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第一章第一章第一章第一章 土方工程土方工程土方工程土方工程 土方工程包括土的开挖、运输和填筑等施工过程，有时还要进行排水、降水、土壁支撑等准备工作。在建造工程中，最常见的土方工程有：场地平整、基坑（槽）开挖、地坪填土、路基填筑及基坑回填土等。土方工程施工往往具有工程量大、劳动繁重和施工条件复杂等特点；土方工程施工又受气候、水文、地质、地下障碍等因素的影响较大，不可确定的因素也较多，有时施工条件极为复杂。v土的分类繁多，其分类法也很多，如按土的沉积年代、颗粒级配、密实度、液性指数分类等。v在土木工程施工中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、特坚硬石等八类。第一节第一节第一节第一节 土的分类及工程性质土的分类及工程性质土的分类及工程性质土的分类及工程性质一、土的分类与鉴别一、土的分类与鉴别 表表1.1土的工程分类与现场鉴别方法土的工程分类与现场鉴别方法土的分类土 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)1.081.171.011.03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1.141.281.021.05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1.241.301.041.07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1.261.321.061.09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1.301.451.101.20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 1.301.451.101.20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1.301.451.101.20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、辉绿岩、玢岩 1.451.501.201.30用爆破方法开挖 1.1.土的含水量土的含水量土的含水量土的含水量：土中水的质量与固体颗粒质量之比的百分率。二、土的工程性质二、土的工程性质 （一）土的组成（一）土的组成式中：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。（二）土的工程性质（二）土的工程性质 土的天然密度土的天然密度:在天然状态下，单位体 积土的质量。它与土的密实程度和含水量有关。土的天然密度按下式计算：2.2.土的天然密度和干密度土的天然密度和干密度 式中土的天然密度，kg/m3；m 土的总质量，kg；V 土的体积，m3。干密度干密度:土的固体颗粒质量与总体积的比值，用下式表示：式中d土的干密度，kg/m3；mS 固体颗粒质量，kg；V 土的体积，m3。在一定程度上，土的干密度反映了土的颗粒排列紧密程度。土的干密度愈大，表示土愈密实。土的密实程度主要通过检验填方土的干密度和含水量来控制。3.3.土的可松性系数土的可松性系数 土土的可松性：的可松性：天然土经开挖后，其体积因松散而增加，虽经振动夯实，仍然不能完全复原，土的这种性质称为土的可松性。土的可松性用可松性系数可松性系数表示，即 式中 KS、KS土的最初、最终可松性系数；V1土在天然状态下的体积，m3；V2土挖出后在松散状态下的体积，m3；V3土经压(夯)实后的体积，m3。土的最初可松性系数KS是计算车辆装运土方体积及挖土机械的主要参数；土的最终可松性系数是计算填方所需挖土工程量的主要参数，各类土的可松性系数见见表表1.1所示所示。4.4.土的渗透性土的渗透性土土的的渗渗透透性性：指土体被水透过的性质。土的渗透性用渗透系数表示。渗渗透透系系数数：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。土的渗透系数见见表表1.6所示所示。表1.6土的渗透系数参考表土的名称渗透系数(m/d)土的名称渗透系数(m/d)粘土0.005中砂5.0020.00亚粘土0.0050.10均质中砂3550轻亚粘土0.100.50粗砂2050黄土0.250.50圆砾石50100粉砂0.501.00卵石100500细砂1.005.00第二节土方量计算与土方调配第二节土方量计算与土方调配第二节土方量计算与土方调配第二节土方量计算与土方调配一、一、基坑与基槽土方量计算基坑与基槽土方量计算 基基坑坑土土方方量量可按立体几何中拟柱体(由两个平行的平面作底的一种多面体)体积公式计算(图图1.1.1)。即式中 H 基坑深度，m；A1、A2基坑上、下底的面积，m2；A0基坑中截面的面积，m2。基槽土方量计算可沿长度方向分段计算(图图1.2)：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：二、二、场地平整土方计算场地平整土方计算 对于在地形起伏的山区、丘陵地带修建较大厂房、体育场、车站等占地广阔工程的平整场地，主要是削凸填凹，移挖方作填方，将自然地面改造平整为场地设计要求的平面。场地挖填土方量计算有方格网法和横截面法两种。横截面法是将要计算的场地划分成若干横截面后，用横截面计算公式逐段计算，最后将逐段计算结果汇总。横截面法计算精度较低，可用于地形起伏变化较大地区。对于地形较平坦地区，一般采用方格网法。方格网法计算场地平整土方量步骤为：(1)读识方格网图 方格网图由设计单位(一般在1/500的地形图上)将场地划分为边长a=1040m的若干方格，与测量的纵横坐标相对应，在各方格角点规定的位置上标注角点的自然地面标高(H)和设计标高(Hn)，如如图图1.31.3所示所示。(2)计算场地各个角点的施工高度 施工高度为角点设计地面标高与自然地面标高之差，是以角点设计标高为基准的挖方或填方的施工高度。各方格角点的施工高度按下式计算：式中 hn角点施工高度即填挖高度(以“+”为填，“-”为 挖)，m；n方格的角点编号(自然数列1，2，3，n)(3)计算“零点”位置，确定零线 方格边线一端施工高程为“+”，若另一端为“-”，则沿其边线必然有一不挖不填的点，即为“零点”(图图1.4)1.4)。零点位置按下式计算：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。确定零点的办法也可以用图解法，如如图图1.51.5所示。方法是用尺在各角点上标出挖填施工高度相应比例，用尺相连，与方格相交点即为零点位置。将相邻的零点连接起来，即为零线。它是确定方格中挖方与填方的分界线。(4)计算方格土方工程量 按方格底面积图形和表表1.31.3所列计算公式，逐格计算每个方格内的挖方量或填方量。(5)边坡土方量计算 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的几何形体进行计算，一种为三角棱锥体(图图1.61.6中、)，另一种为三角棱柱体(图图1.61.6中)。表1.3常用方格网点计算公式项目图式计算公式一点填方或挖方(三角形)两点填方或挖方(梯形)三点填方或挖方(五角形)四点填方或挖方(正方形)A三角棱锥体边坡体积式中 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。B三角棱柱体边坡体积两端横断面面积相差很大的情况下，边坡体积式中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，即得该场地挖方和填方的总土方量。【例1.1】某建筑场地方格网如如图图1.71.7所所示示，方格边长为20m20m，填方区边坡坡度系数为1.0，挖方区边坡坡度系数为0.5，试用公式法计算挖方和填方的总土方量。【解】(1)根据所给方格网各角点的地面设计标高和自然标高，计算结果列于图图1.81.8中。由得：h1=251.50-251.40=0.10 h2=251.44-251.25=0.19 h3=251.38-250.85=0.53 h4=251.32-250.60=0.72 h5=251.56-251.90=-0.34 h6=251.50-251.60=-0.10 h7=251.44-251.28=0.16 h8=251.38-250.95=0.43 h9=251.62-252.45=-0.83 h10=251.56-252.00=-0.44 h11=251.50-251.70=-0.20 h12=251.46-251.40=0.06(2)计算零点位置。从图图1.81.8中可知，15、26、67、711、1112五条方格边两端的施工高度符号不同，说明此方格边上有零点存在。由公式1.10 求得：15线 x1=4.55(m)26线 x1=13.10(m)67线 x1=7.69(m)711线 x1=8.89(m)1112线 x1=15.38(m)将各零点标于图上，并将相邻的零点连接起来，即得零线位置，如如图图1.8。(3)计算方格土方量。方格、底面为正方形，土方量为：V(+)=202/4(0.53+0.72+0.16+0.43)=184(m3)V(-)=202/4(0.34+0.10+0.83+0.44)=171(m3)方格底面为两个梯形，土方量为：V(+)=20/8(4.55+13.10)(0.10+0.19)=12.80(m3)V(-)=20/8(15.45+6.90)(0.34+0.10)=24.59(m3)方格、底面为三边形和五边形，土方量为：V(+)=65.73(m3)V(-)=0.88(m3)V(+)=2.92(m3)V(-)=51.10(m3)V(+)=40.89(m3)V(-)=5.70(m3)方格网总填方量：V(+)=184+12.80+65.73+2.92+40.89=306.34(m3)方格网总挖方量：V(-)=171+24.59+0.88+51.10+5.70=253.26(m3)(4)边坡土方量计算。如如图图1.91.9，、按三角棱柱体计算外，其余均按三角棱锥体计算，可得：V(+)=0.003(m3)V(+)=V(+)=0.0001(m3)V(+)=5.22(m3)V(+)=V(+)=0.06(m3)V(+)=7.93(m3)V(+)=V(+)=0.01(m3)V=0.01(m3)V11=2.03(m3)V12=V13=0.02(m3)V14=3.18(m3)边坡总填方量：V(+)=0.003+0.0001+5.22+20.06+7.93+20.01+0.01=13.29(m3)边坡总挖方量：V(-)=2.03+20.02+3.18=5.25(m3)三、土方调配三、土方调配 土方调配是土方工程施工组织设计(土方规划)中的一个重要内容，在平整场地土方工程量计算完成后进行。编制土方调配方案应根据地形及地理条件，把挖方区和填方区划分成若干个调配区，计算各调配区的土方量，并计算每对挖、填方区之间的平均运距(即挖方区重心至填方区重心的距离)，确定挖方各调配区的土方调配方案，应使土方总运输量最小或土方运输费用最少，而且便于施工，从而可以缩短工期、降低成本。土方调配的原则：力求达到挖方与填方平衡和运距最短的原则；近期施工与后期利用的原则。进行土方调配，必须依据现场具体情况、有关技术资料、工期要求、土方施工方法与运输方法，综合上述原则，并经计算比较，选择经济合理的调配方案。（一）调配区的划分在场地的平面图上先画出挖填方区的分界线（零线），在根据地形及地理条件，在挖方区和填方区适当划分若干调配区，并计算出各调配区的土方量，在图上注明。如下图所示。图土方调配图箭线上方为土方量（m3），箭线下方为运距（m）（二）调配区之间平均运距（二）调配区之间平均运距平均运距就是挖方区土方重心至填方区土方重心之间的距离。为了简化计算，假设每个方格上的土方是各自均匀分布的，从而用图解法求出几何中心代替方格的重心。取场地的纵横两边作为坐标轴，各调配区的重心坐标为：重心求出后标在相应的套配区图上，然后用比例尺量出每对调配区之间的距离。式中：X，Y调配区的重心坐标；Vi每个方格的土方量；xi，yi每个方格的重心坐标。每对调配区的平均运距：例题：例题：W3500W4400500500500600800T2T1W1T3W25060100110404070100709070801.编制初始调配方案编制初始调配方案利用“最小元素法”编制初始调配方案，其总运输量是较小的。但不一定是总运输量最小，因此还需判别它是否为最优方案。判别的方法有“闭回路法”和“位势法”，其实质相同，都是用检验数ij来判别。只要所有的检验数ij0，则该方案即为最优方案；否则，不是最优方案，尚需进行调整。下面介绍用“位势法”求检验数：2.方案检验v（1）求位势Ui和Vjv位势数就是在运距表的行或列中用运距（或单价）Cij同时减去的数，目的是使有调配数字的格检验数ij为零，而对调配方案的选取没有影响。v计算方法：将初始方案中有调配数方格的Cij列出，然后按下式求出两组位势数Ui(i1，2，m)和Vj(j1，2，n)。vCijUiVj(120)v式中Cij平均运距(或单位土方运价或施工费用)；vUi，Vj位势数。v例如，本例两组位势数计算：v设U10，v则V1C11U150050；vU3C31V1605010；vV211010100；v，见表所示。v（2）求检验数ijvijCijUiVj v1270010030v1310006040v2170(60)5080v2390(60)6090v4190(20)5050v42100(20)10020v3.方案的调整v（1）在所有负检验数中选取最小的一个（本例中为C12)，把它所对应的变量X12作为调整的对象。v（2）找出X12的闭回路：从X12出发，沿水平或竖直方向前进，遇到调调配土方数字的格作可以做90转弯，然后依次继续前进，直到再回到出发点，形成一条闭回路。v（3）从空格X12出发，沿着闭回路方向，在各奇数次转角点的数字中，挑出一个最小的土方量(本表即为500、100中选100)，将它调到空格中(即由X32调到X12中)。v（4）同时将闭回路上其他奇数次转角上的数字都减去该调动值（100m3），偶次转角上数字都增加该调动值，使得填、挖方区的土方量仍然保持平衡，这样调整后，便得到了新的调配方案。再求位势及空格的检验数再求位势及空格的检验数若检验数仍有负值，则重复以上步骤，直到全部ij0而得到最优解。（4）绘出调配图）绘出调配图：（包括调运的流向、数量、运距）。（包括调运的流向、数量、运距）。（5）求出最优方案的总运输量：求出最优方案的总运输量：40050100705004040060100704004094000m3-m。+40+50+60+50+50U1=0V1=50V2=70U2=30U3=10V3=60U4=20挖挖 填填T1T2T3UiVjW1W2W3W4506011040407080100707010090+30000000W3500W4400500500500600T2T1W1T3W2800400100500400400100第三节 基坑降水与排水基坑工程中的降低地下水亦称地下水控制，即在基坑工程施工过程中，地下水要满足支护结构和挖土的施工要求，并且不因地下水位的变化，对基坑周围的的环境和设施带来危害。降水目的：降水目的：1、防止涌水、流沙，保证在较干燥的状态 下施工；2、防止滑坡、塌方、坑底隆起；3、减少坑壁支护结构的水平荷载。一、地面排水一、地面排水排除地面水(包括雨水、施工用水、生活污水等)常采用在基坑周围设置排水沟、截水沟或筑土堤等办法，并尽量利用原有的排水系统，或将临时性排水设施与永久性设施相结合使用。二、降低地下水位二、降低地下水位（一）集水井降水法（明渠排水法）（一）集水井降水法（明渠排水法）集水井法是在基坑开挖过程中，沿坑底的周围或中央开挖排水沟，并在基坑边角处设置集水井，将水汇入集水井内，用水泵抽走。这种方法可用于基坑排水，也可用于降水。v1.集水井设置集水井设置v1）施工过程）施工过程v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。v2）构造）构造v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，可在基坑范围内设置盲沟排水。根据地下水量、基坑平面形状及水泵能力，集水井每隔2040m设置一个。v3）设置）设置集水坑的直径或宽度一般为0.60.8m，其深度随着挖土的加深而加深，并保持低于挖土面0.71.0m。坑壁可用竹、木材料等简易加固。当基坑挖至设计标高后，集水坑底应低于基坑底面1.02.0m，并铺设碎石滤水层（0.3m厚）或下部砾石（0.1m厚）上部粗砂（0.1m）的双层滤水层，以免由于抽水时间过长而将泥砂抽出，并防止坑底土被扰动。特点：明排水法构造简单（其由集水井、排水沟和水泵组成），施工成本低，应尽可能采用。优点：方法简单、经济，对周围影响小，应用较广。方法简单、经济，对周围影响小，应用较广。缺点：当涌水量较大、水位差较大或土质为细砂或粉当涌水量较大、水位差较大或土质为细砂或粉砂，有产生流砂、边坡塌方及管涌等可能。砂，有产生流砂、边坡塌方及管涌等可能。集水井降水法1排水沟；2集水井；3离心式水泵；4基础边线；5原地下水位线；6降低后地下水位线(2)潜水泵潜水泵是由立式水泵与电动机组合而成，工作时完全浸在水中。水泵装在电动机上端式或螺旋桨式；电动机设有密封装置。潜水泵工作简图1叶轮；2轴；3电动机；4进水口；5出水胶管；6电缆3.流砂及其防治流砂及其防治v基坑挖土至地下水位以下，土质为细砂土或粉砂土的情况下，采用集水坑降低地下水时，坑下的土有时会形成流动状态，随着地下水流入基坑，这种现象称为流砂现象。出现流砂现象时，土完全丧失承载力，土体边挖边冒流砂，至使施工条件恶化，基坑难以挖到设计深度。严重时会引起基坑边坡塌方；临近建筑因地基被掏空而出现开裂、下沉、倾斜甚至倒塌。（1）流砂发生的原因）流砂发生的原因动水压力是流砂发生的重要条件。流动中的地下水对土颗粒产生的压力称为动水压力，其性质通过图所示的试验说明。动水压力动水压力地下水在渗流过程中受到土颗粒的阻力，使水流对土颗粒产生的一种压力。大小与水力坡度成正比，方向同渗流方向。GDIw=(h/L)w当动水压力大于或等于土的浸水重度(GD)时，土粒被水流带到基坑内。主要发生在细砂、粉砂、轻亚粘土、淤泥中。（3）流砂的防治）流砂的防治减小动水压力(板桩等增加L)；平衡动水压力(抛石块、水下开挖、泥浆护壁)；改变动水压力的方向(井点降水)。v1）枯水期施工法；v2）抢挖并抛大石块法；v3）打板桩（设止水帷幕法）；v4）水下挖土；v5）人工降低地下水位法。v此外，采用地下连续墙、压密注浆法、土壤冻结法等，阻止地下水流入基坑，以防止流砂发生。（二）井点降水法（二）井点降水法原理：井点降水法就是在基坑开挖前，预先在基坑四周埋设一定数量的滤水管(井)，利用抽水设备从中抽水，使地下水位降落到坑底标高以下，并保持至回填完成或地下结构有足够的抗浮能力为止。v方法有：轻型井点、喷射井点、电渗井点、方法有：轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点、深井泵等，适用范围见下表：管井井点、深井泵等，适用范围见下表：1.轻型井点（1）轻型井点设备轻型井点设备是由管路系统和抽水设备组成。管路系统包括：井点管(由井管和滤管连接而成)、弯联管及总管等。v井管：3850，长57m(常用6m)，无缝钢管，丝扣连滤管；v滤管：38、51，长11.7m，开孔12,开孔率2025，包滤网；v总管：内127无缝钢管，每节4m，每隔0.8、1或1.2m有一短接口；v连接管：使用透明塑料管、胶管或钢管，宜有阀门；v抽水设备：v真空泵(教材)真空度高，体形大、耗能多、构造复杂射流泵(常用)简单、轻小、节能隔膜泵(少用)抽水设备是由真空泵、离心泵和水气分离器（集水箱）抽水设备是由真空泵、离心泵和水气分离器（集水箱）组成，抽水原理为真空原理组成，抽水原理为真空原理射流泵抽水设备工作简图(a)工作简图；(b)射流器构造1一水泵；2一射流器；3一进水管；4一总管；5一井点管；6一循环水箱；7隔板；8一泄水口；9一真空表；10一压力表；11一喷嘴：12一喷管；13一接水管（a）（b）（2）轻型井点布置）轻型井点布置1）平平面面布布置置：当当坑坑槽槽宽宽度度小小于于6米米，水水位位降降低低不不大于大于5米时，可单排线状布置。米时，可单排线状布置。单排井点布置简图(a)平面布置；(b)高程布置1一总管；2点管；3一抽水设备（2）轻型井点的布置）轻型井点的布置v1）平面布置：当坑槽宽度小于）平面布置：当坑槽宽度小于6米，水位降米，水位降低不大于低不大于5米时，可单排线状布置。米时，可单排线状布置。环形井点布置简图(a)平面布置；(b)高程布置1一总管；2一井点管；3一抽水设备2）高程布置井管的埋置深度H1，可按下式计算(图1-27b)：H1H2十h十iL(m)式中H2总管平台面至基坑底面的距离(m)；h基坑中心线底面至降低后的地下水位线的距离，一般取0.51.0m；i水力坡度，根据实测：环形井点为110，单排线状井点为14；（3）轻型井点计算1）水井类型水井的分类（a）无压完整井；（b）无压非完整井（c）承压完整井（d）承压非完整井v井形示意图井形示意图2）涌水量计算无压完整单井涌水量vQ用水量（m3/d)vH含水层（m)vR抽水半径(m)vR水井半径vH井内水深vK渗透系数m3/d无压完整环状井点涌水量计算vR抽水影响半径(m)，取：vx0环形井点的假想半径(m)：vF基坑周围井点管所包围的面积(m2)。无压非完整井环状井点系统涌水量有效深度有效深度H0值值 S(S l)0.20.30.50.8H01.3(S l)1.5(S l)1.7(S l)1.85(S l)注：表中S为井管内水位降低深度；l为滤管长度。v承压完整井涌水量v承压完整井环形井点涌水量计算公式为v式中M承压含水层厚度(m)；vK、R、x0、S与上公式相同。(m3d)v3）确定井点管数量与井距单井的最大出水量q，主要取决于土的渗透系数、滤管的构造与尺寸，按下式确定：v式中d滤管直径(m)；vl滤管长度(m)；vK渗透系数(md)。v确定井点管间距时，还应注意以下几点：v(a)井距过小时，彼此干扰大，影响出水量，因此井距必须大于15倍管径。v(b)在渗透系数小的土中井距宜小些，否则水位降落时间过长。v(c)靠近河流处，井点宜适当加密。v(d)井距应能与总管上的接头间距相配合。vv（4）轻型井点的施工v埋设井点的程序是：放线定位打井孔埋设井点管安装总管用弯联管将井点管与总管接通安装抽水设备。图131井点管的埋设(a)冲孔；（b）埋管1一冲管，2一冲嘴；3一胶皮管；4一高压水泵，5一压力表；6一起重吊钩；7一井点管；8一滤管；9一填砂；10一粘土封口（a）（b）v冲孔冲孔埋管埋管填砂填砂封口封口2.管井井点管井井点管井井点就是沿基坑每隔一定距离设置一个管井，每个管井单独用一台水泵不断抽水来降低地下水位。在土的渗透系数大(20200md)的土层中，宜采用管井井点。管井井点的设备主要是由管井、吸水管及水泵组成。图1-36管井井点(a)钢管管井；(b)混凝土管管井1一沉砂管；2一钢筋焊接骨架；3滤网；4管身；5吸水管；6离心泵；7小砾石过滤层；8粘土封口；9混凝土实管；10无砂混凝土管；11潜水泵；12一出水管（a）（b）3.深井井点深井井点当要求井内降水深度超过15m时，可在管井中使用深井泵抽水。这种井点称为深井井点（或深管井井点）。深井井点一般可降低水位3040m，有的甚至可达百米以上。常用的深井泵有两种类型。一种是深井潜水泵，另一种是电动机安装在地面上，通过传动轴带动多级叶轮工作而排水。4.喷射井点喷射井点当当基基坑坑开开挖挖较较深深，降降水水深深度度要要求求较较大大时时，可可采采用用喷喷射射井井点点降降水水。其其降降水水深深度度可可达达820m，可可用用于于渗渗透透系系数数为为0.150md的砂土、淤泥质土层。的砂土、淤泥质土层。喷射井点施工顺序是：安装水泵设备及泵的进出水管路；铺设进水总管和回水总管；沉设井点管(包括灌填砂滤料)，接通进水总管后及时进行单根试抽、检验；全部井点管沉设完毕后，接通回水总管，全面试抽，检查整个降水系统的运转状况及降水效果。图1-35喷射井点设备及平面布置简图(a)喷射井点设备简图；(b)喷射扬水器原理图；(c)喷射井点平面布置1喷射井管；2滤管；3进水总管；4排水总管；5一高压水泵；6集水池；7水泵；8内管；9外管；10喷嘴；11混合室；12扩散管；13压力表（c）（b）（a）第四节第四节 土方边坡与土壁支护土方边坡与土壁支护一、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(图图1.11)，即 土方边坡坡度=h/b=1/(b/h)=1m 式中m=b/h称为边坡系数。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、可塑的粉土及粉质粘土：1.25m；硬塑、可塑的粘土和碎石类土(充填物为粘性土)：1.5m；坚硬的粘土：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。v当挖地基坑较深或晾槽时间较长时，应根据实行情况采取护面措施。常用的坡面保护方法有帆布、塑料薄膜覆盖法，坡面拉网法或挂网。v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5m以内且不加支撑的边坡的最陡坡度应符合表表1.4规定。基坑(槽)或管沟挖好后，应及时进行基础工程或地下结构工程施工。在施工过程中，应经常检查坑壁的稳定情况。表1.4深度在5m内的基坑(槽)、管沟边坡的最陡坡度土的类别边坡坡度(高宽)坡顶无荷载坡顶有静载 坡顶有动载中密的砂土11.001：1.251：1.50中密的碎石类土(充填物为砂土)1：0.751：1.001：1.25硬塑的粉土1：0.671：0.751：1.00中密的碎石类土(充填物为粘性土)1：0.501：0.671：0.75硬塑的粉质粘土、粘土1：0.331：0.501：0.67老黄土1：0.101：0.251：0.33软土(经井点降水后)1：1.00-永久性挖方边坡坡度应按设计要求放坡。临时性挖方的边坡值应符合表表1.5的规定。表1.5临时性挖方边坡值土的类别边坡值(高宽)砂土(不包括细砂、粉砂)11.2511.50一般性粘土硬10.7511.00硬、塑11.0011.25软11.50或更缓碎石类土充填坚硬、硬塑粘性土10.5011.00充填砂土11.0011.50二、二、土壁支撑土壁支撑 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。v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。v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(见图见图1.12)。(1)(1)横撑式支撑横撑式支撑(2)(2)板桩式支撑板桩式支撑 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，可防治流砂现象产生。板桩支撑作用：v使地下水在土中的渗流路线延长，减小了动水压力，从而可预防流砂的产生；v板桩支撑既挡土又防水，特别适于开挖较深、地下水位较高的大型基坑；v可以防止基坑附近建筑物基础下沉。打入板桩的质量要求：v板桩位置在板桩的轴线上，板壁面垂直，保证平面尺寸准确和垂直度；v封闭式板桩墙要求封闭合拢；v埋置达到规定深度要求，有足够的抗弯强度和防水性能。v钢板桩又可分平板桩和波浪式板桩两类。v平板桩(图图1.13(.1.13(.a.)a.)防水和承受轴向压力性能良好，易打入地下，但长轴方向抗弯强度较小；v波浪式板桩（图图1.13(.1.13(.b.)b.)）的防水和抗弯性能都较好，施工中多采用。钢板桩施工 板桩施工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。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。A 打桩方法的选择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)支架后，将钢板桩依次锁口咬合全部插入双层围檩间。详见图图1.141.14。分段复打法是在板桩轴线一侧安装好单层围檩支架，将1020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。详见图图1.151.15。B 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。C 钢板桩打设准备工作 E 钢板桩的拔除 D 钢板桩的打设 钢板桩、围檩支架的矫正修理 按施工图放板桩的轴线进行测标高，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而产生纵向弯曲。准确安装好围檩支架。第五节第五节土方工程的机械化施工土方工程的机械化施工v一、主要土方机械的性能一、主要土方机械的性能v（一）推土机施工v推土机由拖拉机和推土铲刀组成，按行走的方式分履带式和轮胎式，按铲刀的操作方式分为索式和液压式，按铲刀的安装方式又分为固定式和回转式。v推土机是一种自行式的挖土、运土工具。适于运距在100m以内的平土或移挖作填，以3060m为最佳。一般可挖运一三类土。履带式推土机附着力强，爬坡性能好，适应性强；轮胎式推土机行驶速度快，灵活性好。目前，我国生产的履带式推土机有东方32100、T-120、黄河220等；轮胎式推土机有TL160等。行走装置行走装置机机型型经济运距（经济运距（m）备备注注履带式履带式大大型型中中型型小小型型50l00（最远（最远l50）60100（最远（最远120）50上坡用小值上坡用小值下坡用大值下坡用大值轮胎式轮胎式5080（最远（最远150）为提高推土机的生产率，可采用以下几种施工方法。（1）槽子推土。利用已推过的土槽再次推土，可以减少铲刀前土的散失。当土槽推到一定程度，再推土埂。一般推土量可提高1030。这种方法适宜于挖土层较厚、运距较远的工程。（2）分批集中，一次推送。当推运距离较远且土质又较坚硬时，由于铲刀切土深度较小，可将铲起的少量土先集中在几个中间地点，再一次推送，以便在铲刀前保持满载，有效地利用推土机的功率，缩短推运时间。（3）下坡推土。在不大于15的斜坡上，推土机顺坡向下切土、推运，借助机械本身的重力作用，增大切土深度，缩短铲土时间，可提高生产率30左右。（4）并列推土。平整大面积的场地时，为了增大铲刀前土壤的体积，一般采用台推土机并列推土，如图132所示。这样可以减少土的散失，提高生产率，并可增大推土量1530。两台推土机刀片间距保持3050cm，平均运距不宜超过5075，不宜小于20。（5）附加侧板。在铲刀两侧设置挡土板，增加铲刀前土的体积，以减少土的散失，提高生产率。下坡推土法下坡推土法槽形推土法槽形推土法并列推土法并列推土法v(二)铲运机施工v铲运机是一种能综合完成全部土方施工工序（挖土、装土、运土、卸土和平土）的机械。按行走方式分为自行式铲运机（图a）和拖式铲运机（图b）两种。常用的铲运机斗容量为2m3，5m3，6m3，7m3等数种，按铲斗的操纵系统又可分为机械操纵和液压操纵两种。（a）自形式铲运机）自形式铲运机（b）拖式铲运机）拖式铲运机v1.铲运机的开行路线v（1)环形路线v（2)“8”字形路线铲运机开行路线（a）、（b）环形路线；（c）大环形路线；（d）8字路线（c）（d）v1.铲运机的开行路线v（1)环形路线v（2)“8”字形路线图156铲运机开行路线（a）、（b）环形路线；（c）大环形路线；（d）8字路线（c）（d）v2提高铲运机生产率的措施v（1）下坡铲土。借助机械本身自重的作用，来加大切土深度和缩短铲土时间。但纵坡不得超过25，横坡不得超过6；铲运机不能在陡坡上急转弯，以免翻车。v（2）推土机助铲。在较硬的土层中用推土机在铲斗后助推，可加大铲刀切削力、切土深度和铲土速度。推土机在助铲的空隙时间可兼做松土或平整工作，为铲运机创造工作条件。v（3）双联铲运法。当拖拉式铲运机的牵引力有富裕时，可在拖拉机后面串联两个铲斗进行双联铲运。如果土质较硬，可用双联单铲操作，即先将一个土斗铲满，再铲第二个土斗；对于松软的土，则用双联双铲，即两个土斗同时推土。(三)单斗挖土机施工（a）正铲挖土机；（）正铲挖土机；（b）反铲挖土机）反铲挖土机；（c）拉铲挖土机；（）拉铲挖土机；（d）抓铲挖土机。）抓铲挖土机。1.正铲挖土机v正铲挖土机的工作特点是前进行驶，铲斗由下向上强制切土，挖掘力大，生产效率高；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。*正铲挖土机的开挖方式，根据开挖路线与运输车辆的相对位置的不同，挖土和卸土的方式有以下两种：va.正向挖土，侧向卸土vb.正向挖土，反向卸土v开挖方式正铲挖土机开挖方式(a)正向挖土侧向卸土；(b)正向挖土后方卸土l一正铲挖土机；2一自卸汽车v2反铲挖土机施工v反铲挖土机的挖土特点是：“后退向下，强制切土”。其挖掘力比正铲小，适于开挖停机面以下的一三类土的基坑、基槽或管沟，每层经济合理的开挖深度为1.53.0m，对地下水位较高处也适用。v（1）沟端开挖：挖土机停在沟端，向后倒退挖土，汽车停在两旁装土v（2）沟侧开挖：挖土机沿沟一侧直线移动挖土反铲挖土机开挖方式（a）沟端开挖；（b）沟侧开挖1反铲挖土机；2自卸汽车；3弃土堆3v3拉铲挖土机v拉铲挖土机的挖土特点是：“后退向下，自重切土”。其挖土半径和挖土深度较大，能开挖停机面以下的一二类土。拉铲挖土机的开挖方式，与反铲挖土机相似，也分为沟端开挖和沟侧开挖。拉铲挖土机的工作尺寸v4抓铲挖土机施工v抓铲挖土机的挖土特点是：“直上直下，自重切土”。能开挖一二类土，适于施工面狭窄而深的基坑、深槽、沉井等开挖，清理河泥等工程，最适于水下挖土，或装卸碎石、矿渣等松散材料。抓铲挖土机工作示意(a)抓铲开挖柱基基坑；(b)抓铲斗工作示意（a）（b）二、二、土方机械的选择土方机械的选择1.选择土方机械的原则土方机械化开挖应根据基础形式、工程规模、开挖深度、地质、地下水情况、土方量、运距、现场和机具设备条件、工期要求以及土方机械的特点等合理选择挖土机械，以充分发挥机械效率，节省机械费用，加速工程进度。v(二)挖土机与运土车辆配套计算v1挖土机数量确定vv(台)v式中Q土方量(m3)；vP挖土机生产率(m3台班)，可查定额手册或按公式计算；vT工期(工作日)；vC每天工作班数；vK时间利用系数(0.80.9)。vv(m3台班)vt挖土机每次作业循环延续时间(s)，W1100正铲挖土机为2540s，W1100拉铲挖土机为4560s；vq挖土机斗容量(m3)；vKc土的充盈系数，可取0.81.1；vKs土的最初可松性系数；vKB工作时间利用系数，一般为0.70.9。v2自卸汽车配套计算v式中T1自卸汽车每一工作循环的延续时间(min)；vt1自卸汽车每次装车时间(min)，t1nt；vn自卸汽车每车装土次数：Ql自卸汽车的载重量(m3)；实土表观密度，一般取1.7tm3；L运土距离(m)；VC重车与空车的平均速度