试述填土压实的方法和适用范围。

17.影响填土压实的主要因素有哪些?怎样检查填土压实的质量?

18某基坑底长82m,宽64m,深8m,四边放坡,边坡坡度1:0.5。

⑴画出平、剖面图,试计算土方开挖工程量。

⑵若混凝土基础和地下室占有体积为24600,则应预留多少回填土(以自然状态的

⑶若多余土方外运,问外运土方(以自然状态的土体积计)为多少?

⑷如果用斗容量为3的汽车外运,需运多少车?(已知土的最初可松性系数=1.14,最后可松性系数)

19⑴按场地设计标高确定的一般方法(不考虑土的可松性)计算图示场地方格中各角点的施工高度并标出零线(零点位置需精确算出),角点编号与天然地面标高如图所示,方格边长为20m,ix=2‰,iy=3‰。

⑵分别计算挖填方区的挖填方量。

⑶以零线划分的挖填方区为单位计算它们之间的平均运距。(提示利用公式DB15/T 1956-2020 公路半刚性基层全厚度现场拌合设计施工技术规范(蒙).pdf,)

20﹡已知某场地的挖方调配区,填方调配区。其土方量和各调配区的运距见下表。

⑴用“表上作业法”求土方的初始调配方案和总土方运输量。

⑵用“表上作业法”求土方的最优调配方案和总土方运输量,并与初始方案进行比较。

21某基坑底面积为22×34m,基坑深4.8m,地下水位在地面下1.2m,天然地面以下1.0m为杂填土,不透水层在地面下11m,中间均为细砂土,地下水为无压水,渗透系数k=15m/d,四边放坡,基坑边坡坡度为1:0.5。现有井点管长6m,直径38mm,滤管长1.2m,准备采用环形轻型井点降低地下水位,试进行井点系统的布置和设计,包含以下

三项:⑴轻型井点的高程布置(计算并画出高程布置图)。

混凝土工程施工方案3⑵轻型井点的平面布置(计算涌水量、井点管数量和间距并画出平面布置图)。

22例题3中若现只有一台液压反铲挖土机且无挖土工期限制,准备采取两班制作业,要求运土车辆数能保证挖土机连续作业,其他条件不变。

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