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1、1,第1章 土方工程施工,2,1.1 土的工程分类及其工程性质,1.2 基坑（槽）的土方开挖,1.3 土方填筑与压实,1.5 人工降低地下水位,1.4 土方工程机械化施工,本 章 内 容,3,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。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；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；次坚石、坚石和特坚硬石一般要用爆破方法施工。土的工程分类与现场鉴别方法见表1.1所示。,1.1 土的分类及工程物理性质,1.1.1 土的分类与鉴别,4,表1.1 土的工程分类与现
2、场鉴别方法,5,6,土的含水量：土中水的质量与固体颗粒质量之比的百分率。,1.1.2 土的工程性质,一、 土的含水量,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。,(1.1),7,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：,二、 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。,(1.2),8,干密度: 土的固体颗粒质
3、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。,(1.3),9,三、 土的可松性系数,土的可松性：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表示，即,(1.4),(1.5),10,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
4、表1.1所示。,11,四、 土的渗透性,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。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。土的渗透系数见表1.2所示。,12,表1.2 土的渗透系数参考表,13,1.2 土 方 计 算,1.2.1 基坑与基槽土方量计算,基坑土方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1.1)。即,(1.6),14,基槽土方量计算可沿长度方向分段计算(图1.2)：,将各段土方量相加即得总土方量：,(1.7),(1.8),15,1.2.2
5、 场地平整土方计算,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。,16,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)，如图1.3所示。,17,18,(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
6、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：,(1.9),19,(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1.4)。,20,零点位置按下式计算：,(1.10),21,(4) 计算方格土方工程量 按方格底面积图形和表1.3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1.6中、)，另一种为三角棱柱体(
7、图1.6中)。,22,23,A三角棱锥体边坡体积,(1.11),24,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,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。,(1.12),(1.13),25,1.2.4 土方边坡与土壁支撑,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。造成土壁塌方的主要原因有：,边坡过陡，使土体本身稳定性不够，尤其是在土质差、开挖深度大的坑槽中，常引起塌方。 雨水、地下水渗入基坑，使土体重力增大及抗剪能力降低，是造成塌方的主要原因。基坑(槽)边缘附近大量堆土，或停
8、放机具、材料，或由于动荷载的作用，使土体产生的剪应力超过土体的抗剪强度,26,一、 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。,27,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
9、成直立壁加支撑。,28,二、 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。,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。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1.12)。,(1) 横撑式支撑,29,30,(2) 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：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；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；可以防止基坑附近建
10、筑物基础下沉。,31,钢板桩又可分平板桩和波浪式板桩两类。平板桩(图1.13(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；波浪式板桩（图1.13(b)）的防水和抗弯性能都较好，施工中多采用。,钢板桩施工,32,33,1.3 填土与压实,1.3.1 填土的要求,填土的土料应符合设计要求。 含有大量有机物、石膏和水溶性硫酸盐(含量大于5%)的土以及淤泥、冻土、膨胀土等，均不应作为填方土料；以粘土为土料时，应检查其含水量是否在控制范围内，含水量大的粘土不宜作填土用；一般碎石类土、砂土和爆破石渣可作表层以下填料，其最大粒径不得超过每层铺垫厚度的2/3。,34,填土应按整个宽度水
11、平分层进行，当填方位于倾斜的山坡时，应将斜坡修筑成12阶梯形边坡后施工，以免填土横向移动，并尽量用同类土填筑。回填施工前，填方区的积水采用明沟排水法排除，并清除杂物。,35,1.3.2 土的压实方法,填土的压实方法一般有碾压、夯实、振动压实等几种。 碾压法是靠沿填筑面滚动的鼓筒或轮子的压力压实填土的，适用于大面积填土工程。碾压机械有平碾(压路机)、羊足碾、振动碾和汽胎碾。碾压机械进行大面积填方碾压，宜采用“薄填、低速、多遍”的方法。 夯实方法是利用夯锤自由下落的冲击力来夯实填土，适用于小面积填土的压实。夯实机械有夯锤、内燃夯土机和蛙式打夯机等。,36,1.3.3 填土压实的影响因素,填土压实的
12、主要影响因素为压实功、土的含水量以及每层铺土厚度。 一、 压实功的影响 填土压实后的密度与压实机械在其上所施加功的关系见图1.33。,37,二、 含水量的影响 填土含水量的大小直接影响碾压(或夯实)遍数和质量。 较为干燥的土，由于摩阻力较大，而不易压实；当土具有适当含水量时，土的颗粒之间因水的润滑作用使摩阻力减小，在同样压实功作用下，得到最大的密实度，这时土的含水量称做最佳含水量(图1.34)。,38,39,三、 铺土厚度的影响 在压实功作用下，土中的应力随深度增加而逐渐减小(图1.35)，其压实作用也随土层深度的增加而逐渐减小。 各种压实机械的压实影响深度与土的性质和含水量等因素有关。 对于
13、重要填方工程，其达到规定密实度所需的压实遍数、铺土厚度等应根据土质和压实机械在施工现场的压实试验决定。若无试验依据应符合表1.8的规定。,40,41,表1.8 填土施工时的分层厚度及压实遍数,42,1.3.4 填土质量检查,填土压实后必须要达到密实度要求，填土密实度以设计规定的控制干密度d(或规定的压实系数)作为检查标准。 土的控制干密度与最大干密度之比称为压实系数。土的最大干密度乘以规范规定或设计要求的压实系数，即可计算出填土控制干密度d的值。 土的实际干密度可用“环刀法”测定。填方施工结束后，应检查标高、边坡坡度、压实程度等。,43,一、 推土机 按行走的方式，可分为履带式推土机和轮胎式推
14、土机。 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。,1.4 土方机械化施工,1.4.1 常用土方施工机械,44,二、 铲运机 按行走方式分为牵引式铲运机和自行式铲运机；按铲斗操纵系统分，有液压操纵和机械操纵两种。 为了提高铲运机的生产效率，可以采取下坡铲土、推土机推土助铲等方法，缩短装土时间，使铲斗的土装得较满。 助铲法：根据填、挖方区分布情况，结合当地具体条件，合理选择运行路线，提高生产率。一般有环形路线和“8”字形路线两种形式。 环形路线 见图1.23“8”字形路线 见图1.24,45,46,47,三、 单斗挖土机 单斗挖土机按工作装置不同，可分为正铲、
15、反铲、拉铲和抓铲四种(图1.25)。 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。,48,49,(1) 正铲挖土机 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： 正向挖土，侧向卸土(图1.26(b) 正向挖土，反向卸土(图1.26(a),50,51,(2) 反铲挖土机 反铲挖土机的工作特点是机械后退行驶，铲斗由上而下强制切土，用于开挖停机面以下的一至三
16、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。 反铲挖土机的开行方式有沟端开挖和沟侧开挖两种。 沟端开挖(图1.28(a)反铲挖土机停在沟端，向后退着挖土。 沟侧开挖(图1.28(b)挖土机在沟槽一侧挖土，挖土机移动方向与挖土方向垂直。,52,53,(3) 拉铲挖土机 拉铲挖土机工作时利用惯性，把铲斗甩出后靠收紧和放松钢丝绳进行挖土或卸土，铲斗由上而下，靠自重切土，可以开挖一、二类土壤的基坑、基槽和管沟等地面以下的挖土工程，特别适用于含水量大的水下松软土和普通土的挖掘。拉铲开挖方式与反铲相似，可沟端开挖，也可沟侧开挖。(4) 抓铲挖土机 抓
17、铲挖土机主要用于开挖土质比较松软，施工面比较狭窄的基坑、沟槽、沉井等工程，特别适于水下挖土。土质坚硬时不能用抓铲施工。,54,一、 土方机械选择的原则 施工机械的选择应与施工内容相适应；土方施工机械的选择与工程实际情况相结合；主导施工机械确定后，要合理配备完成其他辅助施工过程的机械；选择土方施工机械要考虑其他施工方法，辅助土方机械化施工。,1.4.2 土方机械的选择,55,二、 土方开挖方式与机械选择 (1) 平整场地常由土方的开挖、运输、填筑和压实等工序完成。 地势较平坦、含水量适中的大面积平整场地，选用铲运机较适宜。 地形起伏较大，挖方、填方量大且集中的平整场地，运距在1000m以上时，可
18、选择正铲挖土机配合自卸车进行挖土、运土，在填方区配备推土机平整及压路机碾压施工。挖填方高度均不大，运距在100m以内时，采用推土机施工，灵活、经济。,56,(2) 地面上的坑式开挖 单个基坑和中小型基础基坑开挖，在地面上作业时，多采用抓铲挖土机和反铲挖土机。抓铲挖土机适用于一、二类土质和较深的基坑；反铲挖土机适于四类以下土质，深度在4m以内的基坑。(3) 长槽式开挖 指在地面上开挖具有一定截面、长度的基槽或沟槽，适于挖大型厂房的柱列基础和管沟，宜采用反铲挖土机；若为水中取土或土质为淤泥，且坑底较深，则可选择抓铲挖土机挖土。若土质干燥，槽底开挖不深，基槽长30m以上，可采用推土机或铲运机施工。地
19、面上的坑式开挖,57,(4) 整片开挖 对于大型浅基坑且基坑土干燥，可采用正铲挖土机开挖。若基坑内土潮湿，则采用拉铲或反铲挖土机，可在坑上作业。(5)对于独立柱基础的基坑及小截面条形基础基槽的开挖，则采用小型液压轮胎式反铲挖土机配以翻斗车来完成浅基坑(槽)的挖掘和运土。,58,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。,1.5 人工降低地下水位,1.5.1 明沟排水法,明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。,59,施工方法是，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
20、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(见图1.16)。明沟排水法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。,60,61,流砂：当开挖深度大、地下水位较高而土质为细砂或粉砂时，如果采用集水井法降水开挖，当挖至地下水位以下时，坑底下面的土会形成流动状态，随地下水涌入基坑，这种现象称为流砂。,流砂现象,62,如果土层中产生局部流砂现象，应采取减小动水压力的处理措施，使坑底土颗粒稳定，不受水压干扰。其方法有：如条件许可，尽量安排枯水期施工，使最高地下水位不
21、高于坑底0.5m； 水中挖土时，不抽水或减少抽水，保持坑内水压与地下水压基本平衡； 采用井点降水法、打板桩法、地下连续墙法防止流砂产生。,63,井点降水：基坑开挖前，在基坑四周预先埋设一定数量的滤水管(井)，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，直至土方和基础工程施工结束为止。 井点降水有两类：一类为轻型井点(包括电渗井点与喷射井点)；另一类为管井点(深井泵)。,1.5.2 井点降水法,64,(1) 轻型井点,轻型井点(图1.17)就是沿基坑周围或一侧以一定间距将井点管(下端为滤管)埋入蓄水层内，井点管上部与总管连接，利用抽水设备将地下水经滤管进入井管，
22、经总管不断抽出，从而将地下水位降至坑底以下。 轻型井点法适用于土壤的渗透系数为0.150m/d的土层中；降低水位深度：一级轻型井点36m，二级井点可达69m。,65,66,轻型井点设备由管路系统和抽水设备组成。管路系统包括滤管、井点管、弯联管及总管等。 滤管(图1.18)为进水设备，其构造是否合理对抽水设备影响很大。,67,轻型井点的布置 当基坑或沟槽宽度小于6m，水位降低深度不超过5m时，可用单排线状井点布置在地下水流的上游一侧，两端延伸长度一般不小于沟槽宽度(图1.19)。,68,在考虑到抽水设备的水头损失以后，井点降水深度一般不超过6m。井点管的埋设深度H(不包括滤管)按下式计算(图1.
23、19(b)：,式中 H1井点管埋设面至基坑底的距离，m； h基坑中心处坑底面(单排井点时，为远离井点一侧坑底边缘)至降低后地下水位的距离，一般为0.51.0m； i地下水降落坡度；环状井点为1/10，单排线状井点为1/4； L井点管至基坑中心的水平距离(单排井点中为井点管至基坑另一侧的水平距离)，m。,(1.14),69,如宽度大于6m或土质不定，渗透系数较大时，宜用双排井点，面积较大的基坑宜用环状井点(图1.20)；为便于挖土机械和运输车辆出入基坑，可不封闭，布置为U形环状井点。,70,当一级井点系统达不到降水深度时，可采用二级井点，即先挖去第一级井点所疏干的土，然后在基坑底部装设第二级井点
24、，使降水深度增加（图1.21）。,71,轻型井点的安装 轻型井点的施工分为准备工作及井点系统安装。 准备工作包括井点设备、动力、水泵及必要材料准备，排水沟的开挖，附近建筑物的标高监测以及防止附近建筑沉降的措施等。埋设井点系统的顺序：根据降水方案放线、挖管沟、布设总管、冲孔、下井点管、埋砂滤层、粘土封口、弯联管连接井点管与总管、安装抽水设备、试抽。 井点管的埋设一般用水冲法施工，分为冲孔(图1.22(a)和埋管(图1.22(b)两个过程 。,72,73,轻型井点使用 轻型井点运行后，应保证连续不断地抽水。 井点淤塞，一般可以通过听管内水流声响、手摸管壁感到有振动、手触摸管壁有冬暖夏凉的感觉等简便方法检查。 地下基础工程(或构筑物)竣工并进行回填土后，停机拆除井点排水设备。,
