主编：曹海成李娟

主编：曹海成李娟 地基与基础工程施工 Di Ji Yu Ji Chu Gong Cheng Shi Gong 单元3 基坑工程施工

2 3.2 基坑支护施工 3 4 5 3.3 钎探 3.4 验槽 3.5 基坑支护实例目录单元3 基坑工程施工 1 3.1 基坑降水与施工

单元3 基坑工程施工 1.掌握基坑降水与排水的方法、构造要点，理解其工艺要点； 2.理解基坑支护的原理及方法； 3.理解钢筋混凝土排桩墙、板桩墙的概念、类型、布置形式，掌握钢板桩的施工要点、质量检验方法； 4.理解水泥土深层搅拌桩挡墙、土钉墙围护结构的特点、适用范围，掌握其构造要点、施工工艺及工艺措施、质量检验方法； 5.掌握基坑支撑体系的分类、布置形式及施工要点、质量检验方法； 6.掌握扦探和验槽的方法； 7.了解SMW工法原理及施工要点。教学目标

3.1 基坑降水与排水施工 3.1 基坑降水与排水施工

3.1.1 集水井降水法施工 3.1 基坑降水与排水施工 • 集水井降水法又称明沟排水法，是在基坑开挖过程中，沿坑底周围或中央开挖排水沟，设置集水井，使水通过排水沟流入集水井，然后用水泵抽走，如图3.1所示。图3.1 集水井降水 1—排水沟；2—集水井；3—水泵

3.1 基坑降水与排水施工 3.2 分层明沟排水法 1—底层吸水管；2—基坑底排水明沟；3—上层吸水管； 4—上层排水明沟；5—抽水机；6—降水曲线

3.1 基坑降水与排水施工 • 当基坑深度较大、地下水位较高以及多层土壤中上部有透水性比较强的土壤，或上、下层虽为相同的均匀土壤，但上部地下水较旺时，可采用如图3.2所示分层明沟排水法，即在基坑边坡上设置2～3层明沟，分层排除上部土壤中的地下水，以避免土层地下水冲刷土壤边坡造成塌方，同时可减少边坡高度和水泵的扬程。但分层明沟排水法的缺点是挖土面积增大，土方量增加。

3.1 基坑降水与排水施工 • 1. 排水沟和集水井的设置 • 排水沟和集水井应设置在地下水流的上游，且应在基础范围以外，距基础边线不得小于0.4m。根据地下水量、基坑平面形状及水泵抽水能力，每隔20～40m设置一个集水井。 • 集水井的直径或宽度一般为0.7～0.8m，其深度随着挖土的加深而加深，要始终低于挖土面0.8～1.0m。 • 排水沟深度一般为0.4～0.6m，底宽不小于0.3m，纵向排水坡度不小于3‰。

3.1 基坑降水与排水施工 • 2. 排水沟和集水井的施工 • 施工时，排水沟底应始终保持比挖土面低0.3～0.5m，集水井底应比排水沟底低0.5m以上，随着基坑开挖逐步加深，沟底和井底均应保持这一高度差。当基坑挖至设计标高后，井底应低于坑底1～2m，并铺设0.3m碎石滤水层，水泵抽水龙头应包以滤网，以免在抽水时将泥砂抽出，并防止井底的土被搅动。坑壁可用竹、木或砌筑等简易方法加固。 • 抽水工作应连续进行，保证地下水位始终低于基坑底0.5m，直至基础施工完毕。

3.1.2 井点降水法施工 3.1 基坑降水与排水施工 • 1. 井点降水法的作用 • 井点降水法就是在基坑开挖前，预先在基坑四周埋设一定数量的滤水管(井)，利用真空原理，通过抽水泵不断抽出地下水，使地下水位降低到坑底以下，从根本上解决地下水涌入坑内的问题[图3.3(a)]。同时，井点降水尚可防止边坡由于受地下水流的冲刷而引起的塌方[图3.3(b)]，使坑底的土层消除地下水位差引起的压力，防止坑底土的上冒[图3.3(c)]。由于没有了水压，可使支护结构减少水平荷载[图3.3(d)]。由于没有地下水的渗流，也可消除流砂现象[图3.3(e)]，降低地下水位后，由于土体固结，还能使土层密实，增加地基土的承载能力。

3.1 基坑降水与排水施工 图3.3 井点降水的作用（a）防止涌水；（b）使边坡稳定；(c)防止土的上冒； (d)减少横向荷载；（e）防止流砂

3.1 基坑降水与排水施工 • 2. 井点降水的方法 • 井点降水法常用的有轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点、深井井点等。 • 轻型井点降水是沿基坑四周每隔一定间距布设井点管，井点管底部设置滤水管插入透水层，上端通过连接弯管与集水总管连接，然后通过真空泵等抽水设备将地下水从管内抽出，以降低地下水位，如图3.4所示。

3.1 基坑降水与排水施工 • 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。

3.1 基坑降水与排水施工 • 电渗井点降水是在渗透系数很小的饱和黏性土或淤泥、淤泥质土层中，利用黏性土中的电渗现象和电泳特性，以轻型井点或喷射井点作为阴极，以钢管或钢筋作为阳极，埋设在井点管环圈内侧，当通电后使黏性土空隙中的水流动加快，起到一定的疏干作用，从而使软土地基排水效率提高的一种降水方法。

3.1 基坑降水与排水施工 • 管井井点降水是沿基坑每隔一定距离设置一个管井，每个管井单独用一台水泵不断抽水来降低地下水位。 • 深井井点降水是在深基坑的周围埋置深于基底的井管，使地下水通过设置在井管内的潜水电泵将地下水抽出，使地下水位低于基坑底。

3.1 基坑降水与排水施工 图3.4 轻型井点降低地下水位全貌图 1—井点管；2—滤管；3—总管；4—弯联管；5—水泵房； 6—原有地下水位线；7—降低后地下水位线

3.1 基坑降水与排水施工 表3.1 各种井点的适用范围

3.1 基坑降水与排水施工 • 3. 轻型井点的组成 • (1)轻型井点的组成 • 轻型井点设备由管路系统和抽水设备组成。 • 管路系统包括滤管、井点管、弯联管及总管等。 • 抽水设备主要由真空泵、离心泵和集水箱等组成，一般都有固定型号，可根据需要选用。

3.1 基坑降水与排水施工 • (2)井点布置 • 轻型井点降水系统的布置，应根据基坑的平面形状与大小、土质、地下水位高低与流向、降水深度等要求而定。 • ① 平面布置 • 当基坑或沟槽宽度小于6m，降水深度小于5m时，可用单排线状布置井点，如图3.5所示，井点管布置在地下水流上游一侧；当基坑或基槽的宽度大于6m，或土质不良、渗透系数较大时，则宜采用双排线状布置井点，布置在基坑或基槽的两侧；当基坑或基槽的面积较大时，宜采用环状井点布置，如图3.6所示。

3.1 基坑降水与排水施工 图3.5 单排线状井点布置 (a)平面布置；(b)高程布置 1—总管；2—井点管；3—抽水设备

3.1 基坑降水与排水施工 图3.6 环状井点布置 (a)平面布置；(b)高程布置 1—总管；2—井点管；3—抽水设备

3.1 基坑降水与排水施工 • ② 高程布置 • 井点管的埋置深度，主要考虑降水效果能够使基础施工的整个过程中，地下水位始终保持在基坑底以下不小于0.5m的位置，并且必须将滤水管埋入含水层内，同时还要考虑井点管要露出地面0.2m，如图3.6（b）所示。 • 井点管的埋置深度可按下式计算： • H≥H1+h+iL • 式中 H--井点管埋深(m)； • H1--总管埋设面至基坑底的距离(m)； • h--基坑底至降低后的地下水位线的距离(m)； • i--水力坡度，环状井点为1/10，单排井点为1/4～1/5，双排井点为1/7； • L--井点管至基坑中心的水平距离，如图3.6（b）所示。

3.1 基坑降水与排水施工 • （3）轻型井点的施工工艺 • ① 井点管埋设程序 • 放线定位→铺设总管→冲孔→安装井点管、填砂砾滤料、上部填黏土密封→用弯联管将井点管与总管接通→安装集水箱和排水管→开动真空泵排气，再开动离心水泵抽水→测量观测井中地下水位变化。 • ② 井点管埋设 • 井点管埋设一般采用水冲法，包括冲孔和埋管两个过程。 • ③ 连接集水总管

3.1 基坑降水与排水施工 • （4）井点管系统运行 • 井点管系统运行，应保证连续抽水，并准备双电源，一旦停电，立即进行发电，否则可能造成基坑大面积坍塌。在降水过程中，要派专人观测水的流量，对井点系统进行维护观察。正常出水规律为“先大后小，先浑后清”。如不出水，或水一直较浑，或出水先清后又浑浊等情况，应立即检查纠正。真空度是判断井点系统良好与否的尺度，一般真空度应不低于553～667kPa；如真空度不够，通常是因为管路漏气，应及时修好。井点管淤塞，可通过听管内水流声、手扶管壁感到振动、手摸管子时较热等简便方法进行检查；如井点管淤塞太多，严重影响降水效果时，应逐个用高压水反冲洗井点管或拔除后重新埋设。 • 一般抽水3～5d后水位降落漏斗基本趋于稳定。

3.1 基坑降水与排水施工 • （5）井点管拆除 • 地下建（构）筑物竣工并进行回填土后，方可拆除井点系统。井点管拆除一般多借助于倒链、起重机等，所留孔洞用土或砂填塞；对地基有防渗要求时，地面以下2m应用黏土填实。 • （6）沉降观测 • 井点降水时，应对水位降低区域内的建筑物进行沉降观测。发现沉陷或水平位移过大时，应及时采取防护技术措施。

3.2 基坑支护施工 3.2 基坑支护施工

3.2 基坑支护施工 • 深基坑支护结构包括承受水、土压力的围护墙（桩）结构体系和支撑（或土层锚杆）体系。封闭的支撑体系（或土层锚杆）和围护体系组成一个整体，共同承受土体的约束及荷载的作用。其中围护墙（桩）主要有排桩墙、水泥土桩墙、土钉墙、地下连续墙等；支撑体系类型，按材料分有钢管支撑、型钢支撑、钢筋混凝土支撑等，按布置形式分为水平支撑体系和竖向、斜向支撑体系。

3.2.1 排桩墙施工 3.2 基坑支护施工 • 排桩墙支护结构是指钢筋混凝土预制桩和灌注桩、板桩（可采用钢板桩、预制钢筋混凝土板桩）等类型桩，以一定的排列方式组成的基坑支护结构。按受力特点又可分为悬臂式、拉锚式和内撑式。

3.2 基坑支护施工 • 1.钢筋混凝土排桩墙 • 钢筋混凝土排桩支护结构常采用灌注桩，具有施工无噪声、无振动、无挤土、刚度大、抗弯能力强、变形较小等特点，应用范围较广。多用于基坑侧面安全等级为一级、二级、三级，基坑深7～15m的工程。在土质较好地区已有8～9m的悬臂桩，软土地区多加设内支撑（或锚杆）。 • 常用的布置排列形式有： • (1)柱列式排桩支护（如图3.7（a））。 • (2)连续排桩支护(如图3.7(b、c))。 • (3)组合式排桩支护(如图3.7(d)) 。

3.2 基坑支护施工 图3.7 排桩围护的形式

3.2 基坑支护施工 • 2. 板桩墙 • 板桩墙支护结构中，常采用的类型有预制钢筋混凝土板桩和钢板桩。 • 预制钢筋混凝土板桩常用矩形槽榫结合形式，如图3.8所示。图3.8 钢筋混凝土板桩

3.2 基坑支护施工 • 常用钢板桩的类型有型钢桩加挡板、槽钢钢板桩和热轧锁口钢板桩。 • 型钢桩加挡板的围护结构由工字钢（或H型钢）桩和横挡板组成，再加上围檩、支撑等形成支护体系，如图3.9所示。图3.9 型钢加横挡板支护结构平、侧面图

3.2 基坑支护施工 • 槽钢钢板桩是一种简易的钢板桩围护墙，不能防渗，由槽钢并排或正反扣搭接组成，如图3.10所示。槽钢长6～8m，多用于深度不超过4m的基坑。图3.10 槽钢钢板桩

3.2 基坑支护施工 • 带锁口的钢板桩由热轧型钢制成，用柴油机或震动打桩机（液压千斤顶）打（压）入地基，使其相互连接成钢板桩墙，用来挡土和挡水。常用的钢板桩截面形式有U形、Z形、一字形（直腹式），如图3.11所示。图3.11 锁口钢板桩截面形式 (a)U形；(b)Z形；(c)一字形

3.2 基坑支护施工 • 钢板桩的施工程序为： • 建筑物定位→板桩定位放线→挖沟槽→安装导向架→沉打钢板桩→拆除导向架支架→第一层支撑位置处开沟槽→安装第一层支架及围檩→挖第一层土→安装第二层支撑及围檩→挖第二层土→重复上述过程→安装最后一层支撑及围檩→挖最后一层土（至设计标高）→基础及地下室施工→逐层拆除支撑→回填土→拆除钢板桩。

3.2 基坑支护施工 • （1）施工准备 • ①钢板桩的平面设置应便于基础施工，即在基础结构边缘之外留有支、拆模板的余地。 • ②钢板桩的平面布置，应尽量平直整齐，避免不规则的转角，以便充分利用标准钢板桩和便于设置支撑。 • ③钢板桩施工前，应将桩尖处的凹槽底口封闭，锁口应涂油脂，用于永久性工程时应涂红丹防锈漆。 • ④施工前应对钢板桩进行检验。 • ⑤围檩支架安装。

3.2 基坑支护施工 • （2）打桩机械的选择 • 钢板桩的打桩机械与其他桩施工类似，可用落锤、蒸汽锤、柴油锤或振动锤等，但以选用三支点导杆式履带打桩机较为适宜。锤重一般以钢板桩重量的2倍为宜。为保护桩顶免遭损坏，在桩锤和钢板桩之间应设桩帽。

3.2 基坑支护施工 • （3）打桩方式的选择 • ① 单桩打入法。 • ② 屏风式打入法（图3.12）。 • ③ 双层围檩法（图3.13）。图3.12 屏风式打入法 1—围檩桩；2—围檩；3—两端先打入的定位钢板桩图3.13 双层围檩法 1—围檩桩；2—围檩

3.2 基坑支护施工 • （4）打桩流水段的划分 • 打桩流水段的划分与桩的封闭合拢有关。流水段长度大，合拢点就少，相对累积误差大，轴线位移相应也大，如图3.14（a）、(b)所示；流水段长度小，则合拢点多，累积误差小，但封闭合拢点增加，如图3.14(c)所示。图3.14 打桩流水段划分（a）一流水段；（b）二流水段；（c）四流水段

3.2 基坑支护施工 • (5) 钢板桩打设 • 将钢板桩吊至插点处进行插桩，插桩时锁口要对准，每插入一块即套上桩帽，轻轻加锤击。在打桩过程中，为保证钢板桩的垂直度，用两台经纬仪在两个方向加以控制。为防止锁口中心线平面位移，可在打桩方向的钢板桩锁口处设卡板，阻止板桩位移。同时在围檩上预先算出每块板桩的位置，以便随时检查校正。开始打设的一、二块钢板桩的位置和方向应确保精确，以便起到样板导向作用，故每打入1m应测量一次，打至预定深度后应立即用钢筋或钢板与围檩支架焊接固定。

3.2 基坑支护施工 • (6)钢板桩的封闭合拢 • ①异型板桩法。在板桩墙转角处为实现封闭合拢，往往要采用特殊形式的转角桩异型板桩，如图3.15所示。它是将钢板桩从背面中心线处切开，再根据选定的断面进行组合而成。图3.15 异型板桩（a）闭口形；（b）开口形；（c）转向形；（d）90°转角形

3.2 基坑支护施工 • ② 轴线修正法。通过对板桩墙闭合轴线设计长度和位置的调整，实现封闭合拢的方法，如图3.16所示。图3.16 轴线修正

3.2 基坑支护施工 • (7) 钢板桩的拔除 • ①拔桩顺序对于封闭式钢板桩墙，拔桩的开始点离开桩角5根以上，必要时还可间隔拔除。拔桩顺序一般与打设顺序相反。 • ②拔桩方法拔除钢板桩宜用振动锤或起重机与振动锤共同拔除。当钢板桩拔不出时，可用振动锤或柴油锤再复打一次，可克服土的黏着力或将板桩上的铁锈等消除，以便顺利拔出。 • ③桩孔处理对拔桩产生的桩孔，需及时回填以减少对邻近建筑物的影响。处理方法有振动法、挤密法和填入法。也可采用在振拔时回灌水，边振边拔并回填砂子的方法。

3.2 基坑支护施工 • 3.质量检验 • （1）灌注桩、预制桩的检验详见单元6。 • （2）新的钢板桩可按出厂标准检验。 • （3）重复使用的钢板桩应符合表3.2的规定。 • （4）混凝土板桩应符合表3.3的规定。

3.2 基坑支护施工

3.2.2 水泥土桩墙施工 3.2 基坑支护施工 • 3.2.2.1 水泥土桩墙的概念、适用范围及分类 • 水泥土桩墙支护结构是利用水泥系材料为固化剂，通过特殊的拌和机械（深层搅拌机或高压旋喷机等）在地基土中就地将原状土和固化剂（粉体、浆液）强制拌和（包括机械搅拌和高压力切削拌和），经过土与固化剂或掺合料产生一系列物理化学反应，形成具有一定强度、整体性和水稳定性的桩体（包括加筋水泥土搅拌桩）。

3.2 基坑支护施工 • 水泥土桩墙支护结构适用于加固淤泥、淤泥质土和含水量高的黏土、粉质黏土、粉土等土层。直接作为基坑开挖重力式围护结构，用于较软土的基坑支护时支护深度不宜大于6m；对于非软土的基坑支护，支护深度不宜大于10m。 • 按施工工艺可分为水泥土深层搅拌桩、水泥粉喷桩和高压喷射注浆桩三种。

3.2 基坑支护施工 • 3.2.2.2 水泥土深层搅拌桩的结构形式 • 水泥土深层搅拌桩是使用水泥浆作为固化剂，用单轴或多轴深层搅拌机在土层中将原状土与水泥浆强制拌和形成的水泥土搅拌桩。 • 深层搅拌桩支护结构是将水泥土搅拌桩相互搭接而成，平面布置可采用壁状体，如图3.17所示。图3.17 壁状支护结构

3.2 基坑支护施工 • 若壁状的挡墙宽度不够时，可加大宽度，做成格栅状支护结构，即在支护宽度内不需整个土体都进行搅拌加固，可按一定间距将土体加固成相互平行的纵向壁，再沿纵向按一定间距加固肋体，用肋体将纵向壁连接起来。这种挡土结构目前常采用双头搅拌机进行施工，两个搅拌轴的距离为500mm，搅拌桩之间的搭接距离为200mm，如图3.18所示。

主 编：曹海成 李 娟