施工技术配套全册教学课件

施工技术配套全册教学课件第2章土方工程2.1概述2.1.1土方工程内容及特点土方工程包括一切土的挖掘、填筑和运输等过程及排(降)水、土壁支护等准备工作。常见的土方工程有：

1）场地平整。包括确定场地的设计标高,

计算挖填方量，合理进行土方调配。

2）基坑（槽）开挖、隧道、人防等地下结构的土方开挖，包括排水、降水、土壁支护等。

3）土方回填与压实。包括土料的选择、填土的压实方法和密度检验等。土方工程的特点：

1）量大面广。

2）劳动繁重、工期长。

3）施工条件复杂，受地质、水文、气侯影响大，不确定因素多。因此，在组织土方工程施工前，应制订出技术可行经济合理的施工设计方案。1）根据工程条件，选择适宜的施工方案和效率较高、费用较低的机械进行施工；2）合理调配土方，使总的施工量最小；3）合理组织机械施工，保证机械发挥最大的适用效率；4）安排好运输道路、排水、降水、土壁支护等一切准备工作；5）合理安排施工计划，尽量避免雨季施工；6）保证施工质量，对施工中的可能遇到的流砂、塌方等提出解决方案；7）确保安全施工。

2.1.2土方工程的要求

要选择适宜的施工方案，首先来看一下土的分类。《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011根据颗粒级配或塑性指数划分为岩石、碎石土、砂土、粉土、粘性土和人工填土六大类。在土木工程施工中，按土的开挖由易到难程度分为八类：

第一类：（松软土）第五类：（软石）

第二类：（普通土）第六类：（次坚石）

第三类：（坚土）第七类：（坚石）

第四类：（砂砾坚土）第八类：（特坚石）2.1.3土的工程分类1.土的可松性

土具有可松性。即自然状态的土，经开挖后，其体积因松散而增大，以后虽经回填压实，仍不能恢复。土的可松性程度用可松性系数表示，即：

（2-1）2.1.4土的工程性质最初可松性系数；—土开挖后松散的体积；—土经回填压实后的体积。土自然状态下的体积；最终可松性系数；2.土的密度

天然密度

：土在天然状态下单位体积的质量。干密度

d：单位体积的土，将水分烘干后的质量。是检测填土密实程度的指标。3.土的含水量土中所含水与土的固体颗粒间的质量比，以百分数表示。

天然含水量:W=（G湿-G干）/G干最佳含水量:可使填土获得最大密实度的含水量（击实试验、手握经验确定）。4.土的渗透性土体孔隙中的自由水在重力作用下会透过土体而运动，这种土体被水透过的性质称为土的渗透性。⊿H-水头差；L-渗流路径长度；A-土体横截面积)；I-水力梯度。K-渗透系数。达西(Darcy)定律2.2.1场地设计标高的确定

1.确定原则

挖、填平衡主要考虑因素:

1）满足工艺和运输的要求；2）尽量利用地形，减少挖填方量；3）场地内挖、填方平衡，土方运输总费用最少；4）有一定的泄水坡度（≥0.002），满足排水要求，并考虑最大洪水位的影响。2.2场地平整

方法：将场地划分为每格边长10～40m的方格网，找出每个方格各个角点的地面标高(实测法、等高线插入法)。按照挖填平衡的原则，场地设计标高可按下式计算：aaaaaa1112131421222324313233344142434421112212—所计算场地的设计标高（m）；n—方格数；、2.一般方法（2-2）为便于计算将式2-2进行变形得：

、aaaaaa1112131421222324313233344142434421112212—一个方格独有的角点标高；—、、第i方格四个角点的原地形标高（m）。（2-3）—二个方格共有的角点标高；—三个方格共有的角点标高；—四个方格共有的角点标高；泄水坡度的影响：

（2-4）—场地内任一点的设计标高；

、—计算点沿x，y方向距场地中心点的距离；—由场地中心点沿x，y方向指向计算点时，若其方向与，同向时取”-”，反之则取”+“。、—场地在x，y方向的泄水坡度；2.2.2最小二乘法求最佳设计平面

方法：将场地划分为每格边长10～40m的方格网，找出每个方格各个角点的地面标高(实测法、等高线插入法)。高数的平面截距式方程:则这个平面上任意一点i的标高可表示为：(2-5)—i点在x方向的坐标；—

i点在y方向的坐标。

与前述方法类似，将场地分成方格网，并将原地形标高标于图上，设最佳设计平面的方程为式（2-5），则该场地方格网角点的施工高度为：（2-6）式中—方格网各角点的施工高度；

—方格网各角点的设计平面标高；

—方格网各角点的原地形标高；

—方格角点总数。由于施工高度有正（填方），有负（挖方）。若把施工高度平方之后再相加，则其总和能够反映土方工程填挖方绝对值之和的大小。将式（2-6）带入式（2-7），得（2-7）令为土方施工高度之平方和，则

式中，为i角点的应用次数。（2-8）该式中有3个未知量：、、（2-9）

由高等数学多元函数求极值的方法，将上式分别对三个未知量求偏导数，并令其为零，则经过整理，可写成下列方程：可得到如下方程组：（2-7）

由高等数学多元函数求极值的方法，将上式分别对求偏导数，并令其为零，有经过整理，可得写成列方程：（2-8）

(2-10)2-1

以上为采用列表法求常系数线性方程组（如教材例1-1中表2-10）的过程，详细过程可参考教材例1-1。还可利用Matlab程序或自编Fortran程序求解。将求得的回带可求得最佳设计平面。可松性的影响2.2.3设计标高的调整根据挖填平衡原则，不考虑理可松性时有（a）图：

考虑土的可松性之后，填方取得标高要增加，所以可以少挖一些。设为土的可松性引起的设计标高的增加值，则调整后的挖、填关系为：按上式求得后，每个角点的设计标高应增加。。2.2.3设计标高的调整2.

考虑工程余土或工程用土，相应提高或降低设计标高。3.

如采用场外取土或弃土的施工方案，则应考虑因此引起的土方量的变化，需将设计标高进行调整。场地设计平面的调整工作是繁重的，如修改设计标高，则须重新计算土方工程量。2.3土方工程量的计算与调配

1.基坑（槽）和路堤土方量计算2.3.1土方工程量的计算a）基坑土方量计算；b）基槽、路堤土方量计算

（2-11）1.基坑（槽）和路堤土方量计算2.3.1土方工程量的计算对基坑而言，为基坑的深度，、分别为基坑的上下底面积（）；对基槽或路堤，为基槽或路堤的长度，、分别为两端的面积（）；

——与之间的中截面面积（）;此式的物理意义：来源于高数积分的思想，函数无具体表达式，故只能采用数值方法求近似解。利用数值分析的辛普生（Simpson）公式可得（2-11）式，该式适用性强。式中——土方工程量（m3）。Hm2Hm2m22.场地平整土方量计算2.3.1土方工程量的计算1）计算各角点的施工高度

=设计标高-自然标高，施工高度：“+”——填方；“-”——挖方。2）确定“零线”“零点”——方格网边界上施工高度为0的点。在相邻角点施工高度一正一负的方格网边线上，用线性差值方法求零点位置如图所示。

“零线”——“零点”的连线。“零线”即为挖填方区的分界线，复杂场地的零线可有多条。例如下图中“蓝色线”即为确定的零线。3）计算方格网内的土方量零线确定后，可逐个方格网计算土方量。方格网中土方量计算有两种方法：四棱柱法和三棱柱法。以四棱柱法法为例，分（a）全挖或全填；（b）二挖二填；（c）一填（挖）三挖（填）；（d）一挖一填，四种情况套用公式计算。2.场地平整土方量计算3.场地平整土方量计算步骤（教材P15~P17页例题）2.3.1土方工程量的计算1）划分方格网；2）计算各方格网角点的地面标高；3）计算场地设计标高；4）根据泄水坡度计算角点设计标高；5）计算方格角点的施工高度；6）确定零点画零线；7）计算土方量。8）统计挖、填土方量。

土方调配是大型土方施工设计的一个重要内容。土方调配的目的是在使土方总运输量（）最小或土方运输成本（元）最小的条件下，确定填挖方区土方的调配方向和数量，从而达到缩短工期和降低成本的目的。2.3.2土方调配重要概念实质：最优化问题。在施工区域内，挖方、填方或借、弃土的综合协调。

土方调配是大型土方施工设计的一个重要内容。土方调配的目的是在使土方总运输量（）最小或土方运输成本（元）最小的条件下，确定填挖方区土方的调配方向和数量，从而达到缩短工期和降低成本的目的。2.3.2土方调配重要概念实质：最优化问题。3.场地平整土方量计算步骤（教材P15~P17页例题）2.3.1土方工程量的计算1）划分方格网；2）计算各方格网角点的地面标高；3）计算场地设计标高；4）根据泄水坡度计算角点设计标高；5）计算方格角点的施工高度；6）确定零点画零线；7）计算土方量。8）统计挖、填土方量。-到的运距；-到的运土量。二、线性规划方法土方调配数学模型土方调配问题可用以下数学模型，求一组的值，使目标函数二、线性规划方法土方调配数学模型（2-12）为最小值，并满足下列约束条件：

未知量有m×n个，方程数为m+n个。由于挖填平衡，独立方程的数量实际只有m+n-1个。由于变量的数目多于独立方程的数目，因此方程组有无穷多的解。（2-13）三、表上作业法1.同前；2.初始调配方案方法：先从运距小的开始，使其土方量最大。首先在表2-2中找到一个最小运距，表中的。任取其一，如，确定的值，使其尽量大=400。再取，则=500。重复上面步骤，完成其余方格土方量的确定，表2-3。3.判别是否为最优方案用位势法求检验数

ij，若所有

ij

0，则方案为最优解。1）求位势Ui和Vj：

位势和就是在运距表的行或列中用运距（或单价）同时减去的数，目的是使有调配数字的格检验数为零，而对调配方案的选取没有影响。首先将初始方案中有调配数方格的列出（表2-4中涂红数字），然后按下式求出两组位势数Ui

（=1,2,…,m）和Vj（=1,2,…,n）。+

位势数计算方法2）求检验数

ij

：位势数求出后，便可根据下式计算没有调配数的空格（×表示的方格）的检验数：

有土方调配数的方格的检验数必为零，空格的检验数（表2-5中涂红数字）计算如下：同理求其他，求得的检验数见表2-5。

4.方案调整调整方法：闭回路法。调整顺序：从负值最大的格开始。1)找闭回路a）在所有的负检验数中选一个（一般可选最小的一个，本例中为），把它所对应的变量作为调整的对象。b）找的闭合回路：在运距表2-3中，从出发，沿闭合回路前进，在各奇次转角点（1、3）的数字中，挑出最小的一个，本题中取

min（500,100）=100。

2)调整调配值c）将100填入方格中，同时将闭合回路中的奇次转折点处的调配数减100；偶次转角点处调配数加100。最终调平表格。d）对新调配方案，仍按1）、2）方法计算出有调配数方格的位势数、无调配数方格的检验数。发现调整后所有检验数为+，则为最优方案，调配结束。

4.方案调整调整方法：闭回路法。调整顺序：从负值最大的格开始。1)找闭回路a）在所有的负检验数中选一个（一般可选最小的一个，本例中为），把它所对应的变量作为调整的对象。b）找的闭合回路：在运距表2-3中，从出发，沿闭合回路前进，在各奇次转角点（1、3）的数字中，挑出最小的一个，本题中取

min（500,100）=100。

4)最终调配方案

5)土方运输量Z=400x50+400x60+100x70+500x40+100x70+400x40=94000()。6)土方调配图

四土方调配的现代计算方法

当土方调配区数量较多时，用“表上作业法”计算最优方案仍为较费工。“表上作业法”是线性规划的单纯形方法求解运输问题的一种简化方法。故可采用FORTRAN编程实现，或借助MATLAB优化工具箱编程实现。2.4.1土方边坡及其稳定性2.4土方边坡与土壁支护一、边坡稳定条件与影响因素1.破坏形式：2.4.1土方边坡及其稳定性一、边坡稳定条件与影响因素2.边坡稳定条件：T

＜CT――土体下滑力。C――土体抗剪力。或者说：土体的稳定条件是：在土体的重力及外部荷载作用下所产生的剪应力小于土体的抗剪强度。Q――重力及外荷载的合力。一、边坡稳定条件与影响因素3.影响边坡稳定的因素1）引起土体剪应力增加的因素：坡顶堆物、行车；基坑边坡太陡；开挖深度过大；雨水或地下水渗入土中，使土的含水量增加而造成土的自重增加；地下水渗流产生的动水压力；土体竖向裂缝中积水产生的侧向静水压力等。（荷载效应）2）引起土体抗剪强度降低的因素：土质本身较差或因气候影响使土质变软；土体内含水量增加而产生润滑作用；饱和的细砂、粉砂受振动而液化等。（抗力）二、放坡与护面直壁（不加支撑）的允许深度：适用条件：开挖深度在地下水位以上，土质均匀。二、放坡与护面2.放坡：二、放坡与护面2.放坡：（2）边坡形式：斜坡、折线坡、踏步（台阶）式边坡形式（a）直线形（b）折线形（c）阶梯形

二、放坡与护面2.放坡：（3）最陡坡度规定：土质均匀、无不良地质现象、地下水不丰富时，不加支撑的基坑、基槽、管沟边坡最陡坡度GB50007-2011建筑地基基础设计规范基坑边坡护面方法示意图（d）土袋或砌石压坡护面（c）钢丝网混凝土或钢筋混凝土护面（a）薄膜或砂浆覆盖（b）挂网或挂网抹砂浆护面3.边坡护面：三、边坡稳定性分析

边坡稳定分析方法很多，如条分法、摩擦圆法、极限分析法、有限单元法等。

瑞典条分法将圆弧滑动体分成若干土条。计算各土条的力系，滑动力和抗滑稳定力。抗滑稳定力与滑动力之比称为土坡的稳定安全系数Ｋ。选择多个滑动圆心，就可求出相应不同的Ｋi，要求其中最小稳定安全系数Ｋmin=1.1～1.5。

滑弧的稳定安全系数第个土条滑动面圆弧长度如土中标红处，滑动面上的法向力、切向力见（1-33）、（1-34）。对O点取矩后相加，得（1-35）和（1-36）。边坡稳定安全系数计算式见（1-37）式，分子括号内的表达式为土抗剪承载力计算公式。2.4.2土壁支护2.4土方边坡与土壁支护开挖基坑（槽）时，如地质条件及周围环境许可，采用放坡开挖是较经济的。此法依靠土体自身的抗剪承载力来保持土体的稳定。前提条件是放足坡度或满足稳定性验算要求。但在建筑稠密地区施工，或有地下水渗入基坑（槽）时往往不可能按要求的坡度放坡开挖，这时就需要进行基坑（槽）支护，以保证施工的顺利和安全，并减少对相邻建筑、管线等的不利影响。1基槽支护2.4土方边坡与土壁支护

横撑式支撑（a）水平挡土板式（b）垂直挡土板式1-水平挡土板；2-立柱；3-工具式横撑；4-垂直挡土板；5-横楞木；6-调节螺丝水平挡土板又分断续式（开挖深度3m以内；及连续式（开挖深度5m以内。垂直挡土板开挖深度不限。一、基槽支护2.4土方边坡与土壁支护2）支撑所承受的荷载——土压力：土压力的分布不仅与土的性质、土坡高度有关，且与支撑的形式及变形亦有关。由于沟槽的支护多为随挖、随铺、随撑，支撑构件的刚度不同，撑紧的程度又难以一致，故作用在支撑上的土压力不能按库伦或朗肯土压力理论计算。实测资料表明，作用在横撑式支撑上的土压力的分布很复杂，也很不规则。工程中通常按下图所示几种简化图形进行计算。2）支撑所承受的荷载——土压力：2.4土方边坡与土壁支护a）密砂b）松砂c）粘土二、基坑支护2.4土方边坡与土壁支护基坑支护设计的原则：首先要考虑周边环境的保护；其次要满足本工程地下结构施工的要求；再则应尽可能降低造价、便于施工。

基坑支护的类型：重力式水泥土墙、桩墙式支护结构、土钉墙、喷锚网支护等形式。二、基坑支护2.4土方边坡与土壁支护1.重力式水泥土墙水泥土墙是近年来发展起来的一种重力式支护结构。它是通过搅拌桩机将水泥与土进行搅拌，形成柱状的水泥加固土（搅拌桩）。其工作原理同土力学课程中的重力式挡土墙。用于支护结构的水泥土：水泥掺量通常为12%~15%（单位土体水泥掺量与土的重力密度之比）；强度可达0.8~1.2MPa，渗透系数很小，一般不大于cm/s。由水泥土搅拌桩搭接而形成水泥土墙，它既具有挡土作用，又兼有隔水作用。它适用于4~6m深的基坑，最大可达7~8m。2）布置形式：1重力式水泥土墙１—搅拌桩；２—插筋；３—面板

水泥土墙通常布置成格栅式，格栅的置换率（加固土的面积:水泥土墙的总面积）为0.6~0.8。墙体的宽度b、插入深度hd根据基坑开挖深度h估算，一般b=(0.6~0.8)h，hd=（0.8~1.2）h3）水泥土墙的设计：1重力式水泥土墙a.墙的抗滑移稳定性验算；抗滑移稳定性验算

3）水泥土墙的设计：b.墙的抗倾覆稳定性验算；抗倾覆稳定性验算

3）水泥土墙的设计：c.墙抗圆弧滑动稳定性验算；

整体滑动稳定性验算

3）水泥土墙的设计：d.重力式水泥土墙嵌固深度抗隆起稳定性验算；e.重力式水泥土墙墙体的正截面应力验算；f.当地下水位高于基底时，应进行地下水渗透稳定性验算。g.位移计算：

重力式支护结构的位移在设计中应引起足够重视，由于重力式支护结构的抗倾覆稳定有赖于被动土压力的作用，而被动土压力的发挥是建立在挡土墙一定位移的基础上，因此，重力式支护结构发生一定的位移是必然的，设计的目的是将位移控制在工程许可的范围内。

详细计算见《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012。4）水泥土墙施工：

施工机械：深层搅拌桩机深层搅拌桩机机组

1—主机；2—机架；3—灰浆拌制机；4—集料斗；5—灰浆泵；6—贮水池7—冷却水泵；8—道轨；9—导向管；10—电缆；11—输浆管；12—水管4）水泥土墙施工：

施工工艺：

“一次喷浆、二次搅拌”：适用于水泥掺量较小，土质较松时；a)定位；b)预埋下沉；c)提升喷浆搅拌；d)重复下沉搅拌；e)重复提升搅拌；f)成桩结束“二次喷浆、三次搅拌”：适用于水泥掺量较大，土质较密实的情况。

注意问题：

注意水泥浆配合比及搅拌制度、水泥浆喷射速率与提升速度的关系及每根桩的水泥浆喷注量，以保证注浆的均匀性与桩身强度。

施工中还应注意控制桩的垂直度以及桩的搭接等，以保证水泥土墙的整体性与抗渗性。1.重力式支护结构（5）水泥土搅拌桩施工②施工工艺

图1-32“一次喷浆、二次搅拌”施工流程

a)定位；b)预埋下沉；c)提升喷浆搅拌；d)重复下沉搅拌；e)重复提升搅拌；f)成桩结束当采用“二次喷浆、三次搅拌”工艺时可在图示步骤5作业时也进行注浆，以后再重复4与5的过程。4）水泥土墙施工：

施工工艺：

“一次喷浆、二次搅拌”：适用于水泥掺量较小，土质较松时；a)定位；b)预埋下沉；c)提升喷浆搅拌；d)重复下沉搅拌；e)重复提升搅拌；f)成桩结束“二次喷浆、三次搅拌”：适用于水泥掺量较大，土质较密实的情况。

注意问题：

注意水泥浆配合比及搅拌制度、水泥浆喷射速率与提升速度的关系及每根桩的水泥浆喷注量，以保证注浆的均匀性与桩身强度。

施工中还应注意控制桩的垂直度以及桩的搭接等，以保证水泥土墙的整体性与抗渗性。2桩墙式支护结构

挡墙有桩式和板式两种基本类型：

桩式挡墙的形式有：钢筋混凝土板柱、钢板桩等连续式排桩；钻孔灌注桩、人工挖孔桩、大孔径沉管灌注桩、钢筋混凝土预制桩、H型钢桩、工字型钢桩等分离式排桩。

板式挡墙一般采用现浇地下连续墙或有加劲性钢筋的水泥土支护墙。

支撑系统一悬臂式支护结构、内撑式支护系统和坑外锚拉式支护结构。悬臂式一般仅在顶部设置一道连梁；内撑式有坑内斜撑、单（多）层水平支撑；内撑可用钢筋混凝土、型钢或钢筋混凝土一型钢混合。2桩墙式支护结构

桩墙式支护结构一般由挡墙和支撑系统组成，悬臂式桩墙支护结构则不设支撑（或拉锚）。

桩墙式支护结构的破坏形式a)桩墙下部走动；b)拉锚破坏；c)支撑破坏；d)拉锚长度不足；e)桩墙失稳弯曲；f)桩墙变形及土体沉降1）挡墙类型a）钢板桩围护墙有桩式和板式两种基本类型：

桩式围护墙的形式有：钢筋混凝土板柱、钢板桩等连续式排桩；钻孔灌注桩、人工挖孔桩、大孔径沉管灌注桩、钢筋混凝土预制桩、H型钢桩、工字型钢桩等分离式排桩。

钢板桩支护

钢板桩支护

钢筋混凝土板桩2桩墙式支护结构a）挡墙类型围护墙有桩式和板式两种基本类型：

桩式围护墙的形式有：钢筋混凝土板柱、钢板桩等连续式排桩；钻孔灌注桩、人工挖孔桩、大孔径沉管灌注桩、钢筋混凝土预制桩、H型钢桩、工字型钢桩等分离式排桩。

板式围护墙一般采用现浇地下连续墙或有加劲性钢筋的水泥土支护墙。

支撑系统一悬臂式支护结构、内撑式支护系统和坑外锚拉式支护结构。悬臂式一般仅在顶部设置一道连梁；内撑式有坑内斜撑、单（多）层水平支撑；内撑可用钢筋混凝土、型钢或钢筋混凝土一型钢混合。

钢筋混凝土灌注桩支护2桩墙式支护结构a）挡墙类型围护墙有桩式和板式两种基本类型：

桩式围护墙的形式有：钢筋混凝土板柱、钢板桩等连续式排桩；钻孔灌注桩、人工挖孔桩、大孔径沉管灌注桩、钢筋混凝土预制桩、H型钢桩、工字型钢桩等分离式排桩。

板式围护墙一般采用现浇地下连续墙或有加劲性钢筋的水泥土支护墙。

支撑系统一悬臂式支护结构、内撑式支护系统和坑外锚拉式支护结构。悬臂式一般仅在顶部设置一道连梁；内撑式有坑内斜撑、单（多）层水平支撑；内撑可用钢筋混凝土、型钢或钢筋混凝土一型钢混合。

钢筋混凝土灌注桩支护3）连续排桩兼3.土层锚杆4.土钉墙土钉墙支护1-土钉；2-喷射混凝土；3-垫板

土钉墙与工作面开挖

用洛阳铲人工开挖土钉孔

土钉与钢筋网连接

喷射土钉墙混凝土

南京玄武湖隧道工程施工梁洲段的土壁支护采用了土钉支护结构。

钻孔，插入钢筋或螺旋管，灌浆，形成土钉

基坑放坡大开挖是一种最简单的基坑施工方法，优点是施工速度快，相对措施费用不高；缺点是周边场地要空旷，开挖和回填土方量大。放坡坡度的大小与地区土质有关。

大型基坑放坡开挖，坡面喷混凝土保护

管井井点降水

钢板桩支护既挡土又止水，悬臂钢板桩支护结构的刚度小。钢板桩拔桩时，易带土造成邻近房屋不均匀沉降。钢板桩+水平钢管支撑水泥土搅拌桩

发电厂车间内开挖设备基础的大型深基坑，采取有效的钢管内撑支护方案，避免影响已建厂房。

钢管内撑

地铁站施工，土方开挖的深基坑支护采用钻孔灌注桩＋钢管内撑支护方案。

钢筋混凝土压顶梁

第一道钢管内撑

钻孔灌注桩排桩

粉沙土

型钢腰梁

高层建筑基础施工，土方开挖的深基坑支护采用钻孔灌注桩＋混凝土梁内撑支护方案。

钻孔灌注桩支护

基坑第一道钢筋混凝土梁内撑

第二道钢内撑

钢筋混凝土梁内支撑的优点是刚度大，经济性好，能有效控制基坑变形；缺点是施工时间长（混凝土达到设计强度需时间），拆除不便（凿除或爆破）。

水泥土内插型钢（SMW工法）支护结构

基坑开挖深度在6m左右，采用水泥土搅拌桩作为支护结构兼止水，插入的H型钢能增加桩的抗弯承载力，插入水泥土的H型钢周边涂减摩剂，可抽拔出重复使用。

插入水泥土的H型钢

CCTV新址基坑内标高变化大、错台较多；因此采用了土钉墙支护、土钉墙+钻孔灌注桩+土层锚杆、钻孔灌注桩+土层锚杆几种形式。2.5排水与降水

在开挖基坑（槽）过程中，当地下水位高于开挖底面时，地下水就会不断渗入基坑；另外，地面上的雨水等（地表水）也会流入基坑。如果不采取降水措施或未及时排走流入坑内的水，不但会使施工条件恶化，更会引发边坡塌方和地基承载力下降。原因：土的渗透性2.5排水与降水

降低地下水位的目的1、防止涌水、冒砂，保证在较干燥的状态下施工；2、防止滑坡、塌方、坑底隆起；3、减少坑壁支护结构的水平荷载。2～5％排水沟集水井水泵2.5.1集水井法（明排水法）——用于土质较好、水量不大、基坑可扩大者挖至地下水位时，挖排水沟→设集水井→抽水→再挖土、沟、井

要求：（1）排水沟：沿基坑底四周设置，底宽≮300mm，沟底低于坑底500mm，坡度1％。（2）集水井：沿基坑底边角设置，间距20～40m，直径0.6~0.8m，井底低于坑底1~2m。长期用，有护壁和碎石压底。（3）水泵：离心泵、潜水泵、污水泵……

适用条件：

降水深度较小且土层为粗粒土或渗水量小的粘性土。不适用于粉砂土和细砂土，在这类土中易形成流砂。（一）普通明沟排水法（二）分层明沟排水法离心泵工作简图集水井降水施工流程动画2.5.2流砂及其防治

当开挖深度大、地下水位较高而土质为细砂或粉砂时，如果采用集水井法降水开挖，在挖至地下水位以下时，坑底下面的土会形成流动状态，随地下水涌入基坑，这种现象称为流砂现象。

流砂的危害：土体完全丧失承载力，土体边挖边冒砂，至使施工条件恶化，基坑难以挖到设计深度。严重时会引起基坑边坡塌方、临近建筑因流砂而出现地基被掏空的现象，引起建筑开裂、沉降、甚至倒塌。1.流砂产生的原因由静力平衡条件得化简得为水头差与渗透路径长度之比，即水力梯度由于单位土体阻力T与水在土中渗流时对土体骨架的压力（称为动水压力）大小相等，方向相反，所以1.流砂产生的原因动水压力的性质：

作用方向与水流方向相同；与水力坡度和水头差成正比；与渗透路径成反比。流砂产生的原因：

当水在土中渗流方向改变时，动水压力对土的影响将随之改变。如水流从上向下，则动水压力与重力作用方向相同，对流砂防治是有利的。如水流从下向上，则土颗粒除了受到水的浮力作用外，还受到动水压力向上的托举作用。如果动水压力等于或大于土的有效重度

'时（≥

'），便产生流砂。（有效重度=饱和重度-水的重度）2.流砂的防治2.5.3井点降水法概念

井点降水法就是在坑槽开挖前，预先在其四周埋设一定数量的滤水管（井），利用抽水设备从中抽水，使地下水位降落到坑槽底标高以下。

特点

效果明显，使土壁稳定、避免流砂、防止隆起、方便施工；可能引起周围地面和建筑物沉降。2.5.3井点降水法井点类型及适用范围

井点类型见下表，其中轻型井点、管井井点、深井井点应用最广。井点类型渗透系数降水深度最大井距主要原理单级轻型井点0.1~20m/d3～6m1.6~2m地上真空泵或喷射嘴真空吸水多级轻型井点6～20喷射井点0.1~208～202～3m地下喷射嘴真空吸水电渗井点<0.15～6极距1m钢筋阳极加速渗流管井井点20~2003～520~50单井真空泵、离心泵深管井井点10~25025～3030~50单井潜水泵排水水平辐射井点大面积降水平管引水至大口井排出引渗井点不透水层下有渗存水层打穿不透水层，引至下一存水层轻型井点降水全貌图二级轻型井点降水喷射井点井点管电极<60V的直流电源电渗井点示意图管井井点构造钢管深管井井点井孔粘土封口φ50出水管电缆砾石滤水层φ375钢井管潜水电泵滤水管滤网导向段开孔底板中粗砂φ75总管钢板井盖φ50出水管无砂混凝土管深管井井点井孔潜水电泵砾石滤水层沉砂管无砂混凝土滤水管沉砂管粘土封口管井井点的布置潜水泵管井与排水总管（一）轻型井点降水1．井点设备井点管：φ38、φ51，长5～7m（常用6m），无缝钢管，丝扣连滤管；滤管：φ38、φ51，长1～1.5m，开孔φ12,开孔率20～25％，包滤网；总管：内φ75～100无缝钢管，每节4m，每隔0.8、1或1.2m有一短接口；弯连管：使用透明塑料管、胶管或钢管，宜有阀门；抽水设备：真空泵（教材）――真空度高，体形大、耗能多、构造复杂射流泵（常用）――简单、轻小、节能隔膜泵（少用）井点降水原理动画滤管构造1-4-7-真空泵井点设备工作原理图(b)射流器构造射流泵井点设备工作原理图(a)工作简图射流泵井点设备真空抽水设备：W5、W6W5型：总管长度不大于100mW6型：总管长度不大于120m真空泵抽水过程中的最低真空度式中：h—降水深度（m）；△h—水头损失，近似取1-1.5m射流泵设备

QJD-60、QJD-90、JS-45其排水量分别为：60m3/h,90m3/h,45m3/h,总管长度不大于50m。轻型井点抽水设备的选择

2．井点布置（1）平面布置单排：在沟槽上游一侧布置，每侧超出沟槽≮B。用于沟槽宽度B≤6m，降水深度≤5m。双排：在沟槽两侧布置，每侧超出沟槽≮B。用于沟槽宽度B＞6m，或土质不良。环状：在坑槽四周布置。用于面积较大的基坑。a）单排布置；b）双排布置；c）环形布置；d）U形布置（2）高程布置（图）

井管埋深：―h1――总管埋设面至坑底距离；

h――降水后水位线至坑底最小距离（一般可取0.5～1m）；

i――地下水降落坡度，环状1/10，线状1/5；

L――井管至基坑中心（环状）的距离，井管单排布置时，L为井点管至对边脚的水平距离。当h>6m时：降低埋设面；采用二级井点；改用其它井点。a)单排井点；b)双排、U形或环形布置3．轻型井点计算（1）判断井型（图）按照滤管与不透水层的关系：完整井――到不透水层非完整井――未到不透水层.按照是否承压水层：承压井无压井水井的分类（2）涌水量计算—单井计算模型（2）涌水量计算

1）无压完整井计算

a）单井

方法：法国水力学家Dupuit提出的水井理论。无压完整井水位降落曲线和流线网1—流线；2—过水断面H——含水层厚度（m）；S’——水井处水位降落高（m）；R——单井的降水影响半（m）。

根据达西渗透定律，无压完整井的涌水量为K—土的渗透系数；

A—地下水流的过水断面面积，近似取铅直的圆柱面面积作为A，距井轴线x处的圆柱面面积为’（2）涌水量计算

1）无压完整井计算

a）单井无压完整井水位降落曲线和流线网1—流线；2—过水断面i——水力梯度，距井轴线x处为则有，

分离变量，两边积分，得最后得到’（2）涌水量计算

1）无压完整井计算

a）单井无压完整井水位降落曲线和流线网1—流线；2—过水断面设水井内的水位降低值为S’，则

=H-S’，带入上式，得即为无压完整井单井涌水量计算公式。式中，K——土的渗透系数；

R——单井的降水影响半径，R=1.95S’(HK)1/2；

H——含水层厚度；S’——井中水位降低深度；

r——单井的半径；’1）无压完整井计算

b）群井Q＝1.366K(2H－S)S/(lgR－lgX0)

（m3/d）

K――土层渗透系数（m/d）；

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），R=1.95S(HK)1/2；

X0――环状井点系统的假想半径（m）；(教材P42页图1-36）当长宽比A/B≯5时，X0=(F/π)1/2，否则分块计算涌水量再累加。

F――井点系统所包围的面积。2）无压非完整群井计算Q＝1.366K(2H0－S)S/(lgR－lgX0)

（m3/d）

K――土层渗透系数（m/d）；

H0――有效含水层厚度（m）；

S――基坑中心水位降低值（m）；

S’――井点管内水位降低值（m）；

R――抽水影响半径（m），R=1.95S(H0K)1/2；

X0――环状井点系统的假想半径（m）；(教材P42页图1-36）当长宽比A/B≯5时，X0=(F/π)1/2，否则分块计算涌水量再累加。

F――井点系统所包围的面积。注意：S、S’的定义区别

有效含水深度H0意义是，抽水时在H0范围内受到抽水影响，而假设在H0以下的水不受抽水影响。H0的确定方法：l-滤管长度。S’/(S’+l)0.20.30.50.8H01.3(s’+l)1.5(s’+l)1.7(s’+l)1.85(s’+l)注意：1、当H0值超过H时，取H0＝H；

2、计算R时，也应以H0代入。

3）承压完整群井Q＝2.73KMS/(lgR－lgX0)（m3/d)M――承压含水层厚度（m），其他符号意义同前。4）承压非完整群井

略（3）确定井管的数量与间距

1）单井出水量：q＝65πdlK1/3

（m3/d）

d、l――滤管直径、长度（m）；

2）最少井点数：n’＝1.1Q/q

（根）

1.1－－备用系数。

3）最大井距：D’＝L总管/n’（m）；

4）确定井距：

取井距D

5）确定井点数：n＝L总管/D≤D’≥15d符合总管的接头间距。4、轻型井点施工1）准备工作：井点设备、动力、水源及必要材料的准备，排水沟开挖，附近建筑物的标高观测以及防止附近建筑物沉降措施的实施。轻型井点施工步骤为：准备工作→埋设井点→连接与试抽→井点运转与监测→井点拆除 2）井点系统的埋设：埋设井点的程序：先排放总管，再埋设井点管，用弯联管将井点与总管接通，然后安装抽水设备。井点管的埋设方法：水冲法（分冲孔与埋管两过程）4、轻型井点施工2）井点系统的埋设：注意事项：①冲孔深度宜比滤管底深0.5ｍ左右。②保证在井点管与孔壁之间填筑沙滤层的质量。③井点填砂后，须用粘土封口，以防漏气。4、轻型井点施工井点管埋设动画3）使用及拆除：井点系统全部安装完毕后，需进行试抽，以检查有无漏气现象。正常的排水是细水长流，出水澄清。抽水时需要经常检查井点系统工作是否正常，以及检查观测井中水位下降情况，如果有较多井点管发生堵塞，影响降水效果时，应逐根用高压水反向冲洗或拔出重埋。4、轻型井点施工5.井点降水对周围环境的影响1)井点降水的不利影响降水漏斗范围内的地下水位下降以后，会造成土体固结沉降，由于漏斗形的降水面不是平面，因而所产生的沉降也是不均匀的。在实际工程中，还可能把土层中的一些土颗粒连同地下水抽出，这种现象会使地面产生的不均匀沉降加剧，造成附近建筑物及地下管线的不同程度的损坏。5.井点降水对周围环境的影响2)防范井点降水影响的措施（1）采用合理的井点降水布置，避免过度降水；（2）在周边环境保护有严格要求的地区，尽可能采取设置止水帷幕的方法，切断地下水的渗流，必要时可进行坑内降水，减少降水影响范围；（3）降水场地外缘设置回灌水系统。

轻型井点降水系统构成

总管

井点管

弯连管

真空泵第2章土方工程2.6土木工程机械化施工挖掘机械：正铲、反铲、拉铲、抓铲挖运机械：推土机、装载机、铲运机运输机械：自卸汽车、翻斗车……密实机械：压路机、蛙式夯、振动夯……（一）推土机用途：

适于开挖运一~三类土。多用于场地平整，开挖深度不大的基坑，移挖、回填土方。经济运距在100m以内，以60m为最佳。优点：操纵灵活，所需工作面小，行驶速度快，转移方便，能爬35°以内的缓坡，能单独完成切土、推土和卸土等工作，应用较广。施工方法：①下坡铲土。重力作用以增加推土能力和缩短推土时间；最大坡度在15°以内为宜。②分批集中，一次推送。较硬的土中。③并列推土。两台或三台推土机并列推土，以减少土的散失，提高生产效率。④槽形推土。原槽推土、减少土散失；土埂跨铲法推土（当土槽推至一定深度(一般为0.4～0.5m)后，则转而推土埂(其宽度约为铲刀宽度的一半)的土，可以很方便地将土埂的土推走）⑤铲刀上附加侧板。铲刀两边装上侧板，以增加铲刀前的土方体积。液压履带式推土机液压轮胎式推土机索式履带式推土机自重切土铲刀可回转的液压履带式推土机（a）（b）下坡推土法槽形推土法分堆集中，一次推送法并列推土法斜角推送法作业（二）铲运机铲运机是一种能独立完成铲土、运土、卸土、填筑、整平的土方机械。按有无动力设备可分为拖式和自行式两种。拖式铲运机需有拖拉机牵引及操纵，自行式铲运机的行驶和工作，都靠本身的动力设备完成。拖式铲运机自行式铲运机自行式拖式铲运机对行驶道路的要求较低，操纵灵活，行驶速度快，生产率高，费用低。适用于地形起伏不大的一~三类土，坡度在20°以内的大面积场地平整等。铲运机的运距适用运距为60~1500m，当运距为200~300m左右效率最高。铲运机开行线路和施工方法:(1)铲运机的开行路线①环形路线。常用路线。优点是一个循环能完成多次铲土和卸土，减少铲运机的转弯次数，提高工作效率;为防止机件单侧磨损，应避免仅向一侧转弯。②8字形路线。铲土与卸土，轮流在两个工作面上进行;每一循环能完成两次作业，即每次铲土只需转弯一次，比环形路线缩短运行时间，提高生产效率;一个循环中两次转弯方向不同，机械磨损也较均匀。适用于取土坑较长的路基填筑，以及坡度较大的场地平整中。（2）铲运机施工方法①下坡铲土。利用重力来增大牵引力，使铲斗切土加深，缩短装土时间，提高生产率。一般地面坡度以5°～7°为宜。如果自然条件不允许，可在施工中逐步创造一个下坡铲土的地形。②跨铲法。预留土埂，间隔铲土方法。土埂高度应不大于300mm，宽度以不大于拖拉机两履带间净距为宜。③助铲法。在地势平坦、土质较坚硬时，可采用推土机助铲，以缩短铲土时间。一般每3～4台铲运机配一台推土机助铲。铲运机下坡铲土法沟槽土埂A－铲刀宽；B－不大于拖拉机履带净宽跨铲法铲运机铲土推土机助铲助铲法示意图双铲联运法示意图

大型场地平整时，可采用履带式拖拉机与铲运机联合作业，提高土方的运输效率。铲运机（三）单斗挖土机土方工程中最常用的一种施工机械。按其行走机构不同分:履带式和轮胎式;传动方式分：机械传动和液压传动两种。按工作装置不同分:正铲、反铲、拉铲和抓铲等。单斗挖土机进行土方挖土作业时，需自卸汽车配合运土。正铲挖掘机反铲挖掘机拉铲挖掘机抓铲挖掘机1、正铲挖土机工作特点：“前进向上，强制切土”；挖土、装车效率高，易与汽车配合；

适用于：停机面以上。含水量27％以下、一～四类土的大型基坑开挖

作业方法：正向挖土后方卸土，正向挖土侧向卸土。正铲挖土动画正铲开挖基坑2、反铲挖土机

工作特点：后退向下，强制切土”，可与汽车配合；

适用于：停机面以下、一～三类土的基坑、基槽、管沟开挖。

作业方法：沟端开挖——挖宽0.7～1.7R，效率高、稳定性好；沟侧开挖——挖宽0.5~0.8R。反铲挖土动画反铲挖掘机R333反铲挖土机开挖方式R

3、拉铲挖土机拉铲挖土动画

工作特点：“后退向下，自重切土”；开挖深度、宽度大，甩土方便：适用于：停机面以下、一～二类土的较大基坑开挖，填筑堤坝，河道清淤。4、抓铲挖土机工作特点：“直上直下，自重切土”，效率较低；

适用于：停机面以下、一～二类土的、面积小而深度较大的坑、井开挖。抓铲挖土动画抓土斗工作示意图2.7土方填筑与压实一、土料选择与处理级配良好的碎石类土、砂土和爆破石渣可作表层以下填料，但其最大粒径不得超过每层铺垫厚度的2／3；含水量符合压实要求的粘性土，可用作各层填料；碎块草皮和有机质含量大于8%的土，仅用于无压实要求的填筑。淤泥和淤泥质土，一般不能用作填土，但在软土或沼泽地区，经过处理使含水量符合要求时，可用于填方中的次要位置。2.7土方填筑与压实一、土料选择与处理填方应严格控制含水量，施工前应进行检验，当土的含水量过大，应采用翻松、晾晒、风干等方法降低含水量，或采用换土回填、均匀参入干土或其他吸水材料、打石灰桩等措施；如含水量偏低，则可预先洒水湿润。2.7土方填筑与压实二、填土方法可采用人工填土或机械填土；分层填土、分层夯实（每层尽量采用同类土）；即：填一层，压实一层，检查一层。填土位于倾斜山坡时，应做成阶梯状；填方应有一定密实度，防止不均匀沉降；透水性不同的土不得混杂乱填，透水性大的土层置于透水性较小的土层之下。

2.7土方填筑与压实三、压实方法可采用人工填土或机械填土；分层填土、分层夯实（每层尽量采用同类土）；填土位于倾斜山坡时，应做成阶梯状；填方应有一定密实度，防止不均匀沉降；透水性不同的土不得混杂乱填，透水性大的土层置于透水性较小的土层之下。

三、压实方法

碾压法－－大面积填筑工程。滚轮压力。压路机、平碾、羊足碾……

夯实法－－小面积填筑工程。冲击力。蛙式夯、柴油夯、人工夯……

振动法－－非粘性土填筑。颗粒失重、排列填充。振动夯、平板振捣器平碾压路机轮胎碾YT-3.5型双筒羊脚碾外形图YT-2.5型羊脚碾外形图蛙式夯为什么只向前蹦？双向振动平板夯双向振动压路机轮胎压路机跳动冲击夯单向平板夯四、影响压实质量的因素机械的压实功－－吨位或冲击力，压实遍数铺土厚度

－－不同机械有效影响深度不同含水量

－－小则不粘结、摩阻大，大则橡皮土；应为最佳含水量

填土压实方法应根据压实机械采取不同的填土层厚度和压实遍数，一般必须分层压实。蛙式打夯机压实压路机压实五、压实质量检查1．内容――密实度；指标――干密度ρd；方法――环刀取样，测干密度；五、压实质量检查2．要求：ρd≧ρdmax

―压实系数（一般场地平整0.9，填土作地基0.96）

ρdmax――该种土质的最大干密度(击实试验确定).3．取样方法与数量：分层进行，每层不少于1组（平场400～900m2，基坑回填及室内填土100～500m2，基槽或管沟回填20～50m2）

位置：该层下半部。第二章土方工程内容结束！第3章桩基础工程3.1概述一般多层建筑物当地基较好时多采用天然浅基础，它造价低、施工简便。——浅基础如果天然浅土层较弱，可采用机械压实、强夯、堆载预压、深层搅拌、化学加固等方法进行人工加固，形成人工地基。——地基处理如深部土层也软弱，或建（构）筑物的上部荷载较大，而且是对沉降有严格要求的高层建筑、地下建筑以及桥梁基础等，则采用深基础。——深基础第3章桩基础工程深基础的类型其中，桩基础是应用最为广泛的一种深基础形式。建筑桩基通常为低承台桩基础；而在桥梁、码头工程中常用高承台桩基础。第3章桩基础工程一、桩基础的作用和特点1）使桩穿过软弱土层，让上部荷载传递到深处承载力较大的土层或岩层上。2）使桩挤入软土层，在提高土壤的密实度的同时，与土共同工作，构成复合地基，提高地基承载力。特点：承载力高、沉降量小而均匀，能承受竖向力、水平力、上拔力、振动力等，施工速度快、质量好。二、桩基础的分类

桩基础是由若干个沉入土体中的桩和连接于桩顶端的承台组成。荷载传递路线：上部结构→承台→桩→地基。1.桩基础的组成（1-桩；2-承台；3-上部结构）

二、桩基础的分类

1）桩与土体作用性质分：端承型桩（端承桩、端承摩擦桩）和摩擦型桩（摩擦桩、摩擦端承桩）。2）按材料分：木桩、型钢、钢管、混凝土、钢筋混凝土、钢管混凝土…等。3）按施工方法分：预制桩和灌注桩。2.桩基础的分类端承桩摩擦桩4）按截面分：圆形、方形、空心管桩等。5）按直径分：小直径（d250mm）、中等直径、大直径（d800mm）。3.2预制桩施工预制桩是一种先预制桩构件，然后将其运至桩位处，用沉桩设备将它埋入或沉入土中而形成的桩。预制桩主要有钢筋混凝土预制桩和钢桩两类。预制桩施流程如下：预制→起吊→运输→堆放→沉桩下面已具有代表性的钢筋混凝土预制桩为例，来讨论其施工工艺。预制桩沉桩方法：锤击法：以桩锤的冲击力将桩打入软土。振动法：以振动桩机带桩振动，减少土与桩间摩阻，沉拔快，适砂土。水冲法：高压射水（桩侧或桩内）冲孔下沉，留1～2m打入或振入。适坚硬土、砂石层。钻孔锤击法：钻孔（留1～2m）、注浆护壁、提钻、插桩、锤击。用于坚硬土层。静力压桩法：80～120t压桩机，适软弱土层。一、预制桩的制作1．钢筋混凝土预制桩制作（1）截面：混凝土方桩的截面边长多为200~550mm；

（2）长度：单根桩或多节桩的单节长度，应根据桩架高度、制作条件、场地、运输和装卸能力等确定。如在工厂制作，长度不宜超过12m；如在现场预制长度不宜超过30m。一、预制桩的制作1．钢筋混凝土预制桩制作（3）混凝土强度等级不宜低于C30（静压法沉桩时不宜低于C20）。（4）桩身配筋锤击沉桩的纵向钢筋配筋率不宜小于0.8%，压入桩不宜小于0.4%；桩的纵向钢筋直径宜不小于14mm，桩身宽度或直径大于或等于350mm时，纵向钢筋不应少于8根。桩顶一定范围内的箍筋应加密，并设置钢筋网片。一、预制桩的制作1．钢筋混凝土预制桩制作方桩的重叠法制作（1）重叠层数：取决于地面允许荷载和施工条件，一般不宜超过4层。（2）场地要求：场地应平整、坚实，不得产生不均匀沉降。（3）隔离剂：桩与桩间应做好隔离层，桩与邻桩、底模间的接触面不得发生粘结。（4）浇筑时间：上层桩或邻桩的浇筑，必须在下层桩或邻桩的混凝土达到设计强度的30%后方可进行。钢筋混凝土预制桩制作－钢筋、模板施工（预制厂制作）钢筋混凝土预制桩制作－混凝土浇筑（工地现场制作）一、预制桩的制作2．预应力混凝土管桩制作采用先张法工艺离心法生产。（1）砼强度：预应力砼管桩（PC）C60；预应力高强砼管桩（PHC）C80；（2）截面：外径300~1000mm，壁厚60~110mm；桩底可设桩尖封闭，亦可为开口形式；（3）配筋：沿周身均匀配置，桩身最小配筋率不小于0.4%，且预应力钢筋数量不少于6根；（4）桩长：可用预埋法兰接桩，接头不宜超过4个。二、预制桩的起吊和运输桩的吊点布置三、桩的堆放四、锤击沉桩（打入）法施工锤击法：是利用桩锤落到桩顶上的冲击力来克服土对桩的阻力，使桩沉到预定的深度或达到持力层的一种打桩施工方法。锤击沉桩是混凝土预制桩常用的沉桩方法，它施工速度快，机械化程度高，适用范围广，但施工时有冲击噪声和对地表层有振动，在城区和夜间施工有所限制。另外，对桩身质量要求高。

广州大学城工地柴油锤捶击沉桩，一般用在对周围居民影响不大的空旷地区。1、打桩机械设备与选择1）桩锤锤型

锤击动力

适用性

优缺点

优

点

缺

点

落锤重力（配备卷扬机）

小型桩工程

构造简单、使用方便

效率低、桩身易损失（几乎不用）

柴油锤

燃油爆炸能量举锤+自重下落（筒式、活塞式、导杆式）

适用面广、可用于大型混凝土桩和钢管桩等

结构简单、使用方便；不需从外部供应能源

过硬或过软的土中会使工作循环中断；污染大

蒸汽锤

蒸汽动力（单动、双动）

适用面广、双动可打可拔

冲击力较大、无污染需配备锅炉设备；

液压锤

液压作用

适合水下打桩、可打可拔

能获得较大的贯入度

构造复杂、造价高

1、打桩机械设备与选择1）桩锤①桩锤种类②桩锤的选择用锤击沉桩时，为防止桩受冲击应力过大而损坏，应采用“重锤轻击”。如采用轻锤重击，锤击功很大一部分被桩身吸收，桩不易打入，且桩头容易打碎。锤重可根据土质、桩的规格、密集程度、单桩竖向承载力等进行选择。当锤重为桩重的1.5~2倍时，沉桩效果较好。单动汽锤工作原理图双动汽锤工作原理图上升耗能+自重下降上升耗能+下降耗能导杆式柴油锤工作原理图自重下落→柴油爆炸膨胀→托举桩锤筒式柴油锤工作原理图2)、桩架作用：支撑锤、桩重量吊桩就位打桩导向类型（常用）：多功能桩架：机动适应性好；大而装拆运麻烦。履带式桩架：移动方便，适用范围广。 步履式桩架：移动方便，稳定性好,适应性强。桩架的高度=

桩长+滑轮组高度+桩锤高度+桩帽高度+起锤移位高度（取1~2m）履带式桩架多功能桩架

多功能桩架的机动性和适应性很大，水平方向可作360°回转，立柱可前后倾斜，可在轨道上行走，但其机构较庞大。

液压步履式桩架通过两个可相对移动的地盘互为支撑、以交替走步的方式移动桩位和回转，不需枕木和钢轨，机动灵活，移动方便，打桩效率高。步履式桩架1.吊桩就位导杆式柴油锤打桩2.提起锤头3.爆燃冲击3)、动力装置作用：支撑锤、桩重量吊桩就位打桩导向类型（常用）：多功能桩架：机动适应性好；大而装拆运麻烦。履带式桩架：移动方便，适用范围广。 步履式桩架：移动方便，稳定性好,适应性强。2.沉桩前的准备工作（1）场地准备：清除地上、地下障碍物，平整、压实场地，设置排水沟；（2）放轴线、定桩位、设置水准点（≮2个）；（3）确定打桩顺序：（4）进行打桩试验：≮2根，检验工艺、设备是否符合要求。3.打桩顺序：避免

入土深度不一，导致不均匀沉降；难打易碎；邻桩移位倾斜。自中央向两侧打；自中央向四周打；逐排打打桩顺序一般分为：3.打桩顺序：（1）避免挤土影响打桩顺序影响挤土方向，打桩向哪个方向推进，则向哪个方向挤土。根据桩群的密集程度，可选用下述打桩顺序：

1)当桩中心距<4倍桩径时，①自中间向四周环绕或放射打；②由中心向两侧对称打；③分段对称打；2)当桩中心距>4倍桩径时，可按施工方便顺序打：宜逐排改变方向，避免朝同一个方向挤土；必要时间隔跳打。3.打桩顺序：（2）减小后施工桩对先施工桩的影响

——根据设计标高，宜先深后浅；

——根据桩的规格，先大后小、先长后短。（3）减小打桩对周围环境的影响

——当一侧毗邻建筑物时，由毗邻建筑物处向另一方向施打。4、打桩方法要点工艺顺序：设置标尺→桩架就位→吊桩就位→扣桩帽、落锤、脱吊钩→低锤轻打→正式打（接桩，截桩，静、动载试验，承台施工）。4、打桩方法要点1）控制入土时的垂直度插入土中的垂直度偏差不得超过0.5%，桩、桩帽、桩锤在同一铅垂线上，确保桩能垂直下沉。2）桩头保护在桩锤和桩帽之间应加弹性衬垫，桩帽和桩顶周围四周应有5~10mm的间隙，以防损伤桩顶。4、打桩方法要点3）打桩开始时锤的落距应较小，桩入土稳定后，再按要求打桩，最大落距不宜大于1m；在打桩过程中，遇有贯入度剧变、或其他异常情况时，应暂停打桩，及时研究处理；如桩顶标高低于自然土面，则需用送桩管将桩送入土中时，打桩完成后桩孔应及时回填或加盖。4、打桩方法要点4）接桩混凝土桩的接桩可用焊接、法兰接以及硫磺胶泥锚接三种方法；钢桩一般均用焊接法。打入预制桩电焊接桩接桩焊接法：适于各种土层；接头强度较高，接头承载力大，施工操作时间长。法兰接法：适于各种土层；操作时间较短，耗钢量较大。浆锚法：适于软弱土层。操作简单，节约钢材，时间短，接头承载力不高。焊接法法兰接法浆锚法4、打桩方法要点5）桩头的处理在打完各种预制桩开挖基坑时，按设计要求的桩顶标高将桩头多余的部分截去。截桩头时不能破坏桩身，要保证桩身的主筋伸入承台，长度应符合设计要求。当桩顶标高在设计标高以下时，在桩位上挖成喇叭口，凿掉桩头混凝土，剥出主筋并焊接接长至设计要求长度，与承台钢筋绑扎在一起，用桩身同强度等级的混凝土与承台一起浇筑接长桩身。6）施工记录打桩过程中，应做好沉桩记录，以便工程验收。5、打桩的质量控制1）垂直度控制桩的垂直偏差应控制在1%之内；2）平面位置的允许偏差基础形式

允许偏差

单排或双排桩的条形桩基

垂直于条形桩基纵轴线方向

100mm+0.01H平行于条形桩基纵轴线方向

150mm+0.01H承台桩数为1~3根

100mm桩数为4~16根

1/3桩径或1/3边长

桩数大于16根

最外边的桩

1/3桩径或1/3边长中间桩1/2桩径或1/2边长

5、打桩的质量控制3）贯入度与标高控制端承型桩：以贯入度控制为主，桩尖进入持力层深度或桩尖标高可作参考；摩擦型桩：以桩尖设计标高控制为主，贯入度可作参考。6、打桩常见质量问题及处理桩顶、桩身被打坏原因：桩头钢筋设置不合理、桩顶与桩轴线不垂直、混凝土强度不足、桩尖通过过硬土层、锤的落距过大、桩锤过轻等有关。桩位偏斜原因：桩顶不平、桩尖偏心、截桩不正、土中有障碍物等桩打不下去原因：土层中夹有较厚砂层、硬土层以及障碍物；桩顶或桩身被打坏，锤的冲击能不能有效传给桩；打桩间歇过长，土产生固结等。一桩打下邻桩升起原因：桩距较小，打桩顺序欠合理等。6、打桩中常见事故的分析、处理在打桩施工过程中会遇见各种各样的问题，例如桩顶破碎，桩身断裂，桩身位移、扭转、倾斜，桩锤跳跃，桩身严重回弹等。发生这些问题的原因有钢筋混凝土预制桩制作质量、沉桩操作工艺和复杂土层等三个方面的原因。工程及施工验收规范规定，打桩过程中如遇到上述问题，都应立即暂停打桩，施工单位应与勘察、设计单位共同研究，查明原因，提出明确的处理意见，采取相应的技术措施后，方可继续施工。6、打桩中常见事故的分析、处理1)桩顶、桩身被打坏①桩顶受到冲击产生很高的局部应力；②桩身混凝土保护层太厚，直接受冲击的是素混凝土；③桩帽垫层材料选用不合适，或已被打坏；④桩顶面和桩的轴线不垂直，桩处于偏心受力状态；⑤过打：硬土层，最后贯入度太小，锤的落距过大；⑥桩身混凝土强度不够。6、打桩中常见事故的分析、处理2）打歪①制作：桩顶不平，桩身混凝土凸肚，桩尖偏心，接桩不正；②地质：有障碍物在土中；③操作：初入土时歪斜，未纠正即施打。3）桩锤回跃、桩身回弹①选择桩锤较轻，能引起较大的桩锤回跃；②桩尖遇到坚硬的障碍物时，桩身则严重回弹。换大锤6、打桩中常见事故的分析、处理4）打不下①桩身被打坏；②遇上钢渣、孤石、硬土层等；③隔期打（停歇）。5）一桩打下，邻桩上升在软土中，当布桩较密，打桩顺序又欠合理时，发生一桩打下，将造成邻桩上升，或将邻桩拉断，或引起周围土坡开裂，建筑物裂缝。7、打桩对周围环境的影响及预防措施噪音：桩顶、桩帽上加垫缓冲材料；改用其他打桩机械振动：防振沟、设钢板桩、重锤轻击等挤土：预钻孔沉桩：钻比桩径小50～100mm的孔，1/3～1/2桩长；合理安排打桩顺序、控制打桩速度挖防震沟降低超静孔隙水压力：井点降水、设置砂井或塑料排水板设置防挤防渗墙：设隔离板桩或地下连续墙空气污染：锤击打桩方法动画五、静力压桩法施工静力压桩法：静力压桩利用桩机本身的自重平衡沉桩阻力，在沉桩压力的作用下，克服压桩过程中的桩侧摩阻力和桩端阻力而将桩压入土中。特点：具有无噪声、无振动、无空气污染的优点，且对桩身产生的应力大大减小。适用性：广泛应用于闹市中心建筑较密集的地