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基坑土方开挖步骤及工艺

475 2021-10-27 14:30:37

1.施工机械

土方挖掘机械有反铲挖掘机、抓铲挖掘机和正铲挖掘机等。挖掘机的选型应根据基坑土质条件、平面形状、开挖深度、挖土方法、施工进度等情况,结合挖掘机作业方法等进行。"

(1)反铲挖掘机

反铲挖掘机是应用最为广泛的十方挖掘机械,具有操作灵活、回转速度快等特点。反铲挖掘机的一个挖掘作业循环包括挖掘、回转、卸土和返回四个过程。反铲挖掘机的挖土方法可分为单机挖土方法和多机挖土方法。

反铲挖掘机单机挖土方法有∶坑内单机挖土、坑边定点单机挖土、坑边栈桥平台定点单机挖土、坑内栈桥平台或栈桥道路定点单机挖土等形式。单机挖土是对一条作业线路而言,同一基坑可能有多条作业线路同时在进行单机挖土。

坑内单机挖土的作业形式如图4-36 所示。挖土过程中应注意挖掘机及土方运输车辆所在土层的稳定,防止边坡失稳。其他单机挖土方法的作业形式分别如图4-37~图4-39 所示。

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坑边挖掘方法只需回转90°即可进行卸土,因此循环时间较短,挖土效率高。该方法中挖掘机始终沿基坑边作业和移动,因而在支护设计时应考虑挖十机械及运输车辆在坑边的荷载。 当坑边施工道路狭小无法满足土方运输车辆行走,或挖掘机需要加大挖土作业范围时,可采用坑边栈桥平台定点单机挖土。

坑内栈桥平台或栈桥道路定点单机挖土既适用于场地狭小、需在坑内设置栈桥道路的基坑,也适用于基坑面积较大、需在坑内设置栈桥道路或栈桥平台的基坑。若栈桥道路有足够的宽度,挖掘机可直接停在栈桥道路上作业,若栈桥道路宽度较小则可在栈桥道路边设置栈桥平台。

多机挖土方法有∶坑内不分层多机挖土、坑内分层多机挖土、基坑定点挖土与坑内挖掘机配合挖土等形式。

坑内不分层多机挖土方法较为简单,如图4-40所示。坑内分层多机挖土一般采用接力挖土的方式,可实现多层土方流水作业,必要时可形成三机接力挖土,如图 4-41所示。分层接力开挖过程中形成的临时多级边坡应验算稳定性,确保施工过程安全。基坑定点挖土与坑内挖掘机配合挖土是土方开挖工程中应用最为广泛的方法之一,适用于开挖较深、

面积较大的基坑。在大型基坑工程中普遍采用。该方法一般采用中八型挖掘机进行十方开挖,同时由其他的挖掘机在坑内进行水平驳运,再由停放在坑边或坑内的定点挖掘机将土方卸至运输车辆外运,如图4-42所示。

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(2)抓铲挖掘机

抓铲挖掘机也是土方工程中常用的挖掘机械,主要用于定点挖土。对于开挖深度较大的基坑定点挖土,抓铲挖掘机比反铲挖掘机更适用。抓铲挖掘机的一个挖掘作业循环同样包括挖掘、回转、卸土和返回四个过程。抓铲挖掘机可分为钢丝绳索抓铲挖掘机和液压抓铲挖掘机。钢丝绳索抓铲挖掘机作业半径相对较大,但操控精确性较差。液压抓铲挖掘机的抓取力更大,但挖掘深度较小。

抓铲挖掘机坑内单机挖土时应综合考虑各种因素,从基坑的一端挖至另一端。此处单机挖土是对一个作业点而言,同一基坑可能有多个作业点同时在进行单机挖土。

抓铲挖掘机单机定点挖土一般适用于开挖深度较大或取土位置受到一定限制的基坑工程。抓铲挖掘机单机定点挖土的方式及挖土方式的选择与反铲挖掘机单机定点挖土基本相同。其作业方式如图4-43所示。

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抓铲挖掘机定点挖土与坑内反铲挖掘机配合挖土一般适用于深度和面积较大的基坑工程,在超大超深基坑工程中普遍采用。在十方开挖时,抓铲挖掘机可根据实际条件选择合适的定点开挖位置,然后据此合理确定坑内反铲挖掘机的挖土分区。各分区的土方开挖可采用反铲挖掘机的单机或多机挖土方法,将土方挖运或驳运至抓铲挖掘机定点作业范围,由抓铲挖掘机将土方卸至运输车辆外运,如图4-44 所示。

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(3)正铲挖掘机

正铲挖掘机具有较大的强制力和灵活性,可开挖较坚硬的土。由于正铲挖掘机是开挖停机平面以上的土,因此其挖土作业都在坑内进行。根据运输车辆与挖掘机相对停放位置的不同。正铲挖掘机的挖十方式可分为正向开行和侧向开行。实际应用中应根据基坑平面形状、开挖深度、运输车辆等情况选用合适的挖土方式。正向开行方式较为简单,如图4-45所示。

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侧向开行方式只需回转 90°即可进行卸土,效率较高,且挖掘机与运输车辆可在同一平面上,称为层状工作面,也可不在同一平面上,称为阶梯工作面,如图4-46 所示。正铲挖掘机开挖大面积基坑时,如基坑深度较小,则除第一个开挖通道需用阶梯工作面外,其余开挖都可用层状工作面进行。如基坑深度超过挖掘机的挖土高度,则都需用阶梯工作面进行挖土。

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2.土方开挖总体要求

基坑开挖前应根据基坑设计和场地条件编制十方开挖施工方案。施工方案应综合考虑工程地质与水文地质资料、结构和支护设计文件、环境保护要求、施工场地条件、基坑平面形状、基坑开挖深度等因素,遵循"分层、分段、分块、对称、平衡、限时"的原则编制

土方开挖时应按照支护结构设计要求,对基坑周边的堆载进行控制。挖土机械的停放和行走路线布置、挖十顺序、土方驳运、材料堆放等应避免对工程桩、支护结构、降水设施、监测设施和周围环境产生不利影响。坑内需设置栈桥道路和栈桥平台时,应根据施工要求及机械、车辆等荷载情况进行专项设计,施工过程中严格按照设计荷载对其进行控制。

基坑开挖时,支护结构应达到设计要求的强度,土方开挖施工工况应与设计工况一致。应采用分层开挖或台阶式开挖的方式,严格控制开挖面坡度和分层厚度,防止边坡和挖掘机械下的土体滑动。软土地区分层厚度一般不大于2m,分层坡度不大于1∶1.5。挖土机械和运输车辆需通过坡道进入坑内施工时,应采取措施保证坡道稳定,软土地区坡道坡度不应大于1∶8。

用机械挖土至坑底以上 20~30cm 后,应采用人工挖土修底,减少对坑底土的扰动,开挖至坑底设计标高后应及时进行垫层施工。电梯井、集水井等局部深坑的开挖,应根据现场实际情况合理确定开挖顺序和方法。坑底以上工程桩应在分层挖土过程中分段凿除。并采取防止工程桩侧向受力的措施。

当坑底位于地下水位以下时,应采取降水或止水的措施。在基坑边坡的坡顶、坡脚及平台位置应设置集水明排系统,并保证排水系统畅通。基坑开挖过程中应对支护结构和周边环境进行动态监测,及时分析反馈,实行信息化施工。

3.无内支撑基坑土方开挖

采用放坡开挖的基坑,地质条件较好、开挖深度较浅时,可采取竖向一次性开挖至坑底的方式。当开挖深度较大或挖掘机性能等条件受限制时,可分层开挖。当土质较差或施工周期较长时,还应对放坡面及放坡平台采取护坡措施,如钢丝网水泥砂浆、钢丝网细石混凝土、钢丝网喷射混凝土等。

采用十钉墙或十层锚杆支护的基坑,应提供成孔所需的工作面,其开挖应与土钉或土层锚杆施工交替进行。对于面积较大的基坑,可采取岛式开挖,先分层分段挖除距基坑边8~10m 的土方,每层开挖深度在满足土钉或土层锚杆施工工作面要求的前提下应尽可能小,一般可为土钉或锚杆的竖向间距。每层每段开挖后应限时进行土钉或土层锚杆施工,在支护结构完成并达到设计要求后方可开挖下一层土方。

采用水泥土重力式挡墙或板式悬臂支护结构的基坑,可根据基坑大小和环境条件等选择合适的方案进行一次性开挖或分层分块开挖。对于面积较大的基坑,应先行开挖基坑中部,再挖除基坑周边的土方。

岛式开挖是预留基坑中心岛状土墩,先开挖周边土方,最后挖除中心土方的挖土方式。由于其挖土方便,有利于挖掘机多机接力转驳运土,因此是深大基坑开挖中常用的方法。采用该方法时,对坑内留土的高度、挖土层次、高差控制以及留土形成的临时边坡的稳定性等,都应在开挖前详细分析并制定方案。

盆式开挖是先在基坑中部放坡开挖,形成中心盆式工况,最后挖除周边土方的挖土方式。在完成中部部分结构底板或地下结构后, 可先利用完成的地下结构设置局部水平支撑或斜支撑,再挖除基坑周边的土方。该方法有利于对基坑变形的控制和保护环境安全,因此适用于环境保护要求严格的工程。当工程采用逆作法施工时,也常采用该方法。基坑中部的盆式开挖范围应根据支护结构和环境条件等综合确定,一般盆边宽度不应小于8.0m。对临时边坡同样应进行稳定性分析。4.有内支撑基坑土方开挖

对于有内支撑基坑的土方开挖,应遵循"先撑后挖、即时支撑、严禁超挖"的原则,尽量减少基坑无支撑暴露时间。应先开挖周边环境保护要求较低的一侧十方,再开挖环境保护要求较高的一侧土方。开挖时根据基坑平面特点分块、对称开挖,限时完成支撑或垫层。对于面积较大的基坑,可根据周边环境、支撑形式等条件采用岛式开挖或盆式开挖的方式。

对于长度和宽度均较大的基坑可分层分块开挖。分层的原则一般是以支撑的竖向间距作为分层厚度,每施工一道支撑后方能开挖下一层土方。分块的原则是根据基坑平面形状、支撑布置情况以及底板后浇带位置,按照基坑变形和周边环境保护要求,将基坑划分为若干个周边分块和中部分块,并确定各分块的开挖顺序。

对于地铁车站等狭长形基坑,应根据其平面形状特点选择合适的斜面分层分段开挖。斜面可采用多级边坡,多级边坡间应设置安全加宽平台,加宽平台之间的边坡一般不应超过二级。一般各级边坡坡度不应大于1∶1.5,斜面总坡度不应大于1∶3。