有限元在岩土工程中的应用 (5)

1、土方工程施工1 土方工程主要内容：包括土方规划、土方工程施工的要点，土方工程机械化施工。在土方规划中，涉及了土的工程分类和性质、土方边坡、土方量计算、场地设计标高的确定和土方调配等问题；在土方工程施工要点中，重点论述了土壁稳定、护坡支护、施工排水、流砂防治和填土压实，以上是土方工程施工的关键；在土方工程机械化施工中，着重阐述常用土方机械的类型、性能及提高生产率的措施。土木工程施工中，常见的土方工程：（1）场地平整确定场地设计标高，计算挖、填土方量，合理地进行土方调配等。（2）开挖沟槽、基坑、竖井、隧道、修筑路基、堤坝，其中包括施工排水、降水，土壁边坡和支护结构等。（3）土方回填与压实其中包括土

2、料选择，填土压实的方法和密实度检验等。1 土方工程1 土方工程土方工程概念 土石方工程是土木工程施工中主要的分部工程之一，其内容包括土石方的开挖（爆破）、运输、填筑与弃土、平整与压实等主要的施工过程，以及场地清理、测量放线、施工排水、降水和土壁支护等准备与辅助工作。土方工程施工的特点 工程量大、面广 ；露天作业，不确定性影响因素较多 ；施工条件复杂；劳动强度较大 。 5678910组织土方工程施工的要求 （1）在条件允许的情况下应尽可能采用机械化施工；（2）要合理安排施工计划，尽量避开冬、雨期施工； （3）为了降低土石方工程施工费用，减少运输量和 占用农田，要对土方进行合理调配、统筹安排。 （

3、4）施工前要做好调查研究，拟定合理施工方案和 技术措施，保证工程质量和安全，加快施工进度。学习重点：土的工程性质及其对施工的影响，土壁支护与边坡，以及降低地下水位的方法。1 土方工程学习要求:了解土的分类和现场鉴别土的种类；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；掌握土方量计算与基（槽）坑土方施工、土方边坡与土壁支撑方法 ;掌握排除地面水、人工降低地下水位（轻型井点降水）的方法;掌握回填土施工方法及质量检验标准与安全措施 。 1 土方工程1.1 土的分类及工程性质 1.2 土方量计

4、算 1.3 施工准备与支护排降水 1.5 基坑(槽)施工 1.4 土方机械化施工 1.6 填土与压实 End 本 章 内 容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 土的分类及工程性质1.1.1 土的分类与鉴别 表1.1 土的工程分类与现场鉴别方法土的分类 土 的 名 称 可松性系数 现场鉴别方法 KSKs一类土(

5、松软土) 砂，亚砂土，冲积砂土层，种植土，泥炭(淤泥) 1.081.17 1.011.03 能用锹、锄头挖掘 二类土(普通土) 亚粘土，潮湿的黄土，夹有碎石、卵石的砂，种植土，填筑土及亚砂土 1.141.28 1.021.05 用锹、锄头挖掘，少许用镐翻松 三类土(坚土) 软及中等密实粘土，重亚粘土，粗砾石，干黄土及含碎石、卵石的黄土、亚粘土，压实的填筑土 1.241.30 1.041.07 要用镐，少许用锹、锄头挖掘，部分用撬棍 四类土(砂砾坚土) 重粘土及含碎石、卵石的粘土，粗卵石，密实的黄土，天然级配砂石，软泥灰岩及蛋白石 1.261.32 1.061.09 整个用镐、撬棍，然后用锹挖掘

6、，部分用楔子及大锤 土的分类 土 的 名 称 可松性系数 现场鉴别方法 KSKs五类土(软石) 硬石炭纪粘土，中等密实的页岩、泥灰岩、白垩土，胶结不紧的砾岩，软的石炭岩 1.301.45 1.101.20 用镐或撬棍、大锤挖掘，部分使用爆破方法 六类土(次坚石) 泥岩，砂岩，砾岩，坚实的页岩，泥灰岩，密实的石灰岩，风化花岗岩，片麻岩 1.301.45 1.101.20 用爆破方法开挖,部分用风镐 七类土 (坚石) 大理岩，辉绿岩，玢岩，粗、中粒花岗岩，坚实的白云岩、砂岩、砾岩、片麻岩、石灰岩，风化痕迹的安山岩、玄武岩 1.301.45 1.101.20 用爆破方法开挖 八类土(特坚硬石) )

7、安山岩，玄武岩，花岗片麻岩，坚实的细粒花岗岩、闪长岩、石英岩、辉长岩、辉绿岩、玢岩 1.451.50 1.201.30 用爆破方法开挖 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 1.1.2.1 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)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： 1.1.2.2 土的天然密度和

8、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)1.1.2.3 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； V

9、1 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。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表1.1所示。 1.1.2.4 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。 表1.2 土的渗透系数参考表 土的名称 渗透系数(m/d) 土的名称渗透系数(m/

10、d) 粘土 0.005 中砂 5.0020.00 亚 粘 土 0.0050.10 均质中砂 3550 轻亚粘土 0.100.50 粗砂 2050 黄土 0.250.50 圆 砾 石 50100 粉砂 0.501.00 卵石 100500 细砂 1.005.00 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 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

11、； 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)1.2.2 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。 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)

12、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。1.2.2 场地平整土方计算（2）确定场地设计标高考虑的因素： 满足生产工艺和运输的要求； 尽量利用地形，减少挖填方数量； 争取在场区内挖填平衡，降低运输费; 有一定泄水坡度，满足排水要求。场地设计标高一般在设计文件上规定，如无规定： 小型场地挖填平衡法 大型场地最佳平面设计法（用最小二乘法，使挖填平衡且总土方量最小）A、初步标高（按挖填平衡） 方法：将场地划分为每格边长1040m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

13、） 。aaaaaaH11H12H21H22则场地初步标高： H0=（H11+H12+H21+H22）/4MH11、 H12、 H21、 H22 一个方格各角点的自然地面标高； M 方格个数。或：H0=（H1+2H2+3H3+4H4）/4MH1一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。B、场地设计标高的调整按泄水坡度、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 ：LyLxixiyH0(2)双向排水时，各方格角点设计标高为：LH11H0H0iH12H21 Hn = H0 L i Hn = H0 Lx ix L yi y(1)单向排水时，各方

14、格角点设计标高为: Hn【例】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）/4M =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）70.0970.09（2）按泄水坡度调整设计标高：Hn = H0 Lx ix L yi y ； H1 =70.29302+303=70.3270.3270.3670.4070.4

15、470.2670.3070.3470.3870.2070.2470.2870.3270.1470.1870.2270.26 H070.29 H2 =70.29102+303=70.36H3=70.29+102+303=70.40 其它见图(3)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)(4) 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

16、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； a 方格网的边长，m。 (1.10) 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。 (5)场地土方量的计算： 分别按方格求出挖、填方量，再求整个场地总挖方量、总填方量 四角棱柱体法1）全挖、全填格： V挖（填）=a2 (h1+h2+h3+h4)/4 h1 h4 方格

17、角点施工高度绝对值 V挖（填）挖方或填方的体积。2）部分挖、部分填格：V挖（填） = a2 h挖（填） 2 / 4 h h挖（填） 方格角点挖或填施工高度绝对值之和； h 方格四个角点施工高度绝对值总和。三角棱柱体法（略） 均见教材40四方棱柱体法1）全挖全填格 V=a2(h1+h2+h3+h4)/4式中：V挖方或填方的土方量（m） h1,h2,h3,h4方格四个角点的挖填高度(m)， 以绝对值代入。412）部分挖部分填格1.2.3土方的调配：在施工区域内，挖方、填方或借、弃土的综合协调。 1、要求： 总运输量最小； 土方施工成本最低。 2、步骤：（1） 找出零线，画出挖方区、填方区；（2）划

18、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。B1A1A2A3A4B2B30000（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 挖 填B1B2B3挖方量A1 50 70 100500A2 70 40 90 500A3 60 110 70 500A4 80 100 40400填方量800600500 1900划分调配区示例：（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

19、。n 列填方量 填挖B1B2B3挖方量A1 50 70 100500A2 70 40 90 500A3 60 110 70500A4 80 100 40400800600 500 1900m 行400500500300100100结果：所得运输量较小，但不一定是最优方案。（总运输量97000m3-m) （6）画出调配图（略） 3、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+n1=3+41=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ij 0，则

20、方案为最优解。 1）求位势Ui和Vj： 位势和就是在运距表的行或列中用运距（或单价）同时减去的数，目的是使有调配数字的格检验数为零，而对调配方案的选取没有影响。计算方法：平均运距（或单方费用）Cij = Ui+Vj 设 U1=0，挖 填位势数B1B2B3位势数Ui VjA1500 50 70 100A2 70 500 40 90 A3300 60 100 110100 70 A4 80 100 400 40U1= 0V1=50U3=10V2=100U2=60V3= 60U4=20 U3= C31V1=6050=10；则V1= C11U1=500=50； V2=11010=100； 2）求空格的

21、检验数ij ij= Cij Ui Vj ; 11=500500（有土）; 结论：表中12为负值，不是最优方案。应对初始方案进行调整。-30+40+80+90+50+2013=10006040; 挖 填B1B2B3Ui VjV1=50V2=100V3=60A1U1=0070100A2U2=-6070 090 A3U3=10000A4U4=-2080100 0位势数位势数5060110404070求检验数表21=70(60)5080; 12=70010030（三）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

22、。 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。 填方量 填挖B1B2B3挖方量A1 500A2 500A3 500A4 400800600 500 1900400500500300100100X12(100) (0)(400)(400)3）再求位势及空格的检验数 若检验数仍有负值，则重复以上步骤，直到全部ij 0而得到最优解。 +40+50+60+50+50U1= 0V1=50V2=70U2=30U3=10V3=60U4=20位势数位势数挖 填B1B2B3Ui VjA1A2 A

23、3A4 506011040407080100707010090+30 0 0 0 0 0 0 由于所有的检验数 ij 0，故该方案已为最优方案。（5） 求出最优方案的总运输量： 40050100705004040060100704004094000m3m（4）绘出调配图： （包括调运的流向、数量、运距）。A1A2A3A4B1B2B3m3m51土方调配（回顾及例题） 目的：就是使土方总运输量或土方施工成本最小的条件下，达到缩短工期和降低成本。 思路：确定填挖方区土方的调配方向和数量。 原则： 应力求达到挖填平衡和运量最小的原则； 应考虑近期施工与后期利用相结合的原则； 应采取分区与全场相结合来考

24、虑的原则； 应尽可能与大型地下建筑物的施工相结合； 应合理布置挖填方分区线，选择恰当的调配方向、运输路线，以方便挖、填、运。52调配步骤： 划分调配区 求出每对调配区之间的平均运距 进行土方调配 画出土方调配图 列出土方量平衡表53方法及步骤（以表上作业法为例） 最小元素法-对运距最小的一对填挖区优先地、 最大限度地供应土方量（可减少检验次数）。 列出土方平衡-运距（或单位运价）表 初始调配方案编制-采用最小元素法 最优方案的判别法-闭回路法、位势法、假想价格系数法。 方案的调整54土方调配实例： “表上作业法”进行土方调配 下图为一矩形广场，图中小方格中的数字为各调配区的土方量，箭杆上的数字

25、则为各调配区之间的平均运距，试求最优土方调配方案。55（1）编制初始调配方案 初始方案的编制采用“最小元素法”，即对应于价格系数Cij最小的土方量Xij取最大值，由此逐个确定调配方格的土方数及不进行调配的方格。56第一步：将土方数及价格系数填入计算表中57第二步：按“最小元素法”填入土方数5859（2）最优方案判别：-假想价格系数法 该方法是设法求得无调配土方方格的检验数ij，判别ij是否非负，如所有检验数ij0，则方案为最优方案，否则该方案不是最优方案，需要进行调整。60 有调配土方方格的假想价格系数Cij=Cij； 无调配土方方格的假想价格系数用下式计算： Cef+Cpq=Ceq+Cpf第

26、二步：求出无调配土方方格的检验数： ij=Cij-Cij第一步：求出各方格的假想价格系数Cij ：61求各方格的假想价格系数:62 求无调配土方方格的检验数:63（3）方案的调整 第一步：在所有负检验数中选一个，把它所对应的变量Xij作为调整对象。 第二步：找出Xij的闭回路。 其作法是：从Xij 格出发，沿水平与竖直方向前进，遇到适当的有数字的方格作900转弯（也不一定转弯），然后继续前进，如果路线恰当，有限步后便能回到出发点，形成一条以有数字的方格为转角点的、用水平和竖直线联起来的闭回路。 64 闭回路：65 第三步：从空格Xij出发，沿着闭回路（方向任意）一直前进，在各奇数次转角点（以X

27、ij 出发点为0）的数字中，挑出一个最小的X，将它调到Xij 方格中（即空格中）。 第四步：将“X”填入Xij方格中，被挑出的X为0（该格变为空格）同时将闭回路上其他的奇数次转角上的数字都减去“X”。偶数次转角上数字都增加“X”，使得填控方区的土方量仍然保持平衡，这样调整后，便可得到新调配方案。 66 检验数：67Z = 40050+10070+50040+40060+10070+40040= 94000 （m3.m)最优土方调配方案的土方总运输量为：土方调配图：68场地平整土方机械及其施工 场地平整土方施工机械主要为推土机、铲运机，有时也用挖掘机。推土机 运距在l00m以内的平土或移挖作填，

28、以3060m为最佳。能爬30度左右的缓坡。 适于推挖一致三类土。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）的机械。适用运距在600l500m，以200350m时效率最高。 适于一致三类土。69701.3 施工准备与支护排降水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

29、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

30、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。 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。 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)：

31、 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。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。表1.4 深度在5m内的基坑(槽)、管沟边坡的最陡坡度 土的类别 边坡坡度(高宽) 坡顶无荷载 坡顶有静载 坡顶有动载 中密的砂土 11.00 1：1.2

32、51：1.50中密的碎石类土(充填物为砂土) 1：0.751：1.001：1.25硬塑的粉土 1：0.671：0.751：1.00中密的碎石类土(充填物为粘性土) 1：0.501：0.671：0.75硬塑的粉质粘土、粘土 1：0.331：0.501：0.67老黄土1：0.101：0.251：0.33软土(经井点降水后) 1：1.00- 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 土的类别 边坡值(高宽) 砂土(不包括细砂、粉砂) 11.2511.50 一般性粘土 硬 10.7511 .00硬、塑 11.0011.25 软 11.50

33、或更缓 碎石类土 充填坚硬、硬塑粘性土 10.5011.00 充填砂土 11.0011.50 1.3.2.2 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(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

34、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筑物基础下沉。 打入板桩的质量要求：板桩位置在板桩的轴线上，板壁面垂直，保证平面尺寸准确和垂直度；封闭式板桩墙要求封闭合拢；埋置达到规定深度要求，有足够的抗弯强度和防水性能。 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 板桩施工要正确选择打桩方法、打桩机械和流水段划分，以保证打设后的板桩墙有足够的刚度和防水作用。钢板桩打入法一般分为单独打入法、双层围檩插桩法和分段

35、复打法。 钢板桩单独打入法适用于桩长小于10m，且工程要求不高的钢板桩支撑施工。A 打桩方法的选择双层围檩插桩法是在桩的轴线两侧先安装双层围檩(一定高度的钢制栅栏)支架后，将钢板桩依次锁口咬合全部插入双层围檩间。详见图1.14。分段复打法是在板桩轴线一侧安装好单层围檩支架，将1020块钢板桩拼装组成施工段插入土中一定深度，形成一段钢板桩墙，即屏风墙。详见图1.15。B 合理划分流水段 施工流水段的划分应使板桩墙面垂直，满足墙面支撑安装要求，有利于封闭合拢，使行车路线短。 C 钢板桩打设准备工作 E 钢板桩的拔除 D 钢板桩的打设 钢板桩、围檩支架的矫正修理 按施工图放板桩的轴线进行测标高，作为

36、控制板桩入土深度的依据。 桩锤不宜过重，以防桩头因过大锤击而产生纵向弯曲。 准确安装好围檩支架。 （3）锚固式支撑1)锚拉式在滑坡面外设置锚桩；2)锚杆式地面上有障碍或基坑深度大;某大厦挡土支护结构构造某大厦挡土支护结构构造支架台座垫板锚具拉杆横梁套管拉杆锚固体挡墙土层锚杆的构造及长度划分锚固段钢绞线及灌浆管的固定锚杆的压水钻进成孔锚杆挖孔灌注桩挡墙护壁的形式冠梁槽钢腰梁护坡桩锚杆拉筋锚杆护坡桩构造槽钢腰梁与锚杆锚头构造（4）土钉墙支护作用：土钉与土体形成复合体，提高边坡稳定性和超载能力，增强土体破坏延性；特点：土体稳定性好，位移小，施工简便，费用低，对邻近建筑物影响小。分层分段施工，阶段不稳

37、定性。适用于：地下水位以上的杂填土、粘性土、非松散砂土。边坡坡度7090 。工艺过程：挖土喷射混凝土打孔插筋、注浆铺放、压固钢筋网喷射混凝土挖下层土 土钉墙与工作面开挖 用洛阳铲人工开挖土钉孔 土钉与钢筋网连接 喷射土钉墙混凝土 （5）地下连续墙作用：防渗、挡土，地下室外墙的一部分；适用于：坑深大，土质差，地下水位高；邻近有建（构）筑物，采用逆作法施工。工艺过程：作导槽钻槽孔放钢筋笼水下灌注混凝土基坑开挖与支撑。此处介绍几个具体工程实例 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

38、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。 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。 流砂现象如果土层

39、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。

40、 1.3.3.2 井点降水法 表1.6 降水类型及适用条件 适合条件降水类型渗透系数(cm/s) 可能降低的水位深度(m) 轻型井点多级轻型井点 10-210-5 36612 喷射井点 10-310-6 820 电渗井点 10-6 宜配合其他形式降水使用 深井井管 10-5 10 (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69

41、m。 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 （1）平面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)。 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。 （2）高程布置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

42、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)当H=6m时，可采用降低埋设面、采用二级井点（图1.21）、选用其他井点 等方式解决（3）计算涌水量Q：（环状井点系统） 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 无压完整井群井井点计算（积分

43、解）Q1.366K(2HS)S / (lgRlgX0) （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； X0环状井点系统的假想半径（m）；当长宽比A/B5时，X0=(F/)1/2，否则分块计算涌水量再累加。 F井点系统所包围的面积。 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：s/(s+l)0.20.30.50.8H01.3 (s+l)1.5 (s+l)1.7 (s+l)1.85 (s+l)注意：1、当H0值超过H时，取H0H； 2、计算R时，

44、也应以H0代入。（4）确定井管的数量与间距 1）单井出水量：q65d l K1/3 （m3/d） d、l滤管直径、长度（m）； 2）最少井点数：n1.1Q / q （根） 1.1备用系数。 3）最大井距：DL总管 / n （m）； 4）确定井距： 取井距D （5）确定井点数：nL总管 / DD15d符合总管的接头间距。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

45、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 。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。 目前，我国生产的履带式推土机有东方32100、T-120、黄河220等；轮胎式推土机有TL160等。

46、 1.4 土方机械化施工1.4.1 常用土方施工机械 并列推土法下坡推土法槽形推土法1.4.1.1 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1.241.4.1.3 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

47、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。3、单斗挖土机 （类型）正铲挖掘机反铲挖掘机拉铲挖掘机抓铲挖掘机(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

48、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

49、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。 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、

50、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

51、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。 （6）自卸汽车与挖土机的配套 原则：保证挖土机连续工作： 汽车载重量：以装35斗土为宜； 汽车数量：N汽车每一工作循环的延续时间T每次装车时间t；或：N（挖土机台班产量汽车台班产

52、量）+1房屋定位：在基础施工之前根据建筑总平面图设计要求，将拟建房屋的平面位置和零点标高在地面上固定下来。定位一般用经纬仪、水准仪和钢尺等测量仪器放线：房屋定位后，根据基础的宽度、土质情况、基础埋置深度及施工方法，计算确定基槽(坑)上口开挖宽度，拉通线后用石灰在地面上画出基槽(坑)开挖的上口边线即放线1.5 基坑(槽)施工1.5.1 房屋定位与放线 1.5.2 基槽(坑)土方开挖 基槽(坑)开挖有人工开挖和小型液压挖土机开挖两种形式。开挖基槽(坑)应按规定的尺寸，合理安排开挖顺序和分层进行，且连续施工。土方开挖的顺序、方法必须与设计工况一致，并遵循“开槽支撑，先撑后挖，分层开挖，严禁超挖”的原

53、则。1.5.3.1 基槽(坑)开挖深度控制 当基槽(坑)挖到离坑底0.5m左右时，根据龙门板上标高及时用水准仪抄平，在土壁上打上水平桩，作为控制开挖深度的依据。 1.5.3.2 基槽(坑)开挖中注意事项 在开挖基槽(坑)之前，应检查龙门板、轴线桩有无走动现象，并根据设计图纸校核基础轴线的位置、尺寸及水准点的标高等。基槽(坑)、管沟的挖土应分层进行。在施工过程中，基槽(坑)、管沟边堆置土方不应超过设计荷载。基槽(坑)土方施工中及雨后，应对支护结构、周围环境进行观察和监测，如出现异常情况应及时处理，待恢复正常后方可继续施工。 基槽(坑)开挖时，要加强垂直高度方向的测量，防止超挖，防止搅动基底土层。 对特大型基坑，应分区分块挖至设计标高，分区分块及时浇筑垫层。土方开挖施工中，若发现古墓及文物等，要保护好现场，并立即通知文物管理部门，经查看处理后方可施工。1.5.3.3 验槽 基槽(坑)开挖完毕并清理好以后，在垫层施工以前，施工单位应会同勘察、设计单位、监理单位、建设单位一起进行现场检查并验收基槽，通常称为