第一章土方工程第一、二节

1、第一章第一章 土方工程土方工程2第一节第一节 概概 述述 常见的土方工程包括土方的开挖、运输、填筑、常见的土方工程包括土方的开挖、运输、填筑、平整与压实等施工过程及施工排水、降水、边坡支平整与压实等施工过程及施工排水、降水、边坡支护等辅助工作。护等辅助工作。 3（一）（一） 土方工程的特点土方工程的特点1.1.工程量大；工程量大；2.2.劳动繁重；劳动繁重； 3.3.露天作业；露天作业；4.4.施工条件复杂。施工条件复杂。 一、土方工程的特点与分类一、土方工程的特点与分类41.1.场地平整：指场地平整：指30cm30cm以内的就地挖、填、找平。以内的就地挖、填、找平。应尽量满足应尽量满足挖填平

2、衡挖填平衡要求，以降低施工费用。要求，以降低施工费用。2.2.基坑（槽）及管沟开挖：基坑是指坑底面积在基坑（槽）及管沟开挖：基坑是指坑底面积在20m20m2 2以内的土方工程；基槽是指宽度在以内的土方工程；基槽是指宽度在3m3m以内，长以内，长度是宽度的度是宽度的3 3倍以上的土方工程。必须确保其倍以上的土方工程。必须确保其标高、标高、断面及轴线尺寸准确断面及轴线尺寸准确。（二）（二） 土方工程的分类及要求土方工程的分类及要求53.3.大型挖方工程：挖土方是指坑底面积大型挖方工程：挖土方是指坑底面积20m20m2 2以上，以上，基底宽度基底宽度3m3m以上，场地平整挖填厚度以上，场地平整挖填厚

3、度30cm30cm以上的以上的土方工程的施工。应特别土方工程的施工。应特别注意地下水位的降低、边注意地下水位的降低、边坡留设与支护、对周围建筑物的保护等坡留设与支护、对周围建筑物的保护等。4.4.土方的填筑与压实：必须选用适当的土方的填筑与压实：必须选用适当的土料土料，选择，选择适宜的适宜的压实方法压实方法，使其达到规定的，使其达到规定的密实度密实度要求。要求。6 二、土的工程性质二、土的工程性质（一）土的天然密度：土在天然状态下单位体积的（一）土的天然密度：土在天然状态下单位体积的质量质量 式中：式中：mm土的总质量土的总质量 VV土的天然体积土的天然体积Vm7（二）土的干密度：单位体积中土

4、的固体颗粒的质量（二）土的干密度：单位体积中土的固体颗粒的质量 式中：式中：m ms s土中固体颗粒的质量土中固体颗粒的质量 VV土的天然体积土的天然体积Vmsd（三）土的密实度（三）土的密实度 式中：式中： 土的实际干密度土的实际干密度 土的最大干密度土的最大干密度maxdmaxdc8 （四）土的含水量（四）土的含水量 含水状态时土的质量（含水状态时土的质量（kgkg）；）； 土中固体颗粒经烘箱在恒温土中固体颗粒经烘箱在恒温105105下，烘下，烘1212小时后的质量（小时后的质量（kgkg）。）。%100221GGGw1G2G9LH2 2H1 1式中式中： 水在土中的渗流速度（水在土中的渗

5、流速度（m/dm/d）；）； 土的渗透系数（土的渗透系数（m/dm/d）；）； 水力坡度，水力坡度，（五）（五）土的渗透性土的渗透性Kiv vKiLHHi2110 （六）土的可松性（六）土的可松性1. 1. 土的可松性土的可松性 自然状态下的土，经过开挖后，其体积因松散而自然状态下的土，经过开挖后，其体积因松散而增大，以后虽经回填压实，仍不能恢复原来的体积。增大，以后虽经回填压实，仍不能恢复原来的体积。2. 2. 土的可松性系数土的可松性系数 最初可松性系数最初可松性系数 最终可松性系数最终可松性系数 12VVKs13VVKS11 例题例题1 1 已知某基槽需挖土方已知某基槽需挖土方300m3

6、00m3 3，基础体，基础体积积180m180m3 3，土的最初可松性系数为，土的最初可松性系数为1.41.4，最终可松性，最终可松性系数为系数为1.11.1。计算预留回填土量和弃土量（按松散状。计算预留回填土量和弃土量（按松散状态下计算）。态下计算）。12按土的开挖难易程度分类（一八类土）按土的开挖难易程度分类（一八类土） 松软土松软土 普通土普通土 坚土坚土 砂砾坚土砂砾坚土 软石软石 次坚石次坚石 坚石坚石 特坚石特坚石三、土的工程分类三、土的工程分类13一、土方边坡一、土方边坡 土方边坡坡度以其高度土方边坡坡度以其高度H H与其底宽与其底宽B B之比表示。之比表示。第二节第二节 土方边

7、坡与基坑支护土方边坡与基坑支护14边坡的稳定边坡的稳定（1 1）破坏形式：）破坏形式：u确定土方边坡坡度的大小应考虑土质、挖方深度、确定土方边坡坡度的大小应考虑土质、挖方深度、边坡留置时间、排水情况、边坡上部荷载、施工边坡留置时间、排水情况、边坡上部荷载、施工方法等因素。方法等因素。15（2 2）引起抗剪强度降低的原因）引起抗剪强度降低的原因气候的变化使土质松散；气候的变化使土质松散；粘土中的夹层因浸水而发生润滑作用；粘土中的夹层因浸水而发生润滑作用；饱和细砂、粉砂因受振动而液化。饱和细砂、粉砂因受振动而液化。（3 3）引起土体内剪应力增加的原因：）引起土体内剪应力增加的原因：边坡上边坡上部部

8、荷载增加，荷载增加，行车、堆物等行车、堆物等；自重增加，雨水或地面水渗入引起；自重增加，雨水或地面水渗入引起；动水压力动水压力，地下水渗流产生，地下水渗流产生；土体裂缝中的水产生静水压力。土体裂缝中的水产生静水压力。16二、基槽支护二、基槽支护横撑式支撑：横撑式支撑： 开挖较窄的沟槽。开挖较窄的沟槽。171819（一）支护结构类型及其适用范围（一）支护结构类型及其适用范围1.1.支护结构分类支护结构分类 支护结构按工作机理和围护墙形式分下列几种支护结构按工作机理和围护墙形式分下列几种类型：类型：三、基坑支护三、基坑支护20（1 1）水泥土墙式（深层搅拌水泥土桩墙、高压旋喷桩）水泥土墙式（深层搅

9、拌水泥土桩墙、高压旋喷桩墙）墙）（2 2）排桩与板墙式）排桩与板墙式 板桩式（钢板桩、砼板桩、型钢横挡板）板桩式（钢板桩、砼板桩、型钢横挡板） 排桩式（预制砼桩、钻孔灌注桩、挖孔灌注桩）排桩式（预制砼桩、钻孔灌注桩、挖孔灌注桩） 板墙式（现浇、预制钢筋砼地下连续墙）板墙式（现浇、预制钢筋砼地下连续墙） 组合式（加筋水泥土、高应力区加筋水泥土墙）组合式（加筋水泥土、高应力区加筋水泥土墙）（3 3）边坡稳定式（土钉墙、喷锚支护）边坡稳定式（土钉墙、喷锚支护）21( (二二) ) 水泥土墙支护水泥土墙支护 通过搅拌桩机将水泥与土进行搅拌，形成柱通过搅拌桩机将水泥与土进行搅拌，形成柱状的水泥加固土（搅

10、拌桩），形成重力式支护结状的水泥加固土（搅拌桩），形成重力式支护结构。构。22n水泥土搅拌桩适用淤泥质土、粉土和含水量较高且水泥土搅拌桩适用淤泥质土、粉土和含水量较高且地基承载力地基承载力120KPa粘性土。粘性土。23 水泥土墙通常布置成格栅式水泥土墙通常布置成格栅式: :n 格栅的置换率：格栅的置换率：0.60.60.80.8n 墙体宽度：墙体宽度：B=(0.7B=(0.70.95)H0.95)Hn 桩长桩长L=(1.8L=(1.82.2)H2.2)H。24用于支护结构的水泥土：用于支护结构的水泥土：水泥掺量通常水泥掺量通常7%15%；强度可达强度可达0.81.2 MPa；渗透系数很小，一

11、般不大于渗透系数很小，一般不大于10-6 cm/s。由水泥土搅拌桩搭接而形成水泥土墙，它既具有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。挡土作用，又兼有隔水作用。25 2 2水泥土墙的施工水泥土墙的施工 水泥土搅拌桩施工水泥土搅拌桩施工高压喷射注射法施工高压喷射注射法施工（1）水泥土搅拌桩施工）水泥土搅拌桩施工（A）施工机械）施工机械 由深层搅拌机（主机）、机架及灰浆搅拌由深层搅拌机（主机）、机架及灰浆搅拌机、灰浆泵等配套机械组成。机、灰浆泵等配套机械组成。26深层搅拌桩机机组深层搅拌桩机机组 11主机；主机；22机架；机架；33灰浆拌制机；灰浆拌制机；44集料斗；集

12、料斗； 5 5灰浆泵；灰浆泵；66贮水池；贮水池；77冷却水泵；冷却水泵；88道轨；道轨；99导向管；导向管；1010电缆；电缆；1111输浆管；输浆管；1212水管水管891012457611123272829 （B B）施工工艺）施工工艺u“一次喷浆、二次搅拌一次喷浆、二次搅拌”u“二次喷浆、三次搅拌二次喷浆、三次搅拌” 主要依据水泥掺入比及土质情况而定。水泥主要依据水泥掺入比及土质情况而定。水泥掺量较小，土质较松时，可用前者，反之可用后掺量较小，土质较松时，可用前者，反之可用后者。者。 30“一次喷浆、二次搅拌一次喷浆、二次搅拌” ” 施工流程施工流程 1)1)定位；定位；2)2)预埋下

13、沉；预埋下沉；3)3)提升喷浆搅拌；提升喷浆搅拌；4)4)重复下沉搅拌；重复下沉搅拌；5)5)重复提升搅拌；重复提升搅拌；6)6)成桩结束成桩结束当采用当采用“二次喷浆、三次搅拌二次喷浆、三次搅拌”工艺时可在图示步骤（工艺时可在图示步骤（5 5）作业时也进行注浆，以后再重复（作业时也进行注浆，以后再重复（4 4）与（）与（5 5）的过程。）的过程。31钻孔后将钻杆从地基土深处逐渐上提，同时利用插钻孔后将钻杆从地基土深处逐渐上提，同时利用插入钻杆端部的旋转喷嘴，将水泥浆液高速喷入土中入钻杆端部的旋转喷嘴，将水泥浆液高速喷入土中形成水泥土桩，桩体相连形成帷幕墙。形成水泥土桩，桩体相连形成帷幕墙。（

14、2）高压喷射旋喷桩施工）高压喷射旋喷桩施工32 （二）土钉墙（二）土钉墙(soil nailing wall)支护支护33341. 组成和构造组成和构造（1）土钉：螺纹钢筋直径）土钉：螺纹钢筋直径1632mm ，长度，长度=(0.51.2)h，间距，间距宜为宜为12m，与水平面夹角宜为，与水平面夹角宜为 520，土钉孔直径，土钉孔直径70120mm 。（2）钢筋网：钢筋直径）钢筋网：钢筋直径610mm，间距宜为间距宜为 150300mm。（3）喷射混凝土：强度不低于）喷射混凝土：强度不低于C20，厚度不宜小于，厚度不宜小于 80mm。35 3. 3.特点特点 （1 1）安全可靠；）安全可靠；

15、（2 2）可缩短基坑施工工期；）可缩短基坑施工工期； （3 3）施工机具简单，易于推广；）施工机具简单，易于推广； （4 4）经济效益较好。）经济效益较好。 2. 2.作用：作用： 土钉与土体形成复合体，提高边坡稳定性和承土钉与土体形成复合体，提高边坡稳定性和承载能力，增强土体破坏延性；载能力，增强土体破坏延性；36 4. 施工施工 (1)(1)施工工艺施工工艺: : 定位定位钻机就位钻机就位成孔成孔插钢筋插钢筋注浆注浆喷射混凝喷射混凝土面层土面层373839404142 南京玄武湖隧道工程施工梁洲段的土壁支护采南京玄武湖隧道工程施工梁洲段的土壁支护采用了土钉支护结构。用了土钉支护结构。434

16、4 (三三) 排桩墙支护排桩墙支护 排桩墙排桩墙支护支护采用采用灌注桩灌注桩或或钢桩钢桩单独起支挡土单独起支挡土体作用，或与体作用，或与土层锚杆土层锚杆或或内支撑内支撑（钢结构或钢筋（钢结构或钢筋混凝土结构）共同起支挡土体作用。混凝土结构）共同起支挡土体作用。 特点：特点： 混凝土灌注桩施工简单，布置灵活，造价便宜；混凝土灌注桩施工简单，布置灵活，造价便宜；钢桩可多次重复使用，承载力高，打设方便。钢桩可多次重复使用，承载力高，打设方便。45 钢板桩支护既挡土又止水，悬臂钢板桩支护结构的刚钢板桩支护既挡土又止水，悬臂钢板桩支护结构的刚度小。钢板桩拔桩时，易带土造成邻近房屋不均匀沉降。度小。钢板桩

17、拔桩时，易带土造成邻近房屋不均匀沉降。 钢板桩支护钢板桩支护464748板桩支护板桩支护钢板桩钢板桩: :适用软土适用软土、淤泥土淤泥土，挖深挖深15m492022-3-121. 排桩墙的平面布置形式排桩墙的平面布置形式 柱列式排桩支护：柱列式排桩支护： 连续式排桩支护：连续式排桩支护： 组合式排桩支护：灌注桩与水泥土桩组合。组合式排桩支护：灌注桩与水泥土桩组合。502. 排桩墙结构形式：排桩墙结构形式： 无支撑支护结构；无支撑支护结构； 单支撑支护结构；单支撑支护结构； 多支撑支护结构。多支撑支护结构。51a)a)排桩下部走动；排桩下部走动；b)b)拉锚破坏；拉锚破坏；c)c)支撑破坏；支撑

18、破坏；d)d)拉锚长度不足；拉锚长度不足；e)e)排桩失稳弯曲；排桩失稳弯曲； f ) f ) 排桩变形及土体沉降排桩变形及土体沉降3 3排桩支护结构的破坏形式排桩支护结构的破坏形式a)b)c)d)e)f)524排桩墙设计的五要素：排桩墙设计的五要素： 入土深度不够，在土压力的作用下，入土深度不够，在土压力的作用下， 排桩的入土部分走动而出现坑壁滑坡；排桩的入土部分走动而出现坑壁滑坡； 排桩本身刚度不够，在土压力作用下排桩本身刚度不够，在土压力作用下失稳弯曲；失稳弯曲； 支撑或拉锚的强度不够；支撑或拉锚的强度不够； 拉锚长度不足，锚碇失去作用而使土拉锚长度不足，锚碇失去作用而使土体滑动；体滑动

19、； 排桩位移过大，造成周边环境破坏。排桩位移过大，造成周边环境破坏。 入土深度；入土深度； 截面弯矩；截面弯矩； 支点反力；支点反力； 拉锚长度；拉锚长度； 排桩位移。排桩位移。53（1）荷载与变形）荷载与变形 分析单支点排桩的计算原理及计算方法：分析单支点排桩的计算原理及计算方法： 根据排桩入土深度与基坑深度比值的大小，单支根据排桩入土深度与基坑深度比值的大小，单支点排桩变形也不同，特别是入土部分。由此，将单点排桩变形也不同，特别是入土部分。由此，将单支点排桩分成自由支承单支点排桩和嵌固支承单支支点排桩分成自由支承单支点排桩和嵌固支承单支点排桩（见下图）。点排桩（见下图）。54a)a)自由支

20、承自由支承 b)b)嵌固支承嵌固支承 单支点板桩的两种计算类型单支点板桩的两种计算类型AEaCDAEaP2ECP1EEPhddhb)a)55单支点板桩变形与弯矩单支点板桩变形与弯矩flash动画动画56 排桩的精确计算较为困难，主要是插入地下部分属排桩的精确计算较为困难，主要是插入地下部分属超静定问题，其土压力分布状态也难以精确确定。超静定问题，其土压力分布状态也难以精确确定。 目前的计算方法也有多种，如：目前的计算方法也有多种，如： “ “弹性曲线法弹性曲线法”； “ “竖向弹性地基梁法竖向弹性地基梁法”、 “ “相当梁法相当梁法”等，等，57 （2 2）“相当梁相当梁”法计算方法法计算方法

21、 相当梁示意图相当梁示意图a)b)c)d)AAAADDDDCC-+CRCCRMfQ58嵌固支承排桩嵌固支承排桩hhhdhc1or(h +h )Kr(h +h +h )Koc1oc1CRRCACDDPaP2EBhhT1TC159用上述用上述“相当梁法相当梁法”求解嵌固支承单支点板桩，求解嵌固支承单支点板桩，首先要找出板桩的反弯点首先要找出板桩的反弯点C C。反弯点反弯点C C 位置的确定：位置的确定：反弯点反弯点C C 的位置与土的内摩擦角、粘聚力有关，的位置与土的内摩擦角、粘聚力有关，并受排桩后的地下水位及地面荷载等因素影响。并受排桩后的地下水位及地面荷载等因素影响。 通过对不同长度和不同入土

22、深度的板桩弯矩与挠通过对不同长度和不同入土深度的板桩弯矩与挠曲线的研究，发现板桩的反弯点曲线的研究，发现板桩的反弯点C C与土压力强度等于与土压力强度等于零的位置较接近。零的位置较接近。60 计算中可取该点作为反弯点，由此引计算中可取该点作为反弯点，由此引起的误差不大，但使计算大大简化。起的误差不大，但使计算大大简化。61u用用“相当梁相当梁”法计算嵌法计算嵌固支承但支点排桩（如固支承但支点排桩（如图）：图）： 步骤（步骤（a a） 计算作用于排桩的计算作用于排桩的 主动土压力、主动土压力、 被动土压力。被动土压力。嵌固支承单支点排桩嵌固支承单支点排桩hhhdhc1or(h +h )Kr(h

23、+h +h )Koc1oc1CRRCACDDPaP2EBhhT1TC162u用用“相当梁相当梁”法计算嵌固法计算嵌固支承单支点排桩：支承单支点排桩： 步骤（步骤（b b） 计算排桩的反弯点位置即计算排桩的反弯点位置即土压力强度为零的点土压力强度为零的点C C至至地面的距离地面的距离hchc1 1：嵌固支承单支点排桩嵌固支承单支点排桩hhhdhc1or(h +h )Kr(h +h +h )Koc1oc1CRRCACDDPaP2EBhhT1TC111()pcacrK hrKhh1acpaK hhKK 即即 ： 632022-3-1263u用用“相当梁相当梁”法计算嵌法计算嵌固支承单支点排桩：固支承

24、单支点排桩： 步骤（步骤（c c） 计算相当梁的计算相当梁的 支座反力支座反力R RC C、 支撑或锚杆反力支撑或锚杆反力T Tc1c1。 将板桩在将板桩在C C点截断，利点截断，利用用 XX0 0，MM0 0计算计算 R RC C和和T Tc1c1；嵌固支承单支点排桩嵌固支承单支点排桩hhhdhc1or(h +h )Kr(h +h +h )Koc1oc1CRRCACDDPaP2EBhhT1TC164u用用“相当梁相当梁”法计算嵌固法计算嵌固支承单支点排桩：支承单支点排桩： 步骤（步骤（d-1d-1） 计算排桩计算排桩 入土深度计算值入土深度计算值h h0 0根据嵌固支承单支点排桩的根据嵌固支

25、承单支点排桩的特点，在桩底某一位置以下特点，在桩底某一位置以下的弯矩为零，如该点位于的弯矩为零，如该点位于D D点，则由下段排桩点，则由下段排桩CDCD可求得可求得h ho o。因为。因为CDCD段桩上矩形部分段桩上矩形部分的主被动土压力相等，由的主被动土压力相等，由MMD D0 0得：得：hhhdhc1or(h +h )Kr(h +h +h )Koc1oc1CRRCACDDPaP2EBhhT1TC122112323CoopooaorrR hh Khh Kh 6copaRhr KK 65u用用“相当梁相当梁”法计算嵌固法计算嵌固支承但支点排桩：支承但支点排桩： 步骤（步骤（d-2d-2） 计算

26、排桩入土深度值计算排桩入土深度值h hd d h h0 0的调整的调整由于实际桩前被动土压力较由于实际桩前被动土压力较图所示者小，按上式计算得图所示者小，按上式计算得到到h h0 0的偏小，故应增加入土的偏小，故应增加入土深度深度h h , ,h h取取0.20.2h h0 0 ，因，因此此板桩入土深度为板桩入土深度为: :hhhdhc1or(h +h )Kr(h +h +h )Koc1oc1CRRCACDDPaP2EBhhT1TC111.2dcohhh66u用用“相当梁相当梁”法计算嵌法计算嵌固支承单支点排桩：固支承单支点排桩： 步骤（步骤（e e）在剪力为零处求得在剪力为零处求得M Mma

27、xmax；hhhdhc1or(h +h )Kr(h +h +h )Koc1oc1CRRCACDDPaP2EBhhT1TC1675. 排桩墙施工排桩墙施工( () )混凝土灌注桩混凝土灌注桩干作业成孔灌注桩干作业成孔灌注桩泥浆护壁成孔灌注桩泥浆护壁成孔灌注桩套管成孔灌注桩套管成孔灌注桩68 (a) (a) 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。结束中途不停顿。u优点：桩机行走路线短，施工简便，打设速度快。优点：桩机行走路线短，施工简便，打设速度快。u缺点：单块打入易向一边倾斜，累计误差不易纠缺点：单块打入易向一边倾斜，累

28、计误差不易纠正，墙面平直度难以控制。正，墙面平直度难以控制。u适用：一般在钢板桩长度不大适用：一般在钢板桩长度不大( (小于小于10m)10m)、工程要、工程要求不高时采用。求不高时采用。(2) (2) 钢板桩施工钢板桩施工 69 (b) (b) 分段复打桩分段复打桩 此法又称屏风法，是将此法又称屏风法，是将10102020块钢板桩组块钢板桩组成的施工段沿单层围檩插入土中一定深度形成成的施工段沿单层围檩插入土中一定深度形成较短的屏风墙，先将其两端的两块打入，严格较短的屏风墙，先将其两端的两块打入，严格控制其垂直度，打好后用电焊固定在围檩上，控制其垂直度，打好后用电焊固定在围檩上，然后将其他的板

29、桩按顺序以然后将其他的板桩按顺序以1/21/2或或1/31/3板桩高度板桩高度打入。此法可以防止板桩过大的倾斜和扭转，打入。此法可以防止板桩过大的倾斜和扭转，防止误差积累，有利实现封闭合拢，且分段打防止误差积累，有利实现封闭合拢，且分段打设，不会影响邻近板桩施工。设，不会影响邻近板桩施工。70 (b) (b) 围檩插桩法围檩插桩法 围檩支架由围檩和围檩围檩支架由围檩和围檩桩组成，在平面上分单桩组成，在平面上分单面围檩和双面围檩，高面围檩和双面围檩，高度方向有单层和双层之度方向有单层和双层之分。分。 双面围檩之间的距离，双面围檩之间的距离，比两块板桩组合宽度大比两块板桩组合宽度大8 81515m

30、mmm。1-111围檩插桩法围檩插桩法71 双层围檩插桩法是在地面上，离板桩墙轴双层围檩插桩法是在地面上，离板桩墙轴线一定距离先筑起双层围檩支架，而后将钢板线一定距离先筑起双层围檩支架，而后将钢板桩依次在双层围檩中全部插好，成为一个高大桩依次在双层围檩中全部插好，成为一个高大的钢板桩墙，待四角实现封闭合拢后，再按阶的钢板桩墙，待四角实现封闭合拢后，再按阶梯型逐渐将板桩一块块打入设计标高。此法优梯型逐渐将板桩一块块打入设计标高。此法优点是可以保证平面尺寸准确和钢板桩垂直度，点是可以保证平面尺寸准确和钢板桩垂直度，但施工速度慢，不经济。但施工速度慢，不经济。72 ( (四四) ) 锚杆支护锚杆支护1.1.锚杆构造锚杆构造 组成：锚头、拉杆和锚固体。组成：锚头、拉杆和锚固体。 锚杆长度锚杆长度 = = 自由段自由段 L L1