8 基坑土方开挖

3.2基坑土方开挖工程基坑土方开挖工程 土方开挖是基坑工程施工中的重要工序，在大、土方开挖是基坑工程施工中的重要工序，在大、中型建设项目，由于土方开挖的工程量大、工期长，中型建设项目，由于土方开挖的工程量大、工期长，往往对整个建设项目的顺利进行和经济效果有着较往往对整个建设项目的顺利进行和经济效果有着较大的影响，因此必须严格按照支护结构设计的要求大的影响，因此必须严格按照支护结构设计的要求和施工组织设计的内容进行精心准备、精心组织施和施工组织设计的内容进行精心准备、精心组织施工。工。3.2.1 准备工作准备工作勘查现场（地上、地下）勘查现场（地上、地下）准备（三通一平）准备（三通一平）清理（障碍物）清理（障碍物）基坑土方开挖3.2.2 土方机械土方机械 基坑土方的开挖，力争机械施工，以减轻繁重的体力劳动基坑土方的开挖，力争机械施工，以减轻繁重的体力劳动并加快施工速度。采用机械挖土时，由于不能准确地挖至设计并加快施工速度。采用机械挖土时，由于不能准确地挖至设计标高，往往会使基土遭受破坏，因此，要预留标高，往往会使基土遭受破坏，因此，要预留200mm（铲运（铲运机）机）300mm（挖土机）土层由人工铲除。（挖土机）土层由人工铲除。（1）挖土机挖土机正铲挖土机按工作结构分：反铲挖土机拉铲挖土机抓铲挖土机按动力装置分：挖土机机械单斗挖土机液压单斗挖土机（见图3.12）图3.12（a）正铲挖土机（b）反铲挖土机（c）拉铲挖土机（d）抓铲挖土机特点特点：“前进向上，强制切土前进向上，强制切土”。其挖掘力大，生产率高，。其挖掘力大，生产率高，能开挖停机面以上的能开挖停机面以上的IIV级土，宜用于开挖高度大于级土，宜用于开挖高度大于2m的干的干燥基坑，但需设置上下坡道。燥基坑，但需设置上下坡道。正铲挖土机正铲挖土机开挖方式开挖方式：根据挖土机的开挖路线与运输工具的相对位置根据挖土机的开挖路线与运输工具的相对位置不同，可分为正向挖土侧向卸土和正向挖土后方卸土两种。不同，可分为正向挖土侧向卸土和正向挖土后方卸土两种。开行通道开行通道：根据挖土机的工作面尺寸与基坑的横断面尺根据挖土机的工作面尺寸与基坑的横断面尺寸，就可划分挖土机的开行通道（图寸，就可划分挖土机的开行通道（图3.13）。）。图示是某基坑划分为三条开行通道进行挖土的情况。第图示是某基坑划分为三条开行通道进行挖土的情况。第I次开行，次开行，采用正向挖土后方卸土方式，一次开挖到底；第采用正向挖土后方卸土方式，一次开挖到底；第II、III次开行都用正次开行都用正向挖土，侧向卸土方式，一次开挖到底。进出口坡道的坡度为向挖土，侧向卸土方式，一次开挖到底。进出口坡道的坡度为1:8。开挖较深的基坑时，应分层划分开行通道，逐层下挖。开挖较深的基坑时，应分层划分开行通道，逐层下挖。图3.13 开行通道反铲挖土机反铲挖土机特点特点：“后退向下，强制切土后退向下，强制切土”。其挖掘力比正铲小，。其挖掘力比正铲小，能开挖停机面以下的能开挖停机面以下的III级土，宜用于开挖深度不大级土，宜用于开挖深度不大于于4m的基坑，对地下水位较高处也适用。的基坑，对地下水位较高处也适用。开挖方式开挖方式：沟端开挖与沟侧开挖（图沟端开挖与沟侧开挖（图3.14）。）。沟端开挖：就是挖土机停在沟端，向后倒退挖土，汽车停沟端开挖：就是挖土机停在沟端，向后倒退挖土，汽车停在两旁装土（图在两旁装土（图a）。该方法因挖土方便，挖土深度和宽度较大，）。该方法因挖土方便，挖土深度和宽度较大，而较多采用。当开挖大面积的基坑时，可分段开挖；当开挖深而较多采用。当开挖大面积的基坑时，可分段开挖；当开挖深基础时，可分层开挖。基础时，可分层开挖。沟侧开挖：就是挖土机沿沟一侧直线移动挖土（图沟侧开挖：就是挖土机沿沟一侧直线移动挖土（图b）。此）。此法能将土弃于沟边较远处，但挖土宽度受限制（一般为法能将土弃于沟边较远处，但挖土宽度受限制（一般为0.8），），且不能很好地控制边坡，机身停在沟边而稳定性较差；因此只且不能很好地控制边坡，机身停在沟边而稳定性较差；因此只在无法采用沟端开挖或所挖的土不需要运走时采用。在无法采用沟端开挖或所挖的土不需要运走时采用。图3.14 开挖方式（a）沟端开挖（b）沟侧开挖拉铲挖土机拉铲挖土机特点特点：“后退向下，自重切土后退向下，自重切土”。其挖土半径和挖土深度。其挖土半径和挖土深度较大，能开挖停机面以下的较大，能开挖停机面以下的III级土，工作时，利用惯性级土，工作时，利用惯性力将铲斗甩出去，挖得比较远。但不如反铲灵活准确，宜力将铲斗甩出去，挖得比较远。但不如反铲灵活准确，宜用于开挖大而深的基坑或水下挖土。用于开挖大而深的基坑或水下挖土。开挖方式开挖方式：沟端开挖与沟侧开挖。（图：沟端开挖与沟侧开挖。（图3.15）图3.15 拉铲挖土机施工抓铲挖土机抓铲挖土机特点特点：“直上直下，自重切土直上直下，自重切土”。其挖掘力较小，只能开。其挖掘力较小，只能开挖的挖的I级土，抓铲挖土机的抓铲能在回转半径范围内开级土，抓铲挖土机的抓铲能在回转半径范围内开挖基坑上任何位置的土方。宜于开挖窄而深的基坑或水中挖基坑上任何位置的土方。宜于开挖窄而深的基坑或水中淤泥，适合水下开挖。（图淤泥，适合水下开挖。（图3.16）3.16 抓铲挖土机施工（2）推土机）推土机 可用于弃土区的平整场地；开挖可用于弃土区的平整场地；开挖1.5m内的基坑（槽）；内的基坑（槽）；移挖作填，回填基坑（槽）、管沟；修筑高度在移挖作填，回填基坑（槽）、管沟；修筑高度在1.5m内的堤内的堤坝等；可铲掘坝等；可铲掘I类土，对类土，对IV类以上土需预松后才能作业，类以上土需预松后才能作业，并配合正、反铲挖土机开拓工作面和停机面。见图并配合正、反铲挖土机开拓工作面和停机面。见图3.13。图3.17 推土机按推土刀的安装形式分：推土机固定推土刀式回转推土刀式按其工作装置的操作方式分：推土机液压操纵式机械操纵式按其行走装置分：推土机履带式轮胎式（3）铲运机）铲运机 铲运机主要用于中距离大量土方的填挖和运输工作，最适铲运机主要用于中距离大量土方的填挖和运输工作，最适用于湿度较小、含水量在用于湿度较小、含水量在25%以下的松散砂土和粘性土，但不以下的松散砂土和粘性土，但不宜在干燥的粉砂土及潮湿的粘土中作业，特别不宜在砾石层、宜在干燥的粉砂土及潮湿的粘土中作业，特别不宜在砾石层、冻土及沼泽地带使用；只能铲削冻土及沼泽地带使用；只能铲削I类、类、类土，若须铲运类土，若须铲运类类以上的土，则需先松土。铲运机见图以上的土，则需先松土。铲运机见图3.18按其行走机构分拖式自行式按铲斗操纵方式分液压操纵机械操纵按铲斗卸土方式分强制卸土半强制卸土自由卸土按其斗容量分小型中型大型特大型 经济运距是铲运机应考虑的一个重要因素，它随铲运机的经济运距是铲运机应考虑的一个重要因素，它随铲运机的类型、斗容量不同而异。铲运机常用的开行路线有环形路线和类型、斗容量不同而异。铲运机常用的开行路线有环形路线和8字形路线。字形路线。图3.18 铲运机（4）装运机及载重汽车）装运机及载重汽车 装运机使用于装卸土方和散料，也可用于较软土体的表装运机使用于装卸土方和散料，也可用于较软土体的表层剥离、地面平整、场地清理和土方运送等，其作业方法与层剥离、地面平整、场地清理和土方运送等，其作业方法与推土机类似，有铲运、转运、卸料、返还等四个过程。推土机类似，有铲运、转运、卸料、返还等四个过程。载重汽车是土方运输的主要机械，当用挖土机挖土时，载重汽车是土方运输的主要机械，当用挖土机挖土时，一般采用自卸汽车配合，需配备的数量应保证挖土机的连一般采用自卸汽车配合，需配备的数量应保证挖土机的连续工作。载重汽车对道路有一定的要求，其轮距和载重量续工作。载重汽车对道路有一定的要求，其轮距和载重量是施工临时结构设计的主要依据之一。是施工临时结构设计的主要依据之一。装运机装运机载重汽车载重汽车3.2.3 挖土方法挖土方法 基坑的挖土方法大体可分为分层开挖、分段开挖、盆式基坑的挖土方法大体可分为分层开挖、分段开挖、盆式开挖和岛式开挖这几种，具体应根据基坑面积大小、开挖深开挖和岛式开挖这几种，具体应根据基坑面积大小、开挖深度、支护结构形式、环境条件等因素选用。度、支护结构形式、环境条件等因素选用。（1）分层开挖）分层开挖 分层开挖一般适用于基坑较深、土质较软弱、分层分层开挖一般适用于基坑较深、土质较软弱、分层开挖、整体浇灌混凝土垫层的工程。开挖、整体浇灌混凝土垫层的工程。开挖顺序开挖顺序：从基坑的某一边向另一边平行开挖，也可从基坑：从基坑的某一边向另一边平行开挖，也可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。分层开挖。挖运土方方式设坡道不设坡道土坡道栈桥式坡道钢平台栈桥阶梯式（2）分段开挖）分段开挖 分段或分块开挖，即开挖一块后立即施工一块混凝土垫层或分段或分块开挖，即开挖一块后立即施工一块混凝土垫层或基础，必要时可在已封底的基底与支护结构之间设置斜撑。分段基础，必要时可在已封底的基底与支护结构之间设置斜撑。分段或分块的大小、位置和开挖顺序应根据开挖场地工作面条件、地或分块的大小、位置和开挖顺序应根据开挖场地工作面条件、地下室平面与深浅和施工工期的要求来确定。下室平面与深浅和施工工期的要求来确定。（4）盆式开挖）盆式开挖 盆式开挖适合基坑面积大、支撑或拉锚作业困难且无法放坡的盆式开挖适合基坑面积大、支撑或拉锚作业困难且无法放坡的基坑。基坑。开挖过程：开挖过程：开挖基坑中央，形成盆式开挖基坑中央，形成盆式施工中央区域的基础底板施工中央区域的基础底板及地下室结构，形成及地下室结构，形成“中心岛中心岛”开挖留坡位的土方，设置支撑开挖留坡位的土方，设置支撑施工边缘部位地下室施工边缘部位地下室c)边缘土方开挖；d)边缘地下结构施工a)中心开挖；b)中心地下结构施工1 边坡留土；2基础底板；3支护墙；4支撑；5坑底 图3.19 盆式开挖方法 盆式开挖方法支撑用量小、费用低、盆式部位土方开挖盆式开挖方法支撑用量小、费用低、盆式部位土方开挖方便，这在基坑面积很大的情况下尤显出优越性，因此，方便，这在基坑面积很大的情况下尤显出优越性，因此，在大面积基坑施工中非常适用。但这种施工方法对地下结在大面积基坑施工中非常适用。但这种施工方法对地下结构需设置后浇带或在施工中留设施工缝，将地下结构分两构需设置后浇带或在施工中留设施工缝，将地下结构分两阶段施工，对结构整体性及防水性亦有一定的影响。阶段施工，对结构整体性及防水性亦有一定的影响。先行挖去基坑周边土层，进先行挖去基坑周边土层，进行桁架式支撑结构的架设或浇行桁架式支撑结构的架设或浇注，待周边支撑形成后再开挖注，待周边支撑形成后再开挖中间岛区的土方，利用中间岛中间岛区的土方，利用中间岛区的土方对开挖中基坑中心区区的土方对开挖中基坑中心区域底部的压力来有效地控制周域底部的压力来有效地控制周边支护壁在支撑前的初始变形。边支护壁在支撑前的初始变形。（3）岛式开挖）岛式开挖3.2.4 挖土注意事项挖土注意事项（1）施工机械应根据地下水高低、施工机械条件、进度要求）施工机械应根据地下水高低、施工机械条件、进度要求合理地选择。合理地选择。推土机或装载机：深度推土机或装载机：深度2m以内，大面积基坑开挖；以内，大面积基坑开挖；铲运机：长度和宽度均较大的大面积土方一次开挖；铲运机：长度和宽度均较大的大面积土方一次开挖；液压正铲挖土机：面积大且深的基础；液压正铲挖土机：面积大且深的基础；液压反铲挖土机：操作面较狭窄，且有地下水，土的湿度大。液压反铲挖土机：操作面较狭窄，且有地下水，土的湿度大。（2）土方开挖应绘制土方开挖图，应尽可能使用机械开挖，）土方开挖应绘制土方开挖图，应尽可能使用机械开挖，在基坑边角部位和基底以上在基坑边角部位和基底以上2030cm处土方采用人工或其他处土方采用人工或其他方法挖除。方法挖除。（3）基坑开挖时，两人操作间距应大于）基坑开挖时，两人操作间距应大于2.5m，多台机械开挖，多台机械开挖时，挖土机间距应大于时，挖土机间距应大于10m，并在其作业范围内不许其他作业。，并在其作业范围内不许其他作业。挖土应由上而下，逐层进行。挖土应由上而下，逐层进行。3.2.5 开挖方式开挖方式基坑开挖方式主要有放坡开挖和支护开挖两种。基坑开挖方式主要有放坡开挖和支护开挖两种。（1）放坡开挖）放坡开挖特点：特点：施工现场具有足够的放坡场地，且基坑开挖不会影响施工现场具有足够的放坡场地，且基坑开挖不会影响周围环境、邻近建筑物等；施工方便，造价较低；单级放坡周围环境、邻近建筑物等；施工方便，造价较低；单级放坡开挖时，坡高通常不超过开挖时，坡高通常不超过36m，否则应分级放坡开挖；当，否则应分级放坡开挖；当开挖深度大于开挖深度大于5m时，应进行边坡稳定性验算并作有效处理。时，应进行边坡稳定性验算并作有效处理。施工工艺：施工工艺：在地下水位高、坑底软的地区，基坑可采用反铲挖土机配在地下水位高、坑底软的地区，基坑可采用反铲挖土机配合运土卡车在地面作业；在地下水较低、坑底较硬的地区，合运土卡车在地面作业；在地下水较低、坑底较硬的地区，可使运土卡车下坑，正铲挖土机在坑底作业。可使运土卡车下坑，正铲挖土机在坑底作业。防止边坡失稳的措施：防止边坡失稳的措施：不要在已开挖的基坑边坡的影响范围内进行动力打入或静不要在已开挖的基坑边坡的影响范围内进行动力打入或静力压入的施工；不要在基坑边坡顶堆加过重的荷载；土方出力压入的施工；不要在基坑边坡顶堆加过重的荷载；土方出土不宜沿已开挖的边坡顶部；注意地表水的合理排放和井点土不宜沿已开挖的边坡顶部；注意地表水的合理排放和井点降水措施；边坡修坡、设置边坡护面，边坡坡脚抗滑加固。降水措施；边坡修坡、设置边坡护面，边坡坡脚抗滑加固。（2）支护开挖）支护开挖支护开挖是在建筑物密集的场地、基坑深度较深时常采用的方法。支护开挖是在建筑物密集的场地、基坑深度较深时常采用的方法。特点特点：先在基坑周围设置各种挡土的支护结构，然后开挖土：先在基坑周围设置各种挡土的支护结构，然后开挖土方，必要时加支撑系统或拉锚结构；占地面积小，但造价高、方，必要时加支撑系统或拉锚结构；占地面积小，但造价高、工期长，且存在时间与空间效应问题。工期长，且存在时间与空间效应问题。挖土形式挖土形式：直壁无支撑开挖直壁内支撑开挖直壁拉锚开挖施工工艺：施工工艺：直壁无支撑开挖时，一般地下水位较高，基坑深度在直壁无支撑开挖时，一般地下水位较高，基坑深度在5-6m，可采用反铲挖土机配合运土卡车；直壁加内支撑开挖时，一般可采用反铲挖土机配合运土卡车；直壁加内支撑开挖时，一般使用反铲和抓铲挖土机，采用周边桁架支撑形式时，可拟定岛使用反铲和抓铲挖土机，采用周边桁架支撑形式时，可拟定岛式开挖，采用十字对撑式时，可拟定盆式开挖；直壁加拉锚开式开挖，采用十字对撑式时，可拟定盆式开挖；直壁加拉锚开挖时，一般按锚杆的设置位置进行分层开挖。挖时，一般按锚杆的设置位置进行分层开挖。