建筑施工技術課件

《建築施工技術》第1章土石方工程1.1概述1.2土方與土方調(diào)配量計算1.3土方工程施工要點1.4土方工程機械化施工1.5土方填築與壓實1.6土方工程品質標準與安全技術要求1.1概述

常見的土方工程包括場地平整；土方的開挖、填築和運輸及排水、降水和土壁邊坡和支護結構等；土方回填與壓實。

1.1.1土方工程的施工特點工程量大，施工工期長，勞動強度大；施工條件複雜且多位露天作業(yè)

1.1.2土的工程分類與現(xiàn)場鑒別方法按土的開挖難易程度分為八類，如表1.1。表中一至四類為土，五至八類為巖石。表1.1土的工程分類土的分類土的級別土的名稱密度(kg/m3)開挖方法及工具一類土(鬆軟土)Ⅰ砂土；粉土；沖積砂土層；疏鬆的種植土；淤泥(泥炭)600～1500用鍬、鋤頭挖掘，少許用腳蹬二類土(普通土)Ⅱ粉質粘土；潮濕的黃土；夾有碎石、卵石的砂；粉土混卵(碎)石；種植土；填土1100～1600用鍬、鋤頭挖掘，少許用鎬翻松三類土(堅土)Ⅲ軟及中等密實粘土；重粉質粘土；礫石土；幹黃土、含有碎石卵石的黃土；粉質粘土；壓實的填土1750～1900主要用鎬，少許用鍬、鋤頭挖掘，部分用撬棍四類土(砂礫堅土)Ⅳ堅硬密實的粘性土或黃土；含碎石、卵石的中等密實的粘性土或黃土；粗卵石；天然級配砂石；軟泥灰?guī)r1900整個先用鎬、撬棍，後用鍬挖掘，部分用楔子及大錘五類土(軟石)Ⅴ硬質粘土；中密的葉巖、泥灰?guī)r、白堊土；膠結不緊的礫巖；軟石灰?guī)r及貝殼石灰?guī)r1100～2700用鎬或撬棍、大錘挖掘，部分使用爆破方法六類土(次堅石)Ⅵ泥巖；砂巖；礫巖；堅實的葉巖、泥灰?guī)r；密實的石灰?guī)r；風化花崗巖；片麻巖及正長巖2200～2900用爆破方法開挖，部分用風鎬七類土(堅石)Ⅶ大理巖；輝綠巖；玢巖；粗、中?；◢弾r；堅實的白雲(yún)巖、砂巖、礫巖、片麻巖、石灰?guī)r；微風化安山巖；玄武巖2500～3100用爆破方法開挖八類土(特堅土)Ⅷ安山巖；玄武巖；花崗片麻巖；堅實的細?；◢弾r、閃長巖、石英巖、輝長巖、角閃巖、玢巖、輝綠巖2700～3300用爆破方法開挖1.1.3土的基本性質

(1)土的天然含水量土的含水量ω是土中水的品質與固體顆粒品質之比的百分率，即式中：──土中水的品質──土中固體顆粒的品質。（2）土的天然密度和幹密度土在天然狀態(tài)下單位體積的品質，稱為土的天然密度。式中：m──土的總品質；V──土的天然體積單位體積中土的固體顆粒的品質稱為土的幹密度。式中：ms──土中固體顆粒的品質。

土的幹密度越大，表示土越密實。工程上常把土的幹密度作為評定土體密實程度的標準，以控制填土工程的壓實質量。土的幹密度與土的天然密度之間有如下關係：

(3)可松性自然狀態(tài)下的土經(jīng)開挖後，其體積因鬆散而增大，以後雖經(jīng)回填壓實，仍不能恢復其原來的體積。

──土在天然狀態(tài)下的體積（m3）；

──土挖出後在鬆散狀態(tài)下的體積(m3)；

──土經(jīng)回填壓（夯）實後的體積(m3)（4）滲透性水流通過土中孔隙的難易程度，水在單位時間內(nèi)穿透土層的能力稱為滲透系數(shù)，用k表示，單位為m/d。式中：──水在土中的滲透速度，m/d──水力坡度，即兩點水頭差與其水準距離之比；

──土的滲透係數(shù)，m/d。

1.2土方與土方調(diào)配量計算1.2.1基坑、基槽土方量計算1.2.2.1場地設計標高的確定1.2.2場地平整土方量計算1.2.2.1場地設計標高的確定1.2.2.2場地土方工程量計算

圖1.13場地邊坡平面圖1.2.3土方調(diào)配1．應力求達到挖、填平衡和運輸量最小的原則。

2．應考慮近期施工與後期利用相結合的原則。

3．盡可能與大型地下建築物的施工相結合。

4．調(diào)配區(qū)大小的劃分應滿足主要土方施工機械工作面大?。ㄈ珑P運機鏟土長度）的要求，使土方機械和運輸車輛的效率能得到充分發(fā)揮。

1.2.3.2土方調(diào)配區(qū)的劃分1.2.3.1土方調(diào)配原則1．用“最小元素法”編制初始調(diào)配方案2．最優(yōu)方案判別法3.方案的調(diào)整1.2.3.3用“表上作業(yè)法”求解最優(yōu)調(diào)配方案

1.3土方工程施工要點

兩側擋土板水準放置,用工具式或木橫撐借木楔頂緊,挖一層土,支頂一層適於能保持立壁的幹土或天然濕度的粘土類土,地下水很少,深度在2m以內(nèi)1.3.2土方邊坡與土壁支撐1.3.1施工準備

擋土板水準放置,中間留出間隔,並在兩側同時對稱立豎枋木,再用工具式或木橫撐上下頂緊。適於能保持直立壁的幹土或天然濕度的粘土類土,地下水很少,深度在3m以內(nèi)。擋土板水準連續(xù)放置,不留間隙,然後兩側同時對稱立豎枋木,上下各頂一根撐木,端頭加木楔頂緊；適用於較鬆散的幹土或天然濕度的粘土類土,地下水很少,深度為3～5m擋土板垂直放置,連續(xù)或留適當間隙,然後每側上下各水準頂一根枋木,再用橫撐頂緊；適於土質較鬆散或濕度很高的土,地下水較少,深度不限溝槽上部設連續(xù)或水準支撐,下部設連續(xù)或垂直支撐；適於溝槽深度較大,下部有含水土層情況

不沿擋土位置預先打入鋼軌、工字鋼或H型鋼樁,間距1～1.5m,然後邊挖方,邊將3～6cm厚的擋土板塞進鋼樁之間擋土,並在橫向擋板與型鋼樁之間打入楔子,使橫板與土體緊密接觸適於地下水位較低,深度不很大的一般粘性或砂土層中應用

在開挖基坑的周圍打鋼板樁或鋼筋混凝土板樁,板樁入土深度及懸臂長度應經(jīng)計算確定,如基坑寬度很大,可加水準支撐；適於一般地下水、深度和寬度不很大的粘性或砂土層中應用在開挖的基坑周圍打鋼板樁,在柱位置上打入暫設的鋼柱,在基坑中挖土,每下挖3～4m,裝上一層構架支撐體系,挖土在鋼構架網(wǎng)格中進行,亦可不預先打入鋼柱,隨挖隨接長支柱適於在飽和軟弱土層中開挖較大、較深基坑,鋼板樁剛度不夠時採用在開挖基坑的周圍,用鑽機鑽孔,現(xiàn)場灌注鋼筋混凝土樁,達到強度後,在基坑中間用機械或人工挖土,下挖1m左右裝上橫撐,在樁背面裝上拉桿與已設錨樁拉緊,然後繼續(xù)挖土至要求深度。在樁間土方挖成外拱形，使之起土拱作用。如基坑深度小於6m,或鄰近有建築物,亦可不設錨拉桿,採取加密樁距或加大樁徑處理適於開挖較大、較深(>6m)基坑,臨近有建築物,不允許支護,背面地基有下沉、位移時採用。

同擋土灌注樁支撐,但在樁頂不設錨樁錨桿,而是挖至一定深度,每隔一定距離向樁背面斜下方用錨桿鑽機打孔,安放鋼筋錨桿,用水泥壓力灌漿,達到強度後,安上橫撐,拉緊固定,在樁中間進行挖土,直至設計深度。如設2～3層錨桿,可挖一層土,裝設一次錨桿適於大型較深基坑,施工期較長,鄰近有高層建築,不允許支護,鄰近地基不允許有任何下沉位移時採用系將擋土灌注樁在平面佈置上由單排樁改為雙排樁,呈對應或梅花式排列,樁數(shù)保持不變,雙排樁的樁徑d一般為400～600mm,排距L為(1.5～3)d,在雙排樁頂部設圈梁使其成為整體剛架結構。亦可在基坑每側中段設雙排樁,而在四角仍採用單排樁。採用雙排樁支護可使支護整體剛度增大,樁的內(nèi)力和水準位移減小,提高護坡效果.適於基坑較深,採用單排混凝土灌注樁擋土,強度和剛度均不能勝任時使用在開挖的基坑周圍,先建造混凝土或鋼筋混凝土地下連續(xù)牆,達到強度後,在牆中間用機械或人工挖土,直至要求深度。對跨度、深度很大時,可在內(nèi)部加設水準支撐及支柱。用於逆作法施工,每下挖一層,把下一層梁、板、柱澆築完成,以此作為地下連續(xù)牆的水準框架支撐,如此迴圈作業(yè),直到地下室的底層全部挖完土,澆築完成。適於開挖較大、較深(>10m)、有地下水、周圍有建築物、公路的基坑,作為地下結構的外牆一部分,或用於高層建築的逆作法施工,作為地下室結構的部分外牆。在開挖基坑的周圍先建造地下連續(xù)牆支護,在牆中部用機械配合人工開挖土方至錨桿部位,用錨桿鑽機在要求位置鑽孔,放入錨桿,進行灌漿,待達到強度,裝上錨桿橫樑,或錨頭墊座,然後繼續(xù)下挖至要求深度,如設2～3層錨桿,每挖一層裝一層,采用快凝砂漿灌漿。適於開挖較大、較深(>10m)、有地下水的大型基坑,周圍有高層建築,不允許支護有變形、採用機械挖方、要求有較大空間、不允許內(nèi)部設支撐時採用。在基坑周圍打板樁或設擋土灌注樁,在內(nèi)側放坡挖中間部分土方到坑底,先施工中間部分結構至地面,然後再利用此結構作支承向板樁(灌注樁)支水準橫頂撐,挖除放坡部分土方,每挖一層支一層水準橫頂撐,直到設計深度,最後再建該部分結構。適於開挖較大、較深的基坑,支護樁剛度不夠,又不允許設置過多支撐時用。在基坑周圍打板樁或設擋土灌注樁,在內(nèi)側放坡挖中間部分土方到坑底,並先施工好中間部分基礎,再從基礎向樁上方支斜頂撐,然後再把放坡的土方挖除,每挖一層,支一層斜撐,直至坑底,最後建該部分結構。適於開挖較大、較深基坑、支護樁剛度不夠、坑內(nèi)不允許設置過多支撐時用。

深層攪拌水泥土樁是加固飽和軟土的一種新方法，最早用於加固軟土地基，近年來發(fā)展作為防滲牆及淺基坑的擋土支護樁。它由攪拌樁機將水泥和土強行攪拌，形成柱狀的攪拌水泥土樁，水泥土柱狀加固體連續(xù)搭接形成密封擋牆；兼具隔水作用的擋土支護樁通常佈置成格柵式要求相鄰樁搭接不小於20cm，格柵的截面置換率（加固土面積與總面積之比）為0.6～0.8。它適用於4～6m深的沿海地區(qū)如滬、江浙、閩、粵等的軟土地基基坑，採取卸荷方法最大可達7m。

利用深層攪拌水泥土樁的良好止水性能作帷幕，與灌注樁（鑽孔灌注樁、沉管灌注樁或人工挖孔灌注樁）的擋土性能結合起來，可以支護較深的基坑。同時基坑四周地下水被封閉，僅在基坑內(nèi)降水排水，即可開挖土方。深層攪拌水泥土樁與擋土灌注樁結合支護是軟土、普通粘土及地下水位較高地區(qū)深基坑支護的主要方法，其應用是止水擋土支護結構中較廣泛的。它有懸臂樁和有錨樁兩類，前者一般適用深度7m以下的基坑，後者則可達18m的基坑深度。有錨樁是在樁後設柔性系桿（如鋼索、土錨桿等）或在樁前設剛性支撐（如鋼筋混凝土大樑、型鋼、鋼管）加以固定。鋼板樁是一種較老的基坑支護，適用於軟土、淤泥質土、鬆散砂土及地下水多地區(qū)。鋼板樁的種類很多，基本上分為平板與波浪形板樁兩類，每類中又有多種形式。平板樁(圖1.26槽鋼和圖1.27a一字型截面)承受軸向應力的性能良好，易打入地下，但長軸方向抗彎強度較小，常用於4m以下深度的較淺基坑或基槽，一般採用懸臂式板樁即依靠入土部分的土壓力來維持板樁的穩(wěn)定或頂部設一道支撐或拉錨。圖1.26槽鋼鋼板樁截面型式

圖1.27常用鎖口的鋼板樁截面型式(a)一字型截面

波浪式板樁，尤其是“拉森”式鋼板樁(圖1.27b)抗彎性能都較好，施工應用較多。它有懸臂式板樁和有錨板樁兩類，前者一般適用深度10m以下的基坑，後者則可達16m的基坑深度。有錨板樁是在板樁牆後設柔性系桿（如鋼索、土錨桿等）或在板樁牆前設剛性支撐（如大型型鋼、鋼管）加以固定。當基坑特別寬大或基坑內(nèi)不允許有剛性支撐阻攔時，則可設置柔性系桿。

圖1.27常用鎖口的鋼板樁截面型式

(b)U型截面在基坑開挖坡面，用機械鑽孔或洛陽鏟成，孔內(nèi)放鋼筋並注漿，在坡面安裝鋼筋網(wǎng)，噴射C20厚80～200mm厚的混凝土，使土體、鋼筋與噴射混凝土面板結合，成為深基坑土釘支護，如圖1.30所示，基坑坡面可以豎直90°，也可是80°左右，土釘長度按計算確定。適宜於地下水位以上或經(jīng)降水措施後的雜填土、普通粘土或非鬆散性的砂土，在我國北方、南方應用都較普遍?；由疃纫话阍?5m以下，國內(nèi)資料表明土釘支護已做到18m。

圖1.30土釘實例

1.3.3施工排水與降水

1.3.3.1集水井降水1—井點管；2—濾管；3—總管；4—彎聯(lián)管；5—水泵房；

6—原有地下水位線；7—降低後地下水位線；1.3.3.2井點降水圖1.24輕型井點降低地下水位全貌圖①水下挖土法;②打板樁法;③搶挖法;④地下連續(xù)牆法;⑤枯水期施工法;當基坑或溝槽寬度小於6m，且降水深度不超過5m時，可用單排線狀井點,佈置在地下水流的上遊一側，兩端延伸長度不小於坑槽寬度。如寬度大於6m或土質不良，則用雙排線狀井點,位於地下水流上游一排井點管的間距應小些，下游一排井點管的間距可大些。面積較大的基坑宜用環(huán)狀井點有時亦可佈置成U形，以利挖土機和運土車輛出入基坑。井點管距離基坑壁一般可取0.7～1.2m，以防局部發(fā)生漏氣。井點管間距一般為0.8m、1.2m、1.6m或2.0m、2.4m,由計算或經(jīng)驗確定。井點管在總管四角部位適當加密。

──井點管埋設面至基坑底面的距離；

──降低後的地下水位至基坑中心底面的距離，一般取0.5～1.0m。

──水力坡度，實測單排井點1/4～1/5，雙排井點1/7，環(huán)狀井點1/10～1/12；

──基坑短邊方向井點管至基坑中心的水準距離。圖1.34環(huán)狀井點系統(tǒng)湧水量計算簡圖

(a)無壓完整井；(b)無壓非完整井

對於無壓完整井(圖1.34a)的環(huán)狀井點系統(tǒng)，湧水量計算公式為：

輕型井點系統(tǒng)設計實例

圖1.36井點管的埋設

(a)沖孔(b)埋管

圖1.37回灌井點佈置

(a)回灌井點佈置(b)回灌井點水位圖1—降水井點2—回灌井點3—原水位線4—基坑內(nèi)降低後的水位線5—回灌後水位線

1.4土方工程的機械化施工

(1)推土機圖1.41液壓式推土機外形圖

1.4.1常用土方施工機械圖1.42

下坡推土法

圖1.43

槽形推土

圖1.44

並列推土

圖1.45

分批集中一次推送

(2)鏟運機

圖1.46G6-2.5型拖式鏟運機外形圖

圖1.47CL7型自行式鏟運機外形圖

圖1.49

跨鏟法

圖1.50

推土機助鏟

圖1.51

雙聯(lián)鏟運法

(3)挖土機圖1.52

正鏟挖土機開挖方式(a)側向開挖；（b）正向開挖

1—正鏟挖土機；2—自卸汽車圖1.53

正鏟一層通道多次開挖基坑Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ—為通道斷面及開挖順序

圖1.56履帶式機械傳動反鏟挖土機圖1.57液壓反鏟挖土機工作尺寸圖1.58反鏟挖土機開挖方式（a）溝端開挖；(b)溝側開挖

1—反鏟挖土機；2—自卸汽車；3—棄土堆圖1.60履帶式拉鏟挖土機圖1.61履帶式抓鏟挖土機

圖1.631—坡道；2—枕木垛

圖1.62

接力式挖土示意

1.4.2土方挖運機械選擇和機械挖土的注意事項

圖1.64基坑挖土方式（a）放坡開挖（b）直立壁無支撐開挖（c）直立壁內(nèi)支撐開挖（d）直立壁土錨開挖

1.4.3基坑土方開挖方式盆式開挖順序圖1.66島式開挖及支撐的施工順序示意圖

表1.14基坑監(jiān)控專案表基坑側壁安全等級一級二級三級監(jiān)測專案支護結構水準位移應測應測應測周圍建築物、地下管線變形應測應測宜測地下水位應測應測宜測樁、牆內(nèi)力應測宜測可測錨桿拉力應測宜測可測支撐軸力應測宜測可測立柱變形應測宜測可測土體分層豎向位移應測宜測可測支護結構介面上側向壓力宜測可測可測1.4.4．基坑支護工程的現(xiàn)場監(jiān)測基坑類別圍護結構牆頂位移監(jiān)控值圍護結構牆體最大位移監(jiān)控值地面最大沉降監(jiān)控值一級基坑353二級基坑686三級基坑81010表1.15基坑變形的監(jiān)控值（單位：cm)1.5土方填築與壓實對填方土料應按設計要求驗收後方可填入。如設計無要求，按《施工手冊》要求如下：碎石類土、砂土（使用細、粉砂時應取得設計單位同意）和爆破石碴可用作表層以下的填料；含水量符合壓實要求的粘性土，可用作各層填料；碎塊草皮和有機質含量大於8%的土，僅用於無壓實要求的填方。含有大量有機物的土，容易降解變形而降低承載能力；含水溶性硫酸鹽大於5%的土，在地下水的作用下，硫酸鹽會逐漸溶解消失，形成孔洞影響密實性；因此前述兩種土以及淤泥和淤泥質土、凍土、膨脹土等均不應作為填土。1.5.1土料選擇與填築要求(1)碾壓法

圖1.69羊足碾

圖1.67光輪壓路機（a）兩軸兩輪；（b）兩軸三輪1.5.2填土壓實方法

圖1.70輪胎壓路機

圖1.71蛙式打夯機1—夯頭；2—夯架；3—三角膠帶；4—底盤(1)壓實功的影響