环境工程施工技术第一章.ppt

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,授课的主要内容,土石方工程,施工排（降）水,沉井工程,地下水取水构筑物,室外地下管道开槽法施工,管道及设备的防腐与保温,环境工程施工组织设计,第一章 土石方工程,第一章 土石方工程,土石方工程是给排水工程的主要项目之一，涉及场地平整、沟槽开挖和回填等，工程量大，且必须在其他分部分项工程之前完成，土方开挖、回填、运输等工作所需的劳动量和机械动力消耗均很大，因此，土石方工作的进展、质量等往往是影响给排水工程施工进度、成本及工程质量的主要因素。,第二节 土石方平衡与调配,1,）土石方工程量的计算,2,）,土方平衡调配,第三节 土石方开挖与机械化施工,1,）准备工作,2,）基坑边坡坡度与开挖断面,3,）场地平整施工方法,4,）施工机械及应用,5,）土方施工发生塌方与流沙的处理,第四节,沟槽及基坑支撑,1,）开挖要点,2,）支撑,3,）支撑作业,4,）支撑要点,5,）拆撑作业基本要求,第五节 土方回填,1,）场地平整回填,2,）,填土压实方法,3,）,沟槽、基坑土方回填,第六节 地基处理简介,环境工程常用的地基处理方法,及其原理和适用范围,（三）基本概念和知识点,1.,基本概念：土的三相体系、土的工程分类、压实性、压缩,性、土石方平衡、沟槽形式及支撑、土方回,填、地基处理。,2.,重点：土的工程性质，确定开挖断面及土方量计算，支撑,的作业方式、土方回填的要求，地基处理的常用方法,3.,难点：土方量计算及调配、土方密实程度测定等。,土石方工程施工特点：,影响因素多且施工条件复杂,。土是天然物质，种类多且成分较为复杂，性质各异又常遭遇地下水的干扰。组织施工直接受到所在地区的地形、地物、水文地质以及气候诸多条件的影响极大。施工必须具有针对性。,量大面广且劳动繁重。,给水排水工程施工中的管道工程属线型工程，长度常达数公里，甚至数十公里，某些大型污水处理工程，在场地平整和大型基坑开挖中，土石方施工工程量可达数十万到百万立方米。对于量大面广的土石方工程，为了减轻劳动强度，提高劳动生产率，加快工程进度，降低工程成本，应尽可能采用先进的施工机具和合理的施工方法。,质量要求高，与相关施工过程紧密配合,。土石方施工，不仅要求标高和断面准确，也要土体有足够强度和稳定性。常需与施工排水、沟槽支撑和基坑护壁、坚硬岩土的爆破开挖等施工过程密切配合。,为此，施工前要作好调查研究，搜集足够的资料,:,充分了解施工区域地形、地物、水文地质和气象资料；,掌握土的种类和工程性质；,明确土石方施工质量要求、工程性质、施工工期等施工条件,以上资料也是拟定施工方案、计算土石方工程量、选择土壁边坡和支撑、,进行排水或降水设计、选择土方机械、运输工具及施工方法等的依据。,此外，在给水排水管道和构筑物工程施工中，常会遇到一些软弱土层，当天然地基的承载力不能满足要求时，就需要针对当地地基条件，采用合理、有效和经济的施工方案，对地基进行加固或处理。,第一节 土的工程性质与分类,土的组成,土的结构,土的物理性质,土的力学性质,土的分类,第一节 土的工程性质与分类,一、土的组成,土是由岩石风化生成的松散沉积物。在天然状态下，是由,颗粒（固相）、水（液相）和气（气相）,所组成的三相体系。三者之间的比例不同，反映出土的物理性质不同，如干燥、潮湿、密实或松散等。,固体颗粒,土的固体颗粒构成土的骨架，它由矿物组成。,土的,粒组,土的固体颗粒构成土的骨架，天然土是由无数大小不同的土粒组成，通常把大小相近的土粒合并为一组，称为,粒组,。不同的粒组具有不同的性质粒组，如下表所示。,每个粒组都以土粒直径的两个数值作为其上下限，并给以适当的名称，简言之，粒组就是一定的粒径区段，以毫米表示。,粒组划分的三个原则：,1.,符合粒径变化所引起的质的变化规律，即每个粒组具相同或相似的成分与 性质；,2.,与粒组的分析技术条件相适应，即不同大小的土粒可采用不同的适用方法进行分析；,3.,粒组界限值力求服从简单的数学规律，以便于记忆与分析，即各粒组界限值是,200,、,20,、,2,、,1/20,、,1/200mm,。,土粒粒组的划分,粒组名称,粒径范围（,mm,）,一般特性,漂石或块石颗粒,200,透水性大，无黏性，无毛细水,卵石或碎石颗粒,200,20,透水性大，无黏性，无毛细水,圆砾或角砾颗粒,20,2,透水性大，无黏性，毛细水上升高度不超过粒径大小,砂粒,2,0.05,易透水，当混入云母等杂物时透水性减小，而压缩性增加；无黏性遇水不膨胀，干燥时松散；毛细水上升高度不大，随粒径变小而增大,粉粒,0.05,0.005,透水性小；湿时稍有黏性，遇水膨胀小，干时稍有收缩；毛细水上升高度较大较快，极易出现冻胀现象,黏粒,2,2-0.5,0.5-0.25,0.25-0.075,0.075-0.005,0.005,1,28,10,15,20,10,17,2,10,40,25,15,10,3,5,10,20,15,20,30,颗粒级配累积曲线,（图解法）,横坐标采用对数坐标，表示,土颗粒直径,，单位,mm,；纵坐标为小于某粒径土的,累积含量,，用百分比表示。,土的粗细常用,平均粒径,（,mm,）,d,50,表示，,d,50,指土中大于或小于此粒径的土粒含量均占,50,。,其他特征直径：,土的,有效粒径,(d10),，,限制粒径,(d60,与,d30)d60,和,d30,分别表示在粒径分布曲线上粒径累积,质量占总质量,60,和,10,的粒径，以及任一粒组的百分含量。,土的颗粒级配试验方法简介（筛分法,）,粒径小于,60mm,大于,0.075mm,的，可以采用筛分法。通过筛分称出留在各筛上的土量，算出各筛的筛余率，以及各筛的累积筛余率，然后描绘出颗粒级配曲线图。,取一定数量的天然土样，将其放入烘箱中烘至恒温，然后冷却至室温后先筛除大于,60mm,小于,0.075mm,的颗粒。将中间的土的颗粒备用。,将标准筛按孔径由大到小的顺序叠放，加底盘后，将试样倒入最上层的筛内，置于筛折机上，摇筛,10min,。,将整套筛取下，按孔径大小，逐个用手再进行筛分，直至每分钟通过量不超过试样总量的,1%,为止，通过的颗粒并入下一号筛内，继续用手来进行进一步的筛分，直到全部筛完为止。计算称出经过充分过筛后留在各筛盘上的土粒质量，即可求得各粒组的相对百分含量。,根据土粒分析实验结果，在半对数坐标上，以纵坐标表示小于某粒径的土粒含量,百分比，横坐标表示粒径（用对数坐标），绘出如下图所示的颗粒级配曲线。图中：,K,为不均匀系数,，反映土中颗粒级配均匀程度的一个系数。,土粒不均匀，累积曲线越平缓；反之，,K,值,越小，则土粒越均匀，曲线越陡。工程实际中，将,K5,的土称为级配良好的非均粒土。,工程中还使用曲率系数,Cc,来说明累积曲线的弯曲情况或斜率是否连续，累积曲线斜率很大，即急倾斜状，表明某一粒组含量过于集中，其它粒组含量相对较少。经验表明，当级配连续时，,Cc=13,；当,Cc3,时，均表示级配曲线不连续，这种土一般认为是级配不良的土。,Cc=d,30,2,/,（,d,60,d,10,）,土粒的矿物成分,粘土矿物,无定形氧化物胶体,可溶盐,土的矿物成分,原生矿物,石英、长石、云母等,次生矿物,有机质,原生矿物是岩石经物理风化破碎但成分没有发生变化的矿物碎屑。,原生矿物,颗粒一般都较粗大，它们主要存在于卵、砾、砂、粉各粒组中。,次生矿物是原生矿物在一定气候条件下经化学风化作用，使其进一步分解而形成一些颗粒更细小的新矿物。,粘土矿物是主要的次生矿物，是组成粘粒的主要矿物成分。,粘土矿物中分布较广且对土性质影响较大的是蒙脱石、高岭石和伊利石,(,或水云母,),三种,。,矿物成分与粒组之间的关系,粒径大于,0.075mm,的各粒组,，均由原生矿物所构成，其中漂石粒、卵石粒、砾粒，其粒径往往大于矿物颗粒，多数是由母岩碎屑构成，一般具有的多矿物结构,.,砂粒与原生矿物颗粒大小近似，往往是由单矿物组成，以石英最为常见。,粉粒组由原生矿物与次生矿物混合组成,，其中以石英为主，其次为高岭石及难溶盐。,粘粒组主要由不可溶性次生矿物与腐植质组成,，有时也含难溶盐，其中粘土矿物是最常见的矿物。,土中的水和气,土中的水,土中水可以处于,液态、固态,和,气态,。,当土中温度在,0,以下时，土中水冻结成冰，形成冻土，其强度增大，但冻土融化后，强度急剧下降。,土中液态水可分为,结合水,和,自由水,。,土中的水,矿物成分水,结合水,重力水,毛细水,结晶水,孔隙水,自由水,弱结合水,强结合水,粘粒的带电性质,土中的粘土颗粒在电场中向阳极泳动的现象称为,电泳,。而土中的液体渗向阴极，称为,电渗,。这两种现象是同时发生的，称为,电动现象,。,粘粒表面产生电荷的原因：,1,、选择性吸附；,2,、表面分子的离解；,3,、同晶替换,颗粒表面的负电荷构成电场的内层,（决定电位层）,。水中被吸引在颗粒表面的阳离子和定向排列的水分子构成电场的外层,（反离子层）,。合称,双电层,。,受颗粒表面电场作用力吸引而包围在颗粒周围，不传递静水压力不能任意流动的水，称为,结合水,。,从水分子的角度讲，双电层的外层就是结合水层。,（,1,）结合水,结合水是指受,电分子吸引力,吸附于土粒表面的水。由于黏粒表面一般带有负电荷，使土粒周围形成电场，在电场周围的水分子和水溶液中的阳离子一起被吸附在土粒表面。,结合水又分为,强结合水,和,弱结合水,。,强结合水,是指紧靠土粒表面的结合水。它,没有溶解力,，,不能传递静水压力,，只有在,105,度时才蒸发。这种水,性质接近固体,，具有,极大的黏滞度、弹性和抗剪强度,。,弱结合水是指存在于强结合水外围的一层结合水。它仍不能传递静水压力，但水膜较厚的弱结合水能向临近薄水膜缓慢转移。,黏性土中含有较多的弱结合水时，土具有一定的可塑性。,结合水,弱结合水：是一种粘滞水膜，是粘性土在一定含水量范围内具可塑性的原因,强结合水：性质接近与固体，具蠕变性，略高于,100,可蒸发,反离子层,（,2,）自由水,自由水,是存在于土粒表面电场范围以外的水。它的性质与普通水一样，,服从重力定律，能传递静水压力，冰点为,0,度，有溶解能力,。,自由水按其移动所受作用力的不同，可分为,重力水,和,毛细水,。,重力水：指受重力作用而移动的自由水。它存在于地下水位以下的透水层中。,毛细水,：毛细水受到它与空气交界面处表面张力的作用，它存在于潜水位以上的透水层中。,当土空隙中局部存在毛细水时，毛细水的弯液面和土粒接触处的表面张力反作用于土粒，使土粒之间由于这种毛细力而挤紧，土因而具有微弱的黏聚力，成为毛细黏聚力。,在施工现场可以看到稍湿状态的砂堆，能保持垂直陡壁达几十厘米高而不塌落，就是因为毛细黏聚力的缘故。,土中的气,土中的气体,土中的气体有与大气相连通和封闭的。在粗粒中常见到与大气相连同的空气，它对土的性质影响不大。而在细粒土中则常存在与大气隔绝的封闭气泡，它在外力作用下具有弹性，并使土的透水性减小。,二、土的结构,土的结构是指土的固体颗粒及其孔隙间的几何排列和连接方式。一般分为单粒结构和团聚结构两大类。,单粒结构,：单粒结构是指土颗粒间直接接触和支撑、彼此不连接或只有潮湿时才通过微弱的毛细力连接的结构形式。碎石、卵石、砾石和砂土等物黏性土均为此类结构形式。这些土的颗粒都比较粗大，可以靠自身重力作用而沉积下来，形成相互接触、相互支撑的堆积体。,团聚结构，,是,黏性土,所特有的。是指细小的土粒，在沉积过程中由于颗粒间引力大于重力，使之在水中不能以单个颗粒沉积下来，需要凝聚成大块的絮凝体后才能沉积。这种由土颗粒形成的疏松多孔的结构成为团聚结构（蜂窝结构和絮凝结构）。,团聚结构的孔隙度可达,50,98,，使土具有更大的压缩性。但其孔隙主要被结合水和空气所填充，且含水量往往超过,50,，由于结合水排水困难，使土的压缩过程缓慢。同时，空隙中的空气还对土体的压密起阻碍作用。因此，团聚结构的土体，虽然本身具有较大的压缩型，但其压缩过程却非常缓慢，工程中如果遇到这类土体，常采用一些人为措施加快土体的压缩。,三、土的物理性质指标,土中三相的比例关系，随着各种条件的改变而改变，三相的不同比例决定了土的不同的物理性质，如干燥、稍湿或很湿，密实、稍密或松散。土的物理性质可用以下指标进行描述：,土的质量密度,天然状态下单位体积土的质量称为土的质量密度，简称土的密度，并以,表示：,本指标须通过土工试验测定。试验时质量可以,g,（克）为单位，体积以,cm,3,为单位，,1g/cm,3,=1t/m,3,。天然状态下土的密度（天然密度）值变较,大。,砂土的密度一般为：,1.62.0 g/cm3,左右,黏性土和粉土的密度一般为：,1.82.0g/cm3,土粒密度是实测指标：,土的密度可在室内及野外现场直接测定。室内一般采用,“环刀法”,测定，称得环刀内土样质 量，求得环刀容积；两者之比值。,土的密度取决于土粒的密度，孔隙体积的大小和孔隙中水的质量多少，它综合反映了土的物质组成和结构特征。,土的重力密度,单位体积土所受的重力称为土的重力密度，简称土的重度，并以,表示：,式中,g,重力加速度，,g=9.807m/s210m/s,2,土的重度常用,kN/m,3,表示,10kN/m,3,1tf,（吨力）,，因此，通常砂土,=1620kN/m,3,，黏性土和粉土，,=1820kN/m3,。,土粒相对密度（比重）,d,s,土粒密度（单位体积土粒的质量）与,4,时纯水密度,w1,之比，称为土粒相对密度，或称土粒比重，并以,ds,表示。其主要取决于矿物成份。,土粒比重参考值 表,1-2,土的类别,砂土,粉土,黏性土,粉质黏土,黏土,土粒比重,2.562.69,2.702.71,2.722.73,2.732.74,土的含水量,土中水的质量与土粒质量之比（用百分数表示）称为土的含水量，并以,表示：,含水量是表示土的,湿度,的一个重要指标。一般来说,对于同类土,当其含水量增大时,其强度就会降低,.,土的含水量对黏性土、粉土的性质影响较大，对粉砂、细砂稍有影响，而对碎石等没有影响。粗砂土的,=0,，饱和土约为,40%,，饱和状态下的软粘土,60%,（淤泥）。,注：土的含水量用“烘干法”测定，将待测土样在,100105,烘至恒重,用,(,湿重,-,干重,)/,干重*,100%,来计算。,土的含水量主要影响土方开挖的,难易程度,和,回填土的密实度,。在土方开挖时应根据含水量的多少选定开挖方法和开挖机械；在土方回填时应根据含水量的多少选择夯实机具和夯实次数，以保证达到所要求的夯实干密度。一般来说，,当输入最小的能量能使回填土达到最大干密度时的含水量成为最佳含水量。,实际施工时可以根据经验判定回填土的最佳含水量。,土的干密度,d,单位体积土中土粒的质量称为土的干密度，并以,d,表示：,土的干密度值一般为,1.31.8t/m3,。,d,愈大，表明土越密实。,工程上常以土的干密度来评价土的密实程度，并常用这一指标来控制回填土的施工质量。,干密度反映了土的孔隙比，可用以计算土的孔隙率，,它往往通过土的密度及含水率计算得来。,同一种土在体积不变的条件下，它的各种密度在数值上有如下关系：,土的饱和密度,土的密度,土的干密度,：,土的干重度,d,土的单位体积内土粒所受的重力称为土的干重度，并以,d,表示,土的饱和重度,sat,土中孔隙完全被水充满时土的重度称为饱和重度，并以,sat,表示：,土的饱和重度一般为,1823kN/m3,。,土的孔隙比,e,土中孔隙体积与土粒体积之比称为土的孔隙比，并以,e,表示：,该指标采用小数表示。,孔隙比是表示土的密实程度的一个重要指标,。黏性土和粉土的孔隙比变化比较大。一般来说，,e,=0.6,的土是密实的，土的压缩性小；,e,1.0,的土是疏松的，压缩性高。,土的孔隙率,n,土中孔隙体积与总体积之比（用百分数表示）称为土的孔隙率，并以,n,表示：,孔隙比和孔隙率（度）都是用以表示孔隙体积含量的概念。两者有如下关系：,土的饱和度,Sr,土中水的体积与孔隙体积之比（用百分数表示）称为土的饱和度，并以,Sr,表示：,工程上,Sr,作为砂土湿度划分的标准,根据饱和度,Sr,的数值可把细砂、粉砂等土分为稍湿、很湿和饱和三种湿度状态，见下表,砂土湿度状态的划分,湿度,稍湿,很湿,饱和,饱和度,S,r,（,%,）,S,r,50,50,S,r,80,S,r,80,土的物理性质指标，可分为两类：,一类是必须通过试验测定的，如含水量，密度,和土粒比重；,另一类是可以根据试验测定的指标换算的；如,孔隙比孔隙率和饱和度等。,土的可松性系数,自然状态下的土经开挖后，其体积因松散而增加，称为,土的最初可松性,，以后虽经回填压实，仍不能恢复到原来的体积，称为,土的最终可松性。,V1,土在自然状态下的体积；,V2,土挖出后的松散体积；,V3,土经回填压实后的体积。,土的最初可松性系数,K1,是用于计算挖方工程量、确定装运车辆及挖土机械的主要参数,；,土的,最终可松性系数,K2,是计算填方工程量的主要参数,。,土的可松性系数,土 的 名 称,可松散系数,K,1,K,2,砂土、粉质黏土、种植土、淤泥土,1.081.17,1.011.03,粉质黏土、潮湿黄土、砂土混碎（卵）石、填筑土,1.141.28,1021.05,黏土、干黄土、含碎（卵）石的粉质黏土,1.241.30,1.041.07,黏土、含碎（卵）石的黏土、粗卵石、密实黄土,1.261.32,1.061.09,中等密实的页岩、泥灰岩、白垩岩、软石灰岩,1.301.45,1.101.20,土的渗透性,土的渗透性是指地下水穿透土层的能力。,单位时间内地下水穿透的土层厚度成为渗透系数,，它随土质不同而异。它与土的密度程度有关，土的孔隙比越大，则土的渗透系数越大。,达西定律：,V=KI,式中：,V,渗透水流的速度（,m/d,）；,K,渗透系数（,m/d,）；,I,水力坡度：,渗透水流在碎石土、砂土和粉土中多呈层流状况，其运动速度服从达西定律一般用渗透系数,K,作为衡量土的透水性指标,，,渗透系数,K,就是在,水力坡度,I=1,的土中的渗透速度。土的渗透性，取决于土的形成条件、颗粒级配、胶体颗粒含量和土的结构等因素。,无黏性土的密实度,砂土、碎石土统称为无黏性土，,无黏性土的密实度对其工程性质有重要的影响,。天然状态的松砂压缩性高，透水性强，强度与稳定性较差，是不良地基，反之紧密的砂则是良好的地基。,判别砂土的密实度的方法,用砂土的相对密度,Dr,作为砂土密实度分类指标：,emax,砂土最松散状态时的孔隙比（可以用松砂器法测定）可以通过计算最小干密度换算出来；,emin,砂土最密实状态时的孔隙比（振击法），可以通过计算最大干密度换算出来；,e,砂土的天然孔隙比。,天然孔隙比,逆指标，且不能反映沙土的级配和,形状的影响,相对密度,正指标,Dr,在工程上常应用于：,（,1,）评价砂土地基的允许承载力；,（,2,）评价地震区砂体液化；,（,3,）评价砂土的强度稳定性。,若砂土天然孔隙比接近最小孔隙比,e,min,的相对密度,Dr,较大，砂土处于较密实状态；若,e,接近,e,max,，,Dr,较小，砂土处于疏松状态。根据,Dr,值可将砂土密实度划分为下列几种：,1Dr,0.67,密实的,0.67Dr,0.33,中密的,0.33Dr,0,松散的,用相对密实度表示砂土的密实程度,需要在现场采取原状砂样一求得土的天然孔隙比,但取砂土原样很困难,所以,规范推荐用现场标准贯入试验锺击,N,确定砂土密实度，标准如表,1-4,。,密实度,松散,稍密,中密,密实,标准贯入试验锤击,N,N10,10,N15,15,N30,30,N,砂土的密实度,注,:,标注贯入试验,:,将质量为,63.5Kg,的穿心锤以,76cm,的落距自由下落,将贯入器垂直打入土层中,15cm,后开始计数,直至打入,30cm,的锤击数。,黏性土的物理特征,软硬程度与含水量,有关,1.,界限含水量,黏性土随着含水量的增加而分别处于固态、半固态、可塑及流动状态，如下图所示。,黏性土由一种状态转到另一种状态的分界含水量，称为界限含水量,。土由可塑状态转到流动状态的界限含水量称为液限，用符号,L,表示。由半固态转到可塑状态的界限含水量称为塑限，用符号,p,表示。由固态转到半固态的界限含水量称为缩限，用符号,s,表示。上述这些指标都用百分数表示。,土的界限含水量和土粒组成、矿物成分、土粒表面吸附阳离子性质等有关，是这些因素的综合反映，对黏性土的分类和工程性质评价有重要意义。,2.,塑性指数和液性指数,塑性指数,液限和塑限是土处于可塑状态的上限和下限含水量。省去,%,符号后的液限和塑限的差值称为,塑性指数,，用符号,Ip,表示，即：,Ip,值越大，土的可塑范围越宽，表示土吸附的水量多、土的颗粒越细、矿物成分的吸水能力越强。因此，塑性指数全面反映了影响黏性土特征的各种因素，,故规范按塑性指数对黏性土进行分类,。,液性指数,是判别黏性土软硬状态的指标，是黏性土的天然含水量和塑限的差值（除去,%,）与塑性指数之比，用,IL,表示,根据液性指数值，可将黏性土划分为坚硬、硬塑、可塑、软塑及流塑五种状态，其划分标准见下表。,黏性土状态的划分表,状态,坚硬,硬塑,可塑,软塑,流塑,液性指数,I,L,0,0,I,L,0.25,0.25,I,L,0.75,0.75,I,L,1.0,I,L,1.0,土的力学性质,四、土的力学性质,（一）土的压实性与压缩性,压实是指用机械的方法，如静力的、振动的、冲击的设备使土密实。土的压实过程时间比较短。其,目的是使地基土密实，提高承载力，减少土的压缩性。,压缩是指地基土在压力作用下体积减少的性质。土的压缩过程时间的长短，随土质、压力和含水量的不同而不同。土的压缩性会引起地基变形，从而使建筑等产生一定的沉降量和沉降差，对建筑物等的使用和安全造成危害。,压实与压缩都可以认为是土体的孔隙减少和固体颗粒变形的结果。,土的压实,当所施加的能量一定时，,压实效果取决于含水量,。在一定的压实能量下时土最容易密实，并能达到最大密实度时的含水量，称为最优含水量，用,e,表示。相对应的干密度称最大干密度，以,max,表示。,最优含水量可用室内击实试验确定。在标准的击实方法的条件下，不同含水量的土样，可得到不同的干密度，从而可绘制干密度,pd,和含水量,的关系曲线，称为击实曲线,.,对同一种土，改变击实能量，则曲线的基本形态不变，如图所示，但位置却发生移动，随着击实能量的增大，曲线向斜上方移动，也即加大击实能量，最大干密度增大，最优含水量却减小。,施工时所控制的土的干密度和最大干密度之比称为,压实系数,，在地基主要受力层范围内，按不同结构类型，要求压实系数达到,0.940.96,以上,。,土的压缩,当构（建）筑物及管道建筑在压缩性大的地基土上，发生地基沉降会破坏构（建）筑物及管道接口。,土的压缩性可用土的压缩系数,a,（,MPa-1,）表示，可以用作评价地基土压缩性高低的重要指标。,可用压缩试验来计算：,1-2,0.1MPa,-1,时，属低压缩性土；,0.1MPa,-1,1-2,0.5MPa,-1,时，属中压缩性土；,0.5MPa,-1,1-2,时，属高压缩性土。,（二）土中应力及分布,土体中的应力，就其产生的原因主要有两种：,由土体本身重量引起的自重应力和由外荷载引起的附加应力,。除此两种应力外，,渗流引起的渗透力也是土中的一种应力,。,如果地面下土质均匀，土自重应力沿水平面均匀分布，与深度成正比，即随深度按直线规律分布。,附加应力,是引起地基沉降的主要因素，附加应力分布计算比较复杂，应力分布与荷载的形状有关，应力分布一般为轴对称空间分布。一般地，,作用点下，应力值随深度增加而减少；在同一深度下，距作用点越远应力值越小；,作用点以外，应力最大值出现在附加荷载影响线处，随深度的增加而减少。,土的抗剪强度（见课本,P11,）,（三）土的抗剪强度,土的抗剪强度是土抵抗剪切破坏的性能。,从理论上确定地基承载力，评价地基稳定性，分析边坡稳定性以及计算挡土墙的土压力，都需要研究土的抗剪强度。其大小可由剪切试验求得。,库伦定律：,（,1,）,土的抗剪强度不是定值,，是随着剪切面上的,正应力大小,而变化的；,（,2,）砂土是散粒体，颗粒间没有相互的黏聚作用，砂的抗剪强度来源于,颗粒间摩擦力,。由于摩擦力来源于土内部，称内摩擦力。,（,3,）,黏性土,的抗剪强度由,颗粒间内摩擦力,和,土的黏聚力,两部分组成。,内摩擦力来源于两个方面：一是土剪切面上颗粒与颗粒粗糙面产生的,滑动摩擦阻力,，二是颗粒间的相互嵌入和联锁作用而产生的,咬合力,。黏聚力,c,是由于土颗粒之间的胶结作用、结合水膜以及分子引力等作用而形成的，土颗粒越细，塑性愈大，其黏聚力也愈大。,土压力,各种用途的挡土墙，地下构筑物的墙壁和池壁，地下管沟的侧壁，工程施工中沟槽的支撑，顶管工作坑的后背等，都受到土从侧向施加的压力（图,1-7,）。这种压力称土压力，又称挡土墙土压力，或称侧土压力。,挡土结构在土压力作用下，会产生位移。,根据位移的性质不同，土压力可分为：主动土压力、被动土压力和静止土压力。,主动土压力一般用于重力式挡土墙的压力计算；,被动土压力一般用于顶管工作坑的后背的压力计算；,静止土压力用于沟槽支撑板的压力计算。,土的工程分类,按颗粒级配分类,按土的工程性质分类,土的分类方法 按土开挖的难易程度分类,按颗粒级配和塑性指数分类,按颗粒粒径大小的分类方法存在的缺点,:,土的粒度与粗粒土的工程特性有密切关系，如透水性、渗透性、压实性等。在很大程度上取决于粒径大小与其级配特性；而细粒土的性质则主要取决于土的矿物组成及颗粒分散度，仅按粒径不能反映其性质；,按塑性指数分类存在的缺点：细粒土的塑性指数是综合反映土的力度组成、矿物成分以及土表面吸附的阳离子成分等方面灵敏指标，但随着土的液限变化，土的各种性质也相应变化。,我国,建筑地基基础设计规范,规定：,粗粒土按颗粒级配分类，,细粒土按塑性指数分类。,碎石土,碎石土是粒径大于,2mm,的颗粒超过总重,50%,的土。碎石土根据颗粒级配及形状分为漂石或块石、卵石或碎石、圆砾或角砾，其分类标准如表,1-7,所示。,砂土,砂土是指粒径大于,2mm,的颗粒含量不超过全重的,50%,、粒径大于,0.075mm,的颗粒超过全重的,50%,的土。砂土按颗粒级配分为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂。其分类标准见表,1-8,。,粉土,粉土是指塑性指数,IP,小于或等于,10,，而粒径大于,0.075mm,的颗粒含量不超过全重,50%,的土。粉土含有较多粒径为,0.050.005mm,的粉粒，其工程性质介乎黏性土和砂土之间。,黏性土,黏性土是指塑性指数,IP,大于,10,的土。这种土含有大量的黏粒（,0.005mm,颗粒）。其工程性质不仅与粒度成分和黏土矿物的亲水性等有关，而且与成因类型及沉积环境等因素有关。黏性土按塑性指数,IP,分为粉质黏土和黏土，其分类标准见表,1-9,。,人工填土,人工填土是指人类活动而形成的堆积物，其物质成分较杂乱，均匀性差。按堆积物的成分，人工填土分为素填土、杂填土和冲填土，其分类标准见表,1-10,。,土的名称,组 成 物 质,素填土,由碎石土、砂土、粉土、黏性土等组成的填土,杂填土,含有建筑垃圾、工业废料、生活垃圾等杂物的填土,冲填土,由水力冲填泥砂形成的填土,第二节 场地平整,第二节 场地平整,主 要 内 容,场地平整土方量计算,土方的平衡调配,场地平整施工,场地平整,就是将天然地面改为工程上所要求的设计地面。,一般包括计算,挖填土方工程量,，确定,土方调配方案,，选择,施,工机械及拟定施工方案,等内容。,场地平整应以建设工程的总平面设计图为依据，并结合场,区基坑、沟槽的开挖要求进行，在满足建筑物、构筑物工艺,要求的前提下，尽量考虑挖、填平衡，使总的土方量最小。,场地平整的施工顺序常用方案：,先平整后开挖,先进行场地平整，然后再开挖构筑物的基坑和地下管道沟槽。适用于场地高低不平，挖填土方量很大的施工现场。,先开挖后平整,先开挖构筑物的基坑和地下管道沟槽，再进行场地平整，适用于地形较平坦的施工现场。,平整与开挖相组合,将施工场地划分为若干施工段，分别进行场地平整和基坑开挖，适用于大型施工场地。,无论采用那一种施工顺序，在平整施工前，都应先做好场地清理、排除地表积水、修筑临时道路和土方运输等准备工作。“,X,通一平”,场地平整土方量计算,土石方工程计算内容较多，在给排水工程施工中，常,用的计算主要有：,基坑沟槽土石方计算、场地平整土方,量的计算与平衡调配等,。,由于土石方工程的外形往往复杂、不规则，要得到精确,的计算结果很困难。一般情况下，都将其假设划分为一,定的几何形状近似计算。,基坑的土方量计算,基坑的土方量可以按似柱体积的公式计算（如上图），,式中,V,土方工程量（,m,3,）；,H,为基坑的深度（,m,）；,F1,、,F2,分别为基坑的上、下底面积（,m,2,）；,F0F1,与,F2,之间的中截面面积（,m,2,），即,H/2,处的截面面积。,沟槽土方量计算,断面法,根据选定的断面及两相邻断面间距离，按长度分成若干段，然后按立体几何中的水平柱体体积公式进行计算，再将各区段计算结果汇总，求得沟槽开挖的总土方量。,将各段土方量相加既得总土方量,V,总,Vi,长度的选择按计算精度取,10m,或,20m,。,场地土方量计算,场地平整土方量的计算，是为了制定施工方案，对填挖方进行合理调配，同时也是检查及验收实际土方数量的依据。场地平整前，首先要确定场地设计标高，计算挖、填土方工程量，确定土方平衡调配方案，并根据工程规模、施工期限、土石体的性质及现有机械设备条件，选择施工机械，拟定施工方案。土方量的计算方法，,通常,有方格网法,和断面法,。,方格网法,方格网法是根据地形图（一般用,1,：,500,）将整个场地划分成若干方格网，,方格常采用,20m20m,或,40m40m,，将设计标高和自然地面标高分别标注在方格角点上。设计标高与自然地面标高的差值，即为角点填挖施工高度，然后计算每个方格的土方量，并算出场地边坡土方量,；,即可得出整个场地挖、填土方总量。,这种方法适用于场地平缓或在台附宽度较大的场地采用。计算时可使用专门的土方工程量计算表。在大规模场地土方量计算时，同需应用电子计算机进行计算,。,方格网法的,计算步骤,（,1,）划分方格网,（,2,）计算角点的施工高度,设计地面标高,自然地面标高,（,3,）计算零点位置划出零线,（,4,）计算方格土方量,计算零点：,在一个方格网内同时有填方和挖方时，要先计算出方格网边的零点位置，并标注于方格网上，连接零点就可以得到零线，它是填方区与挖方区的分界线。零点的位置可按下式计算：,X1,和,X2,分别为角点至零点的距离,m,；和,h1,和,h2,为相邻两角点的施工高度，,a,为方格网的边长。,X1=h1a/(h1+h2),X2=h2a/(h1+h2),划分的方格网中，一般可有三种类型，应分别进行计算。,方格四个角点全部为填或挖时，其土方量计算为：,式中：,V,挖或填方体积（,m3,）；,a,方格边长（,m,）；,h1,、,h2,、,h3,、,h4,方格角点填挖高度（,m,）。,方格的相邻两角点为挖方，另两角点为填方时：,1,）挖方部分的土方量为：,2,）填方部分的土方量为：,方格的三个角点为挖（填）方，另一角点为填（挖）方 时：,1,）填方部分的土方量为：,2,）挖方部分的土方量为,断面法,沿场地取若干个相互平行的断面（可利用地形图或实测定出），将所取的每个断面（包括边坡断面）划分为若干三角形和梯形，如图,1-12,所示，则面积为：,则：,而某一断面面积为：,断面面积求出后，即可计算土方体积。设各断面面积分别为,F1,、,F2Fn,，相邻两断面间的距离依次为,l1,、,l2ln-1,，则所求土方体积为：,边坡土方量的计算,为了保持土体的稳定和施工安全，挖填方的边沿，都应作成一定坡度的边坡。边坡坡度应根据不同的填挖高度、土的物理性质和工程的重要性由设计规定。,场地边坡的土方量，一般可根据近似的几何形体进行计算。下图为一场地边坡的平面示意图，按照其形体可先分为三角棱锥体（如体积,，,11,）和三角棱柱体（如体积），再分别按下列公式计算体积。,1,三角棱锥体边坡体积,如图中，其体积为,l,1,边坡的长度；,F,1,边坡的断面面积，即：,h,2,角点的挖土高度；,m,边坡的坡度系数。,2.,三角棱柱体边坡体积,如图中的，其体积计算为：,当两端横断面面积相差很大的情况下，则：,l4,边坡的长度；,F1,、,F2,、,F0,、,边坡两端及中部的横断面面积，算法同上（图,1-13,剖面系近似表示。实际上，地表面不完全是水平的）。,待每个网格的土方量全部计算完成后，将挖、填放量分别汇总后可以求得总的挖方量和填方量。然后根据土的可松性、压缩性、,沉降量,等因素,（查手册资料）,对土方量进行调整，再进行土方的综合平衡调配。,土方的平衡调配,土方的平衡调配，是对挖土、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。,它的目的是使土方运输量或土方运输成本最低。,土方平衡调配的原则：,应力求达到挖、填平衡和运距最短；,调配区的划分应该与构（建）筑物的平面位置相协调，并考虑它们分期施工顺序，对有地下设施的填土，应留土后填；,好土要在用回填质量要求较高的地区；,分区调配应与全场调配相协调，避免只顾局部平衡，任意挖填而妨碍全局平衡；,取土或弃土应尽量少占或不占农田及便于机械施工等。,土方的平衡调配工作主要包括：,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。,进行土方平衡调配，必须根据工程和现场情况、有关技术资料、,进度要求、土方施工方法及分期分批施工工程的土方堆放和调运方,案等，经综合考虑并确定平衡调配原则后，再着手进行。,土方平衡调配图表的编制,场地方平衡调配需作相应的土方调配图表，编制方法如下：,1.,划分调配区,在场地平面图上先划出挖填区的分界线，按照土方量计算用的方格网，在挖方区和填方区分别划出若干个调配区。通常每个调配区的大小可由若干个方格组成，以满足土方机械的操作要求。如场地范围内土方不平衡时，可考虑就近借土或弃土，此时每个借土区或弃土区可作为独立的调配区。调配区划定后，计算其土方量并标明在图上。,2,计算各挖、填方调配区之间的平均运距,平均运距是指挖方区土方重心至填方区土方重心的距离。,求调配区重心的方法是，取场地方格网中的纵横两边为坐标轴，以一个角作为坐标原点，按下式求得各调配区土方的重心位置：,式中 、,挖方调配区或填方调配区的重心坐标；,u,每个方格的土方量；,x,、,y,每个方格的重心坐标。,重心求出后，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。,绘出土方调配图,根据以上计算，在图上标出调配方向、土方数量及平均距离。,图,1-14,是土方调配的两个示意图。图上注明了挖填调配区、调配流向、土方数量及平均运距。图,1-14,（,a,）表示总挖方与总填方平衡的土方调配方案；图,1-14,（,b,）表示有弃土和借土的调配图。图,Wi,为挖方区编号，,Ti,为填方区编号。,列出土方量平衡表,土方调配计算计算结果需列入土方量平衡表。表,1-13,是图,1-14,（,a,）所示调配方案的土方量平衡表。,在规划大规模场地平整的土方调配工作时，可以运用线性规划中的运输问题，采用表上作业求解，使总土方运输量最小为目标函数，求得土方调配的最优方案。,土方量平衡,表,1-13,第三节 土石方开挖,施工前的准备工作,土石方开挖前应做好相应的准备工作，包括拆除或搬迁施工区域内有碍施工的障碍物；在有地下水的区域，妥善安排排水措施；修建运输道路和土方机械的运行道路；修建临时水、电、气等管线设施（“,X,通一平”）；做好挖方之前的预备工作等等。,（一）编制施工方案,沟槽开挖前，设计单位应根据施工需要，在充分掌握有关资料的情况下，编制施工方