第五章明挖法

1第五章明挖法2主要内容5.1明挖法概述5.2敞口放坡法5.3板桩法5.4旋喷法5.5挖孔桩围护结构5.6水泥土搅拌桩5.7劲性水泥土搅拌桩5.8钻孔灌注桩围护结构35.1明挖法概述1.明挖法概念：什么是明挖法？浅埋地铁区间、车站，通常采用明挖法施工或盖挖法施工，二者均属于深基坑工程。2.施工程序：维护结构施工，内部土方开挖，工程结构施工，管线恢复与覆土。3.技术难点：基坑周围环境保护，控制沉降与位移。4深15m基坑深15m广州海珠广场基坑基坑事故5北京地铁10号线基坑，坍塌10余m上海中环线基坑，塌40m，深10m基坑事故6新加坡地铁NichollHighway站(2004年)基坑事故75.1明挖法概述

放坡开挖要求基坑平面有足够的空间供放坡之用。施工简单、经济实用在空旷地区或周边环境允许时能保证边坡稳定的条件下优先选用。支护开挖由在围护结构保护下从地面向下开挖的一个地下空间。基坑四周为垂直的挡土结构，挡土结构一般是在开挖面基底下有一定插入深度的板墙结构。（常用的挡土材料：混凝土、钢、木等，有钢板桩、钢筋混凝土板桩、柱列式灌注桩、水泥土搅拌桩、地下连续墙等）4、明挖法的分类85.1明挖法概述边坡面不加支护喷混凝土面和锚杆护坡明挖法基坑类型A：敞口放坡基坑B：有维护结构基坑工字钢桩钢板桩钻孔灌注桩地下连续墙土钉墙复合式围护910111216标车站135标145、基坑工程的安全等级安全等级破坏后果重要性系数γ0一级支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构施工影响很严重1.10二级支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构施工影响一般1.00三级支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构施工影响不严重0.90基坑侧壁安全等级与重要性系数γ05.1明挖法概述15按安全等级划分：一级：破坏后果很严重或开挖深度大于等于10米；二级：坏后果严重或开挖深度介于7-10米；三级：坏后果很严重或开挖深度小于10米；按周边环境等级划分：特级：离基坑1倍开挖深度范围内有重要的地下设施、大直径管线，重要建（构）筑物。一级：离基坑1-2倍开挖深度范围内有重要的地下设施、大直径管线，重要建（构）筑物。二级：离基坑1倍开挖深度范围内有重要的支线地下管线，大型建（构）筑物。三级：离基坑2倍开挖深度范围内没有需要保护的管线或建（构）筑物及设施。按地基复杂程度划分：1、地质复杂2、地质中等复杂3、地质简单165.2敞口放坡法1、适用条件：放坡开挖适用于地基土质较好，开挖深度不深，以及施工现场有足够放坡场所的工程。放坡开挖一般费用较低，能采用放坡开挖应尽量采用。放坡开挖示意图

17敞口放坡明挖法也称作敞口基坑法，包括全放坡开挖和半放坡开挖。全放坡开挖——基坑采取放坡开挖，不进行坑墙支护，根据地质条件采用相应的边坡坡度，分段开挖至所需位置进行结构施工，完成后进行回填，将地面恢复到原来状态。半放坡开挖——在基坑底部设置一定高度的悬臂式钢桩加强土壁稳定。2、敞口放坡法的分类5.2敞口放坡法18

根据《土方和爆破工程施工及验收规范》(GBJ201-1983),当地下水位低于基底，在湿度正常的土层中开挖基坑，且暴露时间不长，可做成直立壁不加支撑，但挖方的深度不宜超过下列规定：碎石土和砂土：1.0m；轻亚粘土及亚粘土：1.25m；粘土：1.5m；坚硬的粘性土：2m。3、敞口放坡法开挖深度5.2敞口放坡法191）基坑深度在5m以内不加支撑的边坡最大坡度4、敞口开挖边坡坡度的确定5.2敞口放坡法202）确定基坑边坡坡度方法：查表法。

在城市隧道施工中，一般在地质条件良好、土质较均匀而地下水位低或通过降水将地下水位维持在基坑面以下，常采用查表法。

查表法适用条件

根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）及北京地铁的施工经验对岩质边坡和土质边坡坡度可参考表1.1、表1.2。4、敞口开挖边坡坡度的确定211：1.0～1.251：0.75～1.0强风化1：0.75～1.001：0.5～0.75中等风化1：0.5～0.751：0.35～0.5微风化软质岩石1：0.5～0.751：0.35～0.5强风化1：0.35～0.51：0.2～0.35中等风化1：0.2～0.351：0.1～0.2微风化硬质岩石8～15m8m以内坡度值（高：宽）风化程度岩石类别岩质基坑边坡坡度表1.1221：1.5～1.751：1.25～1.51：1.0～1.25硬塑1：1.25～1.51：1.0～1.251：0.75～1.0坚硬粘性土1：1.5～1.751：1.25～1.51：1.0～1.25S≤0.5粉土1：1.25～1.51：1.0～1.251：0.75～1.0稍密1：1.0～1.251：0.75～1.01：0.5～0.75中密1：0.75～1.01：0.5～0.751：0.35～0.5密实碎石土10～15m5～10m5m以内坡度值（高：宽）密实度或状态土的类别土质基坑边坡坡度表1.2235.3板桩法1、概念：施工场地受到限制条件下的临时支护方法。2、分类：分为无支撑板桩和有支撑板桩卸荷、锚撑、斜撑3、施工顺序：把工字钢打入基坑周围土体，分层挖土，设置横撑。直到坑底。24254、几种典型的围护结构1）工字钢桩围护结构工字钢桩围护结构平面图

适用于粘性土、砂性土和粒径不大于10cm的砂卵石地层，当地下水位较高时，必须配合人工降水措施。

打桩施工噪声很大（一般在100分贝以上），超出环保法规定限值，只适用于在郊区距居民点较远的基坑施工中。262）钢板桩围护结构钢板桩围护结构

钢板桩由带锁口或钳口的热轧型钢制成，强度高，桩与桩之间的连接紧密，形成钢板桩墙，隔水效果好，可多次使用。一般为临时的基坑支护，在地下主体工程完成后即可将钢板桩拔出。

a)平板式；b)波浪式

钢板桩形式

钢板桩的构成可为单层钢板桩围堰、双层钢板桩围堰和屏幕。在城市隧道施工中基坑较深大多采用屏幕式。27对于钢板桩，打桩方法：

（a）单独打入法

施工简便，打设速度快。累计误差不易纠正，墙面平直度难以控制。一般在钢板桩长度不大(小于10m)、工程要求不高时可采用此法。

（b）围檩插桩法

要用围檩支架作板桩打设导向装置围檩支架由围檩和围檩桩组成，在打设板桩时起导向作用。双面围檩之间的距离，比两块板桩组合宽度大8～15mm。围檩插桩法施工中可以采用封闭打入法和分段复打法。

钢板桩可采用锤击、静压和震动等方法沉入土中，上述方法可以单独使用也可以联合使用。围檩插桩法

1—围檩；2—钢板桩；3—围檩支架2）钢板桩围护结构282930U型钢板桩吊桩下放31对位施打施打中静压、振动、冲击32继续施打结束335.4旋喷法1、旋喷桩发展历史旋喷桩兴起于二十世纪七十年代的高压喷射注浆法，八、九十年代在全国得到全面发展和应用。实践证明此法对处理淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、沙土、人工填土和碎石土等有良好的效果，我国已将其列入现行的《地基与基础施工规范》。34

2、旋喷桩工作原理旋喷桩是利用钻机将旋喷注浆管及喷头钻置于桩底设计高程，将预先配制好的浆液通过高压发生装置从注浆管边的喷嘴中高速喷射出来，形成一股能量高度集中的液流，直接破坏土体，喷射过程中，钻杆边旋转边提升，使浆液与土体充分搅拌混合，在土中形成一定直径的柱状固结体，从而使地基达到加固。354、施工工艺保证垂直度旋转振动钻机插管旋喷365.5挖孔桩围护结构依靠人工挖掘成孔的桩挖孔桩优势：机具简单，不受设备和工作面限制；无振动，无噪声；成本低；对环境影响小。适用条件：无水或者地下水较少的土层中，对具有流动性淤泥、流砂和地下水的地区不宜采用。桩的直径一般不小于1.2m。37385.6水泥土搅拌桩原理：利用水泥、石灰等材料做固化剂，通过深层搅拌机械，将软土和固化剂如浆液或粉体强制搅拌，利用固化剂和软土间所产生的一系列物理化学作用，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的桩体。适用条件：饱和软粘土，包括淤泥、淤泥质土、粘土和粉质粘土。3940415.7劲性水泥土搅拌桩地铁工程常用围护方式之一1、SMW(SoilMixingWall)原理劲性水泥土搅拌连续墙支护结构又称SMW工法，它是在水泥土搅拌桩中插入型钢或其它芯材形成的同时具有承载力与防渗两种功能的支护形式。2、适用条件：凡是适合应用水泥土搅拌桩的场合都适合使用SMW支护结构，特别是以粘性土和粉性土为主的软土地区。42劲性水泥土搅拌连续墙(SMW、PCMW工法）3、优点：（1)占用场地小。单排为0.65-0.85m。（2)施工速度快。一般情况下施工周期可缩短30%左右。（3）对周围建筑物及地下管线影响小，对环境污染小，无废弃泥浆。（4）耗用水泥、钢材少，造价低。特别是H型钢能够回收，成本大大降低。

43劲性水泥土搅拌连续墙(SMW、PCMW工法）三轴深层搅拌桩机

44劲性水泥土搅拌连续墙(SMW、PCMW工法）SMW工法现场照片

454647485.8钻孔灌注桩围护结构1、特点（1）灌注桩是直接在桩位上就地成孔，然后在孔内安放钢筋笼灌注混凝土而成。（2）灌注桩能适应各种地层，无需接桩，施工时无振动、无挤土、噪音小，宜在建筑物密集地区使用。（3）但其操作要求严格，施工后需较长的养护期方可承受荷载，成孔时有大量土渣或泥浆排出。2、分类根据成孔工艺不同，分为干作业成孔的灌注桩、泥浆护壁成孔的灌注桩、套管成孔的灌注桩等。

491）干作业成孔适用条件：适用于地下水位以上的粘性土、粉土，填土，中等密实以上的砂土、风化岩层。成孔作业：螺旋钻孔是干作业成孔常用的方法之一，它利用螺旋钻机成孔。通过动力旋转钻杆，使钻头的螺旋叶片旋转削土，土块沿螺旋叶片提升排出孔外。501一上底盘；2一下底盘；3一回转滚轮；4一行车滚轮；

5一钢丝滑轮；6一回转轴；7一行车油缸；8一支架512）套管沉管灌注桩适用于粘性土、粉土、淤泥质土、砂土及填土套管成孔灌注桩是利用锤击打桩法或振动沉桩法，将带有活瓣式桩尖或带有钢筋混凝土桩靴的钢套管沉入土中，然后边拔管边灌注混凝土而成。若配有钢筋时，则在浇筑混凝土前先吊放钢筋骨架。利用锤击沉桩设备沉管、拔管，称为锤击沉管灌注桩；利用激振器的振动沉管、拔管时，称为振动沉管灌注桩。也可采用振动-冲击双作用的方法沉管。52a）活瓣桩尖；b）桩靴

1一桩管；2一锁轴；3一活瓣；4—桩靴53套管钻机成桩工艺流程图543）泥浆护壁成孔适用性:泥浆护壁成孔是用泥浆保护孔壁并排出土渣而成孔。泥浆护壁钻孔灌注桩适用于地下水位以下的粘性土、粉土、砂土、填土、碎(砾)石土及风化岩层；以及地质情况复杂，夹层多、风化不均、软硬变化较大的岩层，冲孔灌注桩除适应上述地质情况外，还能穿透旧基础、大孤石等障碍物，但在岩溶发育地区应慎重使用。55泥浆作用

在钻孔过程中，为防止孔壁坍塌，在孔内注入高塑性粘土或膨润土和水拌合的泥浆，也可利用钻削下来的粘性土与水混合自造泥浆。这种护壁泥浆与钻孔的土屑混合，边钻边排出泥浆，同时进行孔内补浆，进行泥浆循环。泥浆具保护孔壁、防止坍孔的作用，同时在泥浆循环过程中还可携带土渣排出钻孔，并对钻头具有冷却与润滑作用。56钻孔灌注桩围护基坑开挖实例沈阳地铁16标区间黎明文化宫站～终点区间。区间段落里程CK21+551.6m～CK21+817m，全长269.15m，地铁底板埋深约8米。线路位于沈阳市大东区，