第一章-土方工程-《建筑施工技术》(第二版)中国电力出版社-张长友-白锋-主编--周兆银-副主编.ppt

石岩主讲教师,第一章,土方工程,学习要点,土方工程是建筑工程施工中主要分部工程之一，任何一项建筑工程施工都是从土方工程开始的。主要内容：土的分类及工程性质、土方量计算、填土压实方法、深基坑施工、施工辅助工作、土方机械化施工及土方工程质量验收；学习重点：土方工程量计算、填土压实的质量检查、井点降水；学习难点：深基坑边坡稳定及支护结构。,学习要求:了解土的分类及其工程性质；掌握基坑(槽)、场地平整土石方工程量的计算方法；了解土壁塌方和发生流砂现象的原因及防止方法；熟悉常用土方施工机械的特点、性能、适用范围及提高生产率的方法；掌握回填土施工方法及质量检验标准；掌握人工降低地下水位方法及轻型井点降水设计。,1.2土方工程量计算,1.3施工准备与辅助工作,1.5基坑(槽)施工,1.4土方机械化施工,1.6填土与压实,1.7地基局部处理,1.8质量标准及安全技术,本章作业,End,本章内容,1.1概述,根据土方工程的施工内容与方法不同，土方工程分类有以下几种：场地平整将天然地面改造成设计要求的平面，其土方工程施工面积大，土方工程量大。基坑（槽）开挖基坑（槽）开挖指开挖宽度在3m以内，长宽比不小于3的基槽或长宽比小于3、底面积在20m2以内的基坑进行的土方开挖工程。基坑（槽）回填基础完成后，应分层回填，且保证回填土具有一定的压实密度，以避免建筑物产生不均匀沉降。,1.1概述,1.1.1土方工程分类,点击播放基坑开挖video,工程量大，施工工期长，劳动强度高；施工条件复杂，又多为露天作业，受地区气候条件、地质和水文条件的影响很大，难以确定的因素较多；受场地限制，土方的开挖与土方的留置、存放都受到施工场地限制，特别是城市内施工，场地狭窄，周围建筑物多，限制尤为突出。,1.1.2土方施工特点,土的种类繁多，其分类方法也很多，如按土的沉积年代、按颗粒级配、按密实度、按液性指数分类等(见补充的相关土力学知识)。在建筑工程施工中，按土的开挖难易程度将土分为八类：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。土的工程分类与现场鉴别方法见表1.1所示。,1.1.3土的分类与鉴别,表1.1土的工程分类与现场鉴别方法,补充相关土力学知识土的工程分类,按沉积土层的应力历史分类（先期固结压力与竖向有效自重应力比较来确定土的类型），把土分为3大类：正常固结土、超固结土、欠固结土。,天然土层在历史上所经受过最大的固结压力（指土体在固结过程中所受的最大有效压力），称为先（前）期固结压力。正常固结土层在历史上所经受的先期固结压力等于现在覆盖土重（竖向有效自重应力）；超固结土层历史上曾经受过大于现有覆盖土重的先期固结压力；欠固结土层的先期固结压力小于现有覆盖土重。,按颗粒大小分类，把土分为6大类：根据界限粒径200，20，2，0.075，0.005mm把土粒分为6大类。,按地基基础设计规范分类，把土分为6大类：岩石、碎石土、砂土、粉土、粘性土和人工填土。,几个名词,界限含水量是指土从一种状态过渡到另外一种状态的含水量。随着含水量的变化土体呈不同的状态。液态与塑态之间分界的含水量为液限；塑态与半固态之间分界的含水量为塑限；半固态与固态之间分界的含水量为缩限。,塑性指数为土的液限与塑限的差值。土粒越细，粘粒含量越多，其比表面积也越大，与水作用和进行交换的机会越多，塑性指数也越大。,液性指数为土的含水量与塑限之差除以塑性指数，液性指数反映粘性土天然状态的软硬程度，液性指数越大土体越软。,人工填土可分为素填土、杂填土、冲填土和压实填土四类。,土的含水量：土中水的质量与固体颗粒质量之比的百分率。,1.1.4土的工程性质,1.1.4.1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),通常情况下，w5%的为干土；5%30%的为湿土。,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：,1.1.4.2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),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。,(1.3),1.1.4.3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,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。,(1.4),(1.5),土的最初可松性系数KS是计算开挖工程量、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土方调配、回填所需挖土工程量的主要参数，各类土的可松性系数见表1.1所示。,例题,【例1.1】已知某基坑体积V=581.3m3，土的KS=1.20，KS=1.10。挖出土用装载量为4m3/每车的汽车运走，求所需车次。【例1.2】某工程需回填土的体积为120m3，所取土的KS=1.20，KS=1.03。求所取土的工程量。,【例1.3】已知基坑体积2000m3，基础体积1200m3，土的最初可松性系数1.14，最后可松性系1.05,问应预留多少回填土（自然状态下）？,预留夯实土：2000-1200=800m3；预留原土：800/1.05=762m3；外运原土：2000-762=1238m3；外运松土：12381.14=1412m3。,1.1.4.4土的渗透性,水力梯度：指实际液体流动的总水头沿程下降的坡度。I=h/L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k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。,单位时间内水穿透土体的速度（V=KI）,表1.2土的渗透系数参考表,1.1.4.5土的压缩性,土的压缩性是指土在压力的作用下体积变小的性质。一般土的压缩率见表1.3,1.2土方工程计算,在土方工程施工之前，通常要计算土方的工程量。但土方工程的外形往往很复杂，不规则，要得到精确的计算结果很困难。一般情况下，都将其假设或划分成为一定的几何形状，并采用具有一定精度而又和实际情况近似的方法进行计算。,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,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。,(1.6),基槽土方量计算可沿长度方向分段计算(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：,(1.7),(1.8),1,1.2.2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。,初定标高（按挖填平衡）,方法：将场地划分为每格边长1040m，通常采用20m的方格网，找出每个方格各个角点的地面标高（实测法、等高线插入法）。,计算角点地面标高,插入法：根据地形图上所标的等高线，假定两等高线间的地面坡度按直线变化，用插入法求出各方格角点的地面标高，如图等高线44.0-44.5间角点4的地面标高H4。,图解法：以等高线与方格边线交点为区域，画出垂直等高线的平行等分线，等分距离为方格边线上的相临两点高差。如图：H4=44.50-0.16=44.34米。,说明：x、L值用比例尺在图中量去。,理想的设计标高，应该使场地内的土方在平整前和平整后相等而达到填挖平衡：H0na2=【a2（H11+H12+H21+H22）/4】则场地初定标高：H0=（H11+H12+H21+H22）/4nH11、H12、H21、H22一个方格各角点的自然地面标高；n方格个数。或：H0=（H1+2H2+3H3+4H4）/4nH1一个方格所仅有角点的标高；H2、H3、H4分别为两个、三个、四个方格共用角点的标高。,调整场地初定标高按泄水坡度、土的可松性、就近借弃土等调整。按泄水坡度调整各角点设计标高：,双向排水时，任意点点设计标高为：,Hn=H0Li,Hn=H0LxixLyiy,单向排水时，任意点设计标高为:,H0,Hn,Hn,【例1.4】某建筑场地方格网、地面标高如图,格边长a=20m。泄水坡度ix=2，iy=3，不考虑土的可松性的影响，确定方格各角点的设计标高。,解：（1）初步设计标高（场地平均标高）H0=（H1+2H2+3H3+4H4）/4n=70.09+71.43+69.10+70.70+2（70.40+70.95+69.71+）+4（70.17+70.70+69.81+70.38）/（49）=70.29（m）,70.09,（2）按泄水坡度调整设计标高：,Hn=H0LxixLyiy；H1=70.29302+303=70.32,H2=70.29102+303=70.36,H3=70.29+102+303=70.40,其它见图,按土的可松性、就近借弃土等调整。,考虑土的最终可松性，需要提高设计标高；考虑场外取土或弃土时，相应提高或降低设计标高。,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)。,(1.9),1.2.3场地土方量计算,1.2.3.1方格网法,场地各方格的土方量，一般可分为下述几种不同类型进行计算：,全挖（全填）方格,两挖和两填方格,-,三挖一填（或三填一挖）方格,-,一点填方或挖方,H1,H2,H3,H1,H3,O,O,全填或全挖,锥体部分为填方,H2,h1,h2,h3,h2,h1,h3,o,o,1.2.3.2方格网法计算场地平整土方量步骤为：场地网格划分实测或计算网格角点的自然地面标高根据“填挖平衡”原则，求出理想初始标高考虑排水等因素，调整初始标高绘制方格网图(6)计算场地各个角点的施工高度(7)计算“零点”位置，确定零线(8)计算方格土方工程量(9)边坡土方量计算(10)计算土方总量,(5)绘制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。,(6)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)。,(1.9),(7)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)。,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;,(1.10),a方格网的边长，m。,确定零点的办法也可以用图解法，如图1.5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。,(8)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。(9)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(图1.6中)。,表1.3常用方格网点计算公式,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,A1=h2(mh2)/2；h2角点的挖土高度；m边坡的坡度系数，m=宽/高。,(1.11),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。,(10)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),【例1.5】某建筑场地方格网如图1.7所示，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1.8中。由公式1.9得：h1=251.50-251.40=0.10h2=251.44-251.25=0.19h3=251.38-250.85=0.53h4=251.32-250.60=0.72h5=251.56-251.90=-0.34h6=251.50-251.60=-0.10h7=251.44-251.28=0.16h8=251.38-250.95=0.43h9=251.62-252.45=-0.83h10=251.56-252.00=-0.44h11=251.50-251.70=-0.20h12=251.46-251.40=0.06,(2)计算零点位置。从图1.8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。如图1.9，、按三角棱柱体计算外，其余均按三角棱锥体计算，依式1.11、1.12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),总结：场地平整土方量的计算步骤,1、确定要平整的场地形状，划分方格网（a）；,2、测定各方格角点原地面标高(Hx);,3、计算场地设计标高(H0)；,4、修正各方格角点设计标高（Hn）;,6、计算各方格角点的施工高度（hx）;,7、计算零点、绘制零线；,8、确定填、挖方区，计算土方量；,9、边坡土方量计算；,5、绘制方格网图;,10、计算土方总量。,1.2.3.2断面法,自行阅读,1.2.4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。调配方案确定后，绘制土方调配图(如图1.10)。在土方调配图上要注明挖填调配区、调配方向、土方数量和每对挖填之间的平均运距。图中的土方调配，仅考虑场内挖方、填方平衡。W为挖方，T为填方。,土方的调配步骤,（1）找出零线，画出挖方区、填方区；（2）划分调配区注意：1）位置与建、构筑物协调，且考虑开、施工顺序；2）大小满足主导施工机械的技术要求；3）与方格网协调，便于确定土方量；4）借、弃土区作为独立调配区。,B1,B2,B3,划分调配区示例,（3）找各挖、填方区间的平均运距（即土方重心间的距离）可近似以几何形心代替土方体积重心,（4）列挖、填方平衡及运距表,（5）调配方法：最小元素法就近调配。顺序：先从运距小的开始，使其土方量最大。,n列,m行,400,500,500,300,100,100,结果：所得运输量较小，但不一定是最优方案。（总运输量97000m3m)（6）画出调配图（略）,调配方案的优化,自行阅读,调配方案的优化（线性规划中表上作业法）（1）确定初步调配方案（如上）要求：有几个独立方程土方量要填几个格，即应填m+n-1个格，不足时补“0”。如例中：m+n-1=3+4-1=6，已填6个格，满足。（2）判别是否最优方案用位势法求检验数ij，若所有ij0，则方案为最优解。首先求出表中各个方格的假象价格系数Cij。有调配土方方格的假象价格系数Cij=Cij；无调配土方方格的假象价格系数用下式计算：,n列,m行,400,500,500,300,100,100,假设价格系数求出后，按下式求出表中无调配土方方格的检验数：,n列,m行,-,+,+,+,+,+,方案调整调整方法：闭回路法。调整顺序：从负值最大的格开始。,1)找闭回路沿水平或垂直方向前进，遇适当的有数字的格转弯，直至回到出发点。,2）调整调配值从空格出发，在奇数次转角点的数字中，挑最小的土方数调到空格中。且将其它奇数次转角的土方数都减、偶数次转角的土方数都加这个土方量，以保持挖填平衡。,X12,(100),(0),(400),(400),对新调配方案，再进行检验，看其是否已是最优方案。如果检验数中仍有负数出现，那就仍按上述步骤继续调整，直到找出最优方案为止。上表检验数均为“+”，故该方案即为最优方案。其土方总运输量为：Z=40050+10070+50040+40060+10070+40040=94000（m3m）,1.3施工准备与辅助工作,1.3.1施工准备,(1)在场地平整施工前，应利用原场地上已有各类控制点，或已有建筑物、构筑物的位置、标高，测设平场范围线和标高。(2)对施工区域内障碍物要调查清楚，制订方案，并征得主管部门意见和同意，拆除影响施工的建筑物、构筑物；拆除和改造通讯和电力设施、自来水管道、煤气管道和地下管道；迁移树木。,(3)尽可能利用自然地形和永久性排水设施，采用排水沟、截水沟或挡水坝措施，把施工区域内的雨雪自然水、低洼地区的积水及时排除，使场地保持干燥,便于土方工程施工。(4)对于大型平整场地，利用经纬仪、水准仪，将场地设计平面图的方格网在地面上测设固定下来，各角点用木桩定位，并在桩上注明桩号、施工高度数值,以便施工。(5)修好临时道路、电力、通讯及供水设施，以及生活和生产用临时房屋。,1.3.2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。,防止边坡塌方的措施放足边坡，边坡的留置应符合规范的要求；在边坡上堆土方或材料以及使用施工机械时，应保持与边坡边缘有一定距离（当土质良好时，堆土或材料应距挖方边缘0.8m以外，高度不应超过1.5m；在软土地区开挖时，应随挖随运，以防由于地面加荷引起的边坡塌方。）；做好排水工作；采用措施进行坡面防护（塑料薄膜覆盖，水泥砂浆抹面、挂网抹面或喷浆）。,1.3.2.1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。,(d)踏步形边坡,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。,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，土袋、砌砖压坡法，喷混凝土法、土钉墙。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。,基坑边坡护面方法示意图,（d）土袋或砌石压坡护面,（c）钢丝网混凝土或钢筋混凝土护面,（a）薄膜或砂浆覆盖,（b）挂网或挂网抹砂浆护面,表1.4深度在5m内的基坑(槽)、管沟边坡的最陡坡度,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1.5的规定。,表1.5临时性挖方边坡值,1.3.2.2土壁支撑,当开挖基坑（槽）的土体含水量大而不稳定，或基坑较深，或受到周围场地限制而需用较陡的边坡或直立开挖而土质较差时，应采用临时性支撑加固；开挖宽度较大的基坑，当在局部地段无法放坡，或下部土方受到基坑尺寸限制不能放较大坡度时，应在下部坡脚采取加固措施，如采用短桩与横隔板支撑或砌砖、毛石或用编织袋、草袋装土堆砌临时矮挡土墙保护坡脚。一般沟槽、基坑、深基坑的支撑方法分别见下面表格。,一般沟槽的支撑方法,一般基坑的支撑方法,深基坑的支护方法,锚杆挖孔灌注桩挡墙护壁的形式,(点击播放video),地下连续墙施工工艺,地下连续墙：利用各种挖槽机械，借助于泥浆的护壁作用，在地下挖出窄而深的沟槽，并在其内浇注适当的材料而形成一道具有防渗（水）、挡土和承重功能的连续的地下墙体。,施工过程(点击播放flash),逆作法施工过程（点击播放flash）,施工过程(点击播放flash),逆作法施工过程（点击播放flash）,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。,1.3.3降低地下水位,1.3.3.1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。,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。,集水井降水（点击播放flash）,普通明沟排水法,1.排水明沟；2.集水井；3.离心式水泵；4.设备基础与建筑物基础边线；5.原地下水位线；6.降低后地下水位线,分层明沟排水法,1.层底排水沟；2.层底集水井；3.二层排水沟；4.二层集水井；5.水泵；6.原地下水位线；7.降低后地下水位线,要求：（1）排水沟：沿基坑底四周设置，底宽300mm，沟底低于坑底500mm，坡度1。（2）集水井：沿基坑底边角设置，间距2040m，直径0.60.8m，井底低于坑底12m。长期用，有护壁和碎石压底等滤水层。（3）水泵：离心泵、潜水泵、污水泵,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,流砂现象产生的原因：当基坑底挖至地下水位以下时，坑底的土就受到动水压力的作用。如果动水压力等于或大于土的浸水重度时，土粒失去自重处于悬浮状态，能随着渗流的水一起流动，带入基坑边发生流砂现象。,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。其防止方法有：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。,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)。对不同的土质应采用不同的降水形式，表1.6为常用的降水形式。,1.3.3.2井点降水法,表1.6降水类型及适用条件,(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，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。,轻型井点降水,点击播放video,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。,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)。井点管距离基坑壁一般不小于1.0m，井点管的间距应根据土质、降水深度、工程性质等确定，通常为0.8m、1.2m、1.6m或2.0m。,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1.19(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),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。,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，使降水深度增加（图1.21）。,轻型井点的计算,轻型井点计算的目的，是求出在规定的水位降低深度下，每天排出的地下水流量，从而确定井点管的数量、间距，并确定抽水设备等。步骤：a、确定井点系统的平面和竖向布置；b、计算井点系统涌水量；c、确定井点管数量和间距；d、校核水位降低数值；e、选择抽水设备和井点管的布置等。,地下含水构造的种类,计算涌水量Q：（环状井点系统）（1）判断井型（图）按照滤管与不透水层的关系：完整井到不透水层非完整井未到不透水层.按照是否承压水层：承压井无压井,水井的分类,1.承压完整井；2.承压非完整井；3.无压完整井；4.无压非完整井,（2）无压完整井群井井点计算（积分解）,Q1.364K(2HS)S/(lgRlgy0)（m3/d）K土层渗透系数（m/d）；H含水层厚度（m）；S水位降低值（m）；R抽水影响半径（m），R=1.95S(HK)1/2；y0环状井点系统的假想半径（m）；当长宽比A/B5时，y0=(A/)1/2，否则分块计算涌水量再累加。A井点系统所包围的面积。,（3）无压非完整井群井系统涌水量计算（近似解）,以有效影响深度H0代替含水层厚度H用上式计算Q。H0的确定方法：,注意：1、当H0值超过H时，取H0H；2、计算R时，也应以H0代入。,（4）承压完整井,Q2.73KMS/(lgRlgY0)（m3/d)M承压含水层厚度（m）,(5)井点管数量与井距的确定,单根井点管出水量由下式确定,式中：r滤管半径，m；l滤管长度，m；K渗透系数，m/d。,井点管数量由下式确定,式中：Q总涌水量，m3/d；q单井出水量，m3/d；,井点管间距由下式确定,式中：L总管长度，m。,例题：某基础施工，基坑宽8米，长12米，深4.5米，挖土边坡1：0.5，经地质勘察，天然地面以下为1米厚亚黏土，其下有8米厚的细砂层，细砂层的K=8m/d，在细砂层下为不透水的粉土层，地下水标高为-1.5米。拟采用轻型井点法降水，试进行井点系统的设计。,解：采用环型轻型井点系统。为使总管接近地下水位，表层土先挖除1米，则基坑上口尺寸为：11.5*15.5m2。则总管长度为：L=（11.5+2）+15.5+2）*2=62m(一）布置1、平面布置如右图；2、高程布置，如下图：,环状井点平面及高程布置,计算图示,井点管埋深H埋H1hiL=3.5+0.5+0.1*6.775=4.675m采用6m井点管51，露出地面0.2m,滤管取1.0m长（二）涌水量计算：1、判别井点管类别：1）井点管+滤管=7米，没有达到不透水层，2）基坑长宽比小于5；故按无压非完整井环型井点系统计算。2、涌水量计算：Q1.364K(2H0S)S/(lg(R+x0)lgX0)1)K=8m/d2)H0SS=6-0.2-0.5=5.3mS/s+l=0.841查表取H0=1.84（s+l）=11.592m实际H=8+1-1.5=7.5m，取H0=H=7.5,3）抽水影响半径R：R=1.95S(HK)1/2=80.05m4）基坑假想半径X0：=(F/)1/2=8.67mQ555.43m3/d3、井点管数量及间距：1）单根井点管出水量：q65dlK1/3=20.41m3/d2）数量：最少井点数：n1.1Q/q29.9=30（根）3）最大井距：DL总管/n=2.06（m）；4）确定井距：取井距D=2.0或1.6（m）。取1.6m，则nL总管/n=38.75（根）=39（根）,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。,埋设井点系统顺序示意图,降水施工（点击播放flash）,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。,1.4.1.1推土机按行走的方式，可分为履带式推土机和轮胎式推土机。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。还可分为：固定推土刀、回转推土刀；液压操纵、机械操纵（索式）。,1.4土方机械化施工,1.4.1常用土方施工机械,液压履带式推土机,液压轮胎式推土机,铲刀可回转的液压履带式推土机,索式履带式推土机,提高效率的作业方法：下坡推士，多次切土、一次推运，跨铲法，并列法，加挡板。,工作特点：用途多，费用低；,适用范围：（1）平整场地运距在100m内，一三类土的挖运，压实；（2）坑槽开挖深度在1.5m内、一三类土。,分堆集中，一次推送法,槽形推土法,下坡推土法,并列推土法,推土机工作方式,跨铲法作业,斜角推送法作业,推土机工作方式,1.4.1.2铲运机铲运机式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。,工作特点：运土效率高。适用范围：运距501500m、一三类土的大型场地平整或大型基坑开挖；堤坝、填筑等。提高效率作业方法：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锯齿型路线见图1.25,铲运机下坡铲土法,1路堤；2取土槽,图1.25铲运机锯齿形开行路线,双铲联运法示意图,1.4.1.3单斗挖土机单斗挖土机按工作装置不同，可分为正铲、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。液压式单斗挖土机的优点是能无级调速且调速范围大；快速作业时，惯性小，并能高速反转；转动平稳，可减少强烈的冲击和振动；结构简单，机身轻，尺寸小；附有不同的装置，能一机多用；操纵省力，易实现自动化。,(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),(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。,(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。,拉铲挖掘机,抓铲挖掘机,1.4.2.1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,1.4.2.2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。,(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。地面上的坑式开挖,(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