任務1.4 土方邊坡與基坑支護

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知識課堂

為了使土方工程量少、工期短、費用省，在施工前，首先要進行調查研究，了解土壤的種類和工程性質，土方工程的施工工期、質量要求及施工條件，施工區的地形、地質、水文、氣象等資料，作為合理擬定施工方案、計算土方工程量、計算土壁邊坡及支撐、進行施工排水和降水的設計、選擇土方機械和運輸工具并計算其需要量，以及選擇施工方法和組織施工。另外，在土方工程施工前，還應完成場地清理、地面水的排除和測量放線等工作。

1.4.1 邊坡坡度

為了保證土方工程施工過程中施工人員的生命安全，防止基坑（槽）塌方，在基坑（槽）開挖深度超過要求時，土壁應放坡。土方邊坡用邊坡坡度和邊坡系數表示。

邊坡坡度是以土方挖土深度H與邊坡底寬B之比表示，如圖1-27所示。

土方邊坡的大小主要與土質、開挖方法及深度、邊坡留置時間長短、邊坡附近各種荷載狀況及排水情況有關。當地質條件良好、土質均勻、地下水水位低于基坑（槽）底面標高時，開挖深度在5m內的基坑（槽）的最陡坡度（不加支撐）應符合表1-6的規定。

1.4.2 淺基坑支護

基坑支護是指在基坑開挖期間，利用支護結構達到既擋土又擋水的目的，以保證基坑開挖和基礎安全施工，并且不對周圍的建（構）筑物、道路和地下管線等產生危害。

常用的支護結構體系如圖1-28所示。支護結構主要承受土和水的側壓力、附近地面動靜荷載、已有建（構）筑物產生的附加側壓力。對支護結構的要求是要有較強的強度、剛度和穩定性，保證附近地面不產生較大的沉降和位移，有足夠的入土深度，保證本身的穩定和避免產生坑底隆起或管涌。當坑深較小時，一般采用懸臂式；當坑深較大時需在坑內支撐，或用近地表的錨桿或錨固在土中的土錨進行坑外拉結，支撐及錨桿的位置和結構尺寸需計算確定。有的基坑支護在基礎完工后可拔出重復使用，有的則永久留在地基土中。

淺基坑的支護方法見表1-7。

1.4.3 深基坑支護

1．土釘支護

（1）土釘支護的作用機理。由于基坑內土體的開挖，使坑內外的土體形成壓力差，坑外土體有坑內運動的內力和趨勢。土釘支護的構造原理是利用沿途介質的自承能力，借助土釘與周圍土體的摩擦力和黏聚力，將外部不穩定土體和深部穩定土體連在一起，形成一個穩定的組合體。與土釘或錨桿端部互相連接的噴射混凝土面板緊密嵌固于土體中，它不僅能很好地調節錨桿相互之間的應力分布，而且可以很好地起到防水作用。一是防止水沖刷邊坡給基礎施工帶來不便；二是可以有效地防止地下水的滲漏，避免周圍地面沉降，影響建筑物的安全。

（2）土釘支護的構造。

1）土釘采用直徑為16～32mm的HRB335級以上的螺紋鋼筋，長度為開挖深度的0.5～1.2倍，間距為1～2m，與水平面夾角為10°～20°。

2）鋼筋網采用直徑為6～10mm的HPB300級鋼筋，間距為150～300mm。

3）混凝土面板采用噴射混凝土，強度等級不低于C20，厚度為80～200mm，常用100mm。

4）注漿采用強度不低于20 MPa的水泥砂漿。

5）承壓板采用螺栓將土釘和混凝土面層有效地連接成整體。

（3）土釘支護的特點。

1）土釘與土體形成復合土體，提高了邊坡整體穩定和承受坡頂荷載能力，增強了土體破壞的延性，有利于安全施工。

2）土釘支護位移小，約為20mm，對相鄰建筑物影響小。

3）設備簡單，易于推廣。

4）經濟效益好，成本低于灌注樁支護。

土釘支護適用于地下水水位以上或經降水措施后的雜填土、普通黏土、非松散性砂土。

（4）土釘支護的施工。土釘支護施工的工序為定位、成孔、插鋼筋、注漿、噴射混凝土，如圖1-29所示。

1）成孔。采用螺旋鉆機、沖擊鉆機、地質鉆機等機械成孔，鉆孔直徑為70～120 mm。成孔時必須按設計圖紙的縱向、橫向尺寸及水平面夾角的規定進行鉆孔施工。

2）插鋼筋。將直徑為16～32 mm的HRB335級螺紋鋼筋插入鉆孔的土層中，鋼筋應平直，除銹、除油、與水平面夾角控制在10°～20°范圍內。

3）注漿。注漿采用水泥漿或水泥砂漿，水膠比為0.38～0.5，水泥砂漿配合比為1∶0.8或1∶1.5。利用注漿泵注漿時，應將注漿管插入到距離孔底250～250mm處，并在孔口設置止漿塞，以保證注漿飽滿。

4）噴射混凝土。噴射注漿用的混凝土應滿足如下技術性能指標：混凝土的強度等級不低于C20，其水泥強度等級宜用32.5級，水泥與砂石的質量比為1∶4～1∶4.5，砂率為45%～55%，水膠比為0.4～0.45，粗集料碎石或卵石粒徑不宜大于15 mm。混凝土的噴射分兩次進行。第一次噴射后鋪設鋼筋網，并使鋼筋網與土釘牢固連接。在此之后再噴射第二層混凝土，并要求表面平整、濕潤，具有光澤，無干斑或滑移流淌現象。噴射混凝土面層厚度為80～200mm，鋼筋與坡面的間隙應＞20mm。混凝土終凝2h后進行灑水養護3～7d。

2．預應力土層錨桿支護

在立壁土層上鉆（掏）孔至要求深度，孔內放入鋼筋，灌入水泥砂漿或化學漿液，使之與土層結合成抗拉錨桿，將立壁土體側壓力傳至穩定土層，如圖1-30所示。

（1）施工工藝。

1）挖土到錨桿水平位置下50cm。

2）按需要傾角及深度，用錨桿鉆機鉆孔。

3）拔出鉆桿，插入鋼筋或鋼絞線。

4）向孔內灌注水泥漿，直到漿液從孔中冒出。

5）安裝墊板、螺帽或錨頭。

6）待水泥漿強度達70%時，進行預應力張拉。

7）擰緊螺帽或鎖住錨頭。

（2）特點。

1）使用錨桿拉結比坑內支撐、挖土拉錨方便。

2）錨桿要有一定的覆蓋深度，才能有一定的抗拔力。

3）預應力錨桿能對擋土樁、墻的位移有較好的控制作用。

4）相鄰錨桿張拉后應力損失大，可以再張拉調整。

（3）適用范圍。一般黏土、砂土地區皆可應用。

3．擋土灌注樁支護

開挖前在基坑周圍設置混凝土灌注樁，樁的排列有間隔式、連續式和雙排式，樁頂設置混凝土連系梁或錨樁、拉桿。其具有施工方便、安全度好、費用低的優點，如圖1-31所示。

（1）特點。

1）密排樁比地下連續墻施工簡便，整體性不如地下連續墻。

2）較疏排樁受力性能好。

3）不作防水抗滲措施，密排樁仍不能止水。

（2）適用范圍。適用于開挖面積大、深度大于6m、不允許放坡、鄰近有建（構）筑物的基坑支護。黏土、砂土、軟土、淤泥質土皆可應用。

4．擋土灌注樁與土層錨桿結合支護

擋土灌注柱與土層錨桿結合支護的樁頂不設錨樁、拉桿，而是挖至一定深度，每隔一定距離向樁背面斜向打入錨桿，待達到強度后，安上橫撐，拉緊固定，在樁中間挖土，直至設計深度，如圖1-32所示。其適于大型較深基坑，在施工期較長、鄰近有建筑物、不允許支護、鄰近地基不允許有下沉位移時使用。

5．地下連續墻支護

先建造鋼筋混凝土地下連續墻，達到強度后在墻間用機械挖土。該支護法剛度大、強度高，不僅可擋土、承重、截水、抗滲，還可在狹窄場地施工，適用于大面積、有地下水的深基坑施工，是深基坑的主要支護結構之一。其對地下結構層數多的深基坑的施工非常有利，如圖1-33所示。其優點是結構整體性好，剛度大，可作防滲墻，形狀靈活；其缺點是需用專用機械，成本較高。

地下連續墻施工工藝過程是：修筑導墻→挖槽→吊放接頭管（箱）、吊放鋼筋籠→澆筑混凝土。

1.4.4 基坑開挖

開挖基坑應按規定的尺寸合理確定開挖順序和分層開挖深度，連續地進行施工，并盡快地完成。因土方開挖施工要求標高、斷面準確，土體應有足夠的強度和穩定性，所以，在開挖過程中要隨時注意檢查。挖出的土除預留一部分用作回填外，不得在場地內任意堆放，應將多余的土運到棄土地區，以免妨礙施工。為防止坑壁滑坡，根據土質情況及坑深度，在坑頂兩邊一定距離（一般為0.8m）內不得堆放棄土，在此距離外堆土高度不得超過1.5m，否則，應驗算邊坡的穩定性。在樁基周圍、墻基或圍墻一側，不得堆土過高。在坑邊放置有動載的機械設備時，也應根據驗算結果，離開坑邊較遠距離，如地質條件不好，還應采取加固措施。為了防止在底土（特別是軟土）受到浸水或其他原因的擾動，基坑挖好后，應立即做墊層或澆筑基礎，否則，挖土時應在基底高以上保留150～300 mm厚的土層，待基礎施工時再進行挖去。如用機械挖土，為防止基底土被擾動、結構被破壞，不應直接挖到坑底，應根據機械種類，在基底標高以上留出200～300mm，待基礎施工前用人工鏟平修整。挖土不得超過基坑的設計標高，如個別處超挖，應用與基土相同的土料填補，并夯實到要求的密實度；如用原土填補不能達到要求的密實度時，應用碎石類土填補，并仔細夯實。重要部位如被超挖，可用低強度等級的混凝土填補。

在軟土地區開挖基坑時，還應符合下列規定：

（1）施工前必須做好地面排水或降低地下水水位工作，地下水水位應降低至基坑底以下0.5～1.0m后，方可開挖。降水工作應持續到回填完畢。

（2）施工機械行駛道路應填筑適當厚度的碎石或礫石，必要時應鋪設工具式路基箱（板）或梢排等。

（3）相鄰基坑（槽）開挖時，應遵循先深后淺或同時進行的施工順序，并應及時做好基礎。

（4）在密集群樁上開挖基坑時，應在打樁完成后間隔一段時間，再對稱挖土。在密集群樁附近開挖基坑（槽）時，應采取措施防止樁基位移。

（5）挖出的土不得堆放在坡頂上或建（構）筑物附近。

基坑開挖有人工開挖和機械開挖，對于大型基坑應優先考慮選用機械化施工，以加快施工進度。

深基坑一般采用“開槽支撐，分層開挖，先撐后挖，嚴禁超挖”的開挖原則，圖1-34所示為某深基坑分層開挖的實例。在基坑正式開挖之前，先將第①層地表土挖運出去，澆筑鎖口圈梁，進行場地平整和基坑降水等準備工作，安設第一道支撐（角撐），并施加預頂軸力，然后開挖第②層土到-4.500 m，再安設第二道支撐，待雙向支撐全面形成并施加軸力后，挖土機和運土車下坑在，第二道支撐上部（鋪路基箱）開始挖第③層土，并采用臺階式“接力”方式挖土，一直挖到坑底。第三道支撐應隨挖隨撐，逐步形成。最后用抓斗式挖土機在坑外挖兩側土坡的第④層土。

深基坑在開挖過程中，隨著土的挖除，下層土因逐漸卸載而有可能回彈，尤其在基坑挖至設計標高后，如擱置時間過久，則回彈更為顯著。如弱性隆起在基坑開挖和基礎工程初期發展很快，它將加大建筑物的后基沉降。因此，對深基坑開挖后的土體回彈應有適當的估計，如在勘察階段，土樣的壓縮試驗中應補充卸荷彈性試驗等。還可以采取結構措施，在基底設置樁置等，或事先對結構下部土質進行深層地基加固。施工中減少基坑彈性隆起的一個有效力法是將土體中有效應力的改變降低到最小。具體方法有加速建造主體結構，或逐步利用基礎的重量來代替被挖去土體的重量。

1.4.5 基槽檢驗

基坑挖至基底設計標高并清理后，在墊層施工前，由建設單位組織施工單位、勘察單位、設計單位、監理單位共同進行現場檢查并驗收基槽，通常稱為驗槽。驗槽的目的是檢查地基是否與勘察設計資料相符。驗槽是確保工程質量的關鍵程序之一，合格后方能進行基礎工程施工。

1．驗槽的主要內容

不同建筑物對地基的要求不同，基礎形式不同，驗槽的內容也不同，主要有以下幾點：

（1）根據設計圖紙檢查基槽的開挖平面位置、尺寸、槽底深度；檢查是否與設計圖紙相符，開挖深度是否符合設計要求。

（2）仔細觀察槽壁、槽底土質類型、均勻程度和有關異常土質是否存在，核對基坑土質及地下水情況是否與勘察報告相符。

（3）檢查基槽之中是否有舊建筑物基礎、古井、古墓、洞穴、地下掩埋物及地下人防工程等。

（4）檢查基槽邊坡外緣與附近建筑物的距離，基坑開挖對建筑物穩定是否有影響。

（5）檢查核實分析釬探資料，對存在的異常點位進行復核檢查。

2．驗槽方法

驗槽通常采用觀察法，而對于基底以下的土層不可見部位，要先輔以釬探法配合共同完成。

釬探法可分為人工法和機械法（圖1-35、圖1-36）。常用輕型圓錐動力觸探器：穿心錘質量為10kg，錐頭直徑為40mm，錐角為60°，落距為50cm，觸探桿直徑為25mm，長度為1.8～2.5m。記錄其貫入30cm的錘擊數作為設計承載力、地勘結果、基土土層的均勻度等質量指標的依據。釬探的目的是：根據錘擊沉釬的難易程度和灌水中的滲透快慢，判斷基底持力層是否均勻，是否有孔洞、墓穴、孤石等不利情況。

釬探機工藝流程是：確定打釬順序→就位打釬→記錄錘擊數→整理記錄→拔釬蓋孔→檢查孔深→灌砂。

根據基坑平面圖，依次編號繪制釬點平面布置圖，按釬點平面布置圖放線，在孔位灑上白灰點，用蓋孔磚壓在點位上做好覆蓋保護。每塊蓋孔磚上面必須用粉筆寫明釬點編號。釬探孔的排列方式須根據槽寬確定，槽寬大于200cm時采用梅花形排列方式，間距為1～2m。

灌砂：打完的釬孔，經過質檢人員和工長檢查孔深與記錄無誤后，即進行灌砂。灌砂時每填入30cm左右，可用鋼筋搗實一次。

第二課堂

1．實地考察一個建筑工地的基坑支護方案和設備、設施。

2．查閱資料，閱讀不同地質情況和不同基坑深度的基坑支護方案。

3．簡述基槽檢驗的方法和內容。