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基坑土方开挖分类及其适用范围

356 2021-09-02 14:02:22

概述

土方开挖是深基坑工程施工的关键工序,因此,必须十分慎重。严格按照围护结构设计的要求及施工组织设计内容进行精心准备、精心组织施工。

1.准备工作

(1)根据施工组织设计提出的计划,组织所需要进场的材料、设备、供电、供水和技术工人等。下达施工进度计划.按照图纸和组织设计要求向技术人员和工 人进行技术和安全交底。并进行场地平整,清除地上和地下障碍,做好测量放线与检查复核工作,做好防洪、降水、排水施工。

(2)做好开工前的准备工作检查∶检查所有材料、设备、运输工具、水、电进场情况和施工人员就位情况;检查场地测量标高水准点设置。复核基坑开挖放线;检查弃土地点是否淮备就绪,运输线路是否畅通;坑内外降排非水设施安装是否京就绪,排水渠道是否畅通.井点降水和回灌系统要经过试抽试灌,检查其运转是否正常,发现"死井"或漏气、漏水现象,应进行补救处理;检查围护结构系统强度是否达到预定强度,支撑系统是否准备就绪,场地周围建筑物、构筑物、管线、道路是否加固完毕;可能发生事故的应急措施是否准备;施工监测系统是否就绪等。

2.土方开挖的分类及其适用范围

基坑土方开挖形式大体可分为放坡开挖与挡土开挖。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。采用哪—种形式和方法。要视基坑的深浅∶围护结构的形式;地基土岩性;地下水位及渗水量;开挖设备及场地大小;周围建筑物、构筑物情况等条件来决定。

(1)放坡开挖

放坡开挖是基坑土方开挖常用的一种形式。其优点是施工方便。造价较低,但它有一定的适用范围,仅适用于硬质,可塑性粘土和良好的砂性土,基坑深度一般小于 5m。同时,要有有效的降排水措施。基坑放坡开挖的坡度要视十质情况、场地大小和基坑深用而定 同时,还要考虑施工环境、条件情况,如气候季节、相邻道路及坡边地面荷载等影响。其坡度允许值和边坡稳定性验算见本书第 3章。

在粘性土 、砂性土的地基中放坡开挖还要处理好地下水和地面排水,要视情况采取坑外或坑内降水、回灌措施。如在坑内采用多级井点降水时,井管布置须设台阶。宽度-般不宜小于1,5m,以保证边坡稳定。

边坡斜面高度一般在 5m 之内,超过这个高度,则必须采用分层分段挖,分段分层之间应分别设平台,平台的宽度一般为 2~3m。若采用机械开挖,应留有足够的坡道。

边坡表面要采取保护措施,确保不被雨水冲刷,减少雨水渗入土体,降低边坡强度。通常可采用在土坡表面抹一层钢丝网水泥砂浆,或喷射砂浆,或铺设薄膜塑料等保护。降雨时,土体含水量将有所变化,时常会发生涌水,从边坡的某个部位冒出来。因此,在采用砂浆或塑料保护时,应在边坡设置排水孔,排水孔的末端应设滤水层 见,图 10.5-1 所示,以防混浊水流出。若有混浊水流出时。就是斜面开始崩坏或发生其他破坏的前兆,应引起特别注意。在坡顶外 1m 左右要挖排水沟或筑挡水土堤,坑内设排水沟和集水井,用水泵抽除积水。

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(2)挡土开挖

挡十围护开挖是在建筑物密集的场地或基坑深度在 5m 以上的常 见的广泛采用的方法。其方法是先在基坑周围因地制宜设置各种档土的围护结构,然后开挖土方,在开挖过程中,必要时在挡土围护结构之间采用单层或多层支撑系统,或采用拉锚结构,以增强围护结构的稳定性。它的优点是占地面积小,比较安全可靠,适用范围广。放坡开挖要受土质条件和基坑深度等因素的影响,而挡土开挖即使在很软弱的土层中或很深的基坑工程也可以使用。但这种方法造价高,工期较长。

有挡土围护结构的基坑土方开挖时。有时间与空间效应问题,因此,要因地制宜选择好开挖方法。安排好开挖顺序。其开挖方法的选择应因地制宜地根据施工周围环境条件、场地大小、基坑形式、开挖深度、水文地质条件、土层性质以及施工条件、施工机械设备等条件而选定。有的可用人工开挖;有的用人工与机械结合开挖;有的可用多种机械配合进行挖土和运土等。这种挡土开挖的关键是挡土围护必须保证施工安全。其各种围护结构型式的设计及施工要点见本书有关章节。

开挖方式与顺序的选择

基坑开挖方式应重视时空效应问题,要根据基坑面积大小、围护结构型式、开挖深度和工程环境条件等因素而定,大体有四种可供选择;(a)分层开挖;(万)分段开挖∶(c)中心岛开挖;(d)盆式开挖。

1.分层开挖

这种方法在我国比较广泛采用,一般适用于基坑较深,且不允许分块分段施工混凝土垫层的,或土,质较软弱的基坑。分层开挖,整体浇灌混凝土垫层和基础,分层厚度要视土质情况进行稳定性计算,以确保在开挖过程中土体不滑移,桩基不位移倾斜。一般要求分层厚度软土地基要控制在 2m 以内,硬质土可控制在 5m 以内为宜。开挖顺序也视工作面与土质情况,可从基坑的某一边向另

一边平行开挖,也可从基坑两头对称开挖,也可从基坑中间向两边平行对称开挖,也可交替分层开挖见图 10.5-2 所示。最后一层十开挖后 ,应立即浇灌混凝土垫层,避免基底土曝露时间过长。开挖方法可采用人工开挖或机械开挖。挖运土方方法应根据工程具体条件、开挖方式与方法及挖运土方机械设备等情况采用设坡道、不设坡道和阶梯式开挖三种方法。

(1)设坡道;可设土坡道或栈桥式坡道。

土坡道的坡度视土质、挖土深度和运输设备情况而定,一般为 1∶8~10,坡道两侧要采取挡土或其他加固等措施。有的基坑太短,无法按要求放坡,可视场地情况,把坡道设在基坑外,或基坑内外结合等。

栈桥式坡道一般分为钢栈桥和钢筋混凝土栈桥两种。采用钢栈桥结构一般可采用型钢组成,桥面铺设标准路基箱或厚钢板。栈桥结构都要根据挖土机械、运输车辆等荷载进行专项的栈桥结构与稳定性设计计算。栈桥坡道分两种;一种是根据运输设备动力状况设坡度。把挖土机械和运输车辆直接开进坑底作业;另一种是设一定的坡度,把坡道伸人坑内,但不下底,使挖土机械能以较少的翻驳次数,就能把土方直接装车外运,加快挖土速度。

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(2)不设坡道∶一般有钢平台、栈桥和阶梯式三种。

钢平台要根据挖十机械和运输车辆的荷载进行设计。挖土机械可用吊车吊下坑底作业,用吊车或铲车出土;或采用抓斗挖掘机在平台上作业,辅以推土机、挖土机等机械或人工集土修坡。这种钢平台作业,虽然造价较高,但施工方便、安全,且加强了围护结构的刚度。尤其适合于施工现场狭窄的基坑工程应用。

栈桥同样可分为钢结构栈桥和钢筋混凝土结构栈桥,也可结合基坑围护结构的第一道钢筋混凝土水平支撑,设置十字形的贯通全基坑的栈桥,作为挖土平台和运输通道,栈桥与支撑合二为—。按照支撑梁、桥面梁板的重量和挖土机械、满载的车辆等荷载设计栈桥和立柱,栈桥宽度为两道支撑梁顶端的间距,两道支撑梁之间设联系小梁。桥面铺设标准路基箱,立柱可利用工程桩加强,作为栈桥立柱。这种栈桥与支撑合二为一。不仅解决了城市基坑工程施工场地狭窄的困难.而扫加强了支撑体系.有助于基坑围护结构的受力和抗变形。

(3)阶梯式开挖∶在基坑较深,基坑面积较大。土方开挖也可采用阶梯式分层开挖,每个阶梯台作为挖土机械接力作业平台,见图 10.5-3 所示。阶梯宽度要以挖土机械可以作业为度,阶梯的高度要视土质和挖土机臂长而定,一般也以 2m 高为好,土质好的可以适当高些。采用阶梯式挖土时,应考虑阶梯式土坡留设的稳定性,防止坍方。

2.分段开挖

分段分块开挖是基坑开挖中常 见的一种挖土方式,特别是基坑周围环境复杂,土质较差或基坑开挖深浅不一,或基坑平面不规则的,为了加快支撑的形成,减少时效影响,都可采用这种方式。分段与分块大小、位置和开挖顺序要根据开挖场地工作面条件、地下室平面与深浅和施工工期的要求来决定。分块开挖,即开挖一块,施工一块混凝土垫层或基础,必要时可在已封底的基底与围护结构之间加斜撑。土质较差的在

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4.盆式开挖

在某种情况下,也可视十质与场地情况,采取与中心岛开挖法旅工顺序相反的做法.称盆式开挖法,先开挖两侧或四周的土方,并进行周边支撑或基础和结构物施工。然后开挖中间残留的土方,再进行地下结构物的施工,见图 10.5-5 所示。

上述 3、4 两种开挖法较适用于土质较好的粘性土和密实的砂质土,对于软弱土层,要视开挖深度而定,如基坑开挖较深,残留的土方量就要大,才能满足形成被动土压力的要求。

这两种方法的优点是基坑内有较大空间,有利于机械化施工,并可使坑内反压土和围护结构共同来承担坑外荷载的土压力 、水压力,对特别大型的基坑,其内支撑体系设置有困难,采用这种开挖方法,可以节省大量投资,加快施工进度。同时,在某种情况下,还可以防止基折底降起回弹过大。它的缺点是分两次开挖。如果开挖面积不大.先施工中间或两侧的基础、结构物的混凝土,待养护后再施工残留部分,可能会延长工期。同时,这种分次开挖和分开施工底板、基础,要在设计允许可不连续浇灌混凝土的前提下才可采用。还要考虑两次开挖面的稳定性。

这种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

不论是先开挖中心还是先开挖四周(两侧),其关键是被动土压力区的稳定问题。被动土压力区土的稳定是复杂的多因素综合,其中与土本身的性质、挖土深度、坡度大小、施工时间长短等一系列因素有关。

坑内被动土压力区能否与围护结构共同承担坑外荷载的土压力、水压力,能形成多大的被动土压力,目前尚无这方面的计算理论和确切的计算方法,只能用条分法去计算或依靠经验。通过控制被动压力区的留土宽度和坡度来控制被动土压力区的本身稳定和对围护结构起被动土压作用。

(2)中心岛的范围

中心岛的范围大小取决于被动土压力区的土体稳定,一般坡度和预留土区应尽量小一些,原则上自身必须稳定,中心岛范围就可以大一些,第一次土方开挖量就可大些,中心岛与围护结构之间的支撑就短一些,支撑长细比就小些,支撑强度就能充分利用,施工速度就会快些,经济效益也会较显著。

中心岛结构范围还必须是结构施工能留设施工缝部位。施工期间还须考虑排水沟设置及施工缝处钢筋错开留设的要求。

(3)降水

坑内降水不仅是土方开挖的需要,而且降水后使坑内土体排水固结,更有利于基坑内被动土压力区土体的稳定。所以要选择可靠的降水方式和设备,尽可能提前降水。确保降水时间,以提高土体的固结度,这是这种开挖方法施工中重要的一个因素。

(4)中心岛与围护结构之间的施工

中心岛结构完成后,可在围护结构与中心岛之间设置临时支撑,然后再逐步完成中心岛与围护结构之间的土方和结构施工。如果中心部分土方挖好,并做了混凝十垫层之后。不施工基础和结构物,那款在围护结构与已封底的垫层之间设置临时斜撑,或设置通长的水平内支撑。

(5)采用中心岛或盆式开挖,应重视开挖面的边坡稳定,防正坍方。因此。在设计中对中心岛或盆式留坡坡度和高度应做周密计算和考虑,必要时,要对开挖面做临时的土体加强措施。