巖土工程施工.doc

.巖土工程施工總論一、巖土工程施工所處的學科領域及其業(yè)務范圍巖土工程學（Geotechnology）是以工程地質學、巖體力學、土力學和地基基礎工程學作為基本理論基礎，以解決工程建設過程中出現(xiàn)的所有與巖體和土體有關的工程技術問題為目的的一門新型技術學科，是隸屬于土木工程學的一個分支學科。而巖土工程（Geotechnical Engineering）則是這門學科在工程建設中的應用，是一門把巖體和土體作為建設環(huán)境、建筑材料和建筑物組成部分并進而研究其合理利用、整治、改造的綜合性應用技術。2、 巖土工程的技術分類（1）地基處理技術（2）基礎工程施工技術（3）邊坡加固工程施工技術（4）非開挖施工技術（5）地下水防治工程施工技術（6）其他巖土工程施工技術三、巖土工程施工技術的主要特點1、巖土施工技術具有不確定性2、巖土施工技術具有地區(qū)性問題3、巖土施工技術具有經驗性問題（很重要）4、巖土施工技術具有多樣性問題5、巖土施工技術具有超前性問題工程孔施工一 、螺旋鉆進法（無循環(huán)液回轉鉆進法）1、 工作過程 螺旋鉆進是利用螺旋鉆具儲存和輸送鉆渣的干式機械回轉鉆進方法，它不使用沖洗介質，在軸心壓力和回轉力矩作用下，鉆頭回轉并切削巖土體，鉆渣沿螺旋葉片上升到地表排出 ，或暫時儲存在螺旋葉片的空間里隨鉆頭一起提到地表排出。2、螺旋鉆進法的特點 鉆土層速度快 無泥漿，無振動，無污染 破碎巖土同時可輸送破碎巖屑 孔壁穩(wěn)定3、螺旋鉆進法的適用條件 地層：適用于填土層、黏性土層、淤泥土層、粉土層、砂土層及卵石層 (粒徑小于150mm、卵石含量 30%40% )等，采用特殊鉆頭也可進入強、中風化巖層。鉆孔直徑和深度：長螺旋鉆，目前最大直徑為800mm，最大深度為27.5m；短螺旋鉆，直徑最大可達1.52m，孔深可達30m。2、 鉆斗鉆進法（無循環(huán)液回轉鉆進法）1、工作過程 這種鉆進方法是 在鉆 桿下端連接一個底部帶耙齒的筒狀鉆具（稱為鉆斗），靠鉆具自重和鉆機加壓力，在回轉力矩作用下鉆斗回轉，切削鉆掘地層，并將切削下的鉆屑收入斗內，待鉆屑裝到相當數(shù)量后被提到孔外，打開鉆斗，卸去土塊。然后再將鉆斗下入孔內，重復以上過程。2、鉆斗鉆進法的特點: 適宜在黏性土中干作業(yè)鉆成孔； 鉆進與排渣交替進行，但鉆進速度較快，工程造價較低； 振動小、噪聲低； 由于頻繁的升降鉆斗，導致孔壁不規(guī)整，擴孔率較大； 對穩(wěn)定液管理十分嚴格，且竣工后要對穩(wěn)定液進行處理； 在承載地基附近有強承壓水時，施工困難。3.適用條件 地層適用于填土層、黏土層、粉土層、淤泥層、砂土層以及含有部分卵石、碎石的地層。 鉆孔直徑和深度：目前最大直徑達到3000mm，最大深度達到80 m3、 正循環(huán)回轉鉆進法1、工作過程 在鉆具回轉鉆進的同時，利用泥漿泵通過水龍頭、鉆桿內腔向孔底輸送沖洗液（清水，更常用的是泥漿），沖洗液完成冷卻鉆頭，沖洗孔底，并攜帶鉆屑沿鉆桿與孔壁之間的外環(huán)空間上升，從孔口流向沉淀池，形成正循環(huán)（沖洗液的這種流向稱為正循環(huán)）排渣系統(tǒng)，稱為正循環(huán)回轉鉆進。2、正循環(huán)回轉鉆進的特點 多采用泥漿循環(huán)，孔壁穩(wěn)定，不受地層限制。 既使循環(huán)系統(tǒng)有少量泄漏，循環(huán)也不會中斷，只要沖洗液能夠連續(xù)補給，仍可繼續(xù)鉆進。 設備體積小，重量較輕，且施工技術容易掌握。沖洗液上返流速低，大顆粒鉆屑（大于4050mm）不能及時排出，這些鉆屑在孔底被鉆頭重復破碎，增加鉆頭的功率消耗，加速鉆頭的非正常磨損。3、適用條件地層：沒有任何地層限制。鉆孔直徑和深度：多使用于800mm以內的孔徑，深度基本不受限制。4、 選擇該工法的依據(jù) 對于直徑大于1m的工程孔，使用該法無論在經濟上或工期方面都不利，該法適用于1m以內，多用于8OOmm以內的孔。 該法鉆機體積小，重量較輕，在施工少量樁時，工程造價較低。在基坑底部或狹窄地段，以及重型機械不易進入的山地等處施工，該法具有絕對優(yōu)勢。該法耗電量小，只使用5060kW的電動機（累加），就可以進行鉆孔、灌注混凝土、鋼筋籠加工等工作。四、反循環(huán)回轉鉆進法1、工作過程 與正循環(huán)的循環(huán)路徑相反，沖洗介質從孔口沿鉆具與孔壁的環(huán)狀間隙向孔底，冷卻鉆頭，清洗孔底，攜帶鉆屑，再沿鉆桿內腔上升，經過水接頭和排渣管排到地表沉淀池，經凈化重新流入孔內，沖洗液這種循環(huán)方式，稱為反循環(huán)回轉鉆進法。2、反循環(huán)鉆進的特點 鉆進效率高。反循環(huán)沖洗液上升流速快，排渣效果好，巖土不經重復破碎就被排到地表。在一般土層中最高純鉆速可達2030m/h，平均鉆速可達67m/h ，比正循環(huán)方法提高幾倍。 鉆頭壽命長。由于排渣效果好，減少了重復破碎，所以鉆頭壽命明顯增長。采用正循環(huán)鉆進卵石層，一個牙輪鉆頭“壽命”不足30m，改用反循環(huán)方法施工后，用組合牙輪鉆頭，鉆進720m（包括90m卵石層）后仍能使用。 鉆孔不易坍塌。因為環(huán)狀面積中沖洗液的流速很慢，對孔壁的破壞作用較小。只要合理地設置水頭（孔內水位高于地下水位2m），保持穩(wěn)定的液柱壓力，鉆孔一般不會坍塌。鉆孔質量好。清孔效果好,孔底殘渣厚可不超過5m；鉆孔的超徑率比正循環(huán)小。鉆速快，孔壁泥皮薄，這些對工程孔的后續(xù)工作是非常有利的。3、適用條件地層：軟土層、基巖地層均可采用該工法。反循環(huán)鉆進特別適合于在第四紀松散地層鉆進大直徑鉆孔。超徑卵石、漂石不能通過鉆桿時，可以采用抓斗或爆破配合反循環(huán)鉆進。工作地區(qū)地下水位適中。地下水位不宜太高(最好在3m以下)，太高不利于孔壁保持穩(wěn)定；地下水位也不宜太低，太低則易增大沖洗液的漏失量，給供水造成困難。需要有適當?shù)墓┧?，以滿足鉆進需要。就目前工程孔所需的深度和直徑來說，該工法基本不受限制。4、 反循環(huán)原理（1）泵吸反循環(huán) 這是利用砂石泵運轉時其吸口處產生的負壓，在孔口液面與泵的吸口之間形成壓差實現(xiàn)的沖洗液反循環(huán)，它是利用了砂石泵的吸程。開動鉆機前，先向孔內供水，孔內水位上升至孔口，然后啟動砂石泵。砂石泵的啟動有二種方式：一種是利用真空泵排除泵體和吸水管內的空氣，形成負壓，鉆桿內的液體上升充滿砂石泵后啟動；另一種啟動方式是配備一臺注水泵，開動副泵注滿砂石泵的進水管后，再啟動砂石泵。 (2) 壓氣反循環(huán)(氣舉反循環(huán))壓氣反循環(huán)(氣舉反循環(huán)) 是將壓縮空氣通過管路（單獨的風管或雙壁鉆桿），送至鉆桿某一深度處的氣水混合室，并由此進入鉆桿內部，在這里壓氣膨脹（管內液柱壓力小于壓縮空氣壓力）、液氣混合，形成小于沖洗液密度的液氣混合物，并在鉆桿內外液體重度差和壓氣動量的聯(lián)合作用下，帶動孔內的沖洗液和鉆屑一起向上流動，形成氣、液、固三相流，經排渣管流往地面沉淀池，空氣逸散，鉆屑沉淀，沖洗液流回鉆孔。(3) 噴射反循環(huán)噴射反循環(huán)采用水泵的水或空氣壓縮機的壓縮空氣為動力，但與泵吸反循環(huán)和壓氣反循環(huán)不同，它是供給裝在噴射腔內的噴嘴后經噴嘴高速噴射出去，因此在噴嘴外部形成負壓區(qū)，其負壓可達0.080.09Mp，水泵的水(空氣壓縮機的壓縮空氣)通過噴嘴形成上升水流。據(jù)研究認為，沖洗液的最優(yōu)排渣流速，約相當于管路內最大清水流速的60%。泵吸、氣舉、噴射三種反循環(huán)鉆進理論效率變化曲線如下圖：圖3-7 泵吸、氣舉、噴射三種反循環(huán)鉆進理論效率變化曲線5、 鋼繩沖擊鉆進法1、工作過程 鋼繩沖擊鉆進法是用沖擊式鉆機或卷揚機 懸吊沖擊鉆頭(又稱沖錘)上下往復沖擊將巖土 破碎成孔，部分鉆屑和泥漿擠入孔壁中，而另 一部分懸浮在孔底泥漿中，用抽筒或循環(huán)的方 式排至地表，形成鉆孔。2、鋼繩沖擊法特點 采用沖擊動載破碎巖土體，沖擊功大而作用時間短，巖土瞬時間受到的動壓力是鉆頭重量的幾十倍，巖土在高速加載的條件下，不易產生塑性變形，表現(xiàn)為脆性增加，形成大體積破碎。 所用設備和機具比較簡單，操作和維護容易，施工中材料消耗也少，工程費用較低。 可采用反循環(huán)排渣，大大提高了鉆進速度。 在水源不足的情況下，排渣可不用循環(huán)液，采用抽筒。 有效破碎巖面的時間少，絕大部分時間能量消耗在鉆頭上下運動上若不采用反循環(huán)排渣，則鉆渣聚集在孔底附近，造成重復破碎，影響鉆進效率，而專門的撈渣作業(yè)也減少了純鉆進時間。 由于靠鉆頭自由下落鉆進，所以只能鉆垂直孔。3、適用條件 （1）地層：適用于黃土、黏性土或粉質黏土和人工雜填土層中應用，特別適于有孤石的砂礫石層、漂石層、堅硬土層、巖層中使用，對流砂層亦可克服，但對淤泥及淤泥質土則要十分慎重。 （2）鉆孔直徑和深度：鉆孔直徑一般為6002500mm；深度從幾十米到數(shù)百米。 6、 沖抓鉆進法（沖抓及全套管鉆進法）1、工作過程 沖抓成孔是在穩(wěn)定液護壁的條件下，利用特制的沖抓錐或沖抓斗鄂板，在下落時，沖抓錐錐瓣和沖抓斗鄂板張開，沖入或壓入孔底巖土，然后提升，沖抓錐錐瓣和沖抓斗鄂板閉合抓土，提升至地面將土卸去，重復上述過程，使鉆孔不斷延伸到設計深度。2、沖抓鉆進特點 (1)主要不是靠破碎巖土，而是靠抓瓣切入，將部分巖土從整體中分離出來后抓取，切入和抓取同時進行，破碎工作量不大。 (2)鉆進與排渣交替進行。 (3)穩(wěn)定液護壁，對穩(wěn)定液的管理較嚴格。 (4)設備、機具和工藝簡單，易于掌握。(5)擴孔率較大。3.適用條件 (1)地層：在腐植土、淤泥、堅密性黏土、砂土、流砂、松散及軟硬相差較大的巖層均可使用。(2) 鉆孔直徑和深度：鉆孔直徑一般為700mml500mm；施工孔深在30m以內。七、全套管施工法（沖抓及全套管鉆進法）1.工作過程 這個施工法是：用液壓油缸搖動套管，并用另外的油缸將其壓入地基土中來護壁，并同時在套管內用錘式抓斗沖抓鉆進，一直將孔掘鑿到設計規(guī)定的地基深度以后，再將焊接好的鋼筋骨架插入孔中，邊灌注混凝土邊拔出套管，就地建成大孔徑灌注樁。2.全套管施工法特點 （1）一般地層中，原則上是套管超前于挖掘，所以引起的孔周圍土的松動很小。 （2）在松軟地層中施工，能做到安全與準確。 （3）能夠安全地緊貼已有的建筑物進行施工，不會影響建筑物的基礎。 （4）孔底的沉渣量小，是各種成孔方法中能獲得最優(yōu)承載力的一種方法。 （5）根據(jù)沖抓斗的挖掘阻力及排出土目測，能準確掌握地層情況，控制孔底標高。 （6）不使用泥漿，樁孔質量高，而且施工場地干凈，特別適于城市內施工 （7）與其它施工法相比，其噪音、振動級別低。 （8）擴孔率極低，與其它成孔法相比可節(jié)約混凝土13%。 （9）設備龐大，自重大，所以當場地小，表土軟弱及水上作業(yè)時，該工法不適合。 （10）設備原價高，機械使用費用也高，所以鉆孔成本費用高。8、 振動沉管鉆進法1、工作過程 振動沉管法是在鉆管(樁管)的上部安裝一個振動錘，振動錘與樁管剛性聯(lián)結，形成一個振動體系，啟動振動錘的原動機，錘內兩水軸上的偏心塊則相對旋轉而產生激振力，使樁管振動，樁管下部的錐形鉆頭邊破壞地層土，邊擠密土下沉，沉入地層預定深度后在管內制樁，振動拔管。2、振動沉管施工法特點 （1）采用擠密法成孔，樁身的承載力會有一定程度的提高。 （2）可按變化了的地層條件變更原設計樁長、樁徑，以滿足要求，不會造成材料浪費和延誤工期。 （3）采用鉆管（沉管）護壁，不使用泥漿，具有干式成孔法的優(yōu)點。 （4）成孔速度快。 （5）可結合爆破法擴底，擴大鉆孔底部直徑，提高樁端承力。 （6）該施工方法將產生一定的噪音和擠土效應。3、適用條件 （1）地層：黏土、淤泥質土、砂性土、人工回填土、稍密（或部分中密）的卵石層和碎石夾層。 （2）鉆孔直徑和深度：孔徑300600mm；深度28m。4、振動沉管的工作原理 （1）共振理論振動沉管是將振動打樁錘和沉管剛性連接，形成一個振動體系。當啟動振動錘，錘內兩組對稱的偏心塊通過齒輪控制做相反方向但同步的旋轉運動，轉動時產生的慣性離心力水平分力相互抵消，垂直分力大小相等方向相同，相互疊加，從而產生忽上忽下周期性的激振力，使沉管上下振動。當沉管的振動頻率與地基土的自振頻率一致時，土體發(fā)生共振，土中的結合水釋放出來成為自由水，顆粒間粘結力急劇下降，呈現(xiàn)液化狀態(tài)，土體對沉管表面的摩阻力，對沉管的端阻力均大為降低，沉管在自重和附加荷載作用下沉入到預定深度。（2）振動沖擊理論 這種理論認為，地基土的性質是多樣的，所以其自振頻率也各不相同。因此，振動錘的強迫振動頻率不易與地基土顆粒的自振頻率接近，甚至相差很遠。因此，樁管下沉不單是靠自重破壞樁前端的土層，而是由于樁管在振動時有很高的振動速度，使樁管上產生很大的沖擊力且作用于樁尖上，致使樁尖破土下沉。振動沖擊錘就是根據(jù)此理論設計的。九、大直徑潛孔錘鉆進法 在硬巖地層施工大直徑鉆孔，常規(guī)的鉆進方法有很多，諸如刮刀鉆頭鉆進、鋼粒鉆進、組合牙輪、滾刀鉆頭鉆進等等。但這些鉆進方法，由于存在各種各樣的缺陷而不能完全滿足施工要求。近幾年來，由于在大直徑潛孔錘方面研究的不斷深入，潛孔錘鉆進技術已成為硬巖鉆進的理想方法。十、擴底樁孔施工法（一）工作過程 在已完成的工程孔的基礎上，采用不同的方法（特制鉆頭、爆破、人工挖掘），按設計要求把工程孔（一般為樁基孔）的底部或孔身的某一部位擴大，形成孔身細，孔底部或孔身某一部位粗的擴底樁孔。（二）擴底樁孔施工的特點 (1)可直接利用施工直孔的設備，但鉆具和工藝有區(qū)別。 (2)孔身斷面下大上小，要求擴底鉆頭能夠穩(wěn)定張開、可靠收攏地從孔內提出。(3)擴孔時應能夠保持孔壁穩(wěn)定。（三）擴底樁與普通圓柱樁相比的優(yōu)點 (1)在同樣樁徑、樁長情況下，單樁承載力可提高60100%，并能改善樁的抗震性、抗拔性。 (2)在同等承載力下，可以將長樁改為短樁，減少鉆進工作量，加快施工速度，縮短施工周期。 (3)可以減少承臺樁數(shù)，減少工作量，節(jié)省灌注材料。節(jié)約建筑物基礎部分投資，一般在鉆孔灌注樁中采用擴底法，能節(jié)省基礎投資50%；在振動沉管灌注樁中采用擴底法，能節(jié)省基礎投30%。（四）類型 擴底樁按施工方法不同可分為： (1)鉆擴樁：采用鉆頭擴底的方法。 (2)爆擴樁：采用炸藥爆破的方法將孔底擴大，一般與沉管結合使用。(3)人工挖孔樁：采用人工挖掘的方法。（五）適用條件 (1)鉆擴樁施工：宜用于堅硬、硬塑、可塑、軟塑狀態(tài)的黏性土，以及密實、中密、稍密的砂土地基，不宜用于流塑狀態(tài)的黏性土，松散砂土及碎石地基；擴大頭直徑為樁身直徑的（22.5）倍。 (2)爆擴樁(爆破擴底)：由于與振動沉管結合，擴大了使用范圍，可以適用于各種土層，而且不受地下水位的限制；擴大頭直徑為樁身直徑的（24）倍。 (3)人工挖孔擴底樁：適用于無地下水或地下水較少的黏土、粉質黏土，含少量的砂、砂卵石的黏土層和黃土層；樁身直徑800mm以上，孔深20m（國外達70m），擴大頭直徑為樁身直徑的（22.5）倍。樁基礎施工一、樁孔質量標準和檢測方法1、樁孔質量標準 (1)樁孔直徑的超徑系數(shù)(充盈系數(shù))不宜大于1.3，不得小于1.0，孔深達到設計要求。 (2)垂直度允許偏差不得大于1%。 (3)孔底沉渣或虛土允許厚度：當樁以摩擦力為主時不得大于100300mm，樁以端承力為主時不得大于50mm，沉管成孔的灌注樁不得有沉渣。(4)樁位允許偏差：單樁、條形樁基沿垂直軸線方向和群樁基礎邊樁的偏差不得超過1/6樁的設計直徑，且不大于100mm；條形樁基沿順軸線方向和群柱基礎中間的偏差不得超過1/4樁的設計直徑，且不大于150mm。 斜樁傾斜度的偏差，不得大于傾斜角（即樁身軸線與鉛垂線間的夾角）正切值的15% 。 2、檢測方法 (1)孔深一般采用校正鉆桿和鉆具的方法檢測或用標準測繩測錘測定。 (2)孔徑和孔形一般采用與設計同尺寸的球形孔徑檢查器，用鋼絲繩吊放孔內，如上下順暢，則為孔徑符合設計要求。必要時，可用專門測量孔徑的井徑儀測定。 (3)樁位一般用經緯儀、水準儀測定。 (4)樁孔垂直度可在鉆桿內下入鉆孔測斜儀測定。測斜儀的上下端應加導正環(huán)。進行量測時，鉆桿下部應連接鉆頭，上部鋼絲繩應拉直，使鉆桿柱的軸線與樁孔中心線保持一致。(5)孔底沉渣一般采用標準測繩測錘測量。二、清孔1、清孔的一般規(guī)定 (1)清孔是通過循環(huán)沖洗液，攜帶孔底沉渣，使之符合規(guī)定要求。干作業(yè)施工的樁孔，不得用沖洗液清除孔底虛土，應采用專門的掏土工具或加碎石夯實的辦法進行處理。 （2）樁孔終孔后應立即清孔，以免沉渣增多而增加清孔工作量和清孔難度。 （3）清孔過程中應隨時觀測孔底沉渣厚度和沖洗液含渣量，當沖洗液含渣量小于，孔底沉渣符合規(guī)定即可停止清孔，并應保持孔內水頭高度，防止發(fā)生塌孔事故。 （4）清孔結束，應在2小時內開始灌注混凝土,并應在灌注混凝土前探測孔底沉渣厚度,若超出規(guī)定應重新清孔。 （5）沉渣厚度的測量因所用的鉆頭不同而采用不同的測量方法。2、清孔的方法 （1）壓風機清孔(亦稱抽漿清孔) 壓風機清孔，是用壓縮空氣抽吸出含鉆渣的泥漿而達到清孔。由風管將壓縮空氣輸進排泥（渣）管，使泥漿形成密度較小的泥漿和孔底沉渣，同時用水泵向孔內注水，保持水位不變直至噴出清水或沉渣厚度達到設計要求為止。 （2）換漿清孔 換漿清孔是利用正、反循環(huán)回轉鉆機，在鉆孔完成后不停鉆、不進尺，繼續(xù)循環(huán)清渣，直至達到清孔的質量要求。 （3）掏渣清孔 干鉆(無循環(huán)液)施工的樁孔，不得用循環(huán)液清除孔底虛土，應采用掏渣筒、抓(斗)錐清孔或采用向孔底投入碎石夯實的辦法使虛土密實，達到清孔目的和設計要求。地下連續(xù)墻施工一、導墻的施工 (一)導墻的作用和要求 (1)導墻是作為地下連續(xù)墻按設計要求施工的基準; (2)導墻可以有保證槽段接近地表部分土體穩(wěn)定; (3)重物的支撐臺。 (二)導墻的結構形式 (1)普通(板)型； (2)L型； (3)倒L型； (4)槽型。 (三)導墻施工工藝 施工順序 平整場地測量確定導墻平面位置挖導溝(處理土方) 加工鋼筋框結構支模板(嚴格按設計要求保證模板安裝垂度) 澆灌混凝土拆除模板(同時設置橫撐) 回填導墻外側空隙并壓實。2、 槽段開挖（一）槽段劃分考慮的因素 槽段的劃分就是確定單元槽段的長度，并按連續(xù)墻設計平面構造要求和施工的可能性，將墻劃分為若干個單元槽段。單元槽段長度長、接頭數(shù)量少，可提高墻體整體性和截水防滲能力，簡化施工，提高工效。（二）各槽段的施工順序 根據(jù)已劃分的單元槽段長度，在導墻上標出各槽段的相應位置，即1，2，3，4，5，6，（三）施工方法 1.多頭鉆施工法 2.抓斗式施工法 3.鉆抓式施工法 4.沖擊式施工法（4） 單元槽段施工 圖6-8 單元槽段施工順序 （a）挖槽；（b）吊放接頭管、鋼筋籠；（c）澆注混凝土；（d）拔接頭管；（e）形成半圓接頭，開挖下一槽段1.已完成