二、土方边坡与土壁支撑

土壁稳定，主要是由土体内摩擦阻力和黏结力来保持平衡，一旦失去平衡，土壁就会塌方。造成土壁塌方的主要原因有：

1.边坡过陡，使土体本身稳定性不够，尤其是在土质差、开挖深度大的坑槽中，常引起塌方。

2.雨水、地下水渗入基坑，使土体重力增大及抗剪能力降低，这是造成塌方的主要原因。

3.基坑（槽）边缘附近大量堆土，或停放机具、材料，或由于动荷载的作用，使土体产生的剪应力超过土体的抗剪强度。

（一）土方边坡

土方边坡的坡度以挖方深度（或填方深度）h与底宽b之比表示（图1.11），即土方边坡坡度＝h／b＝1∶（b／h）＝1∶m

式中m＝b／h称为边坡系数。

图1.11　土方边坡

边坡依据土质、挖方深度和地下水位的实际情况，可以做成直线形边坡、折线形边坡和阶梯形边坡。

当地质条件良好、土质均匀且地下水位低于基坑（槽）或管沟底面标高时，挖方边坡可做成直立壁不加支撑，但深度不宜超过下列规定：

密实、中密的砂土和碎石类土（充填物为砂土）：1.0m；

硬塑、可塑的粉土及粉质黏土：1.25m；

硬塑、可塑的黏土和碎石类土（充填物为黏性土）：1.5m；

坚硬的黏土：2m。

挖土深度超过上述规定时，应考虑放坡或做成直立壁加支撑。

在施工过程中，应经常检查坑壁的稳定情况。当挖基坑较深或晾槽时间较长时，应根据实际情况采取护面措施。常用的坡面保护方法有帆布、塑料薄膜覆盖法，坡面拉网或挂网法。当地质条件良好、土质均匀且地下水位低于基坑（槽）或管沟底面标高时，挖方深度在5 m以内且不加支撑的边坡的最陡坡度应符合表1.4的规定。

表1.4　深度在5m内的基坑（槽）、管沟边坡的最陡坡度

注：①静载指堆放土或材料等；动载指机械挖土或汽车运输作业等。静载或动载距挖方边缘的距离在0.8m以外，且堆土和堆放材料高度不超过1.5m。
②当有成熟施工经验时，可不受本表限制。

永久性挖方边坡坡度应按设计要求放坡。临时性挖方的边坡坡度应符合表1.5的规定。

表1.5　临时性挖方边坡值

注：①设计有要求时，应符合设计标准。
②如采用降水或其他加固措施，可不受本表限制，但应计算复核。
③开挖深度，对软土不应超过4m，对硬土不应超过8m。

（二）土壁支撑

土壁支撑形式应根据开挖深度和宽度、土质和地下水条件以及开挖方法、相邻建筑物等情况进行选择和设计。土壁支撑形式有横撑式支撑、板桩式支撑。支撑必须牢固可靠，确保安全施工。

1.横撑式支撑

横撑式支撑由挡土板、楞木和工具式横撑组成，用于宽度不大、深度较小沟槽开挖的土壁支撑。根据挡土板放置方式不同，分为水平挡土板和垂直挡土板两类（图1.12）。

图1.12　横撑式支撑

1—水平挡土板；2—竖楞木；3—工具式横撑；4—竖直挡土板；5—横楞木

水平挡土板的布置分为断续式和连续式两种。断续式水平挡土板支撑适用于地下水很少、深度在2m以内，且能保持直立壁的干土和天然湿度的黏土；连续式水平挡土板支撑适用于开挖深度3～5m、可能坍塌的干土，或湿度大、疏松的砂砾、软黏土或粉土层。

垂直挡土板支撑适用于沟槽下部有含水层，挖土深度超过5m的砂砾、软黏土或粉土层。

开挖深度6～10m、地下水少、天然湿度的土层，若地面荷载很大，需做圆形结构护壁时，可采用混凝土或钢筋混凝土挡土板支护。

横撑式支撑应选用松木。

施工中应经常检查，若有松动变形，应及时加固或更换。支撑的拆除应按回填的顺序依次进行，多层支撑应自下而上逐层拆除，同时应分段逐步进行，拆除下一段并经回填夯实后，再拆除上一段。

2.板桩式支撑

板桩式支撑是一种常见的临时支护方法。大型基坑开挖之前，在基坑的四周用打桩机械将钢板桩打至地下要求的深度，形成封闭的钢板支护结构，在闭合钢板桩内进行土方及基础工程施工。板桩式支撑特别适用于地下水位较高且土质为细颗粒、松散饱和土的支护，可防止流沙现象产生。板桩有钢筋混凝土板桩、钢筋混凝土护坡桩和钢板桩等。

（1）板桩支撑的作用

①使地下水在土中的渗流路线延长，减小了动水压力，从而可预防流沙的产生；

②板桩支撑既挡土又防水，特别适于开挖深度较大、地下水位较高的大型基坑；

③可以防止基坑附近建筑物基础下沉。

（2）打入板桩的质量要求

①板桩位置在板桩的轴线上，板壁面应垂直，保证平面尺寸准确和平面的垂直度；

②封闭式板桩墙要求封闭合拢；

③埋置达到规定深度，有足够的抗弯强度和防水性能。

（3）钢板桩施工

图1.13　常用的钢板桩

钢板桩又可分平板桩和波浪式板桩两类。平板桩［图1.13（a）］防水和承受轴向压力的性能良好，易打入地下，但长轴方向抗弯强度较小；波浪式板桩［图1.13（b）］的防水和抗弯性能都较好，在施工中被广泛采用。

板桩施工要正确选择打桩方法、打桩机械和流水段划分，以保证打设后的板桩墙有足够的刚度和防水作用，且板桩应与墙面垂直，以满足墙内支撑安装精度的要求。对封闭式板桩墙还要求封闭合拢。

①打桩方法的选择：依据钢板桩的长短、质量及工期要求，合理地选择打桩方法。钢板桩打入法一般分为单独打入法、双层围檩插桩法和分段复打法。

钢板桩单独打入法适用于桩长小于10m，且工程要求不高的钢板桩支撑施工。其优点是打桩机行走路线明确、简捷且行走速度快，但由于是单块打入，桩板的垂直度不易控制，且易向一边倾斜。

双层围檩插桩法是在桩的轴线两侧先安装双层围檩（一定高度的钢制栅栏）支架，然后将钢板桩依次锁口咬合全部插入双层围檩间。其作用一是插入钢板桩时起垂直支撑作用，保证平面位置准确；二是施打过程中起垂直导向作用，保证板桩的垂直度。先行对四角板桩进行施打，封闭合拢后再呈阶梯形逐块将板桩打到设计标高位置。其优点是板桩安装质量高，但施工速度较慢，费用也较高（图1.14）。

图1.14　双层围檩

1—围檩桩；2—围檩

分段复打法是在板桩轴线一侧安装好单层围檩支架，将10～20块钢板桩拼装组成施工段插入土中一定深度，形成一段钢板桩墙，即屏风墙。

先将两端钢板桩打入土中，要保证位置、方向和垂直度的准确要求，并用电焊固定在围檩上，起样板和导向作用；然后将其他板桩按顺序以1／2或1／3板桩高度逐块打入。分段复打法能有效防止板桩的倾斜和扭转，减少误差积累，有利于实现封闭合拢（图1.15）。

图1.15　单层围檩分段复打

1—围檩桩；2—围檩；3—两端先打入的定位钢板桩

②合理划分流水段：施工流水段的划分应使板桩墙面垂直，满足墙面支撑安装要求，有利于封闭合拢，使行车路线短。所以，根据实际情况，为了保证质量，流水段不宜过长，合拢点少则误差积累大。要减少误差积累和保证轴线位置，则可缩短流水段。

③钢板桩打设的准备工作

钢板桩、围檩支架的矫正修理：钢板桩板面应平整，板端锁口应相互咬合，可重复使用；围檩支架损坏的要修复加固，尺寸要准确，可周转使用。

按施工图放板桩的轴线进行标高测量，作为控制板桩入土深度的依据。

桩锤不宜过重，以防桩头因过大锤击力而产生纵向弯曲。一般情况下，桩锤质量约为钢板桩质量的2倍。此外，选择桩锤时，还应考虑锤体外形尺寸，其宽度不能大于组合打入板桩的宽度之和。

准确安装好围檩支架。围檩支架由围檩桩和围檩组成。

④钢板桩的打设：桩机将钢板桩吊起并插入围檩支架，同时应使锁口对准，互相咬合插入，每插入一块应套上桩帽，轻击入土一定深度，以保证板桩的垂直度和稳定性。施打过程中要保持桩架的垂直度和稳定性，以适当的落距使板桩匀速贯入土中。若板桩发生倾斜及移位等不正常现象，应暂停打桩，分析原因后采取相应措施，切勿盲目强行施打。

⑤钢板桩的拔除：基础或地下结构施工完毕，基坑回填土后，用机械拔出钢板桩，桩孔用粗砂回填并挤压密实。

（三）降低地下水位

1.明沟排水法

明沟排水法是一种设备简单、应用普遍的人工降低水位的方法。施工方法是：开挖基坑或沟槽的过程中，遇到地下水或地表水时，在基础范围以外地下水流的上游，沿坑底的周围开挖排水沟，设置集水井，使水经排水沟流入井内，然后用水泵抽出坑外（图1.16）。

图1.16　集水井降水

1—排水沟；2—集水井；3—水泵

明沟排水法适用于水流较大的粗粒土层的排水、降水，也可用于渗水量较小的黏性土层的降水，但不适宜于细砂土和粉砂土层的排水、降水，因为地下水渗出会带走细粒而发生流沙现象。

基坑抽水设备主要有离心泵、潜水泥浆泵、软轴水泵等，其主要性能包括：流量、扬程和功率等。水泵的流量和扬程应满足基坑涌水量和坑底降水深度的要求。

如果土层中产生局部流沙现象，应采取减小动水压力的处理措施，使坑底土颗粒稳定，不受水压干扰。其方法有：

①如条件许可，尽量安排在枯水期施工，使最高地下水位不高于坑底0.5m；

②水中挖土时，不抽水或减少抽水，保持坑内水压与地下水压基本平衡；

③采用井点降水法、打板桩法、地下连续墙法防止流沙产生。

2.井点降水法

在基坑开挖深度较大、地下水位较高、土质较差（如细砂、粉砂等）的情况下，要考虑采用井点降水法施工。

井点降水就是基坑开挖前，在基坑四周预先埋设一定数量的滤水管（井），在基坑开挖前和开挖过程中，利用抽水设备不断抽出地下水，使地下水位降到坑底以下，直至土方和基础工程施工结束。这样解决了地下水涌入坑内的问题，改善了施工条件，消除了流沙现象。

井点降水有两类，一类为轻型井点（包括电渗井点与喷射井点），另一类为管井点（深井泵），其中轻型井点应用较多。对不同的土质应采用不同的降水形式。表1.6所示为常用的降水形式。

表1.6　降水类型及适用条件

轻型井点（图1.17）就是沿基坑周围或一侧以一定间距将井点管（下端为滤管）埋入蓄水层内，井点管上部与总管连接，利用抽水设备使地下水经滤管进入井管，经总管不断抽出，从而将地下水位降至坑底以下。轻型井点法适用于土壤的渗透系数为0.1～50m／d的土层；降低水位深度：一级轻型井点为3～6m，二级井点可达6～9m。

图1.17　轻型井点降低地下水位全貌图

1—井点管；2—滤管；3—总管；4—弯联管；5—水泵房；6—原有地下水位线；7—降低后地下水位线

图1.18　滤管构造

1—钢管；2—管壁上的小孔；3—缠绕的塑料管；4—细滤网；5—粗滤网；6—粗铁丝保护网；7—井点管；8—铸铁头

（1）轻型井点设备

轻型井点设备由管路系统和抽水设备组成。管路系统包括滤管、井点管、弯联管及总管等。滤管（图1.18）为进水设备，其构造是否合理对抽水设备影响很大。

集水总管一般用内径100～127mm的无缝钢管分节连接，每节长4m，间距0.8m或1.2m，其上端设有一个与井点管连接的短接头。真空泵轻型井点通常由1台真空泵、2台离心泵（1台备用）和1台水汽分离器组成抽水机组。抽水设备的负荷长度（即集水总管长度），采用W5型真空泵时，不大于100m；采用W6型真空泵时，不大于120m。

（2）轻型井点的布置

井点布置应根据基坑平面形状与大小、土质、地下水位高度与流向、降水深度要求等决定。当基坑或沟槽宽度小于6m、水位降低深度不超过5m时，可用单排线状井点布置在地下水流的上游一侧，两端延伸长度一般不小于沟槽宽度（图1.19）。

图1.19　单排线状井点的布置

1—总管；2—井点管；3—抽水设备

如宽度大于6m或土质不定、渗透系数较大时，宜用双排井点，面积较大的基坑宜用环状井点（图1.20）；为便于挖土机械和运输车辆出入基坑，可不封闭，布置为U形环状井点。井点距离基坑壁一般不宜小于1～1.5m，以防局部发生漏气。

图1.20　环形井点布置简图

1—总管；2—井点管；3—抽水设备

在考虑到抽水设备的水头损失以后，井点降水深度一般不超过6m。井点管的埋设深度H（不包括滤管）按下式计算［图1.19（b）］：

图1.21　二级轻型井点示意图

1—第一级井点管；2—第二级井点管

式中，H1——井点管埋设面至基坑底的距离，m；

h——基坑中心处坑底面（单排井点时，为远离井点一侧坑底边缘）至降低后地下水位的距离，一般为0.5～1.0m；

i——地下水降落坡度，其中环状井点为1／10，单排线状井点为1／4；

L——井点管至基坑中心的水平距离（单排井点中为井点管至基坑另一侧的水平距离），m。

当一级井点系统达不到降水深度时，可采用二级井点，即先挖去第一级井点所疏干的土，然后在基坑底部装设第二级井点，使降水深度增加（图1.21）。

（3）轻型井点的安装

轻型井点的施工包括准备工作及井点系统安装。准备工作包括井点设备、动力、水源及必要材料的准备，排水沟的开挖，附近建筑物的标高监测以及防止附近建筑沉降的措施等。

埋设井点系统的顺序：根据降水方案放线、挖管沟、布设总管、冲孔、下井点管、埋砂滤层、黏土封口、弯联管连接井点管与总管、安装抽水设备、试抽。其中井点管的埋设质量是保证轻型井点顺利抽水、降低地下水位的关键。

井点管的埋设一般用水冲法施工，分为冲孔［图1.22（a）］和埋管［图1.22（b）］两个过程。

图1.22　井点管的埋设

1—冲管；2—冲嘴；3—胶皮管；4—高压水泵；5—压力表；6—起重机吊钩；7—井点管；8—滤管；9—填砂；10—黏土封口

井点系统全部安装完毕后，应进行试抽，以检查有无漏气、漏水现象，出水是否正常，井点管有无淤塞；如有异常，进行检修后方可使用。

（4）轻型井点的使用

轻型井点运行后，应保证连续不断地抽水。若时抽时停，滤网易堵塞；中途停抽，地下水回升，会引起边坡塌方等事故。抽水过程中，应调节离心泵的出水阀以控制水量，使抽吸排水均匀，达到细水长流。正常出水规律是“先大后小，先浑后清”，抽水时需注意观测真空度以判断井点系统工作是否正常，真空度一般应不低于55.3～66.7kPa，并检查观测井中水位下降情况。如果真空度低，通常是由于管路漏气，应检查管路系统连接处及井点管埋设的密封情况，并及时修理。

若井点淤塞，一般可以通过听管内水流声响、手摸管壁感到有振动、手触摸管壁有冬暖夏凉的感觉等简便方法检查。如果有较多井点管发生堵塞，影响降水效果时，应逐根用高压水反向冲洗或拔出重埋。

地下基础工程（或构筑物）竣工并回填土后，停机拆除井点排水设备。使用机械或人工将井点管拔出，井孔用砂砾石填密实，地面以下2m范围内用黏土填实。