、土方工程.ppt

绪 论,一、本课程的研究对象和任务建筑产品的形成一般应包括建筑立项、地质勘察、建筑设计、施工准备、建筑施工、竣工验收等程序。在这一复杂的过程中，建筑施工最为重要，它是形成建筑产品的重要阶段，并由建筑企业担纲主角。,绪 论,作为建筑施工单位主要有两项任务：一是根据建筑产品的特点、技术要求、施工条件、技术装备等，制订出技术可行、安全可靠的施工组织设计或施工方案(措施)；二是根据施工组织设计的要求，组织科学的建筑施工，并利用新技术、新工艺，建造出满足使用功能要求的建筑产品。,建筑施工技术就是以建筑工程施工中不同工种施工为研究对象，根据其特点和规模，结合施工地点的客观条件，运用先进技术，研究施工规律，保证工程质量，保证工程按期完成。建筑施工技术一般应包括：施工方法原理、施工工艺过程、施工先后顺序、施工质量标准、施工安全技术等内容。,二、我国建筑施工技术发展简介我国古代建筑施工技术有着辉煌的成就，远在公元前2000年，我国就已掌握了夯填、砌筑、营造、铺瓦、油漆等方面的施工技术。自新中国成立以来，经过50多年的发展，初步形成了具有中国本土特色的建筑体系，建成了不少结构复杂、技术水平高的民用与工业建筑。如北京的“十大建筑”、上海金茂大厦、上海环球金融中心（建筑主体高度492米，是目前大陆第一高楼）等的建成，标志着我国的建筑施工技术水平已达到世界先进水平。,在地基基础施工技术方面，掌握了钻孔灌注桩、强夯法、旋喷法、锚喷支护法、地下连续墙法、土层锚杆、逆作法等新技术；逆作法施工：先沿建筑物地下室轴线或周围施工地下连续墙或其他支护结构，同时在建筑物内部的有关位置浇筑或打下中间支承桩和柱，作为施工期间底板封底之前承受上部结构自重和施工荷载的支撑。然后施工地面一层的梁板楼面结构，作为地下连续墙的支撑，随后逐层向下开挖土方和浇筑各层地下结构，直至底板封底。同时，由于地面一层的楼面结构已完成，所以可以同时向上逐层进行地上结构的施工。如此地面上、下同时进行施工，直至工程结束。,在现浇钢筋砼结构方面，应用了大模板、滑模、爬模、隧道模、组合钢模，以及钢筋气压焊、机械连接，砼的泵送技术等；在脚手架方面，采用了钢制脚手架、工具式脚手架、桥式脚手架及吊脚手架等；在提升技术方面，应用了大型塔吊、爬升式塔吊和建筑施工电梯等；,在钢结构、预应力砼、结构吊装、建筑材料、建筑装修、施工测试等方面，均掌握和发展了许多新技术。这些新技术的运用，有力地推动了我国建筑施工技术的不断发展。但我国目前的施工技术水平，与发达国家的一些先进施工技术相比，还有不小差距。特别是机械化施工水平、新材料施工工艺、计算机应用、工地现场管理等方面。,第一章 土方工程,一、土方工程施工特点：(1)土方开挖工作繁杂，劳动强度大，工程量大（如大型工程，场地平整面积大，基坑开挖深。）(2)土方工程施工条件复杂，多为露天作业(3)土方施工工期较长,第一节、概述,二 土的工程分类：有许多分类方法，如根据土的颗粒级配或塑性指数分类（见下表。塑性指数主要用于粘土分类）；根据土的沉积年代和根据土的工程特点分类等。,因为土的工程性质直接影响土方工程的施工方法选择、劳动量、机械台班消耗、工程费用等，所以工程中常按土的坚硬程度和开挖方法将土分为8类，前4类为一般土，后4类为岩石，见P4表1-1。,三、土的基本性质（一）土的组成土一般由土颗粒（固相）、水（液相）和空气（气相）三部分组成。三部分的比例关系虽周围条件的变化而变化，反映出土的物理状态不同，如干燥、稍湿或很湿，密实、稍密或松散。一般用三相图表示土的组成。（见P4图1.1）,（二）土的物理性质1、土的可松性与可松性系数天然状态的土经过开挖后，其结构被破坏，其体积因松散而增加，虽经回填压实，仍不能恢复到原来的体积，这种性质称为土的可松性。土的可松性用可松性系数表示。,土经开挖后的松散体积（V2）与原天然状态下的体积（V1）之比值，称为最初可松性系数Ks，用它表示土由天然状态经开挖成为松散土时体积增大的程度。土经回填压实后的体积（V3）与原来天然状态下的体积（V1）之比值，称为最终可松性系数Ks，用它表示天然土经开挖回填压实后体积的增大程度。Ks和Ks 的计算公式如下：,式中 Ks最初可松性系数，松软土为1.08 1.17，普通土为1.141.28，坚土为1.241.30；Ks最终可松性系数，松软土为1.011.03，普通土为1.021.05，坚土为1.041.07；V1土在天然状态下的体积，m3；V2土经开挖后的松散体积，m3；V3土经回填压实后的体积，m3。可松性系数对土方的调配、土方运输量计算有影响，各类土的可松性系数见表1-1。,2、土的天然含水量土的天然含水量是指土中水的质量与固体颗粒质量之比的百分率，反映土的干湿程度。式中，土的天然含水量；mw土中水的质量，kg；ms土中固体颗粒经烘干后的质量，kg。,3、土的天然密度和干密度土在天然状态下单位体积的质量，称为土的天然密度(简称密度)。土的密度按下式计算：式中 土的密度，kg/m3；m土的总质量，kg；V土的体积，m3。,干密度是土的固体颗粒质量与总体积的比值，用下式表示：式中 d土的干密度，kg/m3；ms土体固体颗粒质量，kgV土的体积，m3。,(4)土的孔隙比e和孔隙率n：反映土的密实程度孔隙比e是土体中的孔隙体积与固体体积的比值，用下式表示：式中 Vv土体中的孔隙体积，m3；Vs土体固体体积，m3。孔隙率n是土的孔隙体积与总体积的比值，用百分率表示：式中 V土体的外形体积，m3。（Vv+Vs=？）,(5)土的渗透系数单位时间内水穿透土层的能力，称为土的渗透系数，用k表示，单位为m/d。式中：v 水在土中的渗透速度，m/d i 水力坡度，即两点水位高差与其水平距离之比；k 土的渗透系数，m/d。渗透速度更能描述土的渗透性。,土的渗透系数影响施工降水与排水的速度（基坑集水井）。一般土的渗透系数见P6表1-2。,土方量是土方施工设计和预算的重要依据，因此在施工前必须进行土方量计算。但由于土方地形复杂，几何形状不规则，要精确计算土方量比较困难。一般是将其假设或划分为一定的几何形体，并采用既能达到一定精度而又与实际土方量相近的方法进行计算。,第二节 土方量计算与土方调配,一、基坑基坑土方量可按立体几何中的柱体体积公式计算，见P6公式1-8和图1-2。同理，基槽和路堤管沟的土方量可沿长度方向分段后，按P6公式1-9和图1-3计算。原理：分成6段短柱，减小误差，提高精度。,二、场地平整土方量计算场地平整前，一般采用方格网法或断面法计算场地平整时的土方量。（一）方格网法其基本思路是：先根据建筑设计文件的规定要求，确定场地平整后的设计标高。再由场地设计标高和自然地形地面的标高之差，计算场地各方格角点的施工高度，即土的挖方或填方高度，并根据施工高度计算整个场地的挖方和填方量。,方格网法计算场地平整土方量的步骤如下：1、划分方格网根据地形图(1500)，将场地范围划分成由若干个方格组成的方格网。方格大小一般为20m20m40m40m。为便于计算，应对方格网角点进行编号，其编号标注在“方格角点的左上角”。2、确定各方格角点的自然地面标高H方法：依据地形图上的等高线。常用的有以下三种方法：,（1）插入法：利用相似三角形原理，求解计算该角点的地面标高，如下图所示。,插入法示意图,2)图解法(可省去繁琐计算)：用一张透明纸，在其上画6条等间隔的相互平行的细直线，然后把该透明纸放在标有方格网的地形图上，最外两根直线分别对准方格与等高线的交点(A、B点)，则透明纸上的平行线就将A、B之间的高差分成5等份。此时，用插入法便可在透明纸上直接读出角点4的地面标高H4，如下图所示。,图解法示意图,（3）测量法：当地形起伏较大或用图解插入法有较大误差，或无地形图时，则可在现场用木桩打好方格网，然后测量求得。,3、确定场地设计标高H0合理确定场地的设计标高，对减少挖填方量、节约土方运输费用、加快施工进度等具有重要的经济意义。确定场地设计标高H0的原则：满足建筑规划和生产工艺以及运输要求；尽量利用地形，减少挖填方数量；场地内挖填方平衡，即场地内挖方总量等于填方总量，使土方运输费用最少；有一定排水坡度，满足排水要求。,根据各方格角点的地面标高H和场地平整前后土方量相等的原则，可用四角棱柱体法计算出H0，即式中 H0场地平整的设计标高，m；H11个方格拥有的角点标高，m；H22个方格共有的角点标高，m；H33个方格共有的角点标高，m；H44个方格共有的角点标高，m；N方格网数，个。,公式推导见P7P8有关内容：实质就是求平均值。,4、场地设计标高H0的调整：考虑一些实际因素进行调整。详见P8中部有关内容。,5、确定各方格角点的设计标高Hij 按上述计算及调整后的场地设计标高进行场地平整时，整个场地将处于同一水平面，这只是一种理想状况。实际上由于排水要求，场地表面都有一定泄水坡度（单向泄水或双向泄水）。因此，应根据泄水坡度计算各方格角点施工时采用的设计标高Hij。1)单向坡排水 设单向排水坡度为i，取场地中心线（与排水方向垂直的中心线）为H0，则场地内任意方格角点的设计标高为：,式中：Hij 场地内任意方格角点的设计标高，m；l 场地中心线到各方格角点的距离，m（场地中心线见P9图1-5）；i 单向排水坡度，一般i2；若该方格角点低于H0时，取“-”；反之取“+”。,2)双向坡排水 如P9图1-6所示，设x轴方向排水坡度为ix，y轴方向排水坡度为iy，则场内各角点的设计标高为：式中 lx、ly该角点对场地中心线xx、yy的距离，m；ix、iy 该角点在xx、yy方向的泄水坡度。,图1-5 单向坡排水,图1-6 双向坡排水,6、计算各方格角点施工高度hij 各方格角点施工高度为：hij=Hij-H式中 Hij 角点设计标高，m；H 角点自然地面标高，m。hij以“+”为填，以“-”为挖。即：若计算出的hij为“+”时，即为该角点的填土深度；若计算出的hij为“-”时，即为该角点的挖土深度。计算出的各角点施工高度，标注在“相应方格角点的右上角”。,7、确定零点、零线、划分挖填区 如果方格边两端的施工高度符号不同，则说明在该方格边上有零点(不挖、不填点)存在。先把方格边上的零点找出来，再把相邻两个零点连接起来，这条线即为零线(挖方区与填方区的分界线)。确定零点的方法有解析法和图解法，在工作中用一种方法即可。,解析法：由P10图1-7可得：h1:x1=h2:x2 h1:x1=h2:(a-x1)x1h2=h1a-h1x1 x1=h1a/(h1+h2),图1-7 用解析法求解零点,同理可得：x2=h2a/(h1+h2)式中 x1、x2角点1、2至零点的距离，m；h1、h2角点1、2的施工高度(均用绝对值)，m；a方格的边长，m。然后在有零点的方格边长上按比例量出x1或x2，即得出零点。将相邻的零点连接起来，即得到零线。,图解法(可省去繁琐计算)：以有零点的方格边为纵轴，以有零点方格边两端的方格边为横轴(成折线，见图1-8)，然后用直尺将有零点的方格边两端的施工高度按比例标于纵轴两侧的横轴上。（例如：若角点的施工高度为“+”时，其比例长度在纵轴的左侧量取；若角点的施工高度为“-”时，其比例长度应在纵轴的右侧量取。）然后用直尺将两个比例长度的终点相连，直尺与纵轴的交点，即为该方格边上的零点(图1-8)。用此法将方格网中所有零点找出，依次将相邻的零点连接起来，即得到零线。,用图解法确定零点比较快捷，可避免计算或查表不慎而出错，故在实际工作中常用此法求解零点和零线。,零点位置图解法,8、计算各方格内挖方、填方的土方量零线求出后，场地的挖方区、填方区随之确定。由于地形的不同，其挖、填方式亦不同，故方格内的挖、填方的方式有4点挖方(4点填方)、3点挖方(3点填方)、2点挖方(2点填方)和1点挖方(1点填方)四种类型（P10表1-3）。计算各方格内的挖、填方量，通常采用平均高度法。各种类型的土方量计算方法见表1-3。,9、计算场地边坡土方量 在场地平整施工中，一般情况下场地四周应做成一定的坡度(见P11图1-9)，以保持土体稳定，防止塌方，保证正常施工和使用安全。边坡度的大小，按设计规定选取。,图1-9 场地土方边坡示意图,场地边坡土方量的计算步骤为：在方格网上标出零线位置和场地四个角点挖、填高度；根据土质条件确定挖、填边坡的边坡度系数m1、m2；计算出场地四个角点的放坡宽度；按比例绘出场地及边坡平面图；计算边坡土方量。边坡土方量可以划分成两种几何近似体计算，一种为三角棱锥体，另一种为三角棱柱体。三角棱锥体的计算公式如下：,式中 Vi 第i个三角棱锥体体积，m3；Ai第i个三角棱锥体端面积，m2；li 第i个三角棱锥体的长度，m。三角棱柱体体积计算公式如下：式中 第i个三角棱柱体体积，m3；Ai1、Ai2 第i个三角棱柱体两端的端面积，m2；li 第i个三角棱柱体的长度，m。,10、计算场地平整土方总量将挖方区（或填方区）的所有方格土方量和边坡土方量汇总后，即得场地平整挖（填）方的工程量。如果挖方量大大超过填方量，则需要提高场地的设计标高；反之，则应降低场地的设计标高。方格网计算场地土方平整，详见P11例题。,（二）断面法（断面法与方格网法相比，更简便易行，但精确度稍差。）沿场地的的纵向或相应方向取若干个相互平行的断面（可利用地形图定出或实地测量定出），将所取的每个断面（包括边坡）划分成若干个三角形和梯形，如下图所示：,对于某一断面，其中三角形和梯形的面积为：f1=h1d1/2；f2=(h1+h2)d2/2;fn=hndn/2；该断面面积为：Fi=f1+f2+fn若d1=d2=dn，则Fi=d(h1+h2+hn),断面法计算图,各个断面面积求出后，即可计算土方体积。设各断面面积分别为F1；F2；Fn，相邻两断面之间的距离依次为I1；I2；In，则所求土方体积为：,用断面法求面积还有一种简便方法，叫“累高法”。此法不需用公式计算，只要将所取的断面绘于普通坐标纸上（d取等值），用透明纸尺从h1开始，依次量出各点标高（h1；h2），累计得出各点标高之和，然后将此值与d相乘，即可得出所求断面面积。,用累高法求断面面积,三、平整场地的土方调（tio）配土方调配是对挖土、填土和弃土三者之间的关系进行综合协调处理，其目的在于确定挖方区和填方区土方的调配方向、调配数量及平均运距，使土方运输量最小或运输费用最少，而且方便施工。,1、土方调配原则：力求就近调配，使挖方、填方平衡和运距最短；应考虑近期施工和后期利用相结合，避免重复挖运；选择适当的调配方向、运输路线，以方便施工，提高施工效率；填土材料尽量与自然土相匹配，以提高填土质量，好土用在回填质量要求高的地区；借土、弃土时，应少占或不占农田。,2、土方调配图表的编制编制步骤如下：1)划分土方调配区：调配区的大小应使土方机械和运输车辆的功效得到充分发挥。2)计算各调配区土方量：按方格网法。,3)计算各调配区间的平均运距（平均运距即挖方区土方重心至填方区土方重心的距离。）计算各方格的重心位置：以场地的左下角为原点，场地的纵、横边为坐标轴，建立直角坐标系，计算各方格的重心位置(x，y)。计算各调配区的重心位置式中 xg、yg挖方或填方调配区的重心坐标，m；,V每个方格的土方量，m3；x、y每个方格的重心坐标，m。求每个调配区间的平均运距：用数学方法可确定每一对调配区间的平均运距，即：式中 xgt、ygt填方区的重心坐标，m；xgw、ygw挖方区的重心坐标，m。每一对调配区间的平均运距应标注在土方调配图上，如P16图1-14所示。,土方调配区示意图,4)编制土方初始调配方案 土方初始调配方案是土方调配优化的基础。土方初始调配方案是将土方调配图中的主要参数填入土方初始方案表中。编制土方初始调配方案的方法是：采用“最小元素法”，即运距(综合单价)最小，而调配的土方量最大，通常简称“最小元素，最大满足”。,5)确定最优调配方案 土方调配方案的优化，是以线性规划为基础，采用“表上作业法”进行求解。6)绘制土方调配图 根据最优调配方案中的调配参数，绘制出土方调配图。在该图上应标出土方调配区、调配区土方量、调配方向和数量、调配区间的平均运距，如P16图1-14所示。,一、施工准备土方开挖前做好以下工作：1、场地清理2、排除地面水，并预防雨水干扰3、修筑临时设施,第三节 施工准备与辅助工作,二、土方边坡与土壁支撑土壁的稳定，主要是由土体内摩擦阻力和粘结力来保持平衡，一旦土体失去平衡，土体就会塌方，这不仅会造成人身安全事故，同时亦会影响工期，有时还会危及附近的建筑物。,造成土壁塌方的原因主要有：边坡过陡，使土体的稳定性不足导致塌方；尤其是在土质差，开挖深度大的坑槽中；雨水、地下水渗入土中泡软土体，在增加土的自重同时降低了土的抗剪强度，这是造成塌方的常见原因；基坑上口边缘附近大量堆土或停放机具、材料，或由于行车等动荷载，使土体中的剪应力超过土体的抗剪强度；土壁支撑强度破坏失效或刚度不足导致塌方。,为了防止塌方，保证施工安全，在基坑（槽）开挖超过一定限度时，土壁应做成有斜率的边坡，或者加临时支撑，以保持土壁稳定。1、土方边坡土方边坡坡度大小的留设应根据土质、开挖深度、开挖方法、施工工期、地下水水位、坡顶荷载及气候条件等因素确定。一般情况下，粘性土的边坡可陡些，砂性土则应平缓些；当基坑附近有主要建筑物时，边坡应取1：1.01:1.5。,在天然湿度的土中，当地质条件良好，土质均匀且地下水位低于基坑（槽）或管沟底面标高时，挖土深度不超过下列数值时，可不放坡、不支撑。深度1.0m密实、中密的砂土和碎石类土（充填物为砂土）；深度1.25m硬塑、可塑的粘质砂土及砂质粘土；深度1.5m硬塑、可塑的粘土和碎石类土（充填物为粘性土）；深度2.0m坚硬的粘土。,挖方深度在5m以内不加支撑的边坡的最陡（du）坡度见P18表1-5；临时性挖方边坡坡度见P18表1-6。,2、土壁支撑在基坑或沟槽开挖时，为了缩小施工面，减少土方，或受场地的限制不能放坡时，则可设置土壁支撑。开挖较窄的沟槽：主要采用横撑式支撑，有水平挡土板和垂直挡土板两类，每类又可分为连续式或断续式两种。,断续式水平支撑：挡土板水平放置,中间留出间隔,并在两侧同时对称立竖枋木,再用工具式或木横撑上下顶紧。适于能保持直立壁的干土或天然湿度的粘土类土,地下水很少,深度在3m以内。,连续式水平支撑：挡土板水平连续放置,不留间隙,然后两侧同时对称立竖枋木,上下各顶一根撑木,端头加木楔顶紧；适用于较松散的干土或天然湿度的粘土类土,地下水很少,深度为35m。,连续或间断式垂直支撑：挡土板垂直放置,连续或留适当间隙,然后每侧上下各水平顶一根枋木,再用横撑顶紧；适于土质较松散或湿度很高的土,地下水较少,深度不限。,水平垂直混合支撑：沟槽上部设连续或水平支撑,下部设连续或垂直支撑；适于沟槽深度较大,下部有含水土层情况。,开挖一般浅基坑：主要采用结合上端放坡，并加以拉锚等单支点板桩或悬臂式板桩支撑，或采用临时挡土墙支撑等；,斜柱支撑：水平挡土板钉在柱桩内侧,柱桩外侧用斜撑支顶,斜撑底端支在短木桩上,在挡土板内侧回填土。适于开挖较大型、深度不大的基坑或使用机械挖土。,临时挡土墙支撑：沿坡脚用砖、石叠砌或用草袋装土砂堆砌,使坡脚保持稳定。适于开挖宽度大的基坑,当部分地段下部放坡不够时使用。,开挖深基坑：主要采用多支点板桩。如钢板桩支撑；钢板桩与钢构架结合支撑；挡土灌注桩支撑；地下连续墙支护；土层锚杆支护；地下连续墙与土层锚杆结合支护；等等。,型钢桩横挡板支撑,钢板桩支撑,钢板桩是一种较老的基坑支护，适用于软土、淤泥质土、松散砂土及地下水多地区。钢板桩的种类很多，基本上分为平板与波浪形板桩两类，每类中又有多种形式。平板桩(下左图槽钢；下右图一字型截面)承受轴向应力的性能良好，易打入地下，但长轴方向抗弯强度较小，常用于4m以下深度的较浅基坑或基槽，一般采用悬臂式板桩，即依靠入土部分的土压力来维持板桩的稳定或顶部设一道支撑或拉锚。,槽钢钢板桩截面型式,常用锁口的钢板桩截面型式(a)一字型截面,波浪式板桩，尤其是“拉森”式钢板桩抗弯性能较好，施工应用较多。它有悬臂式板桩和有锚板桩两类，前者一般适用深度10m以下的基坑，后者则可用于深达16m的基坑。有锚板桩是在板桩墙后设柔性系杆（如钢索、土锚杆等）或在板桩墙前设刚性支撑（如大型型钢、钢管）加以固定。,图1.27 常用锁口的钢板桩截面型式(b)U型截面,“拉森”式钢板桩支护,钢板桩与钢构架结合支撑,挡土灌注桩支撑,土层锚杆支护,挡土灌注桩与土层锚杆结合支撑,双层挡土灌注桩支护,挡土灌注桩与旋喷桩组合支护,地下连续墙支护,地下连续墙与土层锚杆结合支护,板桩(灌注桩)中央横顶支撑,板桩(灌注桩)中央斜顶支撑,分层板桩支撑：开挖厂房群基础时,周围先打支护板桩；然后在内侧挖土方至群基础底标高；再在中部主体深基础四周打二级支护板桩,挖主体深基础土方；然后施工主体结构至地面；最后施工外围群基础。适于开挖较大、较深基坑,当中部主体与周围群基础标高不等,而又无重型板桩时采用。,深层搅拌水泥土桩支护：深层搅拌水泥土桩是加固饱和软土的一种新方法，最早用于加固软土地基，近年来发展作为防渗墙及基坑的挡土支护桩。它由搅拌桩机将水泥和土强行搅拌，形成柱状的搅拌水泥土桩，这些柱状水泥土桩连续搭接，形成密封挡墙。适用于46m深的沿海地区如沪、江浙、闽、粤等的软土地基基坑。,深层搅拌水泥土桩与挡土灌注桩结合支护：利用深层搅拌水泥土桩的良好止水性能作帷幕，与灌注桩（钻孔灌注桩、沉管灌注桩或人工挖孔灌注桩）的挡土性能结合起来，可以支护较深的基坑。同时基坑四周地下水被封闭，仅在基坑内降水排水，即可开挖土方。在止水挡土支护结构中应用较广泛。它有悬臂桩和有锚桩两类，前者一般适用深度7m以下的基坑，后者则可达18m的基坑深度。有锚桩是在桩后设柔性系杆（如钢索、土锚杆等）或在桩前设刚性支撑（如钢筋混凝土大梁、型钢、钢管）加以固定。,土钉支护：在基坑开挖坡面，用机械钻孔或洛阳铲成，孔内放钢筋并注浆，在坡面安装钢筋网，喷射C20厚80200mm厚的混凝土，使土体、钢筋与喷射混凝土面板结合，成为深基坑土钉支护，如左图所示，基坑坡面可以竖直90，也可是80左右，土钉长度按计算确定。适宜于地下水位以上或经降水措施后的杂填土、普通粘土或非松散性的砂土，在我国北方、南方应用都较普遍，基坑深度一般在6m以下。复合土钉可做到10m深甚至10m以上。,2、安放钢筋或钻花钢管,3、灌浆,4、绑扎钢筋网,5、喷射混凝土,1、钻孔,在成孔困难的较软弱土中所用的钢管钉,地下连续墙定义,地下连续墙开挖技术起源于欧洲。它是根据打井和石油钻井使用泥浆和水下浇注混凝土的方法而发展起来的，1950年在意大利米兰首先采用了护壁泥浆地下连续墙施工，20世纪5060年代该项技术在西方发达国家及前苏联得到推广，成为地下工程和深基础施工中有效的技术。,与之相适应的挖槽工法层出不穷；有不少新的工法已经不再使用膨润土泥浆；墙体材料已经由过去以混凝土为主而向多样化发展；不再单纯用于防渗或挡土支护，越来越多地作为建筑物的基础；所以，很难给地下连续墙下一个确切的定义。一般可以定义为：利用各种挖槽机械，借助于泥浆的护壁作用，在地下挖出窄而深的沟槽，并在其内浇注适当的材料而形成一道具有防渗（水）、挡土和承重功能的连续的地下墙体。,地下连续墙的发展,地下连续墙施工流程,修筑导墙,导墙作用：在地下连续墙成槽前，应浇筑导墙及施工便道，导墙的作用是为成槽设备导向、维护上部土体稳定和防止土体坍落。导墙必须精心施工，其质量的好坏直接影响地下连续墙的轴线和标高。导墙施工顺序：平整场地测量放样挖槽浇筑导墙垫层砼钢筋绑扎立模板浇筑砼养护设置横向支撑施工便道。整个地下连续墙导墙分为多段施工，每段施工长度60m左右。导墙接缝采用错缝搭接，并且与地下墙接缝错开，由预留的水平钢筋连接起来，使导墙成为整体。,地下连续墙施工第一步修筑导墙,地下连续墙施工第一步修筑导墙,导墙放线,导墙开挖,钢筋绑扎,导墙支模,导墙混凝土浇筑,地下连续墙施工第二步成槽机成槽,成槽机开挖,地下连续墙施工第三步钢筋笼吊装,钢筋笼平台及钢筋对焊,钢筋笼制作过程,钢筋笼起吊,钢筋笼制作完成,地下连续墙施工第三步钢筋笼吊装,钢筋笼起吊,钢筋笼入槽,地下连续墙施工第四步混凝土浇筑,地下连续墙施工第五步拔出接头管,定位,徐徐拔出,三、土方工程施工排水与降低地下水位在开挖基坑或沟槽时，土壤的含水层常被切断，地下水将会不断地渗入坑内。雨季施工时，地面水也会流入坑内。为了保证施工的正常进行，防止边坡塌方和地基承载能力的下降，必须做好基坑降水工作。降水方法可分为明排水法（如集水井、明渠等）和人工降低地下水位法两种。,（一）明排水法：现场常采用的方法是截流、疏导、抽取。截流即是将流入基坑的水流截住；疏导即将积水疏干；抽取这种方法是在基坑或沟槽开挖时，在坑底设置集水井，并沿坑底的周围或中央开挖排水沟，使水由排水沟流入集水井内，然后用水泵抽出坑外。（P19图1-17）。集水井的设置要求见P20上部有关内容。,集水井降水,(a)斜坡边沟；(b)直坡边沟,1水泵；2排水沟；3集水井；4压力水管；5降落曲线；6水流曲线；7板桩,采用明排水法降水，如果开挖深度大、地下水位较高而土质又不好，当挖至地下水位以下时，有时坑底下面的土会成流动状态，随地下水涌入基坑，这种现象称为流砂现象。流砂的危害：使土完全丧失承载能力；使施工条件恶化，难以达到开挖设计深度；严重时会造成边坡塌方及附近建筑物下沉、倾斜、倒塌等。,流砂现象及防治,1、流砂现象产生的原因：是水在土中渗流所产生的动水压力对土体作用的结果。2、易产生流砂的土：颗粒细、均匀、松散、饱和的非黏性土，如细砂、粉砂及粉土。3、防治流砂的方法（治流砂必治水）：抢挖法：即抛大石块、抢速度施工。如在施工过程中发生局部或轻微的流砂现象，可组织人力分段抢挖，挖至标高后，立即铺设芦席并抛大石块，增加土的压重以平衡动水压力，力争在未产生流砂现象之前，将基础分段施工完毕。,打板桩法：将板桩沿基坑周围打入不透水层，起到截住水流的作用；或者打入坑底面一定深度，这样将地下水引至桩底以下才流入基坑，不仅增加了渗流长度，而且改变了动水压力方向，从而可达到减小动水压力的目的。水下挖土法：即不排水施工，使坑内外的水压互相平衡，不致形成动水压力。是防治流砂的有效措施。,地下连续墙法：沿基坑的周围先浇筑一道钢筋混凝土的地下连续墙，从而起到承重、截水和防流砂的作用，它又是深基础施工的可靠支护结构。枯水期施工法：即选择枯水期间施工，因为此时地下水位低，坑内外水位差小，动水压力减小，从而可预防和减轻流砂现象。土壤冻结法：在含有大量地下水土层或沼泽地区施工时常用。,对于流砂地区的基础工程，应尽可能用桩基或沉井施工，以节约防治流砂的费用。（沉井是在地面或地坑上，先制作开口钢筋混凝土筒身，达到一定强度后，在井筒内分层挖土、运土，随着井内土面逐渐降低，沉井筒身借其自重，克服与土壁之间的摩阻力，不断下沉而就位的一种深基础或地下工程施工工艺。）,上述几种方法都有较大的局限，应用范围狭窄。防治流砂危害最常用也最彻底的方法是：人工降低地下水位法：也称井点降水法。井点降水法原理：降低地下水位到基坑底面以下，使动水压力方向朝下，增大土颗粒间的压力，则不论细砂、粉砂，都一劳永逸地消除了流砂现象。以下重点介绍：,具体做法：在基坑开挖前，预先在基坑四周埋设一定数量的滤水管（井），在基坑开挖前和开挖过程中，不断抽出地下水，使地下水位降低到坑底以下。地下水位降低后，从根本上解决了地下水涌入坑内的问题。由于没有地下水的渗流，所挖的土始终保持干燥状态，改善了施工条件，防止了由地下水流冲刷而引起的边坡塌方，也防止了流砂现象的产生。由于土体固结，还能使土层密实，增加地基土的承载能力。,（二）人工降低地下水位法：井点降水法,井点降水的作用：(a)杜绝漏水(b)阻止塌方(c)防止管涌（管涌介绍详见P21有关内容）(d)减小水平荷载(e)防止流砂（防止流砂是井点降水的主要目的。）,井点降水的种类轻型井点、电渗井点、喷射井点、管井井点、深井泵。选用何种井点降水方法一般根据土的渗透系数、降水深度、设备条件及经济性选用，可参照P22表1-7选择。其中轻型井点应用最为广泛。,1、轻型井点降低地下水位：（1）一般轻型井点设备轻型井点设备由管路系统和抽水设备组成（P23图1-20）。管路系统包括：滤管、井点管、弯联管及总管等。滤管为进水设备，通常采用长1.01.2m、直径38mm或51mm的无缝钢管，管壁钻有滤孔，管外面包以两层孔径不同的铜丝或尼龙丝布滤网。为使流水畅通，在骨架管与滤网之间用塑料管或梯形钢丝隔开，塑料管沿骨架管绕成螺旋形。滤网外面再绕一层粗钢丝保护网，滤管下端为一铸铁头。滤管上端与井点管连接。,1 井点管；2滤管；3总管；4弯联管；5水泵房；6原有地下水位线；7降低后地下水位线；,图1-20 轻型井点降低地下水位全貌图,图1-22 轻型井点设备工作原理：1滤管；2井点管；3弯管；4阀门；5集水总管；6闸门；7滤网；8过滤箱；9掏砂孔；10水气分离器；11浮筒；12阀门；13真空计；14进水管；15真空计；16副水气分离器；17挡水板；18放水口；19真空泵；20电动机；21冷却水管；22冷却水箱；23循环水泵；24离心水泵,图1-21 滤管构造：1钢管；2管壁上的小孔；3缠绕的塑料管；4细滤网；5粗滤网；6粗铁丝保护网；7井点管；8铸铁头,井点管为直径38mm或51mm、长57m的钢管，可整根或分节组成。井点管的上端用弯联管与总管相连。集水总管为直径100127mm的无缝钢管，每段长4m，其上装有与井点管联接的短接头，间距为0.8m1.2m。,抽水设备：由真空泵、离心泵和水气分离器（又称集水箱）等组成。详见P24图1-22。一套抽水设备的负荷长度（即集水总管长度）为100120m。常用的W5型干式真空泵，其最大负荷长度不大于100m；W6型干式真空泵，其最大负荷长度不大于200m。,（2）轻型井点的布置：应根据基坑大小与深度、土质、地下水位高低与流向、降水深度要求等确定。1）平面布置当基坑或沟槽宽度小于6m，且降水深度不超过5m时，可用单排线状井点（P24图1-23），布置在地下水流的上游一侧。,图1-23 单排线状井点布置：1集水总管；2井点管；3抽水设备；4基坑；5原地下水位线；6降低后地下水位线,如宽度大于6m或土质不良，则用双排线状井点（图1-24），位于地下水流上游一排井点管的间距应小些，下游一排井点管的间距可大些。面积较大的基坑宜用环状井点（图1-25），有时亦可布置成U形，以利挖土机和运土车辆出入基坑。井点管距离基坑壁一般可取0.71.0m，以防局部发生漏气。井点管间距一般为0.8m1.5m，或由计算或经验确定。在总管四角部位，井点管应适当加密。,图1-24 双排线状井点布置(a)平面布置(b)高程布置1井点管；2抽水总管；3抽水设备,图1-25 环状井点布置(a)平面布置(b)高程布置1抽水总管；2井点管；3抽水设备,井点降水,2）高程布置：轻型井点的降水深度，从理论上讲可达10.3m，但由于管路系统的水头损失，其实际降水深度一般不超过6m。井点管的埋设深度H（不包括滤管长）按下式计算（参见P24图1-23b）：,式中，H1井点管埋设面至基坑底面的距离；h 降低后的地下水位至基坑中心处底面的距离（单排井点时，为远离井点一侧坑底边缘），一般取0.5 1.0m。i 水力坡度，实测单排井点1/4，双排井点1/7，环状井点1/101/12；L基坑短边方向井点管至基坑中心的水平距离。（在单排井点中，为井点管至基坑另一侧的水平距离。）此外，确定井点埋深时，还要考虑到井点管一般要露出地面0.2m左右，以便与弯联管连接。,根据上式算出的H值，如大于6m，则应降低井点管的埋置面（但以不低于地下水位为准），以适应降水深度的要求。在任何情况下，滤管必须埋在透水层内。为充分利用抽吸能力，使降水深度增加，总管的布置标高宜接近地下水位线（可事先挖槽），总管应具有0.25%0.5%坡度（坡向泵房）。,当一级轻型井点达不到降水要求时，可采用二级井点降水，即先挖去第一级井点所疏干的土，然后再在其底部装设第二级井点（图1-26）。,图1-26 两级轻型井点示意图 1第1级井点系统井点管；2第2级井点系统井点管,（3）轻型井点的计算井点系统的计算必须建立在可靠资料的基础上，如施工现场地形图、水文地质勘察资料、基坑的设计文件等。计算内容包括：涌水量计算，井点系统的布置，井点管数量与间距确定、抽水设备的选择等。1）井点系统的涌水量计算井点系统所需井点管的数量，是根据其涌水量来确定的；而井点系统的涌水量，则是按水井理论进行计算。,根据井底是否达到不透水层，水井可分为完整井与不完整井；凡井底到达含水层下面的不透水层顶面的井称为完整井，否则称为不完整井。根据地下水有无压力，又分为无压井与承压井，如图1-27所示。各类井的涌水量计算方法不同，其中以无压完整井的理论较为完善。,水井的类型1.承压完整井 2.承压非完整井3.无压完整井 4.无压非完整井,对于无压完整井(图1-28a)的环状井点系统，涌水量计算公式为：（1-25）式中 Q井点系统的涌水量（m3/d）；K土的渗透系数（m/d），可以由实验室或现场抽水试验确定；H含水层厚度（m）；s基坑中心水位降低值（m）；R抽水影响半径（m），；x0环状井点系统的假想圆半径（m）。对于矩形基坑，长宽比不大于5时，F为环状井点系统所包围的面积。,图1-28 环状井点系统涌水量计算简图(a)无压完整井；(b)无压非完整井,对于无压完整井(图1-28a)的环状井点系统，涌水量计算公式为：,无压非完整井的环状井点系统涌水量对无压非完整井，地下水不仅从井的侧面流入，还从井底渗入，因此涌水量要比完整井大。为了简化计算，仍可采用公式1-24、1-25、1-26。此时，需将式中H换成有效含水深度H0，H0可查表1-8确定，当算得的H0大于实际含水层厚度H时，则仍取H值，视为无压完整井。（？）,承压完整井的环状井点系统涌水量承压完整环状井点系统涌水量计算公式为：(1-28)式中 M承压含水层深度（m）；K、s、R、x0与式1-25相同。,注意：用以上公式计算涌水量时，要先确定井点系统布置方式和基坑计算图形面积。如矩形基坑的长宽比大于5，或基坑宽度大于抽水影响半径R的2倍时，就不能直接利用现有的公式进行计算，此时需将基坑分成几小块，使其符合公式的计算条件，然后分别计算每小块的涌水量，再相加即得总涌水量。,2）确定井点管数量及井管间距确定井点管数量先要确定单根井点管的出水量。单根井点管的最大出水量为：式中 d 滤管内径（m）；l滤管长度（m）；K渗透系数（m/d）。,井点管最少根数由下式确定：(1-30)式中 Q井点系统涌水量 1.1考虑井点管堵塞等因素的放大备用系数。井点管平均间距为：(1-31)式中 L集水总管长度（m）；n井点管根数 算出的D仅供参考，实际采用的井点管间距应当与集水总管上接头尺寸相适应，常采用0.8m、1.2m、1.6m或2.0m。,（4）抽水设备的选择：真空泵主要有W5、W6型。当总管长度不大于100m时，选用W5型，总管长度不大于200m时选用W6型。（5）井点管的安装使用：安装程序是：先排放总管，再埋设井点管，用弯联管将井点管与总管接通，最后安装抽水设备。井点管的埋设是关键，一般用水冲法，分为冲孔和埋管两个过程。其他详见P28P29有关内容。,图1-29 井点管的埋设(a)冲孔(b)埋管,（6）轻型井点系统降水设计实例：见P2931有关内容。（要能看懂。）,2、喷射井点降低地下水位当基坑开挖较深，采用多级轻型井点不经济时，宜采用喷射井点。特别适用于降水深度超过6m，土层渗透系数为0.12.0m/d的弱透水层，其降水深度可达20m。其他详见教材有关内容。,3、深井井点降低地下水位深井井点，就是沿基坑每隔2050m距离设置一个管井，每个管井单独用一台水泵（潜水泵、离心泵）不断抽水来降低地下水位。适用于土的渗透系数较大（k=20200m/