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基坑开挖的几种施工方法及注意事项

350 2021-08-25 09:54:30

有支护的深基坑开挖,往往因为平面尺寸或开挖中需设支护等限制,不能像一般放坡基坑那样,能较多地采用大 型 挖 掘 设备,而是必须根据具体情况采取多种方法综合开挖。 下面介绍几种开挖的方法。一般当土层稳定且渗水量不大,而坑壁能止水,坑底渗水量小于1米3/小时/米2时, 可采取排水开挖, 否 则宜采用不排水开挖,开挖方法的选择可参考表1.3.3。

一、人工开挖

人工开挖虽然方法原始,劳动强度大。但基坑开挖中还是常常莱用此法比较现实可靠。即使采用大型机械开挖也还往往要以人工开挖作为辅助。人工开挖关键是解决好出碴提升和坑内排水问题。较常采用的碴斗升降是以吊车或坑顶立架卷扬机提升,也有采用斜放轮轨出碴的,见图1.3。10所示。

如天津钢厂第二炼钢车间深15.5来的旋流沉淀池、深11米的泵站和太原钢铁公司第三炼钢车间深16.6米的连铸玩都是采用 人工开挖,吊车提缝斗出土的,每天出土约1.10米3,平均每人约出土5米3。

另外,对于较硬的砂砾石等可先用压力0.3~0.4MPa的压力

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水将其冲松,然后再装斗运出, 对 于 风化岩石等可先用 风镐松动,人工装斗运出;对于孤石可在坑内放小炮破碎运出,装药量应在0.2公斤以内,并在其上面放草袋 等, 以免损坏抗壁支护如是沉井施工,炮眼应与刃脚斜面平行,禁止将炸药放在孤石面临空爆炸。

二、机械开挖

有支护基坑的机械开挖常采用抓斗,对于大型基坑也可采用 .正反铲,并铺以推土机等。 

1.用抓斗-挖土

抓斗的形式,重量与容量的关系应根据土质而定,它的形式有∶

(1) 不带掘齿的双瓣抓斗,宜用于松散砂士。

(2)带掘齿的双瓣抓斗。宜用于胶结较紧密的上层。

(3)四瓣抓斗适用于挖掘卵石

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对于同样容量的抓斗,用于较结实的土层应选取 重 量 较 大的。斗中央开合用的平衡锤必须有足够的重量,使其开合操作灵活。抓斗尺寸应根据提升能力和开挖基坑大小的确定。

抓斗一般以吊机(见图1.3.1所示)或双筒卷扬机操作。用卷扬机时,常在坑顶装设临时吊架;使用吊机操作时, 吊车应放在稳固基础上。

基坑开挖时,刚度差的井壁周围可能沉陷,因此吊车至少离开井壁 2 ~ 5米,而且.井壁支护设斗时应考虑该荷载的传递。用卷扬机和吊架操作抓斗时,为了能使抓斗较大 范 围 内 抓土,可在坑璧支护顶部多埋设些露头钢筋作挂钩,以便将抓斗拉向井边等。向井外弃土,也可在有足够强度和稳定性的吊架上设挂钩甩出。

2.用大型机械挖土

在地下建筑工程中常用来挖基坑的挖土机按其结构可分为正向铲、反向铲、拉铲(索铲)和抓斗等。采用这些挖上机械开挖有支护基坑时,基坑必须有满足这些机具工作的足够尺寸,并目还应注意防止破坏基底的原土和损伤坑壁支护, 即在设计标高以上和坑壁支护以内各留一层土体用人工或其他可靠的方法开挖清理。如使用正铲。反铲或拉较控-机时应各留30厘米 以 上的 土层,使用铲运机,推土机挖土时,应留20厘米以上的土层。

(1)用正铲挖土机挖土具有强制性和较大的灵活性, 可以直接开挖一至四类土和经爆破后的岩石、冻士等。爆破后的岩石和冻土粒均不能超过内部最小尺寸的一半。正铲是开挖停机平面以上的土,在开挖基坑时要通过坡道或大型吊车将其吊入坑内开挖。停机平面要求干燥、具有一定强度。因此, 要求挖土前应作好基坑的排水等,使土体尽量固结。

正铲开挖的工作面根据土的性质和挖土机与汽车的技术性能,其尺寸可按下式确定∶

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砂土、粘性土以及轻粘土等较松散的土层。反铲是开挖停车平面以下的土,因此可开挖湿土,坑内仅设简易排水就可以了。但是坑壁支护计算应考虑反铲挖土机的传力。反向铲工作装置与参数如图1.3.13所示。

(3)拉铲(索铲)挖土机开挖

拉铲因强制力较差, 只能开挖砂土与亚粘土等软土,坑内仅设简易排水即可开挖湿士。拉铲大多用作将土弥在土堆上, 也可以卸到运输工具上。拉铲与反铲比较,它的挖上和卸上半径较反铲的大,但开挖的基础精确性较差,拉铲挖土可在沟端或沟侧进行两种方式。见图1.3.14为拉铲挖土机工作图。

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三、不排水开挖

前面闷经介绍 了,当土体含水量大,且不稳定时,其基坑开挖带采用不排水作业。不排水开挖除了采用上述的抓斗之外,还可用水或压缩空气为动力的吸泥机和吸石简等来进行水下的土体开挖与运送。

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1.水力吸泥机

见图1.3.15所示,水力吸泥机的工作原理是∶ 当高压水从喷嘴射出时, 在喉管(混合室)形成真空,把泥浆从吸泥口吸入,经过扩做管和较泥答提升送出。升送高度可达35~40米。嗑射高度为3~4米/秒。这种设备不仅可以吸泥而且还可以 吸碎 石、卵石。

水力吸泥机的有效作用为高压水泵效率的0.1~0.2。如每小时压水量为100米3,则可吸出泥浆5~10米3,而泥浆中水量相当于土体积的相当倍数见表1。3.4。水力吸泥机的使用 不 受水深限制,但其出土效率可随水压、水量的增加而提高,因此,必要时应向坑内注水,以提高井内水位。在淤泥或浮动土中采用水力吸泥时,应保持井内水位高出井外水位1~2米。

水力吸泥机的喉管对于高压水喷嘴截面的比值 约 为4~10,

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2。水力吸石筒

在卵石土层中,当卵石含量在60%以上、粒 径 小于300毫米时,可采用水力吸石筒,见图1.3.16。使用该吸石筒时可不受水深限制,但需一台吊机专门配合。所用水 量 较大,如φ300毫米的吸石筒需要出水量小于126米3/小时的 2 台 6级高压水泵供水,喷水口的环缝密度为1 毫米, 应经车床加工使其均匀准确。

水力吸石筒的工作原理是高压水通入封闭的锥 体 形水 箱 3内, 由吸石管周围的圆环缝口 2 向管内喷入圆锥状的水柱, 因流

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速差造成真室,吸起下面的水,砂石随水上升, 碰 到 挡石 网 4后,向四周落到贮石桶中, 当吸石装满后,提出井外,吊起外壳 7使石向四周卸出。然后将空筒放回井内,继续吸石。

吸石时,应注意观察卵石碰撞挡石网的声音,如无声音,应上下左右移动吸石筒,如看到吊挂吸石筒的钢丝绳产生颤动时,表示吸石已满。

3.空气吸泥石

空气吸泥石机 (图1.3,17)的吸泥原理是由进风管输入的压缩空气通过风包经斜升45°角,几百个直径为5毫米 的 小孔或直接经过直径较小的钢管进入吸泥管以后,使 管 中水充满许 多 气泡,形成密度小于水的气、水混合物,造成管内外压力差,气泡群挟带水流上升,沿着泥管向外排出,吸泥机底端管上形成吸泥场,将管口附近的松散土、石形成水、土、石混合物 不 断 被 吸出。

因此,吸泥机应满足以下两个条件;

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四、基坑底回弹和基坑壁蠕度 

1.坑底回弹

基坑开挖就等于地基卸载, 土中压力减少, 土的弹性效应将基坑底面产生一定的回弹变形。这回弹量的大小是与地质条件、开挖深度、基坑面积。暴露时间、开挖顺序以及所用机.具等因素有关。基坑开挖后,随着基础和上部建筑的施工进展,应使其加载值小于开挖基坑的土重,这时地基随之产生竖向再压缩变形。-一般说来,基坑浅且开挖面积小,其开挖引起的回弹变形和重新加载后的再压缩变形都较小, 可以忽略不计,但对深基坑或大面积开挖,就应考虑地基的回弹变形和再压缩变形的影响了,特别是施工式型系统的设备基础及其安装等,其影响是不可忽路的,如下表1.3.6所列几项工程的回弹变形与再压缩 变 形实测值。现行地基基础设计规范只考虑附加荷载引起的变形,而对地基开挖的回弹变形及其基础施工的再压缩变形是没有明确计算的。 当然由于影响回弹变形的因素比较复杂,难以准确计算,但在实际工程中又必须考虑。尤其是大型系统工程, 应先施工主体基础和安全主体设备,然后以主体的实际标高来调整辅助部分的标高。宝山钢铁总厂工程和重庆钢铁公司翻车机T工程等大型系统工程均成功地运用了这种方法。在条件许可的情况下采用换重法进行施工和安装,即先预压霰加上的全部重量,然后在施工和安装时加上多少重量就取走相应的压重,这样可控制住设计标高。

2,基坑壁蠕变

在软土地基中施工平面尺寸较大 (其短边在10米以上)的深基坑时,除了计算边坡稳定和护壁承力外,还应考虑深基坑随着暴露时间的延长,土体的抗剪强度会衰减,基坑的边坡或护壁就会出现蠕变。其蠕变值与地质条化,开挖深度、基坑面积。暴父时间、放坡度或支护刚度。强度与插入坑底深度有关。当然,当放坡足够平爱时或当支护的刚度,强度和推入坑底深度足够时,则士体蠕变一般对基坑边坡 (或护壁) 或周围建筑物影响较小,可忽略不计,但是。反之则必须考虑其影响,表1.3.7是 经 验公式计算值和实测值的比较,该经验公式是与 上海宝山钢铁总厂大量实测数据分析得出的计算基坑边坡水平蠕变的公式∶

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五、岩石基坑施工

在岩石上施工基坑, 一般采用机械或人工凿打及打眼装炸药爆破。

(1) 人工凿打。一般用于石方量不大,施工条件有限,岩石中等硬度以下的。人工打服有单人,双人和多人冲孔等方法。人工打眼的工具主要是∶1)钢钎,直径为φ22~25毫米 的实心钢,长度为2,5~3.2来左右; 2)铁锤,单人打限用铁锤1.36~ 1.81公斤,双人打眼用2.72~3,62磅; 3)掏匀,用于清除炮眼内石粉和碎石用。

(2)机械凿岩。主要用风动凿岩机 (又称手风钻)和风镐(铲),目前在施工中广泛采用的有01-30型,YT-25型及YT-23(原7655)型三种风动凿岩机。凿岩钻头常用的有--一"字形和"十"字形的两种。钻杆 (又称钢针),目前均采用合金工 具 钢和碳素钢两种, 合金工具钢使用寿命比一般碳素钢钎长2~6倍。钎尾为凿岩机活塞杆 (气锤)直接冲击部分,其加工制作、尺寸大小和热处理等都应严格按设计要求。

风动凿岩机工作所需的压缩空气压力应在0.5兆 帕 以上。开挖基坑、沟、槽时,要先形成炮眼,然后爆破。

为了使基坑的边坡稳定。岩面平整,在边坡处宜采用预裂爆破或光面爆破; 对不大太深的基坑还可采用全断面一次爆破,如重庆长江大桥5号墩基础平面尺寸约17×25米2。嵌岩 5米, 就是成功地采用了全断面一次爆破成形的。即在 岩 石上 钻孔后装入 40%的普通胶质炸药, 用毫种电雷管引爆,一次爆破到底,然后用反铲挖土机装渣,铲运机和自卸汽车运用坑外。其爆孔对称布置,基坑中部设掏槽孔,两侧是辅助孔、周边孔,最外侧是不装药的防裂孔。