【正文】 第一講 土石方工程與樁基礎(chǔ)工程 【內(nèi)容提要】 本講的主要內(nèi)容包括：土方工程的準(zhǔn)備與輔助工作，機(jī)械化施工，爆破工程，預(yù)制樁、灌注樁施工，地基加固處理技術(shù)。 【重點(diǎn)、難點(diǎn)】 預(yù)制樁、灌注樁施工，地基加固處理技術(shù)。 【內(nèi)容講解】 土石方工程包括土 (或石 )的挖掘、運(yùn)輸和填筑等過程，以及排水、降低地下水和支護(hù)結(jié)構(gòu)等施工。在建筑工程中，最常見的土石方工程有：場(chǎng)地平整、基坑 (槽 )開挖、地坪填土、路基填筑及基坑回填土等。 一、土石方工程的準(zhǔn)備與輔助工作 土石方工程的準(zhǔn)備與輔助工作，除通常所說的 “ 三通一平 ”( 路通、水通、 電通、場(chǎng)地平整 )外，還包括降水與施工支護(hù)結(jié)構(gòu)等，是保證土石方工程順利進(jìn)行的重要條件。 (一 )土方邊坡與支護(hù)結(jié)構(gòu) 開挖基坑時(shí)，當(dāng)挖深不大，且敞露時(shí)間不長時(shí)，可直立壁開挖。當(dāng)挖深超過一定限度則需放坡開挖，邊坡坡度 (高：寬 )可做成直線形、折線形或踏步形，取決于土質(zhì)種類、開挖方法、挖土深度、施工工期、地下水水位、地面超載大小等，有參考數(shù)據(jù)供施工時(shí)采用。 式中 — 坡度系數(shù)， 施工中除了正確確定邊坡，還需進(jìn)行護(hù)坡，以防邊坡發(fā)生滑動(dòng)，特別要注意及時(shí)排除雨水、地面水，防止坡頂集中堆荷及振動(dòng)，必要時(shí)采用鋼絲網(wǎng)細(xì)石混凝土 (或砂漿 )護(hù)坡面層等措施。 當(dāng)挖土深度較大，放坡不經(jīng)濟(jì)或周圍附近有設(shè)施 (建筑物、地下管線、道路等 )不允許放坡時(shí)，如要保持直立土壁的穩(wěn)定，則需增設(shè)基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，起擋土、擋水作用，并保護(hù)周圍環(huán)境，減少對(duì)相鄰設(shè)施的不利影響。 根據(jù)工程特點(diǎn)、基坑周邊環(huán)境、開挖深度、工程地質(zhì)與水文地質(zhì)、施工作業(yè)設(shè)備和施 工季節(jié)等條件，基坑支護(hù)可選用排樁、地下連續(xù)墻、水泥土墻、逆作拱墻、土釘墻原狀土放坡或上述型式的組合。支護(hù)結(jié)構(gòu)選型適用條件見表 511 在地下水位高的地區(qū)開挖較深的基坑，如無能擋水的支護(hù)結(jié)構(gòu)，多數(shù)要降水。對(duì)軟土地區(qū)的深基 坑，即便設(shè)有擋水的支護(hù)結(jié)構(gòu)，基坑外的地下水不會(huì)流入基坑，但為了便于機(jī)械挖土，亦多需在挖土前進(jìn)行坑內(nèi)降水，同時(shí)降水后能提高被動(dòng)土壓力，有利于支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和減少變形。其中，井點(diǎn)降水是使用較多的地下水控制方法：在基坑開挖前，預(yù)先在基坑四周埋設(shè)一定數(shù)量下部帶濾管的井點(diǎn)管，在基坑開挖前和開挖過程中，利用真空設(shè)備不斷抽取地下水，使地下水位降至坑底以下，不使地下水在基坑開挖過程中流入坑內(nèi)。 井點(diǎn)降水一般有輕型井點(diǎn)、噴射井點(diǎn)、電滲井點(diǎn)、管井井點(diǎn)和深井井點(diǎn)等，根據(jù)土的滲透系數(shù)、降水深度、設(shè)備條件及經(jīng)濟(jì)比較等因素確定。井點(diǎn)管 為直徑 38～ 51mm、長 5～7m 的鋼管。濾管直徑常與井點(diǎn)管直徑相同，長度為 ～ .7m，管壁上鉆有直徑 12～ 19mm、呈星棋狀排列的濾孔，外面包以兩層孔徑不同的生絲布或塑料布濾網(wǎng)。 降水井宜在基坑外緣采用封閉式布置，井間距應(yīng)大于 15 倍井管直徑，在地下水補(bǔ)給方向應(yīng)適當(dāng)加密；當(dāng)基坑面積較大、開挖較深時(shí)，也可在基坑內(nèi)設(shè)置降水井。其深度應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)降水深度、含水層的埋藏分布和降水井的出水能力確定，設(shè)計(jì)降水深度在基坑范圍內(nèi)不宜小于基坑底面以下 。 井點(diǎn)降水的涌水量按水井理論計(jì)算。根據(jù)地下水有無壓力，水井分為無壓 井和承壓井。水井底部到達(dá)不透水層時(shí)稱完整井，否則稱為非完整井。所以水井共分四種，即無壓完整井、無壓非完整井、承壓完整井和承壓非完整井。各種井的涌水量計(jì)算公式不同，如：無壓完整井的當(dāng)基坑遠(yuǎn)離邊界時(shí)，其基坑涌水量計(jì)算公式為： 二、機(jī)械化施工 推土機(jī)操縱靈活、運(yùn)轉(zhuǎn)方便、所需工作面較小，多用于場(chǎng)地清理和平整、開挖深度不大的基坑、填平溝坑，以及配合鏟運(yùn)機(jī)工作。推運(yùn)距離宜在 100m 以內(nèi)，以運(yùn)距 50m 左右經(jīng)濟(jì)效果最好。鏟運(yùn)機(jī)可綜合完成挖土、運(yùn)土、卸土和平土的全部土方施工工序，分自行式鏟運(yùn)機(jī)和拖式鏟運(yùn)機(jī)兩種，目前多為油壓操縱。常用于大面積的場(chǎng)地平整、填筑堤壩和路基、在開闊地帶開挖長度大的大型基 坑。適用運(yùn)距為 600～ 1500m，當(dāng)運(yùn)距為 200～350m 時(shí)效率最高。 單斗挖土機(jī)目前多為液壓傳動(dòng)，分為正鏟、反鏟和抓鏟等，其行走裝置有履帶和輪胎式等。 正鏟挖土機(jī)適合開挖停機(jī)面以上的土方，需汽車配合運(yùn)土。反鏟挖土機(jī)用以挖掘停機(jī)面以下的土方，主要用于開挖基坑、溝槽等，亦需汽車配合運(yùn)土。抓鏟挖土機(jī)宜用于開挖溝槽、基坑和裝卸粒狀材料，于水下亦可抓土。 機(jī)械選擇主要取決于施工對(duì)象特點(diǎn)、地下水位高低和土壤含水量。 (一 )當(dāng)?shù)匦纹鸱淮?，坡度? 以內(nèi)，挖填平整土方的面積較大，土的含水量適當(dāng)，平均運(yùn)距短 (一般在 1km以內(nèi) )時(shí)，采用鏟運(yùn)機(jī)較為合適。如果土質(zhì)堅(jiān)硬或冬季凍土層厚度超過 10～ 15cm時(shí)，必須由其他機(jī)械輔助翻松再鏟運(yùn)。當(dāng)一般土的含水量大于 25％，或堅(jiān)硬的粘土含水量超過 30％時(shí)，鏟運(yùn)機(jī)要陷車，必須使水疏干后再施工。 (二 )地形起伏較大的丘陵地帶，一般挖土高度在 3m 以上，運(yùn)輸距離超過 1km，工程量較大且又集中時(shí)，一般可采用下述三種方式進(jìn)行挖土和運(yùn)土。 1)正鏟挖土機(jī)配合自卸汽車進(jìn)行施工，并在棄土區(qū)配備推土機(jī)平整土堆。 2)用推土機(jī)將土推入漏斗，并用自卸汽車在漏斗下承土并運(yùn)走。 3)用推土機(jī)預(yù)先把土推成一堆，用裝載機(jī) 把土裝到汽車上運(yùn)走，效率也很高。 (三 )開挖基坑時(shí)根據(jù)下述原則選擇機(jī)械 1．土的含水量較小，可結(jié)合運(yùn)距長短、挖掘深淺，分別采用推土機(jī)、鏟運(yùn)機(jī)或正鏟挖土機(jī)配合自卸汽車進(jìn)行施工。當(dāng)基坑深度在 1～ 2m，基坑不太長時(shí)可采用推土機(jī)；深度在2m 以內(nèi)的線狀基坑，宜由鏟運(yùn)機(jī)開挖；當(dāng)基坑較大，工程量集中時(shí)，可用正鏟挖土機(jī)挖土。 2．如地下水位較高、又沒有采用降水措施，或土質(zhì)松軟，可能造成正鏟挖土機(jī)陷車時(shí)，則采用反鏟、拉鏟或抓鏟挖土機(jī)配合自卸汽車較為合適，挖掘深度見有關(guān)機(jī)械的性能表。 3．移挖作填以及基坑和管溝的回填，運(yùn)距在 60～ 100m以內(nèi)時(shí)可用推土機(jī)。 上述各種機(jī)械的使用范圍都是相對(duì)的，選用機(jī)械時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況考慮。如果有多種機(jī)械可供選擇時(shí)，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選擇效率高、費(fèi)用低的機(jī)械進(jìn)行施工。 當(dāng)挖土機(jī)挖出的土方需用運(yùn)土車輛運(yùn)走時(shí)，挖土機(jī)的生產(chǎn)率不僅取決于本身的技術(shù)性能，而且還決定于所選的運(yùn)輸工具是否與之協(xié)調(diào)。 由技術(shù)性能，可按下式算出挖土機(jī)的生產(chǎn)率 P： 三、爆破工程 開挖 巖石多用爆破方法。此外，開挖凍土、清除障礙物和拆除舊有的建筑物和構(gòu)筑物以及近年來在拆除支護(hù)結(jié)構(gòu)的混凝土結(jié)構(gòu)支撐方面亦多用爆破。 爆破是利用炸藥爆炸時(shí)產(chǎn)生的極高的壓力和大量的熱來破壞周圍介質(zhì)。爆破施工費(fèi)用低、速度快，但有一定的危險(xiǎn)性，需謹(jǐn)慎地作好防護(hù)工作。爆破施工包括打孔、裝藥、填塞、引爆和清理。打孔多用風(fēng)鎬，藥孔布置由設(shè)計(jì)定。藥量由計(jì)算確定。要使炸藥發(fā)生爆炸，必須用起爆炸藥引爆。起爆方法有：火花起爆法、電池起爆法和導(dǎo)爆 (傳爆線 )法。前兩種方法用雷管引爆炸藥，后一種是用雷管引爆導(dǎo)爆索：由導(dǎo)爆索直接引爆炸藥。 拆除爆破又名 “ 控制爆破 ” ，是通過一定的技術(shù)措施，嚴(yán)格控制爆炸能量和爆破規(guī)模，使爆破的聲響、振動(dòng)、破壞區(qū)域以及破碎物的散坍范圍，控制在規(guī)定限度內(nèi)的一種爆破技術(shù)。它在城市和工廠的發(fā)展過程中，對(duì)已有房屋或構(gòu)筑物的磬建、拆除提供了安全有效的方法。拆除爆破需考慮的因素很多，包括爆破體的集合形狀和材質(zhì)，使用的炸藥、藥量、炮眼布置及裝藥方式，覆蓋物和防護(hù)措施及周圍環(huán)境等。其中炸藥及裝藥量是最主要的因素。拆除爆破所用的炸藥，要求爆速小但威力大；藥卷的臨界直徑小 (小于臨界直徑時(shí)，炸藥就不能傳爆 )以便使用微量炸藥。裝藥量的計(jì) 算根據(jù)炸藥的性能來確定。一般拆除爆破采取 “ 多鉆眼，少裝藥 ” 的辦法。 四、預(yù)制樁、灌注樁施工 按樁的施工方法，樁分為預(yù)制樁和灌注樁兩類 (一 )預(yù)制打人樁施工 預(yù)制樁常用的有混凝土方樁、預(yù)應(yīng)力混凝土管樁和鋼管樁。打入法是最常用的沉樁方法。 1．打樁設(shè)備 打樁設(shè)備主要是樁錘和樁架。 樁棰有落錘、蒸汽錘、柴油錘和液壓錘。目前應(yīng)用最多的是柴油錘。柴油錘是利用燃油爆炸推動(dòng)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)而錘擊打樁，活塞重量從幾百公斤到數(shù)噸。用錘擊沉樁，為防止樁受沖擊應(yīng)力過大而損壞，宜用重錘輕擊。如用輕錘重打，錘擊功大部分被樁身吸收，樁不易 打入，且樁頭易打碎。錘重與樁重應(yīng)有一定的比值，或控制錘擊應(yīng)力，以防把樁打壞。 樁架是支持樁身和樁棰，在沉樁過程中引導(dǎo)樁的方向，并使樁錘能沿著要求的方向沖擊的打樁設(shè)備。常用樁架有多能樁架和履帶式樁架，多用后者。履帶式樁架以履帶式起重機(jī)為底盤，增設(shè)了立柱和斜撐用以打樁。 2．打樁 打樁前應(yīng)做好下列準(zhǔn)備工作：清除妨礙施工的地上和地下的障礙物；平整施工場(chǎng)地；定位放線。 柱基軸線的定位點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在不受打樁影響的地點(diǎn)，打樁地區(qū)附近需設(shè)置不少于 2個(gè)的水準(zhǔn)點(diǎn)。在施工過程中可據(jù)此檢查樁位的偏差以及樁的入土深度。 打樁時(shí)應(yīng)注意下 列一些問題： (1)打樁順序 打樁順序應(yīng)根據(jù)地形、土質(zhì)和樁布置的密度決定。 由于樁對(duì)土體產(chǎn)生擠壓，打樁時(shí)先打人的樁常被后打入的樁推擠而發(fā)生水平位移，尤其是在滿堂打樁時(shí)，這種現(xiàn)象尤為突出。因此在樁的中心距小于 4倍樁的直徑時(shí)，應(yīng)擬定合理的打樁順序。當(dāng)逐排打設(shè)時(shí)，打樁的推進(jìn)方向應(yīng)逐排改變，以免土朝一個(gè)方向擠壓，導(dǎo)致土壤擠壓不均勻。并且對(duì)一排樁而言，必要時(shí)可采用間隔跳打的方式進(jìn)行。大面積打樁時(shí)，可從中間先打，逐漸向四周推進(jìn) (，若從四周向中間打設(shè)，則中間部分土壤受到擠壓，使樁難以打入。分段打設(shè)，可以減少對(duì)樁的擠動(dòng)，在 大面積打樁時(shí)較為適宜。 (2)打樁方法 在樁架就位后即可吊樁，垂直對(duì)準(zhǔn)樁位中心，緩緩放下插入土中，位置要準(zhǔn)確。在樁頂扣好樁帽或樁箍，使樁穩(wěn)定后，即可除去吊鉤，起錘輕壓并輕擊數(shù)錘，隨即觀察樁身與樁帽、樁棰等是否在同一軸線，接著可正常施打。在沉樁過程中，要經(jīng)常注意樁身有無位移和傾斜現(xiàn)象，如發(fā)現(xiàn)問題，應(yīng)及早糾正。為了防止擊碎樁頂，除用樁帽外，如樁頂不平，還需用麻袋或厚紙墊平，落錘高度不宜大于 1m。如用送樁法將樁頂打入土中時(shí)，樁與送樁的縱軸線應(yīng)盡量在同一直線上。拔出送樁后，樁孔應(yīng)及時(shí)回填。沉樁到接近設(shè)計(jì)要求時(shí)，即需 進(jìn)行觀察，看是否滿足貫入度或沉樁標(biāo)高的要求。如達(dá)到設(shè)計(jì)要求，即作好沉樁記錄，并將樁架移至新樁位施工。 (3)打樁的質(zhì)量控制 打樁的質(zhì)量視打入后的偏差是否在允許范圍之內(nèi)，最后貫入度與沉樁標(biāo)高是否滿足設(shè)計(jì)要求以及樁頂、樁身是否打壞而定。樁的垂直偏差應(yīng)控制在 1％之內(nèi)，平面位置的偏差，除上面蓋有基礎(chǔ)梁的樁和樁數(shù)為 1～ 2根或單排樁基中的樁外，一般為 1/2～ 1個(gè)樁的直徑或邊長。摩擦樁的入土深度控制，以標(biāo)高為主，而以貫入度作參考；端承樁的入土深度控制，以貫入度為主，而以標(biāo)高作參考。貫入度指最后貫入度，即最后 10 擊樁的平均人土深度。 (二 )灌注樁施工 由于具有施工時(shí)無振動(dòng)、無擠土、噪音小、宜于在城市建筑物密集地區(qū)使用等優(yōu)點(diǎn)，灌注樁在施工中得到較為廣泛的使用。根據(jù)成孔工藝的不同，灌注樁可以分為干作業(yè)成孔的灌注樁、泥漿護(hù)壁成孔的灌注樁、套管成孔的灌注樁等。 1．干作業(yè)成孔灌注樁 干作業(yè)成孔灌注樁適用于地下水位較低，無需護(hù)壁即可直接取土成孔的土質(zhì)，可采用螺旋鉆機(jī)成孔、洛陽鏟挖機(jī)和人工挖孔等成孔方式。 螺旋鉆機(jī)成孔灌注樁是利用動(dòng)力旋轉(zhuǎn)鉆桿，使鉆頭的螺旋葉片旋轉(zhuǎn)削土，土塊沿螺旋葉片上升排出孔外。施工時(shí)，要根據(jù)實(shí)際情況，確定相應(yīng)的鉆進(jìn)轉(zhuǎn) 速及鉆壓：在軟塑土層，含水量大時(shí)，可用疏紋葉片鉆桿，以便較快地鉆進(jìn)；在可塑或硬塑粘土中，或含水量較小的砂土中應(yīng)用密紋葉片鉆桿，緩慢地均勻地鉆進(jìn)。僉葉片螺旋鉆機(jī)成孔直徑一般為300～ 600mm，鉆孔深度 8～ 12m。 鋼筋籠應(yīng)一次綁扎完成，放入孔內(nèi)之后再次測(cè)量孔內(nèi)虛土厚度?；炷翍?yīng)隨澆隨振，每次澆筑高度不得大于 。 如成孔時(shí)發(fā)生塌孔，宜鉆至塌孔處以下 1～ 2m時(shí)，用低強(qiáng)度等級(jí)的混凝土填至塌孔以上lm 左右，待混凝土初凝后再繼續(xù)下鉆，鉆至設(shè)計(jì)深度，也可用 3： 7 的灰土夯實(shí)代替填筑混凝土。 2．泥漿護(hù)壁成孔灌注樁 泥漿護(hù)壁成孔是用泥漿保護(hù)孔壁，防止孔壁坍塌。通常在孔內(nèi)注入高塑性粘土或膨潤土和水拌合的泥漿，或者利用鉆削下來的粘性土與水混合形成泥漿保護(hù)孔壁。對(duì)不論地下水位高或低的土層皆適用，多用于含水量高的軟土地區(qū)。成孔機(jī)械有回轉(zhuǎn)鉆機(jī)、潛水鉆機(jī)、沖擊鉆等，其中以回轉(zhuǎn)鉆機(jī)最多。 回轉(zhuǎn)鉆機(jī)是由動(dòng)力裝置帶動(dòng)鉆機(jī)回轉(zhuǎn)裝置轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)有鉆頭的鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)，由鉆頭切削土壤。根據(jù)泥漿循環(huán)方式不同，分為正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)和反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)。 正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)成孔是由空心鉆桿內(nèi)部通人泥漿或高壓水，從鉆桿底部噴出，攜帶鉆下的土碴沿孔壁向上流動(dòng)，由孔口 將土碴帶出流入泥漿池。 反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)成孔是泥漿或清水由鉆桿與孔壁間的環(huán)狀間隙流入鉆孔，然后由吸泥泵等在鉆桿內(nèi)形成真空，使之?dāng)y帶鉆下的土碴由鉆桿內(nèi)腔返回地面而流向泥漿池。反循環(huán)工藝的泥漿上流的速度較高，能攜帶較大的土碴。鉆進(jìn)過程中，如發(fā)現(xiàn)排出的泥漿中不斷出現(xiàn)氣泡，或泥漿突然漏失，表示有孔壁坍陷跡象。其主要原因是土質(zhì)松散，泥漿護(hù)壁不好，護(hù)筒周圍未用粘土緊密填封以及護(hù)簡(jiǎn)內(nèi)水位不高。鉆進(jìn)中如出現(xiàn)縮頸、孔壁坍陷時(shí)，首先應(yīng)保持孔內(nèi)水位并加大泥漿比重以穩(wěn)孔護(hù)壁。如孔壁坍陷嚴(yán)重，應(yīng)立即回填粘土，待孔壁穩(wěn)定后再鉆。鉆桿不垂 直、土層軟硬不勻或碰到孤石時(shí)，都會(huì)引起鉆孔偏斜。鉆孔偏斜時(shí)，可提起鉆頭，上下反復(fù)掃鉆幾次，以便削去硬土，如糾正無效，應(yīng)于孔中局部回填粘土至偏孔處 ，重新鉆進(jìn)。 3．套管成孔灌注樁 套管