《绪论及土方工程中》PPT课件.ppt

1、1-3 土方工程施工,三、大面积深基坑支护 深基坑支护 内支撑系统 地下结构施工工艺 四、降排水工程 排水与降水工艺：轻型井点、喷射井点、管井降水、电渗井点、深井井点； 降水设计: 布孔参数；,1,深基坑支护形式,锚喷网支护：自稳结构，充分利用岩土自稳能力完成护坡和基坑围护：锚杆（索、管等） 、喷射混凝土、土钉墙； 重力挡土墙结构：以重力挡墙为主体承载完成护坡和基坑围护： 重力水泥挡土式、加筋挡土墙；搅拌桩SMW、 板桩式支护槽钢、钢板桩、 排桩式支护（桩墙式围护）：钢筋混凝土灌注桩 地下连续墙围护,2,1、土层锚杆、锚喷网及土钉墙等支护结构,基本概念 土层锚杆、喷锚网及土钉墙，它们的一端与围

2、护墙体、喷射墙体联结、另一端锚固在土层中，用以提高地层的自承能力，和围岩一起共同承担各种外力对围护结构的作用，确保基坑围护稳定。,3,(a)喷锚支护结构； (b)土钉墙与喷锚网复合支护； (c)锚杆头与钢筋网和加强筋的连接 1喷射砼面层 2钢筋网层； 3锚杆(土钉)； 4加强筋； 5锁定筋二根与锚杆双面焊接,1)土层锚杆(索),由锚头、自由段、锚固段、锚头垫片组成。锚固段可通过水泥砂浆或水泥浆，将竿体与地层粘结而形成锚固体。,4,图150 土层锚杆构造图 1挡墙；2承托支架；3横梁；4台座；5承压垫板；6锚具；7钢拉杆；8水泥浆或砂浆锚固体；9非锚固段；10滑动面；D锚固体直径：d拉杆直径,9

3、,10,2)土层锚杆(预应力锚索)施工,锚杆体可选用钢绞线、高强钢丝、转轧螺纹钢筋等。 锚固体宜设在粘性土、砂土、砂卵砾石中，对于淤泥地层应通过试验确定。 土层锚杆的倾角，以1535为宜。 锚杆锚固体上覆土层厚度不应小于4m； 锚杆自由段长度不宜小于5m，并应超过潜在滑裂面1.5m。 锚杆锚固段长度不宜小于4m，且不宜大于14m； 上下垂直排距2m；水平间距1.5m；,5,3)土钉墙构造,土钉墙（土钉、网喷）是由密集的土钉群、被加固的原位土体，喷射混凝土面层及必要的防水体系组成。土钉可以是钢筋、钢管、角钢等材料。 土钉的长度一般为开挖深度的0.51.2倍(软土中为12倍)，间距1 2m；,6,

4、3)土钉墙构造,墙面坡度不宜大于1:0.1； 钢筋钉钻孔70120mm，、级钢筋直径1632mm；钢管钉一般用48/3钢管； 钻孔机具：螺栓钻/地质钻/锚杆钻机/洛阳铲； 注浆材料 水泥浆:水灰比0.5;或水泥砂浆；水泥:砂浆配合比1:1:2,水灰比0.38 0.45 喷锚网厚度80mm，混凝土不小于C20，石子粒径15mm；网的钢筋610mm，间距150300mm；搭接300mm 坡顶和坡脚设排水措施；,7,4)土钉、锚杆、加筋三者区别,土钉和锚杆从表面上有相似之处，但二者的机理不同，锚杆分为自由段和锚固段，锚杆受到板桩传来的轴力，传递到锚固段。土钉全长通过灌浆体和土层的摩擦力对土层起加固作

5、用，全长受力状态是变化的。土钉一般不施加预应力，锚杆可施加预应力。 土钉墙和加筋挡土墙有类似，但是前者原位土体加筋技术，上部加筋受力最大，后者是回填加筋，下部筋受力最大。,8,喷锚网支护构造,喷锚网支护是逐层逐段开挖，随挖随支护，因此必须满足逐层施工稳定性要求;(滑移稳定性) 应考虑两个高预应力锚杆之间的土体会产生拉应力；因此在预应力锚杆之间设置非预应力锚杆； 墙面坡度不宜大于1:0.1；钢筋钉钻孔80 150mm； 钻孔机具：螺栓钻/地质钻/锚杆钻机/洛阳铲； 注浆材料 水泥浆:水灰比0.5;或水泥砂浆；水泥:砂浆配合比1:1:2,水灰比0.38 0.45 喷锚网厚度100 200mm，混凝

6、土不小于C20，石子粒径15mm。钢筋网6mm钢筋200mmX200mm； 面层要养护，达到强度后进行锚杆的预应力施工,9,土钉+锚杆+喷射砼联合支护图片1,10,土钉墙,土钉+锚杆+喷射砼联合支护图片2,11,土层锚杆,2、重力式挡土墙结构,12,图141 水泥土墙的一般构造 （a）水泥土墙剖面；（b）连续式劲性水泥土墙平面；（c）格栅式平面布置 1搅拌桩；2插筋；3面板；4H型钢；,4,1,（a）,（c）,13,施工方法： 深层搅拌桩: 传统的双轴搅拌机：水泥浆+土 见图 新的多轴搅拌机:水泥浆+空气+土 旋喷桩:,SMW工法是Soil-Mixing Wall的简称，最早由日本成幸工业株式

7、会社开发成功。SMW工法是利用专门的多轴搅拌机就地钻进切削土体，同时在钻头端部将水泥浆液注入土体，经充分搅拌混合后，再将H型钢或其他型材插入搅拌桩体内，形成地下连续墙体，利用该墙体直接作为挡土和止水结构。,14,A定位,B 钻沉,C 提升搅拌,D 重复下沉搅拌,E 重复提升搅拌,F 成桩结束,SMW工法,SMW 工法,15,水泥土置换率0.60.8； 基坑围护：开挖深度5时，厚度B=(0.60.8)h，嵌入深度hd=(0.81.2)h 。,坑底加固、格栅长宽比不宜大于2； 搅拌桩之间的搭接100 200mm；,水泥搅拌挡土土墙照片,16,17,3、板桩围护结构（1）型钢横挡板挡墙,18,（2）

8、钢板桩,19,图146 挡土灌注桩支护形式 （a）间隔式；（b）双排式；（c）连续式 1挡土灌注桩；2连系梁（圈梁）；3前排桩；4后排桩,4、排桩式挡墙,悬臂式排桩支护应用-照片1,灌注桩与钢筋混凝土内支撑系统,20,灌注桩排桩,灌注桩与钢支撑,21,5、地下连续墙,22,地下连续墙,23,具有防渗、截水、承重、挡土、抗滑等综合功能； 施工振动噪音小、易于管理，适应性强。,钢筋混凝土系统：钢筋砼顶圈梁、钢筋砼围檩、钢筋砼支撑、受力柱和桩等； 钢结构系统：钢围檩、钢支撑、受力柱和桩； 混合系统； 支撑系统的结构：单层结构、多层结构、竖向斜撑结构； 钢结构系统和钢筋混凝土系统的比较： 钢：强度高，

9、拆卸方便、重复施工，预应力； 砼：形状多变、支撑刚度大变形小，无松弛；不能预加轴力，不能重复使用，拆除麻烦；,24,三、内支撑系统,6、基坑支撑系统：,钢筋混凝土支撑系统 实例1,25,内支撑实例,钢筋混凝土支撑系统 实例 2,26,-对撑体系,27,钢支撑系统,钢结构桁架式支撑系统,28,钢-混凝土组合支撑,29,钢-混凝土组合支撑,30,7、基坑开挖工艺,正作法：在基坑围护结构的保护下，进行基坑开挖，然后地下主体结构由下往上施工，直至地面； 逆作法：以基坑围护墙和工程桩及其受力柱作为垂直承载构件，将主体结构的梁板作为支撑系统，采用地上与地下结构同时施工，或地下结构由上而下的施工方法称为逆作

10、法施工； 逆作施工分为全逆作、半逆作（或敞开式逆作）两种方法； 地下结构施工工法的选择要结合围护结构和地下主体结构两个方面来设计；,31,1、无内支撑基坑开挖：放坡及无内支撑的开挖。,32,7、地下结构施工工艺,7、地下结构施工工艺,2、有内支撑基坑开挖：见右图：,33,(a) 浅层挖土、设第一层支撑； (b) 第二层挖土； (c) 设置第二层支撑 (d)开挖第三层 注：盖挖法,7、地下结构施工工艺,3、盆式和岛式开挖基坑,34,1边坡留土；2 基础底版3 挡墙4 支撑5 坑底 图 盆式开挖,(a) 挖中心土； (b) 中心地下结构施工； (c) 边缘土开挖及支撑 (d) 边缘地下结构施工,3

11、5,在地表作业完成挡土墙结构后，以定型的预制标准覆盖结构置于挡土结构上，维持交通等需要，往下反复进行开挖和支撑，直至设计标高，依次由下而上，施工主体结构和防水措施，最后回填土和恢复管路系统，恢复道路。,8、盖挖法,盖挖逆作施工工艺,36,目的：1）减少地层沉降，2）及早恢复路面 注意事项： 1）仍然需要少量增加预应力横撑； 2）中层楼板需要悬吊或支撑；,盖挖逆作施工工艺,37,单层墙防水结构难做，双层结构防水结构较好,逆作法的优点,缩短工期； 减少对地面环境的干扰； 结构设计更合理；例如抗浮设计要求降低； 降低工程造价； 技术难度增加； 逆作法开挖时的支撑系统包括主体结构墙体和梁板等构件。（-

12、盖挖法）；,39,一、排水 排水方法如图所示，采用集水沟、集水井集水，然后由水泵排出。排水沟截面为0.3m0.5m、坡度为3；集水井直径0.60.8m、间距2040m；所用水泵有离心泵、潜水泵等。 排水适用条件为粗粒土层或粘性土层。,2-5 排降水工程,集水井降水图 1-排水沟；2-集水井；3-水泵,四、降排水工艺和设计,40,二、降水 流砂概念：当基坑（槽）、竖井、隧道等地下工程的挖土挖到地下水位以下，而土质又是细砂和粉砂，若采用明排水的方法疏干，则底下面的土会形成流动状态，并随地下水涌入开挖区，这种现象叫流砂。 危害：流砂可造成边坡塌方、附近建筑物（构筑物）下沉、倾斜、倒塌等。 流砂产生的

13、原因：是单位体积颗粒所受的向上动水压力GD大于颗粒浸水容重；产生流砂的条件是细砂或粉砂且颗粒较均匀；外因是动水压力GD。,2、降水,41,可概括为“治砂先治水”，途径包括减少和平衡动水压力的大小和改变动水压力的方向。具体措施包括： 1）枯水期施工； 2）打板桩增加地下水的渗流长度，减小动水压力； 3）水下挖土，平衡动水压力； 4）地下连续墙截住地下水； 5）人工降水等； 6) 人工地层冷冻，等等。,3、防治流砂的原则：,42,二、降水,概念： 基坑开挖前，预先在基坑四周埋设一定数量的滤水管井，利用抽水设备从中抽水，使地下水位降落在坑底以下，直至施工结束。 优点： 工作面保持干燥，改善施工条件

14、改变动水压力方向，防止流砂形成 提高土的强度和密实度 缺点： 基坑附近土壤会沉降 水资源浪费,4、降排水工艺和设计1,43,降水系统全貌,降水方法：轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点、深井井点,降水工艺的要素： 钻孔 井管 滤水管 管路 抽水设备,4、降排水工艺和设计2,44,图1-23 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井管； 8铸铁头,4、降排水工艺和设计3,45,1）轻型井点轻型井点的设备: 管路系统和抽水设备组成；,管路系统： 滤管：1.01.2m、3857mm、2050% 井点管：57m、 3857mm 集水总管和弯

15、联管：100127mm、4m/节 抽水设备 真空泵（每台负担 100200m）、离心水泵、水气分离器,1、降水工法,4、轻型井点1,46,l滤管；2井管；3弯管；4阀门；5集水总管；6闸门： 7滤网，8过滤室，9淘砂孔；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； 2l冷却水管；22冷却水箱；23循环水泵；24离心水泵,图124 真空泵轻型井点设备工作原理简图,4、轻型井点2,47,图二级轻型井点 1第一层井点管；2第二层井点管,4、轻型井点3,48,图l25 射流泵抽水设备工作简图 (a)工作简图

16、； (b)射流器构造 1一水泵；2一射流器；3一进水管；4一总管；5一井点管； 6一循环水箱；7隔板；8一泄水口；9一真空表；10一压力表； 11一喷嘴：12一喷管；13一接水管,2）喷射井点,4、轻型井点4喷射井点1,当基坑开挖较深，降水深度要求较大时，可采用喷射井点降水。其降水深度可达820 m，可用于渗透系数为0.150 md的砂土、淤泥质土层。 喷射井点施工顺序是：安装水泵设备及泵的进出水管路；铺设进水总管和回水总管；沉设井点管(包括灌填砂滤料)，接通进水总管后及时进行单根试抽、检验；全部井点管沉设完毕后，接通回水总管，全面试抽，检查整个降水系统的运转状况及降水效果。,49,4、轻型井

17、点4喷射井点2,管井井点就是沿基坑每隔一定距离设置一个管井，每个管井单独用一台水泵不断抽水来降低地下水位。在土的渗透系数大(20200md)的土层中，宜采用管井井点。 管井井点的设备主要是由管井、吸水管及水泵组成。,50,5、管井井点,51,图 管井井点 (a)钢管管井；(b)混凝土管管井 1一沉砂管；2一钢筋焊接骨架；3滤网；4管身；5吸水管；6离心泵；7小砾石过滤层；8粘土封口；9混凝土实管；10无砂混凝土管；11潜水泵；12一出水管,（a）,（b）,5、管井井点图片,当要求井内降水深度超过15m时，可在管井中使用深井泵抽水。这种井点称为深井井点（或深管井井点）。深井井点一般可降低水位30

18、40m，有的甚至可达百米以上。 有两种： 长轴深井泵 深井潜水泵,52,6、深井井点,5）电渗井点 电渗井点是在轻型或喷射井点中增设电极而形成，主要用于渗透系数小于0.1md的土层。,53,图137 电渗井点 1一井点管；2一电极；3直流电源,6、电渗井点,54,降水方法：轻型井点、喷射井点、电渗井点、 管井井点、深井井点,7、降水技术适用范围,平面布置 井点布置形式、总管长度、井点管数量、水泵数量及位置 宽度-B；降深-S 单排：B6m 、S 5m 环形: 大面积（宽度B10m） 单环形： 长L/宽B5、 S 5m、B2R(降水半径),55,轻型点布置平面布置图 1总管； 2井点管； 3泵站

19、,8、轻型井点布置1,56,高程布置 HH1+h+iL,轻型点高程布置图 1总管； 2井点管； 3泵站,i地下水力坡度，环形、双排布置时取1/10，单排时取1/4； L井点管至基坑中心的距离（单排井点为井点管至基坑另一侧坡角的水平距离）(m)。,H-井点管埋深m H1井点埋设面至坑底距离(m)； h坑底至降水后地下水位的距离(m)；,8、轻型井点布置2,57,图1-26 单排井点布置简图 (a)平面布置； (b)高程布置 1一总管；2点管；3一抽水设备,8、轻型井点布置3,2)高程布置,58,图 环形井点布置简图 (a)平面布置；(b)高程布置 1一总管；2一井点管；3一抽水设备,8、轻型井点

20、布置3,（1) 井型判定,59,8、轻型井点计算1,60,8、轻型井点计算2,（2）涌水量计算 无压完整涌水量,61,(m3d),(m3d),式中： K渗透系数(md)， H含水层厚度(m)； S水位降低值(m)； R抽水影响半径(m)=1.95S(HK)0.5； r0 水井半径 (m); x0环形井点的假想半径(m)； F基坑周围井点管所包围的面积(m2)。,8、轻型井点计算3,62,8、轻型井点计算4,无压非完整井涌水量,63,(m3d),有效厚度H0值,注：表中S为井管内水位降低深度；l为滤管长度。,8、轻型井点计算5,承压完整井涌水量见图 承压完整井环形井点涌水量计算公式为:,64,(

21、m3d),式中 M承压含水层厚度(m)； K、R、x0、S与前面公式相同。,承压非完整井涌水量见图 承压非完整井环形井点涌水量计算公式为:,(m3d),式中 l含水层中滤水管的长度(m)； x0与前面公式相同。,8、轻型井点计算5,（3） 确定井点管数量与井距 单井最大出水量 单井的最大出水量q，主要取决于土的渗透系数、滤管的构造与尺寸，按下式确定：,65,(m3d),式中 d滤管直径(m)； l滤管长度(m)； K渗透系数(md)。,8、轻型井点计算6,最少井数 井点管的最少根数nmin，按下式计算： 式中 1.1备用系数，考虑井点管堵塞等因素。其它符号同前。 最大井距 式中 L总管长度(m)；,66,(根),(m),8、轻型井点计算7,确定井点管间距时，还应注意以下几点： (a)井距过小时，彼此干扰大，影响出水量，因此井距必须大于15倍管径。 (b)在渗透系数小的土中井距宜小些，否则水位降落时间过长。 (c)靠近河流处，井点宜适当加密。 (d)井距应能与总管上的接头间距相配合。 根据实际采用的井点管间距