单元1　土石方与基坑工程

主编：刘鑫建筑与装饰工程施工工艺单元1

土石方与基坑工程单元1土石方与基坑工程任务1土石方施工

任务2基坑支护与围护

任务3基坑降水

任务4填筑与压实

同步测试任务1土石方施工1.1.1土石方工程内容与特点1.土石方工程内容

(1)场地平整场地平整是将天然地面改造成所要求的设计平面时所进行的土石方施工全过程。(2)基坑(槽)开挖一般开挖深度在3m以内的基槽或者开挖底面积在20m2以内的土石方工程称为浅基坑(槽)，通常是浅基础、桩承台或管沟等施工的土石方工程，要求开挖的标高、断面、轴线准确；挖深超过5m的称为深基坑(槽)，应根据建筑物、构筑物的基础形式，坑(槽)底标高及边坡坡度要求开挖基坑(槽)。

任务1土石方施工(3)地下工程大型土石方开挖对人防工程、大型建筑物的地下室、深基础施工等进行的地下大型土石方开挖，涉及降水、排水、边坡稳定与支护、地面沉降与位移等问题。

(4)土石方回填基础完成后需要对低洼处回填，为了确保填方的强度和稳定性，必须正确选择填方土料与填筑方法。

任务1土石方施工(1)工程量大工期长建筑越高，基础埋置深度也就越深，相应的土石方工程也就越大，有的基础体积甚至能够达到建筑高度的1/4。

(2)投资大工程量大和工期长这两个特点，势必导致投资的巨大。

(3)施工条件复杂土石方工程施工条件复杂，又多为露天作业，受气候、水文、地质等影响较大，难以确定的因素较多。

2.土石方施工特点任务1土石方施工1.土石的工程分类1.1.2土的工程分类和性质2.土的工程性质(1)土的可松性自然状态下的土经开挖后，体积因松散而增加，以后虽经回填压实，仍不能恢复。表1-4土的可松性参考数值任务1土石方施工表1-5土的渗透系数参考表(2)土的渗透性渗透性表示单位时间内水穿透土层距离的能力，用渗透系数k表示，单位是m/d。(3)土的天然密度和干密度。

(4)土的含水量土的干湿程度一般用含水量表示。

(5)土的密实度通常用密实度表示土的紧密程度。

任务1土石方施工1-1.TIF图1-1T2-100型推土机(1)下坡推土法借助于机械本身的重力作用以增加推土能力和缩短推土时间。1.推土机施工1.1.3土方施工机械任务1土石方施工(2)槽形挖土法推土机多次在一条线上切土和推土，利用前次已经推过的原槽再次推土。

(3)并列推土法平整大面积场地时，可以采用2～3台推土机并列推土，减小土的损失，提高效率。

(4)分批集中一次推送。图1-2推土机推土方法任务1土石方施工2.铲运机施工图1-3自行式铲运机任务1土石方施工图1-4拖式铲运机(1)铲运机运行路线铲运机运行路线应该根据填方区、挖方区的分布情况并结合当地具体条件进行合理选择，一般有如图1-5所示的几种形式。任务1土石方施工图1-5铲运机运行路线1)环形路线。任务1土石方施工2)大环形路线。

3)“8”字形路线。

(2)提高铲运机效率方法

1)下坡铲土法。

2)跨铲法。图1-6单斗挖掘机

a)正铲b)反铲c)拉铲d)抓铲任务1土石方施工3)助铲法。

3.挖掘机施工

(1)正铲挖掘机正铲挖掘机的铲土动作特点是“前进向上，强制切土”。图1-7正铲挖掘机开挖方式

1—正铲挖掘机2—自卸汽车任务1土石方施工(2)反铲挖掘机反铲挖掘机是最常见的，铲土动作特点是“后退向下，强制切土”。图1-8反铲挖掘机开挖方式

1—反铲挖掘机2—自卸汽车3—弃土堆任务1土石方施工(3)拉铲挖掘机拉铲挖掘机可以用于停机作业面以下的一至三类土挖掘，其挖土半径和挖土深度较大，故用于开挖较深较大的基坑，如挖取水中泥土以及填筑堤坝等。

(4)抓铲挖掘机抓铲挖掘机是在挖土机臂端用钢丝绳吊装一个抓斗，其挖土特点是“直上直下，自重切土”。

任务1土石方施工1.场地平整图1-9场地设计标高的确定(1)确定场地设计标高H0合理确定场地设计标高，对于减少填挖方数量，节约土方运输费用，加快施工进度有重要的意义。

(2)场地平整土方量计算1.1.4土方施工任务1土石方施工1)计算各方格网角点的施工高度。

2)计算零点位置。

3)计算各方格土方填挖工程量。

4)场地边坡土方量的计算。

5)计算土方总量。

(3)土方调配通过计算，对挖方量、填方量和运输距离三者综合权衡，制定出合理的调配方案。图1-10土方边坡任务1土石方施工图1-11基槽土方量计算2.基坑(槽)土方量计算任务1土石方施工(1)边坡坡度

(2)基槽土方量计算。

(3)基坑、路堤土方量计算基坑的外形有时很复杂，而且不规则。图1-12基坑土方量计算任务1土石方施工(2)基坑(槽)开挖注意事项

1)开挖前，检查龙门板和轴线桩是否移位，基础线位置以及龙门板标高等是否符合要求。

2)开挖应连续进行，尽快完成，以免地面水流入基槽，导致边坡塌方或者土体遭到破坏。

3)严禁扰动基底土层，防止超挖。

4)挖土如除回填还有剩余，应选好弃土地点。

5)挖土时和雨后挖土，应及时检查土壁稳定和支撑情况。

6)为防止地基土受雨水侵蚀，应尽量减少基地暴露时间，及时进行下一道工序(基础垫层)施工。3.土方开挖

(1)基坑(槽)开挖深度地面先放灰线，然后进行土方开挖。任务1土石方施工(3)验槽验槽就是在基础开挖至设计标高后、基础施工以前，施工单位会同设计、监理和建设单位共同检验基础下部土质是否符合设计要求，有无地下障碍物及不良土层，经处理、检查合格后方可进行基础施工。

1)检查基槽(坑)的平面位置，尺寸标高和边坡是否符合要求。

2)检验槽(坑)底持力层土质与勘察报告是否相同。

3)检查基槽(坑)土质是否均匀，当发现基槽(坑)平面土质显著不均匀，会同设计、勘察等有关部门进行处理。

4)验槽的重点应选择在柱基础、承重墙或其他受力较大部位。

任务1土石方施工2.石方爆破在计价时应注意问题

1)综合基价中已综合了不同开挖阶段高度、坡石开挖、改炮、找平因素。

2)石方爆破根据现场情况，必须采用集中供风时，增加的风量损失不得另行计算，增加临时管路的材料、安拆费应另行计算。

3)施工现场如不允许放明炮而必须采用无声静力爆破、控制爆破时，其费用另行计算。

4)综合基价中的爆破材料是按炮孔中无地下渗水、积水编制的。

1.石方开挖方式1.1.5石方施工任务1土石方施工1.运输特点2.运输类型

3.运输线路

4.运输距离

1)推土机推土运距，按挖方区重心至回填区重心之间的直线距离计算。

2)自卸汽车运土运距，按挖方区重心至填土区(或堆放地点)重心最短距离计算。

3)运土方，应按土的天然密实度体积计算。

4)当场地狭小而无堆土点时，或当开挖量较大，挖出的土方在槽坑边堆放不下时，应根据施工组织设计所规定的数量、运距及运输工具，来确定挖出的土方是否全部运出(待回填时再运回)或部分运出。5)当采用人力及人力车运土石方时，或机械运输坡度较大时，其运距按坡度区段斜长乘以一个大于1的系数(1.75～2.5)计算。

5.工程量1.1.6土石方运输任务2基坑支护与围护1.2.1基坑支护与围护概述

1.基坑支护要求

1)确保基坑围护结构体系满足稳定和变形的要求，基坑周边保持稳定，不能出现结构破坏、倾倒、滑动或出现较大范围的失稳。

2)确保基坑四周建筑物、道路、管线等的安全，不会因为土体开挖或者基础施工受到危害。

3)有地下水的地区，通过排水降水等措施，确保基坑在地下水位以上，以利于施工。

2.基坑支护设置原则

1)要求技术先进，结构简单，因地制宜，经济合理。

2)材料能够回收重复使用，或者与工程永久性挡土结构相结合，作为结构的一部分。任务2基坑支护与围护3)受力可靠，确保稳定，不影响临近的建筑和管线。

4)保护环境，保证施工期间安全。

3.基坑等级

1)基坑开挖深度大于10m的基坑。

2)重要工程或者支护结构作为主体结构一部分的基坑。

3)与临近建筑、重要设施的距离在开挖深度以内的基坑。

4)基坑范围内有历史文物、近代优秀建筑、重要管线等需严加保护的基坑。表1-10支护结构的安全等级及重要性系数()4.基坑支护形式任务2基坑支护与围护1.2.2土钉墙支护图1-13土钉墙支护

a)平钉墙剖面b)斜钉墙剖面c)土钉墙立面1.适用条件

1)基坑侧壁安全等级为二、三级的非软土场地。

2)地下水位较低的粉土、砂土、黏土地基，且基坑深度不宜大于12m。3)地下水位以上的基坑。任务2基坑支护与围护2.土钉墙特点

1)土钉墙边挖边支护，设备简单，施工快捷。

2)材料用量少、工程量小，经济效果显著。

3)土钉墙受力时有延迟塑性变形发展阶段，故不会发生突发性塌滑；而且土钉墙受力时具有明显的渐进性变形和开裂破坏，故不会发生整体性塌滑。

3.土钉墙施工

(1)土钉墙施工工艺流程施工放样→开挖第一层土→修边坡→钻孔→放置土钉→第一次注浆→绑扎钢筋网→喷第一层混凝土→第二次注浆→喷第二层混凝土→开挖下一层土(按此循环做法，一直到基底标高)→设置坡顶和坡底排水装置。任务2基坑支护与围护(2)施工机具主要有钻孔设备，混凝土喷射机和注浆设备。

(3)施工要点

1)挖土修坡。

2)初喷混凝土。

3)土钉施工。

①成孔。成孔方法有机械成孔和洛阳铲成孔，孔径一般为70～120mm。按照设计要求的倾角和距离施工，然后将土钉和注浆管送到孔中，沿着土钉长度每隔2m设置一对中支架。任务2基坑支护与围护②放置土钉。土钉放置方式分为钻孔置入、打入和射入三种。钻孔方式是先钻孔，放入钢筋或钢管，之后沿着全长注浆填孔。打入方式是用振动冲击钻、液压锤等将土钉打入，没有孔洞不灌浆，打入深度受限制，所以布置较密，施工较快。射入方式是利用高压气体作动力，但是射入土钉的长度和直径受限制，施工速度更快。注浆打入方式是先将一端封闭、周围带孔的钢管打入土体，从管内注浆，使其通过小孔渗透到周围土体，然后放入土钉锚固。

③注浆。先高速低压从孔底注浆，当水泥浆从孔口溢出后，再低速高压从孔口注浆，以保证注浆平稳，水泥浆能较多得渗透到土壤中。注浆管应插入距离孔底250～500mm处，孔口设置止浆塞和排气管。任务2基坑支护与围护4)钢筋网设置。

5)喷第二层混凝土。

6)等到注浆材料的强度达到设计强度的70%以上时，才可以进行下一层土方开挖，循环施工一直到基底标高。

4.土钉墙构造

(1)土钉间距土钉的数量和间距影响土钉的承载力和整体效果，但是目前没有足够的理论依据能够给出具体的定量指标。

(2)土钉直径土钉采用的材料可以是变形钢筋、角钢、圆钢、钢管等。任务2基坑支护与围护(3)土钉长度一般对于非饱和土，土钉长度L与开挖深度H之比为0.6～1.2，密实砂土和干硬性黏土取较小值；为减小变形，土钉长度可以适当增加；非饱和土底部土钉长度可以适当减少，但不宜小于0.5H。

(4)土钉倾角土钉倾角与土层特点以及钻孔灌浆工艺相关，一般取土钉垂直方向向下倾角5°～20°。

(5)注浆材料采用水泥砂浆或素水泥浆。

(6)支护面层临时性土钉支护钢筋网常采用直径6～8mm的HPB300焊接成150～300mm的方格网，喷射50～150mm厚的混凝土，强度不低于C20。

任务2基坑支护与围护1.适用条件1.2.3土层锚杆支护

1)基坑侧壁安全等级为一、二、三级的场地。

2)难以采用支撑的大面积深基坑。

3)一般砂土、黏土地基都适用，软土、淤泥质土地基要进行试验确认后采用，地下水大含有化学腐蚀物的土层和松散软弱土层不宜采用。图1-14土层锚杆构造

1—挡土结构2—锚头3—垫块4—自由段

5—锚固段6—锚杆(索)任务2基坑支护与围护2.锚杆特点

1)施工时噪声和振动较小。

2)锚杆锚固到土层中，代替内支撑，所以基坑空间较大，有利于挖土施工。

3)锚杆施工机械和设备的作业空间不大，适合各种地形场地。

4)锚杆可采用预加拉力，以控制结构的变形量。

3.锚杆施工

(1)锚杆施工工艺流程开挖第一层土→设备就位→校正孔位和角度→钻孔→接螺旋钻杆继续钻到设计深度→置入钢筋或钢绞线→灌浆→养护→安装锚头→预应力张拉→拧紧螺栓或顶紧楔片→挖第二层土(按此循环，直到坑底标高)→设置坑底标高及坡底排水装置。任务2基坑支护与围护(2)施工机具主要是钻孔机械和预应力张拉设备。

(3)施工要点

1)钻孔。

2)锚杆安放。

3)灌浆。

4)张拉锚固。

4.锚杆构造

任务2基坑支护与围护1.支护原理(1)支撑作用喷射混凝土具有良好的物理力学性能，其抗压强度较高，又因掺有速凝剂，故凝结快、早期强度高，可紧跟掘进工作面起到及时支撑围岩的作用，从而能有效地控制围岩的变形和破坏。

(2)充填作用由于喷射速度很高，混凝土能及时地充填围岩的裂隙、节理和凹穴的岩石，大大提高了围岩的强度。

(3)隔绝作用喷射混凝土层封闭了围岩表面，完全隔绝了空气、水与围岩的接触，有效地防止了风化、潮解而引起的围岩破坏与剥落；同时，由于围岩裂缝中充填了混凝土，使裂隙深处原有的充填物不会因风化作用而降低强度，也不会因水的作用而使得原有的充填物流失，使围岩保持原有的稳定和强度。1.2.4喷射混凝土支护

任务2基坑支护与围护(4)转化作用前三种作用的结果不仅提高了围岩的自身支撑能力，而且使混凝土层与围岩形成了一个共同工作的力学统一体，具有把岩石荷载转化为岩石承载结构的作用，因此从根本上改变了支架消极承压的弱点。

2.施工工艺

(1)干式喷射法简称干喷法，是用强制式搅拌机将一定比例的骨料和水泥混合干拌后,投入喷射机料头,同时加入速凝剂,用压缩空气使干混合料在软管内呈悬浮状态,并压送到喷头,在喷头处加水混合后,以较高速度喷射到受喷面上。

1)水胶比一般为0.4～0.5，砂率为45%～55%，现场可通过试验进行调整，砂率若超出此范围，不但回弹增多、混凝土收缩增大，而且容易堵塞输料管。任务2基坑支护与围护2)拌合料中胶骨比(水泥与骨料质量比)一般为1∶4～1∶5，水泥用量一般为350～400kg/m3。

3)水压应大于风压0.1～0.15MPa，以便水流能穿透干混合料，使其能拌和均匀和充分湿润；同时水压不应大于0.4MPa。

4)风压一般控制在0.1～0.2MPa。

5)喷射输送能力，水平距离为100～300m，垂直距离为30～100m。

(2)湿式喷射法简称湿喷法，是将水泥、骨料和水按设计比例拌和均匀,用湿式喷射机压送至喷枪,在喷头处加入添加剂后从喷嘴喷出。

1)速凝剂。

2)微硅粉。3)减水剂。任务3基坑降水图1-15集水坑降水

1—排水沟2—集水坑3—离心泵任务3基坑降水1.3.1集水坑降水法

1.3.2井点降水法表1-14各种井点降水方法的适用范围任务3基坑降水图1-16轻型井点降水

1—井点管2—滤管3—总管4—弯联管

5—水泵房6—原地下水位线7—降水后地下水位线任务3基坑降水1.轻型井点

(1)轻型井点构造轻型井点是沿基坑四周以一定间距埋入直径较细的井点管至地下蓄水层内，井点管的上端通过弯联管与总管相连接，利用抽水设备将地下水从井点管内不断抽出，使原有地下水位降至坑底以下，如图1-16所示。

(2)轻型井点布置根据基坑平面的大小和深度、土层土质、地下水位高低和流向、降水深度等要求，轻型井点可采用单排布置(图1-17a)、双排布置(图1-17b)、环形布置(图1-17c)；当土方施工机械需进出基坑时，也可采用U形布置(图1-17d)所示。任务3基坑降水图1-17轻型井点平面布置(3)轻型井点施工轻型井点系统的施工，任务3基坑降水主要包括施工准备、井点系统安装与使用。1-18.TIF图1-18井点管沉设

1—冲嘴2—冲管3—起重机吊钩4—软皮管5—压力泵6—高压水泵

7—井点管8—黏土封口9—填砂10—滤管任务3基坑降水2.喷射井点

3.管井井点

4.深井井点任务4填筑与压实1.土方填筑

(1)填方土料碎石类土、爆破石渣