一级造价工程师

第四章工程施工技术

第一节 建筑工程施工技术

一、土石方工程施工技术

(―)土石方工程分类

土石方工程是建设工程施工的主要工程之一。它包括土石方的开挖、运输、填筑、平整与压实等主要施工过程，以及场地清理、测量放线、排水、降水、土壁支护等准备工作和辅助工作。土木工程中常见的土石方工程有：

(1)场地平整。场地平整前必须确定场地设计标高，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，拟定施工方案。

(2)基坑(槽)开挖。开挖深度在5m以内的称为浅基坑(槽)，挖深超过5m(含5m)的称为深基坑(槽)。应根据建筑物、构筑物的基础形式，坑(槽)底标高及边坡坡度要求开挖基坑(槽)。

(3)基坑(槽)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。填土必须具有一定的密实度，以避免建筑物产生不均匀沉陷。填方应分层进行，并尽量采用同类土填筑。

(4)地下工程大型土右方开挖。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。

(5)路基修筑。建设工程所在地的场内外道路，以及公路、铁路专用线，均需修筑路基，路基挖方称为路堑，填方称为路堤。路基施工涉及面广，影响因素多，是施工中的重点与难点。

(二)土石方工程的准备与辅助工作

土石方工程施工前应做好下述准备工作：

(1)场地清理。包括清理地面及地下各种障碍。

(2)排除地面水。地面水的排除一般采用排水沟、截水沟、挡水土坝等措施。

(3)修筑好临时道路及供水、供电等临时设施。

(4)做好材料、机具及土方机械的进场工作。

(5)做好土方工程测量、放线工作。

(6)根据土方施工设计做好土方工程的辅助工作，如边坡稳定、基坑(槽)支护、降低地下水等。

1.土方边坡及其稳定

土方边坡坡度以其高度(H)与底宽度(B)之比表示。边坡可做成直线形、折线形或踏步形。边坡坡度应根据土质、开挖深度、开挖方法、施工工期、地下水位、坡顶荷载及气候条件等因素确定。

施工中除应正确确定边坡，还要进行护坡，以防边坡发生滑动。因此，在土方施工中，要预估各种可能出现的情况，采取必要的,措施护坡防坍，特别要注意及时排除雨水、地面水，防止坡顶集中堆载及振动。必要时可采用钢丝网细石混凝土(或砂浆)护坡面层加固。如果是永久性土方边坡，则应做好永久性加固措施。

2.基坑(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，钢板粧、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，分为水平挡土板式[图4.1.1(a)]以及垂直挡土板式[图4.1.1(b)]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。

(2)重力式支护结构。基坑支护结构一般根据地质条件、基坑开挖深度以及对周边环境保护要求采取重力式支护结构、板式支护结构、土钉墙等形式。在支护结构设计中首先要考虑周边环境的保护，其次要满足本工程地下结构施工的要求，再则应尽可能降低造价、便于施工。

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式支护结构。它是用搅拌机械将水泥、石灰等和地基土相搅拌，形成相互搭接的格栅状结构形式，也可相互搭接成实体结构形式，这种支护墙具有防渗和挡土的双重功能。采用格栅形式时，要满足一定的面积转换率，对淤泥质土，不宜小于0.7;对淤泥，不宜小于0.8;对一般黏性土、砂土，不宜小于0.6。由于采用重力式结构，开挖深度不宜大于7m。对嵌固深度和墙体宽度也要有所限制，对淤泥质土，嵌固深度不宜小于1.2h(h为基坑挖深)，宽度不宜小于0.7h;对淤泥，嵌固深度不宜小于1.3h，宽度不宜小于0.8h。水泥土挡墙的28d无侧限抗压强度不宜小于0.8MPa。当需要增加墙体的抗拉性能时，可在水泥土桩内插入钢筋、钢管或毛竹等杆筋。杆筋插入深度宜大于基坑深度，并应锚人面板内。面板厚度不宜小于150mm，混凝土强度等级不宜低于C15。

搅拌桩成粧工艺可采用“一次喷浆、二次搅拌”或“二次喷浆、三次搅拌”工艺，主要依据水泥掺入比及土质情况而定。水泥掺量较小，土质较松时，可用前者;反之，可用后者。“一次喷浆、二次搅拌”的施工工艺流程如图4.1.2所示。当采用“二次喷浆、三次搅拌”工艺时可在图示步骤5作业时也进行注浆，以后再重复一次图示步骤4和5的过程。

(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(图4.1.3)。悬臂式板桩支护结构则不设支撑(或拉锚)。

挡墙系统常用的材料有槽钢、钢板桩、钢筋混凝土板粧、灌注桩及地下连续墙等。钢板粧有平板形和波浪形两种。钢板桩之间通过锁口互相连接，形成一道连续的挡墙。由于锁口的连接，使钢板桩连接牢固，形成整体。同时也具有较好的隔水能力。钢板桩截面积小，易于打人，U形、Z形等波浪式钢板桩截面抗弯能力较好。钢板桩在基础施工完毕后还可拔出重复使用。

支撑系统一般采用大型钢管、H形钢或格构式钢支撑，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。

板桩墙的施工根据挡墙系统的形式选取相应的方法。一般钢板桩、混凝土板桩采用打入法，而灌注桩及地下连续墙则采用就地成孔(槽)现浇的方法。

3.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。

排除地面水一般采取在基坑周围设置排水沟、截水沟或筑土堤等办法，并尽量利用原有的排水系统，使临时排水系统与永久排水设施相结合。

(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(图4.1.4)。抽出的水应予引开，以防倒流。

明排水法由于设备简单和排水方便，采用较为普遍。宜用于粗粒土层，也用于渗水量小的黏土层。但当土为细砂和粉砂时，地下水渗出会带走细粒，发生流沙现象，导致边坡坍塌、坑底涌砂，难以施工，此时应采用井点降水法。

集水坑应设置在基础范围以外，地下水走向的上游。根据地下水量大小、基坑平面形状及水泵能力，集水坑每隔20?40m设置一个。

集水坑的直径或宽度，一般为0.6?0.8m。其深度随着挖土的加深而加深，要经常低于挖土面0.7?1.0m。坑壁可用竹、木或钢筋笼等简易加固。当基础挖至设计标高后，坑底应低于基础底面标高1?2m,并铺设碎石滤水层，以免在抽水时间较长时将泥沙抽出，并防止坑底的土被搅动。

采用集水坑降水时，根据现场土质条件，应能保持开挖边坡的稳定。边坡坡面上如有局部渗出地下水时，应在渗水处设置过滤层，防止土粒流失，并设置排水沟，将水引出坡面。

(2)井点降水施工。井点降水法是在基坑开挖之前，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，也可防止流沙发生，土方边坡也可陡一些，从而减少了挖方量。

井点降水法有：轻型井点、电渗井点、喷射井点、管井井点及深井井点等，井点降水的方法根据土的渗透系数、降低水位的深度、工程特点及设备条件等，按照表4.1.1选择。

1)轻型井点。

①轻型井点构造。轻型井点是沿基坑四周以一定间距埋人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井点管内不断抽出，使原有地下水位降至坑底以下(见图4.1.5)。在施工过程中要不断地抽水，直至基础施工完毕并回填土为止。

井点管是用直径38mm或51mm、长5?7m的钢管，管下端配有滤管。集水总管常用直径100?127mm的钢管，每节长4m，一般每隔0.8或1.2m设一个连接井点管的接头。

抽水设备由真空泵、离心泵和水汽分离器等组成。一套抽水设备能带动的总管长度，一般为100?120m。

②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[图4.1.6(a)]、双排布置[图4.1.6(b)]以及环形布置[图4.1.6(c)];当土方施工机械需进出基坑时，也可采用U形布置[图4.1.6(d)]

单排布置适用于基坑、槽宽度小于6m，且降水深度不超过5m的情况。井点管应布置在地下水的上游一侧，两端延伸长度不宜小于坑、槽的宽度[图4.1.6(a)]6双排布置适用于基坑宽度大于6m或土质不良的情况。环形布置适用于大面积基坑。如采用U形布置，则井点管不封闭的一段应设在地下水的下游方向。

③轻型井点施工。轻型井点系统的施工，主要包括施工准备、井点系统安装与使用。井点施工前，应认真检查井点设备、施工用具、砂滤料规格和数量、水源、电源等准备工作情况。同时还要挖好排水沟，以便泥浆水的排放。为检查降水效果，必须选择有代表性的地点设置水位观测孔。

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。

井点系统施工时，各工序间应紧密衔接，以保证施工质量。各部件连接头均应安装严密，以防止接头漏气，影响降水效果。弯联管宜采用软管，以便于井点安装，减少可能漏气的部位，避免因井点管沉陷而造成管件损坏。南方地区可用透明的塑料软管。便于直接观察井点抽水状况，北方寒冷地区宜采用橡胶软管。

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套管式冲枪水冲法或振动水冲法成孔后沉设井点管。

在亚黏土、轻亚黏土等土层中用冲水管冲孔时，也可同时装设压缩空气冲气管辅助冲孔，以提高效率，减少用水量。在淤泥质黏土中冲孔时，也可使用加重钻杆，提高成孔速度。用套管式冲枪水冲法成孔质量好，但速度较慢。

井点管沉设当采用冲水管冲孔方法进行，可分为冲孔(图4.1.7a)与沉管(图4.1.7b)两个过程。冲孔时，先用起重设备将冲管吊起并插在井点位置上，然后开动高压水泵，将土冲松，冲管则边冲边沉。冲管采用直径为50?70mm的钢管，长度比井点管长1.5m左右。冲管下端装有圆锥形冲嘴;在冲嘴的圆锥面上钻有三个喷水小孔，各孔间焊有三角形立翼，以辅助冲水时扰动土层，便于冲管下沉。冲孔所需的水压。根据土质不同，一般为0.6?1.2MPa。冲孔时应注意冲管垂直，插人土中，并作上下、左右摆动，以加剧土层松动。冲孔孔径不应小于300mm,并保持垂直，上下一致，使滤管有一定厚度的砂滤层。冲孔深度应比滤管底深0.5m以上。以保证滤管埋设深度，并防止被井孔中的沉淀泥沙所淤塞。

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