建筑施工第一章 土方工程

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1、 第一章第一章 土方工程土方工程第第一节一节 概述概述第二节第二节 场地设计标高的确定场地设计标高的确定第三节第三节 土方工程量计算与调配土方工程量计算与调配第四节第四节 土方工程的准备与辅助工作土方工程的准备与辅助工作第五节第五节 土方的机械化施工土方的机械化施工第六节第六节 土方的填筑与压实土方的填筑与压实第一节第一节 概述概述O一、土方工程的分类及特点O二、土的分类O三、土的工程性质O四、土方边坡O五、土方工程施工应注意的问题第一节第一节 土方工程概述土方工程概述一、土方工程的分类及特点 包括一切土的挖掘、填筑和运输等过程以及排水、降水、土壁支撑等准备和辅助工程。1、分类：场地平整、土方

2、开挖、土方回填与压实等。2、土方工程施工特点：工程量大、劳动繁重；施工条件复杂；受场地限制。第一节第一节 土方工程概述土方工程概述O二、土的分类与现场鉴别方法 O按土开挖的难易程度将土分为：松软土、普通土、坚土、砂砾坚土、软石、次坚石、坚石、特坚硬石八类。u 松土和普通土可直接用铁锹开挖，或用铲运机、推土机、挖土机施工；u 坚土、砂砾坚土和软石要用镐、撬棍开挖，或预先松土，部分用爆破的方法施工；u 次坚石、坚石和特坚硬石一般要用爆破方法施工。O土的工程分类与现场鉴别方法见下表 土的分类 土 的 名 称 可松性系数 现场鉴别方法 KSKs一类土(松软土)砂，亚砂土，冲积砂土层，种植土，泥炭(淤泥

3、)1.081.17 1.011.03 能用锹、锄头挖掘 二类土(普通土)亚粘土，潮湿的黄土，夹有碎石、卵石的砂，种植土，填筑土及亚砂土 1.141.28 1.021.05 用锹、锄头挖掘，少许用镐翻松 三类土(坚土)软及中等密实粘土，重亚粘土，粗砾石，干黄土及含碎石、卵石的黄土、亚粘土，压实的填筑土 1.241.30 1.041.07 要用镐，少许用锹、锄头挖掘，部分用撬棍 四类土(砂砾坚土)重粘土及含碎石、卵石的粘土，粗卵石，密实的黄土，天然级配砂石，软泥灰岩及蛋白石 1.261.32 1.061.09 整个用镐、撬棍，然后用锹挖掘，部分用楔子及大锤 土的分类 土 的 名 称 可松性系数 现

4、场鉴别方法 KSKs五类土(软石)硬石炭纪粘土，中等密实的页岩、泥灰岩、白垩土，胶结不紧的砾岩，软的石炭岩 1.301.45 1.101.20 用镐或撬棍、大锤挖掘，部分使用爆破方法 六类土(次坚石)泥岩，砂岩，砾岩，坚实的页岩，泥灰岩，密实的石灰岩，风化花岗岩，片麻岩 1.301.45 1.101.20 用爆破方法开挖,部分用风镐 七类土(坚石)大理岩，辉绿岩，玢岩，粗、中粒花岗岩，坚实的白云岩、砂岩、砾岩、片麻岩、石灰岩，风化痕迹的安山岩、玄武岩 1.301.45 1.101.20 用爆破方法开挖 八类土(特坚硬石)安山岩，玄武岩，花岗片麻岩，坚实的细粒花岗岩、闪长岩、石英岩、辉长岩、辉绿

5、岩、玢岩 1.451.50 1.201.30 用爆破方法开挖 第一节第一节 概述概述O三、土的工程性质O1.土的可松性 自然状态下的土，经过开挖后，其体积因松散而增大，以后虽经回填压实，仍不能恢复原来的体积。O 最初可松性系数 Ks=V2 /V1O 最终可松性系数 Ks=V3 /V1O 其中：V1-土在自然状态下的体积；O V2-土经开挖后松散体积；O V3-土经填土压实后的体积。注：Ks Ks 1.0 问：可松性越小的土就越好挖？O2.土的天然含水量土的天然含水量第一节第一节 概述概述-100%100%wsmmmWmm干湿干式中：m湿含水状态土的质量，kg；m干烘干后土的质量，kg；mW 土

6、中水的质量，kg；mS固体颗粒的质量，kg。土的含水量随气候条件、雨雪和地下水的影响而变化，对土方边坡的稳定性及填方密实程度有直接的影响。第一节第一节 概述概述O3.土的渗透性O土的渗透性：指土体被水透过的性质。土的渗透性用渗透系数表示。O渗透系数：表示单位时间内水穿透土层的能力，以m/d表示；它同土的颗粒级配、密实程度等有关，是人工降低地下水位及选择各类井点的主要参数。土的渗透系数参考值 土的种类 K(m/d)土的种类 K(m/d)亚粘土、粘土 0.1 含粘土的中砂及纯细砂 2025 亚粘土 0.10.5 含粘土的细砂及纯中砂 3550 含亚粘土的粉砂 0.51.0 纯粗砂 5075 纯粉砂

7、 1.55.0 粗砂夹砾石 50100 含粘土的细砂 1015 砾石 100200 第二节 场地设计标高的确定 大型工程项目通常都要确定场地设计平面，进行场地平整。场地平整就是将自然地面改造成人们所要求的平面。场地设计标高应满足规划、生产工艺及运输、排水及最高洪水位等要求，并力求使场地内土方挖填平衡且土方量最小。第二节，场地设计标高的确定场地设计标高的两种方法：O 1一般方法：一般方法：如场地比较平缓，对场地设计标高无特如场地比较平缓，对场地设计标高无特殊要求，可按照殊要求，可按照“挖填土方量相等挖填土方量相等”的原则确定场地设计的原则确定场地设计标高；标高；O 2用最小二乘法原理求最佳设计平

8、面：用最小二乘法原理求最佳设计平面：应用最小应用最小二乘二乘 法的原理，不仅可满足土方挖填平衡、还可做到土法的原理，不仅可满足土方挖填平衡、还可做到土方的总工程量最小。方的总工程量最小。1.2.1 场地设计标高计算的一般方法 1.2.1.1 计算原则 将场地划分成边长为a 的若干方格，并将方格网点的原地形标高标在图上（图1-1a）。原地形高可利用等高线用插入法求得或在实地测量得到。a)地形图方格网地形图方格网图图1-1 场地设计标高计算示意图场地设计标高计算示意图1等高线等高线13 1.2.1.1 计算原则 按照挖填土方量相等的按照挖填土方量相等的原则（图原则（图1-1b1-1b），场地设计）

9、，场地设计标高可按下式计算：标高可按下式计算：（1-2）b）设计标高示意图）设计标高示意图图图1-1 场地设计标高计算示意图场地设计标高计算示意图2自然地面；自然地面；3设计平面设计平面z11z12z 21z 222aaaab)aa3z014由式1-2可得到：（1-3）式中式中 zo所计算场地的设计标高（所计算场地的设计标高（m）；）；n 方格数；方格数；zi1、zi2、zi3、zi4第第i个方格四个角点的原地形个方格四个角点的原地形 标高（标高（m）。）。15 点的标高在计算过程中被应用的次数点的标高在计算过程中被应用的次数(Pi)反反映了各角点标高对计算结果的影响程度，测量上映了各角点标高

10、对计算结果的影响程度，测量上的术语称为的术语称为“权权”。考虑各角点标高的考虑各角点标高的“权权”，式（，式（1-3）可改）可改写成更便于计算的形式：写成更便于计算的形式：式中式中 z1 一个方格独有的角点标高；一个方格独有的角点标高；z2、z3、z4 分别为二、三、四个方格分别为二、三、四个方格 所共有的角点标高。所共有的角点标高。（1-4）161.2.1.2 计算步骤1.划分场地方格网；划分场地方格网；2.计算或实测各角点的原地形标高；计算或实测各角点的原地形标高；3.按式（按式（1-4）计算场地设计标高；）计算场地设计标高；4.设计标高调整；设计标高调整；5.施工高度计算。施工高度计算。

11、下面分别讨论：下面分别讨论：设计标高调整设计标高调整与与施工高度计算施工高度计算问题问题 17设计标高调整设计标高调整 设计标高的调整主要是设计标高的调整主要是泄水坡度的调整泄水坡度的调整，由于按式（由于按式（1-4）得到的设计平面为一水平的）得到的设计平面为一水平的挖填方相等的场地，实际场地均应有一定的泄挖填方相等的场地，实际场地均应有一定的泄水坡度。因此，应根据泄水要求计算出实际施水坡度。因此，应根据泄水要求计算出实际施工时所采用的设计标高。工时所采用的设计标高。18 以Zo 作为场地中心的标高（图1-2），则场地任意点的设计标高为：（1-5）图图1-2 场地泄水坡度场地泄水坡度19施工高

12、度计算 求得求得 后，即可按下式计算各角点的施工高后，即可按下式计算各角点的施工高度度Hi，施工高度的含义施工高度的含义是该角点的设计标高与原地是该角点的设计标高与原地形标高的差值：形标高的差值：（1-6）式中式中 角点的原地形标高。角点的原地形标高。若若Hi为正值，则该点为填方，为正值，则该点为填方，Hi为负值则为为负值则为挖方。挖方。iziz201.2.2 最佳设计平面 最佳设计平面即设计标高满足规划、生产工艺及运输、排水及最高洪水位等要求，并做到场地内土方挖填平衡，且挖填的总土方工程量最小。211.2.2.1 最佳设计平面设计原理 任何一个平面在直角坐标体系中都可以用三任何一个平面在直角

13、坐标体系中都可以用三个参数个参数 c、来确定（图来确定（图1-3）。tan,xcia tan,ycib c 原点标高；原点标高；x 方向的坡度；方向的坡度；y 的方向坡度的方向坡度221.2.2.1 最佳设计平面设计原理 在（图在（图1-3）所示的）所示的这个平面上任何这个平面上任何一点一点 i 的标高的标高 ，可以根据下式求出：可以根据下式求出：(1-7)其中其中 点在点在 x 方向的坐标；方向的坐标；点在点在 y 方向的坐标。方向的坐标。式（式（1-7）为最佳设计平面的方程形式。）为最佳设计平面的方程形式。23 与前述方法类似，将场地划分成方格网，与前述方法类似，将场地划分成方格网，并将原

14、地形标高并将原地形标高 标于图上，则该场地标于图上，则该场地方格网方格网角点的施工高度角点的施工高度为：为：式中式中 方格网各角点的施工高度；方格网各角点的施工高度；方格网各角点的设计平面标高；方格网各角点的设计平面标高；方格网各角点的原地形标高；方格网各角点的原地形标高；方格角点总数。方格角点总数。(1-8)24 土方工程量与施工高度之和成正比。施工高度之和为零时，则表明该场地土方的填挖平衡，但由于施工高度有正有负，当但它不能反映出填方和挖方的绝对值之和为多少。25 为了不使施工高度正负相互抵消，若把施工高度平方之后再相加，则其总和能反映土方工程填挖方绝对值之和的大小。但要注意，在计算施工高

15、度总和时，应考虑方格网各点施工高度在计算土方量时被应用的次数Pi，令为土方施工高度之平方和，则:（1-9）26将公式（1-8）代入上式，得:当当的值最小时，该设计平面既能使土方工程的值最小时，该设计平面既能使土方工程量最小，又能保证填挖方量相等量最小，又能保证填挖方量相等（填挖方不平衡时，（填挖方不平衡时，上式所得数值不可能最小）。这就是用最小二乘法上式所得数值不可能最小）。这就是用最小二乘法求最佳设计平面的方法。求最佳设计平面的方法。271.2.2.2 最佳设计平面的计算方法 为了求得最小时的设计平面参数c、可以对式1-9的c、分别求偏导数，并令其为0，于是得：（1-10）28 应用上述准则

16、方程时，若已知c 或ix，或 iy 时，只要把这些已知值作为常数代入，即可求得该条件下的最佳设计平面。29 实际工程中，对计算所得的设计标高，还应考虑下述实际工程中，对计算所得的设计标高，还应考虑下述因素进行调整，这工作在完成土方量计算后进行。因素进行调整，这工作在完成土方量计算后进行。(1)考虑土的最终可松性，需相应提高设计标高，以达到 土方量的实际平衡。(2)考虑工程余土或工程用土，相应提高或降低设计 标高。(3)根据经济比较结果，如采用场外取土或弃土的施工方案，则应考虑因此引起的土方量的变化，需将设计标高进行调整。场地设计平面的调整工作也是繁重的，如修改设计 标高，则须重新计算土方工程量

17、。设计标高调整30场地平整第三节第三节 土方工程量计算与土方调配土方工程量计算与土方调配第三节第三节 土方工程量计算与土方调配土方工程量计算与土方调配O一、基坑（槽）土方量计算O二、场地平整土方施工方案的确定O三、场地平整土方量的计算O四、土方调配第三节第三节 土方工程量计算与土方调配土方工程量计算与土方调配O一、基坑（槽）土方量计算一、基坑（槽）土方量计算O基坑土方量基坑土方量可按立体几何中拟柱体可按立体几何中拟柱体(由两个平行的平由两个平行的平面作底的一种多面体面作底的一种多面体)体积公式计算体积公式计算。102(4)6HVAAA式中 H 基坑深度，m；A1、A2基坑上、下底的面积，m2；

18、A0 基坑中截面的面积，m2。第三节第三节 土方工程量计算与土方调配土方工程量计算与土方调配O基槽土方量基槽土方量计算可沿长度方向分段计算：计算可沿长度方向分段计算：1102(4)6LVAAA式中 V1第一段的土方量，m3；L1 第一段的长度，m。将各段土方量相加即得总土方量：12nVVVV第三节第三节 土方工程量计算与土方调配土方工程量计算与土方调配O二、场地平整土方施工方案的确定O1.先平整整个场地，后开挖基坑（槽）；O2.先开挖基坑（槽），后平整场地；O3.边平整场地，边开挖基坑（槽）。O在场地平整前，必须确定场地设计标高、计算挖填方量、确定土方调配方案，并合理选择施工机械，拟定施工方案

19、。第三节第三节 土方工程量计算与土方调配土方工程量计算与土方调配O三、场地平整土方量的计算（一）方格网法计算场地平整土方量步骤为：O1.划分方格网（边长一般为1040m）；O2.计算角点的自然地面标高；O3.计算场地设计标高H0；O4.根据泄水（2 0/00）等要求调整设计标高；O5.计算角点施工高度；O6.标出“零线”；O7.计算土方工程量。第三节第三节 土方工程量计算与土方调土方工程量计算与土方调O计算计算“零点零点”位置，确定零线位置，确定零线O方格边线一端施工高程为方格边线一端施工高程为“+”，若另一端为，若另一端为“-”，则，则沿其边线必然有一不挖不填的点，即为沿其边线必然有一不挖不

20、填的点，即为“零点零点”第三节第三节 土方工程量计算与土方调配土方工程量计算与土方调配式中 x1、x2角点至零点的距离，m；h1、h2相邻两角点的施工高度(均用绝对值)，m；a方格网的边长，m。1112ahXhh2212ahXhh零点位置按下式计算：第三节第三节 土方工程量计算与土方调配土方工程量计算与土方调配O（三）场地土方量的计算O1.方格土方量的计算全挖全填方格 两挖两填方格 三挖一填方格（三填一挖）第三节第三节 土方工程量计算与土方调配土方工程量计算与土方调配O2.边坡土方量的计算O 场地的挖方区和填方区的边沿都需要做成边坡，以保证挖方土壁和填方区的稳定。边坡的土方量可以划分成两种近似

21、的几何形体进行计算，O一种为三角棱锥体，另一种为三角棱柱体，如下图所示。第三节第三节 土方工程量计算与土方调配土方工程量计算与土方调配第三节第三节 土方工程量计算与土方调配土方工程量计算与土方调配A三角棱锥体边坡体积11 113VAl式中 l1边坡的长度；A1边坡的端面积；h2角点的挖土高度；m边坡的坡度系数，m=宽/高。第三节第三节 土方工程量计算与土方调配土方工程量计算与土方调配两端横断面面积相差很大的情况下，边坡体积 44102(4)6lVAAA式中l4边坡的长度；A1、A2、A0边坡两端及中部横断面面积。C C计算土方总量 将挖方区(或填方区)所有方格计算的土方量和边坡土方量汇总，即得

22、该场地挖方和填方的总土方量。12442AAVlB三角棱柱体边坡体积第三节第三节 土方工程量计算与土方调配土方工程量计算与土方调配O四、土方调配四、土方调配O1、目的：就是使土方、目的：就是使土方总运输量或土方施工成本最小总运输量或土方施工成本最小的的条件下，确定填挖方区土方的调配方向和数量，从而条件下，确定填挖方区土方的调配方向和数量，从而达到缩短工期和降低成本的目的。达到缩短工期和降低成本的目的。第三节第三节 土方工程量计算与土方调配土方工程量计算与土方调配O2、土方调配原则：O 应力求达到挖、填平衡和运量最小的原则；O 应考虑近期施工与后期利用相结合的原则；O 应采取分区与全场相结合来考虑

23、的原则；O 应尽可能与大型地下建筑物的施工相结合；O 应合理布置挖填方分区线，选择恰当的调配方向、运输路线，以方便挖、填、运。第三节第三节 土方工程量计算与土方调配土方工程量计算与土方调配O3、土方调配图的编制步骤O 划分调配区 调配区的划分应该与工程建筑物的平面位置相协调，并考虑工程的分期施工顺序；调配区的大小应该满足土方施工主导机械的技术要求；调配区的范围应该和土方工程量计算用的方格网相协调，通常用若干个方格组成调配区；根据附近地形，考虑就近取土或弃土。求出每对调配区之间的平均运距 进行土方调配 画出土方调配图 列出土方量平衡表第三节第三节 土方工程量计算与土方调配土方工程量计算与土方调配

24、O4、用“表上作业法”进行土方调配步骤 O 列出土方平衡-运距（或单位运价）表 O 初始调配方案编制-采用最小元素法O 最小元素法-即对运距最小的一对填挖区优先地、最大限度地供应土方量，采用此法可减少检验次数。O 最优方案的判别法-位势法、假想价格系数法。O 方案的调整-闭合回路法 第三节第三节 土方工程量计算与土方调配土方工程量计算与土方调配 5、用、用“表上作业法表上作业法”进行土方调配实例进行土方调配实例 下下图为一矩形广场，图中小方格中的数字为各调配区图为一矩形广场，图中小方格中的数字为各调配区的土方量，箭杆上的数字则为各调配区之间的平均运距。的土方量，箭杆上的数字则为各调配区之间的平

25、均运距。O 试求最优土方调配方案。试求最优土方调配方案。第二节第二节 土方工程量计算与土方调配土方工程量计算与土方调配（1）初始调配方案编制-最小元素法 第一步：将土方数及价格系数填入计算表中第二节第二节 土方工程量计算与土方调配土方工程量计算与土方调配第二步：按“最小元素法”填入土方数第三节第三节 土方工程量计算与土方调配土方工程量计算与土方调配注意：m+n-1第三节第三节 土方工程量计算与土方调配土方工程量计算与土方调配O（2）最优方案判别-假想价格系数法O 该方法是设法求得无调配土方方格的检验数ij，判别ij是否非负，如所有检验数ij0，则方案为最优方案，否则该方案不是最优方案，需要进行

26、调整。O第一步：求出各方格的假想价格系数Cij 有调配土方方格的假想价格系数Cij=Cij；无调配土方方格的假想价格系数用下式计算：Cef+Cpq=Ceq+CpfO第二步：求出无调配土方方格的检验数：ij=Cij-C ij第三节第三节 土方工程量计算与土方调配土方工程量计算与土方调配求各方格的假想价格系数:第三节第三节 土方工程量计算与土方调配土方工程量计算与土方调配 求无调配土方方格的检验数:第三节第三节 土方工程量计算与土方调配土方工程量计算与土方调配O（3）方案的调整-闭合回路法O 第一步：在所有负检验数中选一个，把它所对应的变量Xij作为调整对象。O 第二步：找出Xij的闭回路。其作法

27、是：从Xij 格出发，沿水平与竖直方向前进，遇到适当的有数字的方格作900转弯（也不一定转弯），然后继续前进，如果路线恰当，有限步后便能回到出发点，形成一条以有数字的方格为转角点的、用水平和竖直线联起来的闭回路。第三节第三节 土方工程量计算与土方调配土方工程量计算与土方调配 闭回路：第三节第三节 土方工程量计算与土方调配土方工程量计算与土方调配O第三步：从空格Xij出发，沿着闭回路（方向任意）一直前进，在各奇数次转角点（以Xij 出发点为0）的数字中，挑出一个最小的X，将它调到Xij 方格中（即空格中）。O第四步：将“X”填入Xij 方格中，被挑出的X为0（该格变为空格）同时将闭回路上其他的奇

28、数次转角上的数字都减去“X”。偶数次转角上数字都增加“X”，使得填控方区的土方量仍然保持平衡，这样调整后，便可得到新调配方案。第三节第三节 土方工程量计算与土方调配土方工程量计算与土方调配新方案：所有检验数ij0第三节第三节 土方工程量计算与土方调配土方工程量计算与土方调配（4）判断：重复（2）、（3），便可得到最优的调配方案。（5）计算：最优土方调配方案的土方总运输量为：Z=40050+10070+50040+40060+10070+40040 =94000（m3m)（6）画出土方调配图。第四节第四节 土方工程施工土方工程施工O一、施工准备及定位放线O二、土壁稳定O三、基坑开挖与支护O四、施

29、工排水O五、土方回填与压实第三节第三节 土方工程施工土方工程施工O一、施工准备及定位放线O1、场地清理；O2、排除地面水；O3、修筑好临时道路及供水、供电等临时设施；O4、做好材料、机具及土方机械的进场工作；O5、做好土方工程测量、放线工作；O6、做好边坡稳定、基坑（槽）支护、降低地下水工作。第三节第三节 土方工程施工土方工程施工O二、土壁稳定二、土壁稳定O 土壁稳定，主要是由土体内摩阻力和粘结力保持平衡，土壁稳定，主要是由土体内摩阻力和粘结力保持平衡，一旦失去平衡，土壁就会塌方。一旦失去平衡，土壁就会塌方。O1.破坏形式：破坏形式：第三节第三节 土方工程施工土方工程施工O2.引起抗剪强度降低

30、的原因 气候的变化使土质松散；粘土中的夹层因浸水而发生润滑作用；饱和细砂、粉砂因受振动而液化。O3.引起土体内剪应力增加的原因：边坡上面荷载增加，尤其是附近有动荷载；因下雨使土的含水量增加，因而使土体增重，并在土中渗流产生一定的动水压力；土体裂缝中的水产生静水压力。第三节第三节 土方工程施工土方工程施工O三、基坑开挖与支护三、基坑开挖与支护O1.浅基础开挖浅基础开挖O2.土壁支护土壁支护第三节第三节 土方工程施工土方工程施工O3.大面积深基坑支护O（1）柱列式灌注桩O（2）锚杆O（3）土钉墙O（4）逆作法第三节第三节 土方工程施工土方工程施工第三节第三节 土方工程施工土方工程施工锚杆结构示意图

31、锚杆结构示意图（2 2）锚杆支护）锚杆支护第三节第三节 土方工程施工土方工程施工土层锚杆的施工土层锚杆的施工第三节第三节 土方工程施工土方工程施工南京电网调度中心土层锚杆支护南京电网调度中心土层锚杆支护第三节第三节 土方工程施工土方工程施工土钉支护施工步骤 第三节第三节 土方工程施工土方工程施工第三节第三节 土方工程施工土方工程施工（4）逆作法 利用工程桩接升到地面的临时支柱与挡土墙作为垂直承重结构，从地面向下挖土并施工各层地下室楼板，此顶板又作挡土墙的支撑体系，同时，也利用此支柱承重，从地面以上施工各层上部结构，实现地上地下两个方向的施工。优点：工期短、成本低、刚度大u基坑支护失效实例基坑支

32、护失效实例19941994年年9 9月月上海黄浦区上海黄浦区某大厦基坑某大厦基坑支护靠马路支护靠马路4040m m长支撑破长支撑破坏，坏，600600厚地厚地下连续墙倒下连续墙倒塌。塌。基坑挖深基坑挖深23.523.5m m。原因为设原因为设计、施工和计、施工和监测多方面监测多方面。u基坑支护屈曲实例基坑支护屈曲实例角撑受压平面角撑受压平面外失稳外失稳第三节第三节 土方工程施工土方工程施工第三节第三节 土方工程施工土方工程施工O四、施工排水O为了保持基坑干燥，防止由于水浸泡发生边坡塌方和地基承载力下降，必须做好基坑的排水、降水工作，常采用的措施是明沟排水法和井点降水法。O(一)明沟排水法 O明

33、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。O开挖基坑或沟槽过程中，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。第三节第三节 土方工程施工土方工程施工 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粘性土层降水，但不适宜于细砂土和粉砂土层，因为地下水渗出会带走细粒而发生流砂现象。（二）（二）流砂流砂现象现象及其防治及其防治 当土质为细当土质为细砂砂或粉或粉砂砂，又采用集水坑降水时，基坑一旦开挖到，又采用集水坑降水时，基坑一旦开挖到地下水位以下（约地下水位以下（约0.50.5米），坑底下的

34、土有时会形成流动状态，随地米），坑底下的土有时会形成流动状态，随地下水一起涌入坑内，就形成流下水一起涌入坑内，就形成流砂砂。重要概念后果：后果：施工条件恶化施工条件恶化 地基完全丧失地基完全丧失承载能力承载能力 附近建筑物沉附近建筑物沉降，倾斜。降，倾斜。流流砂砂第三节第三节 土方工程施工土方工程施工 2003年7月1日凌晨，建设中的上海轨道交通4号线突发险情，造成若干地面建筑物遭到破坏。上海市新闻办发布的消息称，1日凌晨4时，正在施工中的上海轨道交通4号线(浦东南路至南浦大桥)区间隧道浦西联络通道发生渗水，随后出现大量流沙涌入，引起地面大幅沉降。上午9时左右，地面建筑物中山南路847号八层楼

35、房发生倾斜，其主楼裙房部分倒塌。由于发现报警及时，楼内所有人员均已提前撤出，因而没有造成人员伤亡，受其影响的周围楼房里的人员也已经全部撤出。上海地铁工程实例：上海地铁工程实例：群房倒塌倾斜楼房即将爆破一泵房倾倒第三节第三节 土方工程施工土方工程施工1、流砂现象的产生：O动水压力：在地下水动力学中又称“渗透压力”当采用集水坑排水时，由于地下水的平衡遭到破坏，地下水面和坑底之间存在着水头差，而产生渗流，引起水在土中的流动，随着坑底挖土深度的加深，该水头差也随之增大，水在渗流过程中受到土粒的阻力，而水对土粒产生一种反力，这种反力就叫动水压力。O动水压力的作用方向与水流方向相同第三节第三节 土方工程施

36、工土方工程施工O流砂产生的条件：流砂产生的条件：O条件条件1：水流方向从下向上；：水流方向从下向上；O条件条件2：动水压力等于或大于土的浮重度。：动水压力等于或大于土的浮重度。满足以上条件时，土粒处于悬浮状态，能随着满足以上条件时，土粒处于悬浮状态，能随着渗流的水一起流动，带入基坑，便发生流砂现象。渗流的水一起流动，带入基坑，便发生流砂现象。土的浮重度土的浮重度动水压力动水压力第三节第三节 土方工程施工土方工程施工O2、流砂的防治：O（1）防治途径：减小或平衡动水压力；设法使动水压力方向向下；截断地下水流。O（2）具体措施：枯水期施工 冻结法 打钢板桩法 水下挖土法 人工降低地下水位法 地下连

37、续墙法第三节第三节 土方工程施工土方工程施工O（三）人工降低地下水位（三）人工降低地下水位O井点降水：井点降水：基坑开挖前，在基坑四周预先埋设一定数量基坑开挖前，在基坑四周预先埋设一定数量的滤水管的滤水管(井井)，在基坑开挖前和开挖过程中，利用抽水，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土方和基础工程施工结束为止。施工结束为止。O实际工程中，一般轻型井点应用广泛。实际工程中，一般轻型井点应用广泛。（四）（四）轻型井点降水轻型井点降水1、轻型井点的主要设备2、轻型井点的布置3、轻型井点的计算

38、4、轻型井点的施工O1.轻型井点轻型井点的主要的主要设备：设备：O管路系统：滤管、井点管、管路系统：滤管、井点管、弯联管、总管。弯联管、总管。O抽水设备：真空泵、离心泵、抽水设备：真空泵、离心泵、水气分离器。水气分离器。第三节第三节 土方工程施工土方工程施工第三节第三节 土方工程施工土方工程施工井点管井点管总管总管弯连管轻型井点降水系统轻型井点降水系统第三节第三节 土方工程施工土方工程施工第三节第三节 土方工程施工土方工程施工O2.2.轻型井点的布置轻型井点的布置 O（1）平面布置：确定井点布置的形式、总管长度、平面布置：确定井点布置的形式、总管长度、井点管数量、水泵数量及位置。井点管数量、水

39、泵数量及位置。第三节第三节 土方工程施工土方工程施工第三节第三节 土方工程施工土方工程施工O单排布置：适用于基坑、槽宽度小于6，且降水深 度 不超过5的情况，井点管应布置在地下水的 上游一侧，两端延伸长度不宜小于坑、槽的 宽度。O双排布置：适用于基坑宽度大于6或土质不良的情况。O环形布置：适用于大面积基坑。如采用U形布置，则井 点管不封闭的一段应设在地下水的下游方向。O（2）高程布置：高程布置：确定井点管的埋置深度确定井点管的埋置深度，即滤管上口至总管埋设面的距离。即滤管上口至总管埋设面的距离。第三节第三节 土方工程施工土方工程施工第三节第三节 土方工程施工土方工程施工O高程计算公式：OH H

40、1hiLO式中：H井点管埋深（；H1总管埋设面至基底的距离（）；h基底至降低后的地下水位线的距离（）；水力坡度；L井点管至基坑中心的水平距离，当井点管为单排布置时，L为井点管至对边坡脚的水平距离（）。一般轻型井点降水深度为67。第三节第三节 土方工程施工土方工程施工O有关数据的取值：O（）h一般取0.51，根据工程性质和水文地质状况确定。O（）i的取值：当单排布置时i1/41/5；当双排布置时i1/7；当环形布置时i1/10。O（）为井点管至基坑中心的水平距离，当基坑井点管 为环形布置时，L取短边的长度。O（）井点管布置应离坑边有一定距离（0.71），以 防止边坡塌土而引起局部漏气。当一级井当

41、一级井点系统达不到点系统达不到降水深度时，降水深度时，可采用二级井可采用二级井点，即先挖去点，即先挖去第一级井点所第一级井点所疏干的土，然疏干的土，然后在基坑底部后在基坑底部装设第二级井装设第二级井点，使降水深点，使降水深度增加。度增加。第三节第三节 土方工程施工土方工程施工 南京玄武湖隧道施工城墙侧湖底段采用围堰挡水，南京玄武湖隧道施工城墙侧湖底段采用围堰挡水，二级轻型井点降水，辅以管井井点降水，放坡大开挖，二级轻型井点降水，辅以管井井点降水，放坡大开挖，挂网喷浆护坡。挂网喷浆护坡。第一级第二级第三节第三节 土方工程施工土方工程施工O3.轻型井点的计算轻型井点的计算O（1）水井的分类：水井的

42、分类：第三节第三节 土方工程施工土方工程施工第三节第三节 土方工程施工土方工程施工O（2）基坑涌水量的计算）基坑涌水量的计算0gg)2366.1XlRlSSHKQ（无压非完整井环状井点无压完整井环状井点式中：H0有效含水深度（或抽水影响深度）。当计算出的 H0 大于实际含水层厚度 H 时，取 H0H 有效深度有效深度H000gg)2366.1XlRlSSHKQ（s/(s+l)0.20.30.50.8H01.3(s+l)1.5(s+l)1.7(s+l)1.85(s+l)注：s/(s+l)的中间值可采用插入法求的中间值可采用插入法求H0第三节第三节 土方工程施工土方工程施工O应用上述公式时先要确定

43、x0，R，KO第一步：确定x0O 由于基坑大多不是圆形，因而不能直接得到x0。当矩形基坑长宽比不大于5时或基坑宽度不大于2倍的抽水影响半径R时，环形布置的井点可近似作为圆形井来处理，并用面积相等原则确定，此时将近似圆的半径作为矩形水井的假想半径：Fx0 x0环形井点系统的假想半径（）F 环形井点所包围的面积（）第三节第三节 土方工程施工土方工程施工O第二步：确定RO 抽水影响半径，与土的渗透系数、含水层厚度、水位降低值及抽水时间等因素有关。O 在抽水25后，水位降落漏斗基本稳定，此时抽水影响半径可近似地按下式计算：)(95.1mHKSR 第三节第三节 土方工程施工土方工程施工O第三步：确定KO

44、 渗透系数 K 值对计算结果影响较大。K值的确定可用现场抽水试验或实验室测定。对重大工程，宜采用现场抽水试验以获得较准确的值。第三节第三节 土方工程施工土方工程施工（3）井点管数量与井距的确定 单根井管的最大出水量：)/(6533dmKdlq井点井点管管的的数量数量和间距和间距：式中：L总管长度（）n井点管最少根数第三节第三节 土方工程施工土方工程施工O4.轻型井点施工O（1）准备工作：井点设备、动力、水源及必要材料的准 备，排水沟开挖，附近建筑物的标高观 测以及防止附近建筑物沉降措施的实施。O（2）井点系统的埋设：O 埋设井点的程序：先排放总管，再埋设井点管，用 弯联管将井点与总管接通，然后

45、安装抽水设备。O 井点管的埋设方法：水冲法（分冲孔与埋管两过程）O注意事项：注意事项：O冲孔深度宜比滤管底冲孔深度宜比滤管底 深深 0.5左右。左右。O保证在井点管与孔壁保证在井点管与孔壁 之间填筑沙滤层的质之间填筑沙滤层的质 量。量。O井点填砂后，须用粘井点填砂后，须用粘 土封口，以防漏气。土封口，以防漏气。第三节第三节 土方工程施工土方工程施工轻型井点降水现场轻型井点降水现场 第三节第三节 土方工程施工土方工程施工第三节第三节 土方工程施工土方工程施工O（3）使用及拆除：O 井点系统全部安装完毕后，需进行试抽，以检查有 无漏气现象。O 正常的排水是细水长流，出水澄清。O 抽水时需要经常检查

46、井点系统工作是否正常，以及 检查观测井中水位下降情况，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。注意：基坑内水位降下，基坑周围的水位呢？第三节第三节 土方工程施工土方工程施工O（4）井点回灌：O目的：消除周围土壤因固结而引起的地面沉陷。第三节第三节 土方工程施工土方工程施工O五、土方回填与压实O（一）土料的选用与处理O1、无限制使用的填料：碎石类土，砂土，爆破石渣及含水量符合压实要求的粘性土。O2、一般不作填料使用的：含有大量有机物的土壤，石膏或水溶性硫酸盐含量大于5的土壤，冻结或液化状态的泥炭，粘土或粉状砂质粘土等。O（二）填土方法O 人工、机械O填土必

47、须分层进行，并逐层压实。第三节第三节 土方工程施工土方工程施工O（三）（三）压实方法压实方法O1、碾压：适用于大面积填土工程。、碾压：适用于大面积填土工程。O 设备：平碾（压路机）、羊足碾和汽胎碾。设备：平碾（压路机）、羊足碾和汽胎碾。O2、夯实：主要用于小面积填土。、夯实：主要用于小面积填土。O 设备：夯锤、内燃夯土机和蛙式打夯机。设备：夯锤、内燃夯土机和蛙式打夯机。O3、振动压实：主要用于压实非粘性土。、振动压实：主要用于压实非粘性土。O 设备：振动压路机、平板振动器等。设备：振动压路机、平板振动器等。第三节第三节 土方工程施工土方工程施工第三节第三节 土方工程施工土方工程施工轮胎式压路机

48、轮胎式压路机轮胎驱动钢轮振动压路机轮胎驱动钢轮振动压路机振动冲击夯振动冲击夯电动蛙式打夯机电动蛙式打夯机第三节第三节 土方工程施工土方工程施工u（四）影响填土压实的因素 主要影响因素：压实功、土含水量、每层铺土厚度和压实遍数。1、压实功 土在含水量一定的情况下，压实功愈大，土的密度就愈大，但并不成正比，因此压实遍数并不需要过多，一般38遍即可。非线性关非线性关系系注：对松土不宜用重型碾压机械直接碾压，否则土层会有强烈起伏，压实效果不好，应先用轻碾压实，后用重碾压实。第三节第三节 土方工程施工土方工程施工第三节第三节 土方工程施工土方工程施工2、含水量、含水量 在同一压实功条件下，填土的含水量对

49、压实质量有直接影响。干燥土：摩阻力较大不易 压实。适当含水量土：水起润滑 作用，易于压实。干燥土，土干燥土，土颗粒摩擦力颗粒摩擦力大大饱和土，饱和土，外力被部外力被部分水平衡分水平衡土的最佳含水量和最大干密度参考表 项次 土的种类 变动范围 最佳含水量(%)(质量比)最大干密度(g/cm3)1砂土 812 1.801.88 2粘土 19231.581.70 3粉质粘土1215 1.851.95 4粉土 1622 1.611.80 第三节第三节 土方工程施工土方工程施工O3、铺土厚度 土在压实功的作用下，压应力随深度而逐渐减小。其影响深度与压实机械、土的性质和含水量有关。铺土厚度应小于压实机械压

50、土时的有效作用深度。第三节第三节 土方工程施工土方工程施工第三节第三节 土方工程施工土方工程施工O（五）填土压实的质量检查O填土压实后应达到一定的密实度及含水量要求。压实系数0为土的控制干重度d与土的最大干重度dmax之比。即：max0dd d 用“环刀法”测定。如：场地平整，压实系数为0.9左右，其它按规范。第四节第四节 土方工程机械化施工土方工程机械化施工一、土方机械的主要性能 正铲正铲 反铲反铲 单斗挖土机单斗挖土机 推土机推土机 拉铲拉铲 抓铲抓铲 铲运机铲运机二、土方工程机械的选择第四节第四节 土方工程机械化施工土方工程机械化施工O一、土方机械的主要性能O 常用机械：单斗挖土机、推土

51、机、铲运机等。（一）单斗挖土机 单斗挖土机按工作装置不同，可分为正铲、反铲、拉铲和抓铲四种。单斗挖土机按其操纵机构的不同，可分为机械式和液压式两类。液压式单斗挖土机的优点是能无级调速且调速范围大；快速作业时，惯性小，并能高速反转；转动平稳，可减少强烈的冲击和振动；结构简单，机身轻，尺寸小；附有不同的装置，能一机多用；操纵省力，易实现自动化。第四节第四节 土方工程机械化施工土方工程机械化施工第四节第四节 土方工程机械化施工土方工程机械化施工O1.正铲挖掘机O前进向上，强制切土。O 适用于开挖含水量不大于27%的一至三类土，且与自卸汽车配合完成整个挖掘运输作业；可以挖掘大型干燥基坑和土丘等。O正铲

52、开挖方式：O正向开挖，侧向装土。O正向开挖，后方装土。第四节第四节 土方工程机械化施工土方工程机械化施工第四节第四节 土方工程机械化施工土方工程机械化施工O2.反铲挖掘机O后退向下，强制切土。O 用于开挖停机面以下的一至三类土，适用于挖掘深度不大于4m的基坑、基槽、管沟，也适用湿土、含水量较大的及地下水位以下的土壤开挖。O反铲开挖方式：O沟端开挖法：即反铲停于沟端，后退挖土，向沟一 侧弃土或装汽车运走。O沟侧开挖法：即反铲停于沟侧，沿沟边开挖，可将 土弃于距沟边较远的地方。第四节第四节 土方工程机械化施工土方工程机械化施工反铲挖掘机反铲挖掘机第四节第四节 土方工程机械化施工土方工程机械化施工第

53、四节第四节 土方工程机械化施工土方工程机械化施工第四节第四节 土方工程机械化施工土方工程机械化施工O3.拉铲挖掘机O后退向下，自重切土。O开挖停机面以下一类至二类的土。可开挖较大基坑（槽）和沟渠，挖取水下泥土或填筑路基、堤坝等。第四节第四节 土方工程机械化施工土方工程机械化施工O4.抓铲挖掘机O直上直下，自重切土。O适用于开挖较松软的土。宜于开挖窄而深的基坑或挖取水中淤泥，装卸碎石、矿渣等松散材料。第四节第四节 土方工程机械化施工土方工程机械化施工O（二）推土机：O特点：能单独进行挖土、运土、卸土工作，操纵灵活，运转方便，所需工作面较小，行驶速度快，易 于转移，能爬300左右的缓坡。O适用范围

54、：施工场地清理，场地平整，开挖深度不大 的基坑以及沟槽的回填土等。第四节第四节 土方工程机械化施工土方工程机械化施工轮胎式推土机轮胎式推土机履带式推土机履带式推土机第四节第四节 土方工程机械化施工土方工程机械化施工第四节第四节 土方工程机械化施工土方工程机械化施工提高推土机效率的方法：（1）槽形推土（2）下坡推土（3）并列推土第四节第四节 土方工程机械化施工土方工程机械化施工O（三）铲运机：O特点：一种能综合完成全部土方施工工序（挖土、运 土、卸土和平土）的机械。对行驶道路要求低，操纵灵活，生产效率较高。O适用条件：地形起伏不大，坡度在 200 以内的大面积场 地平整，大型基坑开挖等。宜于开挖

55、含水量 不超过27的松土和普通土。硬土需先松动 后，才可开挖。第四节第四节 土方工程机械化施工土方工程机械化施工O铲运机分类：O按行走机构分：拖式铲运机和自行式铲运机拖式铲运机拖式铲运机自行式铲运机自行式铲运机第四节第四节 土方工程机械化施工土方工程机械化施工第四节第四节 土方工程机械化施工土方工程机械化施工第四节第四节 土方工程机械化施工土方工程机械化施工提高推土机效率的方法：（1）下坡铲土（2）跨铲法（3）推土机助铲铲运机的运行路线（1）环行路线（2）8字形路线第四节第四节 土方工程机械化施工土方工程机械化施工O二、土方工程机械的选择O1、选择土方机械的依据：O（1）土方工程的类型及规模；

56、O（2）地质、水文及气候条件；O（3）机械设备条件；O（4）工期要求。O2、土方机械与运土车辆的配合：O 车辆数量应保证挖土机连续工作。O见书31页表1-7第一章第一章 土方工程土方工程O本章小结：O1.了解土方工程施工特点；掌握土方量的计算、场地平整施工的竖向规划设计。O2.掌握基坑开挖施工中的降低地下水位方法，基坑边坡稳定及支护结构设计方法的基本原理。O3.熟悉常用土方机械的性能和使用范围。O4.掌握填土压实和路堤填筑的要求和方法。O5.自学爆破施工的基本概念及常用爆破方法。第一章第一章 土方工程土方工程O重点：土的可松性，土方量的计算，场地平整施工的竖向规划设计，轻型井点系统的设计，边坡塌方、流砂的原因及防治，填土压实的原理、方法及施工控制。O难点：利用土的可松性系数进行土方量的计算，轻型井点的计算，影响填土压实的因素。O灵活运用：达到能进行土方开挖方案（包括土方机械的选择）、基坑开挖的降水方案、基坑边坡支护方案、填土压实或路堤填筑及路堑挖筑方案的制定，场地平整施工的竖向规划设计。