【正文】 高層建筑施工輔導(dǎo)材料： 第一章 深基坑施工 【內(nèi)容提要和學(xué)習(xí)指導(dǎo)】 . 基坑排水、降水方法 在土方開挖過程中，當(dāng)開挖底面標(biāo)高低于地下水位的基坑 (或溝槽 )時，由于土的含水層被切斷，地下水會不斷滲入坑內(nèi)。地下水的存在，非但土方開挖困難，費工費時，邊坡易于塌方，而且會導(dǎo)致地基被水浸泡，擾動地基土，造成工程竣工后建筑物的不均勻沉降，使建筑物開裂或破壞。因此，基坑槽開挖施工中，應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)和地下水文情況，采取有效地降低地下水位措施，使基坑開挖和施工達(dá)到無水狀態(tài)，以保證工程質(zhì)量和工程的順利進行。 基 坑、溝槽開挖時降低地下水位的方法很多，一般有設(shè)各種排水溝排水和用各種井點系統(tǒng)降低地下水位兩類方法，其中以設(shè)明 (暗 )溝、集水井排水為施工中應(yīng)用最為廣泛、簡單、經(jīng)濟的方法，各種井點主要應(yīng)用于大面積深基坑降水。 一、排水方法 集水坑排水的特點是設(shè)置集水坑和排水溝，根據(jù)工程的不同特點具體有以下幾種方法： 1．明溝與集水井排水 2．分層明溝排水 3．深層明溝排水。 4．暗溝排水 5．利用工程設(shè)施排水 二、排水機具的選用 基坑排水廣泛采用動力水泵，一般有機動、電動、真空及虹吸泵等。選 用水泵類型時，一般取水泵的排水量為基坑涌水量的 — 2 倍。當(dāng)基坑涌水量 Q20m3／ h，可用隔膜式泵或潛水電泵；當(dāng) Q 在 2060m3／ h，可用隔膜式或離心式水泵，或潛水電泵；當(dāng) Q60 m3／ h，多用離心式水泵。隔膜式水泵排水量小，但可排除泥漿水，選擇時應(yīng)按水泵的技術(shù)性能選用。當(dāng)基坑涌水量很小，亦可采用人力提水桶、手搖泵或水龍車等將水排出。 . 井點降水法 在地下水位以下的含水豐富的土層中開挖大面積基坑時，采用一般的明溝排水方法，常會遇到大量地下涌水，難以排干；當(dāng)遇粉、細(xì)砂層時，還 會出現(xiàn)嚴(yán)重的翻漿、冒泥、流砂現(xiàn)象，不僅使基坑無法挖深，而且還會造成大量水土流失，使邊坡失穩(wěn)或附近地面出現(xiàn)塌陷，嚴(yán)重時還會影響鄰近建筑物的安全。當(dāng)遇有此種情況出現(xiàn)，一般應(yīng)采用人工降低地下水位的方法施工。人工降低地下水位，常用的為各種井點排水方法，它是在基坑開挖前，沿開挖基坑的四周、或一側(cè)、二側(cè)埋設(shè)一定數(shù)量深于坑底的井點濾水管或管井，以總管連接或直接與抽水設(shè)備連接從中抽水，使地下水位降落到基坑底 — 以下，以便在無水干燥的條件下開挖土方和進行基礎(chǔ)施工，不但可避免大量涌水、冒泥、翻漿，而且在粉細(xì)砂、粉土 地層中開挖基坑時，采用井點法降低地下水位，可防止流砂現(xiàn)象的發(fā)生；同時由于土中水分排除后，動水壓力減小或消除，大大提高了邊坡的穩(wěn)定性，邊坡可放陡，可減少土方開挖量；此外由于滲流向下，動水壓力加強重力，增加土顆粒間的壓力使坑底土層更為密實，改善了土的性質(zhì)；而且，井點降水可大大改善施工操作條件，提高工效加快工程進度。但井點降水設(shè)備一次性投資較高，運轉(zhuǎn)費用較大，施工中應(yīng)合理地布置和適當(dāng)?shù)匕才殴て?，以減少作業(yè)時間，降低排水費用。 井點降水方法的種類有：單層輕型井點、多層輕型井點、噴射井點、電滲井點、管井井點、深井井點 、無砂混凝土管井點以及小沉井井點等。可根據(jù)土的種類，透水層位置，厚度，土層的滲透系數(shù)，水的補給源，井點布置形式，要求降水深度，鄰近建筑、管線情況，工程特點，場地及設(shè)備條件以及施工技術(shù)水平等情況，作出技術(shù)經(jīng)濟和節(jié)能比較后確定，選用一種或兩種，或井點與明排綜合使用。表 1 為各種井點適用的土層滲透系數(shù)和降水深度情況?？晒┻x用參考。 表 1 各種井點的適用范圍 項次 井點類別 土層滲透系數(shù)（ m/d） 降低水位深度（ m） 1 單層輕型井點 — 50 36 2 多層輕型井點 — 50 612 3 噴射 井點 — 2 8— 20 4 電滲井點 根據(jù)選用的井點確定 5 管井井點 20200 3— 5 6 探井井點 525 15 注：無砂混凝土管井點、小沉井井點適用于土層滲透系數(shù) 10250m／ d，降水深度510m。 . 邊坡穩(wěn)定 開挖基坑時，如條件允許可放坡開挖，與用支護結(jié)構(gòu)支擋后垂直開挖比較，在許多情況下放坡開挖比較經(jīng)濟。放坡開挖要正確確定土方邊坡，對深度 5m 以內(nèi)的基坑，土方邊坡的數(shù)值可從有關(guān)規(guī)范和文獻上查出，對深基坑的土方邊坡，有時則需通過邊坡穩(wěn)定驗算來確定，否 則處理不當(dāng)就會產(chǎn)生事故。我國在深基坑邊坡開挖方面發(fā)生過一些滑坡事故，有的雖然未滑坡，但產(chǎn)生了過大的變形，影響施工正常進行。對于有支護結(jié)構(gòu)的深基坑，在進行整體穩(wěn)定驗算時，亦要用到邊坡穩(wěn)定驗算的知識。 從理論上說，研究土體邊坡穩(wěn)定有兩類方法，一是利用彈性、塑性或彈塑性理論確定土體的應(yīng)力狀態(tài)，二是假定土體沿著一定的滑動面滑動而進行極限平衡分析。 第一類方法對于邊界條件比較復(fù)雜的土坡較難以得出精確解，國內(nèi)外許多人在這方面進行不少研究工作，也取得一些進展，近年來還可采用有限單元法，根據(jù)比較符合實際情況的彈塑性應(yīng)力應(yīng)變 關(guān)系，分析土坡的變形和穩(wěn)定，一般稱為極限分析法。 第二類方法是根據(jù)土體沿著假想滑動面上的極限平衡條件進行分析，一般稱為極限平衡法。在極限平衡法中，條分法由于能適應(yīng)復(fù)雜的幾何形狀、各種土質(zhì)和孔隙水壓力，因而成為最常用的方法。條分法有十幾種，其不同之處在于使問題靜定化所用的假設(shè)不同，以及求安全系數(shù)方程所用的方法不同。 高層建筑基坑工程的土方開挖，在設(shè)法解決了地下水和邊坡穩(wěn)定問題之后，還要解決土方如何開挖的問題，即選用什么方法、什么機械、如何組織施工等一系列問題。 在基坑土方 開挖之前，要進行詳細(xì)的施工準(zhǔn)備工作，在開挖施工過程中要考慮開挖方法和人工開挖和機械開挖的配合問題，開挖后還要考慮對一些特殊地基的地基處理問題。 基坑開挖的施工準(zhǔn)備工作一般包括以下幾方面內(nèi)容： 1．查勘現(xiàn)場，摸清工程實地情況。 2．按設(shè)計或施工要求標(biāo)高整平場地。 3．做好防洪排洪工作。 4．設(shè)置測量控制網(wǎng)。 5．設(shè)置就緒基坑施工用的臨時設(shè)施。 . 機械和人工開挖 在開挖施工過程中人工開挖和機械開挖的配合問題一般要遵循以下幾條原則和方法： 1．對 大型基坑土方，宜用機械開挖，基坑深在 5m 內(nèi)，宜用反鏟挖土機在停機面一次開挖，深 5m 以上宜分層開挖或開溝道用正鏟挖土機下入基坑分層開挖，或設(shè)置鋼棧橋，下層土方用抓斗挖土機在棧橋上開挖，基境內(nèi)配以小型推土機堆集土。對面積很大、很深的設(shè)備基礎(chǔ)基坑或高層建筑地下室深基坑，可采用多層同時開挖方法，土方用翻斗汽車運出。 2．為防止超挖和保持邊坡坡度正確，機械開挖至按近設(shè)計坑底標(biāo)高或邊坡邊界，應(yīng)預(yù)留 80~50cm 厚土層，用人工開挖和修坡。 3．人工挖土，一般采取分層分段均衡往下開挖，較深的坑 (槽 )，每挖 1m左右應(yīng)檢查邊線 和邊坡，隨時糾正偏差。 4．對有工藝要求，深入基巖面以下的基坑，應(yīng)用邊線控制爆破方法松爆后再挖，但應(yīng)控制不得震壞基巖面及邊坡。 5．如開挖的基坑 (槽 )深于鄰近建筑基礎(chǔ)時，開挖應(yīng)保持一定的距離和坡度，以免在施工時影響鄰近建筑基礎(chǔ)的穩(wěn)定。如不能滿足要求，應(yīng)采取在坡腳設(shè)擋墻或支撐進行加固處理。 6．挖土?xí)r注意檢查基坑底是否有古墓，洞穴，暗溝或裂隙、斷層 (對巖石地基 )存在，如發(fā)現(xiàn)跡象，應(yīng)及時匯報，并進行探查處理。 7．棄土應(yīng)及時運出，如需要臨時堆土，或留作回填土，堆土坡角至坑邊距離應(yīng)按挖坑深度，邊坡坡度和土的類別確 定，干燥密實土不小于 3m，松軟土不小于 5m。 8．基坑挖好后，應(yīng)對坑底進行抄平，修整。如挖坑時有小部分超挖，可用素土、灰土或礫石回填夯實至與地基土基本相同的密實度。 9．為防止坑底擾動，基坑挖好后應(yīng)盡量減少暴露時間，及時進行下一道工序的施工，如不能立即進行下一工序時，應(yīng)預(yù)留 15—30cm 厚覆蓋土層，待基礎(chǔ)施工時再挖去。 對于基坑開挖過程中或開挖后遇到特殊地基問題要進行地基局部處理，以下介紹了幾種特殊地基的局部處理方法。 一、 坑 (填土，淤泥，墓穴 )的處理 1 若松土坑在基槽中， 且較小時， 將坑中軟弱虛土挖除，使坑底見天然土為止，然后采用與坑底的天然土壓塑性相近的土抖回填，當(dāng)天然土為砂土?xí)r，用砂或級配砂回填，天然土為較密實的粘性土，則用 3:7灰土分層夯實回填，天然土為中密可塑的粘性土或新近沉積粘性土，可用 1:9 或 2:8灰土分層夯實回填。 2 若松土境較大且超過基槽邊沿時，因各種條件限制，坑 (槽 )壁挖不到天然土層時，可將該范圍內(nèi)的基槽適當(dāng)加寬，用砂土或砂石回填時，基槽每邊均應(yīng)按 l1:h1=1:1坡度放寬，用 l:9 或 2:8 灰土回填時，基槽每邊均應(yīng)按 l1:h1=:1 坡度放寬，用3:7 灰土回填時，如坑的長度 2m，基槽可不放寬，但灰土與槽壁接觸處應(yīng)夯實。 3 若松土坑較大且長度超過 5m 時，將坑中軟弱土挖去，如坑底土質(zhì)與一般槽底土質(zhì)相同，可將基礎(chǔ)落深，做 1:2 踏步與兩端相接，每步不高于 50cm，長度不小子 100cm，如深度較大，用灰土分層回填夯實至坑 (槽 )底一平。 4 若松土坑較深，且大于槽寬或 時，槽底處理完后，還應(yīng)適當(dāng)考慮是否需要加強上部結(jié)構(gòu)的強度，常用的加強辦法是；在灰土基礎(chǔ)上 l～ 2 皮磚處（或混凝土基礎(chǔ) 內(nèi)）、防潮層下 1～ 2 皮磚處及首層頂板處各配置 3～ 4 根 φ8 ～ 12 鋼筋，跨過該松 土坑兩端各 1m。 5 對地下水位較高的松土坑，將坑 (槽 )中軟弱的松土挖去后，再用砂土或混凝土回填 二、 井或土井的處理 1 水井，在基礎(chǔ)附近將水位降低到可能限度，用中，粗砂及塊石，卵石或碎磚等夯填到地下水位以上 50cm．如有磚砌井圈時，應(yīng)將磚井圈拆除至坑（槽）底以下 1m 或更多些， 然后用素土或灰土分層夯實回填至基底 (或地坪底 )。 2 桔井在距基礎(chǔ)邊沿 5m 以內(nèi)，先用素土分層夯實，回填到地坪下 處，將井壁四周磚圈拆除或松軟部分挖去，然后用素土或灰土分層夯實回填。 3 枯井在基礎(chǔ)下，條形基礎(chǔ) 3B 或柱基 2B范圍 內(nèi)先用素土分層夯實，回填到基礎(chǔ)底下 2m 處，將井壁四周較軟部分挖去，有磚井圈時，將磚按規(guī)定拆除，熱后用素土或灰土分層夯實回 4 井在房屋轉(zhuǎn)角處，但基礎(chǔ)壓在井上部分不多時 除按以上辦法回填處理外，還應(yīng)對基礎(chǔ)加強處理，如在上部設(shè)鋼筋混凝土板跨越。當(dāng)影響不大時，可采用從基礎(chǔ)中挑梁的辦法。 5 井在房屋轉(zhuǎn)角處，且基礎(chǔ)壓在井上部分較多用挑梁的辦法較困難或不經(jīng)濟時，則可將基礎(chǔ)沿墻長方向向外延長出去，使延長部分落在天然土上，并使落在天然土上的基礎(chǔ)總面積，不小于井圈范圍內(nèi)原有基礎(chǔ)的面積，同時在墻內(nèi)適當(dāng)配筋或用鋼筋混凝土梁加 。 6 井巳淤填，但不密實可用大塊石將下面軟土擠緊，再用上述辦法回填處理，若井內(nèi)不能夯填密實時，則可在井磚圈上加鋼筋混凝土蓋封口，上部再回填處。 三、 局部軟硬 (高差 )地基的處理 1 若基礎(chǔ)下局部遇基巖、舊墻基、老灰土、大塊石或構(gòu)筑物 盡可能挖除，以防建筑物由于局部落于較硬物上造成不均勻沉降而建筑物開裂，或?qū)杂参镨徣?30～ 50cm深，再回填土砂混合物夯實。 2 若基礎(chǔ)部分落于基巖或硬土層上，部分落于軟弱土層上。 采取在軟土層上作混凝土或砌塊石支承墻 (或支墩 )，或現(xiàn)場灌注樁直至基巖?；A(chǔ)底板配適當(dāng)鋼筋，或?qū)⒒?礎(chǔ)以下基巖鑿去 30～ 50cm 深，填以中、粗砂或土砂混合物作墊層，使能調(diào)整巖土交界部位地基的相對變形，避免應(yīng)力集中出現(xiàn)裂縫，或采取加強基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)的剛度、來克服地基的不均勻變形。 3 若基礎(chǔ)落于高差較大的傾斜巖層上，部分基礎(chǔ)落于基巖上，部分基礎(chǔ)懸空。 則應(yīng)在較低部分基巖上作混凝土或砌塊石支承墻 (墩 )，中間用素土分層夯實回填，或?qū)⑤^高部分巖層鑿去、使基礎(chǔ)底板落在同一標(biāo)高上，或在較低部分基巖上用低標(biāo)號混凝土或毛石混凝土填充。 四、 橡皮土，古河、古湖泊的處理 1 橡皮土處理：地基局部含水量很大趨近于飽和，夯拍后使 地基土變成有顫動感覺的“橡皮土”。地基處理方法避免直接夯拍，可采用晾槽或摻石灰粉的辦法降低土的含水量。如已出現(xiàn)橡皮土，可鋪填一層碎磚或碎石將土擠緊，或?qū)㈩潉硬糠值耐镣诔?，填以砂土或級配砂石夯實? 2 天然古河、古湖泊處理 根據(jù)其成因，有年代久遠(yuǎn)經(jīng)過長期大氣降水及自然沉實，土質(zhì)較為均勻、密實，含水量 20%左右，含雜質(zhì)較少的古河、古湖泊。有年代近的土質(zhì)結(jié)構(gòu)較松散，含水量較大的、含較事碎塊，有有機物的古河、古湖泊對年代久遠(yuǎn)的古何，古湖泊，土的承載力不低于相接天然土的，可不處理．對年代近的古河、古湖泊則應(yīng)將松散含水 量大的土挖除，視情況用素土或灰土分層夯實，或采用加固地基的措施。 3 人工古河，古湖泊處理分老填土和薪填土，老填土為長期生括填積而成，內(nèi)含有磚瓦碎塊，草木灰等雜物，土質(zhì)較均