基坑工程施工技术讲义(地下连续墙施工、图文丰富).ppt

1,9.基坑工程施工技术foundation pit engineering,2023年2月15日星期三,2,9.1 概述,基坑工程：传统的古老课题综合性的岩土工程问题,2023年2月15日星期三,3,建筑基坑(building foundation pit)：建筑基坑是指为进行建筑物(包括构筑物)基础与地下室的施工所开挖的地面以下空间。基坑工程(foundation pit engineering)：为保证基坑施工及主体地下结构的安全和周围环境不受损害，需对基坑进行包括土体、降水和开挖在内的一系列勘察、设计、施工和检测等工作。这项综合性的工程就称为基坑工程。基坑周边环境(surroundings around foundation pit)：基坑开挖影响范围内包括既有建(构)筑物、道路、地下设施、地下管线、岩土体以及地下水体等体系的统称。基坑支护(retaining and protecting for foundation excavation)：为保证地下结构的施工及基坑周边环境安全，对基坑侧壁及周边环境采用的支挡、加固和保护措施。,基本概念,2023年2月15日星期三,基坑工程,土体开挖降低水位坑壁支护,2023年2月15日星期三,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,5,基坑开挖可以分为以下四种类型,9.1.1 基坑开挖的几种类型,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,6,图9-1 无支护开挖施工示意图 分为垂直开挖和放坡开挖特点：不采用支撑、费用低、工期短、首先考虑的开挖方式,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,7,9.1.2 围护开挖的常用类型,预置方式：简易支撑、钢支撑、预制混凝土板桩围护结构 现浇方式：柱列式、壁式,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,8,一、基坑围护结构的分类1 边坡支护结构：土钉墙支护变形较大，适用于2、3级非软土地基，深度不大于12米，软土浅基坑（深度不超过5米）；地下水高于基坑底，需降水或截水,基坑围护结构的类型,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,9,2 重力式围护体系 不设置支撑或锚杆的自立式墙体结构，墙体 厚度较大，通过墙体自重、墙体与地基的摩擦力、墙体在开挖面以下受到土体的被动抗力平衡水土压力，维持边坡稳定。工业及民用：深搅桩、旋喷桩、树根桩水工：钢架重力式挡土墙、沉井式重力挡土墙、混合式重力挡土墙,基坑围护结构的类型,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,10,深层水泥土搅拌桩适用条件：2、3级基坑;施工范围内地基承载力不宜大于150kPa;基坑深度不大于6m.,基坑围护结构的类型,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,11,桩（墙）式围护体系 围护墙、支撑、防水帷幕组成，墙体 厚度较小，通过墙体插入地下一定深度和在开挖面上设置支撑或锚杆系统平衡墙后的水土压力和维持边坡稳定。挡土墙：钢筋混凝土地下连续墙柱列式钻孔灌注桩钢板桩钢筋混凝土板桩支撑：内支撑、土层锚杆,基坑围护结构的类型,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,12,钢板桩槽钢钢板桩 由槽钢并排或正反扣搭接组成。槽钢长68m，多用于深度不超过4m的基坑。顶部宜设一道支撑或拉锚。,基坑围护结构的类型,通过锤击或冲击将成型桩体打入地下而形成挡土或挡土止水支护结构。,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,13,U形咬口式钢板桩,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,14,钢板桩实例,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,15,钻孔灌注桩挡墙（基坑深度6m）,常用6001000mm，是支护结构中应用最多的一种。宜形成排桩挡墙，顶部浇筑钢筋混凝土圈梁。但施工难以做到相切，挡水效果差。,开挖侧,开挖侧,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,16,钻孔、人工挖孔灌注桩,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,17,定义：在泥浆护壁条件下，利用专门的成槽机械，在地面开挖狭长的深槽，在槽内设置钢筋笼，浇注混凝土，逐步形成一道连续的地下钢筋混凝土连续墙主要工序修筑导墙制备泥浆挖槽钢筋笼吊放槽段的连接混凝土浇筑锁口管起拔开挖支护,地下连续墙,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,18,地下连续墙在基坑工程中适用条件,基坑深度10m；软土地基或砂土地基；在密集的建筑群中施工基坑，对周围地面沉降、建筑物的沉降要求须严格限制；围护结构与主体结构相结合，用作主体结构的一部分，对抗渗有较严格要求；采用逆作法施工，内衬与护壁形成复合结构的工程。,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,19,通过深层搅拌法或高压喷射注浆法将水泥和土拌和成具有一定强度的水泥土桩，一排或数排相互搭接的水泥土桩形成墙体。原理：利用搅拌成形的具有一定强度的水泥土桩提供支护力，一种重力挡土墙结构。特点：就地取才，施工方便。适用条件：淤泥、淤泥质土等软土。基坑深度不宜大于6m。,水泥土桩墙支护结构,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,20,深层搅拌法,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,21,高压喷射灌浆,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,22,SMW（soil mixing wall）工法,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,23,定义：又称加劲水泥土地下连续墙，是一种在相互搭接的水泥土桩墙中插入型钢而形成复合结构的一种技术。主要工序桩体制作型钢沉入型钢拔除 优点挡土、挡水效果好构造简单、工期短、造价低、环境污染小,内撑式支护结构,内撑式支护结构“内支外护”，由围护结构体系和内撑结构体系组成。围护体系常采用钢筋混凝土桩、钢板桩、地下连续墙结构。内撑体系可采用水平支撑或斜支撑，常采用木方、钢筋混凝土、钢管或型钢等。原理：利用围护结构和内撑结构组成空间受力体系，提供支护力。特点：支护力大、适应性强、支撑体系占据施工空间。适用条件：各种类型地基土。,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,24,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,25,内撑式支护结构,支撑的平面布置形式围檩、水平支撑、立柱组成对撑：贯通基坑全长或全宽角撑：基坑角部邻边八字撑：对撑端部环形撑,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,26,对撑,角撑,环形支撑,支撑材料钢管优点：自重小，安装和拆除方便，可重复使用。随挖随撑，可施加预应力。缺点：刚度小，节点多。设计、施工不当易变形。钢筋混凝土 优点:刚度大、现浇节点牢固，可靠性高，适用于平面支撑复杂体系。缺点：自重大、养护时间长、材料不能重复使用，拆除困难。,内撑式支护结构,布置要点因地制宜，经济合理：支撑材料和支撑体系布置形式根据基坑平面形状和尺寸，使其综合技术经济指标得以优化；安全可靠：支撑体系受力明确，充分协调发挥各杆件的力学性能，能够在稳定性和控制变形方面满足对周围环境保护的设计标准要求。方便施工：支撑体系布置能在安全可靠的前提下，最大限度地方便土方开挖和主体结构的快速施工要求。,逆作拱墙 根据基坑平面形状用逆作法施工形成的全封闭拱墙，或局部拱墙，拱墙轴线的矢跨比不宜小于1/8。原理：将土压力转化为结构水平方向的压力，充分发挥混凝土材料抗压性能好的优点。特点：结构受力合理，施工空间宽敞。适用条件：适合于地下水位以上的粘性土、粉土、砂土等地层，要求土层有一定直立高度，不宜用于淤泥或淤泥质土。基坑深度不宜大于12m。,2.5m,4 基坑支护方案比型,支护结构可根据基坑周边环境、开挖深度、工程地质与水文地质、施工作业设备和施工季节等条件选用排桩、地下连续墙、水泥土墙、逆作拱墙、土钉墙、原状土放坡或采用上述型式的组合。支护结构选型应考虑结构的空间效应和受力特点，采用有利支护结构材料受力性状的型式。,4 基坑支护方案选型,9.2 基坑竖直与放坡开挖施工,相对于支护状态下的开挖相比较更经济技术要求相对较低施工难度较低工程质量易于得到保证,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,32,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,33,9.2.1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外基坑(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如下规定：碎土石和沙土：1.0m轻压黏土及压黏土：1.25m黏土：1.5m坚硬的黏性土：2m根据土方和爆破工程施工及验收规范（GBJ 201-1983）,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,34,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,35,9.2.2 基坑边坡稳定,影响基坑边坡稳定的因素：1.没有按实际坡度进行边坡开挖 2.增加附加荷载 3.基坑降排水措施不力 4.基坑开挖后暴露时间过长，经风化而使土体变松散。5.基坑开挖过程中，未及时刷破，甚至挖反坡，使土体失去稳定性,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,36,上图为：“南山中学灾后重建”工程，基坑边坡施工未按方案进行支护，临边防护不符合规范要求。,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,37,保持基坑边坡稳定的措施,在不同土层做成折线行或留台阶。保持干燥。采用坡面土钉、挂金属网、喷射混凝土或抹水泥砂浆护面控制边坡坡顶的荷载开挖过程中，随挖随刷边坡，不得挖反坡。暴露时间超过一年的基坑，可采取护坡措施。,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,38,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,39,边坡稳定防护措施,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,40,9.2.3 基坑边坡坡度的确定,确定基坑边坡坡度：1.计算法2.图解法3.查表法一般采用图表法。建筑地基基础设计规范（GB 50007-2002）,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,41,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,42,岩石基坑边坡坡度,土质基坑边坡坡度,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,43,基坑土方的开挖,土方开挖的分类开挖方法可分为人工开挖与机械开挖；排水开挖与不排水开挖等。,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,44,基坑土方的开挖,土方的开挖应考虑及满足下列要求：(1)应选用合适的施工机械，开挖程序及开挖线路。在一般条件下宜优先采用反铲机挖土，自卸汽车运土。在基坑挖深较大时，需留设坡道满足机械及远土汽车出入基坑的要求。一次挖土的深度与所选用的施工机械的技术参数有关。但应考虑到因挖土卸超过快，排水不协调或边坡过陡，地基一侧失去平衡而导致坑底涌土，边坡失稳，坍塌等的可能。因此在基坑较深时，应采用对称分层开挖的方法，随时保持一定的坡势，有利于排水。,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,45,(2)土力开挖施工宜在保持开挖面干燥的条件下作业。当地下水位高于基坑开挖深度时，应根据土质条件，经分析后选用井点降水或组织明沟，截水沟和集水井等排水。为防止基坑内排出的水和地面雨水等向坑内回渗在施工期要保持坑顶地面排水的畅通。在边坡保护范围内的地面不应有积水。(3)在基坑开挖过程中，不宜在坑边堆置弃土或安置其他重型施工设备器材，以尽量减轻地面荷载。若于挖方上侧弃土时，应在边坡稳定验算时考虑它的影响。应控制弃土堆底至基坑顶边的距离，在一般土质条件下该距离不宜小于1.2m，在垂直的坑壁边坡条件下不应小于3m。弃土堆置的高度不应超过1.5m。对于软土场地的基坑则不应在坑边堆置弃土。,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,46,(4)当基坑开挖至接近坑底高程时，应注意避免超挖。若有超挖应加厚基础垫层混凝土或用砂石回填夯实，但需满足基础设计要求。若基坑内已施工有工程桩桩体，桩顶又高出基坑底面时，则应在坑底标高上留出0.3m0.4m高的余土，避免桩体受到挖土机械的撞击受损。对于不便使用大型机械施工的基坑边角，边坡的修整以及上述坑底余土的清除工作，应用人工或小型机具配合进行修边。采用箱基、筏基的基坑，在机械开挖基坑土时，应保持坑底土体的原状结构，在坑底保留0.2m0.3m厚的土层于施工基础混凝土垫层前用人工挖除铲平。在严寒地区该保留土层的厚度尚应考虑基槽底土层的防冻要求。,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,47,(5)基坑开挖后，应根据设计要求及时作好坡面的防护工作及浇筑垫层封闭基坑。当基坑开挖后仍需在坑内继续施工人工挖孔桩时，也应先作混凝土面层并保护坡脚。有条件时应暂时保留坑底周边部分土体，待在施工地下室结构时挖除。对于箱基或筏基工程，基坑的开挖尚应结合设计要求控制坑底土的回弹变形。对于光施工有工程桩后开挖基坑的工程，应有适宜的开挖工序及时间安排，避免开挖过程中因土体的侧向挤压而导致工程桩桩体的倾斜或断裂。(6)基坑开挖时，应对平面控制桩、水准点、基坑平面位置、水平标高、边坡坡度等经常复测检查。,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,48,开挖方式与顺序的选择,(a)分层开挖(b)分段开挖(c)中心岛开挖(d)盆式开挖。,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,49,分部开挖方法应注意的几个技术关键,(1)被动土压力区的稳定(2)中心岛的范围(3)降水(4)中心岛与围护结构之间的施工(5)采用中心岛或盆式开挖，应重视开挖面的边坡稳定，防止坍方。,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,50,人工开挖,人工开挖主要要解决问题：1出土方法2坑内外排水3堆土4注意安全,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,51,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,52,机械开挖,挖土机械选择原则：(1)基坑深浅，开挖断面和范围大小(2)土的性质与坚硬程度和地下水位情况(3)挖土机械的特点和适应程度(4)施工现场的条件(5)经济效益与成本采用机械开挖基坑时，必须开设坡道，辅以人工修整，自卸汽车运土。如不设坡道，即选用小型的挖土机械，用吊车用下基坑内作业，或在坑顶、平台作业。,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,53,基底处理与封底,1 基底检查与处理的主要内容(1)检查基底的地质情况，特别是土质与承载力是否与设计相符。(2)基底围护结构是否基本稳定，通过施工变形监测，进行跟踪，及时反馈信息。(3)当基底为砂或软粘土时，应按设计要求，及时铺碎石、卵石，其厚度不宜小于20厘米，对下沉尚未稳定的沉并，其刃脚下还应密垫块石。(4)如遇有局部超挖时，不能用素土回填，一般应用封底的混凝土加厚填平。(5)如发现基底土体仍有松土或有水井、古河、古湖、橡皮土或局部硬土(硬物)等，应与设计单位商定，根据具体情况，采用相应的处理措施。,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,54,基底处理与封底,2基底垫层施工基底检查处理后，应及时进行封底垫层施工。施工方法一般有排水封底(又称干封底)和水下封底(又称湿封底)和注浆混凝土封底等三种。,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,55,放坡开挖的环境要求,1放坡开挖的主要工程环境影响(1)基坑放坡开挖，虽然一般经过边坡分析设计，使边坡土体发挥自身的抗剪强度，在新的平衡条件下达到边坡稳定的要求，但应力状态的变化产生相应的变形，过大的变形或过高速率的变形，可能引起邻近建筑物等设施的不均匀下沉，出现裂缝或倾斜，及拉断地下管线等。(2)长时间大幅度降低地下水或上层滞水排向基坑，周边地下水位降低，出现较大范围的地面沉降。土体的变形、固结沉降，都将对临近周边的建筑物和地下市政设施的安全使用产生不利影响。对于建立在天然地基上的建(构)筑物，不均匀的地基土下沉将导致建筑物倾斜开裂的可能性。(3)由于土体平衡条件的变化及地下水作用的影响，导致基坑边坡发生局部破坏或整体滑移，使得在破坏区及滑移区内的建筑物等设施严重倾斜以致倒塌，地下管线断裂(水管折断、电力电讯中断、煤气泄漏引发火灾)造成大面积危害的可能。,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,56,2.对工程环境影响的范围及程度3.放坡开挖的环境要求(1)控制影响范围内的设施。当基坑挖深大于57m时，在两倍坑深的水平范围内宜无主干道，生命线工程及重要的建(构)筑物。(2)足够的边坡稳定系数。在边坡稳定设计计算时，应保证有必要的稳定系数。在软土及地质条件复杂的基坑边坡应选用较大的稳定系数值。(3)控制基坑暴露时间。应尽量减少基坑暴露时间。对超过半年以上的边坡，施工时必须采取坡面的防护措施，并应在坑周边宽为一倍坑深的地面范围予以水泥砂浆抹面或做混凝土地面。(4)须估变形量。(5)加固措施。,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,57,基坑应急防护措施,1导致险情的因素(1)在边坡地面上堆置的弃土或砂石等施工材料设备突破了限定的范围及高度，加大了边坡荷载。(2)在施工期间因排水不畅，受暴雨积水，使边坡土体含水量增加而增加了土的自重；水在土中渗流增加了动水力，土的湿化又降低了土的抗剪强度。(3)当工程桩施工爆破震动以及软土的蠕变影响。2应急防护方法(1)削坡；即改变原有基坑边坡坡率使边坡减缓。(2)坡顶减载(3)坡脚压载(4)增设防滑桩体(5)降低地下水位或加强表面排水,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,58,9.3 基坑支档施工,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,59,一、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，必要时需配合人工降水措施，打桩时噪声较大，大大超过环保规定，只适用于郊区，距居民点的基坑施工,二、钢板桩围护结构：由锁扣或钳口热轧型钢制成，强度高，桩与桩之间连接紧密，隔水效果好，可多次使用，在地下水位较高时采用东西，用于圆形、矩形、多边形等各种平面形状基坑，施工简单应用较广，但施工可能会引起相邻地基的变形和产生噪声振动，对周围环境影响较大，在人口或建筑密集区，使用常常会受到限制，由于钢板桩本身柔性较大，如果设置不当，其变形会很大，所以基坑大于7m时不宜采用。同时施工结束后需要拔出，因此应考虑拔出时对周围地基土和地表土的影响。,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,60,1施工前准备工作,(1)钢板桩的检验及矫正(2)施工围檩安装(3)沉桩机械的选择(4)钢板桩的焊接,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,61,2钢板桩的打设,(1)钢板桩打设方式的选择1)大锁扣扣打施工法2)小锁扣扣打施工法,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,62,1)单独打入法这种方法从板桩墙的一角开始，逐块(或两块)打设，直至工程结束。2)屏风式打入法这种方法是将1020根钢板桩成排插入导架内，呈屏风状，然后再分批施打。,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,63,(2)钢板桩的打设过程 选用吊车将钢板桩吊至插桩点处进行插桩，插桩时锁口要对准，每插入一块即套上桩帽，并轻轻加以锤击。在打桩过程中，为保证钢板桩的垂直度，用两台经纬仪在两个方向加以控制。为防止锁口中心线平面位移，同时在围檩上预先计算出每一块板桩的位置，以便随时检查校正。钢板桩应分几次打入，如第一次由20m高打至15m，第二次则打至10m，第三次打至导梁高度，待导架拆除后第四次才打至设计标高。打桩时，开始打设的第一、二块钢板桩的打入位置和方向要确保精度，它可以起样板导向作用，一般每打入lm就应测量一次。,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,64,(3)钢板桩的转角和封闭1)异形板桩法2)连接件法3)骑缝搭接法4)轴线调整法,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,65,3钢板桩的拔除钢板桩拔除顺序、拔除时间及坑孔处理方法4钢板桩施工中监测及施工后监测(1)施工中监测(2)施工后监测1)墙后土、坑底和钢板桩墙的沉降和位移；2)相邻建筑物的位移沉降；3)地下水位和降水系统水量；4)来自附近打桩、爆破或交通等的振动所造成的影响。,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,66,开挖过程中钢板桩墙可能出现情况：,1)钢板桩墙脚部向外移动2)钢板桩弯曲变形严重3)整个滑动破坏在基坑开挖过程中，如出现坑壁涌水、涌砂或流泥现象，这可能是由于施工中锁扣未锁好，或由于板桩变形等原因造成。当发现板桩因水压作用而发生裂缝时，应设法堵缝。如果水量较小可往裂缝处阻塞。如水量略大，则需在裂缝附近的板桩上大约同一水平位置处开一小孔洞以减小水压力，然后再往裂缝处焊上钢板，最后再堵住小孔洞。,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,67,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,68,三、水泥土搅拌桩挡墙：适用于淤泥、淤泥质土、黏土、粉质粘土、粉土、素填土等土层。基坑开挖深度不宜大于6m，常用的有水泥土搅拌桩组成的重力坝式挡土墙和SMW工法两种,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,69,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,70,水泥土搅拌桩,四、钻孔灌注桩围护结构：是排桩式中应用最多的一种，应用广泛，其多用于坑深715m的基坑工程，一般采用机械成孔，需要注意的是：桩间缝隙易造成水土流失，特别是在高水位软黏土质地区，需根据工程条件采取注浆、水泥搅拌桩、旋喷桩等施工措施解决挡水问题，在沙砾层和卵石中施工困难应该慎用，桩与桩之间主要通过桩顶冠梁和围檩连成，因此整体性较差，在重要地区的特殊工程及开挖深度很大的基坑镇中应用需要特别慎重。,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,71,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,72,9.4 土层锚杆施工,一、土锚概述土层锚杆，亦称土锚，它的一端与支护结构联结，另一端锚固在土体中，将支护结构所承受的荷载（侧向的土压力、水压力以及水上浮力和风力带来的倾覆力等）通过拉杆传递到处于稳定土层中的锚固体上，再由锚固体将传来的荷载分散到周围稳定的土层中去。,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,73,锚杆支护的优缺点,优点：安全迅速与岩土体结合，承受很大的拉力，尤其适用于多变复杂的地质条件。可采用高强钢材，并可施加预应力，可有效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。缺点：提供的支护阻力小，不能防止小块塌落，一般可和金属网喷射混凝土联合使用。,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,74,锚杆构造,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,75,锚杆的布置,根据建筑基坑支护技术规程，土锚的上下排垂直间距不宜小于2m；水平间距不宜小于1.5m；土锚锚固体上覆土层厚度不宜小于4m。土锚的倾角宜为1525，且不应大于45。土锚自由段长度不宜小于5m，并应超过潜在滑裂面1.5m。土锚的锚固段长度不宜小于4m。拉杆(拉索)下料长度，应为自由段、锚固段及外露长度之和。外露长度需满足锚固及张拉作业的要求。土锚的锚固体宜采用水泥浆或水泥砂浆，其强度等级不宜低于M10。,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,76,土层锚杆施工,土层锚杆施工，包括钻孔、安放拉杆、灌浆和张拉锚固。在正式开工之前还需进行必要的准备工作。(一)施工准备工作在土层锚杆正式施工之前，一般需进行下列准备工作：1、土层锚杆施工必须清楚施工地区的土层分布和各土层的物理力学特性（天然重度、含水量、孔隙比、渗透系数、压缩模量、凝聚力、内摩擦角等）。这对于确定土层锚杆的布置和选择钻孔方法等都十分重要；还需了解地下水位及其随时间的变化情况，以及地下水中化学物质的成分和含量，以便研究对土层锚杆腐蚀的可能性和应采取的防腐措施；2、要查明土层锚杆施工地区的地下管线、构筑物等的位置和情况，慎重研究土层锚杆施工对它们产生的影响；,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,77,3、要研究土层锚杆施工对邻近建筑物等的影响，如土层锚杆的长度超出建筑红线、还应得到有关部门和单位的批准或许可；同时也应研究附近的施工（如打桩、降低地下水位、岩石爆破等）对土层锚杆施工带来的影响；4、要编制土层锚杆施工组织设计，确定土层锚杆的施工顺序；保证供水、排水和动力的需要；制订钻孔机械的进场、正常使用和保养维修制度；安排好施工进度和劳动组织；在施工之前还应安排设计单位进行技术交底，以全面了解设计的意图。,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,78,（二）钻孔土层锚杆的钻孔工艺，直接影响土层锚杆的承载能力、施工效率和整个支护工程的成本。钻孔的费用一般占成本的30以上，有时甚至超过50。钻孔时注意尽量不要扰动土体，尽量减少土的液化，要减少原来应力场的变化，尽量不使自重应力释放。土层锚杆的成孔设备，国外一般采用履带行走全液压万能钻孔机，孔径范围50320mm，具有体积小，使用方便，适应多种土层，成孔效率高等优点。国内使用的有螺旋式钻孔机、冲击式钻孔机和旋转冲击式钻孔机，亦有的采用改装的普通地质钻机成孔。在黄土地区亦可采用洛阳铲形成锚杆孔穴，孔径7080mm。,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,79,钻孔方法的选择主要取决于土质和钻孔机械。常用的土层锚杆钻孔方法有螺旋钻孔干作业法、压水钻进成孔法、潜钻成孔法等，应用较多的为压水钻进法，可把成孔过程中的钻进，出渣，清孔等工序一次完成，可防止塌孔，不留残土，能适用于各种软硬土层，但施工现场积水较多。当土层无地下水时，亦可用螺旋钻孔干作业法来成孔，一般是先成孔，清除废土，然后插入拉杆，施工时采取多个平行作业。钻出的孔洞用空气压缩机风管冲洗孔穴；将孔内孔壁残留废土清除干净。扩孔的方法有4种：机械扩孔、爆炸扩孔、水力扩孔和压浆扩孔。压浆扩孔在国外广泛采用，但需用堵浆设施。我国多用二次灌浆法来达到扩大锚固段直径的目的。,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,80,（三）安放拉杆,土层锚杆用的拉杆，常用的有钢管（钻杆用作拉杆）、粗钢筋、钢丝束和钢绞线。主要根据土层锚杆的承载能力和现有材料的情况来选择。承载能力较小时，多用粗钢筋：承载能力较大时，我国多用钢绞线。,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,81,(四)压力灌浆压力灌浆是土锚施工中的一个重要工序。施工时，应将有关数据记录下来，以备将来查用。灌浆的作用是：形成锚固段，将锚杆锚固在土层中；防止钢拉杆腐蚀；充填土层中的孔隙和裂缝。,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,82,(五)张拉和锚固土锚灌浆后，待锚固体强度大于15MPa并达到设计强度等级的75以上，便可对土锚进行张拉和锚固。张拉前先在支护结构上安装围檩。张拉用设备与预应力结构张拉所用者相同。从我国目前情况看，张拉端钢拉杆为变形钢筋者，其端部加焊一螺母端杆，用螺母锚固。钢拉杆为光圆钢筋者，可直接在其端部攻丝，用螺母锚固。如用精轧钢纹钢筋，可直接用螺母锚固。张拉粗钢筋用一般单作用千斤顶。,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,83,9.5土钉墙,土钉墙的概念土钉墙是近年来发展起来用于土体开挖和边坡稳定的种新型挡土结构。它由被加固土、放置于原位土体中的细长金属杆件(土钉)及附着于坡面的混凝土面板组成，形成一个类似重力式墙的挡土墙。以此来抵抗墙后传来的土压力和其它作用力，从而使开挖坡面稳定。,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,84,土钉分类,钻孔注浆土钉先在土中钻孔，置人钢筋，然后沿全长注浆，为使土钉钢筋处于孔的中心位置，有足够的浆体保护层，需沿钉长每隔23m设对中支架。土钉外露端宜做成螺纹并通过螺母、钢垫板与配筋喷射混凝土面层相连，在注浆体硬结后用扳手拧紧螺母使在钉中产生约为土钉设计拉力10左右的预应力。打入土钉在土体中直接打入角钢、圆钢或钢筋等，不再注浆。由于打入式土钉与土体间的粘结摩阻强度低，钉长又受限制，所以布置较密，可用人力或振动冲击钻、液压锤等机具打入。打入注浆式土钉直接将带孔的钢管打入土中，然后高压注浆形成土钉,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,85,土钉墙与加筋土墙的比较,1两者的相似处(1)一般倩况下，均不施加预应力；(2)借助土的微小变形使杆件受力而工作；(3)通过土与杆件的粘结而使加强的土体稳定而后形成类似于重力式挡墙的结构，支撑其后部土体传来的土压力和荷重；(4)侧向面板基本不受力，对整个结构物的稳定性不起很大作用，而且均很薄。2两者的不同处(1)施工顾序不同，加筋土墙是自下而上先修筑面板和筋系，然后夯填土体而形成的；土钉墙则是随着边坡或基坑开挖自上而下逐步形成。故两者的受力条件截然不同：(2)土钉墙用于原状土的挖方工程，对于土的质量无法选择和控制；加筋土墙用于填方工程，在一般信况下，对土的种类可以选择，对土的工程性质是可以控制的；(3)随着新型工程材料的不断出现，加筋条多采用土工合成材科，直接同土接触而起作用；而土钉则多用金属杆，通过砂浆同土接触而起作用(有时直接在原状土中打人钢筋或角钢而起作用)：(4)加筋条带，一般水平放置，而土钉倾斜一定角度安设。,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,86,土钉与锚杆的对比,(1)锚杆安装后，通常施加预应力，主动约束挡土结构的变位；而土钉一般不施加预应力，须借助土体产生小量变位，而使土钉受力后工作，故两者的受力状态不同，结构上的要求自然也是不同的；(2)锚杆只在锚固长度内受力，而自由段长度内只起传力作用；土钉则是全长受力，故两者在杆件长度方向上的应力分布是不同的；(3)锚杆密度小，每个杆件都是重要的受力部件；而土钉密度大，靠土钉的相互作用形成复合整体作用，其中个别土钉发生破坏或不起作用，对整个结构物影响不大；(4)锚杆挡墙或锚杆被拉的挡土结构受力较大，要求锚头特别牢固；土钉面板基本不受力，其钻头用一小块钢板同杆件连接起来即可；(5)锚杆一般较长，直径较大，所需的各种机具也较大。而土钉的长度一般较短(312m)，直径较小，所需的各种机具均较灵便。,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,87,施工方法,作业面开挖喷射混凝土面层排降水措施土钉施工土钉防腐边坡表面处理,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,88,作业面开挖,土钉墙施工是随着工作面开挖分层施工的，每层开挖的最大高度取决于该土体可以站立而不破坏的能力。砂性土中每层开挖高度为0.52.0m粘性土中每层开挖高度,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,89,每层开挖的纵向长度，取决于交叉施工期间保持坡面稳定的坡面面积和施工流程的相互衔接，长度一般为10m,喷射混凝土面层,尽快做第一层喷射混凝土，对临时性支护来说，面层可以做一层，厚度50150mm；而对永久性支护则多用两层或三层，厚度为100300mm。喷射混凝土强度等级不应低于C15，混凝土中水泥含量不宜低于400kgm3。喷射混凝土最大骨料尺寸不宜大于15mm；通常为10mm。两次喷射作业应留一定的时间间隔，为使施工搭接方便，每层下部300mm暂不喷射，并做45的斜面形状，为了使土钉同面层能很好地连接成整体，一般在面层与土钉交接中间加一块150mm150mm10mm或200mm200mm12mm的承压板，承压板后一般放置48根加强钢筋。在喷射混凝土中，应配置一定数量的钢筋网，钢筋网能对面层起加强作用，并对调整面层应力有着重要的意义。钢筋网间距通常双向均为200300mm，钢筋直径为6-10，在喷射混凝土面层中配置12层。有时，用粗钢筋将各土钉相互连接起来，这样面层的整体作用得到进一步加强。,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,90,排降水措施,地下水位较高时，采取人工降低地下水措施，沿坡顶每隔10m左右设置一个降水井，常采用管井井点阵水法。坡面排水可在喷射混凝土面层中设置排水管，一般使用300500mm长的带孔塑料管子，向上倾斜5-10，排除面层后的积水。坡底设置排水沟和积水坑，将排入积水坑的水及时抽走。,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,91,土钉施工,1成孔采用螺旋钻、洛阳铲等干法成孔设备或土锚专用钻机成孔2置筋在置筋前，最好采用压缩空气将孔内残留及扰动的废土清除干净。放置的钢筋一般采用级螺纹钢筋，为保证钢筋在孔中的位置，在钢筋上每隔23m焊置一个定位架。3注浆土钉注浆可采用注浆泵或砂浆泵灌注，浆液采用纯水泥浆或水泥砂浆。,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,92,质量检验与监测,土钉抗拔力检验原材料检验面层强度及厚度检验监测,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,93,9.5 地下连续墙施工,9.5.1 地下连续墙概述地下连续墙施工工艺，是在工程开挖土方之前，用特制的挖槽机械在泥浆(又称触变泥浆、安定液、稳定液等)护壁的情况下每次开挖一定长度(一个单元槽段)的沟槽，待开挖至设计深度并清除沉淀下来的泥渣后，把地面上加工好的钢筋骨架(一般称为钢筋笼)用起重机械吊放入充满泥浆的沟槽内，用导管向沟槽内浇筑混凝土。混凝土由沟槽底部开始逐渐向上浇筑，并将泥浆置换出来，待混凝土浇至设计标高后，一个单元槽段即施工完毕。各个单元槽段之间由特制的接头连接，形成连续的地下钢筋混凝土墙。,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,94,地下连续墙1950年首次应用于意大利米兰的工程，在近50年来得到了迅速发展。随着城市建设和工业交通的发展，地铁、高层建筑、桥梁、重型厂房、大型地下设施等日益增多，例如有的新建或扩建地下工程由于四周邻街或与现有建筑物紧相连接；有的工程由于地基比较松软，打桩会影响邻近建筑物的安全和产生噪声；还有的工程由于受环境条件的限制或由于水文地质和工程地质的复杂性，很难设置井点降水等。这些场合，采用地下连续墙支护具有明显的优越性。,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,95,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,96,地下连续墙,9.5.2 地下连续墙的优缺点（一）地下连续墙的优点1、减少工程施工对环境的影响。施工时振动少，噪音低；能够紧邻相邻的建筑物及地下管线施工，对沉降及变位较易控制；2、地下连续墙的墙体刚度大、整体性好，结构变形小，既可用于超深围护结构，也可用于主体结构；3、地下连续墙为整体连续结构，加上现浇墙壁厚度一般60cm，钢筋保护层较大，耐久性好，抗渗性能也较好；4、可实行逆筑法施工，有利于施工安全，加快施工速度，降低造价。5、适用于多种地基条件。地下连续墙对地基的适用范围很广，从软弱的冲积地层到中硬的地层、密实的砂砾层等地基都可以建造地下连续墙。6、占地少，可以充分利用建筑红线以内有限的地面和空间,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,97,（二）地下连续墙的缺点,1、弃土及废泥浆的处理。除增加工程费用外，若处理不当，会造成新的环境污染；2、地质条件和施工的适应性。地下连续墙最适应的地层为软塑、可塑的粘性土层。当地层条件复杂时，还会增加施工难度和影响工程造价；3、地下连续墙只是用作基坑支护结构，则造价较高，不够经济。4、需进一步研究提高地下连续墙墙身接缝处抗渗、抗漏能力；提高施工精度和墙身垂直度的方法和措施。,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,98,（三）地下连续墙的适用条件,地下连续墙是一种比钻孔灌筑桩和深层搅拌桩造价昂贵的结构形式，其在基础工程中的适用条件有：1、基坑深度10m；2、软土地基或砂土地基；3、在密集的建筑群中施工基坑，对周围地面沉降、建筑物的沉降要求须严格限制时，宜用地下连续墙；4、围护结构与主体结构相结合，用作主体结构的一部分，对抗渗有较严格要求时，宜用地下连续墙；5、采用逆筑法施工，地下室外墙的内衬与地下钢筋混凝土连续墙护壁形成复合结构的工程。,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,99,地下连续墙施工阶段：,准备工作阶段准确定出墙位位置，现场核对单元槽段的划分尺寸，完成泥浆制备和废浆处理系统，场地平整、清除地下旧管线和各类基础，挖导沟准确地设置导墙，铺设轨道和组装成槽设备、吊车、拔管机等设备，准备好钢筋笼及接头工具，并检查全部检测设备。墙体施工阶段在导墙内用专用成槽设备开挖深槽至设计标高，用泥浆护壁，经成槽、清孔、刷除接头混凝土上的泥皮，安放锁口管或其他接头设备，再将扎好具有相当刚度的钢筋笼吊入槽内(要求承重的墙还埋有墙底灌浆管与钢筋笼同时入槽)，插入导管，灌注水下混凝上至孔口，再拔出锁口管，接头箱，完成这段墙的浇注为单元墙段。用同样方法浇筑相邻墙段，直至所有墙段施工完毕。,2023年2月15日星期三,地下工程讲稿,100,地下连续墙的施工组织设计的内容：,地下连续墙的总平面布置；总体和单元施工进度计划；挖槽机械和配套设备；单元槽段的尺寸、分段次序编号、节点的构造形式；泥浆制作应用和循环系统的现场布置，弃土、沉淀方式；成墙穿越不同地质状况及对策；排除障碍措施；导墙的平面布置和截面结构设计；钢筋笼分段尺寸、接头、制作、安装方法；混凝土配制、搅拌、运输、浇筑方法；施工场