工程施工技术讲义.ppt
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1、第一节 土石方工程施工一、土石方工程分类与施工特点土石方工程是建设工程施工的主要工程之一。包括土石方的开挖、运输、填筑、平整与压实等到主要施工过程,以及场地清理、测量放线、排水、降水、土壁支护等到准备工作和辅助工作。土木工程中常见的土石方工程有:场地平整、基坑(槽)与管沟开挖、路基开挖、人防工程开挖、地坪填土、路基填筑以及基坑回填等。,(一)土石方工程分类1场地平整(挖填土方厚度在300mm以内及找平)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。场地平整前必须确定场地设计标高(一般在设计文件中规定),计算挖方和填方的工程量,确定挖方、填方的平衡调配,选择土方施工机械,
2、拟定施工方案。,2基坑(槽)开挖沟槽:底宽3000mm以内,长大于宽3倍基坑:底面积20m2以内挖土方:底宽3000mm以外、底面积20m2以外、挖填土方厚度在300mm以外一般开挖深度在5m及其以内的称为浅基坑(槽),挖深超过5m的称为深基坑(槽)。,3基坑(槽)回填基础完成后的肥槽、房心需回填,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。填方应分层进行,并尽量采用同类土填筑。填土必须具有一定的密实度,以避免建筑物产生不均匀沉陷。,4地下工程大型土石开挖对人防工程、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。,基
3、坑(槽)支护开挖基坑(槽)时,如地质条件及周围环境许可,采用放坡开挖是较经济的。但在建筑稠密地区施工,或有地下水渗入基坑(槽)时,往往不可能按要求的坡度放坡开挖,这时就需要进行基坑(槽)支护,以保证施工的顺利和安全,并减少对相邻建筑、管线等的不利影响。,基坑(槽)支护结构的主要作用是支撑土壁,此外,钢板桩、混凝土板桩及水泥土搅拌桩等围护结构还兼有不同程度的隔水作用。基坑(槽)支护结构的形式有多种,根据受力状态可分为横撑式支撑、重力式支护结构、板桩式支护结构等,其中,板桩式支护结构又分为悬臂式和支撑式。,1横撑式支撑开挖较窄的沟槽,多用横撑式土壁支撑。横撑式土壁支撑根据挡土板的不同,分为水平挡土
4、板式以及垂直挡土板式两类。前者挡土板的布置又分间断式和连续式两种。湿度小的黏性土挖土深度小于3m时,可用间断式水平挡土板支撑;对松散、湿度大的土可用连续式水平挡土板支撑,挖土深度可达5m。对松散和湿度很高的土可用垂直挡土板式支撑,其挖土深度不限。挡土板、立柱及横撑的强度、变形及稳定等可根据实际布置情况进行结构计算。,间断式水平挡土板支撑 垂直挡土板支撑1水平挡土板;2立柱;3工具式横撑;4垂直挡土板;5横楞木;6调节螺丝 横撑式支撑,2重力式支护结构重力式支护结构是指主要通过加固基坑周边土形成一定厚度的重力式墙,以达到挡土的目的。水泥土搅拌桩(或称深层搅拌桩)支护结构是近年来发展起来的一种重力
5、式支护结构。它是通过搅拌桩机将水泥与土进行搅拌,形成柱状的水泥加固土(搅拌桩)。这种支护墙具有防渗和挡土的双重功能。由水泥土搅拌桩搭接而形成水泥土墙,它既具有挡土作用,又兼有隔水作用。它适用于46m深的基坑,最深可达78m。,(a)定位(b)预埋下沉(c)提升喷浆搅拌(d)重复下沉搅拌(e)重复提升搅拌(f)成桩结束“一次喷浆、二次搅拌”施工流程,3板式支护结构板式支护结构由两大系统组成:挡墙系统和支撑(或拉锚)系统。悬臂式板桩支护结构则不设支撑(或拉锚)。,1板桩墙;2围檩;3钢支撑;4斜撑;5拉锚;6土锚杆;7先施工的基础;8竖撑 板支护结构,挡墙系统常用的材料有槽钢、钢板桩、钢筋混凝土板
6、桩、灌注桩及地下连续墙等。支撑系统一般采用大型钢管、H型钢或格构式钢支撑,也可采用现浇钢筋混凝土支撑。拉锚系统材料一般用钢筋、钢索、型钢或土锚杆。根据基坑开挖的深度及挡墙系统的截面性能可设置一道或多道支点。基坑较浅,挡墙具有一定刚度时,可采用悬臂式挡墙而不设支撑点。支撑或拉锚与挡墙系统通过围檩、冠梁等连接成整体。,(二)降水与排水降水方法可分为重力降水(如积水井、明渠等)和强制降水(如轻型井点、深井泵、电渗井点等)。土石方工程中采用较多的是明排水法和轻型井点降水。,1明排水法施工 明排水法是在基坑开挖过程中,在坑底设置集水坑,并沿坑底周围或中央开挖排水沟,使水流入集水坑,然后用水泵抽走。抽出的
7、水应予引开,以防倒流。适应挖深小于3m 的基坑。明排水法由于设备简单和排水方便,采用较为普遍。,1排水沟;2集水坑;3水泵 明排水集水坑降水法,2井点降水施工井点降水是在基坑开挖之前,预先在基坑四周埋设一定数量的滤水管(井),利用抽水设备抽水,使地下水位降落到坑底以下,并在基坑开挖过程中仍不断抽水。这样,可使所挖的土始终保持干燥状态,也可防止流砂发生,土方边坡也可陡些,从而减少了挖方量。井点降水方法有:轻型井点、电渗井点、喷射井点、管井井点及深井井点等。,(1)轻型井点。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
8、井点管内不断抽出,使原有地下水位降至坑底以下。井点管是用直径38mm或51mm、长57m的钢管,管下端配有滤管。集水总管常用直径100127mm的钢管,每节长4m,一般每隔0.8m或1.2m设一个连接井点管的接头。抽水设备由真空泵、离心泵和水气分离器等组成。一套抽水设备能带动的总管长度,一般为100120m。,轻型井点降水示意,轻型井点布置:根据基坑平面的大小与深度、土质、地下水位高低与流向、降水深度要求,轻型井点可采用单排布置、双排布置以及环形布置;当土方施工机械需进出基坑时,也可采用U形布置,单排布置,双排布置,环形布置,U形布置,井点系统的安装顺序是:挖井点沟槽、铺设集水总管;冲孔,沉设
9、井点管,灌填砂滤料;弯联管将井点管与集水总管连接;安装抽水设备;试抽。井点管沉设一般可按现场条件及土层情况选用下列方法:用冲水管冲孔后,沉设井点管;直接利用井点管水冲下沉;套管式冲枪水冲法或振动水冲法成孔后沉设井点管。,(a)冲孔(b)沉管1冲管2冲嘴3胶皮管4高压水泵5压力表6起重机吊钩7井点管8滤管9填砂10黏土封口 井点管的埋设,(2)喷射井点:当降水深度超过8m时,宜采用喷射井点,降水深度可达820m。喷射井点的平面布置:当基坑宽度小于等于l0m时,井点可作单排布置;当大于l0m时,可作双排布置;当基坑面积较大时,宜采用环形布置。井点间距一般采用23m,每套喷射井点宜控制在2030根井
10、管。,喷射井点降水是在井点管内部装设特制的喷射器,用高压水泵或空气压缩机通过井点管中的内管向喷射器输入高压水(喷水井点)或压缩空气(喷气井点),形成水气射流,将地下水经井点外管与内管之间的间隙抽出排走。喷射井点根据其工作时使用的喷射介质的不同,分为喷水井点和喷气井点两种。主要设备由喷射井点、高压水泵(或空气压缩机)和管路系统组成。,1喷射井管:分内管和外管两部分,内管下端装有喷射器,并与滤管相接。喷射器由喷嘴、混合室、扩散室等组成。常用100mm、75mm喷射井点的主要技术性能见表115。2高压水泵 用6SH6型或150S78型高压水泵(流量为140150m3/h,扬程78m)或多级高压水泵(
11、流量5080m3/h,压力为0.70.8MPa)12台,每台可带动2530根喷射井点管。,3循环水箱 钢板制,尺寸为 2.5m1.45m1.2m4管路系统 包括进水、排水总管(直径150mm,每套长60m)、接头、阀门、水表、溢流管、调压管等管件、零件及仪表。,1一外管;2一内管;3一喷射器;4一扩散管;5一混合管;6一喷嘴;7一缩节管;8一连接座;,9一真空测定管;10一滤管芯管;11一滤管有孔套管;12一滤管外缠滤网及保护网;13一止回球阀;14一止回阀座;15一护套;16一沉泥管,施工操作工艺 1喷射井点管的布置、井点管的埋设方法和要求,与轻型井点基本相同。基坑面积较大时,采用环形布置;
12、基坑宽度小于10m时,采用单排线型布置;大于10m时作双排布置。喷射井管间距一般为23.5m;采用环形布置,进出口(道路)处的井点间距为57m。冲孔直径为400600mm,深度比滤管底深1m以上。,2施工工艺程序为:设置泵房、安装进排水总管水冲法或钻孔法成井安装喷射井点管、填滤料接通进水、排水总管,并与高压水泵或空气压缩机接通将各井点管的外管管口与排水管接通,并通到循环水箱启动高压水泵或空气压缩机抽取地下水用离心泵排除循环水箱中多余的水测量观测井中地下水位。,3安装前应对喷射井点管逐根冲洗,检查完好始可使用。井点管埋设直用套管冲枪(或钻机)成孔,加水及压缩空气排泥,当套管内含泥量经测定小于5时
13、,才下井管及灌砂,然后再将套管拔起。,4下井管时水泵应先开始运转,以使每下好一根井管,立即与总管接通(不接回水管)后及时进行单根试抽排泥,并测定真空度,待井管出水变清后为止,地面测定真空度不宜小于93.3kPa。全部井点管沉设完毕,再接通回水总管,全面试抽,然后让工作水循环进行正式工作。,5使用时开泵压力要小些(小于0.3MPa),以后再逐渐正常。抽水时如发现井管周围有泛砂冒水现象,应立即关闭井点管进行检修。工作水应保持清洁,试抽2d后应更换清水,以减轻工作水对喷嘴及水泵叶轮等的磨损,一般经7d左右即可稳定,开始挖土。,(3)管井井点。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
14、一台水泵不断抽水来降低地下水位。在土的渗透系数大、地下水量大的土层中,宜采用管井井点。管井直径为150250mm。管井的间距,一般为2050m。管井的深度为815m,井内水位降低,可达6l0m,两井中间则为35m。,(4)深井井点。当降水深度超过15m时,在管井井点内采用一般的潜水泵和离心泵满足不了降水要求时,可加大管井深度,改用深井泵即深井井点来解决。深井井点一般可降低水位3040m,有的甚至可达百米以上。常用的深井泵有两种类型:电动机在地面上的深井泵及深井潜水泵(沉没式深井泵)。,三、土石方工程机械化施工(一)推土机施工 推土机由拖拉机和推土铲刀组成,是一种自行式的挖土、运土工具。按铲刀的
15、操作方式分,推土机有索式和液压式。按推土机行走方式分,推土机有履带式和轮胎式。推土机的经济运距在100m以内,以3060m为最佳运距。推土机的特点是操作灵活、运输方便,所需工作面较小,行驶速度较快,易于转移。推土机可以单独使用,也可以卸下铲刀牵引其他无动力的土方机械,如拖式铲运机、松土机、羊足碾等。,(二)铲运机施工铲运机有拖式铲运机和自行式铲运机两种。拖式铲运机是由拖拉机牵引及操纵,自行式铲运机的行驶和工作,都靠本身的动力设备,不需要其他机械的牵引和操纵。铲运机的工作装置是铲斗,铲斗前方有一个能开启的斗门,铲斗前设有切土刀片。切土时,斗门打开,铲斗下降,刀片切人土中。铲运机前进时,被切下的土
16、挤人铲斗,铲斗装满土后,提起土斗,放下斗门,将土运至卸土地点。,铲运机的特点是能独立完成铲土、运土、卸土、填筑、压实等工作,对行驶道路要求较低,行驶速度快,操纵灵活,运转方便,生产效率高。常用于坡度在20以内的大面积场地平整,开挖大型基坑、沟槽,以及填筑路基等土方工程。铲运机可在类土中直接挖土、运土,适宜运距为6001500m,当运距为200350m时效率最高。,(三)单斗挖土机施工单斗挖土机是基坑(槽)土方开挖常用的一种机械。按其行走装置的不同,分为履带式和轮胎式两种;按其工作装置的不同,可以分为正铲、反铲、拉铲和抓铲四种;按其传动装置又可分为机械传动和液压传动两种。当场地起伏高差较大、土方
17、运输距离超过1000m,且工程量大而集中时,可采用挖土机挖土,配合自卸汽车运土,并在卸土区配备推土机平整土堆。,1正铲挖土机正铲挖土机的挖土特点是:前进向上,强制切土。其挖掘力大,生产率高,能开挖停机面以内的级土,开挖大型基坑时需设下坡道,适宜在土质较好、无地下水的地区工作。根据挖土机与运输工具的相对位置不同,正铲挖土和卸土的方式有以下两种:正向挖土、侧向卸土;正向挖土、后方卸土。,2反铲挖土机反铲挖土机的特点是:后退向下,强制切土。其挖掘力比正铲小,能开挖停机面以下的级的砂土或黏土,适宜开挖深度4m以内的基坑,对地下水位较高处也适用。反铲挖土机的开挖方式,可分为沟端开挖与沟侧开挖。,3拉铲挖
18、土机 拉铲挖土机的挖土特点是:后退向下,自重切土。其挖掘半径和挖土深度较大,能开挖停机面以下的级土,适宜开挖大型基坑及水下挖土。拉铲挖土机的开挖方式基本与反铲挖土机相似,也可分为沟端开挖和沟侧开挖,抓铲挖土机抓铲挖土机的挖土特点是:直上直下,自重切土。其挖掘力较小,只能开挖级土,可以挖掘独立基坑、沉井,特别适于水下挖土。,第二节 基础工程施工一、地基加固处理原因:1.强度和稳定性问题 2.均匀沉降问题3.水量损失 问题4.液化、失稳和震陷等 问题,处理方法:1.砂桩、碎石桩和水泥粉煤灰碎石桩碎石桩和砂桩合称为粗颗粒土桩,是指用振动、冲击或振动水冲等方式在软弱地基中成孔,再将碎石或砂挤压入孔,形
19、成大直径的由碎石或砂所构成的密实桩体,具有挤密、置换、排水、垫层和加筋等加固作用。,2.土桩和灰土桩由桩间挤密土和填夯的桩体组成的人工“复合地基”。适用于处理地下水位以上,深度515m的湿陷性黄土或人工填土地基。土桩主要适用于消除湿陷性黄土地基的湿陷性,灰土桩主要适用于提高人工填土地基的承载力。地下水位以下 或含水量超过25的土,不宜采用。土桩和灰土桩的施工方法是利用打入钢套管(或振动沉管)在地基中成孔、通过挤压作用,使地基上得到加密,然后在孔内分层填人素土(或灰土、粉煤灰加石灰)后夯实而成土桩或灰土桩。,3.深层搅拌法施工深层搅拌法是利用水泥、石灰等材料作为固化剂的主剂,通过特制的深层搅拌机
20、械,在地基深处就地将软土和固化剂(浆液或粉体)强制搅拌,利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理一化学反应,使软土硬结成具有整体性的并具有一定承载力的复合地基。用于深层搅拌的施工工艺目前有两种,一种是用水泥浆和地基土搅拌的水泥浆搅拌(简称旋喷桩),另一种是用水泥粉或石灰粉和地基土搅拌的粉体喷射搅拌(简称粉喷桩)。,二、桩基础施工桩基础是由若干根桩和桩顶的承台组成的一种常用的深基础。它具有承载能力大、抗震性能好、沉降量小等特点。分类:1.桩在土中受力情况不同,可分为端承桩和摩擦桩。,2.施工方法分:打桩、压桩、钻孔桩等。预制桩和灌注桩两大类。3.成孔方法分:钻孔、挖孔、冲孔灌注桩,沉管灌注桩和爆扩
21、桩等。3.桩身材料分:木桩、钢桩、钢筋混凝土桩。,(一)钢筋混凝土预制桩施工钢筋混凝土桩坚固耐久,不受地下水和潮湿变化的影响,可做成各种需要的断面和长度,而且能承受较大的荷载,在建筑工程中广泛应用。混凝土预制桩的沉桩方法有锤击法、静力压桩法、振动法和水冲法等。,打桩是利用桩锤的冲击克服土对桩的阻力,使桩沉到预定深度或达到持力层。打桩机具主要包括桩锤、桩架和动力装置三部分。确定打桩顺序:,静力压桩是利用压桩架的自重及附属设备(卷扬机及配重等)的重量,通过卷扬机的牵引,由钢丝绳滑轮及压梁将整个压桩架的重量传至桩顶,将桩逐节压入土中。由于打桩噪声大、振动大,在城市施工会带来公害。因此,当条件具备时,
22、在软土地基上,可利用静压力将预制桩压入土中。近年来,在我国沿海软土地基上较为广泛地采用。,4振动沉桩原理是借助固定于桩头上的振动箱所产生的振动力,以减小桩与土壤颗粒之间的摩擦力,使桩在自重与机械力的作用下沉入土中。振动沉桩主要适用于砂土、砂质黏土、亚黏土层,在含水砂层中的效果更为显著。但在砂砾层中采用此法时,尚需配以水冲法。振动沉桩法的优点是:设备构造简单,使用方便,效能高,所消耗的动力少,附属机具设备亦少。其缺点是适用范围较窄,不宜用于黏性土以及土层中夹有孤石的情况。,水冲法沉桩(射水沉桩)是锤击沉桩的一种辅助方法。利用高压水流经过桩侧面或空心桩内部的射水管冲击桩尖附近土层,便于锤击沉桩。一
23、般是边冲水边打桩,当沉桩至最后12m时停止冲水,用锤击至规定标高。水冲法适用于砂土和碎石土,有时对于特别长的预制桩,单靠锤击有一定困难时,亦可用水冲法辅助之。,(二)混凝土灌注桩施工 钻孔灌注桩钻孔灌注桩是使用钻孔机械钻孔,待孔深达到设计要求后进行清孔,放入钢筋笼,然后在孔内灌注混凝土而成桩。这是一种现场工业化的基础工程施工方法。所需机械设备有螺旋钻孔机、钻扩机或潜水钻孔机。,三、喷锚支护施工喷锚支护实际上可分为两大部分:一部分是喷混凝土;一部分是设置锚杆。在基础开挖后,将岩石表面清洗,然后立刻喷上一层厚38cm的混凝土,防止围岩过分松动。如果这层混凝土不足以支护围岩,则根据情况及时加设锚杆,
24、或再加厚混凝土的喷层。,喷混凝土的施工工艺喷混凝土的工艺过程一般由供料、供风和供水三个系统组成。喷混凝土的施工工序是:首先撬除危石,清洗岩面。喷完底层后,即可分层喷混凝土,每层厚度约38cm。每层喷完之后,应将回弹料、松散料加以消除,7d之内应进行正确的喷水养护。第一层喷完之后,常加设锚杆,必要时再挂钢筋网,然后再喷第二层以至第三层混凝土。,喷混凝土的方法有“干喷”、“湿喷”两种。干喷是将水泥、砂、小石等干料拌和好,装入喷射机中,用压缩空气通过输料管,把拌和物送到喷嘴处加上溶有速凝剂的水,喷射出去;湿喷是将水泥、砂、小石及水等拌和好,装入喷射机中,送到喷嘴处,在喷嘴处再加上溶入水的速凝剂喷射出
25、去。,锚杆与锚索按材料分:有金属锚杆和木锚杆;按受力情况分:有不加预应力锚杆和预应力锚杆;锚杆与锚索各有不同,锚杆一般都较短,不超过l0m,锚索则可以较长,如有的长达3040m;锚杆一般受力较小,每根锚杆几吨至十余吨,锚索受力则较大,一组锚索受力可达几十吨甚至上百吨。所有各种锚杆锚索均要求先钻孔,然后才能安设。锚杆的孔径较小,钻孔的费用较小,一般间距较小;锚索要求的孔径较大,可大到150mm,钻孔费用较大,一般间距较大。,土钉支护施工土钉支护,是新兴的挡土支护技术,最先用于隧道及治理滑坡,20世纪90年代在基础深基坑支护中应用。土钉支护工艺,可以先锚后喷,也可以先喷后锚。土钉支护的施工工艺流程
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