任务2.3 土方开挖
2.3.1 施工准备工作
土方开挖施工前需作好以下各项准备。
2.3.1.1 查勘施工现场
调查研究,摸清工程场地情况,搜集施工需要的各项资料,包括施工场地地形、地貌、地质水文、河流、气象、运输道路、邻近建筑物、地下基础、管线、电缆坑基、防空洞、地面上施工范围内的障碍物和堆积物状况,供水、供电、通信情况,防洪排水系统等,以便为施工规划和准备提供可靠资料和数据。
2.3.1.2 学习和审查图纸
学习施工图纸,检查图纸和资料是否齐全,核对平面尺寸和坑底标高,图纸相互间有无错误和矛盾;掌握设计内容及各项技术要求,了解工程规模、结构形式、特点、工程量和质量要求;熟悉土层地质、水文勘察资料;审查地基处理和基础设计;会审图纸,搞清地下构筑物、基础平面与周围地下设施管线的关系,图纸相互间有无错误和冲突;研究好开挖程序,明确各专业工序间的配合关系、施工工期要求;并向参加施工人员层层进行技术交底。
图纸会审主要内容:
(1)是否无证设计或越级设计;图纸是否经设计单位正式签署。
(2)地质勘探资料是否齐全。
(3)设计图纸与说明是否齐全,有无分期供图的时间表。
(4)设计地震烈度是否符合当地要求。
(5)几个设计单位共同设计的图纸相互间有无矛盾;专业图纸之间、平立剖面图之间有无矛盾;标注有无遗漏。
(6)总平面与施工图的几何尺寸、平面位置、标高等是否一致。
(7)防火、消防是否满足要求。
(8)建筑结构与各专业图纸本身是否有差错及矛盾;结构图与建筑图的平面尺寸及标高是否一致;建筑图与结构图的表示方法是否清楚;是否符合制图标准;预埋件是否表示清楚;有无钢筋明细表;钢筋的构造要求在图中是否表示清楚。
(9)施工图中所列各种标准图册,施工单位是否具备。
(10)材料来源有无保证,能否代换;图中所要求的条件能否满足;新材料、新技术的应用有无问题。
(11)地基处理方法是否合理,建筑与结构构造是否存在不能施工、不便于施工的技术问题,或容易导致质量、安全、工程费用增加等方面的问题。
(12)工艺管道、电气线路、设备装置、运输道路与建筑物之间或相互间有无矛盾,布置是否合理,是否满足设计功能要求。
(13)施工安全、环境卫生有无保证。
(14)图纸是否符合监理大纲所提出的要求。
2.3.1.3 编制施工方案
研究制定现场场地整平、基坑开挖施工方案;绘制施工总平面布置图和基坑土方开挖图,确定开挖路线、顺序、范围、底板标高,边坡坡度、排水沟、集水井位置、及挖去的土方堆放地点;提出需用施工机具、劳力、推广新技术计划;深基坑开挖还应提出支护、边坡保护和降水方案。
2.3.1.4 清除现场障碍物
将施工区域内所有障碍物,如高压电线,电杆、塔架、地上和地下管道、电缆、坟墓、树木、沟渠以及旧有房屋、基础等进行拆除或进行搬迁、改建、改线;对附近原有建筑物、电杆、塔架等采取有效防护加固措施;可利用的建筑物应充分利用。
2.3.1.5 平整施工场地
按设计或施工要求范围和标高整平场地,将土方弃到规定弃土区;凡在施工区域内,影响工程质量的软弱土层、淤泥、腐殖土,大卵石、孤石、垃圾、树根、草皮以及不宜作填土和回填土料的稻田湿土,应分别情况采取全部挖除或设排水沟疏干、抛填块石、砂砾等方法进行妥善处理,以免影响地基承载力。
2.3.1.6 进行地下墓探
在黄土地区或有古墓地区,应在工程基础部位,按设计要求位置,用洛阳铲进行铲探,发现墓穴、土洞、地道(地窖)、废井等,应对地基进行局部处理。
2.3.1.7 作好排水设施
在施工区域内设置临时性或永久性排水沟,将地面水排走或排到低洼处,再设水泵排走;或疏通原有排水泄洪系统;排水沟纵向坡度一般不小于2%,使场地不积水;山坡地区,在离边坡上沿5~6m处,设置截水沟、排洪沟,阻止坡顶雨水流入开挖基坑区域内,或在需要的地段修筑挡水土坝阻水。
2.3.1.8 设置测量控制
根据给定的国家永久性控制坐标和水准点,按建筑物总平面要求,引测到现场。在工程施工区域设置测量控制网,包括控制基线、轴线和水平基准点;做好轴线控制的测量和校核。控制网要避开建筑物、构筑物、土方机械操作及运输线路,并有保护标志;场地整平应设10m×10m或20m×20m方格网,在各方格点上做控制桩,并测出各标桩处的自然地形、标高作为计算挖、填土方量和施工控制的依据。对建筑物应做定位轴线的控制测量和校核;进行土方工程的测量定位放线,设置龙门板、放出基坑(槽)挖土灰线、上部边线和底部边线和水准标志。龙门板桩一般应离开坑沿1.5~2.0m,以利保存,灰线、标高、轴线应进行复核无误后,方可进行场地整平和基坑开挖。
2.3.1.9 修建临时设施
根据土方和基础工程规模、工期长短、施工力量安排等修建简易临时性生产和生活设施(如工具、材料库、油库、机具库、修理棚、休息棚、茶炉棚等),同时敷设现场供水、供电、供压缩空气(爆破石方用)管线路,并进行试水、试电、试气。
2.3.1.10 修筑临时道路
修筑施工场地内机械运行的道路;主要临时运输道路宜结合永久性道路的布置修筑。行车路面按双车道,宽度不应小于7m,最大纵向坡不应大于6%,最小转弯半径不小于15m;路基底层叮铺砌20~30cm厚的块石或卵(砾)石层作简易泥结石路面,尽量使一线多用,重车下坡行驶。道路的坡度、转弯半径应符合安全要求,两侧作排水沟。道路通过沟渠应设涵洞,道路与铁路、电讯线路、电缆线路以及各种管线相交处,应按有关安全技术规定设置平交道和标志。
2.3.1.11 准备机具、施工用料
准备好施工机具,作好设备调配,对进场挖土、运输车辆及各种辅助设备进行维修检查、试运转,并运至使用地点就位;准备好施工用料,按施工平面图要求堆放。
2.3.1.12 进行施工组织
组织并配备土方工程施工所需各专业技术人员、管理人员和技术工人;组织安排好作业班次;制定较完善的技术岗位责任制和技术、质量、安全、管理网格;建立技术责任制和质量保证体系;对拟采用的土方工程施工新机具、新工艺、新技术组织力量进行研制和试验。
2.3.2 土方开挖施工工艺
2.3.2.1 场地开挖
(1)对小面积多用人工或配合小型机具开挖。采取由上而下,分层分段,一端向另一端进行。土方运输采用手推车、皮带运输机、机动翻斗车、自卸汽车等机具。大面积宜用推土机、装卸机、铲运机或挖掘机等大型土方机械。
(2)土方开挖应具有一定的边坡坡度(图2.36),以防坍方和保证施工安全。确定挖方边坡坡度应据使用时间(临时或永久性)、土的种类、物理力学性质、水文情况等确定。
图2.36 场地、基坑边坡形式
1∶m—土方坡度(=H∶B);m—坡度系数(B/H);H—边坡高度;B—边坡宽度
《土方与爆破工程施工及验收规范》(GB50201—2012)规定,永久性挖方边坡坡度应符合设计要求,当工程地质与设计资料不符,需修改边坡坡度或采取加固措施时,应由设计单位确定;临时性挖方边坡坡度应根据工程地质和开挖边坡高度要求,结合当地同类土体的稳定坡度确定;在坡体整体稳定的情况下,如地质条件良好、土(岩)质较均匀,高度在3m以内的临时性挖方边坡坡度宜符合表2.9的规定。
《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2011)(2012年8月实行)还规定,对于山区(包括丘陵地带)地基,在坡体整体稳定的条件下,土质边坡开挖时,边坡的坡度允许值,应根据当地经验,参照同类土层的稳定坡度确定。当土质良好且均匀、无不良地质现象、地下水不丰富时,可按表2.10确定。
表2.9 临时性挖方边坡坡度值(不加支撑)
表2.10 土质边坡坡度允许值(不加支撑)
注 1.表中碎石土的充填物为坚硬或硬塑状态的黏性土。
2.对于砂土或充填物为砂土的碎石土,其边坡坡度允许值均按自然修止角确定。
2.3.2.2 边坡开挖
(1)场地边坡开挖应采用沿等高线自上而下分层、分段依次进行。在边坡上采用多台阶同时进行开挖,上台阶比下台阶开挖进深不小于30m,以防塌方。
(2)边坡台阶开挖,应做成一定坡势,以利泄水。边坡下部设有护脚及排水沟时,在边坡修完之后,应立即处理台阶的反向排水坡和进行护脚矮墙和排水沟的砌筑和疏通,以保证坡面不被冲刷和影响边坡稳定范围内积水,否则应采取临时性排水措施。
(3)边坡开挖,对软土土坡或易风化的软质岩石边坡在开挖后应对坡面、坡脚采取喷浆、抹面、嵌补、护砌等保护措施,并做好坡顶、坡脚排水,避免在影响边坡稳定的范围内积水。
2.3.2.3 边坡塌方
(1)造成边坡塌方的主要原因:
1)未按规定放坡,使土体本身稳定性不够而塌方。
2)基坑边沿堆载,使土体中产生的剪应力超过土体的抗剪强度而塌方。
3)地下水及地面水渗入边坡土体,使土体的自重增大,抗剪能力降低,从而产生塌方。
(2)防止边坡塌方的主要措施:
1)边坡的留置应符合规范的要求,其坡度大小,则应根据土的性质、水文地质条件、施工方法、开挖深度、工期的长短等因素而确定。施工时应随时观察土壁变化情况。
2)边坡上有堆土或材料以及有施工机械行驶时,应保持与边坡边缘的距离。当土质良好时,堆土或材料应距挖方边缘不小于0.8m,高度不应超过1.5m。在软土地基开挖时,应随挖随运,以防由于地面加载引起的边坡塌方。
3)作好排水工作,防止地表水、施工用水和生活废水浸入边坡土体,在雨期施工时,应更加注意检查边坡的稳定性,必要时加设支撑。
(3)边坡保护:当基坑开挖完工后,可采用塑料薄膜覆盖、水泥砂浆抹面、挂网抹面或喷浆等方法进行边坡坡面防护,可有效防止边坡失稳。
(4)边坡失稳处理:在土方开挖过程中,应随时观察边坡土体。当边坡出现裂缝、滑动等失稳迹象时,应暂停施工,必要时将施工人员和机械撤出至安全地点。同时,应设置观察点,对土体平面位移和沉降变化进行观测,并与设计单位联系,研究相应的处理措施。
2.3.2.4 基坑(槽)开挖
(1)基坑(槽)和管沟开挖上部应有排水措施,防止地面水流入坑内,以防冲刷边坡造成塌方和破坏基土。
(2)基坑开挖,应先进行测量定位,抄平放线,定出开挖宽度,按放线分块(段)分层挖土。根据土质和水文情况采取在四侧或两侧直立开挖或放坡,以保证施工操作安全。
(3)当开挖基坑(槽)的土壤含水量大而不稳定,或基坑较深,或受到周围场地限制而需用较陡的边坡或直立开挖而土质较差时,应采用临时性支撑加固,坑、槽宽度应比基础宽每边加10~15cm,挖土时,土壁要求平直,挖好一层、支一层支撑,挡土板要紧贴土面,并用小木桩或横撑木顶住挡板。开挖宽度较大的基坑,当在局部地段无法放坡,或下部土方受到基坑尺寸限制不能放较大坡度时,则应在下部坡脚采取加固措施,如采用短桩与横隔板支撑,或砌砖、毛石或用编织袋、草袋装土堆砌临时矮挡土墙,保护坡脚;当开挖深基坑时,则须采取半永久性、安全、可靠的支护措施。
(4)基坑开挖程序一般是:测量放线→切线分层开挖→排降水→修坡→整平→留足预留土层等。相邻基坑开挖时,应遵循先深后浅或同时进行的施工程序。挖土应自上而下水平分段分层进行,每层0.3m左右,边挖边检查坑底宽度,不够时及时修整,每3m左右修一次坡,至设计标高,再统一进行一次修坡清底,检查坑底宽和标高,要求坑底凹凸不超过1.5m。在已有建筑物侧挖基坑(槽)应间隔分段进行,每段不超过2m,相邻段开挖应待已挖好的槽段基础完成并回填夯实后进行。
(5)基坑开挖应遵循时空效应原理,根据地质条件采取相应的开挖方式,一般应“分层开挖,先撑后挖,分层开挖,严禁超挖”,支撑与挖土配合,严禁超撑。在软土层及基坑变形要求较严格时,应采取“分层、分区、分块、分段、抽槽开挖,留上护壁,快挖、快撑,减少无支撑暴露时间”等方式开挖,以减少基坑变形,保持基坑稳定。
(6)对于采用土方机械进行挖掘基坑时,《建筑机械使用安全技术规程》(JGJ33—2012)规定,当坑底无地下水,坑深在5m以内,且边坡坡度符合表2.11规定时,可不加支撑。
表2.11 挖方深度在5m以内的基坑(槽)或管沟的边坡最陡坡度(不加支撑)
(7)基坑开挖应尽量防止对地基土的扰动。当用人工挖土基坑挖好后不能立即进行下道工序时,应预留15~30cm一层土不挖,待下道工序开始再挖至设计标高。采用机械开挖基坑时,为避免破坏基底土壤,应在基底标高以上预留一层人工清理。使用铲运机、推土机或多斗挖土机时,保留土层厚度为20cm;使用正铲、反铲或拉铲挖土时为30cm。
(8)在地下水位以下挖土,应在基坑(槽)四侧或两侧挖好临时排水沟和集水井,将水位降至坑、槽底以下500mm,以利挖方进行。降水工作应持续到基础(包括地下水位下回填土)施工完成。
(9)雨季施工时,基坑槽应分段开挖,挖好一段浇筑一段垫层,并在基槽两侧围以土堤或挖排水沟,以防地面雨水流入基坑槽,同时应经常检查边坡和支护情况,以防止坑壁受水浸泡造成塌方。
(10)在基坑(槽)边缘上侧堆土或堆放材料以及移动施工机械时,应与基坑边缘保持1m以上距离,以保证坑边直立壁或边坡的稳定。当土质良好时,堆土或材料应距挖方边缘0.8m以外,高度不宜超过1.5m,并应避免在已完基础一侧过高堆土,使基础、墙、柱歪斜而酿成事故。
(11)如开挖的基坑槽深于邻近建筑基础时,开挖应保持一定的距离和坡度(图2.37),以免影响邻近建筑基础的稳定,一般应满足下列要求h∶l≤0.5~1.0。如不能满足要求,应采取在坡脚设挡墙或支撑进行加固处理。
(12)基坑(槽)开挖至设计标高后,应对坑底进行保护,经验槽合格后,方可进行垫层施工。验槽要作好记录,如发现地基土质与地质勘探报告、设计要求不符时,应与有关人员研究并及时处理。
(13)基坑(槽)土方工程验收必须确保支护结构安全和周围环境安全为前提。当设计有指标时,以设计要求为依据,如无设计指标时应按表2.12的规定执行。
图2.37 基坑槽与邻近甚础应保持的距离
1—开挖深基坑槽底部;2—邻近基础
表2.12 基坑变形的监控值 单位:cm
注 1.符合下列情况之一,为一级基坑:
(1)重要工程或支护结构做主体结构的一部分。
(2)开挖深度大10m。
(3)与临近建筑物,重要设施的距离在开挖深度以内的基坑。
(4)基坑范围内有历史文物、近代优秀建筑、重要管线等需严加保护的基坑。
2.三级基坑为开挖深度小于7m,且周围环境无特别要求时的基坑。
3.除一级和二级外的基坑属二级基坑。
4.当周围已有的设施有特殊要求时,尚应符合这些要求。
2.3.2.5 深基坑开挖
深基坑挖土是基坑工程的重要部分,对于土方数量大的基坑,基坑工程工期的长短在很大程度上取决于挖土的速度。另外,支护结构的强度和变形控制是否满足要求,降水是否达到预期的目的,都靠挖土阶段来进行检验,因此,基坑工程成败与否也在一定程度上有赖于基坑挖土。
在基坑土方开挖之前,要详细了解施工区域的地形和周围环境;土层种类及其特性;地下设施情况;支护结构的施工质量;土方运输的出口;政府及有关部门关于土方外运的要求和规定(有的大城市规定只有夜间才允许土方外运)。要优化选择挖土机械和运输设备;要确定堆土场地或弃土处;要确定挖土方案和施工组织;要对支护结构、地下水位及周围环境进行必要的监测和保护。
大型深基坑土方开挖方法主要有:放坡挖土、分层分段挖土、盆式挖土、中心岛式挖土、基础群分片挖土、深基坑逐层挖土以及多层接力挖土等,可根据基坑面积大小、开挖深度、支护结构形式、周围环境条件等因素选用。
1.放坡挖土
放坡开挖是最经济的挖土方案。当基坑开挖深度不大(软土地区挖深不超过4m;地下水位低的土质较好地区挖深亦可较大)、周围环境又允许时,经验算能确保土坡的稳定性时,均可采用放坡开挖。开挖深度较大的基坑,当采用放坡挖土时,宜设置多级平台分层开挖,每级平台的宽度不宜小于1.5m。
对土质较差且施工工期较长的基坑,对边坡宜采用钢丝网水泥喷浆或用高分子聚合材料覆盖等措施进行护坡。坑顶不宜堆土或存在堆载(材料或设备),遇有不可避免的附加荷载时,在进行边坡稳定性验算时,应计入附加荷载的影响。
在地下水位较高的软土地区,应在降水达到要求后再进行土方开挖,宜采用分层开挖的方式进行开挖。分层挖土厚度不宜超过2.5m。挖土时要注意保护工程桩,防止碰撞或因挖土过快、高差过大使工程桩受侧压力而倾斜。如有地下水,放坡开挖应采取有效措施降低坑内水位和排除地表水,严防地表水或坑内排出的水倒流回渗入基坑。
基坑采用机械挖土,坑底应保留200~300mm厚基土,用人工清理整平,防止坑底土扰动。待挖至设计标高后,应清除浮土,经验槽合格后,及时进行垫层施工。
2.分层分段挖土
分层挖土,是将基坑按深度分为多层进行逐层开挖;分层厚度,软土地基应控制在2m以内;硬质土可控制在5m以内为宜,开挖顺序可从基坑的某一边向另一边平行开挖,或从基坑两头对称开挖,或从基坑中间向两边平行对称开挖、也可交替分层开挖,可根据工作面和土质情况决定。运土可采取设坡道或不设坡道两种方式。设坡道土的坡度视土质、挖土深度和运输设备情况而定,一般为1∶8~1∶10,坡道两侧要采取挡土或加固措施。不设坡道一般设钢平台或栈桥作为运输土方通道。
分段挖土,系将基坑分成几段或几块分别进行开挖。分段与分块的大小、位置和开挖顺序,根据开挖场地工作面条件、地下室平面与深浅和施工期要求而定。分块开挖,即开挖一块浇筑一块混凝土垫层或基础,必要时可在已封底的坑底、与围护结构之间加设斜撑,以增强支护的稳定性。
3.中心岛(墩)式挖土
中心岛式挖土适用于大型基坑,支护结构的支撑形式为角撑、环梁式或边桁架式,中间具有较大的空间的情况。它是先开挖基坑周边土方,在中间留土墩作为支点搭设栈桥,挖土机可利用栈桥下到基坑挖土,运土的汽车亦可利用栈桥进入基坑运土,可有效加快挖土和运土的速度(图2.38)。
图2.38 中心岛(墩)式挖土示意图
1—栈桥;2—支架(尽可能利用工程桩);3—围护墙;4—腰梁;5—土墩
中心岛式挖土中间土墩的留土高度、边坡的坡度、挖土分层与高差应经仔细研究确定。由于在雨季土墩边坡容易滑坡,必要时对边坡需要加固。挖土亦分层开挖,一般先全面挖去一层,然后中间部分留置土墩,周围部分分层开挖。挖土多用反铲挖土机,如基坑深度很大,则采用向上逐级传递方式进行土方装车外运。整个土方开挖顺序应遵循开槽支撑,先撑后挖,分层开挖,防止超挖的原则进行。
4.盆式挖土
盆式挖土是先开挖基坑中间部分的土,周围四边留土坡,使之形成对四周围护结构的被动土反压力区,以增强围护结构的稳定性。待中间部分的混凝土垫层、基础或地下室结构施工完成之后,再用水平支撑或斜撑对四周围护结构进行支撑,并突击开挖周边支护结构内部分被动土区的土,每挖一层支一层水平横顶撑,直至坑底,最后浇筑该部分结构(图2.39)。
图2.39 盆式挖土
Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ—开挖次序
这种挖土方式的优点是周边的土坡对围护墙有支撑作用,时间效应小,有利于减少围护墙的变形。其缺点是大量的土方不能直接外运,需集中提升后装车外运。
盆式挖土周边留置的土坡,其宽度、高度和坡度大小均应通过稳定验算确定。如留的过小,对围护墙支撑作用不明显,失去盆式挖土的意义。如坡度太陡边坡不稳定,在挖土过程中可能失稳滑动,不但失去对围护墙的支撑作用,影响施工,而且有损于工程桩的质量。盆式挖土需设法提高土方上运的速度,对加速基坑开挖起很大作用。
5.深基坑逐层挖土法
开挖深度超过挖土机最大挖掘高度(5m以上)时,宜分2~3层开挖,并修筑10%~15%的坡道,以便挖土机及运输车辆进出。有些边角部位,机械挖掘不到,应用少量人工配合清理,将松土清至机械作业半径范围以内,再用机械掏取运走,人工清土所占比例,一般为1.5%~4%,控制好可达到1.5%~2%,修坡以厘米作限制误差。大基坑宜另配备一台推土机清土、送土、运土。挖掘机、运土汽车进出基坑的运输道路,应尽量利用基础一侧或两侧相邻的基础以后需开挖的部位,使它互相贯通作为车道,或利用提前挖除土方的地下设施部位作为相邻的几个基坑开挖地下运输通道,以减少挖土量。
对某些面积不大,而深度较大的基坑,一般也宜尽量利用挖土机开挖,不开或少开坡道,采用机械接力挖土、运土和人工与机械合理的配合挖土,最后再采用搭设枕木垛的办法,使挖土机开出基坑。
6.多层接力挖土法
对面积、深度均较大的基坑,通常采用分层挖土的施工法(图2.40),使用大型土方机械,在坑下作业。如为软土地基,土方机械进入基坑行走有困难,需要铺垫钢板或铺路基箱垫道,将使费用增大,工效较低。遇此情况可采用“反铲接力挖土法”,它是利用两台或三台反铲挖土机分别在基坑的不同标高处同时挖土,一台在地表,两台在基坑不同标高的台阶上,边挖土边向上传递,到上层由地表挖土机掏土装车,用自卸汽车运至弃土地点。基坑上部可用大型挖土机,中、下层可用液压中、小型挖土机,以便挖土、装车均衡作业;机械开挖不到之处,再配以人工开挖修坡、找平。在基坑纵向两端设有道路出入口,上部汽车开行单向行驶。对小基坑,标高深浅不一,需边清理坑底,边放坡挖土,挖土按设计的开行路线,边挖边往后退,直到全部基坑挖好为止再退出。用本法开挖基坑,可一次挖到设计标高,一次成型,一般两层挖土可到-10m,三层挖土可到-15m左右,可避免载重自卸汽车开进基坑装土、运土作业,工作条件好,运输效率高,并可降低费用。最后用搭枕木垛的方法,使挖土机开出基坑或牵引拉出;如坡度过陡也可用吊车吊运出坑。
图2.40 分层挖土施工法
Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ—开挖次序
无论用何种机械开挖土方,都需要配备少量人工挖除机械难以开挖到的边角部位土方和修整边坡,并及时清理予以运出。
机械开挖土方的运输,当挖土高度在3m以上,运距超过0.5km,场地空地较少的,一般宜采用自卸汽车装土,运到弃土场堆放,或部分就近空地堆放,留作以后回填之用。为了使土堆高及整平场地,另配1~2台推土机和一台压路机。雨天挖土应用路基箱做机械操作和车辆行驶区域加固地基之用,路基箱用1台12t汽车吊吊运铺设。
每一段基坑挖土机械的配备是根据工作场地的大小、深度、土方量等因素,按工期要求,配备相应的机械及作业班次,采用两班或三班作业。
2.3.2.6 土方开挖质量标准
《建筑地基基础工程施工质量验收规范》(GB50202—2002)规定,土方开挖工程的质量检验标准应符合表2.13的规定。
表2.13 土方开挖工程质量检验标准 单位:mm
注 地(路)面基层的偏差只适用于直接在挖、填方上做地(路)面的基层。
2.3.3 钎探与验槽
基坑(槽)开挖后进行基坑(槽)检验,是建筑物施工第一阶段基坑(槽)开挖后的重要工序,也是一般岩土工程勘察工作最后一个环节。
基坑(槽)检验可用触探或其他有效方法,进行基坑(槽)检验的主要目的有两个:一是检验勘察成果是否符合实际,通常勘探孔的数量有限,基槽全面开挖后,地基持力层完全暴露出来,可以检验勘察成果与实际情况是否一致,勘察成果报告的结论与建议是否正确和切实可行;二是解决遗留和新发现的问题,当发现与勘察报告和设计文件不一致、或遇到异常情况时,应结合地质条件提出处理意见。
2.3.3.1 基坑(槽)检验工作的内容
(1)验槽应首先核对基槽的施工位置。平面尺寸和槽底标高的容许误差,可视具体的工程情况和基础类型确定。一般情况下,槽底标高的偏差应控制在0~-50mm范围内;平面尺寸由设计中心线向两边量测,长、宽尺寸不应偏小;边坡不应偏陡。
验槽方法以使用袖珍贯入仪等简便易行的方法为主,必要时可在槽底普遍进行轻便钎探,当持力层下埋藏有下卧砂层而承压水头高于基底时,则不宜进行钎探,以免造成涌砂。当施工揭露的岩土条件与勘察报告有较大差别或者验槽人员认为必要时,可有针对性地进行补充勘察测试工作。
(2)熟悉勘察报告、拟建建筑物的类型和特点、基础设计图纸及环境监测资料。当遇有下列情况时,应作为验槽的重点:
1)持力土层的顶板标高有较大的起伏变化。
2)基础范围内存在两种以上不同成因类型的地层。
3)基础范围内存在局部异常土质或洞穴、古井、老地基或古迹遗址。
4)基础范围内遇有断层破碎带、软弱岩脉或废河、湖、沟、坑等不良地质条件。
5)在雨期或冬期等不良气候条件下施工,基底土质可能受到影响。
(3)基槽检验报告是岩土工程的重要技术档案,应做到资料齐全,及时归档。
2.3.3.2 基坑(槽)常用检验方法
1.表面检查验槽法
(1)验槽前须核对建筑物的位置、平面形状、槽宽和槽深是否与勘察报告及结构设计图纸相符。
(2)根据槽帮土层分布情况和走向以及槽底土质情况,初步判明全部基底是否已挖至设计要求的土层。持力层土质是否与勘察报告建议相符。
(3)检查槽底的土质应是刚开挖且结构未受到破坏的原状土(如不是刚开挖的槽,应铲去表面已风干、水浸或受冻的土),观察土的结构、孔隙、湿度、含有物时,确定是否为原设计的持力层土质。必要时应局部下挖,以确定基底设计标高距持力层土质的深度。验槽的重点应选择在柱基、墙角、承重墙下或其他荷载较大的部位。除在重点部位取土鉴定外,还应对槽底进行全面观察,查看槽底土的颜色是否均匀一致,土的坚硬程度是否相近,有无局部含水量异常过干或过湿的现象,局部土质是否有过软及受载后颤动的感觉等。
(4)验槽时,重要一环是提高认土能力。在现场可通过观察土的颜色、构造、含有物,手捻及搓条时的感觉,刀切面状况等判断土质是否与勘察报告及设计要求相符。
2.钎探检查验槽法
基坑挖好后,用锤把钢钎打入槽底的基土内,根据每打入一定深度的锤击次数,来判断地基土质情况。
(1)钢钎的规格和重量。钢钎用直径22~25mm的钢筋制成,钎尖呈60°尖锥状,长度1.8~2.0m(图2.41)。大锤用重3.6~4.5kg铁锤。打锤时,举高离钎顶50~70cm,将钢钎垂直打入土中,并记录每打入土层30cm的锤击数。
图2.41 钢钎示意图
(2)钎孔布置和钎探深度。应根据地基土质的复杂情况和基槽宽度、形状而定,一般可参考表2.14。
表2.14 钎探孔的布置
注 对于较弱的新近沉积黏性土和人工杂填土的性质,钎孔间距应不大于1.5m。
(3)钎探记录和结果分析。先绘制基槽平面图,在图上根据要求确定钎探点的平面位置,并依次编号制成钎探平面图。钎探时按钎探平面图标定的钎探点顺序进行,最后整理成钎探记录表。
全部钎探完后,逐层分析研究钎探记录,然后逐点进行比较,将锤击数显著过多或过少的钎孔在钎探平面图上做上记号,然后再在该部位进行重点检查,如有异常情况,要认真进行处理。
3.洛阳铲探验槽法
在黄土地区基坑挖好后或大面积基坑挖土前,根据建筑物所在地区的具体情况或设计要求,对基坑底以下的土质、古墓、洞穴用专用洛阳铲进行钎探检查。
(1)探孔的布置。探孔布置见表2.15。
表2.15 探孔布置
(2)探查记录和成果分析。先绘制基础平面图,在图上根据要求确定探孔的平面位置,并依次编号,再按编号顺序进行探孔。探查过程中,一般每3~5铲看一下土,查看土质变化和含有物的情况。遇有土质变化或含有杂物情况,应测量深度并用文字记录清楚。遇有墓穴、地道、地窖、废井等时,应在此部位缩小探孔距离(一般为1m左右),沿其周围仔细探查清其大小、深浅、平面形状,并在探孔平面图中标注出来。全部探查完后,绘制探孔平面图和各探孔不同深度的土质情况表,为地基处理提供完整的资料。探完以后,尽快用素土或灰土将探孔回填。
2.3.4 基坑异常情况的处理
在土方工程施工中,由于施工操作不善和违反操作规程而引起质量事故,其危害程度很大,如造成建筑物(或构筑物)的沉陷、开裂、位移、倾斜,甚至倒塌。因此,对土方工程施工必须特别重视,按设计和施工质量验收规范要求认真施工,以确保土方工程质量。
2.3.4.1 场地积水
在建筑场地平整过程中或平整完成后,场地范围内高低不平,局部或大面积出现积水。
1.原因
(1)场地平整填土面积较大或较深时,未分层回填压(夯)实,土的密实度不均匀或不够,遇水产生不均匀下沉而造成积水。
(2)场地周围未做排水沟,或场地未做成一定排水坡度,或存在反向排水坡。
(3)测量错误,使场地高低不平。
2.防治
(1)平整前,应对整个场地的排水坡、排水沟、截水沟和下水道进行有组织排水系统设计。施工时,应遵循先地下后地上的原则做好排水设施,使整个场地排水通畅。排水坡度的设置应按设计要求进行;当设计无要求时,对地形平坦的场地,纵横方向应做成不小于0.2%坡度,以利泄水。在场地周围或场地内设置排水沟(截水沟),其截面、流速和坡度等应符合有关规定。
(2)场地内的填土应认真分层回填碾压(夯)实,使其密实度不低于设计要求。当设计无要求时,一般也应分层回填、分层压(夯)实,使相对密实度不低于85%,以免松填。填土压(夯)实的方法应根据土的类别和工程条件合理选用。
(3)做好测量的复核工作,防止出现标高误差。
3.处理
已积水的场地应立即疏通排水和采用截水设施,将水排除。场地未做排水坡度或坡度过小,应重新修坡;对局部低洼处,应填土找平、碾压(夯)实至符合要求,避免再次积水。
2.3.4.2 填方出现沉陷现象
基坑(槽)回填时,填土局部或大片出现沉陷。从而造成室外散水坡空鼓下陷、积水,甚至引起建筑物不均匀下沉,出现开裂。
1.原因
(1)填方基底上的草皮、淤泥、杂物和积水未清除就填方,含有机物过多,腐朽后造成下沉。
(2)基础两侧用松土回填,未经分层夯实。
(3)槽边松土落入基坑(槽),夯填前未认真进行处理,回填后土受到水的浸泡产生沉陷。
(4)基槽宽度较窄,采用人工回填夯实,未达到要求的密实度。
(5)回填土料中夹有大量干土块,受水浸泡产生沉陷。
(6)采用含水量大的黏性土、淤泥质土、碎块草皮作土料,回填质量不合要求。
(7)冬期施工时基底土体受冻胀,未经处理就直接在其上填方。
2.防治
(1)基坑(槽)回填前,应将坑槽中积水排净,淤泥、松土、杂物清理干净,如有地下水或地表积水,应有排水措施。
(2)回填土采取严格分层回填、夯实。每层虚铺土厚度不得大于300mm。土料和含水量应符合规定。回填土密实度要按规定抽样检查,使符合要求。
(3)填土土料中不得含有大于50mm直径的土块,不应有较多的干土块,急需进行下道工序时,宜用二八或三七灰土回填夯实。
3.治理
基坑(槽)回填土沉陷造成墙脚散水空鼓,如混凝土面层尚未破坏,可填入碎石,侧向挤压捣实;若面层已经裂缝破坏,则应视面积大小或损坏情况,采取局部或全部返工。局部处理可用锤、凿将空鼓部位打去,填灰土或黏土、碎石混合物夯实后再作面层。因回填土沉陷引起结构物下沉时,应会同设计部门针对情况采取加固措施。
2.3.4.3 边坡塌方
在挖方过程中或挖方后,基坑(槽)边坡土方局部或大面积坍塌或滑坡。
1.原因
(1)基坑(槽)开挖较深,放坡不够。或挖方尺寸不够,将坡脚挖去。
(2)通过不同土层时,没有根据土的特性分别放成不同坡度,致使边坡失稳而造成坍方。
(3)在有地表水、地下水作用的土层开挖基坑(槽)时,未采取有效的降、排水措施,使土层湿化,黏聚力降低,在重力作用下失稳而引起塌方。
(4)边坡顶部堆载过大,或受施工设备、车辆等外力振动影响。
(5)土质松软,开挖次序、方法不当而造成塌方。
2.防治
(1)根据土的种类、物理力学性质(土的内摩擦角、黏聚力、湿度、密度、休止角等)确定适当的边坡坡度。经过不同土层时,其边坡应做成折线形。
(2)做好地面排水工作,避免在影响边坡的范围内积水,造成边坡塌方。当基坑(槽)开挖范围内有地下水时,应采取降、排水措施,将水位降至离基底0.5m以下方可开挖,并持续到基坑(槽)回填完毕。
(3)土方开挖应自上而下分段分层依次进行,防止先挖坡脚,造成坡体失稳。相临基坑(槽)和管沟开挖时,应遵循先深后浅或同时进行的施工顺序,并及时做好基础或铺管,尽量防止对地基的扰动。
(4)施工中应避免在坡体上堆放弃土和材料。
(5)基坑(槽)或管沟开挖时,在建筑物密集的地区施工,有时不允许按规定的坡度进行放坡,可以采用设置支撑或支护的施工方法来保证土方的稳定。
3.处理
对沟坑(槽)塌方,可将坡脚塌方清除作临时性支护措施,如堆装土编织袋或草袋、设支撑、砌砖石护坡墙等;对永久性边坡局部塌方,可将塌方清除,用块石填砌或回填二八灰或三七灰嵌补,与土接触部位做成台阶搭接,防止滑动;将坡顶线后移;将坡度改缓。
土方工程施工中,一旦出现边坡失稳塌方现象,后果非常严重。不但造成安全事故,而且会增加大量费用,拖延工期等。因此应引起高度重视。
2.3.4.4 填方出现橡皮土
1.原因
在含水量很大的黏土或粉质黏土、淤泥质土、腐殖土等原状土地基上进行回填,或采用上述土作土料进行回填时,由于原状土被扰动,颗粒之间的毛细孔被破坏,水分不易渗透和散发。当施工气温较高时,对其进行夯击或碾压,表面易形成一层硬壳,更阻止了水分的渗透和散发,使土形成软塑状态的橡皮土。这种土埋藏越深,水分散发越慢,长时间内不易消失。
2.防治
(1)夯(压)实填土时,应适当控制填土的含水量。
(2)避免在含水量过大的黏土、粉质黏土、淤泥质土和腐殖土等原状土上进行回填。
(3)填方区如有地表水,应设排水沟排水;如有地下水,地下水水位应降低至基底0.5m以下。
(4)暂停一段时间回填,使橡皮土含水量逐渐降低。
(5)用干土、石灰粉和碎砖等吸水材料均匀掺入橡皮土中,吸收土中的水分,降低土的含水量。
(6)将橡皮土翻松、晾晒、风干至最优含水量范围,再夯(压)实。
(7)将橡皮土挖除,然后换土回填夯(压)实,回填灰土和级配砂石夯(压)实。