第一章土石方工程(3-3)

2023/2/311.4排水、降水施工降水的原因：土的含水层被切断排水：排出雨水、基坑渗水等。降水的方法：集水坑降水、井点降水1.4.1集水坑降水法一、方法简介

沿坑底周围或中央设置集水坑、排水沟，排水沟有一定的坡度，水沿水沟流向集水坑，用水泵将其抽走。地下水流向2023/2/32剖面示意图二、集水坑设置1位置基坑内地基以外，地下水上游。2023/2/332间距、数量根据涌水量、基坑平面尺寸和形状、水泵的抽水能力计算设定。一般设置间距20～40m。3排水沟、集水坑的大小、标高排水主沟底应较最深基坑底低1～2m；集水坑直径或宽度0.6～0.8m，低于沟底0.4～1.0m，集水坑底铺碎石（卵石），壁用竹笼或木板加固。三、适用与特点特点：简便、费用低。适用：面积小，降水深度不大，土质不能产生流沙。易产生流沙的土质：细沙、粉沙、淤泥。2023/2/34四、水泵的选择

1离心泵2潜水泵潜水泵工作简图重点与考点排水沟设置的位置，集水坑底、坑壁的处理措施，集水坑降水方法适用条件。2023/2/351.4.2流砂及其防治流砂现象：当基坑开挖到地下水位以下时，有时坑底土会进入流动状态，随地下水涌入基坑。1成因GDGD21

动力压力原理图(a)水在土中渗流的力学现象(b)动力压力对地基土的影响

1、2-土颗粒bρwh2Fh1h2ρwh1FbaaTLFL

地下水的水力坡度大，动水压力大。动水压力的方向与水流方向一致，与土粒的重力方向相反，土粒在浮力和动水压力共同作用下浮起，随地下水流入基坑。2023/2/362危害基坑土丧失承载力。轻，边挖边冒，施工条件恶化；重，塌方，危及附近建筑物。3易发土质细砂、粉砂、亚砂土。4防治①途径：减小或平衡动水压力、改变动水压力的方向、截断地下水流。②方法：抢挖法；打钢板桩法；水下挖土法；在枯水季节开挖基坑；地下连续墙法；用井点法降低地下水位。重点与考点：流沙现象易发生的土质，防治途径。2023/2/37杭州地铁工地坍塌事故2023/2/38杭州地铁工地坍塌事故2023/2/39各类井点适用范围1.4.3井点降水法降水方法：打井、抽水使地下水位下落至基底以下。作用：消除流砂现象、稳定边坡、加速土的固结。井点类型土层渗透系数/（m/d）降低水位深度/m单层轻型井点0.1～503～6多层轻型井点0.1～506～12（由井点层数而定）喷射井点0.1～28～20电渗井点＜0.1根据选用的井点确定管井井点20～2003～5深井井点10～250＞152023/2/310一、轻型井点(真空井点)1

工作原理2023/2/3112井点设备①管路系统

井点管：直径50mm，长5m～7m的钢管滤管：直径同井点管，长1m或1.5m

总管：直径100～127mm，每段4m，接头间距0.8m。②排水设备真空泵设备：真空泵、离心泵、水气分离箱射流泵设备：射流器、离心泵、循环水箱765432181000～1500

滤管构造1-钢管;2-管壁上小孔;3-缠绕的铁丝;4-细滤网;5-粗滤网;6-粗铁丝保护网;7-井点管;8-铸铁头滤管的作用：渗入水，阻隔泥沙。2023/2/3123井点布置①平面布置（1）单排井点基坑上口宽度B<6m，降水深度h≤5m；要求：布置在地下水上游一侧，两端伸出基坑≥B2023/2/313（3）环形井点基坑面积较大，井点管距离基坑壁≥1m,不闭合。（2）双排井点（4）U型井点2023/2/314②高程布置

井点管露出地面200～300mm，滤管宜埋在透水层内。

井点管的埋设深度（不包括滤管）AH1—井点管埋置面至基

坑底面的距离(m)；

h—基坑底面至降低后的地

下水位线的距离，一般

取1～0.5m

I—水力坡度，单排井点取

1/4，环形井点取1/10；

L—环状井点：井点管至基坑中心的水平距离(短边)(m)

单排井点：井点管至基坑对边的水平距离(m)2023/2/315A井点管长度=HA+0.2(m)当井点管的长度不能满足降水要求时，可采用①降低井点管的埋设面②采用多级井点2023/2/316①涌水量计算采用“水井理论”4轻型井点计算计算内容：基坑涌水量、井点管数量、井距、设备选择（1）水井分类完整井非完整井承压井无压井2023/2/317井的类型：┏无压井：无压完整井、无压非完整井┗承压井：承压完整井、承压非完整井2023/2/3181）

无压完整井ω—过水断面

—中心至过水断面处的距离

—不透水层到距中心距离为x

处的曲线上的高度hH（2）涌水量计算

涌水量（Q）：单位时间内通过某过水断面的水流量（m³/h,m³/d）。该段面水力坡度涌水量为2023/2/319分离变量代入:π=3.14lnN=2.3lgN得:得:K渗透系数H含水层厚度h井内水深R抽水影响半径r水井半径两边积分hH2023/2/320考虑群井的互相影响,井点系统的涌水量按下式计算：式中：y—群井范围内任一计算点处降低后的地下水位高度，m；

x1、x2

…xn—计算点至各井井点的距离，m。

n—单井的数量Hsy基坑R213nXnX1X2X3A2023/2/321

若:x1=x2=…

…=xn=x0代入:y=H-S得:得:上式为无压完整井井点系统涌水量计算公式式中：K——渗透系数，m/d；

S——水位降低值，m

；

R——环状轻型井点的抽水影响半径，近似取，m；

x0——环状井点的假想半径，当矩形基坑L/B≤5，取，m；

A——环状轻型井点管包围的面积。

2023/2/322

式中：H0

——抽水影响深度，m。按下表计算。抽水影响深度H0

注:表中S′为井点管内水位降低值;L为滤管长度当计算出的H0>H(实际含水层厚度)，取H0=HS′S′+L0.20.30.50.8H01.3(S′+L)1.5(S′+L)1.7(S′+L)1.85(S′+L)2）无压非完整井RH0sY0基坑Hh0lS’2023/2/3233）承压完整井4）承压非完整井（3）井点管数量计算与间距确定

单根井点管的最大出水量式中:q——

单根井点管的最大出水量m3/dd——

滤管直径(m)

l——

滤管长度(m)M含水层厚度R0

影响半径

r0

井点管直径

2023/2/324井点管根数井点管间距式中:L——总管长度，m。

在确定井点管间距时，还应注意以下几点：

a.井距不能过小，否则彼此干扰大，影响出水量，因此井距必须大于5d。

b.在总管拐弯处及靠近河流处，井点管宜适当加密。

c.在渗透系数小的土中，考虑到抽水使水位降落的时间比较长，宜使井距缩小。

d.间距应与总管上的接头间距相配合。 2023/2/325球阀开放球阀关闭直接用井点管水冲下沉法(a)水冲下射时(b)抽水时(a)(b)

冲水管冲孔法

1-冲管;2-冲嘴;3-胶皮管;4-高压水泵;5-压力表;6-起重吊钩;7-井点管;8-滤管;9-填砂;10-粘土封口5轻型井点施工与运行①施工顺序挖井点沟槽→排放总管→成孔→埋设井点管→填砂→密封→用弯联管连接→安装抽水设备→试抽②成孔方法射水法、冲孔（钻孔）法、套管法。2023/2/326③填砂滤层在井壁与井点管之间填干净粗砂，至滤管顶以上1～1.5m④封口埋设面下0.5～1.0m粘土封口，防止漏气。⑤运行使用时连续抽水（先大后小，先混后清）；注意对周围建筑物沉降的观测。2023/2/3272023/2/328二、喷射井点

1组成喷射井点、高压水泵、管路系统2工作原理高压水经内外管环形通道喷嘴截面变小流速增加形成局部真空抽吸地下水混合室喷射井点设备布置

1-喷射井管;2-滤管;3-井水总管;4-排水总管;5-高压水泵;6-集水池;7-水泵;8-内管;9-外管;10-喷嘴;11-混合室;12-扩散管;13-压力表3适用降水深度8～20m，在渗透系数3～

50m/d的砂土中应用最有效。2023/2/329三、管井井点1特点每个管井单独使用一台水泵抽水降低地下水位。2适用适宜地下水量大的土层中。土的渗透系数K≥20m/d，降水深度8～15m。四、深井井点1特点每个管井单独使用一台潜水泵抽水降低地下水位，水泵在管井内部。2适用适宜地下水量大、降水较深的砂土、粉土层中。降水深度可达50m。2023/2/330五、井点降水对临近建筑物的影响和预防措施

影响：基础下沉、房屋开裂预防措施：

①回灌井点法

在降水井点与建筑物之间设置一排回灌地下水，回灌点与降水井点之间的距离不宜小于6m，回灌与降水同步进行。

②设置止水帷幕法

常用：深层搅拌法、压密注浆法、冻结法。③减缓降水速度法2023/2/331重点与考点井点平面布置的形式，高程布置高程的确定；水井的分类及特点；轻型井点施工程序与运行；轻型井点、喷射井点、管井井点、深井井点的特点与适用；井点降水对临近建筑物影响的预防措施。2023/2/3321.5土方填筑与压实质量问题2023/2/3331.5土方填筑与压实

一、填土压实质量标准

1压实系数压实系数=施工控制干密度ρd土的最大干密度ρd,max压实系数设计给出或查表施工控制干密度ρd

施工中获取或计算得出土的最大干密度ρd,max

受填入土质的影响，可通过查表、计算、实测等方式得到

项次土的种类变动范围项次土的种类变动范围最优含水量/%(WT)最大密度/(g·cmֿ³)最优含水量/%(WT)最大密度/(g·cmֿ³)1砂土8～121.80～1.883粉质粘土12～151.85～1.952粘土19～231.58～1.704粉土16～221.61～1.802023/2/3342土的最大干密度

①查表②实验确定③计算ρwds

1+0.01wopds土的最大干密度ρd,max=ηη

为经验系数ρw为水的密度ds

为土粒相对密度wop

为最优含水量，可通过查表、按当地经验数据或wp+2计取2023/2/3353施工控制干密度4实际干密度取样：环刀法组数：基坑20～50m3一组；基槽（管沟）20～50m一组；室内回填每层400～900m2一组。取样位置：每层压实后的下半部取样。测定：土样的湿密度和含水率。施工控制干密度=土的最大干密度ρd,max·

压实系数λρ1+0.1w计算：

ρ0=ρ

土的湿密度w土的含水量控制：

ρ0≥ρd

2023/2/336二、填方土粒的选择和要求1不允许做填方的土料（含水量大的）粘土、冻土、有机物含量≥8%的土、水溶性硫酸盐含量≥

5%的土。

2填筑要求①分层进行压实，尽量采用同类土；②不同类的土，则透水性较小的在上层，透水性较大的土在较小的下层；③不得任意将土混杂后使用。三、填土压实方法碾压、夯实、振动

2023/2/337三方法2023/2/3381碾压法平碾、羊足碾平碾适用砂类土、粘性土羊足碾适用粘性土操作：慢行2～3km/h2023/2/3392夯实法方法：机械人工适用：工程量小，作业面受限制。3振动压实法机械：比平碾提高效率1～2倍。适用：非粘性土、石渣、碎石类土、杂填土、轻亚粘土。原理：振动→土颗粒之间发生位移→密实2023/2/340四、影响压实质量的因素1压实功的影响结论：（机械和铺土厚度一定）压实一定遍数即可，过多遍数无用。操作：先轻后重2023/2/3412含水量的影响说明：含水量小，土颗粒之间摩擦力较大，不易被压实；含水量较大，饱和状态土颗粒粘性大，也不易被压实。结论：最优含水量时压实，可得到最大干密度。较干的土压实前先润湿，水会起到润滑的作用，土容易被压实。2023/2/342项次土的种类变动范围项次土的种类变动范围最优含水量/%(WT)最大密度/(g·cmֿ³)最优含水量/%(WT)最大密度/(g·cmֿ³)1砂土8～121.80～1.883粉质粘土12～151.85～1.952粘土19～231.58～1.704粉土16～221.61～1.80土的最优含水量和最大干密度参考表推广：不适宜含水量土的处理方法①含水量偏高，将土翻松、晾晒或掺入吸水剂，降低含水率；②含水量偏低，预先洒水润湿，增加压实遍数，使用大功率的压实机械。2023/2/3433铺土厚度

填土施工时的分层厚度和压实遍数压实机械每层铺土厚度(mm)每层压实遍数平碾250~3006~8振动压实机250~3503~4柴油打夯机200~2503~4人工打夯<2003~42023/2/344填土压实的质量标准0.9基础四周或两侧一般回填土一般工程0.94～0.97在地基主要持力层范围内简支结构和排架结构>0.96在地基主要持力层范围内砌体承重结构和框架结构0.85一般堆放物件场地回填土0.9室内地坪、管道地沟回填土0.91～0.93在地基主要持力层范围以下0.93～0.96在地基主要持力层范围以下压实系数λc填土部位结构类型填土压实系数2023/2/345重点与考点：施工压实系数的含义；不允许做填方的土料，填筑要求；干密度与压实功的关系、含水量干密度的关系，处理不适宜含水量的方法；分层填土每层的大致厚度。2023/2/3461.6土方工程机械化施工机械化施工的优点1.6.1平整场地机械1推土机①构成2023/2/347②作业方法1）下坡推土，可提高生产率，坡度不超15度。2）并列推土，用2~3台推土机并列，铲刀相距

15~30cm，可减少土的散失，提高生产率，两机增加运土15%~30%，三机增加30%~40%，运距不超50~75m，不小于20m。2023/2/3483）多刀送土：在硬土中，切土深度不大，可先将土堆到一起，然后集中送到卸土区，堆积距离不大于30m。4）槽形推土：推土机重复在一条线上切土，推土，使工作面形成一条浅槽，在槽中推土，可减少土的散失，可增加10%～30%的运土量，土埂宽约50cm。③适用、经济运距适用场地清理、场地平整、开挖深度不大的基坑以及回填作业等。经济运距100m之内，最佳运距为30～60m。2023/2/3492铲运机能够独立完成铲土、运土、卸土、填筑、压实的施工机械。①构成1-驾驶室;2-前轮;3-中央枢架;4-转向油缸;5-辕架;6-提斗油缸;7-斗门;8-铲斗;9-斗门油缸;10-后轮;11-尾架2023/2/350②工作原理、作业方法1）环行路线2）8字形路线施工方法下坡铲土、跨铲法、助铲法。③经济运距适宜600～1500m，经济运距200～350m。

铲运机作业示意图

(a)铲土;(b)卸土2023/2/3511.6.2挖掘机械常用四种：正铲、反铲、拉铲、抓铲。①工作特点后退向下，强制切土。②适用开挖停机面以下的Ⅰ～Ⅲ类土，开挖深度4m左右的基坑、基槽和管沟及含水量大的土。③开挖方式1反铲挖掘机2023/2/352（1）沟端作业作业方便，挖掘深度、宽度均较大。（2）沟边作业可将土弃远，稳定性差，挖掘深度、宽度较小。2023/2/3532正铲挖掘机①工作特点前进向上，强制切土。挖掘力大，可开挖停机面以上的Ⅰ～Ⅳ类土。②适用坑内作业，开挖高度3m以上的干燥基坑。③开挖方式正向挖土，侧向卸土；正向挖土，后方卸土。2023/2/3543拉铲挖土机①工作特点后退向下，自重切土，开挖停机面以下的Ⅰ、Ⅱ类土。

②适用坑内作业，开挖高度3m以上的干燥基坑，挖土深度和半径较大。③开挖方式正向挖土，侧向卸