第一章土方工程(zfz)

1、第一章土方工程第一章土方工程1.1概述1.2场地设计标高的确定1.3土方工程量的计算1.4降水1.5土方开挖与填筑1.1土方工程概述学习要求：学习要求：1. 施工中土的工程分类； 2. 掌握土的可松性； 3. 熟悉原状土压实后的沉降量；1.1土方工程概述 土方工程：土的挖掘、填筑和运输等过程以及排水、降水、土壁支撑等准备工作和辅助工程。 常见工程：场地平整、基坑（槽）开挖、地坪填土、路基填筑及基坑回填土。 特点：工程量大、劳动繁重、施工条件复杂。气候、水文、地质、地下障碍影响。1.1土方工程概述1.1.11.1.1施工中土方分类施工中土方分类 土的分类繁多，其分类法也很多，如按土的沉积年代、颗

2、粒级配、密实度、液性指数分类等。在土木工程施工中，按土的开挖难易程度将土分为八类（表1-1），这也是确定土木工程劳动定额的依据。1.1土方工程概述1.1.21.1.2土的工程性质土的工程性质 土的工程性质对土方工程施工有直接影响，也是进行土方施工设计必须掌握的基本资料。 主要工程性质有：土的可松性，原状土经机械压实后的沉降量等。 渗透性、密实度、抗剪强度、土压力等土的可松性 自然状态下的土，经过开挖后，其体积因松散而增大，以后虽经回填压实，仍不能恢复。可松性程度用可松性系数表示（1-1）考虑土可松性的原因考虑土可松性的原因 土方工程量是以自然状态的体积来计算的，所以在土方调配、计算土方机械生产

3、率及运输工具数量等的时候，必须考虑土的可松性。 (Ks)是计算土方施工机械及运土车辆等的重要参数。 (Ks) 是计算场地平整标高及填方时所需挖土量等的重要参数。原状土经机械压实后的沉降量 原状土经机械往返压实或经其他压实措施后，会产生一定的沉陷，不同土质的沉陷量一般在330cm之间。可按下述经验公式计算：（1-2）1.2场地设计标高的确定学习要求：学习要求：1.掌握场地设计标高确定的一般方法； 2.熟悉最小二乘法原理求最佳设计平面。1.2场地设计标高的确定设计标高一般要求设计标高一般要求 工程项目通常都要确定场工程项目通常都要确定场地设计平面，进行场地平整。地设计平面，进行场地平整。 场地平整

4、将自然地面改造成人场地平整将自然地面改造成人们所要求的平面。们所要求的平面。 场地设计标高满足规划、生产场地设计标高满足规划、生产工艺及运输、排水及最高洪水水位工艺及运输、排水及最高洪水水位等要求，并力求使场地内土方挖填等要求，并力求使场地内土方挖填平衡且土方量最小。平衡且土方量最小。1.2场地设计标高的确定设计标高确定方法设计标高确定方法 一般有两种方法：一般有两种方法：1 1一般方法：如场地比较平缓，对场地设计一般方法：如场地比较平缓，对场地设计标高无特殊要求，可按照挖填土方量相等标高无特殊要求，可按照挖填土方量相等的原则确定场地设计标高；的原则确定场地设计标高；2 2用最小二乘法原理求用

5、最小二乘法原理求最佳设计平面最佳设计平面：应用：应用最小二乘法的原理，不仅可满足土方挖填最小二乘法的原理，不仅可满足土方挖填平衡、还可做到土方的总工程量最小。平衡、还可做到土方的总工程量最小。 1.2场地设计标高的确定最佳设计平面最佳设计平面 设计标高满足规划、生产工艺及运输、排水及最高洪水水位等要求，并做到场地内土方挖填平衡，且挖填的总土方工程量最小。1.2场地设计标高的确定1.2.11.2.1一般方法一般方法 1.2.1.11.2.1.1原理原理 按如下原理设计：按如下原理设计： 将场地将场地划分成边长为划分成边长为a a的若干方格的若干方格，并将方格网并将方格网角点的原地形标高标在图上角

6、点的原地形标高标在图上（图（图1-11-1）。）。原地形标高原地形标高可利用等高线用可利用等高线用插插入法求得或实测。入法求得或实测。1.2场地设计标高的确定 按照挖填土方量相等的原则（图1-1），场地设计标高可按下式计算 ：1.2场地设计标高的确定分析图11：1，4，13，16号角点为一个方格独有，2，3，5，8，9，12，14，15两个方格共有6，7，10，11四个方格所共有。 在计算Z0的过程中： 1号类角点的标高仅加一次，2号角点的标高加两次，6号角点的标高则加四次，这种被应用的次数Pi，反映出各角点标高对计算结果的影响程度称为“权”。考虑权后的Z0计算式变为： 1.2场地设计标高的确

7、定1.2场地设计标高的确定设计标高的调整主要是泄水坡度的调整。式（1-4）得到的设计平面是一水平的挖填方相等的场地，实际场地均应有一定的泄水坡度。故应按泄水要求计算出实际施工时所采用的设计标高。 以Z作为场地中心的标高（图1-2），则场地任意点的设计标高为 ： 式中Zi考虑泄水坡度的角点设计标高，ix、iy分别为x方向和y方向的泄水坡度。高于和低于Z0点标高时分别取、号。 二、土方施工高度二、土方施工高度 求得 Zi后，即可计算各角点的施工高度Hi（该角点设计标高与原地形标高差值。） （1-6） 式中 Zi i角点的原地形标高。 若Hi为正值，则该点为填方，Hi为负值则为挖方。 1.2场地设计

8、标高的确定1.2.21.2.2最佳设计平面法（最小二乘法）最佳设计平面法（最小二乘法） 1.2.2.11.2.2.1最佳设计平面设计原理最佳设计平面设计原理 对地形比较复杂的场地需设计成多对地形比较复杂的场地需设计成多平面场地，根据工艺要求和地形特点，先平面场地，根据工艺要求和地形特点，先把场地划分成把场地划分成几个平面，分别计算出最佳几个平面，分别计算出最佳设计单平面的各个参数，然后适当修正各设计单平面的各个参数，然后适当修正各设计单平面交界处的标高设计单平面交界处的标高，使场地各单平，使场地各单平面之间的变化平缓且连续。面之间的变化平缓且连续。1.2场地设计标高的确定单平面最佳设计平面单平

9、面最佳设计平面 任一平面在直角坐标体系中可用三任一平面在直角坐标体系中可用三个参数个参数c c ，i ix x ，i iy y来确定（图来确定（图1-31-3）。在）。在这个平面上任何一点这个平面上任何一点i i的标高的标高z zii，可据下，可据下式求出：式求出：其中xii点在x方向的坐标；yii点在y方向的坐标。1.2场地设计标高的确定 类似前述一般方法，将场地划分成方格网，原地形标高zi标于图上，最佳设计平面的方程为式（1-7）形式，则该场地方格网角点的施工高度为：式中Hi方格网各角点的施工高度； zi方格网各角点的设计平面标高； zi方格网各角点的原地形标高； n方格角点总数。 1.2

10、场地设计标高的确定 根据土方量计算公式（后述（1-12）式（1-19）施工高度之和与土方工程量成正比。 施工高度之和为零表明该场地土方的填挖平衡，但并不能反映出填方和挖方的绝对值之和为多少。为了不使施工高度正负相互抵消，把施工高度平方之后再相加则其总和能反映土方工程填挖方绝对值之和的大小。 在计算施工高度总和时，要考虑各点施工高度在计算土方量时被应用的次数pi。1.2场地设计标高的确定令为土方施工高度之平方和，则 ：将公式（1-8）代入上式，得 ： 当的值最小时，该设计平面既能使土方工程量最小，又能保证填挖方量相等（填挖方不平衡时，上式所得数值不可能最小）这就是用最小二乘法求最佳设计平面的方法

11、（1-9）1.2场地设计标高的确定1.2.2.21.2.2.2最佳设计平面的计算方法最佳设计平面的计算方法 为了求得最小时的设计平面参数c，ix，iy，可以对式(1-9)的c，ix，iy分别求偏导数，并令其为0，于是得：（1-11）1.2场地设计标高的确定经过整理，可得下列准则方程：（1-11）余类推。1.2场地设计标高的确定解联立方程组（1-11），可求得最佳设计平面（此时尚未考虑工艺、运输等要求）的三个参数c，ix，iy。然后即可根据方程式（1-7）算出各角点的施工高度。 在实际计算时，可采用列表方法（表1-3）。最后一列的和PH可用于检验计算结果，当PH=0，则计算无误。 1.2场地设计

12、标高的确定 表表1-3 最佳设计平面计算表最佳设计平面计算表1.2场地设计标高的确定应用上述准则方程时，若已知c或ix，或iy时，只要把这些已知值作为常数代入，即可求得该条件下的最佳设计平面，但它与无任何限制条件下求得的最佳设计平面相比，其总土方量一般要比后者大。 例如要求场地为水平面（即ix =iy=0）则由式（1-11）中的第一式可得（1-12）1.2场地设计标高的确定 c就是场地为水平面时的设计标高，比较式(1-4)，它与Z0完全相同，说明按式（1-4）方法所得的场地设计平面，仅是在场地为水平面条件下的最佳设计平面，显然，它不能保证在一般情况下总的土方量最小。(上式所得数值不可能最小)。

13、 这就是用最小二乘法求最佳设计平面的方法。 1.2场地设计标高的确定1.2.31.2.3设计标高的调整设计标高的调整 实际工程中对计算所得设计标高应考虑下述因素进行调整(此工作在完成土方量计算后进行)。 (1)土的最终可松性：提高设计标高土方量实际平衡。 (2)工程余土或工程用土：提高或降低设计标高。 (3)进行经济比较：如采用场外取土或弃土的施工方案，则应考虑因此引起的土方量的变化，需将设计标高进行调整。 设计平面的调整工作较繁重，如修改设计标高，则须重新计算土方工程量。 1.3土方工程量的计算学习要求：学习要求： 1.掌握拟柱体法确定基坑槽土方量； 2.掌握四方棱柱体法计算场地平整土方量；

14、 3.了解三角棱柱体法计算场地平整土方量。1.3土方工程量的计算1.3.21.3.2场地平整土方量计算场地平整土方量计算 1.3.2.11.3.2.1场地平整土方量计算步骤场地平整土方量计算步骤 1. 设计标高确定后，求出平整场地各角点施工高度Hi。 2. 确定“零线”位置:了解整个场地挖、填区分布状态 3. 按每个方格角点的施工高度算出填、挖土方量，并计算场地边坡的土方量则得到整个场地的填、挖土方总量。1.3土方工程量的计算1.3.2.21.3.2.2方格网零线及零点的确定方格网零线及零点的确定 零线挖方区与填方区的交线该线上施工高度为0。 1.3土方工程量的计算 确定方法：在相邻角点施工高

15、度为一挖一填的方格边线上，用插入法求出零点（0）的位置，将各相邻的零点连接起来即为零线。 1.3土方工程量的计算如不需计算零线的确切位置，则绘出零线的大致走向即可。 零线确定后，便可进行土方量的计算。两种方法“四方棱柱体法”和“三角棱柱体法”。 1.3土方工程量的计算1.3.3.31.3.3.3四方棱柱体的体积计算方法四方棱柱体的体积计算方法 两种情况： 1方格四个角点全为填或全为挖（图1-6a） （1-14） 式中 V挖方或填方体积； H1，H 2，H3，H4方格四个角点的填挖高度，均取绝对值（m）。 1.3土方工程量的计算2方格四个角点部分挖方，部分填方（图1-6b和c） （1-15） （

16、1-16） 式中 H填（挖）方格角点中填（挖）方 施工高度的总和，取绝对值（m）； H方格四角点施工高度之总和，取绝 对值（m）； a方格边长（m） 。 各角点施工高度均取绝对值 1.3土方工程量的计算1.3.3.41.3.3.4三角棱柱体法三角棱柱体法 把各个方格网顺地形等高线划分成三角形1.3土方工程量的计算也分两种情况： 1三角形三角点全挖或全填（图1-8a）： （1-17） 式中 a方格边长（m）； H1，H2，H3三角形各角点的施工高度（m），用绝对值代入。1.3土方工程量的计算2、三角点有填有挖，零线将三角形分成两部分，一个是底面为三角形的锥体，一个是底面为四边形的楔体（图1-8b

17、）。 1.3土方工程量的计算其中锥体部分的体积为： （1-18） 楔体部分的体积为 （1-19） 式中 H1，H2，H3三角形各角点的施工高度（m），取绝对值，其中H3指的是锥体顶点的施工高度。1.3土方工程量的计算 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。1.3土方工程量的计算1.3.11.3.1基坑（槽）及路基土方量基坑（槽）及路基土方量 基坑（槽）和路堤的土方量可按拟柱体积的公式计算（图1-4），即 ： （1-13） 式中 V

18、土方工程量（m3）；1.3土方工程量的计算基坑H为基坑深度，F1，F2为基坑的上下底面积（m2）；基槽或路堤H为基槽或路堤的长度（m），F1，F2为两端的面积（m2）； F0F1与F2之间的中截面面积（m2）。 1.3土方工程量的计算 基槽与路堤通常根据其形状（曲线、折线、变截面等）划分成若干计算段，分段计算土方量，然后再累加求得总的土方工程量。如果基槽、路堤是等截面的，则F1=F2=F 0，由式（113）计算V=HF1。 1.4边坡稳定和土壁支护学习要求：学习要求： 1. 熟悉土方边坡表示法及常见的几种形式 2. 熟悉基坑(槽)支护的结构形式； 3. 熟悉板桩墙(单锚桩)系统的设计方法； 4

19、. 掌握钢板柱及水泥土搅拌桩的施工工艺。1.4边坡稳定和土壁支护 地基基础施工时常开挖基坑并形成边坡，边坡的稳定是保证施工安全和基础施工质量的重要措施。 当自然边坡不能保证稳定时必须进行人工支护。1.4边坡稳定和土壁支护1.5.11.5.1边坡的概念边坡的概念边坡常做成三种形式直线形折线形踏步形1.4边坡稳定和土壁支护边坡坡度： 高度H与其底宽度B之比 （1-25） 式中，m=B/H，称为坡度系数。1.4边坡稳定和土壁支护土壁支护土壁支护放坡开挖：1、地质条件及周围环境许可2、经济 建筑稠密区或有地下水渗入基坑（槽）时而无法放坡开挖，这时需要进行基坑（槽）支护，以保证施工的顺利和安全，并减少对

20、相邻建筑、管线等的不利影响。 1.4边坡稳定和土壁支护基槽支护 市政工程地下铺设管沟需开挖沟槽。当开挖较窄的沟槽时，多用横撑式土壁支撑。1.4边坡稳定和土壁支护横撑式土壁支撑横撑式土壁支撑根据挡土板的不同分为1、水平挡土板式2、垂直挡土板式图图1-13 横撑式支撑横撑式支撑1 水平挡土板；水平挡土板；2立柱；立柱；3工具式横撑；工具式横撑； 4垂直挡土板；垂直挡土板；5横楞木；横楞木；6调节螺丝调节螺丝 1.4边坡稳定和土壁支护基坑支护1 1、重力式支护结构、重力式支护结构 常见的重力式支护结构为水泥土搅拌水泥土搅拌桩（深层搅拌桩）桩（深层搅拌桩） 它通过搅拌桩机将水泥与土进行搅拌，形成柱状的

21、水泥加固土（搅拌桩）。水泥掺量通常12%15%（单位土体的水泥掺量与土的重力密度之比），水泥土的强度可达0.81.2MPa，其渗透系数很小，一般不大于106cm/s。由水泥土搅拌桩搭接而形成水泥土墙，它既具有挡土作用，又兼有隔水作用。它适用于46m深的基坑，最大可达78m。 通常布置成格栅式 格栅的置换率0.60.8墙体的宽度b、插入深度hd据基坑开挖深度h估算一般b=(0.60.8)h，hd=（0.81.2）h1.4边坡稳定和土壁支护1 1）水泥土墙的设计）水泥土墙的设计整体稳定 抗倾覆稳定 抗滑移稳定 位移 有时还验算抗渗、墙体应力、地基强度等。1.4边坡稳定和土壁支护施工过程施工过程 图

22、图1-17 深层搅拌桩机机组深层搅拌桩机机组 1主机；主机；2机架；机架；3灰浆拌制机；灰浆拌制机；4集料斗；集料斗；5灰浆泵；灰浆泵；6贮水池；贮水池； 7冷却水泵；冷却水泵；8道轨；道轨；9导向管；导向管；10电缆；电缆；11输浆管；输浆管；12水管水管 水水泥泥土土搅搅拌拌桩桩施施工工工工艺艺 图图1-18 “一次喷浆、二次搅拌一次喷浆、二次搅拌”施工流程施工流程 a)定位；定位；b)预埋下沉；预埋下沉；c)提升喷浆搅拌；提升喷浆搅拌；d)重复下沉搅拌；重复下沉搅拌；e)重复提升搅拌；重复提升搅拌；f)成成桩结束桩结束1.4边坡稳定和土壁支护2 2、板式支护结构、板式支护结构 A、挡墙系

23、统B、支撑(或拉锚)系统（悬臂式除外）图图1-19 板式支护结构板式支护结构1板桩墙；板桩墙；2围檩；围檩；3钢支撑；钢支撑；4斜撑；斜撑；5拉锚；拉锚； 6土锚杆；土锚杆；7先施工的基础；先施工的基础；8竖撑竖撑1.4边坡稳定和土壁支护支撑系统支撑系统 大型钢管 H型钢或格构式钢 现浇钢筋混凝土支撑拉锚系统拉锚系统 钢筋钢筋 钢索钢索 型钢或土锚杆型钢或土锚杆 支撑或拉锚与挡墙系统通过围檩、冠支撑或拉锚与挡墙系统通过围檩、冠梁等连接成整体。梁等连接成整体。 1.4边坡稳定和土壁支护挡墙系统挡墙系统 常用的材料有槽钢、钢板桩、钢筋混凝土板桩、灌注桩及地下连续墙等。 钢板桩通过锁口互连，形成连续

24、挡墙。同时也具有较好的隔水能力。钢板桩截面积小，易于打入。可拔出重复使用图图1-20 钢板桩形式钢板桩形式a)平板式b)波浪式钢板桩施工钢板桩施工 (1) (1) 单独打入法单独打入法 从一角开始逐块插打，每块钢板桩自起打到结束中途不停顿。桩机行走路线短，施工简便，打设速度快。但由于单块打入，易向一边倾斜，累计误差不易纠正，墙面平直度难以控制。一般在钢板桩长度不大(小于10m)、工程要求不高时可采用此法。(2) (2) 围檩插桩法围檩插桩法 用围檩支架作板桩打设导向装置(图1-27)。围檩支架由围檩和围檩桩组成。在打设板桩时起导向作用。拔桩拔桩 地下工程施工结束后，钢板桩一般都要拔出，以便重复

25、使用。钢板桩的拔除要正确选择拔除方法与拔除顺序，由于板桩拔出时带土，往往会引起土体变形，对周围环境造成危害。必要时还应采取注浆填充等方法。 1.4边坡稳定和土壁支护3 3、单锚板桩支护结构、单锚板桩支护结构 板桩支护常会发生的工程事故，其板桩支护常会发生的工程事故，其失败的原因主要有失败的原因主要有五方面五方面： 板式支护结构设计时主要验算其抗倾覆稳定性、板式支护结构设计时主要验算其抗倾覆稳定性、整体稳定性以及内力计算三个方面。在进行内力计算时，整体稳定性以及内力计算三个方面。在进行内力计算时，单锚板桩设计的相当梁法单锚板桩设计的相当梁法 如果入土深度继续增加，则桩前被动土压力随深度的增加继续

26、增加，当达到一定深度D点时，板桩底部有一段既无位移也无转角，这时板桩在土中处于嵌固状态。这种板桩为单支点嵌固板桩，其在一定深度D点以下的弯矩为零。单支点嵌固板桩的简化计算相当梁法板墙部分计算板墙部分计算 土压力简化为线性分布来进行计算 将梁AD在反弯点C处截断，并设简单支承于截断处(图1-23d)，则梁AC的弯矩与原梁AC段的弯矩相同，AC称AC的相当梁。 通过求解相当梁AC的支座反力RC，即梁 CD 的支座反力 RC，由此可求得CD 梁的其他未知量。 一端固定一端固定 一端简支梁受均布荷载一端简支梁受均布荷载 计算中反弯点C与土压力强度等于零的位置较接近，可取该点作为反弯点误差不大，计算简化

27、。图图1-24 嵌固支承板桩嵌固支承板桩支撑（拉锚）系统设计支撑（拉锚）系统设计: : 支撑或拉锚一端固定在板桩上部的围檩上，另一端则支撑到基坑对面的板桩上或固定到锚锭、锚座板上。 由于板墙单位长度的支撑(或拉锚)反力Tc1，已求得，则根据支撑或锚布置的间距，即可求得每一支撑或拉锚的轴力。支撑支撑 如果支撑长度过大，则应在支撑中央设置竖撑，以防止支撑在自重作用下挠度过大引起附加内力。拉锚拉锚 长度应保证锚锭或锚座板位于它本身引起的被动土楔滑移线、板桩位移引起的主动土楔滑移线和静土楔滑移线之外。1.6土方开挖与填筑1.6.11.6.1土方机械性能与选择土方机械性能与选择 推土机推土机 铲运机铲运

28、机 挖掘机挖掘机1.6土方开挖与填筑推土机推土机 1.6土方开挖与填筑推土机推土机在履带式拖拉机上安装推土板等工作装置而成推在履带式拖拉机上安装推土板等工作装置而成推土机操纵灵活，运转方便，所需工作面小、行驶土机操纵灵活，运转方便，所需工作面小、行驶速度快、易于转移，能爬速度快、易于转移，能爬3030度左右缓坡，度左右缓坡， 应用范应用范围较广。围较广。 推土机适于开挖一至三类土。多用于平整场地，推土机适于开挖一至三类土。多用于平整场地，开挖深度不大的基坑，移挖作填，回填土方，堆开挖深度不大的基坑，移挖作填，回填土方，堆筑堤坝以及配合挖土机集中土方、修路开道筑堤坝以及配合挖土机集中土方、修路开

29、道等。等。 推土机经济运距在推土机经济运距在100m100m以内，效率最高的运距为以内，效率最高的运距为60m60m。 1.6土方开挖与填筑铲运机铲运机 1.6土方开挖与填筑铲运机铲运机 铲运机是一种能综合完成全部土方施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）的工工序（挖土、装土、运土、卸土和平土）的机械。常用的铲运机斗容量为机械。常用的铲运机斗容量为2m32m3，5m35m3，6m36m3，7m37m3等数种，按铲斗的操纵系统又可分为机械等数种，按铲斗的操纵系统又可分为机械操纵和液压操纵两种。操纵和液压操纵两种。1.6土方开挖与填筑挖掘机挖掘机1 1正铲挖掘机正

30、铲挖掘机 它适用于它适用于开挖停机面以上的土方开挖停机面以上的土方，且需与汽车，且需与汽车配合完成整个挖运工作。正铲挖掘机挖掘力大，配合完成整个挖运工作。正铲挖掘机挖掘力大，适用于开挖含水量较小的一类土和经爆破的岩适用于开挖含水量较小的一类土和经爆破的岩石及冻土。石及冻土。 正铲的开挖方式根据开挖路线与汽车相对位置正铲的开挖方式根据开挖路线与汽车相对位置的不同分为正向开挖、侧向装土以及正向开挖、的不同分为正向开挖、侧向装土以及正向开挖、后方装土两种。前者生产率较高。后方装土两种。前者生产率较高。 2 2反铲挖掘机反铲挖掘机 反铲适用于开挖一至三类的砂土或粘土。主要用于开挖停机面以下的土方，一般

31、反铲的最大挖土深度为46m，经济合理的挖土深度为35m。反铲也需要配备运土汽车进行运输。 反铲的开挖方式可以采用沟端开挖法，即反铲停于沟端，后退挖土，向沟一侧弃土或装汽车运走，也可采用沟侧开挖法，即反铲停于沟侧，沿沟边开挖，它可将土弃于距沟较远的地方，如装车则回转角度较小，但边坡不易控制。3 3抓铲挖掘机抓铲挖掘机适用于开挖较松软的土。对施工面狭窄而深的基坑、深槽、深井采用抓铲可取得理想效果。抓铲还可用于挖取水中淤泥、装卸碎石、矿渣等松散材料。抓铲挖土时，通常立于基坑一侧进行，对较宽的基坑则在两侧或四侧抓土。4 4拉铲挖掘机拉铲挖掘机 拉铲适用于一至三类的土，可开挖停机面以下的土方，如较大基坑

32、（槽）和沟渠，挖取水下泥土，也可用于填筑路基、堤坝等。拉铲挖土时，依靠土斗自重及拉索拉力切土，卸土时斗齿朝下，利用惯性，较湿的粘土也能卸净。但其开挖的边坡及坑底平整度较差，需更多的人工修坡（底）。它的开挖方式也有沟端开挖和沟侧开挖两种。基坑土方开挖 常用方法： 直接分层开挖 有内支撑分层开挖 盆式开挖 岛式开挖 放坡开挖 无支撑的基坑开挖 放坡开挖适用于基坑四周空旷，有足够的放坡场地，周围没有建筑设施或地下管线的情况。在软弱地基条件下，不宜挖深过大，一般控制在67m左右，在坚硬土中不受此限制。无内支撑支护可分为 悬臂式 拉锚式 土锚杆 重力式 土钉墙 无内支撑支护的土壁可垂直开挖，因此不需要在

33、基坑边留出很大的场地，便于在基坑边较狭小，土质又差的条件下施工。 在基坑较深，土质较差的情况下，一般支护结构需在基坑内设置支撑。有内支撑支护结构的基坑土方开挖比较困难，其土方分层开挖主要考虑与支撑施工相协调。 盆式开挖适合于基坑面积大、支撑或拉锚作业困难且无法放坡的基坑。它的开挖过程是先开挖基坑中央部分，形成盆式，此时可以利用留位的突破来保证支护结构的稳定，此时的土坡相当于“土支撑”；随后再施工中央区域内的基础底板及地下室结构，形成中心岛。 盆式开挖方法支撑用量小、费用低、盆式部位土方开挖方便，这在基坑面积很大的情况下尤显优越性，因此在大面积施工中非常适用。 但这种施工方法对地下结构需设置后浇

34、带或在施工中留设施工缝，将地下结构分两段施工，对结构的整体性有一定的影响。 当基坑面积较大且地下室底板设计有后浇带或者可以留设施工缝时。还可以采用岛式开挖的方法。 这种方法与盆式开挖类似，但先开挖边缘部分的土方，将基坑中央的土方暂且留置，该土方具有反压作用，可以有效防止坑底土的隆起，有利于支护结构的稳定。必要时还可以在留土区与挡土墙之间架设支撑。1.6土方开挖与填筑1.6.21.6.2土方回填土方回填1 1、土料选用与处理、土料选用与处理 符合设计符合设计 保证填方强度稳定性保证填方强度稳定性 强度强度高、压缩性小高、压缩性小 水稳性好水稳性好 便于施工便于施工 （1 1）碎石类土、砂土和爆破

35、石渣碎石类土、砂土和爆破石渣（粒径不大（粒径不大于每层铺厚的于每层铺厚的2/32/3）可用于表层下的填料。）可用于表层下的填料。 （2 2）含水量符合压实要求的）含水量符合压实要求的粘性土粘性土，可为填，可为填土。土。 在道路工程中粘性土不是理想的路在道路工程中粘性土不是理想的路基填料，在使用其作为路基填料时必须充基填料，在使用其作为路基填料时必须充分压实并设有良好的排水设施。分压实并设有良好的排水设施。（3 3）碎块草皮和有机质含量碎块草皮和有机质含量大于大于5%5%的土，仅的土，仅用于无压实要求的填方。用于无压实要求的填方。 （4 4）淤泥和淤泥质土淤泥和淤泥质土，一般不能用作填料，一般不

36、能用作填料，但在软土或沼泽地区，经过处理含水量但在软土或沼泽地区，经过处理含水量 符合压实要求，可用于填方中的次要部位。符合压实要求，可用于填方中的次要部位。 填土应严格控制填土应严格控制含水量，施工前含水量，施工前应进行检验应进行检验。当土的含水量过大，应采用。当土的含水量过大，应采用翻松、晾晒、翻松、晾晒、 风干等方法降低含水量，或风干等方法降低含水量，或采用换土回填、均匀掺入干土或其他吸水采用换土回填、均匀掺入干土或其他吸水材料、打石灰桩等措材料、打石灰桩等措 施；如含水量偏低，施；如含水量偏低，则可预先洒水湿润，否则难以压实。则可预先洒水湿润，否则难以压实。1.6土方开挖与填筑2 2、

37、填土的方法、填土的方法 填土前做好相关准备工作，防止填土前做好相关准备工作，防止出现出现“橡皮土橡皮土”。 人工填土人工填土 机械填土机械填土人工填土人工填土 一般用手推车运土，人工用锹、耙、一般用手推车运土，人工用锹、耙、锄等工具进行填筑，从最低部分开始由一锄等工具进行填筑，从最低部分开始由一端向另一端自下而上分层铺填。端向另一端自下而上分层铺填。机械填土机械填土 可用推土机、铲运机或自卸汽车可用推土机、铲运机或自卸汽车进行。用自卸汽车填土，需用推土机推开进行。用自卸汽车填土，需用推土机推开推平，采用机械填土时，可利用行驶的机推平，采用机械填土时，可利用行驶的机械进行部分压实工作。械进行部分

38、压实工作。 填土必须分层进行，并逐层压实。填土必须分层进行，并逐层压实。特别是机械填土，不得居高临下，不分层特别是机械填土，不得居高临下，不分层次，一次倾倒填筑次，一次倾倒填筑 。3 3、压实方法、压实方法 碾压碾压 夯实夯实 振动压实振动压实 碾压碾压 适用于大面积填土工程。适用于大面积填土工程。羊足碾：羊足碾：压实粘性土压实粘性土汽胎碾：汽胎碾：在工作时是弹性体，给土的压力较在工作时是弹性体，给土的压力较均匀，填土质量较好。均匀，填土质量较好。刚性平碾刚性平碾：压路机：压路机利用运土工具碾压利用运土工具碾压夯实夯实 夯实主要用于小面积填土，可以夯实夯实主要用于小面积填土，可以夯实粘性土或非

39、粘性土。可压实较厚的土层。粘性土或非粘性土。可压实较厚的土层。夯锤：夯锤：借助起重机提起并落下，其重量大于借助起重机提起并落下，其重量大于1.5t1.5t，落距落距2.54.5m2.54.5m，夯土影响深度可超过，夯土影响深度可超过1m1m，常用，常用于夯实湿陷性黄土、杂填土以及含有石块的填于夯实湿陷性黄土、杂填土以及含有石块的填土。土。内燃夯土机内燃夯土机：作用深度为：作用深度为0.40.7m0.40.7m，它和蛙式打，它和蛙式打夯机都是应用较广的夯实机械。夯机都是应用较广的夯实机械。振动压实振动压实 主要用于压实非粘性土，采用的机械主要是振动压路机、平板振动器等。4 4、影响填土压实的因素

40、影响填土压实的因素 压实功、土的含水量以及每层铺土厚度压实功、土的含水量以及每层铺土厚度 压实功的影响 填土压实后的重度与压实机械在其上所施加的功有一定的关系。 图图1-50 土的重度与压实功的关系土的重度与压实功的关系 含水量的影响含水量的影响 干燥的土，由于土颗粒之间的摩阻力较大而不易压实。当土具有适当含水量时，水起了润滑作用，从而易压实。每种土都有其最佳含水量，使用同样的压实功进行压实，所得到的重度最大。 铺土厚度的影响铺土厚度的影响 铺土厚度应小于压实机械压土时的有效作用深度，而且还应考虑最优土层厚度。铺得过厚，要压很多遍才能达到规定的密实度；铺得过薄，则要增加机械的总压实遍数。最优的

41、铺土厚度应能使土方压实而机械的功耗费最少。5 5、填土压实的质量检查、填土压实的质量检查 密实度 含水量 建筑工程中的砌体承重结构和框架结构，在地基主要持力层范围内，压实系数（压实度） 应大于等于0.97，以下则应在0.940.96之间。道路工程土质路基的压实度则根据所在地区的气候条件、土基的水温度状况、道路等级及路面类型等因素综合考虑。我国公路和城市道路土基的压实度根据不同的等级及路基深度在0.900.98之间压实系数（压实度） 为土的控制干密度 与土的最大干密度 之比，即 用“环刀法”或灌砂（或灌水）法测定。 用击实试验确定。1.5降水学习要求：学习要求： 1. 掌握集水井降水施工方法；

42、2. 了解各类井点的特点与适用范围； 3. 掌握轻型井点的平面布置与高程布置方法； 4. 掌握无压井涌水计算。1.5降水 在基坑开挖过程中，当基底低于地下水位时，土的含水层被切断，地下水将渗入坑内。雨期施工时，地面水也会流入坑内。这部分水若不及时排走或降低水位，施工条件则会恶化，地基土也会泡软造成边坡塌方，地基承载力下降。 当基坑下遇有承压含水层时若不降水减压，则基底可能被冲溃破坏。 为保证工程质量及安全，在基坑开挖前或开挖过程中必须采取措施控制地下水位，使地基土在开挖及基础施工时保持干燥。1.5降水流砂 1、流砂现象 1）基坑挖土至地下水位以下 2）土质为细砂土或粉砂土的情况下 3）采用集水

43、坑降低地下水 坑下的土形成流动状态，随着地下水流入基坑，这种现象称为流砂现象。1.5降水 出现流砂现象时： 1）土完全丧失承载力 2）土体边挖边冒流砂 3）施工条件恶化，基坑难挖到设计深度。4）严重时会引起基坑边坡塌方； 5）临近建筑因地基被掏空而出现开裂、下沉、倾斜甚至倒塌。1.5降水 2、产生原因原因 水在土中渗流产生动水压力对土体作用的结果。 地下水的渗流对单位土体内骨架产生的压力称为动水压力，用GD表示，它与单位土体内渗流水受到土骨架的阻力T大小相等，方向相反。水从A向B流动水流方向土柱长度为L，横断面积为F两端点A，B之间的水头差为HA-HB。作用土柱体内水体上的力有：1.5降水3、

44、流砂的防治 减少或平衡动水压力；设法使动水压力方向向下；截断地下水流。（1）枯水期施工法。（2）抢挖并抛大石块法：分段抢挖，挖土速度超过冒砂速度，至标高后立即铺竹、芦席，并抛大石块，平衡动水压力。（3）设止水帷幕法：将连续的止水支护结构打入基坑底面以下一定深度，形成封闭的止水帷幕。（4）冻结法（5）人工降低地下水法1.5降水1.4.1降水方法降水方法 降低地下水位的方法：集水井降水法井点降水法1.5降水 集水井降水法： 一般适用于降水深度较小且土层为粗粒土层或渗水量小的粘性土层。当基坑开挖较深，又采用刚性土壁支护结构挡土并形成止水帷幕时，基坑内降水也多采用集水井降水法。当井点降水仍有局部降水深

45、度不足时，也可辅以集水井降水。 1.5降水1.4.2集水井降水 1、施工过程 基坑或沟槽开挖之后，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。 1.5降水2、构造 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。1.5降水3、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1.02.0

46、m，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。1.5降水井点降水 若降水深度较大，或土层为细砂、粉砂或软土地区时，宜采用井点降水法降水但仍有局部区域降水深度不足时，可辅以集水井降水。 无论采用何种降水方法，均应持续到基础施工完毕，且土方回填后方可停止降水。1.5降水1.4.4井点降水 1.4.4.1原理 井点降水：在基坑开挖前，预先在基坑四周埋设一定数量的滤水管（井）。在开挖前和开挖过程中，利用真空原理，不断抽出地下水，使地下水位降低到坑底以下。 1.5降水1）防止地下水涌入坑内；2）防止边坡

47、由于地下水的渗流而引起的塌方；3）消除坑底土层水位差引起的压力，防止了坑底的管涌；1.5降水4）降水后，使板桩减少了横向荷载；5）消除了地下水的渗流，也就防止了流砂现象；6）降低地下水位后，还能使土壤固结，增加地基土的承载能力。1.5降水1.4.4.31.4.4.3井点降水的类型井点降水的类型 井点有两大类： 1、轻型井点 2、管井 一般根据土的渗透系数、降水深度、设备条件及经济比较等因素确定（下表）。1.5降水1.5降水一、轻型井点降水 1、设备 1）管路系统 2）抽水设备 两大部分组成1.5降水管路系统包括：管路系统包括：滤管滤管井点管井点管弯联管弯联管 总管总管 滤管（进水设备）无缝钢管

48、1、管壁钻1219mm圆滤孔 长1.01.5m 直径38或51mm2、钢管骨架外包两层孔径不同的生丝布或塑料布滤网。3、管与滤网间用塑料管或铅丝隔开，塑料管沿骨架绕成螺旋形。4、滤网外面再绕一层粗铁丝保护网，滤管下端为一铸铁塞头。滤管上端与井点管连接。 1.5降水 井点管：直径38、51mm，长57m的钢管。其上端用弯联管与总管相连，下端与滤管相连。 集水总管：直径100127mm的无缝钢管，每段长4m，其上端有与井点管联结的短接头，间距0.8m或1.2m。 1.5降水抽水设备：抽水设备：真空泵真空泵离心泵离心泵水气分离水气分离器（又叫器（又叫集水箱）集水箱）1.5降水干式泵抽水原理干式泵抽水

49、原理 1.5降水2 2、轻型井点降水设计、轻型井点降水设计 轻型井点布置基础条件和计算 水文地质资料即：地下水含水层厚度及承压与否、 地下水变化情况、土质、渗透系数、不透水层的位置等工程要求和设备条件：基坑（槽）形状、大小及深度；井管长度、泵的抽吸能力等1.5降水轻型井点降水设计轻型井点降水设计1 1）平面布置）平面布置 根据基坑（槽）形状根据基坑（槽）形状单排布置单排布置双排布置双排布置环形布置环形布置当土方施工机械需进出基坑时，也可当土方施工机械需进出基坑时，也可采用采用U U形布置。形布置。1.5降水单排布置单排布置适用于适用于基坑、槽宽度小于基坑、槽宽度小于6m6m且降水深度不超过且降水深度不超过5m5m的情况，井点管布置的情况，井点管布置在地下水上游一侧，在地下水上游一侧，两端的延伸长度不小两端的延伸长度不小于坑槽的宽度。于坑槽的宽度。1.5降水2 2）高程布置）高程布置 即确定井点管埋深滤管上口即确定井点管埋深滤管上口至总管埋设面的距离：至总管埋设面的距离： h井点管埋深；井点管埋深；h1总管埋设面至基底的距离总管埋设面至基底的距离h基底至降后地下水位线距离基底至降后地下水位线距离i 水力坡度水力坡度L井点管至水井中心（坑中心）井点管至水井中心（坑中心）的水平距离（井点管单排时为井的水平距离（井点管单排时为井点管