给水排水工程施工土石方工程课件.ppt

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1、给水排水工程施工,中国建筑工业出版社,2022/12/4,1,目录,第一章 土石方工程 第一节 土的性质及分类 第二节 沟槽与基坑断面的选择及土方量的计算 第三节 沟槽与基坑开挖 第四节 沟槽支撑 第五节 土方回填 第六节 石方爆破 第二章 施工排水 第一节 概述 第二节 明沟排水 第三节 人工降低地下水位目录,2022/12/4,2,第一章 土石方工程第一节 土的性质与分类,一、土的三相图及物理性质 (一) 土的三相图 土是岩石风化后经搬移、堆积而成的。由矿物固体颗粒、水分和空气组成，称为土的三相组成，其中，固相是矿物颗粒及有机质；液相是水；气相是空气。矿物固体颗粒有大小不等的粒径和形状，自

2、漂石至细微的粘土颗粒。粒径大小称为粒度。相近的粒度化为一组。 矿物颗粒可分成不同的粒组。自然土都是由邻近的几种粒组的矿物颗粒混合组成。矿物固体颗粒由各种矿物组成，是土的主要成分，也是决定土性质的主要因素,2022/12/4,3,在土木工程中，把整片岩石也视为承载荷载的的地基 土。矿物颗粒构成土的骨架。颗粒之间有孔隙。水与空气填充骨架间的孔隙。土中水分为自由水、薄膜水和吸着水。自由水可在土的孔隙间流动，一般又称为自由地下水或简称地下水。吸着水是紧附在颗粒表面的一层水，没有出水性，其性质接近于固体，不冻结，土受压时不移动，在105 以上蒸发。薄膜水在吸着水的外层，离颗粒表面愈远，愈容易从固态转变为

3、自由水。土中水还以水汽状态存在。由于土的三相是混合分布的(1-1a)，矿物颗粒间又有孔隙，因此土具有碎散性、压缩性、颗粒间可以相对移动性和透水性。土中三相组成的比例，反映了土的状态和物理性质。为了阐述和标记方便，取一土样，将土样中三相的各个部分集合起来，画出土的三相图(1-1b)。 (二)土的主要物理性质指标,2022/12/4,4,1.土的密度 土在自然状态下单位体积的质量，称土的密度，即 (1-1) 单位体积内干土颗粒质量称为土的干密度d ，即 (1-2) 土孔隙充水饱和的单位体积土的质量称为饱和密度，即 (1-3) 式中，w为水的密度，10KN/m3. 土密度与土压密度有关，土愈密实，土

4、的密度愈大。,2022/12/4,5,2.土的天然含水量W和土的饱和度(润湿度)Sr 土的天然含水量又称质量含水量，是一定体积的土内水质量与颗粒质量之比的百分数。 (1-4) 土的天然含水量变化范围很大，与土颗粒的矿物性质、埋藏条件等因素有关。 土的饱和度Sr又称土的相对含水量，表示土的孔隙中有多少部分充满了水，即土内水的体积与孔隙体积之比， (1-5) 完全干的土，Vw=0,Ww=0,则Sr=0;完全饱和的土，Vw=Vv，则Sr=100%.工程上根据饱和度不同，把土分为,2022/12/4,6,稍湿土、湿土和饱和土3种。按地基基础设计规范规定，饱和度在50%以下的土称稍湿土，饱和度在50%8

5、0%为湿土，饱和度在80%100%为饱和土。 3.土中固体颗粒的相对密度ds 土的固体颗粒单位体积的质量与水在4 时单位体积的质量之比称为土中固体颗粒的密度，简称颗粒的相对密度。即 (1-6)式中，w4时水的单位体积质量为10KN/m3. 土颗粒相对密度取决于土的矿物和有机物组成，粘土颗粒相对密度一般为2727.5，砂土颗粒相对密度一般为26.5。 4.土的孔隙度n和孔隙比e,2022/12/4,7,孔隙度和孔隙比都是表明土的松密程度的指标。孔隙度表示土内孔隙所占的体积，按百分数表示；孔隙比为土内孔隙体积与土粒体积之比值。两者的关系式为： (1-7) (1-8) 但是，土样的孔隙度在土样被压缩

6、前后是会变化的 。孔隙度无法表示压缩量多少，因为土被压缩后，土的总体积改变了，土的孔隙体积也改变了。压缩量h用孔隙比e表示。 (1-9)式中，h压缩量；,2022/12/4,8,e1压缩前土的孔隙比； e2压缩后土的孔隙比； h压缩前土层厚度。孔隙度和孔隙比是根据密度、含水量和相对密度试验的结果，经计算求得。 二、土的状态指标 土的状态指标就是土的松密程度和软硬程度的指标。标准贯入实验锤击数是非粘性土(砂、卵石等)的松密程度指标。砂类土的密实程度标准如表1-1所列。 这种分类方法简便。但是没有考虑砂土颗粒级配对砂土状态可能产生的影响。密实度反映土得承载能力。用孔隙比e值来表示砂土的密实程度时，

7、可能会因颗粒形状而导致不能正确反映。例如：颗粒均匀的密砂，e较大；而颗粒不均匀的松砂，则e较小。因此，应该把,2022/12/4,9,天然状态砂土e与最松状态emax与最密状态emin座相对比较，用相对密实度Dr表示砂土的密实状态。土的相对密实度Dr为： (1-10)式中，e砂土的天然孔隙比； emax砂土的最大孔隙比； emin砂土的最小孔隙比。 一般规定，Dr0.33,为松散状态；0.33Dr0.67,为中密度状态；Dr0.67,为密实状态。 天然状态下粘性土的软硬程度取决于含水量多少：干燥时呈密实固体状态；在一定含水量是具有塑性，称塑性状态；在外力作用下能沿力的作用方向变形，但不断裂也不

8、改变体积；含水量继续增加，大多数土颗粒被,2022/12/4,10,自由水隔开，颗粒间内摩擦力减小，土具有流动性，力学强度急剧下降，称流动状态。根据含水量的变化，粘性土可呈4种状态：流态、塑态、半固态和固态。流态、塑态、半固态和固态之间分界的含水量，分别称为流性限界(又称液界L)、塑性界限(又称塑界P)和收缩限界。 粘性土的塑限一般采用人工滚搓方法测得。将粘土样用手在毛玻璃上搓成直径约3mm，长度约为810mm，表面出现裂纹的细土条。此时细土条的含水量为塑限含水量，即为塑限。 粘性土的液限可用锥式液限仪测得，见图1-2所示。将调成浓糊状试样装入盛土杯中，刮平表面，将质量为76g和锥角为30的圆

9、锥体置于试样表面。椎体由于自重而下沉，当下沉终深恰为10mm时，此时试样的含水量为液限含水量。,2022/12/4,11,土的组成不同，塑限和液限也不同，单用土的含水量无法说明土的软硬程度，而需用液性指数IL来表示： (1-11)式中 土的天然含水量； P土的塑限； L土的液限。当IL0时，土处于固态或半固态；当0 IL1时，土处于塑态；当IL时，土处于流态 。如果土中的粘土颗粒较多，则土颗粒的比表面积较大，须有较大的含水量才能使土呈塑态和流态，因而塑限和流限都要高些。 在土的流限和塑限之间，土都呈塑性状态。流限和塑限之差称塑性指数IP，即 (1-12),2022/12/4,12,塑性指数表示

10、粘土处在可塑状态时，含水量的变化范围，塑性指数愈大，土吸附的水量愈多，即土的颗粒愈细或矿物成分吸水能力愈大，粘性土的结构和状态相似，则塑性指数相近，力学性质相似，塑性指标是一个反映土的粒径级配、矿物成分和溶解于水中的盐分等土组成情况的指标。因此，粘性土可按塑性指数指标来分类，即粉质粘土 ：10 IL17；粘土： IL17。 三、土中应力及其分布 构筑物没有修建前，由于土体本身质量引起的土中应力，称自重应力。距地表h深度处的颗粒M受到土层土质量作用而产生的自重应力为; (1-13)式中 土的重力密度。,2022/12/4,13,当地基土各层的土质不同(图1-3)，则自重应力为 (1-14)式中

11、n土层数； i第i土层的土重度； hi 第i土层的厚度。 这样计算时，是假定没有侧向变形和剪切变形，只产生垂直变形。由于土的覆盖面积很大，实际情况基本符合这样的假设。 构筑物荷载作用于地基，导致地基上产生应力，这种荷载称为附加荷载，这种应力称为附加应力。当地基受到集中荷载作用时，距地表下某一深度的附加应力分布如图1-4所示。在地基的不同深度，附加应力的分布如图1-5所示。但应力值随深度的增加而减少。,2022/12/4,14,四、土的压缩性 土颗粒之间有孔隙。土受压力作用后，孔隙体积被压缩，这是土的压缩性。与土中孔隙相比，土中颗粒和水可以认为是不被压缩的。因此，土体压缩可以认为只是土中孔隙被压

12、缩，孔隙体积VV减少。压力愈大，孔隙体积减少愈多。被水充盈的土孔隙，只有当水被排走后才会被压缩。土在压力作用下，土内孔隙水排出，孔隙体积减少，土的骨架与孔隙水所受的压力逐渐调整，三者同时进行，是一个排水、体积减少和压力传递的过程。在一定压力作用下，这个过程从起始到终结要经历一定时间。因此，土压缩是一个时间过程。压缩过程时间的长短，随土质、压力和含水量的不同而不同。 五、土得抗剪强度 土得抗剪强度是土抵抗剪切破坏的性能。 如图1-6所示，土样放在面积为A的剪力盒内，并受,2022/12/4,15,垂直压力N和水平力T作用，此时，在土样内产生法向应力: (1-15) 而在剪切面上产生剪应力： (1

13、-16) 随T的增大而增大。但T在一定限值内并不会导致土样剪切破坏。这是因为在剪切面上产生的剪应力小于土的抗剪强度时，土样就不会剪坏。当T增加到T时，在剪切面上发生土颗粒相互错动，土样破坏。土样开始破坏时，剪切面上的剪应力称土的抗剪强度f： (1-17),2022/12/4,16,T随N的增大而增大。 土的抗剪强度有剪切试验求得。以不同的N和T进行35次实验，求出各次的、值，在直角坐标纸上将各个、点连接成一直线，该连线称土的抗剪强度曲线，如图1-7所示为砂土抗剪强度曲线，连线通过原点，则 (1-18)式中 土的内摩擦角。 砂是散粒体，颗粒间没有相互的粘聚作用，砂的抗剪强度来源于颗粒间摩擦力。由

14、于摩擦力来源于土内部，称内摩擦角。 粘性土抗剪强度组分，除了内摩擦力外，还有一部分粘聚力。粘性土颗粒粒径很小，粘聚力来源于土颗粒间产生电分子吸引力和土中天然胶结物质对土粒的胶结作用，粘性土的抗剪强度曲线如图18所示。即：,2022/12/4,17,(1-19)式中 c粘土的粘聚力。 土的密实度、含水量、抗剪强度试验的仪器装置和操作方法，都影响和c值。工程中需用的砂土值，粘土值和c值，都应取土样由剪切试验求得。 剪切试验的方法可归为3类。 正压力施加后立即进行剪切，并规定从加荷到土样剪坏在35min内完成，这种方法称快剪。 正压力施加后使土样充分固结，固结终了立即进行剪切额，并规定土样剪切破坏过

15、程。 正压力施加，土样充分固结后，进行慢速剪切，使土样在加压剪切过程有充分时间排水、体积变形，这种方法称为慢剪。,2022/12/4,18,采用不同剪切方法是由于地基土的性质不同。非粘性土排水速度很快，因此，快剪可使土样徘水固结。粘性土由于排水速度较慢，不同剪切方法会得出相应不同的抗剪强度。对于正常固结的粘土，快剪抗剪强度q最小，固结快剪抗剪强度cq增大，慢剪抗剪强度S最大。 应该根据地基土的性质，采用相应的剪切方法。 饱和软粘土的内摩擦角值很小,约为05.当0，则抗剪强度值即为粘聚力值。 室内试验和工程实践证明：在一般压力范围内。-呈直线关系，但当高压力作用下，就不再是简单的直线关系，而是向

16、下弯曲的曲线。 完全松散的砂土自由地堆在地面上，砂堆的斜坡与地平面构成的夹角，称为自然倾斜角(或安息角)。为了保持土壁的稳定，必须有一定边披。边坡以1：n表示，如图1-9所示，n值为： (1-20),2022/12/4,19,n称边坡率。对于砂土，边坡与地平面的夹角接近于土的自然倾斜角。含水量大的土，土颗粒间产生润滑作用，使土的内摩擦力或粘聚力减弱，因此，应留有较缓的边坡。含水量小的砂土，颗粒间的内摩擦力减少，亦不宜采用陡坡。当沟槽上方荷裁较大时，土体会在压力下产生滑移，因此边坡应缓，或采取支撑加固。深沟槽的上层槽应为缓坡。 六、土压力 各种用途的档土墙，地下给水排水构筑物的墙壁和池壁，地下管

17、沟的侧壁，工程施工中沟槽的支撑，顶管工作坑的后背，以及其他各种档土结构，都受到土从侧向施加的压力(图1-10)。这种压力称土压力，又称挡土墙土压力，或称侧土压力。 土压力E可由下式确定,2022/12/4,20,(1-21)式中 土的重度； h档土墙高度； K土压力系数。 挡土墙在土压力作用下，会产生位移。位移的性质不同，土压力系数K值也不同，从而导致不同类型的挡土墙压力的值不同。 如图1-11(a)所示，在土推力作用下，挡土结构可能稍微向前移动，并绕墙角C转动。当挡土墙的位移量为，导致土体ABC达到极限平衡状态，并具有沿BC潜在滑移面向下滑移趋势，从而在滑移面上产生抗剪强度。抗剪强度有助于减

18、弱土体对挡土结构的推力。在这种情况下，产生的位移称正位移，产生的极限状态称主动极限状念 产生的土压力Ea，称主动土压力。,2022/12/4,21,如果挡土结构在荷载作用下，如图l-ll(b)所示，推向土体ABC，使土体产生负位移。当挡土结构的位移量达到-，导致土体ABC达到被动极限平衡状态，并有继续沿BC滑移面向上滑移趋势，从而在滑移面上产生抗剪强度。此时，土体对挡土结构的作用方向和BC面上剪应力的方向一致，抗剪强度使土体对挡土结构的推力增加。在这种情况下，土压力EP称被动土压力。没档土墙背是直立的，挡土墙背与土体之间没有摩擦力，墙后土体顶面是水平的，并与挡土结构顶是等高的，土体表面没有荷载

19、，墙产生一定量位移，使墙后土体达到主动或被动极限状，在这种情况下，砂性土对挡土墙的主动土压力值Ea为： (1-22)式中 土的重度；,2022/12/4,22,h挡土墙高；土的内摩擦角； ka主动土压力系数。 粘性土抗剪强度组分中还有粘聚力c，主动土压力Ea可由下式决定： (1-23)式中 c粘土粘聚力。其他符号意义同式(1-22). 砂性土对挡土结构的被动土压力值为： (1-24)式中 kP被动土压力系数。 其他符号意义同式(1-22)。,2022/12/4,23,粘性土被动土压力值为: (1-25) 如果土体对挡土墙作用时，后者不产生位移，土体不产生滑移的趋势，亦不存在潜在滑移面，如图1-

20、11(c)所示。例如地下水池池壁、地下泵房的墙壁等挡土结构所受的土压力，称静止土压力压E0。静止土压力E0。由下式求出： (1-26)式中 K0静止土压力系数，一般用下列经验公式求出： (1-27),2022/12/4,24,式中 土的有效摩擦角。 k0还可近似地按主动土压力系数取值，但选较小的内摩擦角；或者取用经验数值：砂土,k00.340.45；粉质枯土k00.50.7。 挡上墙位移量在达到最大位移量过程中，潜在滑穆面B C上的剪应力部有助于减弱土体对挡土结构的推力。 七、土的渗透性 土的渗透性表示土的透水的性质 其定量表示为单位时间(d、e)内水在土层中行经的距离(m)。土的渗透性用渗透

21、系数K表示。土的渗透系统大小决定于土的结构、土颗粒大小和粒径级配状况、土的密实程度等。同一种土的渗透系数是随土的紧密程度而变化的。土的渗透系数见表1-3所示。但为在各种实际计算中，为了精确起见渗透系数一般应该实测求得。,2022/12/4,25,八、土的可松性和压密性 土经挖掘后，颗粒间的连接遭到破坏，在把土回填到沟槽内，并按一般回填密实度夯实后其体积也要比开槽前自然体积增大一些。土体积增大归因于土的可松性。土经挖掘后体积增加值用最初可松性系数K松表示： (1-28)土经回填后的体积增加值，用最后可松性系数K松 表示： (1-29)式中 V1开挖前土的自然密实体积； V2开挖后土的松散体积；

22、V3压实后土的体积。 土的压实或夯实程度用压实系数c表示，即,2022/12/4,26,(1-30)式中 d土的控制干密度； max最大干密度。 土的密实度和土的含水量有关。土中水没有排除，孔隙比不会减少。但如果没有适当含水量，颗粒间缺乏必要润滑，压实时能量消耗大。输入最小能量而导致土最大干密度的含水量，称为土的最佳含水量。 土的最大干密度和最佳含水量关系用击实试验求得，见图1-12所示。取一组土样，各个土样的含水量以10%20递增，作击实试验，测得各土样干密度， 绘制干密度含水量曲线(图1-13所示)。与最大干密度max：相应的含水量W，即为土样在该击实条件下的最佳含水量。,2022/12/

23、4,27,当试验的锤击次致不同，即输入的压实能量不同，所绘制的干密度含水量曲线也不同。 、 沟槽回填时，回填土应具有最佳含水量，当土的自然含水量低于最佳含水量2时，土在回填前要注水渗浸。土的自然含水量过高，应在夯实前晾晒。 (三)地基土的分类 土是由不同拉径颗粒混合组成的，因此，应对土进行分类。土可按矿物组成、生成年代和生成条件等划分进行分类。我国建筑地基基础设计规范把地基土分成5类。每类土又分成若干种。 1岩石 在自然状态下颗粒间牢固联接，呈整体的或具有节理裂隙的岩体。 2碎石土 粒径大于2mm的颗粒占全重50以上，根据颗粒级配和占全重百分率不同，分为漂石、块石、卵石、碎石、圆砾和角砾，如表

24、l-4所列。,2022/12/4,28,3.砂土 粒径大于2mm的颗粒含量小于或等于全重50，干燥时呈无塑性或微塑性(塑性指数IP3)的土。 砂土根据粒径和占全部质量的百分率不同，又分为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂，如表1-5所列。 4粘性土 塑性指数IP ，当10 IP 17为粉质砂土；当IP 17时为粘土。 5人工填土 按其形成有素填土、杂填土和冲填土。 (1)素填土 由碎石土、砂土、粘性土组成的填土。经分层压实的统称素填土，又称压实土。 (2)杂填土 含有建筑垃圾、工业废料、生活垃圾等杂物的填土。 (3)冲填土,2022/12/4,29,水力冲填泥砂形成的沉积土。 土方工程施工中，还常按

25、土的坚硬程度、开挖难易，将士石分为8类，如表1-6所列。,2022/12/4,30,第二节 沟槽与基坑断面的选择及土方量,一、沟槽断面形式 沟槽断面的形式有直槽、梯形槽、混合槽等。还有一种两条或多于两条管道埋设同一槽内的联合槽(图1-14)。 正确选定沟槽的开挖断面，可以为管道施工创造方便条件保证工程质量和施工安全，减少开挖土方量。选定沟槽断面通常应考虑以下因素：土的种类、地下水情况、施工方法、施工环境、支撑条件、管道断面尺寸、管节长度和管道埋深等。 沟槽底宽由下式决定(图l-15)： (1-31),2022/12/4,31,式中 B管道基础宽度(m); b工作间宽度(m)。 工作间宽度可根据

26、管径大小确定，一股不大于0.8m。 构槽开挖深度按管道设计纵断面图确定。 梯形槽的边坡见表l-7所列。没有支撑的直槽边坡一般采用1：0.05。 二、土方量的计算 根据选定的断面进行沟槽土方量计算，两相邻计算断面间的土方量V为： (1-32) 式中 V1，V2相邻两计算断面的面积(m); L两断面间距(m)。,2022/12/4,32,两断面间距取值随地面平坦程度和计算精度要求而定。埋没徘水管道的沟槽通常以两相邻检查井所在处沟槽断面为计算断面。 基坑土方量按其几何体积计算，每侧工作间宽度为12m。,2022/12/4,33,第三节 沟槽与基坑开挖,一、机械开挖 (一)单斗挖土机的构造与工作组织

27、在给排水工程中，广泛采用单斗挖土机开挖沟槽和基坑。 单斗挖土机为循环式挖土机械，每个工作循环由4个动作组成：1土斗切土；2抬起土斗；3将土斗回转至卸土处卸土；4回转土斗到切土处准备再一次切土。 单斗挖土机的主要装置有：工作装置、传动装置、动力装置与行走装置。工作装置有正向铲、反向铲、拉铲、抓铲等。传动装置分液力传动和机械传动两种。液力装置操作灵活，切力较大。动力装置大多为内燃机。行走装置有履带式和轮胎式两种。,2022/12/4,34,1正向铲 正向铲如图1-16所示，是开挖机械停留面以上的土方，适用于底部尺寸较大的沟槽和基坑。机械功率较反向铲大，而且易于控制挖掘边坡及基坑尺寸。建筑工程中常用

28、的正向铲斗容量为0.52m3。 正向铲的工作性能指标如图1-17所示。 正向铲的工作面高度决定于斗容量和土的坚实程度。一次挖土能装满土斗的工作面高度，称标准工作面高度，一般应不小于15m，以便一次起铲能装满铲斗，提高生产效率。 正向铲挖土的工作面高度如表l-8所列。,2022/12/4,35,2反向铲 反向铲(图1-18)开挖机械停留面以下的土方，而机身和装土均在地面上操作，用于沟槽和深度不大的基坑开挖。 反向铲的工作性能指标如图1-19所示，常采用的斗容量为0.51m3。 3拉铲 拉铲挖土机的功能与反向铲基本相同，但挖掘半径和深度比反向铲大，适用在不坚硬的土层中开挖较深的大面积基坑、沟渠和水

29、下开挖等(图1-20)。 4.抓铲 合瓣式抓铲，如图1-21所示。用于开挖面积较小，深度较大的沟槽或基坑，由于提土时土斗闭合，可开挖含水量较大的上层，如将其放置在驳船上，可进行水下开挖。,2022/12/4,36,(二)生产率计算 单斗挖土机的生产率p按下式计算： (m3/h); (1-33)式中 p单斗挖土机每小时挖土量(h)； n每分钟工作循环次数； q土斗容量(m3)； k1土的影响系数(包括土的可松性系数，土斗充满度土的其他性质等因素)。按土的等级确定：I级土约为1.0;级土约为0.95;级土约为0.85；IV级土约为0.55； k2时间利用系数(般为0.750.95)。 组织单斗土挖

30、土机工作时，所需机械的数目由工程量、工期及所选用机械的生产率决定。如该工程的总土方量为Q(m3)，工期为T0 (d)，每天M班，则每班应完成的土方开量是：,2022/12/4,37,(m3/班) (1-34)若全部土方由机械开挖，所需挖土机数目是； (台) (1-35)式中 p每台挖土机的生产率(m3h); p0每班应完成的挖方量(m3)。 如汽车运输与挖土机工作相合，保证挖土机连续作业，一台挖土机有N辆汽车配合工作，则自第一辆汽车装车完毕驶向卸土地点卸土后再回来，此期间将有(N1)辆汽车装土完毕。如每辆汽车装车时间tl，则所需时间为(N-1)t1，第一辆汽车的行驶与卸车时间为：,2022/1

31、2/4,38,因而， (1-36)式中 t1装车所需时间； t2卸车所需时间； t3操纵及停留时间； L运距； Vcp车辆平均运行速度(重车运行速度及空车行驶速度的平均）。 所以，所需车辆数为： (台) (1-37)式中 t每一循环车辆运输时间。 机械挖土时，一般需留30cm厚不挖，由人工清底，避免机械超挖或扰动地基。,2022/12/4,39,在可能影响当地交通或环境的地区开挖沟槽时，土方一般应全部外运，回填时，再将部分土运回。如现场允许堆土时，可将回填土方量堆放在现场。 二、多斗挖土机的构造及其工作组织 多斗挖土机又称挖沟机、纵向多斗挖土机。与单斗挖土机比较有以下优点：挖土作业是连续的，在

32、同样条件下生产率较高；开挖每单位土方量所需的能量消耗较低，开挖沟槽的底和壁较整齐，在连续挖土的同队能将土自动卸在构槽一侧。 挖沟机不宜开挖坚硬的土和含水量较大的土。宜于开挖黄土，扮质粘土等。 挖沟机由工作装置、行走装置和动力、操纵及传动装置等部分组成。 挖沟机的类型，按工作装置分：有轮斗式和链斗式两种。按卸土方法分为：装有卸土皮带运输器的和未装卸土皮带运输器的两种，后者借土方质量以重力卸载或其他强制卸土方法进行卸土。挖沟机大多装有,2022/12/4,40,皮带运输器。行走装置有履带式、轮胎式和履带轮胎式3种，动力一般为内燃机。 (一)挖沟机的构造 链斗式挖沟机的构造如图1-22所示。 挖构机

33、土斗装设在围绕斗架的无极斗链上。土斗前端用铰链连接于斗链，后端自由地悬挂。斗架位于机械后部，前端有钢索连接于升降斗架的卷筒，并有筏子嵌在凹槽形的导轨内。开动卷简，通过钢索使斗架沿导轨升降，改变沟槽开挖深度。 动力装置通过传动机构使主动链轮转动，带动斗链转动，于是没人土中的土斗切土。当土斗上升至主动链轮处，共后端即与斗链分开而卸土，土沿堆土板滑下，由装没在堆土板下方的皮带运输器卸至机器一侧。皮带运输器由一马达带动，其运行的方向与挖沟机的开行方向垂直。,2022/12/4,41,沟槽开挖宽度与土斗宽度相同。为加大开挖宽度，可在土斗两旁各装设一铸钢制的括耳，使开挖宽度由0.8m加大至1.1m。如要增

34、加挖深，可更换较长的斗架。 挖沟机开挖的沟槽断面一般为直槽，但更换工作装置(图1-23)后，也可挖成梯形槽。 轮斗式与链斗式挖沟机的主要区别，在于前者的土斗是固定在圆形的斗轮上，斗轮旋转使土斗连续挖土。当土斗旋升到斗轮顶点时，土即卸至皮带运输器上被运出卸在沟槽一侧。斗轮通过钢索升降改变挖土深度。 当地面具有较大横向坡度时，采用可调节轮轴的挖沟机(图1-24)。 (二)挖沟机的生产率计算 挖沟机的生产率为： (m3/h) (1-38),2022/12/4,42,式中 Q挖构机的生产率； K充土斗充盈系数； K松土的可松性系数； K土的开挖难易程度系数； K时时间利用系数； n土斗每分钟挖掘次数；

35、 q土斗容量(L)。 在一定的土质条件下，提高生产率的主要途径是加快开挖时的行驶速度。但应考虑皮带远输器的运送能力是否能及时将土方卸出。 三、推土机及其工作 推土机操作灵活、运行方便、所需工作面较小，既可挖土又可作短距离运土，适用于切土深度不大的场地整平，铲除腐殖土并运送到附近的卸土区；开挖深度不大于I5m的基坑；回填基坑和沟槽；平整其他机械卸,2022/12/4,43,置的土堆，运送松散的硬土和岩石以及砂石材料等。 推土机按其操纵机构的不同，分为液压操纵(图1-25)和钢丝绳操纵两大类型。 推土机的生产率由单位时间内的工作循环次数和每次的推土量所决定，用下式表示： (m3/h) (1-39)

36、式中 P推土机的生产率； V每次推土的体积(m)； K时时间利用系数； T每班小时数； t推土机每一工作循环的时间(s); K松土的可松性系数。 每次推土的体积V，可由下列计算：,2022/12/4,44,式中 L推土器的长度(m)； H推土器沿着弦长的高度(m)； 土的自然倾斜角(度)； K耗损推土体积土方漏损系数。 推土器运土的体积一般为0.752m3。其生产率与推土机性能、土的类别及运距有关。 四、铲运机及其工作 铲运机是平整场地中使用最广泛的一种土方机械，构造如图1-26，该机操纵简便灵活，不需其他机械配合，能综合完成铲土、运土、卸土、填筑、压实等多项工序、行驶速度较快，适用于大面积场

37、地平整，开挖大面积浅基坑和沟槽，填筑堤坝等挖运土方工程。 铲运机按行走方式不同，分为自行式和拖式两类。自行式铲运机运行速度快，适用于8003500m的运距。拖式铲运机适用于80800m的运距，以600m以内较适宜， 当运距为200350m时效率最高，如采用双联铲运或挂大外铲运时，运距可增至l000m。,2022/12/4,45,五、液压挖掘装载机 液压挖掘装载机是装有数种不同功能的工作装置的施工机械(图1-27)，如反向铲土、装载、起重、推土等。 常用的反铲的斗容量为0.2m：，最大挖深4m，最大回转角度180。，故常用于中、小型管道沟槽的开挖。 常用的装载斗容量为0.6m s，最大提升高度4

38、.2m，用于场地平整，清除树根、块石等作业。 这种小型机械是液压传动的，机身结构紧凑，动作灵活，适用于一般大型机械不能适应的施工场地。,2022/12/4,46,第四节 沟槽支撑,一、支撑的目的和要求 支撑是防止沟槽土壁坍塌的一种临时性挡土结构，由木材或钢材做成。支撑的荷裁就是原土和地面荷载所产生的侧土压力。沟槽支撑与否应根据土质、地下水情况、槽深、槽宽、开挖方法、排水方法、地面荷载等因素确定。一般情况下，沟槽土质较差、深度较大而又挖成直槽时，或高地下水位砂性土质并采用表面排水措施时，均应支设支撑。支设支撑可以减少挖方量和施工占地面积，减少拆迁。但支撑增加材料消耗，有时影响后续工序的操作。 支

39、撑结构应满足下列要求： 1牢固可靠，进行强度和稳定性计算和校核。支撑材料要求质地和尺寸合格，保证施工安全。,2022/12/4,47,2.在保证安全的前提下，节约材料，宜采用工具式钢支撑。 3、便于支设和拆除及后续工序的操作。 为了做到上述要求，支撑材料的选用、支设和使用过程，应严格遵守施工操作规程。 二、支撑种类及其适用条件 支撑形式有横撑、竖撑和板桩撑等。依靠各杆件的压力和摩擦力连接起来，横撑分疏撑和密撑两种。琉撑是撑板之间有间距，分单板撑、井字撑和稀撑等；密撑是各撑板间密接铺设。根据土压力和土的密实程度选用支撑的形式，有时可在沟槽的上部设琉撑，下部设密撑。 横撑(因1-28)用于土质较好

40、，地下水量较小的沟槽。随着沟槽逐渐挖深而分层铺设，支设容易，但在拆除时首先拆除最下层的撑板和撑杠，施工不安全。,2022/12/4,48,竖撑(图1-29)用于土质较差，地下水较多或有流砂的情况下。竖撑的特点是撑板可在开槽过程中先于挖土插人土中，在回填以后再拔出，因此，支撑和拆撑都较安全。 撑板分木撑板和金属撑板两种，木撑板不应有纹裂等缺陷。常用的是金属撑板(图1-30)，由钢板焊接于槽钢上拼成，槽钢间用型钢连系加固。金属撑板每块长有2、4、6m等种类。 立柱和横扛通常采用槽钢。 撑杠由撑头和圆套管组成如图l-3l所示。撑头为一丝杠，以球铰连接于撑头板，带柄螺母套于丝杠。应用时，将撑头丝扛插入

41、圆套管内，旋转带柄螺母，柄把止于套管端，而丝杠伸长，则撑头板就紧压立柱，使撑板固定。丝杠在套管内的最短长度应为20cm，以保证安全。这种工具式撑杠的优点是支设方便，而且可更换圆套管长度，适用于各种不同的槽宽。,2022/12/4,49,板桩撑是将桩板垂直地打人槽底下一定深度，如图1-32所示。 目前常用钢板桩为槽钢或工字钢或用特制的钢板桩(图l-33)。根据不同的要求，钢板桩应有多种系列和规格。桩板的断面模数与每m质量之比值愈大，使用性能愈好。 桩板与桩板之间一般采用啮口连接，以提高板桩撑的整体性和水密性。 采用特殊断面桩板的目的是为了提高桩板间的啮合作用，或为了提高桩板的惯性矩，或上述两者兼

42、合。由于桩板打人土中，板桩按悬臂结构支承。从结构上说，板校撑可以不设横板与撑杠。但是，如果桩板入土深度不足，仍应辅之以横板与撑杠，在桩饭项部加一横条，用水平锚杆固定在土壁中。,2022/12/4,50,桩板在沟槽开挖之前用打桩机打人土中。因此，板桩撑在构槽开挖及其以后各工序施工中，始终起保证安全的作用。桩校的啮合和深人槽底一定长度可以延长地下水的渗径，有效地阻止流砂渗入。在各种支撑中，板桩撑是安全度最高的支撑。因此在弱饱和土层中，经常采用板桩撑。 三、支撑的计算 根据实测资料表明，在排除地下水的情况下，作用在支撑上的压力分布如图1-34，其中为土的密度，Ea为主动土压力系数，为土的内摩擦角，H

43、为深度，c为土的粘聚力，b为撑板宽度。 支撑计算包括确定撑板、立柱(或横木)和撑杠尺寸。 (一)撑板的计算,2022/12/4,51,撑板按简支梁计算，如图1-35所示： 计算跨度等于立柱或横木的间距l1,每段撑板的宽度为b，所承受的均布载荷等于Pb KN/m,其中P是侧土压力，对砂取0.8Htg2(45-/2),对软粘土取H-4c. 撑板的最大弯矩： (1-41) 撑板的抵抗矩： (1-42) 因此，撑板的最大弯曲应力为： (1-43),2022/12/4,52,式中 W材料容许弯曲应力。 (二)立柱计算 立柱所受的荷载q等于撑板所传递的侧土压力，反力R，如图1-36所示。计算时，假设在支座

44、(横撑)处为简支粱，再算出最大弯矩，并校核最大弯曲应力。 (三)撑扛计算 撑杠所受的荷载等于简支立柱或横木的反力，按压杆进行强度和稳定计算。 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结构进行校核。如支撑构件应力过大，可适当增加立柱和横撑的数目。现场施工常根据经验确定支撑构件尺寸。 木撑板般长26m,宽为2030cm，厚5cm。,2022/12/4,53,横木的截面尺寸一般为10152020cm(视槽宽而定)。立柱的截面尺寸为l0102020cm(视槽深而定)。槽深在4m以内时，立柱间距为1.5m左右，槽深46m，立柱间距在疏撑中为1.2m，密撑中1.5m；槽深610cm

45、，立柱间距1.51.2m。撑杠垂直间距一般为1.21.0m。 四、支撑的设置和拆除 挖槽到一定深度或到地下水位以上时，开始支没支撑，然后逐层开挖逐层支没。支设程序一般为：首先支设撑板并要求紧贴槽壁，而后安设立柱(或横木)和撑扛，必须横平竖直支设牢固。竖撑支设过程为：将撑板密徘立贴在槽壁，再将横木在撑板上下两端支设并加撑杠固定。然后随着挖土，撑板底瑞高于槽底，再逐块将撑板锤打到槽底。根据土质，每次挖深5060cm，将撑板下锤一次。撑板锤至槽底徘水沟底为止。下锤撑板每到1.21.5m，再加撑杠一道。,2022/12/4,54,施工过程中，更换立柱和撑杠位置，称倒撑。当原支撑妨碍下一工序进行，原支撑

46、不稳定，一次拆撑有危险；或因其他原因必须重新安设 支撑时，均因倒撑。 在施工期间，应经常检查槽壁和支撑的情况，尤其在流砂地段或雨后，更应检查。如支撑各部件有弯曲、倾斜、松动时，应立即加固，拆换受损部件。如发现槽壁有塌方预兆。应加设支撑而不应倒拆支撑。 沟槽内工作全部完成后，才可将支撑拆除。拆撑与构槽回填同时进行，边填边拆。拆撑时必须注意安全，继续排除地下水，避免材料损耗。遇撑扳和立木较长时可在还土后或倒撑后拆除。,2022/12/4,55,第五节 土方回填,一、沟槽和基坑回填及回填土密实度测定 沟槽和基坑回填应在管道验收合格后进行。及早回填可保障已修建工程酌正常位置避免土方坍塌，而且尽早恢复地

47、面原状。 沟槽回填时，回填土的质量一部分由管子承受。如提高管道两侧(胸腔)和管顶的回填土密实度，可以减少管顶垂宜土压力。根据经验，构槽各部位的回填土密实度见图l-37。胸腔及管顶及管顶以上50cm范围内的土密实度不小于95。 基坑回填的密实度一般为8090。 二、夯实机具 土方回填常采用如下机具。,2022/12/4,56,(一)蛙式夯 由夯头架、拖盘、电动机和传动减速机构组成(图l-38)。该机具轻便、构造简单目前广泛使用。 夯土时电动机经皮带轮二级减速，使偏心块转动，从而使摇杆绕拖盘上的连接铰转动，使拖盘上下起落。夯头架也产生惯性力，使夯板作上下运动，夯实土方。同时，由于惯性作用，蛙式夯自

48、动向前移动。夯土时，根据密实度要求及土的含水量，由试验确定夯土制度。功率2.8kW蛙式夯，在最佳含水量条件下，铺土厚20cm，夯击34遍，即可达到回填土密实度95左右。 (二)内燃打夯机 又称“火力夯”，由燃料供给系统，点火系统、配气机构、夯身夯足、操纵机构等部分组成(图1-39)。,2022/12/4,57,这种打夯机在启动比需将机身抬起，使缸内吸人空气，雾化的燃油和空气在缸内混合，然后关闭气阀，靠夯身下落将混合气压缩并经磁电机打火将其点燃。混合气在缸内燃烧所产生的能量推动活塞，使夯轴和夯足作用于地面。在冲击地面后，夯足跳起，整个打夯机也离开地面，夯足的上升动能消尽后，又以自由落体下降，夯击

49、地面。 火力夯夯实构槽、基坑、墙边墙角还土比较方便。 (三)履带式打夯机 履带式打夯机(图1-40)用履带式起重机提升重锤，锤形有梨型和方型等种，夯锤重量14t，夯击高度.55m。夯实土层的厚度每层最大可达300cm，它适用于沟槽上部夯实或大面积夯土工作。 (四)压路机 填土工程中还常采用轻型压路机，压实上层填土时使用，工效较高。 三、回填施工,2022/12/4,58,回填土施工包括还土、摊平、夯实、检查等几个工序。 还土一般用沟槽或基坑原土。在土中不应含有粒径大干30mm的砖块；粒径较小的石子含量不应超过10。间填土土质应保证回填密实。不能采用淤泥土、液化状粉砂、细砂、粘土等回填。当原土属

50、于上类土时，应换土回填。 回填土应具有最佳含水量。高含水量原土可采用晾晒或加白灰掺拌使其达到最佳合水量。低含水量原土则应洒水。当采取各种措施降低或提高含水量的费用较换土费用高时，则应换土回填。有时，在市区繁华地段，交通要道、交通枢纽处回填，或为了保证附近建筑物安全，或为了当年修路，可将道路结构以下部分由砂石、矿渣等换土回填。,2022/12/4,59,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事故。采用明沟排水，还土从两相邻集水井的分水处开始向集水井延伸。不应带水回填。雨季施工时，必须及时回填。为了防止产生浮管事故，回填时也可在管内灌水。 应该根据构筑物和管道的不同特点，确定回