項目1　土方工程施工
　　
　　掌握土方工程施工的特點及性質(zhì)；能進行土方工程量計算；能正確選用土方施工機械；能根據(jù)土方工程施工條件選擇降排水方法；能正確選擇填方土料和填筑壓實的方法；能分析影響填土壓實的主要因素；掌握填土壓實質(zhì)量的檢查方法。 
　　
　　土方工程特點、可松性、施工準備、土方機械、回填壓實、土方開挖。
　　
　　某工程為框剪結(jié)構(gòu)，建筑面積為5360m2，地上18層，地下2層，基坑開挖深度14m。根據(jù)工程勘察報告，土層分為兩層：人工堆積層和第四紀沉積層。擬建場區(qū)內(nèi)有地下水，基坑南面場地較寬，東面、西面、北面均鄰近原有建筑物。
　　思考：基坑土方量如何計算？采用何種形式降水？基坑邊坡如何處理？如何選擇土方機械及開挖方式？
　　
1.1　土方工程基本知識
　　土方工程是建筑施工的主要分部工程之一，也是建筑工程施工過程中的第一道工序，通常包括場地平整，基坑(槽)及人防工程和地下建筑物等的土方開挖、運輸與堆砌，土方填筑與壓實等主要施工過程，以及降低地下水位和基坑支護等輔助工作。
1.1.1　土方工程的施工特點
　　1．土的開挖與填筑
　　土的開挖與填筑是土方工程的主要內(nèi)容，根據(jù)幾何特征的不同，又可以分成平整場地、挖基坑、挖基槽、挖土方、回填土等。
* 平整場地：是指厚度在300mm以內(nèi)的場地大面積的挖填和找平工作。
* 挖基坑：是指挖土底面積在20m2以內(nèi)，且底長小于等于3倍寬度。
* 挖基槽：是指挖土寬度在3m以內(nèi)，且長度大于等于3倍寬度。
* 挖土方：是指山坡挖土、基槽寬度大于3m、基坑底面積大于20m2、場地平整挖填厚度大于300mm等。
* 回填土：分為夯填和松填。
　　2．土方工程的施工特點
　　(1) 土石方工程的工程量大、施工工期長、勞動繁重。建筑工地場地平整的土方工程量可達數(shù)百立方米以上，施工面積可達數(shù)平方公里，高層建筑大型基坑的開挖深度可達數(shù)十米深。
　　(2) 土方工程施工條件復雜，又多為露天作業(yè)，受地區(qū)地形、水文、地質(zhì)和氣候條件的影響較大，難以確定的因素很多。因此在組織土方工程施工前必須進行調(diào)查研究，詳細地分析地質(zhì)報告，制定合理的施工方案，才可以施工。
1.1.2　土的工程種類及現(xiàn)場鑒別方法
　　土的種類繁多，其分類的方法也有很多。在建筑施工中，根據(jù)土的開挖難易(即硬度系數(shù)大小)程度將土分為松軟土、普通土、堅土、砂礫堅土、軟石、次堅石、堅石、特堅石等8類，前4類屬于一般土，后4類屬于堅石。土的8種分類方法及現(xiàn)場鑒別方法如表1-1所示。由于土的類別不同，單位工程消耗的人工或機械臺班也不同，因而施工費用不同，施工方法也不同。所以正確區(qū)分土的種類、類別對合理選擇開挖方法、準確套用定額和計算土方工程費用關(guān)系重大。
表1-1　土的工程分類與現(xiàn)場鑒別方法
土的分類
土的名稱
可松性系數(shù)
現(xiàn)場鑒別(開挖)方法


Ks
K′s

一類土(松軟土)
砂；亞砂土；沖擊砂土層；種植土；泥炭(淤泥)
1.08～1.17
1.01～1.03
能用鍬、鋤頭挖掘
二類土(普通土)
亞粘土；潮濕的黃土；夾有碎石；卵石的砂；種植土；建筑土及亞砂土
1.14～1.28
1.02～1.05
能用鍬、鋤頭挖掘，少許可用鎬翻松
三類土(堅土)
軟及中等密實粘土；重亞粘土；粗礫石；干黃土及含碎石、卵石的黃土、亞粘土；壓實的填筑土
1.24～1.30
1.04～1.07
主要用鎬，少許用鍬、鋤頭挖掘，部分用撬棍挖掘
四類土(砂礫堅土)
重粘土及含碎石、卵石的粘土；粗卵石；密實的黃土；天然級配砂石；軟泥灰?guī)r；蛋白石
1.26～1.30
1.06～1.09
整個用鎬、撬棍，然后用鍬挖掘，部分用楔子及大錘挖掘
五類土(軟石)
硬石炭紀粘土；中等密實的頁巖、泥灰?guī)r、白堊土；膠結(jié)不緊的礫巖；軟的石炭巖
1.30～1.45
1.10～1.20
用鎬或撬棍、大錘挖掘，部分使用爆破方法
六類土(次堅石)
泥巖；砂巖；礫巖；堅實的頁巖；泥灰?guī)r；密實的石灰?guī)r；風化花崗巖；片麻巖
1.30～1.45
1.10～1.20
用爆破的方法開挖，部分用風鎬續(xù)表
土的分類
土的名稱
可松性系數(shù)
現(xiàn)場鑒別(開挖)方法


Ks
K′s

七類土(堅石)
大理巖；輝綠巖；粗、中粒花崗巖；堅實的白云巖；礫巖；石灰?guī)r；玄武巖
1.30～1.45
1.10～1.20
用爆破的方法開挖
八類土(特堅石)
安山巖；玄武巖；花崗片麻巖；堅實的細粒花崗巖；閃長巖；石英巖；輝長巖；輝綠巖
1.45～1.50
1.20～1.30
用爆破的方法開挖
　　
1.1.3　土的工程性質(zhì)
　　土一般由土顆粒(固相)、水(液相)和空氣(氣相)3部分組成，這3部分之間的比例關(guān)系隨著周圍條件的變化而變化，三者之間比例不同，反映出土的物理狀態(tài)也不同，如干燥、稍濕或很濕；密實、稍密或松散。這些指標是最基本的物理性質(zhì)指標，對評價土的工程性質(zhì)、進行土的工程分類具有重要意義。
　　土的三相物質(zhì)是混合分布的，為闡述方便，一般用三相示意圖來表示(如圖1-1所示)，三相示意圖中把土的固體顆粒、水、空氣各自劃分開來。

圖1-1　土的三相示意
　　1．天然密度和干密度
　　土的質(zhì)量密度分為天然密度和干密度。土的天然密度是指土在天然狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量，又稱濕密度。通常用環(huán)刀法測定。一般粘土的密度為1800～2000kg/m3，砂土為1600～2000kg/m3。它影響土的承載力、土壓力及邊坡穩(wěn)定性。土的天然密度按下式計算，即
　　(1-1)
式中：m——土的總質(zhì)量(kg)；
　　　V——土的體積(m3)。
　　干密度是指土的固體顆粒質(zhì)量與總體積的比值，用下式表示，即
　　　　　　　　　　　(1-2)
式中：ms——土中固體顆粒的質(zhì)量(kg)。
　　土的干密度在一定程度上反映了土顆粒排列的緊密程度，干密度越大，土體就越密實。因而常將它作為填土壓實質(zhì)量的控制指標。干密度常用環(huán)刀法和烘干法測定。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參考值
土的種類
變動范圍

最佳含水量/%(質(zhì)量比)
最大干密度/(g/cm3)
砂土
粉土
亞砂土
亞粘土
重亞粘土
粉質(zhì)亞粘土
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．土的可松性與可松性系數(shù)
　　自然狀態(tài)下的土經(jīng)開挖后，其體積因松散而增加，雖然回填壓實仍不能完全恢復到原狀態(tài)土的體積，這種現(xiàn)象稱為土的可松性。土的可松性用可松性系數(shù)表示。
　　最初可松性系數(shù)為
　　　　　(1-3)
　　最終可松性系數(shù)為
　　　　　　　　　　　(1-4)
式中：Ks、——土的最初、最終可松性系數(shù)；
　　　V1——土在天然狀態(tài)下的體積(m3)；
　　　V2——土開挖后松散狀態(tài)下的體積(m3)；
　　　V3——土經(jīng)壓(夯)實后的體積(m3)。
　　土的可松性對土方的平衡調(diào)配、基坑開挖時的預留土量及運輸工具數(shù)量的計算均有直接影響。各類土的可松性系數(shù)見表1-1。
　　3．土的天然含水量
　　在天然狀態(tài)下，土中水的質(zhì)量與固體顆粒質(zhì)量之比的百分率稱為土的天然含水量，用W表示，即
　　　　　　　　(1-5)
式中：mw——土中水的質(zhì)量(kg)；
　　　ms——土中固體顆粒的質(zhì)量(kg)。
　　土的含水量反映土的干濕程度。它對挖土的難易程度、土方邊坡的穩(wěn)定性及填土壓實等均有直接影響。因此，在土方開挖時應該采取排水措施，在回填土時應使土的含水量處于最佳含水量的變化范圍之內(nèi)，如表?1-2所示。通常情況下，W≤5%的為干土，5%＜W≤30%的為潮濕土，W＞30%的為濕土。
　　4．土的孔隙比和孔隙率
　　孔隙比和孔隙率反映了土的密實程度，孔隙比和孔隙率越小，土體越密實。
　　孔隙比e是土的孔隙體積VV與固體體積Vs的比值，即
　　　　　　　　　(1-6)
　　孔隙率n是土的孔隙體積VV與總體積V的比值，用百分率表示，即
　　　　　　　　(1-7)
　　對于同一類土，孔隙比越大，孔隙體積就越大，從而使土的壓縮性和透水性都增大，土的強度降低。故工程上也常用孔隙比來判斷土的密實程度和工程性質(zhì)。
　　5．土的滲透性
　　土的滲透性也稱透水性，是指土體被水透過的性質(zhì)，通常用滲透系數(shù)K表示。滲透系數(shù)表示單位時間內(nèi)水穿透土層的能力，以m/d表示。根據(jù)滲透系數(shù)不同，土可分為透水性土(砂土)和不透水性土(粘土)。
　　滲透系數(shù)K反映出土透水性的強弱。它直接影響降水方案的選擇和涌水量的計算，可通過室內(nèi)滲透試驗或現(xiàn)場抽水試驗確定，一般土的滲透系數(shù)參考值如表1-3所示。
表1-3　土的滲透系數(shù)參考值
土的名稱
滲透系數(shù)K/(m/d)
土的名稱
滲透系數(shù)K/(m/d)
粘土
＜0.005
含粘土的中砂
3～15
粉質(zhì)粘土
0.005～0.1
粗砂
20～50
粉土
0.1～0.5
均質(zhì)粗砂
60～75
黃土
0.25～0.5
圓礫石
50～100
粉砂
0.5～1
卵石
100～500
細砂
1～5
漂石(無砂質(zhì)充填)
500～1000
中砂
5～20
稍有裂縫的巖石
20～60
均質(zhì)中砂
35～50
裂縫多的巖石
＞60
　　
　　

1.2　土方工程量的計算與調(diào)配
　　在場地平整、基坑與基槽開挖等土方工程施工中，都需要計算土方量。土方工程的外形往往很復雜，而且不規(guī)則，很難進行精確的計算。因此，在一般情況下，都是將工程區(qū)域劃分為一定的幾何形狀，并采用具有一定精確而又與實際情況近似的方法進行計算。
1.2.1　基坑、基槽土方量計算
　　基坑土方量可按立體幾何中的擬柱體(由兩個平行的平面做底的一種多面體)體積公式計算(如圖1-2所示)，即
　　　　　　　　　(1-8)
式中：H——基坑深度(m)；
　　　A1、A2——基坑上下兩底的底面積(m2)；
　　　A0——基坑中截面面積(m2)。

圖1-2　基坑土方量計算
　　基槽和路堤的土方量可以沿長度方向分段后，再用同樣的方法計算(如圖1-3所示)，即
　　　　　　　(1-9)
式中：Vi——i段的土方量(m3)；
　　　Li——i段的長度(m)。
　　將各段土方量相加，即得總土方量
　　　        ? (1-10)
式中：V1、V2、…、Vn——各分段的土方量
                      (m3)。
1.2.2　場地平整土方量計算
　　對于在地形起伏的山區(qū)、丘陵地帶修建較大的廠房、體育場、車站等占地廣闊工程的平整場地，主要是削凸填凹、移挖方作填方，將自然地面改造平整為場地設(shè)計要求的平面。
　　場地挖填土方量的計算有橫截面法(或斷面法)和方格網(wǎng)法兩種。橫截面法是將要計算的場地劃分成若干橫截面后，用橫截面計算公式逐段計算，最后將逐段計算的結(jié)果匯總。橫截面法計算精度較低，可用于地形起伏變化較大的地區(qū)。對于地形較平坦的地區(qū)，一般采用方格網(wǎng)法。
　　在地形起伏變化較大的地區(qū)，或挖填深度較大、斷面又不規(guī)則的地區(qū)，采用斷面法比較方便。該方法為：沿場地取若干個相互平行的斷面，將所取的每個斷面劃分為若干個三角形和梯形，如圖1-4所示。
　　斷面面積求出后，即可計算土方體積，設(shè)各斷面面積分別為F1、F2、…、Fn。
　　相鄰兩斷面間的距離依次為L1、L2、L3、…、，則所求土方體積為
　　　　　　　(1-11)

圖1-4　斷面法
　　建筑場地平整的平面位置和標高通常由設(shè)計單位在總平面的豎向設(shè)計中確定。場地平整通常是挖高填低。計算場地挖方量和填方量，首先要確定場地的設(shè)計標高，由設(shè)計平面的標高和地面的自然標高之差可以得到場地各角點的施工高度(即填、挖高度)，施工高度為角點設(shè)計地面標高與自然地面標高之差，是以角點設(shè)計標高為基準的挖方或填方的施工高度。由此可計算場地平整的挖方和填方的工程量。
　　1．場地設(shè)計標高的確定
　　場地設(shè)計標高是進行場地平整和土方量計算的依據(jù)，也是總平面圖規(guī)劃和豎向設(shè)計的依據(jù)。合理確定場地的設(shè)計標高，對減少土方量、加速工程速度都有重要的經(jīng)濟意義，如圖1-5所示。當場地設(shè)計標高為H0時，挖填方基本平衡，可將土方移挖作填、就地處理；當設(shè)計標高為H1時，填方大大超過挖方，則需從場外大量取土回填；當設(shè)計標高為H2時，挖方大大超過填方，則要向場外大量棄土。因此，在確定場地設(shè)計標高時，應結(jié)合現(xiàn)場的具體條件，反復進行技術(shù)經(jīng)濟比較，選擇其中的最優(yōu)方案。

圖1-5　場地不同設(shè)計標高的比較
　　在確定場地設(shè)計標高時，應考慮滿足生產(chǎn)工藝和運輸?shù)囊�求，充分利用地形，盡量使挖填方平衡，以減少土方量，要有一定的泄水坡度(≥2%)，使其能滿足排水要求，還要考慮最高洪水位的影響。
　　場地設(shè)計標高一般應在設(shè)計文件上規(guī)定，若設(shè)計文件對場地設(shè)計標高沒有規(guī)定，則可以按下述步驟來確定場地設(shè)計標高。
　　(1) 初步計算場地設(shè)計標高(H0)。初步計算場地設(shè)計標高的原則是場內(nèi)挖填方平衡，即場內(nèi)挖方總量等于填方總量(=)。
　�、� 在具有等高線的地形圖上將施工區(qū)域劃分為邊長a=10～40m的若干方格，如圖1-6所示。

圖1-6　計算場地設(shè)計標高的示意圖
　�、� 確定各小方格的角點高程。其方法是根據(jù)地形圖上相鄰兩等高線的高程，用插入法計算求得，當無地形圖或地形不平坦時，可以在地面用木樁打好方格網(wǎng)，然后用儀器測出方格網(wǎng)的角點標高。
　�、� 按挖填方平衡確定設(shè)計標高H0為
　　　　　　　　
　　即
　　　　　　　　　　　　　　　(1-12)
　　由圖1-6可知，H11是一個方格的角點標高，H12和H21均是兩個方格共用的角點標高，H22則是4個方格共用的角點標高，它們分別在式(1-12)中要加一次、兩次、四次。因此，式(1-12)可改寫為
　　　　　　　　　　(1-13)
式中：N——方格數(shù)目；
　　　H1——1個方格獨有的角點標高；
　　　H2——2個方格共有的角點標高；
　　　H3——3個方格共有的角點標高；
　　　H4——4個方格共有的角點標高。
　　(2) 調(diào)整場地設(shè)計標高。初步確定的場地設(shè)計標高僅為一理論值，實際上還需要考慮以下因素，對初步場地設(shè)計標高H0值進行調(diào)整。
　�、� 土的可松性影響。由于土具有可松性，會造成填土的多余，需要相應地提高設(shè)計標高。
　�、� 場內(nèi)挖方和填土的影響。由于場地內(nèi)大型基坑挖出的土方、修筑路堤提高的土方，以及從經(jīng)濟的角度比較將部分挖方就近棄于場外或?qū)⒉糠痔罘骄徒�取土于場外等，均會引起挖填土方量的變化，必要時需重新調(diào)整設(shè)計標高。
　�、� 考慮泄水坡度對設(shè)計標高的影響。按調(diào)整后的同一設(shè)計標高進行場地平整時，整個場地表面均處于同一水平面，但實際上由于排水的要求，場地需有一定的泄水坡度。平整場地的表面坡度應符合設(shè)計要求，如果無設(shè)計要求，則排水溝方向的坡度不應小于2%。因此，還需要根據(jù)場地泄水坡度的要求(單向泄水或雙向泄水)，計算出場地內(nèi)各方格角點實際施工所用的設(shè)計標高。
　　單向泄水時設(shè)計標高的計算：是以計算出的設(shè)計標高作為場地中心線的標高，如圖1-7所示，則場地內(nèi)任意一點的設(shè)計標高為
　　　　　　　　　　　　　　　(1-14)
式中：Hn——場地內(nèi)任意一點的設(shè)計標高；
　　　l——該點至場地中心線的距離；
　　　i——場地單向泄水坡度(不小于2%)。
　　雙向泄水時設(shè)計標高的計算：是以計算出的設(shè)計標高作為場地中心線的標高，如圖1-8所示，則場地內(nèi)任意一點的設(shè)計標高為
　　　　　　　　　　　　(1-15)
式中：Hn——場地內(nèi)任意一點的設(shè)計標高；
　　　lx，ly——該點至場地中心線x—x、y—y的距離；
　　　ix，iy——場地x—x、y—y方向的泄水坡度(不小于0.2%)。


圖1-7　單向泄水坡度場地
圖1-8　雙向泄水坡度場地
　　2．場地平整土方量的計算
　　大面積場地的土方量通常采用方格網(wǎng)法計算，即根據(jù)方格網(wǎng)的自然地面標高和實際采用的設(shè)計標高，計算出相應的角點填挖高度(即施工高度)，然后計算出每一方格的土方量，并算出場地邊坡的土方量，這樣便可得整個場地的填、挖土方總量。其計算步驟如下。
　　(1) 計算場地各方格角點的施工高度。
　　施工高度是設(shè)計地面標高與自然地面標高的差值，將各角點的施工高度填在方格網(wǎng)的右上角，設(shè)計標高和自然標高分別標注在方格網(wǎng)的右下角和左下角，角點編號填在左上角，如圖1-9所示。
　　各方格角點的施工高度按下式計算，即
　　　　　　　　　　　　　　　(1-16)
式中：hn——角點施工高度，即各角點的挖填高度，“+”為填，“-”為挖；
　　　Hn——角點的設(shè)計標高；
　　　H——角點的自然標高。
　　(2) 計算零點位置。
　　在一個方格網(wǎng)內(nèi)同時有填方或挖方時，要先算出方格網(wǎng)邊的零點位置。零點是指方格網(wǎng)邊線上不挖不填的點。把零點位置標注在方格網(wǎng)上，將各相鄰邊線上的零點連接起來，即為零線。零線是挖方區(qū)和填方區(qū)的分界線，求出零線后，場地的挖方區(qū)和填方區(qū)也隨之標出。一個場地內(nèi)的零線不是唯一的，有可能是一條，也可能是多條。當場地起伏較大時，零線可能出現(xiàn)多條。
　　零點的位置按下式計算，即
　　　　　　；　　　(1-17)
式中：x1、x2——角點至零點的距離；
　　　h1、h2——相鄰兩角點的施工高度，均用絕對值表示；
　　　a——方格網(wǎng)的邊長。
　　(3) 計算方格土方量。
　　按表1-4所列公式，計算每個方格內(nèi)的挖方或填方土方量。表1-4的公式是按各計算圖形底面積乘以平均施工高度而得出，即平均高度法。
表1-4　采用方格網(wǎng)點計算方式
項  目
圖  式
計算公式
一點填方或挖方
(三角形)
當b=c=a時，
　　
                                                                   續(xù)表    
項  目
圖  式
計算公式
二點填方或挖方
(梯形)


三點填方或挖方
(五角形)


四點填方或挖方
(正方形)


注：① a——方格網(wǎng)的邊長(m)；
     b、c——零點到一角的邊長(m)；
     h1、h2、h3、h4——方格網(wǎng)四角點的施工高程(m)，用絕對值代入；
　　——填方或挖方施工高度的總和(m)，用絕對值代入；
??????　　　　V——挖方或填方(m3)。
       ??② 本表公式是按各計算圖形底面積乘以平均施工高度而得出的。
　　
　　(4) 計算邊坡土方量。
　　如圖1-10所示是一場地邊坡的平面示意圖，從圖1-10中可以看出，邊坡的土方量可以劃分為兩種近似幾何形體計算，一種為三角棱錐體，另一種為三角棱柱體。計算如下。

圖1-10　場地邊坡平面圖
　�、� 三角棱錐體邊坡體積。
　　三角棱錐體邊坡體積(圖1-10中的①)的計算公式如下。
　　　　　　　　　　　　(1-18)
式中：l1——邊坡①的長度；
　　　A1——邊坡①的端面積，即
　　　　　　　　　　　　(1-19)
　　　h2——角點的施工高度；
　　　m——邊坡的坡度系數(shù)。
　�、� 三角棱柱體邊坡體積。
　　三角棱柱體邊坡體積(圖1-10中的④)計算公式如下。
　　　　　　　　　　　　　(1-20)
　　當兩端橫斷面面積相差很大的情況下，則
　　　　　　　　　　　　　(1-21)
式中：l4——邊坡④的長度；
　　　A1、A2、A0——邊坡兩端及中部的橫斷面面積，算法同上。
　　(5) 計算挖填土方總量。
　　將挖方區(qū)(或填方區(qū))所有方格的土方量和邊坡的土方量匯總，即得場地平整挖方或填方的工程量。
　　【例1-1】某建筑場地地形圖如圖1-11所示，方格邊長為20m×20m，場地設(shè)計泄水坡度：ix=0.3%，iy=0.2%。建筑設(shè)計、生產(chǎn)工藝和最高洪水位等方面均無特殊要求。試確定場地設(shè)計標高(不考慮土的可松性影響，如有余土，用以加寬邊坡)，并計算挖填土方量(不考慮邊坡土方量)。

圖1-11　某建筑場地地形圖和方格網(wǎng)布置
　　解：第一步：計算各方格角點的地面標高。
　　各方格角點的地面標高可根據(jù)地形圖上所標的等高線，假定兩等高線之間的地面坡度按直線變化，用插入法求得。如求角點4的地面標高，由圖1-12所示有
　　　　　　　　　　　　　
　　則　　　　，
　　為了避免煩瑣的計算，通常采用圖解法(如圖?1-13所示)。用一張透明紙，上面畫6條等距離的平行線。把該透明紙放到標有方格網(wǎng)的地形圖上，將6條平行線的最外面兩條分別對準A點和B點，這時6條等距的平行線將A、B之間的0.5m高差分成5等份，于是便可直接讀得角點4的地面標高H4=44.34m。其余各點標高均可用圖解法求出，如圖1-14所示。




圖1-12　插入法計算簡圖
圖1-13　插入法的圖解法
　　

圖1-14　方格網(wǎng)法計算土方工程量圖
　　第二步：計算場地設(shè)計標高。
　　=(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：計算方格角點的設(shè)計標高。
　　以場地中心角點8為H0，已知泄水坡度，各方格角點設(shè)計標高按式(1-15)計算。
　　　　　　　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)
　　其余各角點設(shè)計標高算法同上，見圖1-14。
　　第四步：計算角點的施工高度。
　　用式(1-16)計算各角點施工高度為
　　h1=43.63-43.24=+0.39(m)
　　h2=43.69-43.67=+0.02(m)
　　h3=43.75-43.94=?0.19(m)
　　其余各角點施工高度見圖1-14。
　　第五步：確定零線。
　　首先求零點，方格網(wǎng)邊線上零點位置由式(1-17)確定。
　��；　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。相鄰零點的連線即為零線。
　　第六步：計算土方量。
　　按表1-4所列公式計算土方量。方格1-1、1-3、1-4、2-1四角點全為挖方或填方，按正方形計算，其土方量為
　　
　　V2-1=+263m3；　V1-3=-117m3；　V1-4=-270m3
　　方格1-2、2-3各有兩個角點為挖方，兩個角點為填方，按梯形公式計算，其土方量為
　　
　　同理　　；　　
　　方格網(wǎng)2-2、2-4為一個角點挖方(或填方)，三個角點為填方(或挖方)，應分別按三角形和五邊形計算，其土方量為
　　
　　同理　��；　　
　　場地各方格土方量總計：挖方548.75m3；填方554.32m3。
1.2.3　土方平衡與調(diào)配
　　土方工程量計算完成后即可進行土方調(diào)配。所謂土方調(diào)配，就是指對挖方的土需運至何方、填方的土應取自何方進行統(tǒng)籌安排。其目的是在土方運輸量最小或土方運輸費最小的條件下，確定挖填方區(qū)土方的調(diào)配方向、數(shù)量及平均運距，從而縮短工期，降低成本。
　　土方調(diào)配工作主要包括以下內(nèi)容：劃分調(diào)配區(qū)、計算土方調(diào)配區(qū)之間的平均運距、選擇最優(yōu)的調(diào)配方案及繪制土方調(diào)配圖表。
　　1．土方平衡與調(diào)配的原則
　　(1) 應力求達到挖、填平衡和運距最短。使挖、填土方量與運距的乘積之和盡可能最小，即使土方運輸量或運費最少。
　　(2) 應考慮近期施工與后期利用相結(jié)合及分區(qū)與全場結(jié)合的原則，以避免重復挖運和場地混亂。
　　(3) 土方調(diào)配還應盡可能與大型地下建筑物的施工相結(jié)合。例如，當大型地下建筑物位于填方區(qū)時，應將部分填土區(qū)予以保留，待基礎(chǔ)施工完成后再進行回填。
　　(4) 合理布置挖、填方分區(qū)線，選擇恰當?shù)恼{(diào)配方向、運輸線路，以充分發(fā)揮挖方機械和運輸車輛的性能。
　　2．土方平衡與調(diào)配的步驟和方法
　　(1) 劃分調(diào)配區(qū)。在場地平面上先畫出挖、填方區(qū)的分界線，然后在挖、填方區(qū)適當?shù)貏澐殖鋈舾烧{(diào)配區(qū)。調(diào)配區(qū)的劃分應與建筑物的平面位置及土方工程量計算用的方格網(wǎng)相協(xié)調(diào)，通常可由若干個方格組成一個調(diào)配區(qū)，同時還應滿足土方及運輸機械的技術(shù)要求。
　　(2) 計算各調(diào)配區(qū)的土方量，并標明在調(diào)配圖上。
　　(3) 計算各挖、填方調(diào)配區(qū)之間的平均運距。平均運距是指挖方區(qū)與填方區(qū)之間的重心距離。取場地或方格網(wǎng)的縱橫兩邊為坐標軸，計算各調(diào)配區(qū)的重心位置。
　　，　　　　　(1-22)
式中：Vi——第i個方格的土方量；
　　　xi、yi——第i個方格的中心坐標。
　　為簡化計算，可假定每個方格上的土方都是均勻分布的，從而用圖解法求出形心位置以代替重心位置。
　　(4) 確定土方調(diào)配方案。以挖方區(qū)與填方區(qū)的土方調(diào)配保持平衡為原則，制定出土方調(diào)配的初始方案(通常采用“最小元素法”制定)，以初始調(diào)配方案為基礎(chǔ)，采用“表上作業(yè)法”可以求出在保持挖填平衡的條件下，使土方調(diào)配總運距最小的最優(yōu)方案。該方案是土方調(diào)配中最經(jīng)濟的方案，即土方調(diào)配的最優(yōu)方案。
　　(5) 繪制土方調(diào)配圖。經(jīng)土方調(diào)配最優(yōu)化求出最佳土方調(diào)配后，即可繪制土方調(diào)配圖以指導土方工程施工，如圖1-15所示。

圖1-15　土方調(diào)配圖
1.3　土方邊坡與土壁支撐
1.3.1　施工準備工作
　　在土方開挖前要做好下列主要準備工作。
　　1．學習與審查圖紙
　　施工單位在接到施工圖紙后，應組織各專業(yè)主要人員對圖紙進行學習及綜合審查。核對平面尺寸及坑底標高，各專業(yè)圖之間有無矛盾和差錯，熟悉地質(zhì)水文勘察資料，了解基礎(chǔ)形式、工程規(guī)模、結(jié)構(gòu)形式、特點、工程量和質(zhì)量要求，弄清地下管線、建筑物與地基的關(guān)系，進行圖紙會審，對發(fā)現(xiàn)的問題逐條予以解決。
　　2．清理場地
　　清理場地包括拆除施工內(nèi)的房屋、古墓，拆除或改建通信和電力設(shè)備、上下水管道及其他建筑物，遷移樹木，清除含有大量有機物的草皮、耕殖土、河塘淤泥等。
　　3．修建臨時設(shè)施與道路
　　施工現(xiàn)場所需的臨時設(shè)施主要包括生產(chǎn)性臨時設(shè)施和生活性臨時設(shè)施。生產(chǎn)性臨時設(shè)施主要包括混凝土攪拌站、各種作業(yè)棚、建筑材料堆場及倉庫等；生活性臨時設(shè)施主要包括宿舍、食堂、辦公室、廁所等。
　　開工前還應修筑好施工現(xiàn)場內(nèi)的臨時道路，同時做好現(xiàn)場供水、供電、供氣等設(shè)施。
1.3.2　土方邊坡及其穩(wěn)定
　　1．土方邊坡
　　土方邊坡的坡度是以高度H與底寬B之比表示的，即
　　土方邊坡的坡度=H/B=1/(B/H)=1∶m　　　　　　　　(1-23)
式中：m——邊坡系數(shù)。
　　土方開挖或填筑的邊坡可以做成直線形、折線形及階梯形(如圖1-16所示)。邊坡的大小與土質(zhì)、開挖深度、開挖方法、邊坡留置時間的長短、邊坡附近的震動和有無荷載、排水情況等有關(guān)。土方開挖設(shè)置邊坡是防止土方坍塌的有效途徑，邊坡的設(shè)置應符合下述要求。

圖1-16　土方開挖或填筑的邊坡
　　當?shù)刭|(zhì)條件良好、土質(zhì)均勻且地下水位低于基坑(槽)或管溝底面標高時，挖方邊坡可做成直立壁不加支撐，但不宜超過下列規(guī)定。
　　(1) 密實、中實的砂土和碎石類土(充填物為砂土)不超過1.0m。
　　(2) 硬塑、可塑的輕亞粘土不超過1.25m。
　　(3) 硬塑、可塑的粘土和碎石類土(充填物為粘性土)不超過1.5m。
　　(4) 堅硬的粘土不超過2.0m。
　　當挖方深度超過上述規(guī)定時，應考慮放坡或直立壁加支撐。當?shù)刭|(zhì)條件良好、土質(zhì)均勻且地下水位低于基坑(槽)或管溝底面標高時，挖方深度在5m以內(nèi)不加支撐邊坡的最陡坡度應符合表1-5的規(guī)定。
表1-5　深度在5m以內(nèi)基坑(槽)、管溝邊坡的最陡坡度(不加支撐) 
土的類別
邊坡坡度(高∶寬)

坡頂無荷載
坡頂有靜載
坡頂有動載
中密的砂土
1∶1.00
1∶1.25
1∶1.50
中密的碎石類土(充填物為砂土)
1∶0.75
1∶1.00
1∶1.25
硬塑的粉土
1∶0.67
1∶0.75
1∶1.00
中密的碎石類土(充填物為粘性土)
1∶0.50
1∶0.67
1∶0.75
硬塑的粉質(zhì)粘土、粘土
1∶0.33
1∶0.50
1∶0.67
老黃土
1∶0.10
1∶0.25
1∶0.33
軟土(經(jīng)井點降水后)
1∶1.00
—
—
　　注：靜載是指堆土或放材料等，動載是指機械挖土或汽車運輸作業(yè)等，靜載或動載距挖方邊緣的距離應保證邊坡和直立壁的穩(wěn)定，應距挖方邊緣0.8m以外，且高度不超過1.5m。
　　
　　
2．邊坡失穩(wěn)的原因
　　邊坡的失穩(wěn)一般是指土方邊坡在一定的范圍內(nèi)整體沿某一滑動面向下和向外移動而喪失其穩(wěn)定性。邊坡失穩(wěn)往往是在外界不利因素的影響下觸發(fā)和加劇的。這些外界不利因素往往導致土體剪應力的增加或抗剪強度的降低，使土體中剪應力大于土體的抗剪強度，從而造成滑動失穩(wěn)。
　　引起土體剪應力增加的主要因素有：坡頂堆物、行車；基坑邊坡太陡；開挖深度過大；雨水或地面水滲入土中，使土的含水量增加而造成的自重增加；地下水的滲流產(chǎn)生一定的動水壓力；土體豎向裂紋中的積水產(chǎn)生的側(cè)向靜水壓力等。
　　引起土體抗剪強度降低的主要因素有：土質(zhì)本身較差或因氣候影響而使土質(zhì)變軟；土體內(nèi)含水量增加而產(chǎn)生潤滑作用，飽和的細砂、粉砂受震動而液化等。
　　由于影響基坑邊坡穩(wěn)定的因素很多，在一般情況下，開挖深度較大的基坑應對土方邊坡做穩(wěn)定分析，即在給定的荷載作用下，土體抗剪切破壞應有一個足夠的安全系數(shù)，而且其變形不應超過某一容許值。
1.3.3　土壁支撐
　　在基坑(槽)或管溝開挖時，如果土質(zhì)或周圍場地條件允許，采用放坡開挖往往比較經(jīng)濟。但是在建筑物密集的地區(qū)施工，有時不允許按規(guī)定的坡度進行放坡，或在深基坑開挖時，放坡所增加的土方量過大，這就需要設(shè)置支撐或支護的施工方法來保證土方的穩(wěn)定，保證土方施工的順利進行和安全，減少對相鄰已有建筑物的不利影響。
　　1．橫撐式支撐
　　對寬度不大、深5m以內(nèi)的淺溝及槽(坑)，一般宜設(shè)置簡單的橫撐式支撐，其形式根據(jù)開挖深度、土質(zhì)條件、地下水位、施工時間長短、施工季節(jié)和當?shù)貧夂驐l件、施工方法與相鄰建(構(gòu))筑物的情況進行選擇。橫撐式支撐根據(jù)擋土板的不同，可分為水平擋土板和垂直擋土板兩類，水平擋土板的布置又分為間斷式、斷續(xù)式和連續(xù)式3種；垂直擋土板的布置分為斷續(xù)式和連續(xù)式兩種，如圖1-17所示。

圖1-17　橫撐式支撐
1—水平擋土板；2—橫撐木；3—木楔；4—豎楞木；5—垂直擋土板；6—橫楞木
　　
　　1) 間斷式水平支撐
　　支撐方法：兩側(cè)擋土板水平放置，用工具或橫撐木借木楔頂緊，挖一層土支頂一層。
　　適用條件：適于能保持立壁的干土或天然濕度的粘土類土，地下水很少，深度在2m以內(nèi)。
　　2) 斷續(xù)式水平支撐
　　支撐方法：擋土板水平放置，中間留出間隔，并在兩側(cè)同時對稱立豎楞木，再用工具或橫撐木上下頂緊。
　　適用條件：適于能保持直立壁的干土或天然濕度的粘土類土，地下水很少，深度為3m以內(nèi)。
　　3) 連續(xù)式水平支撐
　　支撐方法：擋土板水平連續(xù)放置，不留間隙，然后兩側(cè)同時對稱立豎楞木，上下各一根撐木，端頭加木楔頂緊。
　　適用條件：適于較松散的干土或天然濕度的粘土類土，地下水很少，深度為3～5m。
　　4) 連續(xù)式或斷續(xù)式垂直支撐
　　支撐方法：擋土板垂直放置，連續(xù)或留適當間隙，然后每側(cè)上下各水平頂一根楞木，再用橫撐頂緊。
　　適用條件：適于土質(zhì)較松散或濕度很高的土，地下水較少，深度不限。
　　在采用橫撐式支撐時應隨挖隨撐，支撐要牢固。施工中應經(jīng)常檢查，如果有松動、變形等現(xiàn)象，應及時加固或更換。支撐拆除應按回填順序依次進行，多層支撐應自下而上逐層拆除，且隨拆隨填。
　　2．其他支撐
　　對寬度較大、深度不大的淺基坑，其支撐(護)形式常用的有斜柱支撐、錨拉支撐、短樁橫隔板支撐和臨時擋土墻支撐等，如圖1-18所示。

圖1-18　其他支撐
1—柱狀；2—擋板；3—斜撐；4—短樁；5—回填土；6—拉桿；
7—橫隔板；8—編織袋或草袋裝土、砂或干砌、漿砌毛石
　　1) 斜柱支撐
　　支撐方法：水平擋土板釘在柱樁內(nèi)側(cè)，外側(cè)用斜撐支頂，斜撐底端支在木樁上，在擋土板內(nèi)側(cè)回填土。
　　適用條件：適于開挖較大型、深度不大的基坑或使用機械挖土時使用。
　　2) 錨拉支撐
　　支撐方法：水平擋土板支在柱樁內(nèi)側(cè)，柱樁一端打入土中，另一端用拉桿與錨樁錨緊，在擋土板內(nèi)側(cè)回填土。
　　適用條件：適于開挖較大型、深度不大的基坑或使用機械挖土，不能安設(shè)橫撐時使用。
　　3) 短樁橫隔板支撐
　　支撐方法：打入小短木樁，部分打入土中，部分露出地面，釘上水平擋土板，在背面填土夯實。
　　適用條件：適于開挖寬度大的基坑，部分地段下部放坡不夠時使用。
　　4) 臨時擋土墻支撐
　　支撐方法：沿坡腳用磚、石疊砌或用編織袋、草袋裝土、砂堆砌，使坡腳保持穩(wěn)定。
　　適用條件：適于開挖寬度大的基坑，當部分地段下部放坡不夠時使用。
1.3.4　深基坑支護結(jié)構(gòu)
　　深基坑支護方案的選擇應根據(jù)基坑周邊環(huán)境、土層結(jié)構(gòu)、工程地質(zhì)、水文情況、基坑形狀、開挖深度、施工擬采用的挖方或排水方法、施工作業(yè)的設(shè)備條件、安全等級和工期要求以及技術(shù)經(jīng)濟效果等因素加以綜合全面地考慮。深基坑支護雖是一種施工臨時性的輔助結(jié)構(gòu)物，但對保證工程順利進行和鄰近地基、已有建(構(gòu))筑物的安全影響極大。
　　1．重力式支護結(jié)構(gòu)
　　深基坑的各種支護可分為兩類，即重力式支護結(jié)構(gòu)和非重力式支護結(jié)構(gòu)。常用的重力式支護結(jié)構(gòu)是深層攪拌水泥土樁擋墻。其他如鋼板樁、鋼筋混凝土板樁、鉆孔灌注樁擋墻、H型鋼支柱擋墻和地下連續(xù)墻等皆屬于非重力式支護結(jié)構(gòu)。
　　深層攪拌水泥土樁擋墻是以深層攪拌機就地將邊坡土和壓入的水泥漿強力攪拌形成連續(xù)搭接的水泥土樁擋墻，水泥土與其包圍的天然土形成重力式擋墻支擋周圍土體，使邊坡保持穩(wěn)定。這種樁墻是依靠自重和剛度進行擋土和保護坑壁穩(wěn)定的，一般不設(shè)支撐，或在特殊情況下局部加設(shè)支撐，具有良好的抗?jié)B透性能(滲透系數(shù)≤10～7cm/s)，能防水防滲，起到擋土防滲的雙重作用。水泥攪拌樁支護結(jié)構(gòu)常應用于軟粘土地區(qū)，開挖深度在6m左右的基坑工程。為提高水泥土墻的剛性，也有的在水泥土攪拌樁內(nèi)插入H型鋼，使其成為既能受力又能抗?jié)B兩種功能的支護結(jié)構(gòu)圍護墻，可用于較深(8～10m)的基坑支護，水泥摻入比為20%，這種樁稱為勁性水泥土攪拌樁。
　　1) 深層攪拌水泥土樁擋墻的施工要點
　　(1) 深層攪拌水泥土樁擋墻的施工機具應優(yōu)先選用噴漿型雙軸深層攪拌機械，在無深層攪拌機械設(shè)備時也可采用高壓噴射注漿樁(又稱旋噴樁)或粉體噴射樁(又稱粉噴樁)代替。
　　(2) 深層攪拌機械在就位時應對中，最大偏差不得大于?20mm，并且調(diào)平機械的垂直度，偏差不得大于?1%樁長。深層攪拌單樁的施工應采用攪拌頭上下各兩次的攪拌工藝。輸入水泥漿的水灰比不宜大于?0.5，泵送壓力宜大于?0.3MPa，泵送流量應恒定。
　　(3) 水泥土樁擋墻應采取切割搭接法施工，應在前樁水泥土尚未固化時進行后續(xù)搭接樁施工。相鄰樁的搭接長度不宜小于?200mm。相鄰樁噴漿工藝的施工時間間隔不宜大于10h。施工開始和結(jié)束的頭尾搭接處，應采取加強措施以消除搭接縫。
　　(4) 深層攪拌水泥土樁擋墻在施工前，應進行成樁工藝及水泥摻入量和水泥漿的配合比試驗，以確定相應的水泥摻入比或水泥漿水灰比。
　　(5) 采用高壓噴射注漿樁，在施工前應通過試噴試驗，確定不同土層旋噴固結(jié)體的最小直徑、高壓噴射施工技術(shù)參數(shù)等。高壓噴射注漿水泥的水灰比宜為1.0～1.5。
　　(6) 高壓噴射注漿應按試噴確定的技術(shù)參數(shù)施工，切割搭接寬度對旋噴固結(jié)體不宜小于150mm；對擺噴固結(jié)體不宜小于150mm；對定噴固結(jié)體不宜小于200mm。
　　(7) 深層攪拌樁和高壓噴射注漿樁，當設(shè)置插筋或H型鋼時，樁身插筋應在樁頂攪拌或旋噴完成后及時進行，插入長度和露出長度等均應按計算和構(gòu)造要求確定，H型鋼靠自重下插至設(shè)計標高。
　　(8) 深層攪拌樁和高壓噴射樁水泥土墻的樁位偏差不應大于?50mm，垂直度偏差不宜大于0.5%。
　　(9) 水泥土擋墻應有?28d?以上的齡期，當達到設(shè)計強度的要求時，方能進行基坑開挖。
　　(10) 水泥土墻的質(zhì)量檢驗應在施工后一周內(nèi)進行開挖檢查或采用鉆孔取芯等手段檢查成樁質(zhì)量，若不符合設(shè)計要求應及時調(diào)整施工工藝；水泥土墻應在設(shè)計開挖齡期內(nèi)采用鉆心法檢測墻身的完整性，鉆心數(shù)量不宜少于總樁數(shù)的2%，且不少于5根；并應根據(jù)設(shè)計要求取樣進行單軸抗壓強度試驗。
　　2) 深層攪拌水泥土樁擋墻支護的特點
　　具有擋土擋水雙重功能，坑內(nèi)無支撐，便于機械化挖土作業(yè)；施工機具相對較簡單，成樁速度快；使用材料單一，節(jié)省三材，造價較低。但這種重力式支護相對位移較大，不適宜用于深基坑。當基坑長度大時，要采用中間加墩、起拱等措施，以控制產(chǎn)生過大位移。它適用于淤泥、淤泥質(zhì)土、粘土、粉質(zhì)粘土、粉土、具有薄夾砂層的土、素填土等地基承載力特征值不大于150kPa的土層，可作為基坑截水及較淺基坑(不大于?6m)的支護工程。
　　2．非重力式支護結(jié)構(gòu)
　　1) 型鋼樁橫擋板支護
　　型鋼樁橫擋板支護是沿擋土位置先設(shè)型鋼樁到預定深度，然后邊挖方邊將擋土板塞進兩型鋼樁之間，從而組成型鋼樁與擋土板復合而成的擋土壁，如圖1-19所示。型鋼樁多采用鋼軌、工字鋼、H型鋼等，間距一般為1.0～1.5m，橫向擋板采用厚30～80mm的松木板或厚75～100mm的預制混凝土板。

圖1-19　型鋼樁橫擋板支護
1—型鋼樁；2—橫向擋土板；3—木楔
　　
　　型鋼樁施工可采用打入法，也可采用預先用螺栓鉆或普通鉆機在樁位處成孔后，再插入型鋼樁的埋入法。在施工挖方之后應隨即安設(shè)橫向擋板，并在橫向擋板與型鋼樁之間用楔子打緊，使橫擋板與土體緊密接觸。
　　型鋼樁結(jié)構(gòu)簡單，成本低，沉樁簡單易行，噪聲低，振動小，材料可回收重復使用，是最常見的一種較簡單經(jīng)濟的支護方法。缺點是不能止水，易導致周邊地基產(chǎn)生下沉。它適用于土質(zhì)較好，地下水位較低，深度不是很大的一般粘性土、砂土基坑。 
　　2) 擋土灌注樁支護
　　擋土灌注樁支護是在基坑周圍用鉆機鉆孔，吊鋼筋籠，現(xiàn)場灌注混凝土成樁，形成樁排作為擋土支護。樁的排列形式有間隔式、雙排式和連續(xù)式等，如圖1-20所示。間隔式是每隔一段距離設(shè)置一樁，成排設(shè)置，在頂部設(shè)連續(xù)梁連成整體共同工作。雙排樁是將樁前后或呈梅花形，按兩排布置，樁頂也設(shè)有連續(xù)梁或門式鋼架，以提高抗彎剛度，減少位移。連續(xù)式是一樁連一樁，形成一道排狀連續(xù)，在頂部也設(shè)有連續(xù)梁連成整體共同工作。
　　灌注樁的間距、樁徑、樁長、埋置深度，根據(jù)基坑開挖深度、土質(zhì)、地下水位高低以及承受的土壓力計算確定。擋土樁間距一般為1～2m，樁直徑為0.5～1.1m，埋深為基坑深的0.5～1.0倍。樁配筋根據(jù)側(cè)向荷載計算而定，一般主筋直徑為14～32mm；當為構(gòu)造配筋時，每樁不少于8根，箍筋采用8mm，間距為100～200mm。灌注樁一般在基坑開挖前施工，成孔方法有機械開挖和人工開挖兩種，后者用于樁徑不小于0.8m的情況。

圖1-20　擋土灌注樁支護
1—擋土灌注樁；2—連續(xù)梁(圈梁)；3—前排樁；4—后排樁
　　
　　擋土灌注樁支護具有剛度較大，抗彎強度高，變形相對較小、安全感好、設(shè)備簡單、施工方便、需要工作場地不大、噪聲低、振動小、費用較低等優(yōu)點。但前兩種支護止水性差，這種支護樁不能回收利用。它適用于粘性土、開挖面積較大、較深(大于6m)的基坑以及在不允許鄰近建筑物有較大下沉、位移時采用。一般土質(zhì)較好可用于懸臂7～10m的情況，若在頂部設(shè)拉桿，中間設(shè)錨桿則可用3～4層地下室開挖支護。
　　3) 排樁內(nèi)支撐支護
　　對深度較大、面積不大，地基土質(zhì)較差的基坑，為使維護排樁受力合理和受力后變形小，常在基坑內(nèi)沿維護排樁(墻)豎向設(shè)置一定的支撐點組成內(nèi)支撐式基坑支護體系，以減少排樁的無支長度，提高側(cè)向剛度，減小變形。排樁內(nèi)支撐支護的優(yōu)點是受力合理、安全可靠、易于控制維護排樁墻的變形。但內(nèi)支撐的設(shè)置給基坑內(nèi)挖土和地下室結(jié)構(gòu)的施工帶來了不便，需要通過不斷地換撐來加以克服。它適用于各種不宜設(shè)置錨桿的松軟土層及軟土地基支護。
　　排樁內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)體系，一般有擋土結(jié)構(gòu)和支撐結(jié)構(gòu)組成，二者構(gòu)成一體，共同抵擋外力作用。支撐結(jié)構(gòu)一般由圍檁(橫擋)、水平支撐、八字撐和立柱等組成，如圖1-21所示。圍檁固定在排樁墻上，將排樁承受的側(cè)壓力傳給縱、橫支撐，支撐為受壓構(gòu)件，當長度超過一定限度時其穩(wěn)定性降低，一般再在中間加設(shè)立柱，以承受支撐自重和施工荷載，立柱下端插入工程樁內(nèi)，當其下無工程樁時再在其下設(shè)置專用灌注樁。

圖1-21　內(nèi)支撐支護
1—圍檁；2—縱、橫向水平支撐；3—立柱；4—工程樁或?qū)ＴO(shè)樁；5—圍護排樁(或墻)
　　
　　內(nèi)支撐材料一般有鋼支撐和鋼筋混凝土兩類。鋼支撐常用的有鋼管和型鋼，前者多采用直徑為609mm、580mm、406mm的鋼管，后者多采用H型鋼。鋼支撐的優(yōu)點是裝卸方便、快速，能較快地發(fā)揮支撐作用，減小變形，并可回收重復使用，可以租賃，可施加頂緊力，控制圍護墻變形發(fā)展。
　　4) 擋土灌注樁與深層攪拌水泥土樁組合支護
　　擋土灌注樁支護，一般采取每隔一段距離設(shè)置，缺乏阻水、抗?jié)B功能，在地下水較大的基坑應用，會造成樁間土的大量流失，樁背土體被掏空，影響支護土體的穩(wěn)定。為了提高擋土灌注樁的抗?jié)B透功能，一般在擋土排樁的基礎(chǔ)上，在樁間再加設(shè)水泥土樁，以形成一種擋土灌注樁與水泥土樁相互組合而成的支護體系，如圖1-22所示。
　　其具體做法是：先在深基坑的內(nèi)側(cè)設(shè)置直徑為0.6～1.0m的混凝土灌注樁，間距為1.2～1.5m；然后在緊靠混凝土灌注樁的內(nèi)側(cè)，與外樁相切設(shè)置直徑為0.8～1.5m的高壓噴射注漿樁，以旋噴水泥漿的方式使其形成一種具有一定強度的水泥土樁與混凝土灌注樁緊密結(jié)合，組成一道防滲帷幕。
　　這種方法的優(yōu)點是既可擋土又可防滲透，施工比連續(xù)排樁支護快速，節(jié)省水泥鋼材，造價較低。但其多一道施工高壓噴射注漿樁程序，適用于土質(zhì)條件差、地下水位較高、要求既擋土又擋水防滲的支護結(jié)構(gòu)。
　　5) 鋼板樁支護
　　鋼板樁支護是用一種特制的型鋼板樁，借打樁機沉入地下構(gòu)成一道連續(xù)的板墻，作為深基坑開挖臨時擋土、擋水的圍護結(jié)構(gòu)。由于這種支護需用大量的特制鋼材，一次性投資較高，現(xiàn)已很少采用。
　　3．土層錨桿支護結(jié)構(gòu)
　　土層錨桿又稱土錨桿，它的一端插入土層中，另一端與擋土結(jié)構(gòu)拉結(jié)，借助錨桿與土層的摩擦阻力產(chǎn)生的水平抗力抵擋土側(cè)壓力來維護擋土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。土層錨桿的施工是在深基坑側(cè)壁的土層鉆孔至要求深度，或在擴大孔的端部形成柱狀或球狀擴大頭，在孔內(nèi)放入鋼筋、鋼管或鋼絲束、鋼絞線，灌入水泥漿或化學漿液，使之與土層結(jié)合成為抗拉力強的錨桿。在錨桿的端部通過橫撐(鋼橫梁)借螺母連接或在張拉施加預應力將擋土結(jié)構(gòu)受到的側(cè)壓力，通過拉桿傳給穩(wěn)定土層，以達到控制基坑支護的變形，保持基坑土體和坑外建筑物穩(wěn)定的目的。
　　1) 土層錨桿的分類
　　土層錨桿的種類較多，有一般灌漿錨桿、擴孔灌漿錨桿、壓力灌漿錨桿、預應力錨桿、重復灌漿錨桿、二次高壓灌漿錨桿等多種，最常見的是前4種。
　　(1) 一般灌漿錨桿：用水泥砂漿(或水泥漿)灌入孔中，將拉桿錨固于地層內(nèi)部，拉桿所承受的拉力通過錨固段傳給周圍地層中。
　　(2) 擴孔灌漿錨桿：一般土層錨桿的直徑為90～130mm，若用特制的內(nèi)部擴孔鉆頭擴大錨固段的鉆孔直徑，一般可將直徑擴大3～5倍，或用炸藥爆擴法擴大鉆孔端頭，均可提高錨桿的抗拔力。這種擴孔錨桿主要用于松軟土層中。擴孔灌漿錨桿主要是利用擴孔部分的側(cè)壓力來抵抗拉拔力。
　　(3) 壓力灌漿錨桿：它與一般錨桿不同的是灌漿時施加一定的壓力，在壓力下，水泥砂漿滲入孔壁四周的裂縫中，并在壓力下固結(jié)，從而使錨桿具有較大的抗拔力。壓力灌漿錨桿主要利用錨桿周圍的摩擦阻力來抵抗拉拔力。
　　(4) 預應力錨桿：先對錨固段用快凝水泥砂漿進行一次壓力灌漿，然后將錨桿與擋土結(jié)構(gòu)相連接，施加預應力并錨固，最后在非錨固段進行不加壓力的二次灌漿。這種錨桿往往用于穿過松軟地層而錨固在穩(wěn)定土層中，并使穿過的地層和砂漿都預加壓力，在土壓力的作用下，可以減少擋土結(jié)構(gòu)的位移。
　　土層錨桿按使用時間又可分為永久性和臨時性兩類。土層錨桿根據(jù)支護深度和土質(zhì)條件可設(shè)置一層或多層。當土質(zhì)較好時，可采用單層錨桿；當基坑深度較大、土質(zhì)較差時，單層錨桿不能完全保證擋土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，需要設(shè)置多層錨桿。土層錨桿通常會和排樁支護結(jié)合起來使用，如圖1-23所示。

圖1-23　土層錨桿支護形式
1—土層錨桿；2—擋土灌注樁或地下連續(xù)墻；3—橫梁(撐)；4—破碎巖土層
　　
　　2) 土層錨桿的構(gòu)造與布置
　　(1) 土層錨桿的構(gòu)造。
　　土層錨桿由錨頭、支護結(jié)構(gòu)、拉桿、錨固體等部分組成，如圖1-24所示。土層錨桿根據(jù)主動滑動面可分為自由段(非錨固段)和錨固段，如圖1-25所示。
　　


圖1-24　土層錨桿的構(gòu)造
圖1-25　土層錨桿長度的劃分
1—擋土灌注樁(支護)；2—支架；3—橫梁；
4—臺座；5—承壓墊板；6—緊固器(螺母)；
7—拉桿；8—錨固體(水泥漿或水泥砂漿)
1—擋土灌注樁(支護)；2—錨桿頭部；3—錨孔；
4—拉桿；5—錨固體；6—主動土壓裂面；
Lfa—非錨固段長度；Lc—錨固段長度；LA—錨桿長度
　　
　　土層錨桿的自由段處于不穩(wěn)定土層中，要使它與土層盡量脫離，一旦土層有滑動，它便可以伸縮，其作用是將錨頭所承受的荷載傳送到錨固段上去。錨固段處于穩(wěn)定土層中，要使它與周圍土層牢固結(jié)合，通過與土層的緊密接觸，將錨桿所受荷載分布到周圍的土層中去。錨固段是承載力的主要來源，錨桿錨頭的位移主要取決于自由段。
　　錨頭有臺座、承壓墊板和緊固器等組成，通過鋼橫梁及支架將來自支護的力牢固地傳給拉桿，臺座用鋼板或C35混凝土做成，應有足夠的強度。拉桿可用鋼筋、鋼管、鋼絲束或鋼絞線等制成，前兩種使用較多，后者主要用于承載力很高的情況。錨固體是由水泥漿在壓力下灌漿形成。
　　(2) 土層錨桿的布置。
　　土層錨桿的布置包括確定錨桿的尺寸、埋置深度、錨桿層數(shù)、錨桿的垂直間距和水平間距、錨桿的傾斜角度等。錨桿的尺寸、埋置深度應保證不使錨桿引起地面隆起和地面不出現(xiàn)地基的剪切破壞。
　　① 為了不使錨桿引起地面隆起，最上層錨桿的上面要有必要的覆土厚度，即錨桿的向上垂直分力應小于上面的覆土重量。最上層錨桿一般需覆土厚度不小于4～5m；錨桿層數(shù)應通過計算確定，一般上下層間距為2.0～5.0m，水平間距為1.5～4.5m，或控制在錨固體直徑的10倍。
　　② 錨桿數(shù)應通過計算確定。錨桿間距應不小于2m，否則應考慮錨桿的相互影響，單根錨桿的承載能力應予以降低。
　�、� 錨桿傾角的確定是錨桿設(shè)計中的重要問題。傾角的大小不但影響著錨桿的水平分力與垂直分力的比例，也影響著錨固長度與非錨固長度的劃分，還影響整體穩(wěn)定性，因此施工中應特別重視，同時對施工中是否方便也產(chǎn)生較大的影響。錨桿的傾角不宜小于12.5°，一般宜與水平成15°～25°傾斜角，且不應大于45°。
　�、� 錨桿的尺寸。錨桿的長度應使錨固體置于滑動土層外的好土層內(nèi)，通常長度為15～25m，其中錨固自由段的長度不宜小于5m，并應超過潛在滑裂面?1.5m，錨固段長度一般為5～7m，有效錨固長度不宜小于4m，在飽和軟粘土中錨桿的固定段長度以20m左右為宜。
　　3) 土層錨桿的施工要點
　　土層錨桿施工一般先將支護結(jié)構(gòu)施工完成，開挖基坑至土層錨桿標高，隨挖隨設(shè)置一層土層錨桿，逐層向下設(shè)置，直至完成。
　　(1) 施工程序。
　　① 干作業(yè)法：施工準備→土方開挖→測量放線定位→移機就位→校正孔位調(diào)整角度→鉆孔→接螺栓鉆桿繼續(xù)鉆孔到預定深度→退螺旋鉆桿→插放鋼索→插入注漿管→灌水泥漿→養(yǎng)護→上錨頭→預應力張拉→緊螺栓或頂緊楔片→錨桿工序完畢，繼續(xù)挖土。
　�、� 濕作業(yè)法：施工準備→土方開挖→測量放線定位→鉆機就位→接鉆桿→校正孔位→調(diào)整角度→打開水源→鉆孔→提出內(nèi)鉆桿→沖洗→鉆至設(shè)計深度→反復提內(nèi)鉆桿、沖洗至孔內(nèi)出清水→插鋼筋→壓力灌漿→養(yǎng)護→裸露主筋防銹→上橫梁→安裝錨具→張拉→錨頭鎖定。
　　(2) 成孔機具。
　　使用較多的有螺旋式鉆孔機、氣動沖擊式鉆孔機、旋轉(zhuǎn)沖擊式鉆孔機、履帶全行走全液壓萬能鉆孔機，也可采用改裝的普通地質(zhì)鉆孔機等。
　　(3) 成孔。
　�、� 螺旋鉆孔干作業(yè)法。當土層錨桿處于地下水位以上，呈非浸水狀態(tài)時，宜選用不護壁的螺旋鉆孔干作業(yè)法來成孔。該法對粘土、粉質(zhì)粘土、密實性和穩(wěn)定性較好的砂土等土層都適用。該法的缺點是當孔洞較長時，孔洞易向上彎曲，導致土層錨桿在張拉時摩擦損失過大，影響以后錨固力的正常傳遞，其原因是鉆孔時鉆削下來的土屑沉積在鉆桿下方，造成鉆頭上抬。
　　用螺旋鉆孔干作業(yè)法成孔有兩種施工方法：一種是鉆孔與插入鋼拉桿合為一道工序，鉆孔時將鋼拉桿插入空心的螺旋鉆桿內(nèi)，隨著鉆桿的深入，鋼拉桿與螺旋鉆桿一同達到設(shè)計規(guī)定的深度，然后邊灌漿邊退出鉆桿，而鋼拉桿錨固在鉆孔內(nèi)，這時的鋼拉桿不能設(shè)置對中定位之架，需用較稠的漿體防止鋼拉桿下沉；另一種是鉆孔與安放鋼拉桿分為兩道工序，即鉆孔后在螺旋鉆桿退出孔洞后再插入鋼拉桿。為加快鉆孔施工，可采用平行作業(yè)法進行鉆孔和插入鋼拉桿，即鉆機連續(xù)進行鉆孔，后面緊接著進行安放鋼拉桿和灌漿。
　�、� 壓水鉆進成孔法。壓水鉆進成孔法是土層錨桿施工應用較多的一種鉆孔工藝，這種鉆孔方式的優(yōu)點是可以把鉆孔過程中的鉆進、出渣、固避、清孔等工序一次完成，可以防止塌孔、不留殘土，軟、硬土都能適用。鉆機就位后，先調(diào)整鉆桿的傾斜角度，在軟粘土中鉆孔，當不用套管鉆進時，應在鉆孔孔口處放入1～2m的護壁套管，以保證孔口處不坍塌。鉆孔時沖洗液(壓力水)從鉆桿中心流向孔底，在一定水頭壓力(0.15～0.3MPa)下，水流攜帶鉆削下來的土屑從鉆桿與孔壁之間的縫隙處排出孔外。鉆進時要不斷地供水沖洗，而且要始終保持孔口的水位，待鉆到規(guī)定深度(大于土層錨桿長0.5～1.5m)后，繼續(xù)用壓力水沖洗殘留在孔里的土屑，直至水流不顯渾濁為止。如果用水泥漿做沖洗液，可提高錨固力的150%，但成本很高，鉆進中如果遇到流砂層，應適當?shù)丶涌煦@進速度，降低沖孔水壓力，以保持孔內(nèi)水頭壓力。對于雜填土層，應該設(shè)置護壁套管鉆進。
　�、� 潛鉆成孔法。此法是利用風動沖擊式潛孔沖擊器成孔，這種工具原來是利用穿越地下電纜的，它長不足1m，直徑為78～135mm，由壓縮空氣驅(qū)動，內(nèi)部裝有配氣閥、氣缸和活塞等機械。它是利用活塞的往復運動做定向沖擊，使?jié)摽讻_擊器擠壓土層向前鉆進。此法宜用于孔隙率大、含水量較低的土層中。
　　(4) 安放拉桿和拉桿使用前要除銹和除油污。
　　孔口附近的拉桿鋼筋應先涂一層防銹漆，并用兩層瀝青玻璃布包扎做好防銹層。成孔后即將長鋼拉桿插入孔內(nèi)，在拉桿表面設(shè)置定位器，間距在錨固段為2m左右，在非錨固段為4～5m。在插入拉桿時應將灌漿管與拉桿綁在一起同時插入孔內(nèi)，放至距孔底50cm處。如果鉆孔時使用套管，則在插入鋼筋拉桿后將套管拔出。為了保證非錨固段拉桿可以自由伸長，可在錨固段與非錨固段之間設(shè)置堵漿器，或在非錨固段處不灌水泥漿，而填以干砂、碎石或低強度等級混凝土；或在每根拉桿的自由部分套一根空心塑料管；或在錨桿的全長度均灌水泥漿，但在非錨固段的拉桿上涂以潤滑油脂以保證在該段自由變形和保證錨桿的承載能力不降低。在灌漿前將鉆管口封閉，接上漿管，即可進行注漿，澆筑錨固體。
　　(5) 錨桿灌漿。
　　灌漿的作用：形成錨固段，將錨桿錨固在土層中；防止鋼拉桿腐蝕；填充土層中的孔隙和裂縫。
　　錨桿灌漿材料多用水泥漿，也可采用水泥砂漿，砂用中砂并過篩，砂漿強度等級不宜低于M10。灌漿方法分為一次灌漿法和二次灌漿法兩種。一次灌漿法是指用壓漿泵將水泥漿經(jīng)膠管壓入拉桿管內(nèi)，再由拉桿端注入錨孔，管端保持離底150mm。隨著水泥漿的灌入，逐步將灌漿管向外拔出至孔口。待漿液回流至孔口時，用水泥袋紙等搗入孔內(nèi)，再用濕粘土封堵孔口，并嚴密搗實，再以0.4～0.6MPa的壓力進行補灌，穩(wěn)壓數(shù)分鐘即完成。二次灌漿法是待第一次灌注的漿液初凝后，進行第二次灌漿。先灌注錨固段，在灌注的水泥漿具備一定的強度后，對錨固段進行張拉，然后再灌注非錨固段，可用低強度等級水泥漿不加壓力進行灌注。
　　(6) 張拉與錨固。
　　土層錨桿灌漿后，待錨固體強度達到80%設(shè)計強度以上時，即可對錨桿進行張拉和錨固。張拉前先在支護結(jié)構(gòu)上安裝圍檁，張拉用設(shè)備與預應力結(jié)構(gòu)張拉所用的相同。預應力錨桿，要正確估算預應力損失。從我國目前的情況看，鋼拉桿為變形鋼筋，其端部加焊螺絲端桿，用螺母錨固；鋼拉桿為光圓鋼筋，可直接在其端部刻絲，用螺母錨固；如果用精軋鋼紋鋼筋，可直接用螺母錨固。張拉粗鋼筋時一般采用千斤頂。鋼拉桿為鋼絲束，錨具多為墩頭錨具，也用千斤頂張拉。
　　4．土釘墻支護結(jié)構(gòu)
　　土釘墻支護是在開挖邊坡表面鋪鋼筋網(wǎng)噴射細石混凝土，并每隔一定距離埋設(shè)土釘，使之與邊坡土體形成復合體，共同工作，從而有效地提高邊坡穩(wěn)定的能力，增強土體破壞的延性，變土體荷載為支護結(jié)構(gòu)的一部分，它與上述被動起擋土作用的維護墻不同，而是對土體起到嵌固作用，對土坡進行加固，增加邊坡支護錨固力，使基坑開挖后保持穩(wěn)定。土釘墻支護為一種邊坡穩(wěn)定式支護結(jié)構(gòu)，適用于淤泥、淤泥質(zhì)土、粘土、粉質(zhì)粘土、粉土等地基，地下水位較低，當基坑開挖深度在2m以內(nèi)時采用。
　　1) 土釘墻支護的構(gòu)造
　　土釘墻支護通常與周圍土體接觸，以群體起作用，與周圍土體形成一個組合體，在土體發(fā)生變形的條件下，通過與土體接觸面上的粘結(jié)力或摩擦力，使土釘被動受拉，并主要通過受拉工作給土體以約束加固或使其穩(wěn)定。土釘墻支護一般由土釘、支護面層和排水系統(tǒng)組成。
　　(1) 土釘。
　�、� 鉆孔注漿釘。此種最常用，即先在土中成孔，置入變形鋼筋，然后沿全長注漿填孔，這樣整個土釘體由土釘鋼筋和外裹的水泥砂漿(細石混凝土或水泥凈漿)組成。
　�、� 擊入釘。擊入釘用角鋼、圓鋼或鋼管作土釘，用振動沖擊鉆或液壓錘擊入。這種類型不需預先鉆孔，施工極為快速，但不適用于礫石土、硬膠粘土和松散砂土。擊入釘在密實砂土中的效果要優(yōu)于粘性土。
　�、� 注漿擊入釘。它常用周圍帶孔的鋼管，端部密閉，擊入后從管內(nèi)注漿并透過壁孔將漿體滲到周圍土體。
　　④ 高壓噴射注漿擊入釘。這種土釘中間有縱向小孔，利用高頻沖擊振動錘將土釘擊入土中，同時以20MPa的壓力，將水泥漿從土釘端部的小孔中射出，或通過焊于土釘上的一個薄壁鋼管射出，水泥漿射流在土釘入土的過程中起到潤滑作用，并且能透入周圍土體，提高與土體之間的粘結(jié)力。
　�、� 氣動射擊釘。它用高壓氣體作動力，在發(fā)射時氣體壓力作用于釘?shù)臄U大端，所以釘子在射入土體過程時受拉。釘徑有25mm和38mm兩種，每小時可擊入15根