岩土工程施工.doc

岩土工程施工总论一、岩土工程施工所处的学科领域及其业务范围岩土工程学（Geotechnology）是以工程地质学、岩体力学、土力学和地基基础工程学作为基本理论基础,以解决工程建设过程中出现的所有与岩体和土体有关的工程技术问题为目的的一门新型技术学科,是隶属于土木工程学的一个分支学科.而岩土工程(Geotechnical Engineering）则是这门学科在工程建设中的应用，是一门把岩体和土体作为建设环境、建筑材料和建筑物组成部分并进而研究其合理利用、整治、改造的综合性应用技术.二、 岩土工程的技术分类（1）地基处理技术（2）基础工程施工技术(3）边坡加固工程施工技术（4）非开挖施工技术（5）地下水防治工程施工技术（6)其他岩土工程施工技术三、岩土工程施工技术的主要特点1、岩土施工技术具有不确定性2、岩土施工技术具有地区性问题3、岩土施工技术具有经验性问题（很重要）4、岩土施工技术具有多样性问题5、岩土施工技术具有超前性问题工程孔施工一 、螺旋钻进法（无循环液回转钻进法)1、 工作过程螺旋钻进是利用螺旋钻具储存和输送钻渣的干式机械回转钻进方法，它不使用冲洗介质，在轴心压力和回转力矩作用下，钻头回转并切削岩土体,钻渣沿螺旋叶片上升到地表排出 ，或暂时储存在螺旋叶片的空间里随钻头一起提到地表排出。2、螺旋钻进法的特点钻土层速度快无泥浆，无振动，无污染破碎岩土同时可输送破碎岩屑 孔壁稳定3、螺旋钻进法的适用条件地层：适用于填土层、黏性土层、淤泥土层、粉土层、砂土层及卵石层 （粒径小于150mm、卵石含量 3040% ）等，采用特殊钻头也可进入强、中风化岩层.钻孔直径和深度:长螺旋钻，目前最大直径为800mm,最大深度为27。5m；短螺旋钻，直径最大可达1。52m，孔深可达30m。二、 钻斗钻进法(无循环液回转钻进法）1、工作过程 这种钻进方法是 在钻 杆下端连接一个底部带耙齿的筒状钻具（称为钻斗），靠钻具自重和钻机加压力,在回转力矩作用下钻斗回转，切削钻掘地层,并将切削下的钻屑收入斗内，待钻屑装到相当数量后被提到孔外，打开钻斗,卸去土块。然后再将钻斗下入孔内，重复以上过程。2、钻斗钻进法的特点：适宜在黏性土中干作业钻成孔;钻进与排渣交替进行，但钻进速度较快，工程造价较低;振动小、噪声低；由于频繁的升降钻斗，导致孔壁不规整,扩孔率较大;对稳定液管理十分严格，且竣工后要对稳定液进行处理；在承载地基附近有强承压水时，施工困难。3。适用条件 地层适用于填土层、黏土层、粉土层、淤泥层、砂土层以及含有部分卵石、碎石的地层。 钻孔直径和深度:目前最大直径达到3000mm，最大深度达到80 m三、 正循环回转钻进法1、工作过程 在钻具回转钻进的同时,利用泥浆泵通过水龙头、钻杆内腔向孔底输送冲洗液（清水，更常用的是泥浆），冲洗液完成冷却钻头，冲洗孔底，并携带钻屑沿钻杆与孔壁之间的外环空间上升，从孔口流向沉淀池,形成正循环(冲洗液的这种流向称为正循环)排渣系统，称为正循环回转钻进.2、正循环回转钻进的特点多采用泥浆循环，孔壁稳定,不受地层限制。既使循环系统有少量泄漏，循环也不会中断，只要冲洗液能够连续补给，仍可继续钻进。设备体积小，重量较轻，且施工技术容易掌握。冲洗液上返流速低，大颗粒钻屑（大于4050mm）不能及时排出，这些钻屑在孔底被钻头重复破碎，增加钻头的功率消耗,加速钻头的非正常磨损.3、适用条件地层：没有任何地层限制.钻孔直径和深度：多使用于800mm以内的孔径，深度基本不受限制。4、 选择该工法的依据 对于直径大于1m的工程孔,使用该法无论在经济上或工期方面都不利，该法适用于1m以内，多用于8OOmm以内的孔。 该法钻机体积小，重量较轻，在施工少量桩时,工程造价较低。在基坑底部或狭窄地段，以及重型机械不易进入的山地等处施工，该法具有绝对优势.该法耗电量小,只使用5060kW的电动机（累加），就可以进行钻孔、灌注混凝土、钢筋笼加工等工作。四、反循环回转钻进法1、工作过程 与正循环的循环路径相反，冲洗介质从孔口沿钻具与孔壁的环状间隙向孔底,冷却钻头，清洗孔底，携带钻屑,再沿钻杆内腔上升，经过水接头和排渣管排到地表沉淀池，经净化重新流入孔内,冲洗液这种循环方式，称为反循环回转钻进法。2、反循环钻进的特点钻进效率高。反循环冲洗液上升流速快，排渣效果好，岩土不经重复破碎就被排到地表。在一般土层中最高纯钻速可达2030m/h，平均钻速可达67m/h ，比正循环方法提高几倍。钻头寿命长.由于排渣效果好,减少了重复破碎，所以钻头寿命明显增长。采用正循环钻进卵石层，一个牙轮钻头“寿命”不足30m，改用反循环方法施工后，用组合牙轮钻头,钻进720m(包括90m卵石层）后仍能使用。钻孔不易坍塌。因为环状面积中冲洗液的流速很慢，对孔壁的破坏作用较小。只要合理地设置水头（孔内水位高于地下水位2m），保持稳定的液柱压力,钻孔一般不会坍塌。钻孔质量好。清孔效果好，孔底残渣厚可不超过5m；钻孔的超径率比正循环小。钻速快，孔壁泥皮薄，这些对工程孔的后续工作是非常有利的.3、适用条件地层:软土层、基岩地层均可采用该工法。反循环钻进特别适合于在第四纪松散地层钻进大直径钻孔.超径卵石、漂石不能通过钻杆时，可以采用抓斗或爆破配合反循环钻进.工作地区地下水位适中。地下水位不宜太高（最好在3m以下）,太高不利于孔壁保持稳定；地下水位也不宜太低,太低则易增大冲洗液的漏失量，给供水造成困难。需要有适当的供水水源,以满足钻进需要。就目前工程孔所需的深度和直径来说，该工法基本不受限制。4、 反循环原理(1）泵吸反循环 这是利用砂石泵运转时其吸口处产生的负压，在孔口液面与泵的吸口之间形成压差实现的冲洗液反循环，它是利用了砂石泵的吸程。开动钻机前，先向孔内供水,孔内水位上升至孔口，然后启动砂石泵。砂石泵的启动有二种方式：一种是利用真空泵排除泵体和吸水管内的空气，形成负压,钻杆内的液体上升充满砂石泵后启动;另一种启动方式是配备一台注水泵,开动副泵注满砂石泵的进水管后，再启动砂石泵. (2) 压气反循环（气举反循环）压气反循环(气举反循环） 是将压缩空气通过管路（单独的风管或双壁钻杆)，送至钻杆某一深度处的气水混合室,并由此进入钻杆内部，在这里压气膨胀(管内液柱压力小于压缩空气压力）、液气混合，形成小于冲洗液密度的液气混合物，并在钻杆内外液体重度差和压气动量的联合作用下，带动孔内的冲洗液和钻屑一起向上流动，形成气、液、固三相流，经排渣管流往地面沉淀池，空气逸散，钻屑沉淀，冲洗液流回钻孔。(3) 喷射反循环喷射反循环采用水泵的水或空气压缩机的压缩空气为动力，但与泵吸反循环和压气反循环不同，它是供给装在喷射腔内的喷嘴后经喷嘴高速喷射出去，因此在喷嘴外部形成负压区，其负压可达0.080。09Mp，水泵的水（空气压缩机的压缩空气）通过喷嘴形成上升水流.据研究认为,冲洗液的最优排渣流速，约相当于管路内最大清水流速的60。泵吸、气举、喷射三种反循环钻进理论效率变化曲线如下图：图37 泵吸、气举、喷射三种反循环钻进理论效率变化曲线五、 钢绳冲击钻进法1、工作过程 钢绳冲击钻进法是用冲击式钻机或卷扬机 悬吊冲击钻头（又称冲锤）上下往复冲击将岩土 破碎成孔,部分钻屑和泥浆挤入孔壁中，而另 一部分悬浮在孔底泥浆中，用抽筒或循环的方 式排至地表,形成钻孔。2、钢绳冲击法特点采用冲击动载破碎岩土体，冲击功大而作用时间短，岩土瞬时间受到的动压力是钻头重量的几十倍，岩土在高速加载的条件下，不易产生塑性变形，表现为脆性增加，形成大体积破碎。所用设备和机具比较简单,操作和维护容易,施工中材料消耗也少,工程费用较低。可采用反循环排渣，大大提高了钻进速度。在水源不足的情况下,排渣可不用循环液，采用抽筒.有效破碎岩面的时间少,绝大部分时间能量消耗在钻头上下运动上若不采用反循环排渣,则钻渣聚集在孔底附近,造成重复破碎,影响钻进效率，而专门的捞渣作业也减少了纯钻进时间。由于靠钻头自由下落钻进，所以只能钻垂直孔。3、适用条件 （1）地层:适用于黄土、黏性土或粉质黏土和人工杂填土层中应用,特别适于有孤石的砂砾石层、漂石层、坚硬土层、岩层中使用,对流砂层亦可克服，但对淤泥及淤泥质土则要十分慎重。 （2）钻孔直径和深度:钻孔直径一般为6002500mm；深度从几十米到数百米。 六、 冲抓钻进法（冲抓及全套管钻进法)1、工作过程 冲抓成孔是在稳定液护壁的条件下,利用特制的冲抓锥或冲抓斗鄂板，在下落时，冲抓锥锥瓣和冲抓斗鄂板张开，冲入或压入孔底岩土，然后提升,冲抓锥锥瓣和冲抓斗鄂板闭合抓土，提升至地面将土卸去，重复上述过程，使钻孔不断延伸到设计深度。2、冲抓钻进特点 (1)主要不是靠破碎岩土,而是靠抓瓣切入，将部分岩土从整体中分离出来后抓取,切入和抓取同时进行,破碎工作量不大。 (2)钻进与排渣交替进行. (3）稳定液护壁，对稳定液的管理较严格。 （4）设备、机具和工艺简单,易于掌握。（5）扩孔率较大。3。适用条件 （1)地层:在腐植土、淤泥、坚密性黏土、砂土、流砂、松散及软硬相差较大的岩层均可使用。(2) 钻孔直径和深度：钻孔直径一般为700mml500mm；施工孔深在30m以内。七、全套管施工法(冲抓及全套管钻进法）1。工作过程 这个施工法是：用液压油缸摇动套管,并用另外的油缸将其压入地基土中来护壁，并同时在套管内用锤式抓斗冲抓钻进,一直将孔掘凿到设计规定的地基深度以后，再将焊接好的钢筋骨架插入孔中,边灌注混凝土边拔出套管，就地建成大孔径灌注桩。2.全套管施工法特点 (1）一般地层中,原则上是套管超前于挖掘，所以引起的孔周围土的松动很小. （2）在松软地层中施工，能做到安全与准确。 （3）能够安全地紧贴已有的建筑物进行施工,不会影响建筑物的基础。 （4）孔底的沉渣量小，是各种成孔方法中能获得最优承载力的一种方法。 (5）根据冲抓斗的挖掘阻力及排出土目测，能准确掌握地层情况，控制孔底标高。 (6）不使用泥浆，桩孔质量高，而且施工场地干净,特别适于城市内施工 （7）与其它施工法相比，其噪音、振动级别低。 (8）扩孔率极低,与其它成孔法相比可节约混凝土13。 （9）设备庞大,自重大,所以当场地小，表土软弱及水上作业时，该工法不适合。 （10)设备原价高，机械使用费用也高，所以钻孔成本费用高。八、 振动沉管钻进法1、工作过程 振动沉管法是在钻管（桩管)的上部安装一个振动锤,振动锤与桩管刚性联结,形成一个振动体系，启动振动锤的原动机，锤内两水轴上的偏心块则相对旋转而产生激振力，使桩管振动,桩管下部的锥形钻头边破坏地层土，边挤密土下沉，沉入地层预定深度后在管内制桩,振动拔管。2、振动沉管施工法特点 (1)采用挤密法成孔，桩身的承载力会有一定程度的提高. （2)可按变化了的地层条件变更原设计桩长、桩径，以满足要求，不会造成材料浪费和延误工期。 （3）采用钻管(沉管)护壁,不使用泥浆,具有干式成孔法的优点. (4）成孔速度快. (5）可结合爆破法扩底，扩大钻孔底部直径，提高桩端承力. （6)该施工方法将产生一定的噪音和挤土效应。3、适用条件 （1)地层:黏土、淤泥质土、砂性土、人工回填土、稍密（或部分中密)的卵石层和碎石夹层. (2）钻孔直径和深度:孔径300600mm;深度28m。4、振动沉管的工作原理 (1）共振理论振动沉管是将振动打桩锤和沉管刚性连接,形成一个振动体系。当启动振动锤，锤内两组对称的偏心块通过齿轮控制做相反方向但同步的旋转运动，转动时产生的惯性离心力水平分力相互抵消，垂直分力大小相等方向相同，相互叠加，从而产生忽上忽下周期性的激振力，使沉管上下振动。当沉管的振动频率与地基土的自振频率一致时，土体发生共振，土中的结合水释放出来成为自由水,颗粒间粘结力急剧下降,呈现液化状态,土体对沉管表面的摩阻力,对沉管的端阻力均大为降低，沉管在自重和附加荷载作用下沉入到预定深度.（2）振动冲击理论 这种理论认为，地基土的性质是多样的，所以其自振频率也各不相同。因此，振动锤的强迫振动频率不易与地基土颗粒的自振频率接近，甚至相差很远。因此，桩管下沉不单是靠自重破坏桩前端的土层，而是由于桩管在振动时有很高的振动速度，使桩管上产生很大的冲击力且作用于桩尖上,致使桩尖破土下沉。振动冲击锤就是根据此理论设计的.九、大直径潜孔锤钻进法在硬岩地层施工大直径钻孔,常规的钻进方法有很多,诸如刮刀钻头钻进、钢粒钻进、组合牙轮、滚刀钻头钻进等等。但这些钻进方法，由于存在各种各样的缺陷而不能完全满足施工要求。近几年来，由于在大直径潜孔锤方面研究的不断深入,潜孔锤钻进技术已成为硬岩钻进的理想方法.十、扩底桩孔施工法(一）工作过程 在已完成的工程孔的基础上，采用不同的方法（特制钻头、爆破、人工挖掘），按设计要求把工程孔（一般为桩基孔）的底部或孔身的某一部位扩大，形成孔身细，孔底部或孔身某一部位粗的扩底桩孔。(二）扩底桩孔施工的特点 (1）可直接利用施工直孔的设备，但钻具和工艺有区别. （2)孔身断面下大上小，要求扩底钻头能够稳定张开、可靠收拢地从孔内提出。（3)扩孔时应能够保持孔壁稳定。（三）扩底桩与普通圆柱桩相比的优点 (1)在同样桩径、桩长情况下，单桩承载力可提高60100，并能改善桩的抗震性、抗拔性. （2）在同等承载力下，可以将长桩改为短桩，减少钻进工作量，加快施工速度，缩短施工周期。 （3)可以减少承台桩数,减少工作量，节省灌注材料。节约建筑物基础部分投资,一般在钻孔灌注桩中采用扩底法，能节省基础投资50；在振动沉管灌注桩中采用扩底法，能节省基础投30%。(四）类型 扩底桩按施工方法不同可分为： (1)钻扩桩：采用钻头扩底的方法。 （2）爆扩桩:采用炸药爆破的方法将孔底扩大,一般与沉管结合使用。(3)人工挖孔桩:采用人工挖掘的方法.（五)适用条件 （1）钻扩桩施工：宜用于坚硬、硬塑、可塑、软塑状态的黏性土，以及密实、中密、稍密的砂土地基,不宜用于流塑状态的黏性土，松散砂土及碎石地基；扩大头直径为桩身直径的（22。5)倍。 (2）爆扩桩(爆破扩底）：由于与振动沉管结合，扩大了使用范围,可以适用于各种土层，而且不受地下水位的限制;扩大头直径为桩身直径的（24)倍。 （3)人工挖孔扩底桩:适用于无地下水或地下水较少的黏土、粉质黏土,含少量的砂、砂卵石的黏土层和黄土层；桩身直径800mm以上，孔深20m(国外达70m），扩大头直径为桩身直径的（22。5）倍。桩基础施工一、桩孔质量标准和检测方法1、桩孔质量标准 （1）桩孔直径的超径系数（充盈系数）不宜大于1。3，不得小于1.0，孔深达到设计要求。 (2)垂直度允许偏差不得大于1. （3）孔底沉渣或虚土允许厚度:当桩以摩擦力为主时不得大于100300mm，桩以端承力为主时不得大于50mm，沉管成孔的灌注桩不得有沉渣.（4）桩位允许偏差：单桩、条形桩基沿垂直轴线方向和群桩基础边桩的偏差不得超过1/6桩的设计直径，且不大于100mm；条形桩基沿顺轴线方向和群柱基础中间的偏差不得超过1/4桩的设计直径，且不大于150mm. 斜桩倾斜度的偏差，不得大于倾斜角（即桩身轴线与铅垂线间的夹角）正切值的15 。 2、检测方法 (1)孔深一般采用校正钻杆和钻具的方法检测或用标准测绳测锤测定。 （2）孔径和孔形一般采用与设计同尺寸的球形孔径检查器,用钢丝绳吊放孔内，如上下顺畅，则为孔径符合设计要求。必要时，可用专门测量孔径的井径仪测定。 （3）桩位一般用经纬仪、水准仪测定。 （4）桩孔垂直度可在钻杆内下入钻孔测斜仪测定.测斜仪的上下端应加导正环。进行量测时，钻杆下部应连接钻头，上部钢丝绳应拉直，使钻杆柱的轴线与桩孔中心线保持一致。(5)孔底沉渣一般采用标准测绳测锤测量。二、清孔1、清孔的一般规定 （1)清孔是通过循环冲洗液，携带孔底沉渣，使之符合规定要求。干作业施工的桩孔，不得用冲洗液清除孔底虚土，应采用专门的掏土工具或加碎石夯实的办法进行处理。 (2）桩孔终孔后应立即清孔，以免沉渣增多而增加清孔工作量和清孔难度. （3）清孔过程中应随时观测孔底沉渣厚度和冲洗液含渣量,当冲洗液含渣量小于，孔底沉渣符合规定即可停止清孔，并应保持孔内水头高度,防止发生塌孔事故。 （4）清孔结束,应在2小时内开始灌注混凝土，并应在灌注混凝土前探测孔底沉渣厚度,若超出规定应重新清孔. （5)沉渣厚度的测量因所用的钻头不同而采用不同的测量方法.2、清孔的方法 (1）压风机清孔（亦称抽浆清孔） 压风机清孔，是用压缩空气抽吸出含钻渣的泥浆而达到清孔.由风管将压缩空气输进排泥（渣)管，使泥浆形成密度较小的泥浆和孔底沉渣,同时用水泵向孔内注水，保持水位不变直至喷出清水或沉渣厚度达到设计要求为止. （2）换浆清孔 换浆清孔是利用正、反循环回转钻机，在钻孔完成后不停钻、不进尺,继续循环清渣，直至达到清孔的质量要求. （3)掏渣清孔 干钻(无循环液)施工的桩孔，不得用循环液清除孔底虚土,应采用掏渣筒、抓（斗）锥清孔或采用向孔底投入碎石夯实的办法使虚土密实，达到清孔目的和设计要求。地下连续墙施工一、导墙的施工(一）导墙的作用和要求 (1)导墙是作为地下连续墙按设计要求施工的基准； (2)导墙可以有保证槽段接近地表部分土体稳定； （3)重物的支撑台。 （二）导墙的结构形式 （1）普通（板)型； (2)L型; （3)倒L型; （4)槽型。 （三)导墙施工工艺 施工顺序 平整场地测量确定导墙平面位置-挖导沟（处理土方） 加工钢筋框结构支模板（严格按设计要求保证模板安装垂度) 浇灌混凝土拆除模板（同时设置横撑) -回填导墙外侧空隙并压实。二、 槽段开挖（一）槽段划分考虑的因素槽段的划分就是确定单元槽段的长度,并按连续墙设计平面构造要求和施工的可能性，将墙划分为若干个单元槽段.单元槽段长度长、接头数量少，可提高墙体整体性和截水防渗能力，简化施工,提高工效.（二）各槽段的施工顺序 根据已划分的单元槽段长度，在导墙上标出各槽段的相应位置,即1,2,3，4，5，6，(三)施工方法 1。多头钻施工法 2。抓斗式施工法 3.钻抓式施工法 4.冲击式施工法（四） 单元槽段施工 图68 单元槽段施工顺序 （a）挖槽；(b）吊放接头管、钢筋笼；(c）浇注混凝土;(d)拔接头管；（e）形成半圆接头，开挖下一槽段1。已完成槽段；2。导墙;3.已挖完槽段；4。未开挖槽段;5.混凝土导管；6。接头管； 7。钢筋笼；8。混凝土；9。拔管后形成的圆孔;10。已完成槽段；11.开挖新槽段。三、 清槽（基）连续墙槽孔的沉渣，大部分随泥浆循环排出槽孔外，少量密度大的沉在底部,如不清除,会沉在底部形成夹层，使地下连续墙沉降量增大,承载力降低，并减弱其截水防渗性能，甚至会导致发生管涌；而且，泥渣混入混凝土中会使混凝土强度降低,钻渣被挤至接头处会影响接头部位防渗性能；沉渣会使混凝土的流动性降低,使浇注速度降低、钢筋笼上浮;如沉渣过厚，也会使钢筋笼不能吊放到预定深度，所以必须槽。 清槽的目的是置换槽孔内稠泥浆，清除钻渣和槽底沉淀物，以保证墙体结构功能要求。同时为后续工序提供良好的条件。 清槽的一般方法采用导管吸泥泵法、空气升液法和潜水泵排泥法三种排渣方式。 四、 接头处理1、地下连续墙的接头及其作用(1)结构接头 当地下连续墙作为主体结构时,必须采用钢筋进行刚性连接，钢筋的连接可以用以下方式： 预埋钢筋方式; 预埋中继钢板方式； 预埋剪力连接件。 （2）施工接头 施工接头是指单元墙段间的接头。它使地下连续墙成为一道完整的连续墙体,因此要求连接部位既要防渗止水，又要承受荷载，同时便于施工.2、施工接头的形式及选择 (1）接头管式接头 （2）工字钢式接头 （3）接头孔式接头 （4)V形接头 （5)扩大式接头锚固技术1、长螺旋冲击回转钻进 长螺旋冲击回转钻进是在土层中含有块石、碎石或破碎的较岩层中使用的成孔方法.它是用风动冲击器安装在长螺旋钻杆的前端,利用风动冲击器破碎孔内硬岩块,而用螺旋叶片排除岩土屑.2、冲击回转挤密钻进 冲击回转挤密钻进方法主要是在软弱土层中为了提高锚杆的承载能力，减小坍塌和孔内残留钻渣而使用的一种新型成孔方法。将冲击器安装在钻杆底部，钻进时利用冲击器的冲击力将钻头击入土层中,同时钻机的给进力推动钻头压入土层之中，并且在钻机回转力的作用下钻头转动一定角度对土层作剪切破碎 。