土方边坡与土壁支护

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1、1.3土方边坡与土壁支护n形成边坡塌方的原因：n1.开挖太深，填筑过高，边坡太陡，使边坡内的土体自重太大。n2.雨水、地下水渗入基坑，是土体泡软，土的容重增大，内聚力减小。n3.基坑的边坡的顶面临近边缘有大量的堆积物，如工具、材料等。n防治塌方的措施：n1.要注意防止边坡内浸水，避免在边坡附近有附加荷载，否则要加大边坡的坡度n2.选择适合的边坡坡度。n1.3.1土方边坡n考虑因素：土质条件、挖方深度、地下水位、排水情况、施工方法、边坡留置时间、边坡上部荷载情况、相邻建筑的情况等因素综合考虑确定。n土方边坡坡度用挖方深度（或填方深度）H与其边坡宽度B之比来表示。边坡可以做成直线形边坡、阶梯型边坡

2、以及折线形边坡n土方边坡坡度 ，nm称为坡度系数，BHm1HBm n1.3.2土壁支护n开挖基坑（槽）或管沟，如果土质与周围场地条件允许，采用放坡开挖，往往比较经济。但有时候受环境限制不能按要求放坡或放坡开挖所增加的土方量太大，此时可采用直立边坡加支撑的施工方法。n基坑支护有三种类型：加固型支护、支档型支护以及两种类型支护结合使用的混合型支护。n1、支档型支护是对基坑边坡滑动棱体范围及其附近土体进行加固，改善其物理力学性能，使其成为具有一定强度和稳定性的土体结构，从而保证边坡稳定，并兼有抗渗作用。n （1）深层搅拌法水泥土桩墙n 定义：深层搅拌法是利用特制的深层搅拌机在边坡土体需要加固的范围内

3、，将软土与固化剂强制拌合，使软土硬结成具有整体性、水稳性和足够强度的水泥加固土，又称为水泥土搅拌桩。n 深层搅拌法利用的固化剂为水泥浆或水泥砂浆，水泥的掺量为加固土重的 7 15。n 特点：n a对临近已有的建筑影响小；n b施工时无振动和噪声，不污染环境；n c加固后土体重度不变。n 使用范围：淤泥、淤泥质土、粉土和含水量较高且地基承载力标准不大于120kPa粘性土等软土地基加固。 n深层搅拌机n 它是深层搅拌水泥土桩施工的主要机械。目前国内外应用的有中心管喷浆方式和叶片喷浆方式。n前者的输浆方式中的水泥浆是从两根搅拌轴之间的另一根管子输出，不影响搅拌均匀度，可适用于多种固化剂；n后者是使水

4、泥浆从叶片上若干个小孔喷出，使水泥浆与土体混合较均匀，适用于大直径叶片和连续搅拌，但因喷浆孔小易堵塞，它只能使用纯水泥浆而不能采用其它固化剂。n 深层搅拌水泥土桩挡墙的施工工艺流程n A、定位 用起重机悬吊搅拌机到达指定桩位，对中。n B、预拌下沉n 待深层搅拌机的冷却水循环正常后，启动搅拌机，放松起重机钢丝绳，使搅拌机沿导向架搅拌切土下沉。n C、制备水泥浆n 待深层搅拌机下沉到一定深度时，即开始按设计确定的配合比拌制水泥浆，压浆前将水泥浆倒入集料斗中。n D、提升、喷浆、搅拌n 待深层搅拌机下沉到设计深度后，开启灰浆泵将水泥浆压入地基，且边喷浆、边搅拌，同时按设计确定的提升速度提升深层搅拌

5、机。n E、重复上下搅拌n 为使土和水泥浆搅拌均匀，可再次将搅拌机边旋转边沉入土中，至设计深度后再提升出地面。桩体要互相搭接200毫米，以形成整体。 F、清洗、移位n 向集料斗中注入适量清水，开启灰浆泵，清除全部管路中残存的水泥浆，并将粘附在搅拌头的软土清洗干净。移位后进行下一根桩的施工。 图128 施工工艺流程 （a）定位；（b）预搅下沉；（c）喷浆搅拌上升； （d）重复搅拌下沉；（e）重复搅拌上升；（f）完毕n注意事项nA、压浆阶段不允许出现断浆现象；nB、喷浆提升速度和次数必须符合施工工艺要求；nC、固化剂和外掺剂必须通过加固土室内试验检验方能使用，固化剂浆液严格按预定的配比拌制。n （

6、2）高压喷射旋喷桩支护n 旋喷桩挡墙是利用工程钻机钻孔至设计标高后，将钻杆从地基深处逐渐上提，同时利用安装在钻杆端部的特殊喷嘴，向周围土体喷射固化剂，将软土与固化剂强制混合，使其胶结硬化后在地基中形成直径均匀的圆柱体。该固化后的圆柱体称为旋喷桩。桩体相连形成防水帷幕。n 加固机理n高压喷射加固的固化剂浆液通过装在钻杆侧面的喷嘴喷出后，具有很大的动能，形成高速高压的射流，冲击破坏土体，使土与固化剂浆液搅拌混合，凝固成圆柱状的固结体。喷射加固的有效喷射长度越长，搅拌土的距离就越大，可形成较大直径的喷射加固体。n 施工工艺流程n钻机就位钻孔插管喷射注浆拔管冲洗n2、支档型支护n支档型支护是利用设置在

7、基坑土壁上的支档构件承受土壁的侧压力及其他荷载，保持土体结构的稳定。n（1）土钉支护n定义：土钉支护是以土钉作为主要受力构件的边坡支护技术，它由密集的土钉群、被加固的原位土体、喷射的混凝土面层和必要的防水系统组成。又称土钉墙或喷锚网支护。n土钉支护由土钉、面层和防水系统组成。n土钉采用直径1632mm的螺纹钢筋；与水平面夹角一般为520；长度为基坑深度的1。0倍左右；水平间距和垂直间距相等且乘积应不大于6m2；土钉孔径70120mm，注浆强度不低于10MPa。 n特点：nA、材料和工程量少，施工速度快；nB、施工设备和操作方法简单；nC、施工操作场地较小，对环境干扰小；nD、土钉与土钉形成复合

8、土体，提高了边坡整体稳定性和承受坡顶荷载能力，增强了土体破坏的延性，利于安全施工；nE、土钉支护位移小，对相邻建筑物影响小；nF、经济效益好。n适用范围n地下水位以上或经降水措施后的砂土、粉土、粘土等土体中。n支护作用机理n通过土钉与土体的相互作用实现其对基坑侧墙的支护作用的。n土钉和基坑侧壁土体共同承受外荷载和自重应力，土钉起着分担作用。土体进入塑性后，应力向土钉转移，土体开裂时土钉内出现弯剪、拉剪等复合应力，最后导致土钉锚体破碎，钢筋屈服。n施工n工艺：定位钻机就位成孔插钢筋注浆喷射混凝土第一遍挂钢筋网喷射第二遍混凝土 n注意事项：nA、按设计规定的分层开挖深度按顺序施工，在完成上层作业面

9、的土钉与喷射混凝土并且混凝土面层达到设计强度70以前，不得进行下一层的开挖。nB、注浆时导管底段应插至距孔底250500mm出，在注浆时将导管匀速缓慢的撤出。注浆过程中注浆导管口始终埋在浆体表面以下，以保证孔中气体能全部溢出。nC、基坑四周地表应加以修整并构筑明沟排水，严防地表水再向下渗流。n 土钉墙施工检测与监测n检测nA.测试钉的设置与试验（确定土钉抗拔极限荷载）：n测试钉的粘结长度1/2工作钉长5m；n测试钉的注浆体抗压强度6MPa，分级加载；n60min与6min2mm，为极限荷载。nB.混凝土面层质量检测：n每500m2面层取一组试块，不少于三组，检验混凝土的抗压强度；n面层每100

10、m2取一点，厚度平均值不小于设计厚度，厚度最小值0.8设计厚度。n监测nA.监测项目：n支护位移的测量（主要是坡顶水平位移和坡顶沉降）；n地表开裂状态（位置，裂缝宽度）的观察；n附近建筑物和重要管线等设施的变形测量和裂缝观察；n基坑渗、漏水和基坑内外的地下水变化。nB.监测方法n施工阶段，每天的监测不少于12次，持续到基坑回填结束、支护退出工作为止。n至少应有基坑边壁顶部的水平位移和垂直沉降，测点位置应选择在变形最大或局部地质条件最为不利的地段，测点总数不宜少于三个，测点间距不宜大于30m。基坑附近有重要建筑物等设施时，也应在相应位置设置测点。宜用精密水准仪和精密经纬仪，必要时还可用测斜仪两侧

11、支护土体的水平位移，用收敛计监测位移的稳定过程等。n应特别加强雨天和雨后的监测。n施工开完过程中，基坑顶部的侧向位移与当时开挖深度之比如超过3（砂土） 3 5（一般粘性土），应加强观察、分析原因并及时采取加强措施。n（2）土层锚杆支护n定义：土层锚杆是埋设在土层深处的受拉杆体，由设置在钻孔内的钢绞线或钢筋与注浆体组成。钢绞线或钢筋一端与支护结构相连，另一端伸入稳定土层中承受由土压力和水压力产生的拉力，维护支护结构稳定。n土层锚杆的构造 土层锚杆由锚头、拉杆和锚固体组成。 锚头由锚具、承压板、横梁和台座组成； 拉杆采用钢绞线或钢筋制成； 锚固体是由水泥浆或水泥砂浆将拉杆与土体连成一体的抗拔构件。

12、n 适用范围n一般粘土、砂土地区皆可应用。对灌注桩、H型钢桩、地下连续墙等挡土结构，都可以用锚杆拉结支护。 n锚杆以土的主动滑动面为界，分为非锚固段（自由段）和锚固段。n非锚固段处在可滑动的不稳定土层中，可自由伸缩，其作用是将锚头所承受的荷载传递到主动滑动面外的锚固段。n锚固段处在稳定土层中，将荷载分散到稳定土体中去。非锚固段长度不宜小于5m，锚固段长度由计算确定。n土层锚杆机理n土层锚杆的承载力由拉杆强度、拉杆与锚固体间的握裹力（粘结力）及锚固体与土壁间的摩阻力确定。n其锚固段受力时，首先通过拉杆与周边浆体的握裹力将力传递给水泥砂浆或水泥浆，再通过浆体将力传递给周围土体。n随着荷载的增加，拉

13、杆与浆体的握裹力逐渐发展到锚固段下端，达到最大握裹力时，拉杆将与土体发生相对位移，产生拉杆与土体间的摩阻力。n当拉杆与土体间的摩阻力达到极限状态时，土层锚杆进入破坏阶段。n土层锚杆施工n 土层锚杆施工工艺：定位钻孔安放拉杆注浆张拉锚固。在正式开工之前还需进行必要的准备工作。n 注意事项：n A、孔壁要求平直，以便安放钢拉杆和灌注水泥浆。n B、孔壁不得坍陷和松动，否则影响钢拉杆安放和土层锚杆的承载能力。n C、钻孔时不得使用膨润土循环泥浆护壁，以免在孔壁上形成泥皮，降低锚固体与土壁向的摩阻力。n D、对有自由段的土层锚杆，涂润滑油或防腐漆，外包塑料布。 nE、定位器定位器n钢筋拉杆的定位器：土

14、层锚杆的长度一般都在10m以上，有的达30m甚至更长为了将拉杆安置在钻孔的中心，防止自由段产生过大的挠度和插入钻孔时不搅动土壁，对锚固段，还为了增加拉杆与锚固体的握裹力，所以在拉杆表面需设置定位器设置定位器(或撑筋环或撑筋环)。钢筋拉杆的定位器用细钢筋制作，在钢筋拉杆轴心按1200夹角布置，间距一般22.5m。定位器的外径宜小于钻孔直径10mm。n粗钢筋拉杆用的定位器 (a)中国国际信托投资公司大厦用的定位器； （b）美国用的定位器；（c）北京地下铁道用的定位器 1挡土板；2一支承滑条；3一拉杆；4一半圆环；5一38钢管内穿32拉杆；635 3钢带；7232钢筋；8一65钢管；9一灌浆胶管。n

15、钢丝束拉杆定位器：钢丝束拉杆的锚固段亦需用定位器，该定位器为撑筋环，如图所示。n钢丝束的钢丝分为内外两层，外层钢丝绑扎在撑筋环上，撑筋环的间距为0.51.0m，这样锚固段就形成一连串的菱形，使钢丝束与锚固体砂浆的接触面积增大，增强了粘结力，内层钢丝则从撑筋环的中间穿过。钢丝束拉杆的撑筋环1一锚头；2一自由段及防腐层；3一锚固体砂浆； 4一撑筋环；5一 钢丝束结；6一锚固段的外层钢丝；7小竹筒n F、灌浆方法：n一次灌浆法只用一根灌浆管，利用2DN-15/40型等泥浆泵进行灌浆，灌浆管端距孔底20cm左右，待浆液流出孔口时，用水泥袋纸等捣塞入孔口，并用湿粘土封堵孔口，严密捣实，再以24MPa的压

16、力进行补灌，要稳压数分钟灌浆才告结束。n二次灌浆法要用两根灌浆管，第一次灌浆用灌浆管的管端距离锚杆末端500mm左右，管底出口处用黑胶布等封住，以防沉放时土进入管口。第二次灌浆用灌浆管的管端距离锚杆末端1000mm左右，管底出口处亦用黑胶布封位，且从管端500m处开始向上每隔2m左右作出lm长的花管，花管的孔眼为8mm，花管做几段视锚固段长度而定。二次灌浆法灌浆管的布置1一锚头；2一第一次灌浆用灌浆管；3一第二次灌浆用灌浆管；4一粗钢筋锚杆；5一定位器；6一塑料瓶n 第一次灌浆是灌注水泥砂浆，利用普通的单缸活塞式压浆机，其压力为0.30.5MPa，流量为100L/min。水泥砂浆在上述压力作用

17、下冲出封口的黑胶布流向钻孔。第一次灌浆后把灌浆管拔出，可以重复使用。 待第一次灌注的浆液初凝后，进行第二次灌浆，利用BW200-40/50型等泥浆泵，控制压力为2MPa左右，要稳压2min，浆液冲破第一次灌浆体，向锚固体与土的接触面之间扩散，使锚固体直径扩大，增加径向压应力。由于挤压作用，使锚固体周围的土受到 压缩，孔隙比减小，含水量减少，也 提高了土的内摩擦角。因此，二次灌 浆法可以显著提高土层锚杆的承载能力。第二次灌浆后锚固体的截面1一钢丝束；2一灌浆管；3一第一次灌浆体；4一第二次灌浆体；5一土体 n G、张拉和锚固 土层锚杆灌浆后，待锚固体强度达到75%设计强度以上，便可对锚杆进行张拉和锚固。nH、锚杆的层数根据基坑深度要使上层锚杆上面的覆土不小于4m，以免地面出现隆起现象。nI、锚杆上下层垂直间距不宜小于2m，水平间距不宜小于1.5m，避免产生群锚效应而降低单根锚杆的承载力。 nG、锚杆的倾角宜为1525，但不应大于在45。在允许的倾角范围内根据地层结构，应使锚杆的锚固体置于较好的土层中。