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建筑施工技术 定 价：48 元 丛书名：面向“十二五”高职高专土木与建筑规划教材
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本书是根据全国高职高专教育土建专业教学指导委员会颁布的“建筑施工技术教学大纲”和国家相关施工技术规范编写的。其内容包括土方工程施工、桩基础工程施工、砌筑工程施工、钢筋混凝土结构工程施工、预应力混凝土工程施工、结构安装工程施工、防水工程施工、装饰工程施工、冬期与雨期工程施工等九个项目。通过本课程的学习，使学生能够掌握各工种的施工方法和施工工艺知识，具备编制施工方案并实施技术交底、指导施工现场施工、进行质量控制等能力。本书主要可以作为土建类高职高专建筑工程技术、工程监理、工程造价等专业教材，也可作为建筑工程管理、建筑经济管理等专业的相关课程教材，还可作为有关培训教材和工程技术人员的参考资料。
本书是根据全国高职高专教育土建专业教学指导委员会颁布的“建筑施工技术教学大纲”和国家相关施工技术规范编写的。其内容包括土方工程施工、桩基础工程施工、砌筑工程施工、钢筋混凝土结构工程施工、预应力混凝土工程施工、结构安装工程施工、防水工程施工、装饰工程施工、冬期与雨期工程施工等九个项目。通过本课程的学习，使学生能够掌握各工种的施工方法和施工工艺知识，具备编制施工方案并实施技术交底、指导施工现场施工、进行质量控制等能力。本书主要可以作为土建类高职高专建筑工程技术、工程监理、工程造价等专业教材，也可作为建筑工程管理、建筑经济管理等专业的相关课程教材，还可作为有关培训教材和工程技术人员的参考资料。
目 录
项目1 土方工程施工1 1.1 土方工程基本知识1 1.1.1 土方工程的施工特点1 1.1.2 土的工程种类及现场鉴别 方法2 1.1.3 土的工程性质3 1.2 土方工程量的计算与调配6 1.2.1 基坑、基槽土方量计算6 1.2.2 场地平整土方量计算6 1.2.3 土方平衡与调配15 1.3 土方边坡与土壁支撑16 1.3.1 施工准备工作16 1.3.2 土方边坡及其稳定16 1.3.3 土壁支撑18 1.3.4 深基坑支护结构20 1.4 降低地下水位29 1.4.1 集水井降水法30 1.4.2 流砂及其防治30 1.4.3 井点降水法31 1.4.4 井点降水对周围建筑的影响38 1.5 土方机械化施工40 1.5.1 常用的土方施工机械40 1.5.2 土方机械选择和机械开挖的 注意事项50 1.6 土方填筑与压实51 1.6.1 填方土料的选择与填筑要求51 1.6.2 填土压实的方法52 1.6.3 填土压实的影响因素54 1.6.4 填土压实的质量检查56 1.7 基坑(槽)施工56 1.7.1 基坑(槽)放线57 1.7.2 基坑(槽)土方开挖57 1.8 土方工程的质量要求及安全施工59 1.8.1 土方工程常见的质量缺陷及 处理方法59 1.8.2 土方工程的质量标准62 1.8.3 土方工程的安全技术及交底63 小结64 思考与练习65 项目2 桩基础工程施工67 2.1 桩基础的作用和分类67 2.1.1 桩基础的作用67 2.1.2 桩基础的分类68 2.2 钢筋混凝土预制桩施工69 2.2.1 桩的预制、起吊、运输和 堆放69 2.2.2 打桩前的准备工作71 2.2.3 锤击沉桩施工72 2.2.4 静力压桩施工78 2.3 钢筋混凝土灌注桩施工81 2.3.1 灌注桩的施工准备工作81 2.3.2 泥浆护壁成孔灌注桩82 2.3.3 干作业成孔灌注桩86 2.3.4 沉管成孔灌注桩87 2.3.5 人工挖孔灌注桩89 2.3.6 爆扩成孔灌注桩91 2.4 桩基础工程常见的质量缺陷及处理91 2.4.1 预制桩施工常见的质量通病 及防治措施91 2.4.2 灌注桩施工常见的质量通病 及防治措施94 小结99 思考与练习99 项目3 砌筑工程施工100 3.1 脚手架工程施工100 3.1.1 外脚手架101 3.1.2 里脚手架108 3.1.3 脚手架的安全防护措施110 3.2 垂直运输设施110 3.2.1 龙门架与井架110 3.2.2 建筑施工电梯112 3.2.3 塔式起重机112 3.3 砌筑材料116 3.3.1 砖116 3.3.2 石材116 3.3.3 砌块117 3.3.4 砌筑砂浆118 3.4 砌筑施工119 3.4.1 石砌体施工119 3.4.2 砖砌体施工121 3.4.3 砌块砌体施工130 3.5 砌筑工程的质量标准及安全技术134 3.5.1 砌筑工程的质量要求134 3.5.2 砌筑工程的安全技术136 小结137 思考与练习137 项目4 钢筋混凝土结构工程施工138 4.1 模板工程139 4.1.1 模板的组成、作用和基本 要求139 4.1.2 模板的种类140 4.1.3 模板的构造与安装140 4.1.4 模板的拆除157 4.1.5 现浇混凝土结构模板的 设计161 4.1.6 模板工程施工质量检查验收 方法164 4.2 钢筋工程167 4.2.1 钢筋的分类、验收和存放167 4.2.2 钢筋的冷加工168 4.2.3 钢筋的连接171 4.2.4 钢筋的配料计算177 4.2.5 钢筋代换182 4.2.6 钢筋的加工与安装183 4.2.7 钢筋工程施工质量检查验收 方法184 4.3 混凝土工程187 4.3.1 混凝土工程施工前的准备 工作187 4.3.2 混凝土的配料187 4.3.3 混凝土的搅拌190 4.3.4 混凝土的运输194 4.3.5 混凝土的浇筑与振捣196 4.3.6 混凝土的养护203 4.3.7 混凝土的质量检查与缺陷 防治205 4.4 预制钢筋混凝土构件施工207 4.5 钢筋混凝土工程的安全技术207 小结208 思考与练习208 项目5 预应力混凝土工程施工210 5.1 先张法211 5.1.1 先张法施工设备211 5.1.2 先张法施工工艺218 5.2 后张法222 5.2.1 锚具与张拉设备222 5.2.2 预应力筋的制作233 5.2.3 后张法施工工艺235 5.3 无粘结预应力混凝土施工工艺240 5.3.1 无粘结预应力筋的制作240 5.3.2 无粘结预应力施工工艺242 5.4 预应力混凝土工程常见的质量缺陷 及处理245 5.4.1 先张法预应力混凝土施工中 常见的质量事故及处理245 5.4.2 后张法预应力混凝土施工中 常见的质量事故及处理246 小结248 思考与练习248 项目6 结构安装工程施工250 6.1 索具设备250 6.1.1 钢丝绳250 6.1.2 吊具252 6.1.3 滑轮组255 6.1.4 卷扬机255 6.1.5 地锚257 6.2 起重机械257 6.2.1 桅杆式起重机258 6.2.2 自行式起重机260 6.2.3 塔式起重机266 6.3 单层工业厂房结构安装270 6.3.1 结构吊装准备工作270 6.2.2 构件的吊装工艺272 6.3.3 结构吊装方案282 6.4 结构安装工程的质量要求及安全 措施299 6.4.1 结构安装工程质量要求299 6.4.2 结构安装工程安全措施300 小结302 思考与练习303 项目7 防水工程施工304 7.1 屋面防水工程施工304 7.1.1 卷材防水屋面施工305 7.1.2 涂膜防水屋面施工314 7.1.3 刚性防水屋面施工317 7.1.4 常见屋面渗漏及防治方法319 7.2 地下防水工程施工321 7.2.1 防水方案322 7.2.2 结构自防水施工322 7.2.3 附加防水层施工326 7.2.4 结构细部构造防水施工332 7.2.5 地下防水工程渗漏及防治 方法334 7.3 室内其他部位防水施工337 7.3.1 卫生间楼地面聚氨酯防水 施工337 7.3.2 卫生间楼地面氯丁胶乳沥青 防水涂料施工338 7.3.3 卫生间涂膜防水施工注意 事项339 7.3.4 卫生间渗漏及堵漏技术339 小结340 思考与练习340 项目8 装饰工程施工341 8.1 门窗工程施工342 8.1.1 木门窗工程施工342 8.1.2 钢门窗工程施工344 8.1.3 铝合金门窗工程施工345 8.1.4 塑料门窗工程施工347 8.2 吊顶、隔墙工程施工348 8.2.1 吊顶工程施工348 8.2.2 隔墙工程施工355 8.3 抹灰工程施工361 8.3.1 抹灰工程的分类和组成361 8.3.2 一般抹灰施工363 8.3.3 装饰抹灰施工367 8.3.4 抹灰工程的质量要求370 8.4 饰面工程施工371 8.4.1 饰面砖镶贴371 8.4.2 陶瓷锦砖镶贴372 8.4.3 石材饰面板安装373 8.4.4 金属饰面板施工376 8.4.5 玻璃幕墙施工380 8.4.6 饰面工程的质量要求385 8.5 楼地面工程施工386 8.5.1 楼地面的组成与分类386 8.5.2 基层施工387 8.5.3 垫层施工387 8.5.4 整体式楼地面施工388 8.5.5 块料楼地面施工393 8.5.6 木质地面施工397 8.6 涂料、刷浆、裱糊工程施工400 8.6.1 涂料的组成和分类400 8.6.2 涂料工程施工401 8.6.3 刷浆工程施工407 8.6.4 裱糊工程施工408 小结410 思考与练习410 项目9 冬期与雨期工程施工412 9.1 冬、雨期施工的基本知识412 9.1.1 冬期施工的特点、原则和 施工准备412 9.1.2 雨期施工特点、要求和施工 准备413 9.2 土方工程冬期施工414 9.2.1 冻土的定义、特性及分类414 9.2.2 地基土的保温防冻415 9.2.3 冻土的融化与开挖417 9.2.4 冬期回填土施工420 9.3 砌筑工程冬期施工421 9.3.1 掺盐砂浆法421 9.3.2 冻结法423 9.3.3 其他冬期施工方法424 9.4 混凝土结构工程冬期施工426 9.4.1 混凝土冬期施工的特点426 9.4.2 混凝土冬期施工的要求426 9.4.3 混凝土冬期施工方法428 9.4.4 混凝土的测温和质量检查433 9.4.5 混凝土的拆模和成熟度434 9.5 装饰工程和屋面工程的冬期施工434 9.5.1 装饰工程冬期施工434 9.5.2 屋面防水工程冬期施工436 9.6 雨期施工436 9.6.1 土方和基础工程雨期施工437 9.6.2 砌体工程雨期施工437 9.6.3 混凝土工程雨期施工437 9.6.4 吊装工程雨期施工438 9.6.5 屋面工程雨期施工438 9.6.6 抹灰工程雨期施工438 9.7 冬期与雨期施工的安全技术438 9.7.1 冬期施工的安全技术438 9.7.2 雨期施工的安全技术439 小结439 思考与练习439 参考文献441
项目1 土方工程施工
掌握土方工程施工的特点及性质；能进行土方工程量计算；能正确选用土方施工机械；能根据土方工程施工条件选择降排水方法；能正确选择填方土料和填筑压实的方法；能分析影响填土压实的主要因素；掌握填土压实质量的检查方法。 土方工程特点、可松性、施工准备、土方机械、回填压实、土方开挖。 某工程为框剪结构，建筑面积为5360m2，地上18层，地下2层，基坑开挖深度14m。根据工程勘察报告，土层分为两层：人工堆积层和第四纪沉积层。拟建场区内有地下水，基坑南面场地较宽，东面、西面、北面均邻近原有建筑物。 思考：基坑土方量如何计算？采用何种形式降水？基坑边坡如何处理？如何选择土方机械及开挖方式？ 1.1 土方工程基本知识 土方工程是建筑施工的主要分部工程之一，也是建筑工程施工过程中的第一道工序，通常包括场地平整，基坑(槽)及人防工程和地下建筑物等的土方开挖、运输与堆砌，土方填筑与压实等主要施工过程，以及降低地下水位和基坑支护等辅助工作。 1.1.1 土方工程的施工特点 1．土的开挖与填筑 土的开挖与填筑是土方工程的主要内容，根据几何特征的不同，又可以分成平整场地、挖基坑、挖基槽、挖土方、回填土等。 * 平整场地：是指厚度在300mm以内的场地大面积的挖填和找平工作。 * 挖基坑：是指挖土底面积在20m2以内，且底长小于等于3倍宽度。 * 挖基槽：是指挖土宽度在3m以内，且长度大于等于3倍宽度。 * 挖土方：是指山坡挖土、基槽宽度大于3m、基坑底面积大于20m2、场地平整挖填厚度大于300mm等。 * 回填土：分为夯填和松填。 2．土方工程的施工特点 (1) 土石方工程的工程量大、施工工期长、劳动繁重。建筑工地场地平整的土方工程量可达数百立方米以上，施工面积可达数平方公里，高层建筑大型基坑的开挖深度可达数十米深。 (2) 土方工程施工条件复杂，又多为露天作业，受地区地形、水文、地质和气候条件的影响较大，难以确定的因素很多。因此在组织土方工程施工前必须进行调查研究，详细地分析地质报告，制定合理的施工方案，才可以施工。 1.1.2 土的工程种类及现场鉴别方法 土的种类繁多，其分类的方法也有很多。在建筑施工中，根据土的开挖难易(即硬度系数大小)程度将土分为松软土、普通土、坚土、砂砾坚土、软石、次坚石、坚石、特坚石等8类，前4类属于一般土，后4类属于坚石。土的8种分类方法及现场鉴别方法如表1-1所示。由于土的类别不同，单位工程消耗的人工或机械台班也不同，因而施工费用不同，施工方法也不同。所以正确区分土的种类、类别对合理选择开挖方法、准确套用定额和计算土方工程费用关系重大。 表1-1 土的工程分类与现场鉴别方法 土的分类 土的名称 可松性系数 现场鉴别(开挖)方法 Ks K′s 一类土(松软土) 砂；亚砂土；冲击砂土层；种植土；泥炭(淤泥) 1.08～1.17 1.01～1.03 能用锹、锄头挖掘 二类土(普通土) 亚粘土；潮湿的黄土；夹有碎石；卵石的砂；种植土；建筑土及亚砂土 1.14～1.28 1.02～1.05 能用锹、锄头挖掘，少许可用镐翻松 三类土(坚土) 软及中等密实粘土；重亚粘土；粗砾石；干黄土及含碎石、卵石的黄土、亚粘土；压实的填筑土 1.24～1.30 1.04～1.07 主要用镐，少许用锹、锄头挖掘，部分用撬棍挖掘 四类土(砂砾坚土) 重粘土及含碎石、卵石的粘土；粗卵石；密实的黄土；天然级配砂石；软泥灰岩；蛋白石 1.26～1.30 1.06～1.09 整个用镐、撬棍，然后用锹挖掘，部分用楔子及大锤挖掘 五类土(软石) 硬石炭纪粘土；中等密实的页岩、泥灰岩、白垩土；胶结不紧的砾岩；软的石炭岩 1.30～1.45 1.10～1.20 用镐或撬棍、大锤挖掘，部分使用爆破方法 六类土(次坚石) 泥岩；砂岩；砾岩；坚实的页岩；泥灰岩；密实的石灰岩；风化花岗岩；片麻岩 1.30～1.45 1.10～1.20 用爆破的方法开挖，部分用风镐续表 土的分类 土的名称 可松性系数 现场鉴别(开挖)方法 Ks K′s 七类土(坚石) 大理岩；辉绿岩；粗、中粒花岗岩；坚实的白云岩；砾岩；石灰岩；玄武岩 1.30～1.45 1.10～1.20 用爆破的方法开挖 八类土(特坚石) 安山岩；玄武岩；花岗片麻岩；坚实的细粒花岗岩；闪长岩；石英岩；辉长岩；辉绿岩 1.45～1.50 1.20～1.30 用爆破的方法开挖 1.1.3 土的工程性质 土一般由土颗粒(固相)、水(液相)和空气(气相)3部分组成，这3部分之间的比例关系随着周围条件的变化而变化，三者之间比例不同，反映出土的物理状态也不同，如干燥、稍湿或很湿；密实、稍密或松散。这些指标是最基本的物理性质指标，对评价土的工程性质、进行土的工程分类具有重要意义。 土的三相物质是混合分布的，为阐述方便，一般用三相示意图来表示(如图1-1所示)，三相示意图中把土的固体颗粒、水、空气各自划分开来。 图1-1 土的三相示意 1．天然密度和干密度 土的质量密度分为天然密度和干密度。土的天然密度是指土在天然状态下单位体积的质量，又称湿密度。通常用环刀法测定。一般粘土的密度为1800～2000kg/m3，砂土为1600～2000kg/m3。它影响土的承载力、土压力及边坡稳定性。土的天然密度按下式计算，即 (1-1) 式中：m——土的总质量(kg)； V——土的体积(m3)。 干密度是指土的固体颗粒质量与总体积的比值，用下式表示，即 (1-2) 式中：ms——土中固体颗粒的质量(kg)。 土的干密度在一定程度上反映了土颗粒排列的紧密程度，干密度越大，土体就越密实。因而常将它作为填土压实质量的控制指标。干密度常用环刀法和烘干法测定。土的最大干密度值如表1-2所示。 表1-2 土的最佳含水量和干密度参考值 土的种类 变动范围 最佳含水量/%(质量比) 最大干密度/(g/cm3) 砂土 粉土 亚砂土 亚粘土 重亚粘土 粉质亚粘土 粘土 8～12 16～22 9～15 12～15 16～20 18～21 19～23 1.80～1.88 1.61～1.80 1.85～2.08 1.85～1.95 1.67～1.79 1.65～1.74 1.58～1.70 2．土的可松性与可松性系数 自然状态下的土经开挖后，其体积因松散而增加，虽然回填压实仍不能完全恢复到原状态土的体积，这种现象称为土的可松性。土的可松性用可松性系数表示。 最初可松性系数为 (1-3) 最终可松性系数为 (1-4) 式中：Ks、——土的最初、最终可松性系数； V1——土在天然状态下的体积(m3)； V2——土开挖后松散状态下的体积(m3)； V3——土经压(夯)实后的体积(m3)。 土的可松性对土方的平衡调配、基坑开挖时的预留土量及运输工具数量的计算均有直接影响。各类土的可松性系数见表1-1。 3．土的天然含水量 在天然状态下，土中水的质量与固体颗粒质量之比的百分率称为土的天然含水量，用W表示，即 (1-5) 式中：mw——土中水的质量(kg)； ms——土中固体颗粒的质量(kg)。 土的含水量反映土的干湿程度。它对挖土的难易程度、土方边坡的稳定性及填土压实等均有直接影响。因此，在土方开挖时应该采取排水措施，在回填土时应使土的含水量处于最佳含水量的变化范围之内，如表?1-2所示。通常情况下，W≤5%的为干土，5%＜W≤30%的为潮湿土，W＞30%的为湿土。 4．土的孔隙比和孔隙率 孔隙比和孔隙率反映了土的密实程度，孔隙比和孔隙率越小，土体越密实。 孔隙比e是土的孔隙体积VV与固体体积Vs的比值，即 (1-6) 孔隙率n是土的孔隙体积VV与总体积V的比值，用百分率表示，即 (1-7) 对于同一类土，孔隙比越大，孔隙体积就越大，从而使土的压缩性和透水性都增大，土的强度降低。故工程上也常用孔隙比来判断土的密实程度和工程性质。 5．土的渗透性 土的渗透性也称透水性，是指土体被水透过的性质，通常用渗透系数K表示。渗透系数表示单位时间内水穿透土层的能力，以m/d表示。根据渗透系数不同，土可分为透水性土(砂土)和不透水性土(粘土)。 渗透系数K反映出土透水性的强弱。它直接影响降水方案的选择和涌水量的计算，可通过室内渗透试验或现场抽水试验确定，一般土的渗透系数参考值如表1-3所示。 表1-3 土的渗透系数参考值 土的名称 渗透系数K/(m/d) 土的名称 渗透系数K/(m/d) 粘土 ＜0.005 含粘土的中砂 3～15 粉质粘土 0.005～0.1 粗砂 20～50 粉土 0.1～0.5 均质粗砂 60～75 黄土 0.25～0.5 圆砾石 50～100 粉砂 0.5～1 卵石 100～500 细砂 1～5 漂石(无砂质充填) 500～1000 中砂 5～20 稍有裂缝的岩石 20～60 均质中砂 35～50 裂缝多的岩石 ＞60 1.2 土方工程量的计算与调配 在场地平整、基坑与基槽开挖等土方工程施工中，都需要计算土方量。土方工程的外形往往很复杂，而且不规则，很难进行精确的计算。因此，在一般情况下，都是将工程区域划分为一定的几何形状，并采用具有一定精确而又与实际情况近似的方法进行计算。 1.2.1 基坑、基槽土方量计算 基坑土方量可按立体几何中的拟柱体(由两个平行的平面做底的一种多面体)体积公式计算(如图1-2所示)，即 (1-8) 式中：H——基坑深度(m)； A1、A2——基坑上下两底的底面积(m2)； A0——基坑中截面面积(m2)。 图1-2 基坑土方量计算 基槽和路堤的土方量可以沿长度方向分段后，再用同样的方法计算(如图1-3所示)，即 (1-9) 式中：Vi——i段的土方量(m3)； Li——i段的长度(m)。 将各段土方量相加，即得总土方量 ? (1-10) 式中：V1、V2、…、Vn——各分段的土方量 (m3)。 1.2.2 场地平整土方量计算 对于在地形起伏的山区、丘陵地带修建较大的厂房、体育场、车站等占地广阔工程的平整场地，主要是削凸填凹、移挖方作填方，将自然地面改造平整为场地设计要求的平面。 场地挖填土方量的计算有横截面法(或断面法)和方格网法两种。横截面法是将要计算的场地划分成若干横截面后，用横截面计算公式逐段计算，最后将逐段计算的结果汇总。横截面法计算精度较低，可用于地形起伏变化较大的地区。对于地形较平坦的地区，一般采用方格网法。 在地形起伏变化较大的地区，或挖填深度较大、断面又不规则的地区，采用断面法比较方便。该方法为：沿场地取若干个相互平行的断面，将所取的每个断面划分为若干个三角形和梯形，如图1-4所示。 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。 相邻两断面间的距离依次为L1、L2、L3、…、，则所求土方体积为 (1-11) 图1-4 断面法 建筑场地平整的平面位置和标高通常由设计单位在总平面的竖向设计中确定。场地平整通常是挖高填低。计算场地挖方量和填方量，首先要确定场地的设计标高，由设计平面的标高和地面的自然标高之差可以得到场地各角点的施工高度(即填、挖高度)，施工高度为角点设计地面标高与自然地面标高之差，是以角点设计标高为基准的挖方或填方的施工高度。由此可计算场地平整的挖方和填方的工程量。 1．场地设计标高的确定 场地设计标高是进行场地平整和土方量计算的依据，也是总平面图规划和竖向设计的依据。合理确定场地的设计标高，对减少土方量、加速工程速度都有重要的经济意义，如图1-5所示。当场地设计标高为H0时，挖填方基本平衡，可将土方移挖作填、就地处理；当设计标高为H1时，填方大大超过挖方，则需从场外大量取土回填；当设计标高为H2时，挖方大大超过填方，则要向场外大量弃土。因此，在确定场地设计标高时，应结合现场的具体条件，反复进行技术经济比较，选择其中的最优方案。 图1-5 场地不同设计标高的比较 在确定场地设计标高时，应考虑满足生产工艺和运输的要求，充分利用地形，尽量使挖填方平衡，以减少土方量，要有一定的泄水坡度(≥2%)，使其能满足排水要求，还要考虑最高洪水位的影响。 场地设计标高一般应在设计文件上规定，若设计文件对场地设计标高没有规定，则可以按下述步骤来确定场地设计标高。 (1) 初步计算场地设计标高(H0)。初步计算场地设计标高的原则是场内挖填方平衡，即场内挖方总量等于填方总量(=)。 ① 在具有等高线的地形图上将施工区域划分为边长a=10～40m的若干方格，如图1-6所示。 图1-6 计算场地设计标高的示意图 ② 确定各小方格的角点高程。其方法是根据地形图上相邻两等高线的高程，用插入法计算求得，当无地形图或地形不平坦时，可以在地面用木桩打好方格网，然后用仪器测出方格网的角点标高。 ③ 按挖填方平衡确定设计标高H0为 即 (1-12) 由图1-6可知，H11是一个方格的角点标高，H12和H21均是两个方格共用的角点标高，H22则是4个方格共用的角点标高，它们分别在式(1-12)中要加一次、两次、四次。因此，式(1-12)可改写为 (1-13) 式中：N——方格数目； H1——1个方格独有的角点标高； H2——2个方格共有的角点标高； H3——3个方格共有的角点标高； H4——4个方格共有的角点标高。 (2) 调整场地设计标高。初步确定的场地设计标高仅为一理论值，实际上还需要考虑以下因素，对初步场地设计标高H0值进行调整。 ① 土的可松性影响。由于土具有可松性，会造成填土的多余，需要相应地提高设计标高。 ② 场内挖方和填土的影响。由于场地内大型基坑挖出的土方、修筑路堤提高的土方，以及从经济的角度比较将部分挖方就近弃于场外或将部分填方就近取土于场外等，均会引起挖填土方量的变化，必要时需重新调整设计标高。 ③ 考虑泄水坡度对设计标高的影响。按调整后的同一设计标高进行场地平整时，整个场地表面均处于同一水平面，但实际上由于排水的要求，场地需有一定的泄水坡度。平整场地的表面坡度应符合设计要求，如果无设计要求，则排水沟方向的坡度不应小于2%。因此，还需要根据场地泄水坡度的要求(单向泄水或双向泄水)，计算出场地内各方格角点实际施工所用的设计标高。 单向泄水时设计标高的计算：是以计算出的设计标高作为场地中心线的标高，如图1-7所示，则场地内任意一点的设计标高为 (1-14) 式中：Hn——场地内任意一点的设计标高； l——该点至场地中心线的距离； i——场地单向泄水坡度(不小于2%)。 双向泄水时设计标高的计算：是以计算出的设计标高作为场地中心线的标高，如图1-8所示，则场地内任意一点的设计标高为 (1-15) 式中：Hn——场地内任意一点的设计标高； lx，ly——该点至场地中心线x—x、y—y的距离； ix，iy——场地x—x、y—y方向的泄水坡度(不小于0.2%)。 图1-7 单向泄水坡度场地 图1-8 双向泄水坡度场地 2．场地平整土方量的计算 大面积场地的土方量通常采用方格网法计算，即根据方格网的自然地面标高和实际采用的设计标高，计算出相应的角点填挖高度(即施工高度)，然后计算出每一方格的土方量，并算出场地边坡的土方量，这样便可得整个场地的填、挖土方总量。其计算步骤如下。 (1) 计算场地各方格角点的施工高度。 施工高度是设计地面标高与自然地面标高的差值，将各角点的施工高度填在方格网的右上角，设计标高和自然标高分别标注在方格网的右下角和左下角，角点编号填在左上角，如图1-9所示。 各方格角点的施工高度按下式计算，即 (1-16) 式中：hn——角点施工高度，即各角点的挖填高度，“+”为填，“-”为挖； Hn——角点的设计标高； H——角点的自然标高。 (2) 计算零点位置。 在一个方格网内同时有填方或挖方时，要先算出方格网边的零点位置。零点是指方格网边线上不挖不填的点。把零点位置标注在方格网上，将各相邻边线上的零点连接起来，即为零线。零线是挖方区和填方区的分界线，求出零线后，场地的挖方区和填方区也随之标出。一个场地内的零线不是唯一的，有可能是一条，也可能是多条。当场地起伏较大时，零线可能出现多条。 零点的位置按下式计算，即 ； (1-17) 式中：x1、x2——角点至零点的距离； h1、h2——相邻两角点的施工高度，均用绝对值表示； a——方格网的边长。 (3) 计算方格土方量。 按表1-4所列公式，计算每个方格内的挖方或填方土方量。表1-4的公式是按各计算图形底面积乘以平均施工高度而得出，即平均高度法。 表1-4 采用方格网点计算方式 项 目 图 式 计算公式 一点填方或挖方 (三角形) 当b=c=a时， 续表 项 目 图 式 计算公式 二点填方或挖方 (梯形) 三点填方或挖方 (五角形) 四点填方或挖方 (正方形) 注：① a——方格网的边长(m)； b、c——零点到一角的边长(m)； h1、h2、h3、h4——方格网四角点的施工高程(m)，用绝对值代入； ——填方或挖方施工高度的总和(m)，用绝对值代入； ?????? V——挖方或填方(m3)。 ??② 本表公式是按各计算图形底面积乘以平均施工高度而得出的。 (4) 计算边坡土方量。 如图1-10所示是一场地边坡的平面示意图，从图1-10中可以看出，边坡的土方量可以划分为两种近似几何形体计算，一种为三角棱锥体，另一种为三角棱柱体。计算如下。 图1-10 场地边坡平面图 ① 三角棱锥体边坡体积。 三角棱锥体边坡体积(图1-10中的①)的计算公式如下。 (1-18) 式中：l1——边坡①的长度； A1——边坡①的端面积，即 (1-19) h2——角点的施工高度； m——边坡的坡度系数。 ② 三角棱柱体边坡体积。 三角棱柱体边坡体积(图1-10中的④)计算公式如下。 (1-20) 当两端横断面面积相差很大的情况下，则 (1-21) 式中：l4——边坡④的长度； A1、A2、A0——边坡两端及中部的横断面面积，算法同上。 (5) 计算挖填土方总量。 将挖方区(或填方区)所有方格的土方量和边坡的土方量汇总，即得场地平整挖方或填方的工程量。 【例1-1】某建筑场地地形图如图1-11所示，方格边长为20m×20m，场地设计泄水坡度：ix=0.3%，iy=0.2%。建筑设计、生产工艺和最高洪水位等方面均无特殊要求。试确定场地设计标高(不考虑土的可松性影响，如有余土，用以加宽边坡)，并计算挖填土方量(不考虑边坡土方量)。 图1-11 某建筑场地地形图和方格网布置 解：第一步：计算各方格角点的地面标高。 各方格角点的地面标高可根据地形图上所标的等高线，假定两等高线之间的地面坡度按直线变化，用插入法求得。如求角点4的地面标高，由图1-12所示有 则 ， 为了避免烦琐的计算，通常采用图解法(如图?1-13所示)。用一张透明纸，上面画6条等距离的平行线。把该透明纸放到标有方格网的地形图上，将6条平行线的最外面两条分别对准A点和B点，这时6条等距的平行线将A、B之间的0.5m高差分成5等份，于是便可直接读得角点4的地面标高H4=44.34m。其余各点标高均可用图解法求出，如图1-14所示。 图1-12 插入法计算简图 图1-13 插入法的图解法 图1-14 方格网法计算土方工程量图 第二步：计算场地设计标高。 =(43.24+44.80+44.17+42.58)=174.79(m) 2=2(43.67+43.94+44.34+44.67+43.67+43.23+42.90+42.94)=698.72(m) 3=0 4=4(43.35+43.76+44.17)=525.12(m) 由式(1-13)得： 第三步：计算方格角点的设计标高。 以场地中心角点8为H0，已知泄水坡度，各方格角点设计标高按式(1-15)计算。 H1=H0-40×0.3%+20×0.2%=(43.71-0.12+0.04)=43.63(m) H2=H0+20×0.2%=43.63+0.06=43.69(m) H6=H0-40×0.3%=43.71?0.12=43.59(m) 其余各角点设计标高算法同上，见图1-14。 第四步：计算角点的施工高度。 用式(1-16)计算各角点施工高度为 h1=43.63-43.24=+0.39(m) h2=43.69-43.67=+0.02(m) h3=43.75-43.94=?0.19(m) 其余各角点施工高度见图1-14。 第五步：确定零线。 首先求零点，方格网边线上零点位置由式(1-17)确定。 ； x3-2=20-1.9=18.1(m) 同理：x7?8=17.1m；x8?7=2.9m；x13?8=18.0m；x8???=2.0m；x14?9=2.6m；x9?14=17.4m；x14?15=2.7m；x15???=17.3m。相邻零点的连线即为零线。 第六步：计算土方量。 按表1-4所列公式计算土方量。方格1-1、1-3、1-4、2-1四角点全为挖方或填方，按正方形计算，其土方量为 V2-1=+263m3； V1-3=-117m3； V1-4=-270m3 方格1-2、2-3各有两个角点为挖方，两个角点为填方，按梯形公式计算，其土方量为 同理 ； 方格网2-2、2-4为一个角点挖方(或填方)，三个角点为填方(或挖方)，应分别按三角形和五边形计算，其土方量为 同理 ； 场地各方格土方量总计：挖方548.75m3；填方554.32m3。 1.2.3 土方平衡与调配 土方工程量计算完成后即可进行土方调配。所谓土方调配，就是指对挖方的土需运至何方、填方的土应取自何方进行统筹安排。其目的是在土方运输量最小或土方运输费最小的条件下，确定挖填方区土方的调配方向、数量及平均运距，从而缩短工期，降低成本。 土方调配工作主要包括以下内容：划分调配区、计算土方调配区之间的平均运距、选择最优的调配方案及绘制土方调配图表。 1．土方平衡与调配的原则 (1) 应力求达到挖、填平衡和运距最短。使挖、填土方量与运距的乘积之和尽可能最小，即使土方运输量或运费最少。 (2) 应考虑近期施工与后期利用相结合及分区与全场结合的原则，以避免重复挖运和场地混乱。 (3) 土方调配还应尽可能与大型地下建筑物的施工相结合。例如，当大型地下建筑物位于填方区时，应将部分填土区予以保留，待基础施工完成后再进行回填。 (4) 合理布置挖、填方分区线，选择恰当的调配方向、运输线路，以充分发挥挖方机械和运输车辆的性能。 2．土方平衡与调配的步骤和方法 (1) 划分调配区。在场地平面上先画出挖、填方区的分界线，然后在挖、填方区适当地划分出若干调配区。调配区的划分应与建筑物的平面位置及土方工程量计算用的方格网相协调，通常可由若干个方格组成一个调配区，同时还应满足土方及运输机械的技术要求。 (2) 计算各调配区的土方量，并标明在调配图上。 (3) 计算各挖、填方调配区之间的平均运距。平均运距是指挖方区与填方区之间的重心距离。取场地或方格网的纵横两边为坐标轴，计算各调配区的重心位置。 ， (1-22) 式中：Vi——第i个方格的土方量； xi、yi——第i个方格的中心坐标。 为简化计算，可假定每个方格上的土方都是均匀分布的，从而用图解法求出形心位置以代替重心位置。 (4) 确定土方调配方案。以挖方区与填方区的土方调配保持平衡为原则，制定出土方调配的初始方案(通常采用“最小元素法”制定)，以初始调配方案为基础，采用“表上作业法”可以求出在保持挖填平衡的条件下，使土方调配总运距最小的最优方案。该方案是土方调配中最经济的方案，即土方调配的最优方案。 (5) 绘制土方调配图。经土方调配最优化求出最佳土方调配后，即可绘制土方调配图以指导土方工程施工，如图1-15所示。 图1-15 土方调配图 1.3 土方边坡与土壁支撑 1.3.1 施工准备工作 在土方开挖前要做好下列主要准备工作。 1．学习与审查图纸 施工单位在接到施工图纸后，应组织各专业主要人员对图纸进行学习及综合审查。核对平面尺寸及坑底标高，各专业图之间有无矛盾和差错，熟悉地质水文勘察资料，了解基础形式、工程规模、结构形式、特点、工程量和质量要求，弄清地下管线、建筑物与地基的关系，进行图纸会审，对发现的问题逐条予以解决。 2．清理场地 清理场地包括拆除施工内的房屋、古墓，拆除或改建通信和电力设备、上下水管道及其他建筑物，迁移树木，清除含有大量有机物的草皮、耕殖土、河塘淤泥等。 3．修建临时设施与道路 施工现场所需的临时设施主要包括生产性临时设施和生活性临时设施。生产性临时设施主要包括混凝土搅拌站、各种作业棚、建筑材料堆场及仓库等；生活性临时设施主要包括宿舍、食堂、办公室、厕所等。 开工前还应修筑好施工现场内的临时道路，同时做好现场供水、供电、供气等设施。 1.3.2 土方边坡及其稳定 1．土方边坡 土方边坡的坡度是以高度H与底宽B之比表示的，即 土方边坡的坡度=H/B=1/(B/H)=1∶m (1-23) 式中：m——边坡系数。 土方开挖或填筑的边坡可以做成直线形、折线形及阶梯形(如图1-16所示)。边坡的大小与土质、开挖深度、开挖方法、边坡留置时间的长短、边坡附近的震动和有无荷载、排水情况等有关。土方开挖设置边坡是防止土方坍塌的有效途径，边坡的设置应符合下述要求。 图1-16 土方开挖或填筑的边坡 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，挖方边坡可做成直立壁不加支撑，但不宜超过下列规定。 (1) 密实、中实的砂土和碎石类土(充填物为砂土)不超过1.0m。 (2) 硬塑、可塑的轻亚粘土不超过1.25m。 (3) 硬塑、可塑的粘土和碎石类土(充填物为粘性土)不超过1.5m。 (4) 坚硬的粘土不超过2.0m。 当挖方深度超过上述规定时，应考虑放坡或直立壁加支撑。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，挖方深度在5m以内不加支撑边坡的最陡坡度应符合表1-5的规定。 表1-5 深度在5m以内基坑(槽)、管沟边坡的最陡坡度(不加支撑) 土的类别 边坡坡度(高∶宽) 坡顶无荷载 坡顶有静载 坡顶有动载 中密的砂土 1∶1.00 1∶1.25 1∶1.50 中密的碎石类土(充填物为砂土) 1∶0.75 1∶1.00 1∶1.25 硬塑的粉土 1∶0.67 1∶0.75 1∶1.00 中密的碎石类土(充填物为粘性土) 1∶0.50 1∶0.67 1∶0.75 硬塑的粉质粘土、粘土 1∶0.33 1∶0.50 1∶0.67 老黄土 1∶0.10 1∶0.25 1∶0.33 软土(经井点降水后) 1∶1.00 — — 注：静载是指堆土或放材料等，动载是指机械挖土或汽车运输作业等，静载或动载距挖方边缘的距离应保证边坡和直立壁的稳定，应距挖方边缘0.8m以外，且高度不超过1.5m。 2．边坡失稳的原因 边坡的失稳一般是指土方边坡在一定的范围内整体沿某一滑动面向下和向外移动而丧失其稳定性。边坡失稳往往是在外界不利因素的影响下触发和加剧的。这些外界不利因素往往导致土体剪应力的增加或抗剪强度的降低，使土体中剪应力大于土体的抗剪强度，从而造成滑动失稳。 引起土体剪应力增加的主要因素有：坡顶堆物、行车；基坑边坡太陡；开挖深度过大；雨水或地面水渗入土中，使土的含水量增加而造成的自重增加；地下水的渗流产生一定的动水压力；土体竖向裂纹中的积水产生的侧向静水压力等。 引起土体抗剪强度降低的主要因素有：土质本身较差或因气候影响而使土质变软；土体内含水量增加而产生润滑作用，饱和的细砂、粉砂受震动而液化等。 由于影响基坑边坡稳定的因素很多，在一般情况下，开挖深度较大的基坑应对土方边坡做稳定分析，即在给定的荷载作用下，土体抗剪切破坏应有一个足够的安全系数，而且其变形不应超过某一容许值。 1.3.3 土壁支撑 在基坑(槽)或管沟开挖时，如果土质或周围场地条件允许，采用放坡开挖往往比较经济。但是在建筑物密集的地区施工，有时不允许按规定的坡度进行放坡，或在深基坑开挖时，放坡所增加的土方量过大，这就需要设置支撑或支护的施工方法来保证土方的稳定，保证土方施工的顺利进行和安全，减少对相邻已有建筑物的不利影响。 1．横撑式支撑 对宽度不大、深5m以内的浅沟及槽(坑)，一般宜设置简单的横撑式支撑，其形式根据开挖深度、土质条件、地下水位、施工时间长短、施工季节和当地气候条件、施工方法与相邻建(构)筑物的情况进行选择。横撑式支撑根据挡土板的不同，可分为水平挡土板和垂直挡土板两类，水平挡土板的布置又分为间断式、断续式和连续式3种；垂直挡土板的布置分为断续式和连续式两种，如图1-17所示。 图1-17 橫撑式支撑 1—水平挡土板；2—横撑木；3—木楔；4—竖楞木；5—垂直挡土板；6—横楞木 1) 间断式水平支撑 支撑方法：两侧挡土板水平放置，用工具或横撑木借木楔顶紧，挖一层土支顶一层。 适用条件：适于能保持立壁的干土或天然湿度的粘土类土，地下水很少，深度在2m以内。 2) 断续式水平支撑 支撑方法：挡土板水平放置，中间留出间隔，并在两侧同时对称立竖楞木，再用工具或横撑木上下顶紧。 适用条件：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，深度为3m以内。 3) 连续式水平支撑 支撑方法：挡土板水平连续放置，不留间隙，然后两侧同时对称立竖楞木，上下各一根撑木，端头加木楔顶紧。 适用条件：适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3～5m。 4) 连续式或断续式垂直支撑 支撑方法：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楞木，再用横撑顶紧。 适用条件：适于土质较松散或湿度很高的土，地下水较少，深度不限。 在采用横撑式支撑时应随挖随撑，支撑要牢固。施工中应经常检查，如果有松动、变形等现象，应及时加固或更换。支撑拆除应按回填顺序依次进行，多层支撑应自下而上逐层拆除，且随拆随填。 2．其他支撑 对宽度较大、深度不大的浅基坑，其支撑(护)形式常用的有斜柱支撑、锚拉支撑、短桩横隔板支撑和临时挡土墙支撑等，如图1-18所示。 图1-18 其他支撑 1—柱状；2—挡板；3—斜撑；4—短桩；5—回填土；6—拉杆； 7—横隔板；8—编织袋或草袋装土、砂或干砌、浆砌毛石 1) 斜柱支撑 支撑方法：水平挡土板钉在柱桩内侧，外侧用斜撑支顶，斜撑底端支在木桩上，在挡土板内侧回填土。 适用条件：适于开挖较大型、深度不大的基坑或使用机械挖土时使用。 2) 锚拉支撑 支撑方法：水平挡土板支在柱桩内侧，柱桩一端打入土中，另一端用拉杆与锚桩锚紧，在挡土板内侧回填土。 适用条件：适于开挖较大型、深度不大的基坑或使用机械挖土，不能安设横撑时使用。 3) 短桩横隔板支撑 支撑方法：打入小短木桩，部分打入土中，部分露出地面，钉上水平挡土板，在背面填土夯实。 适用条件：适于开挖宽度大的基坑，部分地段下部放坡不够时使用。 4) 临时挡土墙支撑 支撑方法：沿坡脚用砖、石叠砌或用编织袋、草袋装土、砂堆砌，使坡脚保持稳定。 适用条件：适于开挖宽度大的基坑，当部分地段下部放坡不够时使用。 1.3.4 深基坑支护结构 深基坑支护方案的选择应根据基坑周边环境、土层结构、工程地质、水文情况、基坑形状、开挖深度、施工拟采用的挖方或排水方法、施工作业的设备条件、安全等级和工期要求以及技术经济效果等因素加以综合全面地考虑。深基坑支护虽是一种施工临时性的辅助结构物，但对保证工程顺利进行和邻近地基、已有建(构)筑物的安全影响极大。 1．重力式支护结构 深基坑的各种支护可分为两类，即重力式支护结构和非重力式支护结构。常用的重力式支护结构是深层搅拌水泥土桩挡墙。其他如钢板桩、钢筋混凝土板桩、钻孔灌注桩挡墙、H型钢支柱挡墙和地下连续墙等皆属于非重力式支护结构。 深层搅拌水泥土桩挡墙是以深层搅拌机就地将边坡土和压入的水泥浆强力搅拌形成连续搭接的水泥土桩挡墙，水泥土与其包围的天然土形成重力式挡墙支挡周围土体，使边坡保持稳定。这种桩墙是依靠自重和刚度进行挡土和保护坑壁稳定的，一般不设支撑，或在特殊情况下局部加设支撑，具有良好的抗渗透性能(渗透系数≤10～7cm/s)，能防水防渗，起到挡土防渗的双重作用。水泥搅拌桩支护结构常应用于软粘土地区，开挖深度在6m左右的基坑工程。为提高水泥土墙的刚性，也有的在水泥土搅拌桩内插入H型钢，使其成为既能受力又能抗渗两种功能的支护结构围护墙，可用于较深(8～10m)的基坑支护，水泥掺入比为20%，这种桩称为劲性水泥土搅拌桩。 1) 深层搅拌水泥土桩挡墙的施工要点 (1) 深层搅拌水泥土桩挡墙的施工机具应优先选用喷浆型双轴深层搅拌机械，在无深层搅拌机械设备时也可采用高压喷射注浆桩(又称旋喷桩)或粉体喷射桩(又称粉喷桩)代替。 (2) 深层搅拌机械在就位时应对中，最大偏差不得大于?20mm，并且调平机械的垂直度，偏差不得大于?1%桩长。深层搅拌单桩的施工应采用搅拌头上下各两次的搅拌工艺。输入水泥浆的水灰比不宜大于?0.5，泵送压力宜大于?0.3MPa，泵送流量应恒定。 (3) 水泥土桩挡墙应采取切割搭接法施工，应在前桩水泥土尚未固化时进行后续搭接桩施工。相邻桩的搭接长度不宜小于?200mm。相邻桩喷浆工艺的施工时间间隔不宜大于10h。施工开始和结束的头尾搭接处，应采取加强措施以消除搭接缝。 (4) 深层搅拌水泥土桩挡墙在施工前，应进行成桩工艺及水泥掺入量和水泥浆的配合比试验，以确定相应的水泥掺入比或水泥浆水灰比。 (5) 采用高压喷射注浆桩，在施工前应通过试喷试验，确定不同土层旋喷固结体的最小直径、高压喷射施工技术参数等。高压喷射注浆水泥的水灰比宜为1.0～1.5。 (6) 高压喷射注浆应按试喷确定的技术参数施工，切割搭接宽度对旋喷固结体不宜小于150mm；对摆喷固结体不宜小于150mm；对定喷固结体不宜小于200mm。 (7) 深层搅拌桩和高压喷射注浆桩，当设置插筋或H型钢时，桩身插筋应在桩顶搅拌或旋喷完成后及时进行，插入长度和露出长度等均应按计算和构造要求确定，H型钢靠自重下插至设计标高。 (8) 深层搅拌桩和高压喷射桩水泥土墙的桩位偏差不应大于?50mm，垂直度偏差不宜大于0.5%。 (9) 水泥土挡墙应有?28d?以上的龄期，当达到设计强度的要求时，方能进行基坑开挖。 (10) 水泥土墙的质量检验应在施工后一周内进行开挖检查或采用钻孔取芯等手段检查成桩质量，若不符合设计要求应及时调整施工工艺；水泥土墙应在设计开挖龄期内采用钻心法检测墙身的完整性，钻心数量不宜少于总桩数的2%，且不少于5根；并应根据设计要求取样进行单轴抗压强度试验。 2) 深层搅拌水泥土桩挡墙支护的特点 具有挡土挡水双重功能，坑内无支撑，便于机械化挖土作业；施工机具相对较简单，成桩速度快；使用材料单一，节省三材，造价较低。但这种重力式支护相对位移较大，不适宜用于深基坑。当基坑长度大时，要采用中间加墩、起拱等措施，以控制产生过大位移。它适用于淤泥、淤泥质土、粘土、粉质粘土、粉土、具有薄夹砂层的土、素填土等地基承载力特征值不大于150kPa的土层，可作为基坑截水及较浅基坑(不大于?6m)的支护工程。 2．非重力式支护结构 1) 型钢桩横挡板支护 型钢桩横挡板支护是沿挡土位置先设型钢桩到预定深度，然后边挖方边将挡土板塞进两型钢桩之间，从而组成型钢桩与挡土板复合而成的挡土壁，如图1-19所示。型钢桩多采用钢轨、工字钢、H型钢等，间距一般为1.0～1.5m，横向挡板采用厚30～80mm的松木板或厚75～100mm的预制混凝土板。 图1-19 型钢桩横挡板支护 1—型钢桩；2—横向挡土板；3—木楔 型钢桩施工可采用打入法，也可采用预先用螺栓钻或普通钻机在桩位处成孔后，再插入型钢桩的埋入法。在施工挖方之后应随即安设横向挡板，并在横向挡板与型钢桩之间用楔子打紧，使横挡板与土体紧密接触。 型钢桩结构简单，成本低，沉桩简单易行，噪声低，振动小，材料可回收重复使用，是最常见的一种较简单经济的支护方法。缺点是不能止水，易导致周边地基产生下沉。它适用于土质较好，地下水位较低，深度不是很大的一般粘性土、砂土基坑。 2) 挡土灌注桩支护 挡土灌注桩支护是在基坑周围用钻机钻孔，吊钢筋笼，现场灌注混凝土成桩，形成桩排作为挡土支护。桩的排列形式有间隔式、双排式和连续式等，如图1-20所示。间隔式是每隔一段距离设置一桩，成排设置，在顶部设连续梁连成整体共同工作。双排桩是将桩前后或呈梅花形，按两排布置，桩顶也设有连续梁或门式钢架，以提高抗弯刚度，减少位移。连续式是一桩连一桩，形成一道排状连续，在顶部也设有连续梁连成整体共同工作。 灌注桩的间距、桩径、桩长、埋置深度，根据基坑开挖深度、土质、地下水位高低以及承受的土压力计算确定。挡土桩间距一般为1～2m，桩直径为0.5～1.1m，埋深为基坑深的0.5～1.0倍。桩配筋根据侧向荷载计算而定，一般主筋直径为14～32mm；当为构造配筋时，每桩不少于8根，箍筋采用8mm，间距为100～200mm。灌注桩一般在基坑开挖前施工，成孔方法有机械开挖和人工开挖两种，后者用于桩径不小于0.8m的情况。 图1-20 挡土灌注桩支护 1—挡土灌注桩；2—连续梁(圈梁)；3—前排桩；4—后排桩 挡土灌注桩支护具有刚度较大，抗弯强度高，变形相对较小、安全感好、设备简单、施工方便、需要工作场地不大、噪声低、振动小、费用较低等优点。但前两种支护止水性差，这种支护桩不能回收利用。它适用于粘性土、开挖面积较大、较深(大于6m)的基坑以及在不允许邻近建筑物有较大下沉、位移时采用。一般土质较好可用于悬臂7～10m的情况，若在顶部设拉杆，中间设锚杆则可用3～4层地下室开挖支护。 3) 排桩内支撑支护 对深度较大、面积不大，地基土质较差的基坑，为使维护排桩受力合理和受力后变形小，常在基坑内沿维护排桩(墙)竖向设置一定的支撑点组成内支撑式基坑支护体系，以减少排桩的无支长度，提高侧向刚度，减小变形。排桩内支撑支护的优点是受力合理、安全可靠、易于控制维护排桩墙的变形。但内支撑的设置给基坑内挖土和地下室结构的施工带来了不便，需要通过不断地换撑来加以克服。它适用于各种不宜设置锚杆的松软土层及软土地基支护。 排桩内支撑结构体系，一般有挡土结构和支撑结构组成，二者构成一体，共同抵挡外力作用。支撑结构一般由围檩(横挡)、水平支撑、八字撑和立柱等组成，如图1-21所示。围檩固定在排桩墙上，将排桩承受的侧压力传给纵、横支撑，支撑为受压构件，当长度超过一定限度时其稳定性降低，一般再在中间加设立柱，以承受支撑自重和施工荷载，立柱下端插入工程桩内，当其下无工程桩时再在其下设置专用灌注桩。 图1-21 内支撑支护 1—围檩；2—纵、横向水平支撑；3—立柱；4—工程桩或专设桩；5—围护排桩(或墙) 内支撑材料一般有钢支撑和钢筋混凝土两类。钢支撑常用的有钢管和型钢，前者多采用直径为609mm、580mm、406mm的钢管，后者多采用H型钢。钢支撑的优点是装卸方便、快速，能较快地发挥支撑作用，减小变形，并可回收重复使用，可以租赁，可施加顶紧力，控制围护墙变形发展。 4) 挡土灌注桩与深层搅拌水泥土桩组合支护 挡土灌注桩支护，一般采取每隔一段距离设置，缺乏阻水、抗渗功能，在地下水较大的基坑应用，会造成桩间土的大量流失，桩背土体被掏空，影响支护土体的稳定。为了提高挡土灌注桩的抗渗透功能，一般在挡土排桩的基础上，在桩间再加设水泥土桩，以形成一种挡土灌注桩与水泥土桩相互组合而成的支护体系，如图1-22所示。 其具体做法是：先在深基坑的内侧设置直径为0.6～1.0m的混凝土灌注桩，间距为1.2～1.5m；然后在紧靠混凝土灌注桩的内侧，与外桩相切设置直径为0.8～1.5m的高压喷射注浆桩，以旋喷水泥浆的方式使其形成一种具有一定强度的水泥土桩与混凝土灌注桩紧密结合，组成一道防渗帷幕。 这种方法的优点是既可挡土又可防渗透，施工比连续排桩支护快速，节省水泥钢材，造价较低。但其多一道施工高压喷射注浆桩程序，适用于土质条件差、地下水位较高、要求既挡土又挡水防渗的支护结构。 5) 钢板桩支护 钢板桩支护是用一种特制的型钢板桩，借打桩机沉入地下构成一道连续的板墙，作为深基坑开挖临时挡土、挡水的围护结构。由于这种支护需用大量的特制钢材，一次性投资较高，现已很少采用。 3．土层锚杆支护结构 土层锚杆又称土锚杆，它的一端插入土层中，另一端与挡土结构拉结，借助锚杆与土层的摩擦阻力产生的水平抗力抵挡土侧压力来维护挡土结构的稳定。土层锚杆的施工是在深基坑侧壁的土层钻孔至要求深度，或在扩大孔的端部形成柱状或球状扩大头，在孔内放入钢筋、钢管或钢丝束、钢绞线，灌入水泥浆或化学浆液，使之与土层结合成为抗拉力强的锚杆。在锚杆的端部通过横撑(钢横梁)借螺母连接或在张拉施加预应力将挡土结构受到的侧压力，通过拉杆传给稳定土层，以达到控制基坑支护的变形，保持基坑土体和坑外建筑物稳定的目的。 1) 土层锚杆的分类 土层锚杆的种类较多，有一般灌浆锚杆、扩孔灌浆锚杆、压力灌浆锚杆、预应力锚杆、重复灌浆锚杆、二次高压灌浆锚杆等多种，最常见的是前4种。 (1) 一般灌浆锚杆：用水泥砂浆(或水泥浆)灌入孔中，将拉杆锚固于地层内部，拉杆所承受的拉力通过锚固段传给周围地层中。 (2) 扩孔灌浆锚杆：一般土层锚杆的直径为90～130mm，若用特制的内部扩孔钻头扩大锚固段的钻孔直径，一般可将直径扩大3～5倍，或用炸药爆扩法扩大钻孔端头，均可提高锚杆的抗拔力。这种扩孔锚杆主要用于松软土层中。扩孔灌浆锚杆主要是利用扩孔部分的侧压力来抵抗拉拔力。 (3) 压力灌浆锚杆：它与一般锚杆不同的是灌浆时施加一定的压力，在压力下，水泥砂浆渗入孔壁四周的裂缝中，并在压力下固结，从而使锚杆具有较大的抗拔力。压力灌浆锚杆主要利用锚杆周围的摩擦阻力来抵抗拉拔力。 (4) 预应力锚杆：先对锚固段用快凝水泥砂浆进行一次压力灌浆，然后将锚杆与挡土结构相连接，施加预应力并锚固，最后在非锚固段进行不加压力的二次灌浆。这种锚杆往往用于穿过松软地层而锚固在稳定土层中，并使穿过的地层和砂浆都预加压力，在土压力的作用下，可以减少挡土结构的位移。 土层锚杆按使用时间又可分为永久性和临时性两类。土层锚杆根据支护深度和土质条件可设置一层或多层。当土质较好时，可采用单层锚杆；当基坑深度较大、土质较差时，单层锚杆不能完全保证挡土结构的稳定，需要设置多层锚杆。土层锚杆通常会和排桩支护结合起来使用，如图1-23所示。 图1-23 土层锚杆支护形式 1—土层锚杆；2—挡土灌注桩或地下连续墙；3—横梁(撑)；4—破碎岩土层 2) 土层锚杆的构造与布置 (1) 土层锚杆的构造。 土层锚杆由锚头、支护结构、拉杆、锚固体等部分组成，如图1-24所示。土层锚杆根据主动滑动面可分为自由段(非锚固段)和锚固段，如图1-25所示。 图1-24 土层锚杆的构造 图1-25 土层锚杆长度的划分 1—挡土灌注桩(支护)；2—支架；3—横梁； 4—台座；5—承压垫板；6—紧固器(螺母)； 7—拉杆；8—锚固体(水泥浆或水泥砂浆) 1—挡土灌注桩(支护)；2—锚杆头部；3—锚孔； 4—拉杆；5—锚固体；6—主动土压裂面； Lfa—非锚固段长度；Lc—锚固段长度；LA—锚杆长度 土层锚杆的自由段处于不稳定土层中，要使它与土层尽量脱离，一旦土层有滑动，它便可以伸缩，其作用是将锚头所承受的荷载传送到锚固段上去。锚固段处于稳定土层中，要使它与周围土层牢固结合，通过与土层的紧密接触，将锚杆所受荷载分布到周围的土层中去。锚固段是承载力的主要来源，锚杆锚头的位移主要取决于自由段。 锚头有台座、承压垫板和紧固器等组成，通过钢横梁及支架将来自支护的力牢固地传给拉杆，台座用钢板或C35混凝土做成，应有足够的强度。拉杆可用钢筋、钢管、钢丝束或钢绞线等制成，前两种使用较多，后者主要用于承载力很高的情况。锚固体是由水泥浆在压力下灌浆形成。 (2) 土层锚杆的布置。 土层锚杆的布置包括确定锚杆的尺寸、埋置深度、锚杆层数、锚杆的垂直间距和水平间距、锚杆的倾斜角度等。锚杆的尺寸、埋置深度应保证不使锚杆引起地面隆起和地面不出现地基的剪切破坏。 ① 为了不使锚杆引起地面隆起，最上层锚杆的上面要有必要的覆土厚度，即锚杆的向上垂直分力应小于上面的覆土重量。最上层锚杆一般需覆土厚度不小于4～5m；锚杆层数应通过计算确定，一般上下层间距为2.0～5.0m，水平间距为1.5～4.5m，或控制在锚固体直径的10倍。 ② 锚杆数应通过计算确定。锚杆间距应不小于2m，否则应考虑锚杆的相互影响，单根锚杆的承载能力应予以降低。 ③ 锚杆倾角的确定是锚杆设计中的重要问题。倾角的大小不但影响着锚杆的水平分力与垂直分力的比例，也影响着锚固长度与非锚固长度的划分，还影响整体稳定性，因此施工中应特别重视，同时对施工中是否方便也产生较大的影响。锚杆的倾角不宜小于12.5°，一般宜与水平成15°～25°倾斜角，且不应大于45°。 ④ 锚杆的尺寸。锚杆的长度应使锚固体置于滑动土层外的好土层内，通常长度为15～25m，其中锚固自由段的长度不宜小于5m，并应超过潜在滑裂面?1.5m，锚固段长度一般为5～7m，有效锚固长度不宜小于4m，在饱和软粘土中锚杆的固定段长度以20m左右为宜。 3) 土层锚杆的施工要点 土层锚杆施工一般先将支护结构施工完成，开挖基坑至土层锚杆标高，随挖随设置一层土层锚杆，逐层向下设置，直至完成。 (1) 施工程序。 ① 干作业法：施工准备→土方开挖→测量放线定位→移机就位→校正孔位调整角度→钻孔→接螺栓钻杆继续钻孔到预定深度→退螺旋钻杆→插放钢索→插入注浆管→灌水泥浆→养护→上锚头→预应力张拉→紧螺栓或顶紧楔片→锚杆工序完毕，继续挖土。 ② 湿作业法：施工准备→土方开挖→测量放线定位→钻机就位→接钻杆→校正孔位→调整角度→打开水源→钻孔→提出内钻杆→冲洗→钻至设计深度→反复提内钻杆、冲洗至孔内出清水→插钢筋→压力灌浆→养护→裸露主筋防锈→上横梁→安装锚具→张拉→锚头锁定。 (2) 成孔机具。 使用较多的有螺旋式钻孔机、气动冲击式钻孔机、旋转冲击式钻孔机、履带全行走全液压万能钻孔机，也可采用改装的普通地质钻孔机等。 (3) 成孔。 ① 螺旋钻孔干作业法。当土层锚杆处于地下水位以上，呈非浸水状态时，宜选用不护壁的螺旋钻孔干作业法来成孔。该法对粘土、粉质粘土、密实性和稳定性较好的砂土等土层都适用。该法的缺点是当孔洞较长时，孔洞易向上弯曲，导致土层锚杆在张拉时摩擦损失过大，影响以后锚固力的正常传递，其原因是钻孔时钻削下来的土屑沉积在钻杆下方，造成钻头上抬。 用螺旋钻孔干作业法成孔有两种施工方法：一种是钻孔与插入钢拉杆合为一道工序，钻孔时将钢拉杆插入空心的螺旋钻杆内，随着钻杆的深入，钢拉杆与螺旋钻杆一同达到设计规定的深度，然后边灌浆边退出钻杆，而钢拉杆锚固在钻孔内，这时的钢拉杆不能设置对中定位之架，需用较稠的浆体防止钢拉杆下沉；另一种是钻孔与安放钢拉杆分为两道工序，即钻孔后在螺旋钻杆退出孔洞后再插入钢拉杆。为加快钻孔施工，可采用平行作业法进行钻孔和插入钢拉杆，即钻机连续进行钻孔，后面紧接着进行安放钢拉杆和灌浆。 ② 压水钻进成孔法。压水钻进成孔法是土层锚杆施工应用较多的一种钻孔工艺，这种钻孔方式的优点是可以把钻孔过程中的钻进、出渣、固避、清孔等工序一次完成，可以防止塌孔、不留残土，软、硬土都能适用。钻机就位后，先调整钻杆的倾斜角度，在软粘土中钻孔，当不用套管钻进时，应在钻孔孔口处放入1～2m的护壁套管，以保证孔口处不坍塌。钻孔时冲洗液(压力水)从钻杆中心流向孔底，在一定水头压力(0.15～0.3MPa)下，水流携带钻削下来的土屑从钻杆与孔壁之间的缝隙处排出孔外。钻进时要不断地供水冲洗，而且要始终保持孔口的水位，待钻到规定深度(大于土层锚杆长0.5～1.5m)后，继续用压力水冲洗残留在孔里的土屑，直至水流不显浑浊为止。如果用水泥浆做冲洗液，可提高锚固力的150%，但成本很高，钻进中如果遇到流砂层，应适当地加快钻进速度，降低冲孔水压力，以保持孔内水头压力。对于杂填土层，应该设置护壁套管钻进。 ③ 潜钻成孔法。此法是利用风动冲击式潜孔冲击器成孔，这种工具原来是利用穿越地下电缆的，它长不足1m，直径为78～135mm，由压缩空气驱动，内部装有配气阀、气缸和活塞等机械。它是利用活塞的往复运动做定向冲击，使潜孔冲击器挤压土层向前钻进。此法宜用于孔隙率大、含水量较低的土层中。 (4) 安放拉杆和拉杆使用前要除锈和除油污。 孔口附近的拉杆钢筋应先涂一层防锈漆，并用两层沥青玻璃布包扎做好防锈层。成孔后即将长钢拉杆插入孔内，在拉杆表面设置定位器，间距在锚固段为2m左右，在非锚固段为4～5m。在插入拉杆时应将灌浆管与拉杆绑在一起同时插入孔内，放至距孔底50cm处。如果钻孔时使用套管，则在插入钢筋拉杆后将套管拔出。为了保证非锚固段拉杆可以自由伸长，可在锚固段与非锚固段之间设置堵浆器，或在非锚固段处不灌水泥浆，而填以干砂、碎石或低强度等级混凝土；或在每根拉杆的自由部分套一根空心塑料管；或在锚杆的全长度均灌水泥浆，但在非锚固段的拉杆上涂以润滑油脂以保证在该段自由变形和保证锚杆的承载能力不降低。在灌浆前将钻管口封闭，接上浆管，即可进行注浆，浇筑锚固体。 (5) 锚杆灌浆。 灌浆的作用：形成锚固段，将锚杆锚固在土层中；防止钢拉杆腐蚀；填充土层中的孔隙和裂缝。 锚杆灌浆材料多用水泥浆，也可采用水泥砂浆，砂用中砂并过筛，砂浆强度等级不宜低于M10。灌浆方法分为一次灌浆法和二次灌浆法两种。一次灌浆法是指用压浆泵将水泥浆经胶管压入拉杆管内，再由拉杆端注入锚孔，管端保持离底150mm。随着水泥浆的灌入，逐步将灌浆管向外拔出至孔口。待浆液回流至孔口时，用水泥袋纸等捣入孔内，再用湿粘土封堵孔口，并严密捣实，再以0.4～0.6MPa的压力进行补灌，稳压数分钟即完成。二次灌浆法是待第一次灌注的浆液初凝后，进行第二次灌浆。先灌注锚固段，在灌注的水泥浆具备一定的强度后，对锚固段进行张拉，然后再灌注非锚固段，可用低强度等级水泥浆不加压力进行灌注。 (6) 张拉与锚固。 土层锚杆灌浆后，待锚固体强度达到80%设计强度以上时，即可对锚杆进行张拉和锚固。张拉前先在支护结构上安装围檩，张拉用设备与预应力结构张拉所用的相同。预应力锚杆，要正确估算预应力损失。从我国目前的情况看，钢拉杆为变形钢筋，其端部加焊螺丝端杆，用螺母锚固；钢拉杆为光圆钢筋，可直接在其端部刻丝，用螺母锚固；如果用精轧钢纹钢筋，可直接用螺母锚固。张拉粗钢筋时一般采用千斤顶。钢拉杆为钢丝束，锚具多为墩头锚具，也用千斤顶张拉。 4．土钉墙支护结构 土钉墙支护是在开挖边坡表面铺钢筋网喷射细石混凝土，并每隔一定距离埋设土钉，使之与边坡土体形成复合体，共同工作，从而有效地提高边坡稳定的能力，增强土体破坏的延性，变土体荷载为支护结构的一部分，它与上述被动起挡土作用的维护墙不同，而是对土体起到嵌固作用，对土坡进行加固，增加边坡支护锚固力，使基坑开挖后保持稳定。土钉墙支护为一种边坡稳定式支护结构，适用于淤泥、淤泥质土、粘土、粉质粘土、粉土等地基，地下水位较低，当基坑开挖深度在2m以内时采用。 1) 土钉墙支护的构造 土钉墙支护通常与周围土体接触，以群体起作用，与周围土体形成一个组合体，在土体发生变形的条件下，通过与土体接触面上的粘结力或摩擦力，使土钉被动受拉，并主要通过受拉工作给土体以约束加固或使其稳定。土钉墙支护一般由土钉、支护面层和排水系统组成。 (1) 土钉。 ① 钻孔注浆钉。此种最常用，即先在土中成孔，置入变形钢筋，然后沿全长注浆填孔，这样整个土钉体由土钉钢筋和外裹的水泥砂浆(细石混凝土或水泥净浆)组成。 ② 击入钉。击入钉用角钢、圆钢或钢管作土钉，用振动冲击钻或液压锤击入。这种类型不需预先钻孔，施工极为快速，但不适用于砾石土、硬胶粘土和松散砂土。击入钉在密实砂土中的效果要优于粘性土。 ③ 注浆击入钉。它常用周围带孔的钢管，端部密闭，击入后从管内注浆并透过壁孔将浆体渗到周围土体。 ④ 高压喷射注浆击入钉。这种土钉中间有纵向小孔，利用高频冲击振动锤将土钉击入土中，同时以20MPa的压力，将水泥浆从土钉端部的小孔中射出，或通过焊于土钉上的一个薄壁钢管射出，水泥浆射流在土钉入土的过程中起到润滑作用，并且能透入周围土体，提高与土体之间的粘结力。 ⑤ 气动射击钉。它用高压气体作动力，在发射时气体压力作用于钉的扩大端，所以钉子在射入土体过程时受拉。钉径有25mm和38mm两种，每小时可击入15根
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