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课程名称: 《水工程施工》 第 1 周, 第 1 讲次
摘 要
授课题目( 章、 节)
第一篇 给水排水工程施工技术与常见设备安装
第一章 土石方工程与地基处理
1.1 土的工程性质及分类
1.2场地平整施工
本讲目的要求及重点难点:
【目的要求】经过本讲课程学习, 掌握土的性质、 分类, 掌握土方量计算
【重 点】土的工程性质; 确定开挖断面及土方量计算
【难 点】确定开挖断面及土方量计算
内 容
【本讲课程的引入】
水工程施工是研究有效地建造水工程构筑物、 管道、 设备地理论、 方法和施工机具的应用性学科。主要包括三部分内容: 水工程施工技术与常见设备安装; 水工程施工组织与概( 预) 算; 水工程项目建设管理。
任务是使学生获得有关水工程的施工方法与组织管理基本知识, 掌握给水排水构筑物和管道工程的施工技术、 质量标准及验收方法; 掌握所用材料及管材的性能、 规格及检验; 了解基本建设程序和施工组织设计的编制方法等,为今后从事设计、 施工和工程管理等工作打下良好基础。
【本讲课程的内容】
第一章: 土石方工程与地基处理
学习目的和要求: 掌握土的性质、 分类, 掌握土方量计算; 掌握沟槽、 基坑开挖断面的确定及土方量计算, 熟悉施工机械的选择及土方回填, 了解地基处理及土石方爆破施工。
重点和难点: 土的工程性质, 确定开挖断面及土方量计算, 施工机械的选择及土方密实度测定等。
土石方工程是工程施工中的主要项目之一, 土方开挖、 填筑、 运输等工作所需的劳动量和机械动力消耗均很大, 往往是影响施工进度、 成本及工程质量的因素。
土石方工程施工具有以下特点:
1. 影响因素多且施工条件复杂;
2. 面大量广且劳动繁重;
3. 质量要求高, 与相关施工过程紧密配合。
主要内容有:
( 1) 场地平整 其中包括确定场地设计标高, 计算挖、 填土方量, 合理地进行土方调配等。
( 2) 开挖沟槽、 基坑、 竖井、 隧道、 修筑路基、 堤坝, 其中包括施工排水、 降水, 土壁边坡和支护结构等。
( 3) 土方回填与压实 其中包括土料选择, 填土压实的方法及密实度检验等。
另外, 在土方工程施工前, 应完成场地清理, 地面水的排除和测量放线工作; 在施工中, 则应及时采取有关技术措施, 预防产生流砂、 管涌和塌方现象, 确保施工安全
1.1土的工程性质及分类
1、 土的分类: 依开挖难易程度分为八类。具体见表1-1所示。
⑴粘性土物理性质
①界限含水量
②塑性指数和液性指数
塑性指数: Ip＝WL－Wp;
液性指数: IL＝( W－Wp) / Ip
根据液性指数, 对粘土划分:
坚硬: IL≤0; 硬塑: 0< IL≤0.25; 可塑: 0.25< IL≤0.75; 软塑: 0.75< IL≤1.0; 流塑: IL>1.0。
⑵土的工程分类
①碎石土: 粒径大于2mm的颗粒超过总重50％的土
②砂土: 粒径大于2mm的颗粒含量不超过总重50％、 粒径大于0.075mm的颗粒超过全重50％的土。
③粉土: Ip小于或等于10, 而粒径大于粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过全重50％的土。
④粘性土: Ip大于10的土
⑤人工填土: 人类活动而形成的堆积物。
2土的工程性质
影响工程施工的土的性质: 土的密度( 重度) 、 含水量、 渗透性和可松性。 重度主要为: 天然重度和干重度以及最大干重度。
⑴ 土的质量密度
m＝ms+mw+ma
m-土质量; ms-土粒质量; mw－土中水的质量; ma－土中气的质量( 约为0) 。
⑵ 土的含水量
①定义: w＝mw / ms *100%
②影响因素:
土方施工方法的选择, 边坡的稳定, 回填土的质量。
回填土的回填质量的影响更为明显: 回填土的质量控制为获取最大干重度, 而最大干重度的获得必须有最佳含水量, 方能将土夯压密实。
⑶土的渗透性
定义: 是指水在土体中渗流的性能。一般用渗透系数K表示。
⑷土的可松性
①定义: 土具有可松性, 即在自然状态下的土, 经过开挖后, 其体积因松散而增加, 以后虽然回填压实, 仍不能恢复其原有的体积。
这里讲的回填压实土的体积是在上述开挖的土的体积。
土的可松性程度用可松性系数表示, 即:
最初可松性系数:
最终可松性系数:
②用途
土方量的平衡调配, 确定运土机具的数量及弃土体积, 以及计算基坑填土所需的填方量。
计算挖土的体积: 实际的基坑大小, 即指在自然状态下土的体积V1。
机具运土的体积: 开挖后松散体积 V2 即V2=Ks* V1
现场预留土方量作为回填土:
基坑回填体积=基坑体积－基础在基坑内的体积
因为V1＝V3 / Ks‘ 有: V2＝V3 / Ks‘* Ks
⑸土的压缩性
定义: 地基土在压力作用下体积减少的性质, 称为土的压缩性。
⑹土的抗剪强度
①定义: 指土抵抗剪力破坏的能力
②影响及应用
土方边坡: 表示方法为1: m; m为坡度系数, 即m＝
1.2场地平整施工
组织场地平整施工, 一般需要包括: 计算场区挖填土方工程量, 确定挖填土方的调配, 选择施工机械及拟定施工方案等。
场地平整应以建设工程的规模和性质, 厂区设计的标高, 现场地形地貌, 施工期限和技术力量等条件为依据。
场地平整施工前, 需做好以下准备工作:
清理场地; 排除地面积水; 修筑临时道路以供机械进场和土方运输等。
1场地土方量计算: 为了制定施工方案, 对填挖方进行合理调配, 同时也是检查及验收实际土方量的依据。
土方量的计算方法: 有方格网法和断面法
⑴方格网法:
方格网大小( a×a) : 10m×10m, 15m×15m, 20m×20m, 25m×25m, 30m×30m, 35m×35m, 40m×40m, 45m×45m, 50m×50m。
在场地设计标高确定后, 需平整的场地各角点的施工高度即可求得, 然后按每个方格角点的施工高度计算出填、 挖土方量, 并计算场地边坡的土方量, 这样能够求得整个场地的填、 挖土方总量。
填挖土方的计算首先要知道”零线”的位置, 在该线上, 施工高度为0。
”零线”: 挖方区与填方区的交线。即不填不挖的交线。
确定方法:
在相邻角点施工高度为一挖一填的方格边线上, 用插入法求出零点位置( 图1-7) , 将各相邻的零点连接起来就为零线。
a四方棱柱体的体积计算方法:
①方格四个角点全部为填或全部为挖时( 图1-8a) :
式中: V――挖方或填方体积( m3) ;
H1、 H2、 H3、 H4――方格四个角点的填挖高度, 均取绝对值( m) ;
②方格四个角点, 部分为填方、 部分为挖方时( 图1-8b、 c)
方法一:

式中: ∑H挖( 填) ――方格角点中填( 挖) 方施工高度的总和, 取绝对值( m) ;
∑H―― 方格四角点施工高度之总和, 取绝对值( m) ;
a――方格边长( m) 。
b三角棱柱体法
三角棱柱体法, 是将每一个方格顺地形的等高线沿对角划分成两个三角形, 然后计算每一个三角棱柱体的土方量。
①当三角形为全挖或全填时( 图1-3a) :
②当三角形有填有挖时( 图1-3b) , 则其零线将三角形分成两部分, 一个是底面为三角形的锥体, 一个是底面为四边形的楔体。
土方量计算分别为:

⑵断面法 ( 略)
⑶边坡土方量计算
场地平整时, 还要计算边坡土方量, 其计算步骤如下:
①标出场地四个角点A、 B、 C、 D填、 挖高度和零线位置;
②根据土质确定填、 挖边坡的坡度系数( 边坡率) m ;
③计算出四个角点的放坡宽度
④计算边坡的土方量。
土方量经计算汇总求得全部挖方量和全部填方量后, 尚需考虑土壤的松散率、 压缩率、 沉降量等因素对土方量的影响( 查手册资料) 并进行调整。按照调整后的土方量, 即可着手土方的综合平衡调配。
2土方的平衡调配
土方的平衡调配: 对挖土、 填土、 堆弃或移运之间的关系进行综合协调, 以确定土方的调配数量及调配方向。
目的: 使土方运输量或土方运输成本最低。
⑴土方平衡调配的原则
a应力求达到挖、 填平衡和运距最短;
b调配区划分应该与建筑物和建筑物的平面位置相协调, 并考虑它们的分期施工顺序, 对有地下设施的填土, 应留土后填;
c好土要用在回填质量要求高的地区;
d分区调配应与全场调配相协调;
e取土或弃土应尽量少占或不占农田及便利机械施工等。
⑵土方平衡调配图表的编制
主要工作内容: 划分土方调配区, 计算土方的平均运距和单位土方的运价, 编制土方调配图表, 确定土方的最优调配方案。
①土方调配区划分
原则:
1) 应力求挖填平衡、 运距最短、 费用最省;
2) 便于改土造田、 支援农业;
3) 考虑土方的利用, 以减少土方的重复挖填和运输。
②计算调配区之间的平均运距
a定义: 平均运距就是指挖方区土方重心至填方区重心的距离。
因此, 求平均运距, 需先求出每个调配区重心。
b方法:
取场地或方格网中的纵横两边为坐标轴, 分别求出各区土方的重心位置, 即:
;
式中: X0、 Y0―― 挖或填方调配区的重心坐标;
V―― 每个方格的土方量;
x、 y―― 每个方格的重心坐标。
重心求出后, 则标于相应的调配区图上, 然后用比例尺量出每对调配区之间的平均运距
③绘土方调配图表, 求土方调配最优方案
3场地平整施工方法
场地平整施工过程包括: 土方的开挖、 运输、 填筑与压实等, 当遇有坚硬土层、 岩石或障碍物时, 还常需爆破。
场地平整的施工方法: 在大面积平整时, 常采用机械施工。常见的机械有推土机、 铲运机和单斗挖土机。
1.3.1 推土机施工
1.3.1.1 推土机的适用范围
1、 性能: 构造简单, 操作灵活, 运转方便, 所需工作面较小, 功率较大, 行驶速度较快, 易于转移, 能爬300的缓坡。
2、 适用范围: 挖土深度不大的场地平整, 铲土并能运送至弃土区; 开挖深度不大于1.5m的基坑; 回填基坑或沟槽; 堆筑高度在1.5m以内的路基、 堤坝; 平整其它机械卸置的土堆; 推送松散的硬土、 岩石和冻土; 配合铲运机施工, 为挖土机清理余土和创造工作面。
推土机的运距宜在100m以内, 经济运距为40～60m。
1.3.1.2 提高推土机生产率的方法
( 1) 下坡推土
( 2) 并列推土
( 3) 分批集中, 一次推送
( 4) 槽形推土
1.3.2 铲运机施工
1.3.2.1 铲运机的适用范围
1、 性能: 铲土、 运土、 卸土、 填筑、 压实。
2、 适用范围: 大面积的场地平整, 开挖大型基坑、 沟槽, 以及填筑路基、 堤坝。
铲运机的铲斗容量为2.5～8m3,自行式铲运机的经济运距为800～1500m。
1.3.2.2 铲运机的运行路线
环形路线和”8”字路线
1.3.2.3 提高铲运机生产率的措施
(1)下坡铲土
(2)挖近填远, 挖远填近
( 3) 推土机助铲
( 4) 双联铲运法
( 5) 挂大斗铲运
( 6) 跨铲法
1.3.3 挖土机( 下节介绍)
4填土与压实
为了保证填土的强度和稳定性, 填土前应对填土区基底的垃圾和软弱土层进行清理压实; 在水田、 池塘及沟渠上填土时, 先需排水疏干, 对地基进行处理。还必须正确选择土料及填筑、 压实方法。
回填土料应符合: 含水量大的粘土, 不宜作填土用; 碎石类土、 砂土和爆破石渣等, 可用于表层以下的填料; 对碎块草皮和有机质含量大于8％的土, 仅用于无压实要求的填方区。
填土压实方法一般有: 碾压、 夯实、 振动压实及利用运土工具压实等方法。
( 1) 碾压法, 适用于大面积填土, 如场地平整、 路基、 堤坝等工程
每次碾压要有150～200㎜的重叠。
( 2) 夯实法, 适用于小面积填土, , 夯实厚度一般在200㎜以内。
( 3) 振动法

【本讲课程的小结】今天我们主要讲了土的工程性质及分类; 以及场地平整, 重点是土的性质分类, 及场地平整土方量的计算。

【本讲课程的作业】1场地土方量计算及调配

课程名称: 《水工程施工》 第 2周, 第 2 讲次
摘 要
授课题目( 章、 节)
第一篇 给水排水工程施工技术与常见设备安装
第一章 土石方工程与地基处理
1.3 沟槽、 基坑开挖
1.4 沟槽及基坑支撑
1.5 土方回填
1.6地基处理
1.7土石方爆破施工
本讲目的要求及重点难点:
【目的要求】经过本讲课程学习, 掌握沟槽、 基坑开挖断面的确定及土方量计算, 熟悉施工机械的选择及土方回填, 了解地基处理及土石方爆破施工
【重 点】沟槽、 基坑开挖断面的确定及土方量计算, 施工机械的选择及土方回填。
【难 点】开挖断面选择及土方密实度测定。
内 容
【本讲课程的引入】
上讲课了场地平整, 这次课讲沟槽、 基坑的开挖以及土方回填等
【本讲课程的内容】
1.3 沟槽、 基坑开挖
1.3.1沟槽与基坑断面选择及土方量计算
1沟槽断面形式有: 直槽、 梯形槽、 混合槽等。当有2条或多条管道共同埋设时, 还需采用联合槽。
正确选择沟槽开挖断面, 可为后续施工创造良好条件, 减少开挖量, 选择沟槽断面依据:
a土的种类; b地下水情况; c现场条件及施工方法; d设计规定的基础; e管道断面尺寸、 长度及埋设深度等。
沟槽底宽W＝B＋2b
B－管道基础宽( m) ; b－工作宽度( m)
2土方量的计算: 根据选定的断面及两相邻断面间距离, 按其几何体积计算出区段间沟槽土方量, 将各区段计算结果汇总, 求得沟槽开挖的总土方量。
基坑土方量可按其几何体积计算, 计算时其断面底宽, 每侧工作宽度为1～2m。计算方法可参照前节所述。
1.3.2土方开挖的机械施工
有单斗挖土机和多斗挖土机
适于开挖场地为一～四类、 含水量不大于27％的丘陵地带土壤及经爆破后的岩石和冻土。多使用在挖土高度一般在3m以上, 运输距离超过1km, 土方量大且集中的工程。一般挖土机作业时, 需配合自卸汽车运土, 并在卸土区准备推土机平整土堆。
1.3.2.1单斗挖土机施工
种类: 正铲、 反铲、 拉铲和抓铲
1 正铲挖土机
( 1) 正铲的性能
①定义: 一般只用于开挖停机面上的土体, 需要设置进出口通道。
②适用: 土质较好、 无地下水的地区工作。
( 2) 正铲挖土和卸土的方式
正向挖土、 后方卸土和正向挖土、 侧向卸土
( 3) 正铲挖土机的工作面及开行通道
挖土机在停机点所能开挖的土方面称为工作面。
2 反铲挖土机
⑴定义: 反铲挖土机是开挖停机面以下的土体, 不需设置进出口通道。
⑵适用: 开挖小型基坑、 基槽和管沟。特别适用于开挖独立柱基, 以及泥泞的或地下水位较高的土体。
3 拉链挖土机
装置简单, 可由起重机改装, 开挖方式基本上与反铲挖土机相似。
4 抓铲挖土机
一般由正、 反铲液压式挖土机更换铲土斗换上合瓣式抓斗而成, 也可由履带式起重机改装。
适用: 挖掘面积较小, 深度较大的沟槽沉井或独立柱基的基坑, 最适宜于进行水下挖土, 如放置在驳船上, 开挖地面水取水构筑物基础水下土石方。
1.3.2.2多斗挖土机施工
又称挖沟机、 纵向多斗挖土机。与单斗比较优点有: 挖土作业连续, 生产效率高; 开挖单位土方量能耗低; 开挖沟槽底和壁较整齐; 开挖时能将土自动卸在沟槽一侧。
适用: 开挖黄土, 粉质粘土等; 不宜开挖坚硬的土和含水量较大的土。
1.3.3土方施工发生塌方与流砂的处理
1边坡塌方: 沟槽、 基坑边坡的稳定主要由土体内摩擦力和粘结力来保持平衡的。当土体失去平衡, 边坡就会塌方。
边坡塌方原因有:
⑴基坑、 沟槽边坡放坡不足, 边坡过陡, 使土体本身稳定性不够。
⑵降雨、 地下水或施工用水渗入边坡, 使土体抗剪能力降低( 主要原因)
⑶基坑、 沟槽上边缘附近大量堆土或停放机具; 或不合理开挖坡脚及受地表水、 地下水冲蚀等, 增加土体负担, 降低了土体的抗剪强度引起
2流砂的防治
流砂的防治: 在沟槽、 基坑低于地下水位, 且采用坑( 槽) 内抽水时, 有时发生坑底下面的土形成流动状态, 随地下水涌进坑内而产生流砂。在土方施工时必须消除地下水的影响。
流砂防治的措施可有多种: 水下挖土法、 打钢板桩法、 地下连续墙法等, 而采用较广并较可靠的方法是人工降低地下水法。
3滑坡体施工中的作业方法
滑坡体施工中的作业方法: 首先对滑坡区的地质资料做好调查研究; 选择正确施工顺序; 拟定合理施工方法。在进行开挖和填方时, 应注意:
在靠近滑坡边沿处开挖土方
在滑坡体上挖填土方时: 挖方时, 遵循由上至下开挖程序; 填方时, 遵守由下至上施工顺序。
1.4沟槽及基坑支撑
支撑是防止土壁坍塌的临时性挡土结构, 由木材或钢材做成。支撑的荷载就是原土和地面荷载所产生的侧土压力。支撑结构应满足下列要求:
a牢固可靠, 进行强度和稳定性计算和校核。
b保证安全前提下, 节约用料, 宜采用工具式钢支撑;
c便于支设和拆除及后续工序的操作。
1.4.1支撑种类及适用条件
沟槽支撑形式有横撑、 竖撑和板桩撑, 开挖较大基坑时还采用锚碇式支撑等
横撑和竖撑由撑板( 挡土板) 、 立柱和撑杠组成。横撑水平挡土板有断续式和连续式两种。竖撑为挡土板垂直连续放置。
断续式横撑适于开挖湿度小的粘性土及挖土深度小于3m;
连续式横撑适于较潮湿的或散粒土及挖深不大于5m的沟槽;
竖撑用于松散的和湿度高的土, 挖土深度能够不限。
撑板( 挡土板) 分木制和金属制两种, 立杆和横杠一般采用槽钢。在开挖较大基坑或使用机械挖土, 而不能安装撑杠时, 可改用锚碇式支撑。锚桩必须设置在土的破坏范围以外, 挡土板水平钉在柱桩的内侧, 柱桩一端打入土内, 上端用拉杆与锚桩拉紧, 挡土板内侧回填土。
在开挖较大基坑, 有部分地段下部放坡不足时, 可用短桩横隔板支撑或临时挡土墙支撑, 以加固土壁。
1.4.2支撑的计算
包括确定撑板、 立柱( 或横木) 和撑杠的尺寸。一般支撑构件的尺寸取决于现场已有材料的规格, 因此, 支撑计算只是对已有构件进行校核, 根据校核适当调整立柱和横撑的间距, 以确定支撑的形式。施工现场常采用的支撑构件尺寸为:
木撑板: 2～6m, 宽度20～30cm, 厚50cm; 横木截面: 10cm×15cm～20cm×20cm( 视槽宽定) ; 立柱截面: 10cm×15cm～20cm×20cm( 视槽深定) ; 槽深<4m, 立柱间距1.5m; 槽深4～6m, 立柱间距在断续式横撑1.2m, 连续式1.5m; 槽深6～10m, 立柱间距1.5～1.2m, 撑杠垂直间距1.2～1.0m。
1.4.3支撑的设置和拆除
挖槽到一定深度或到地下水位以上时, 开始支设支撑, 然后逐层开挖逐层支设。支设程序为: 支设撑板－立柱( 或横木) 和撑杠。竖撑支设: 撑板－上下两端横木－撑杠固定; 随着挖土, 撑板底端高于槽底, 再逐块将撑板锤打至槽底, 据土质, 每挖50～60cm, 将撑板下锤一次, 撑板锤至槽底排水沟底为止, 下锤撑板每到1.2～1.5m, 再加撑杠一道。
施工过程中, 更换立柱和撑杠的位置, 称倒撑。当原支撑妨碍下一工序进行; 原支撑不稳定; 一次拆撑有危险; 或其它原因需重设支撑时, 均应倒撑。
在施工期间, 应经常检查槽壁和支撑的情况, 特别在流砂地段和雨后。
沟槽内工作全部完成后, 才可将支撑拆除。拆撑与沟槽回填同时进行, 边填边拆。拆撑时必须注意安全, 继续排除地下水, 避免材料耗损。遇撑板和立木较长时, 可在还土后或倒撑后拆除。
1.5土方回填
沟槽回填应在管道验收后进行, 基坑要在构筑物达到足够强度再进行回填土方。但回填也应及早开始, 避免槽( 坑) 壁坍塌, 保护已建管道正常位置, 尽早恢复地面平整。
回填施工过程包括还土、 摊平、 夯实、 检查等工序。其中关键工序是夯实, 应符合设计所规定的密实度要求。
据经验, 管道两侧( 胸腔) 、 管顶及管顶以上50cm范围内填土的密实度不小于95％。
1回填土方的压实方法: 夯实和振动
振动法是将重锤放在土层表面或内部, 借助振动设备使重锤振动, 土壤颗粒即发生相对位移达到紧密状态。此法用于振实非粘性土壤。
夯实法利用夯锤自由下落的冲力来夯实土壤, 常见机具有: 蛙式打夯机、 内燃打夯机、 履带式打夯机及压路机等, 是沟槽、 基坑常见的方法。
2土方回填施工要点
①还土一般用沟槽或基坑原土( 淤泥土、 细沙、 粘土等除外)
②回填土应具最佳含水量
③还土时沟槽或基坑应继续排水, 防止槽壁坍塌和管道或构筑物漂浮
④沟槽回填, 应在管座混凝土强度达到5MPa后进行; 槽上土面呈拱形
⑤胸腔和管顶上50cm范围夯实时, 应据管子和管沟强度确定回填方法
⑥每层土夯实后, 应检测密实度( 环刀法和贯入法)
3要求:
⑴填土满足强度、 稳定性要求和必须合理设计边坡, 正确选择土料以及填筑方法;
⑵不能作为填土使用的土料: 含有大量有机物的土, 石膏或水溶性硫酸盐含量大于2%的土, 冻土或液化状态的泥炭、 粘土或粉状砂质粘土, 含水量大的软弱土等。
⑶填土要求:
应分层铺土压实, 最好采用同类土填筑。如采用不同类别的土填筑时, 应将透水性较大的土置于透水性较小的土层之下, 严禁不均匀地混杂在一起使用。
分层铺土厚度, 则应根据压实机具的性能确定: 羊角碾每层铺土厚度200～350㎜, 每层压实遍数8～15遍; 平碾为200～300㎜, 压6～8遍; 蛙式打夯机为200～250㎜, 压3～4遍; 人工打夯不大于200㎜, 压3～4遍。
回填土含水量过大或过小都难以压实, 应控制最优含水量, 才能达到最大干密度。
对于软弱土地基, 常采取将基础下面一定厚度的软弱土层挖除, 然后用人工砂垫层、 灰土垫层等进行换土处理。垫层施工也应分层还土, 分层夯实。
4填土压实的质量检验
填土压实后的干密度( 干重度) 应有90%以上符合设计要求, 其余10%的最低值与设计值的差, 不得大于0.088g/cm3,且应分散,不得集中于某一区域。
检验方法:
采用环刀法测定土的实际干密度。其取样组数为: 基坑回填每20～50m3取一组( 每个基坑不小于一组) ; 基槽或管沟回填每层按长度20～50m取一组; 室内填土每层按100～500m2取一组; 场地平整填土每层按400～900m2取一组。
取样部位应在每层压实后的下半部。取样先称出土的湿密度并测定含水量, 然后计算实际干密度:
式中: ρ―― 土的湿密度( g/cm3) ;
ω―― 土的含水量( %) 。
填土密实度以设计规定的控制干密度ρd作为检验标准。
ρd＝λc×ρd max
式中: λc――填土的压实系数, 一般场地平整为0.9左右, 地基填土为0.91～0.97; ρd max―― 填土的最大干密度, 可由实验室实测, 或计算求得。
1.6地基处理
软弱土层: 土质疏松、 压缩性高、 抗剪强度低的软土, 松散砂土和未经处理的填土。地基处理的目的:
a改进土的剪切性能, 提高抗剪强度;
b降低软弱土压缩性, 减少基础的沉降或不均匀沉降;
c改进土的透水性, 起截水、 防渗作用;
d改进土的动力特性, 防止砂土液化;
e改进特殊土的不良地基特性( 主要指消除或减少湿陷性黄土的湿陷性和膨胀土的膨胀性等)
1.6.1地基处理的方法: 有换土垫层、 挤密与振实、 碾压与夯实、 排水固结和浆液加固等五类。
1换土垫层: 是一种直接置换持力层软弱土的处理方法。施工时将地基下一定深度的软弱土层挖除, 分层填回砂石、 灰土等材料, 并加以夯实振密。砂垫层适于处理软土地基; 灰土垫层适于处理湿陷性黄土, 可消除1～3cm厚黄土的湿陷性。换土垫层是一种较简易的浅层地基处理方法。
2挤密桩与振冲法: 挤密桩可采用类似沉管灌注桩的机具和工艺, 经过振动或锤击沉管等方式成孔、 在管内灌料( 砂、 石灰、 灰土或其它材料) , 加以振实加密的过程。
a挤密砂石桩适于松散砂土、 填土以及塑性指数不高的粘性土
生石灰桩用于地下水位以下的饱和粘性土、 粉土、 松散粉细砂、 杂填土及饱和黄土等地基;
土桩、 灰土桩适于湿陷性黄土
b振冲法原理: 在砂土中, 利用加水和振动可使地基密实。主要设备是振冲器: 由潜水电动机、 偏心块和通水管3部分组成
振冲法分振冲置换和振冲密实2类。
振冲置换适于处理不排水抗剪强度不小于20KPa的粘性土、 粉土、 饱和黄土和人工填土等地基;
振冲密实法适于处理砂土、 粉土等地基。
3碾压和夯实: 有机械碾压、 振动压实、 重锤夯实及强夯等
a机械碾压: 压路机、 推土机、 羊足碾或其它压实机械来压实松散土。常见于大面积填土的压实和杂填土地基的处理;
b振动压实法: 利用振动机振动压实浅层地基的一种方法。适于处理砂土地基和粘性土含量较少、 透水性较好的松散杂填土地基。
c重锤夯实法: 利用起重机将夯锤提到一定高度然后使锤自由下落, 重复夯击以加固地基。适于稍湿的一般粘性土和粉土、 砂土、 湿陷性黄土及杂填土等。
d强夯法: 将很重的锤( 100～400KN) 从高处( 10～40m) 自由下落, 给地基土施以很大的冲击力, 提高土的强度, 降低土的压缩性, 改进土振动液化条件和消除湿陷性等作用。适用于碎石土、 砂土、 粘性土、 湿陷性黄土、 填土等地基的加固
4排水固结法: 堆载预压法是在软土地区常见的方法之一。在预压堆载过程中, 饱和粘性土体孔隙水逐渐排出, 地基土的强度得到提高, 而且由于预先使地基排水固结, 减少了建筑物沉降, 改进地基条件。
砂井堆载预压法是由排水系统和加压系统组成, 排水井＋堆载。加载材料有砂、 石料、 土料等。
5浆液加固法: 利用水泥浆液、 粘土浆液或其它化学浆液( 水玻璃、 聚氨脂、 丙稀酰氨等) , 采用压力灌入、 高压喷射或浅层搅拌等方法, 使浆液与土颗粒胶结起来, 以改进地基土的物理力学性质的地基处理方法。
1.7土石方爆破施工
爆破技术常见于地下和水下工程、 基坑( 槽) 、 管沟开挖、 坚硬土层或岩石的破除。另外, 在场地平整、 清除施工现场的障碍物及开掘冻土等, 也常需要爆破方法施工。
在给水排水工程中, 一般为小面积爆破, 一般多用炮眼爆破法施工。
1炮眼爆破: 是在岩石内钻凿直径25～46mm、 深度1～5m的炮眼, 然后装入长药包进行爆破。操作简便、 炸药消耗量少, 岩石破碎均匀, 飞石距离近, 不易损坏附近建筑物。广泛用于各种地形或场地狭窄的工作面上作业, 如岩层厚度不大的一般场地平整, 开挖管沟、 基坑、 平整边坡、 冻土松动及大块岩石的二次爆破等。
2管沟、 基坑( 槽) 的爆破开挖: 炮眼深度不得超过沟( 槽、 坑) 宽度的0.5倍。如需超过, 则应采用分层爆破。
隧道爆破开挖: 一般采用炮眼法分次进行, 先爆破隧道中心部分, 再爆破其余部分。
3水下爆破: 常见于开挖水下管沟、 构筑物基坑及除去障碍物等, 水下爆破应使用防水炸药, 爆破方法有裸露爆破和钻眼爆破2种。需依水深、 流速、 河床地质构造、 岩石硬度及沟槽( 基坑) 宽度、 深度等选择爆破方法。
4水压控制爆破: 在完全封闭或开口的中空容器结构物中, 进行全部或部分灌水, 然后在水中悬挂一定位置和深度的药包进行起爆, 充分利用水的不可压缩性, 传递爆炸荷载, 以达到均匀破碎四周壁体的爆破方法。
适用于封闭式或开口的水池、 罐体、 地下室、 钢铁容器等结构的破碎拆除施工, 具有安全简便、 破碎均匀、 比钻眼爆破法工效高且费用低, 可控制飞石和粉尘等特点。
药包应有防水措施; 拟爆结构有孔洞时, 预先阻塞; 地上容器结构, 应在四周设排水设施; 在爆破壁面覆盖轻型覆盖物( 草席等) , 缓冲碎片抛速。
5爆破安全措施:
a爆破器材储运和运送的安全; b爆破施工的安全; c爆破作业的安全; d瞎炮的安全处理

【本讲课程的小结】今天我们主要讲了沟槽、 基坑开挖断面的确定及土方量计算, 施工机械的选择及土方回填, 地基处理及土石方爆破施工。

【本讲课程的作业】

课程名称: 《水工程施工》 第 3 周, 第 3 讲次
摘 要
授课题目( 章、 节)
第一篇 给水排水工程施工技术与常见设备安装
第二章 施工排水
2.1明沟排水
2.2人工降低地下水位
本讲目的要求及重点难点:
【目的要求】经过本讲课程学习, 掌握明沟排水及人工地下水位等各种方法及适用性。
【重 点】轻型井点的设计与施工
【难 点】轻型井点的设计与施工
内 容
【本讲课程的引入】施工排水包括排除地下自由水、 地表水和雨水。地下自由水又分为潜水和承压水两种。
施工排水方法分明沟排水和人工降低地下水为两种。
【本讲课程的内容】
2.1明沟排水
包括地面截水和坑内截水。
地面截水: 排除地表水和雨水, 最简单的方法是在施工现场及基坑或沟槽周围筑堤截水。地面截水应尽量利用天然排水沟道, 并进行必要疏通。
坑内排水: 在开挖基础不深或水量不大的沟槽或基坑时, 一般采用坑内排水的方法。当基坑或沟槽开挖过程中遇到地下水和地表水时, 在坑底随同挖方一起设置集水井, 并沿坑底周围开挖排水沟, 使水流入集水井内, 然后用水泵抽出坑外。常见的抽水设备有离心泵、 潜水泥浆泵、 活塞泵和隔膜泵等。
明沟排水法设备简单, 排水方便, 应用较普遍, 适于除细砂、 粉砂之外的各种土质。
1) 定义: 在基坑或沟槽开挖时, 在坑底设置集水井, 并沿坑底的周围或中央开挖排水沟, 使水在重力作用下流入集水井内, 然后用水泵抽出坑外。
2) 设置: 四周的排水沟及集水井一般应设置在基础范围以外, 地下水流的上游, 基坑面积较大时, 可在基础范围内设置盲沟。
根据地下水量、 基坑平面形状及水泵能力, 集水井每隔20～40m设置一个; 基坑四个角应各设一个。
集水井大小: 直径或宽度一般为0.6～0.8m,深度低于挖土面0.5～1.0m。集水井井壁用竹、 木等加固, 并在井底铺设碎石滤水层, 以免在抽水时将泥砂抽出。
排水沟大小: 宽为0.4～0.6m,深为0.4-0.6m,并有一定的坡度(2‰左右)。
盲沟: 置于基础底板下, 基础施工完毕后无法看见叫盲沟。盲沟相当于看不见的排水沟。盲沟的尺寸同排水沟。
3) 涌水量计算
a干河床时:

Q-基坑总涌水量; K－渗透系数( m/d) ; H－稳定水位至基坑深度( m) ; R－影响半径( m) ; r0－基坑半径( m) ; 矩形基坑, r0＝u( L+B) /4; 不规则基坑, r0＝( F/π) 其中F为基坑面积。
b基坑近河沿时

D--基坑距河边线距离( m) , 其余同上式。
2.2人工降低地下水位
当基坑开挖深度较大、 地下水位较高、 土质较差( 如细砂、 粉砂等) 等情况下, 可采用此法。常采用井点排水的方法: 在基坑周围或一侧埋入深于基底的井点滤水管或管井, 以总管连接抽水, 使地下水低于基坑底, 以便在干燥状态下挖土, 这样不但可防止流砂现象和增加边坡稳定, 而且便于施工。
人工降低水位的方法有: 轻型井点、 喷射井点、 电渗井点、 管井井点和深井井点等。
2.2.1轻型井点
1轻型井点系统组成
设备主要有: 井点管( 下端为滤管) 、 集水总管、 弯联管及抽水设备
井点管: 直径38～55㎜的钢管, 长6～9m, 下端配有滤管和一个锥形铸铁塞头, 其构造如图1-19所示。滤管长1.0～1.5m, 管壁上钻有12～18㎜成梅花形排列的滤孔; 管壁外包两层滤网, 内层为30～50孔/cm2的黄铜丝或尼龙丝布的细滤网, 外层为3～10孔/cm2粗滤网, 以防泥砂进入井点管。
集水总管: 直径75～100㎜的钢管分节连接, 每节长4m, 其上装有与井点管联接的短接头, 间距为0.8～1.6m。总管应有2.5‰～5‰坡向泵房的坡度。总管与井点管用900弯头或塑料管连接。
抽水设备: 真空泵设备
2轻型井点布置
轻型井点系统的布置, 应根据基坑平面形状及尺寸、 基坑深度、 土质、 地下水位及流向、 降水深度要求等确定。
( 1) 平面布置
当基坑或沟槽宽度小于6m, 降水深度不超过5m时, 可采用单排井点, 将井点管布置在地下水流的上游一侧, 两端延伸长度不小于坑槽宽度。
反之, 则应采用双排井点, 位于地下水流上游一排井点管的间距应小些, 下游一排井点管的间距可大些。
当基坑面积较大时, 则采用环状井点。
井点管距离基坑壁不应小于1.0～1.5m,间距一般为0.8～1.6m。
( 2) 高程布置
轻型井点降水深度一般不大于6m。
井点管埋置深度H’, 可按下式计算
H’=H1+△h＋iL＋l
式中: H1――井点管埋设面至坑底面的距离;
△h――降水后的地下水位至基坑中心底面的距离, 一般为0.5～1.0m;
i――水力坡度, 环状井点为1/10, 单排井点为1/4, 双排井点1/7;
L――井点管至最不利点( 沟槽内底边缘或基坑中心) 的水平距离;
l――滤管长度。
如H 值小于降水深度6m时, 则可用一级井点;
当H 值稍大于6m时, 如降低井点管的埋置面后, 可满足降水深度要求时, 仍可用一级井点降水;
当一级井点达不到降水深度要求时, 则可采用二级井点。
在确定井点管埋置深度时, 还应考虑井点管路出地面0.2～0.3m, 滤管必须埋在透水层中。
3轻型井点的计算
井点系统的设计内容: 井点系统的布置, 井点的数量、 间距、 井点设备的选择。
⑴井点系统的总涌水量计算
井点管的数量, 是根据其涌水量来计算的。
几个基本概念:
无压井: 当水井布置在具有潜水自由面的含水层中时。
承压井: 布置在承压含水层中时。
完整井: 当水井底部达到不透水层时。
非完整井: 当水井底部未达到不透水层时。
A、 无压完整井的环状井点系统, 涌水量计算公式:

式中: Q-- 井点系统的涌水量( m3/d) ;
K-- 土的渗透系数( m/d) ;
H-- 含水层厚度( m) ;
s-- 降水深度( m) ;
R-- 抽水影响半径(