土方調配的兩個例子。圖上注明了挖填調配區、調配方向、土方數量以及每對挖、填區之間的平均運距,共有四個挖方區,三個填方區,總挖方和總填方相等。土方調配,僅考慮場地內的挖填平衡即可解決,則有四個挖方區,三個填方區,挖、填工程量雖然相等,但由於地形窄長,故采取就近棄土和就近借土的辦法解決土方的平衡調配。
1.土方調配原則
(1)應力求達到挖、填平衡和運距最短的原則。因為,這樣做可以降低土方工程成本。但是,“我們必須學會全麵地看問題”。有時僅局限於一個場地範圍內的挖、填平衡,往往難以滿足上述兩個要求同時實現,因此,還需根據場地和周圍地形條件綜合考慮,必要時可以在填方區周圍就近借土在挖方區周圍就近棄土。
(2)土方調配應考慮近期施工與後期利用相結合的原則。當工程分批分期施工時,先期工程有土方餘額應結合後期工程的需要來考慮其利用數量與堆放位置,以便就近調配。堆放位置的選擇應為後期工程創造良好的工作麵和施工條件,力求避免重複挖、運。如先期工程土方有欠額時,也可由後期工程地點挖取。
(3)土方調配應采取分區與全場相結合來考慮的原則。分區土方的餘額或欠額的調配,必須配合全場性的土方調配,不可隻顧局部的平衡,任意挖填而影響全局。
(4)土方調配還應盡可能與大型地下建築物的施工相結合。當大型建築物位於填土地區而其又必須建造在天然地基上,或雖可建造在填土地基上而土方量較大時,為了避免土方的重複挖、填和運輸,應將該區全部或部分地予以保留,待基礎施工之後再行填土。為此,在填方保留區附近應有著相應的挖方保留區,或將附近挖方工程的餘土按需要量合理堆放,以便就近調配。
(5)選擇恰當的調配方向、運輸路線,使土方機械和運輸車輛的功效能得到充分發揮。
總之,進行土方調配,必須根據現場的具體情況、有關技術資料、進度要求、土方施工方法與運輸方法,綜合考慮上述原則,並經計算比較,選擇出經濟合理的調配方案。
2.土方調配圖表的編製
場地土方調配,需做成相應的土方調配圖表,以便施工中使用。其編製方法如下:
(1)劃分調配區。在場地平麵圖上先劃出挖、填區的界線(即前述的零線),根據地形及地理等條件,可在挖方區和填方區適當地分別劃分出若幹調配區(其大小應滿足土方機械的操作要求),並計算出各調配區的土方量,在圖上標明。
(2)求出每對調配區之間的平均運距。平均運距即挖方區土方重心至填方區重心的距離。因此,求平均運距,需先求出每個調配區的重心。其方法如下:
取場地或方格網中的縱橫兩邊為坐標軸,分別求出各區土方的重心位置,即
X=ΣV/ΣVxY=ΣV/ΣVy式中X、Y——挖方調配區或填方調配區的重心坐標;
V——每個方格的土方量;
x、y——每個方格的重心坐標。
為了簡化x、y的計算,可假定每個方格上的土方是各自均勻分布的,從而用圖解法求出形心位置以代替重心位置。
重心求出後,標注在相應的調配區圖上,然後用比例尺量出每對調配區之間的平均運距。
(3)畫出土方調配圖。在圖上標出調配方向,土方數量及平均運距。
(4)列出土方量平衡表。土方調配計算結果需列入土方量平衡表中。表1-4是圖1-20(a)所示調配方案的土方量平衡表。
第三節土方工程施工準備與基坑(槽)施工
一、施工準備及定位放線
(一)施工準備工作
1.場地清理
清理地上和地下各種障礙物,如舊建築,遷移樹木,拆除或改建通信和電力設備,地下管線及建築物,去除耕植物及河塘淤泥等。
2.地麵水排除
場地積水將影響施工,必須將地麵水或雨水及時排走,使場地保持幹燥,以利施工,地麵排水一般可采用排水溝、截水溝、擋水土壩等措施。
(二)定位與放線
1.建築物定位
建築物定位就是將建築設計總平麵圖中建築物的軸線交點測定到地麵上,用木樁標定出來,在樁頂釘小釘指示點位,稱軸線樁,然後根據軸線樁進行細部測定。
為了進一步控製各軸線位置,應將主要軸線延長引測到安全地點並做標誌,稱為控製樁。為了便於開槽後施工各階段中能控製軸線位置,可把軸線位置引測到龍門板上,用軸線釘標定。龍門板頂部標高一般為±0.000,以便控製開挖基槽和基礎施工時的標高。
2.放線
放線就是根據定位確定的軸線位置,用石灰劃出基槽(坑)開挖的邊線,基槽(坑)上口尺寸的確定應根據基礎的設計尺寸和埋置深度、土壤類別及地下水情況確定是否留工作麵或放坡。工作麵的留置要求為:磚基礎不小於150mm,混凝土及鋼筋混凝土基礎為300mm。
二、土壁穩定
土壁的穩定主要是土體內摩阻力和粘結力來保持平衡的,當土體失去平衡,土壁就會引起塌方,這不僅會造成人身安全事故,同時還會影響基坑、基槽的開挖和基礎的施工。
(一)土壁塌方的原因
根據工程實踐調查分析,造成邊坡塌方的主要原因有以下幾點:
(1)邊坡過陡,土體本身穩定性不夠而產生塌方;
(2)基坑上邊緣附近堆物過重,使土體中產生的剪應力超過土體的抗剪強度;
(3)地麵水及地下水滲入邊坡土體,使土體的自重增大,抗剪能力降低,從而產生塌方。
(二)防止邊坡塌方的措施
1.放足邊坡
邊坡的留置應符合規範的要求,其坡度大小,則應根據土壤的性質、水文地質條件、施工方法、開挖深度、工期的長短等因素而定。施工時應隨時觀察土壁變化情況。
2.在邊坡上堆土方或材料以及動荷載作用
在邊坡上堆土方或材料以及使用施工機械時,應保持與邊坡邊緣有一定距離。當土質良好時,堆土或材料應距挖方邊緣0.8m以外,高度不應超過1.5m。在軟土地區開挖時,應隨挖隨運,以防由於地麵加荷引起的邊坡塌方。
3.做好排水工作
防止地表水、施工用水和生活廢水浸入邊坡土體,在雨期施工時,應更加注意檢查邊坡的穩定性,必要時加設支撐。
當基坑開挖完後,可采用塑料薄膜覆蓋,水泥砂漿抹麵、掛網抹麵或噴漿等方法進行邊坡坡麵防護,可有效防止邊坡失穩。
在土方開挖過程中,應隨時觀察邊坡土體,當出現如裂縫、滑動等失穩跡象時,應暫停施工,必要時將施工人員和機械撤至安全地點。同時,應設置觀察點,並對土體平麵位移和沉降變化做好記錄,隨後與設計單位聯係,研究相應的措施,如采用排水、支擋、減重減壓和護坡等方法進行綜合治理。也可采用通風疏幹、電滲排水、爆破灌漿、化學加固等方法,改善滑動帶岩土的性質,以穩定邊坡,確保土壁的穩定性。
三、基坑開挖與支護
基坑開挖分兩大類:一是民用與工業建築多為淺基坑,工程規模小,易於實施,問題較少。二是高層建築地下部分深度多在5~15m之間,寬度在20m以上,工程規模較大,施工工期較長,常遇地下水及軟土,問題較多,造價較高,這類基坑稱為大麵積深基坑。
基坑的支護結構除承受基坑周圍土體的天然土、水壓力外,還主要承受基坑開挖時,由於基坑中土體的挖除而產生的卸荷所引起的土壓力和水壓力的變化,並將這些壓力傳遞到支撐,與支撐構件一起形成基坑施工時的支護體係。
(一)淺基坑開挖
淺基坑開挖有條基開挖及柱基開挖兩種情況,條基埋深為1~3m,通常采用直立坑壁,人工開挖。柱基基礎麵積雖大,埋深可達7m,但容易支護。多數柱基埋深2~3m,一些廠房柱基寬3~4m,長5~6m,深度大時,采用放坡法。
設備基礎情況較複雜,有的麵積大,埋深可達10m,有的與柱基相近,其中較困難的問題在於室內施工。當設備基礎與柱基距離很近時,必須考慮柱基的安全及下沉,拉開距離不小於2△h,△h為兩基礎埋深的高差。
同時坡頂離原有基礎外緣距離不小於1~2m,按深度大小確定,也不得將棄土壓在原有基礎上,由於廠房用地緊張,放坡條件難以保證,就必須采用板樁支護,或連續牆及柱列樁。地基土較好時,采用在原基礎外做攪拌樁,可縮短兩者間拉開距離;新老基礎下的樁按豎向荷載設計,不具有抗滑能力,邊坡一旦失穩,樁群將同時滑動折斷。
基坑開挖不僅要考慮邊坡的穩定,還要確保槽底土層不被擾動。浮土必須清除,驗槽必不可少,驗槽的目的在於補充勘測不足。當發現異常情況,例如填土、洞穴或土的性質不符合勘測提供的情況等必須在解決後才能進行基礎施工。
影響基坑施工的因素很多。對淺基礎來說,重要的問題是防止基坑曝曬或泡水。雨季施工坑內外都要及時排水,被水泡後的軟泥要清除徹底。基礎施工完成後立即回填夯實,以保證基礎在水平方向的穩定性。
(二)土壁支護
開挖基坑(槽)時,如地質條件及周圍條件允許,可放坡開挖,但在建築密集地區施工,有時不允許按要求放坡開挖,或者有防止地下水滲入基坑要求時,就需要用支護結構支撐土壁,以保證施工的順利和安全,並減少對相鄰已有建築物的不利影響。
土壁支撐根據基坑(槽)及其深度和平麵寬度大小可采用不同的形式。在開挖較窄的溝槽時,多用木擋板橫撐式土壁支撐。橫撐式土壁支撐根據擋土板設置的不同,分為水平擋土板式和垂直擋土板式。前者又可分為斷續式和連續式。斷續式水平擋土板支撐在濕度小的粘性土及挖土深度小於3m時采用;連續式水平擋土板支撐用於較潮濕的或散粒的土,挖土深度可達5m。垂直擋土板支撐用於鬆散的和濕度很高的土,挖土深度不限。
(三)大麵積深基坑支護
高層建築基礎比較複雜,按其功能要求分為箱基、筏基兩大類。箱基主要解決承載力不足問題,住宅建築多采用箱基,埋深約5m。商業建築地下部分凶供停車或營業需要,一般采用框架柱厚筏結構。地下兩層,埋深10m左右。由於用地緊張,常常用足規劃用地將各棟建築的地下部分連成一片,形成大底盤。這就出現了大麵積深基坑支護新的技術問題,其特點如下:
(1)由於場地狹窄,放坡法使用條件受到限製,目前主要的支護方法為鋼板樁、柱列式鋼筋混凝土樁、連續牆等。對方形或圓形基坑采用拱圈。為提高支護能力,增設單層和多層錨杆或設水平支撐。基坑開挖要實行位移監測,確保場外道路及管道設施的安全。
(2)利用深層攪拌法(或注漿法)加固基坑四周土體,使其成為具有低強度的防水帷幕,或直接用做護坡;或與鋼筋混凝土柱列樁連用,組成防水支擋結構代替造價較高的連續牆;在軟土地區可用來加固被動區土體,增加支護結構的穩定性,杜絕流砂管湧,為施工現場幹作業創造條件。
(3)逆作法施工技術日益被重視。大家知道在城市內施工場地狹窄,不僅沒有可能放坡,甚至施工場地也受限製,加之施工支擋可用地下室永久結構代替,各層樓板可做施工之用,並可縮短工期、節約造價。由於這些優點,自20世紀70年代已開始實行逆作法施工。逆作法的施工與正常基坑施工相反,先施工上層地下室,再施工下層地下室,最後澆築底板。原有連續牆或柱列式鋼筋混凝土樁可作為地下室的臨時外牆。施工時按柱網排列,先做鋼骨臨時支柱。在地麵上做最上層樓麵結構。澆築過程中預留車道、出上口,便於挖出第一層樓麵下的土方。挖完土方後,繼續做第二層樓麵,並澆築鋼筋混凝土柱。原有鋼骨(型鋼或鋼管)留在柱內,便於柱、梁、板的連接。按此順序施工,至澆完底板為止。關於梁與連續牆的連接,可在連續牆的鋼筋網上的相應位置預埋構件以便焊接。