土方工程施工工艺讲授内容介绍

第1章土方工程第2章深基础工程施工第3章砌体工程第4章混凝土结构工程第5章预应力混凝土工程第7章结构安装工程第10章防水工程第12章流水工程施工第13章网络计划技术第14章单位工程施工组织设计一、土木工程施工课程讲授内容

3/9/202311.土木工程施工，杨和礼主编，武汉大学出版社，2019年8月；2.土木工程施工，刘宗仁主编，高等教育出版社，2019年2月；3.土木工程施工，刘津明、韩明主编，天津大学出版社，2019年11月；4.建筑工程施工，重庆大学、哈尔滨建筑大学、同济大学编，中国建筑工业出版社，1985年；二、教学参考书3/9/20232第一章土方工程§1.1

土的工程分类及性质一、土的工程分类

土方工程是各类土木工程项目开始施工的第一个工序，土方工程具有工程量大、劳动强度大，施工条件复杂等特点，在土木工程施工中占有重要地位。

土方工程施工包括一切土的挖掘、填筑和运输等过程以及排水、降水和土壁支承等过程。

土的分类方法很多，若按：3/9/20233碎石类土－漂石土、块石土、卵石土、碎石、圆砾土、角砾土砂土－砾砂、粗砂、中砂、细砂、粉砂粘性土－粘土、亚粘土、轻亚粘土土的颗粒级配或塑性指数根据土的沉积年代粘性土－老粘性土、一般粘性土、新近沉积粘性土、土的工程特性特殊性土－软土、人工填土、黄土、膨胀土、红粘土、盐渍土、冻土等3/9/20234土方施工时土(石)的开挖难易程度松软土普通土坚土砂砾坚土软石次坚石坚石特坚石

一般土岩石土的工程分类3/9/20235土的分类土的名称土的密度开挖方法一类土(松软土)砂土、粉土、冲积砂土层、疏松的种植土、淤泥(泥炭)0.5～1.5用锹、锄头挖掘，少许用脚蹬二类土(普通土)粉质粘土；潮湿的黄土；夹有碎石、卵石的砂；粉土混卵(碎)石；种植土、填土0.11～6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；重粉质粘土、砾石土；干黄土、含有碎石卵石的黄土、粉质粘土；压实的填土1.75～1.9主要用镐，少许用锹、锄头挖掘，部分用撬棍四类土(砂砾坚土)坚硬密实的粘性土或黄土；含碎石、卵石的中等密实的粘性土或黄土；粗卵石；天然级配砂石；软泥灰岩1.9先用镐、撬棍，后用锹挖掘，部分用楔子及大锤五类土(软石)硬质粘土；中密的页岩、泥灰岩、白垩土；胶结不紧的砾岩；软石灰及贝壳石灰石1.1～2.7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、片麻岩及正长岩2.2～2.9用爆破方法开挖，部分用风镐用爆破方法开挖七类土(坚石)大理石；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；微风化安山岩；玄武岩2.5～3.1用爆破方法开挖八类土（特坚石）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、角闪岩2.7～3.3用爆破方法开挖3/9/20236

二、土的工程性质（一）土的可松性1.土的可松性自然状态下的土经开挖后组织被破坏，其体积因松散而增大，以后虽经回填压实，也不能恢复为原来状态时的体积。土的可松性程度，一般用最初可松性系数和最后可松性系数来表示：（1.1.1）3/9/20237式中

V1—土在天然状态下的体积；

V2—土经开挖后的松散体积；V3—土经回填压实后的体积。土的可松性与土的土质有关，根据土的工程分类，其相应可松性系数见表1.1.1。（1.1.2）3/9/20238例1：挖基坑体积1000m3，ks＝1.24，ks‘＝1.04，求松方体积、填方体积和弃土体积？解：（1）松方体积：（2）填方体积：（3）留土方：（4）弃土方

3/9/20239（二）土的含水量

一般土的干湿程度用含水量表示，土的含水量(ω)是土中水的质量(mw)与土的固体颗粒质量(ms)之比，以百分比表示。（1.1.3）土的含水量含水量小于5%的称为干土；在5%～30%间的称为潮湿土；大于30%的称为湿土。3/9/202310（三）土土的透水水性●土的透水水性是指指水流通通过土中中孔隙的的难易程程度。●土体孔隙隙中的自自由水在在重力作作用下会会发生流流动，当当基坑土土方开挖挖到地下下水位以以下，地地下水的的平衡被被破坏后后，地下下水会不不断流入入基坑。。●地下水的的流动以以及在土土中的渗渗透速度度都与土土的透水水性有关关。3/6/202311●地下水在在土中渗渗流速度度一般可可按达西西定律计计算(见见图1.1.1)，其其公式为为：1.1.1水水力坡度度示意图图式中：v—水在土土中的渗渗流速度度(m／／d)；；K—土的渗渗透系数数（m/d）；；—水力坡坡度，表表示两点点水头差差（h1-h2）与其水平平距离L之比。3/6/202312§1.2场场地平整整一、场地地平整前前的施工工准备工工作1.了解解施工现现场技术术资料－地下管管线、工工程水文文地质、、气象等等；2.场地地清理－建筑物物、构筑筑物、管管道、坟坟墓、沟沟坑、垃垃圾、树树根等；；3.地面水水排除－施工区区域设置置排水设设施，如如排水沟沟、截水水沟、挡挡水土坝坝4.修建建临时道道路、临临时设施施－主要道道路结合合永久性性道路一一次修筑筑，临时时道路整整平铺上上碎石面面层即可可；5.制定定冬雨季季施工措措施－防洪、、边坡稳稳定、冻冻土开挖挖、填方方等。3/6/202313二、场地平整整土方量的计计算（一）小型场场地平整时设设计标高的确确定场地平整前，，应首先确定定场地的设计计标高（一般般设计文件上上有规定），，然后计算挖挖填方土方量量进行土方调调配，选择土土方施工机械械，拟定施工工方案。小型场地平整整时设计标高高的确定－平整前和平平整后土方量量相等，挖填填方平衡最佳设计平面面－大型厂矿建建筑、设计单单位进行场平平设计，施工工单位进行施施工3/6/202314●当小型场地无无特殊要求时时，一般可根根据平整前和和平整后土方方量相等的原原则确定设计计标高，但这这仅意味着将将场地推平，，并不能保证证总土方量最最小。场地不不同设计标高高的影响见图图1.2.1。图1.2.1场地不同同标高的影响响设计标高为H1，填方大于挖挖方；设计标标高为H2，挖方大于填方方3/6/202315●计算前，将场地划划分为方格网（10×10m～40×40m），，利用地形图求出出各方格角点的设设计标高，一般来来说理想的设计标标高应使场地内土土方在平整前和平平整后相等。见图图1.2.2。图1.2.2场地地设计标高简图（a）地形图上上划分方格；（（b）设计标高示示意图1－等高线；2－－自然地坪；3－－设计标高平面；；4－自然地面与与设计标高平面的的交线（零线）1.初步确定场地地设计标高（H0）3/6/202316即：（1.2.1）式中：H0—所计算场地的设设计标高(m)；；a—方格边长(m)；N—方格数。H11、H12、H21、H22——某一方格的4个角点标高(m)。3/6/202317从图1.2.2可见见：H11－一个个方格格的单单独角角点标标高；；H12、H21－2个个方格格共有有的角角点标标高；；H22－4个个方格格共有有的角角点标标高。。因此，，如果果将所所有方方格的的4个个角点点标高高相加加，则则类似似H11这样的的角点点加1次，，类似似H12、H21的角点点加2次，，类似似H22的角点点标高高加4次。。因此此，式式(1.2.1)可可改写写为：：3/6/202318式中：H1—1方格所所独有的角角点标高(m)；H2—2个方格共共有的角点点标高(m)；H3—3个方格格共有的角角点标高(m)；H4—4个方格格共有的角角点标高(m)。（1.2.2）3/6/202319按式（1.2.2）计计算出的的设计标标高为一一理论值值，而在在实际施施工过程程中还要要考虑下下列因素素的影响响对设计计标高进进行调整整。由于土具具有可松松性，回回填压实实恢复不不了原来来状态，，要相应应提高设设计标高高。如图1.2.3所示。设为为土的的可松性性引起设设计标高高的增加加值，则则设计标标高增加加值为为：：2.设计计标高的的调整值值1）土的的可松性性的影响响3/6/202320式中—设计标高调整后的总挖方体积；—设计标高调整前的总挖方体积；—设计标高调整前的挖方区总面积。设计标高调整后，总填方体积变为：（1.2.3）图1.2.3设设计标标高调整整示意图图（a）理理论设计计标高；；(b)调整设设计标高高3/6/202321式中—设计标高调调整后的总填填方体积；—土的最后可可松性系数。。此时，填方区区的标高也应应与挖方区一一样，提高，，即：式中：－－设计计标高调整前前的总填方体体积；－设计标高调调整前总填方方区总面积。。（1.2.4）3/6/202322经移项整理理简化得(当VT＝Vw)：故考虑土的的可松性后后，场地设设计标高的的计算公式式应调整为为：（1.2.5）（1.2.6）3/6/202323(2)考虑泄水坡坡度对设计标高的的影响●按上述计算出设计计标高进行场地平平整时，是假设整整个场地为一个水水平面，实际上由由于排水的要求，，场地表面要有一一定的泄水坡度。。泄水坡度按设计要求确定；；无设计要求，一般般要求泄水坡度不不小于0.2％。。单向泄水－场地较较小，降水量较小小；双向泄水－场地较较大或降水量较大大时。3/6/202324●按单向泄泄水或双双向泄水水要求，，计算出出场地各各方格角角点实际际施工时时采用的的设计标标高。●双向泄水水（或单单向泄水水）－将场地H0作为场地地的中心心线（或或角点））标高，，场地任任一点设设计标高高为：式中：lx、ly——计算算点沿x、y方方向距中中心点的的距离；；ix、iy——场地地沿x、、y方向向的泄水水坡度。。当ix(或iy)为零时时，为单单向泄水水；计算点比比中心点点高时，，取“+”；计计算点比比中心点点低时，，则取““-”。。（1.2.7））3/6/202325（a））单向向泄水水；（（b））双向向泄水水图1.2.4考考虑虑泄水水坡度度对设设计标标高的的影响响例如，，在图图1.2.4中中，角角点H52、H42的设计计标高高为：：1）对对于H52点，属属单向向泄水水，3/6/2023262)对对于于H42点，属属双向向泄水水，土方量量计算算四角棱棱柱体体法－－近似似计算算，有有时误误差达达33％；；三角棱棱柱体体法－－计算算较为为精确确，一一般采采用计计算机机计算算。●小型场场地计计算一一般采采用四四角棱棱柱体体法，，四角角棱柱柱体法法将所所需计计算的的场地地划分分为方方格法法，然然后按按方格格网和和确定定的零零线具具体计计算各各方格格的土土方量量。具具体计计算步步骤如如下：：（二））场地地平整整土方方量的的计算算3/6/202327(1.2.8)式中hn—角点点的施施工高高度(m)，““+””号表表示填填方，，“－－”表表示挖挖方；；Hn—角点点的设设计标标高(m)；H—角点点的自自然地地面标标高(m)。。2.确确定零零线（（填、、挖方方的分分界线线）即确定定相邻邻一挖挖一填填两角角点间间方格格边线线上的的零点点，此此点即即不挖挖也不不填，，方格格中各各相邻邻边线线的零零点间间的连连线即即为零零线（（挖、、填方方分界界线））。1.计计算场场地各各方格格角点点的施施工高高度（（挖、、填方方高度度）3/6/202328零点位置可可通过下式式确定(见图1.2.5)：图1.2.5零零点位置置计算示意意图式中：x—零点至A点距离；；h1、h2—施工高度度；a—方格边长长（m）。。3/6/202329零线确定后后，便可进进行土方量量计算。●计算土方量量时，先求求出各方格格挖、填土土方量和场场地周围边边坡挖、填填土方量，，把挖、填填土方量分分别加起来来，就得到到场地总土土方量。式中V—填方或或挖方体积积(m3)；h1、h2、h3、h4—方格四个个角点的施施工高度(m)；a—方格边长长(m)。。（1.2.10）3.土方量量计算（1）方格格四角为全全挖或全填填时：3/6/202330挖方部分的土方方量为：（1.2.11）（2）方格的相相邻两角点为挖挖方，另两角点点为填方（图1.2.7），，则填方部分土方方量为：图1.2.7两两挖和两填填的方格3/6/202331式中：∑∑h—填方或或挖方施工高程程总和，用绝对对值代入；b、c—零点到到一角点的边长长。（1.2.12）3/6/202332(3)方格的3个角点为挖方方(或填方)，，另一角点为填填方(或挖方)，如图1.2.8所示。填方部部分的土方量为为：图1.2.8三三挖一一填的方格填方部分土方量量（1.2.13）3/6/202333挖方部分土方方量（1.2.14）3/6/202334－挖方（或填填方）的体积积；－方格角点中中挖方（或填填方）施工高高度总和（均均用绝对值相相加）；－方格四个角角点施工高度度总和（均用用绝对值相加加）；－方格边长。。●简化公式，挖挖方和填方的的土方量均可可按下式计算算：3/6/202335（4））边坡坡土方方量计计算●为了保保持边边坡的的稳定定和施施工安安全，，挖方方或填填方的的边沿沿都应应做成成一定定的边边坡，，边坡坡表示示方法法：土方边边坡坡坡度＝＝a、直直线边边坡b、折折线边边坡c、踏踏步式式边坡坡3/6/202336●边坡的画法可可根据控制网四点和和零线，填方和挖方的的坡度画出。。例:假定填方坡度度1：1.5，挖方坡度度1：1.25，四个角角点挖、填方方施工高度已已知，计算角角点挖、填方方边坡坡度（（方格用1：：1000，，边坡用1：：100）边坡计算示意意图L10.390.930.380.970.930.380.390.970.930.93挖方区填方区1234567891011121314151234567891011121413L43/6/202337●边坡土方量近近似划分为二二种近似几何何图形计算：：三角棱锥体（（1）：例如①三角棱柱体边边坡体积（4）：例如④式中：F1－边坡断面积积；L1－边坡1的长长度；h5－角点施工高高度；m－边边坡坡度系数数。mh5h5F13/6/202338●计算挖、填方方区四角控制制点边坡宽度度：挖方区：角点5边坡宽宽度0.93×1.25＝1.16m角点15边坡坡宽度0.38×1.25＝0.48m填方区：角点1边坡坡坡度0.39×1.5＝0.59m角点11边坡坡宽度0.97×1.5＝1.46m3/6/202339（5）基坑土土方量计算基坑土方量可可按立体几何何中的拟柱体体（由两个平平行的平面做做底的一种多多面体）体积积公式计算，，即：（1.2.13）式中：F1、F2－基坑顶、底底面积；F0－基坑中截面面积；H－基坑深度（（m）a、b－基坑上口宽宽度和长度（（m）；a1、b1－基坑底面宽宽度和长度。。3/6/202340●有时为了计计算方便，，也可采用用平均断面面法计算土土方量，即即：基槽和路堤堤的土方量量可以沿长长度方向分分段用同样样方法计算算：●V1－第一段土土方量（m3）；v－总土方量量（m3）L1－第一段长长度（m））；F1、F2、F0－两端和中中截面面积积。3/6/202341试计算如图图所示独立立基础的挖挖方量，回回填土量和和弃土量（（边坡1：：0.3，，KS＝1.3，，ks‘＝1.05）。解：上口：：2500＋150×2＋2000××0.3××2＝4000mm＝4m下口：2500＋150×2＝2800mm＝＝2.8m中口：（（4000＋2800）／2＝3400mm＝＝3.4m例题1：3/6/20234225001501505005002000500500500单位：mm3/6/202343（1）挖方方量（实方）（2）基础础方量（3）回填填土量（松方）3/6/202344（4）弃土土量例题2：某建筑场地地地形图方方格网（a＝20m）布置如如图，地面面泄水坡度度ix＝3‰，iy＝2‰，试试计算场地地设计标高高，并计算算挖填方土土方量。3/6/20234542.543.043.544.044.545.01-11-21-31-42-12-22-32-420202020图１某建筑场地地形图和方格网布置(单位：m）3/6/202346●按地形图所标等等高线，用插入入法求出各方格格角点地面标高高，采用插入法法时假定两根等等高线之间地面面坡度直线变化化。如角点4的地面面标高，根据相相似三角形原理理。１.计算角点地地面标高图2插插入法计算简简图H444.0hxxL0.544.5基面43/6/202347●在图上只要量出出x和L的长度度，便可算出H4的数值，算出各各点地面高度标标在方格网上。。12345678910111214151343.2443.6743.9444.3444.8042.9443.3543.7644.1744.6742.5842.9043.2343.6744.1743.6343.6943.7543.8143.8743.5943.6543.7143.7743.8443.5543.6143.6743.7343.79＋0.39＋0.02－0.19-0.53-0.93＋0.65＋0.30-0.05－0.40-0.84＋0.97＋0.71＋0.440.66-0.381-11-21-31-42-12-22-32-412345678910111214151343.2443.6743.9444.3444.8042.9443.3543.7644.1744.6742.5842.9043.2343.6744.1743.6343.6943.7543.8143.8743.5943.6543.7143.7743.8443.5543.6143.6743.7343.79＋0.39＋0.02－0.19-0.53-0.93＋0.65＋0.30-0.05－0.40-0.84＋0.97＋0.71＋0.440.66-0.381-11-21-31-42-12-22-32-4施工高高度角点编编号地面标标高设计标标高3‰2‰填方区区挖方区区3/6/2023482.计计算场场地设设计标标高按公式式（1.2.2）3/6/202349按设计要求的泄水水坡度计算方格各各角点的设计标高高，以场地中心线线角点8为H0，其余角点设计标高高为：4.计算每一角点点施工高度3.计算各角点设设计标高3/6/2023505.计算零零点位置零点：2-3，7-8，8-13，9-14，，14-15零点距角2的距离零点距角7的距离3/6/202351方格1-2挖、填土土方量6.计算土土方量3/6/202352方格2-2土方量7.边坡土土方量8.总土方方量场地总土方方量3/6/202353§1.3土方调调配一、划分调配区区●土方调配，就是是对挖土的利用用、堆弃和填土土三者之间的关关系进行综合协协调处理。土方方调配的目的，，挖、填方平衡衡，土方施工的的费用最少。1.调配区的划分分应与房屋或构构筑物的位置相相协调，并满足足主导土方施工工机械的要求；；2.当土方运距较大大，可根据地形形就近弃土或借借土，每一个借借土区或弃土区区可作为一个独独立的调配区；；3.调配区的范围和和方格网相协调调，若干个方格格组成一个调配配区。3/6/202354二、计算平均运运距●计算平均运距即即挖土区土方重重心至填方区土土方重心的距离离。因此，确定定平均运距需先先求出各个调配配区土方重心，，其方法如下：：取场地方格网中中的纵横两边为为坐标轴，分别别求出各区土方方重心的位置。。（1.3.1））（1.3.2）3/6/202355式中：X、Y—调配区的重重心坐标(m)；Vi—每个方格的的土方工程量量(m3)；xi、yi—每个方格的重重心坐标(m)。●重心求出后，，标在相应的的调配区图上上，用比例尺尺量出每对调调配区平均运运距，或用公公式进行计算算：●每对调配区的的平均运距l0为：3/6/202356例：计算平均运运距，假定各各方格土方量量已算出（以以Ⅰ到Ⅱ为例例）Ⅰ区①方格x＝＝10；y＝＝30②方格x＝＝26.66；y＝26.66yx挖方区填方区●●零线土方重心＋136.00①②⑥+25.90-17.90③⑤⑤⑤⑤④⑦⑧⑨⑩-117.00-270.00ⅠⅢⅡⅣXⅠXⅡYⅠYⅡ2020方格20×20例3.土方平平均运距计算算03/6/202357Ⅱ区⑥方格x＝33.3y＝33.3⑦方格x＝50y＝30⑧方格x＝70y＝30Ⅰ区Ⅱ区3/6/202358表1.3.1挖挖填填方量及平平均运距表表T1T2…TjTn挖方量W1X11C11X12C12…X1jC1jX1nC1na1W2X21C21X22C22…X2jC2jX2nC2na2┅…WiXi1Ci1Xi2Ci2…XijCijXinCinai…………………WmXm1Cm1Xm2Cm2XmjCmjXmnCmnam填方量b1b2┅bjbn挖方区填方区三、用线性性规划方法法进行土方方调配3/6/2023591.数学模型的的建立整个场地划划分为m个挖方区区：W1，W2，……Wm挖方量：a1,a2,……amn个填方区区：T1，T2，……Tn填方量：b1，b2，……bn假定挖填方方平衡：从W1到T1的平均运距距为C11，调配的土土方量为X11；从Wi到Tj的平均运距距为Cij，调配土方方量为Xij。3/6/202360●土方调配问问题求一组组Xij的值，使目目标函数为最小值，，并满足下下列条件：：3/6/202361●从这个目标标函数可以以看出这是是线性规划划中的运输输问题，可可以用表上上作业法和和单纯形法法求解，运运输问题用用表上作业业法较方便便。图1.3.1所示是一矩矩形场地，，现已知各各调配区的的土方量和和各填、挖挖区相互之之间的平均均运距，试试求最优土土方调配方方案。●用表上作业业法是以线线性理论为为基础的，，其方法和和步骤如下下：2.用表上上作业法进进行土方调调配（1）首先将将图中的数数值填入土土方平衡及及运距表1.3.2。3/6/202362图1.3.1各调调配区的土方方量和平均运运距3/6/202363T1T2T3挖方量(m3)W1X1150X1270X13100500W2X2170X2240X2390500W3X3160X32110X3370500W4X4180X42100X4340400填方量(m3)8006005001900挖方区填方区表1.3.2挖挖填方方量及平均运运距表3/6/202364●用最小元素素法，所谓谓最小元素素法，即对对运距最小小的一对挖挖填方区，，优先地，，最大限度度地供应土土方量●首先在表表1.3.2中找一一运距最小小值(本例例中，可在在C22、C43任取其中一一个，如C43)。首先确确定X43的值，使其其尽可能的的大，即X43＝min(400，，500)＝400（再大也也不可能大大于W4挖方区所能能够提供的的土方量））。●由于W4挖方区的土土方全部调调到T3填方区，所所以X41＝X42＝0，将400填入入表1.3.3中的的X43格内，同时时在X41，X42格内画上一一个“×””号。（2）作初始方案案3/6/202365表1.3.3初始调配方方案表T1T2T3挖方量W150050×70×100500W2×7050040×90500W33006010011010070500W4×80×10040040400填方量8006005001900填方量挖方量3/6/202366●然后在其余余的没有调调配土方量量和“×””号的方格格内，再选选一个运距距最小的方方格，即C22=40，让让X22值尽可能的的大，即X22=min(500，，600)＝500。同时使使X21＝X23＝0。●同样将500填入表表1.3.3中X22格内，并且且在X21、X23格内画上“×””。闭回路法位势法求检验数所有为最优方案●位势法较闭回路路法简便,只介介绍用位势法求求检验数（3）最优方案案判别3/6/2023671)检验时首先将有有调配数字的平平均运距列出来来,然后根据这这些数字方格,按下式求出两两组位势数:(1.3.8)(1.3.9)●位势求出后,可可根据式(1.3.9)求出出检验数λij－平均运距;－位势数。所有检验数为正正数，说明该方方案为最优方案案，否则需调整整。3/6/2023682）求位势表1.3.4位位势数、运运距和检验数表表位势T1T2T3

v1=50v2=100v3=60W1u1=0050-307040100W2u2=-6080700409090W3u3=100600110070W4u4=-20508020100040填方区挖方区uivj注：白的数字为为有调配数字方方格的平均运距距。3/6/202369●位势求出后，按按公式（1.3.9）求检验验数（求各空格格检验数）（出现负检验数数，不是最优方方案）1）在所有负检验数数中选一个(一一般即选最小的的一个)，本例例中便是λ12，把它对应的变变量x12作为调整的对象象。（4）方案调整整3/6/2023702）找出x12的闭回回路。。从x12格出发发，沿沿水平平或竖竖直方方向前前进，，遇到到有数数字的的方格格作90°°转弯弯(或或不转转弯)，然然后继继续前前进。。如果果路线线恰当当经有有限步步就回回到出出发点点，形形成一一条以以有数数字的的方格格为转转角点点、用用水平平和竖竖直线线联起起来的的闭回回路（（表1.3.5）。3）再从空空格x12出发，，沿着着闭回回路的的一个个方向向一直直前进进，在在各奇奇数次次转角角点的的数字字中挑挑一个个最小小的(本例例中便便是在在“100，500”中中选出出“100”)，将将它由由x32，调到到方格格x12中。3/6/202371

T1T2T3W1500←↓X12↑W2↓500↑W3300→100100W4400表1.3.5xij的闭合回路填方区挖方区奇奇3/6/2023724）将“100”填填入方格x12中，被挑出数字字的x32为0(该格变为为空格)；同时时将闭回路上其其他的奇数次转转角上的数字都都减去“100”，偶数次转转角上的数字都都增加“100”，使得填挖挖的土方量仍然然保持平衡。这这样调整后，便便可得到新调配配方案如表1.3.6。3/6/202373表1.3.6新新方方案的位势数、、运距和检验数数表位势T1T2T3挖方量v1=50v2=70v3=60W1u1=04005010070＋500W2u2=-30＋7050040＋500W3u3=1040060＋11010070500W4u4=-20＋80＋40040400填方量8006005001900vjui填方区挖方区3/6/202374●对新调配方案案，仍用位势势法检验，判判断是否为最最优方案，经经检验该方案案所有检验数数为正值。其其目标函数为为：土方调配图为为：图1.3.2土方方调配图3/6/202375§1.4施工工排水一、排除地下水水开挖基坑或沟槽槽时，土壤中的的含水层常被切切断，地下水将将会不断的涌入入坑内，如不及及时进行排除，，不仅影响正常常施工，还会造造成地基承载力力降低或边坡坍坍塌事故。施工排水排除地面水降低地下水地下水的排除设置排水沟截水沟修筑土堤等3/6/202376●排水沟沟的设设置利利用地地形，，以便便将水水直接接排除除场外外，或或流至至低洼洼处再再用水水泵抽抽走。。排水沟沟横断面面不小小于0.5×0.5m2纵向坡坡度应应根据据地形形确定定一般不不小于于3％％平坦地地区不不小于于2％％沼泽地区可可减至1％％●截水沟－在山坡地地区施工，，在较高一一面山坡处处设置截水水沟，阻止止山坡处水水流入施工工现场。●修筑土堤－在场地平平坦处，除除设置排水水沟外，还还要修筑土土堤，以防防止场外水水流入施工工现场。3/6/202377降低地下水水位的方法法主要有：：集水井降降水法、井井点降水法法等。●集水井降水水也称基坑坑排水，是是指在基坑坑开挖过程程中，在基基坑底设置置集水井，，并在基坑坑底四周或或中央开挖挖排水沟，，使水流入入集水井内内，然后用用水泵抽走走的一种施施工方法。。(图1.4.1)。●特点为设备备简单，管管理维护方方便，主要要适应于土土质情况较较好，地下下水不很旺旺的情况。。二、降低地地下水位（一）集水水井降水3/6/202378图1.4.1集集水井降水水1-排水沟沟；2-集集水井；3-反滤层层；4-进进水口；5-撑杠；；6-竖撑撑板；7-撑板3/6/2023791-水泵泵；2-排水沟沟；3-集水井井；4-排水管管；5-降落落曲线；；6-水水流曲线线3/6/202380集水井应应设置在在基础范范围以外外，地下下水走向向的上游游。根据据地下水水量大小小、基坑坑平面形形状及水水泵能力力，集水水井每隔隔20～～40m设置一一个。直径和宽宽度0.6～0.8m；深度低于于挖土面面0.7～1m；集水井底底低于基基坑底1～2m；井底铺碎碎石滤水水层，坑坑壁加固固以免泥泥砂流失失。1.集水水井设置置3/6/202381●静水中有有静水压压力，动动水中有有动水压压力。在在地下水水流同样样也有压压力，它它在地下下水动力力学中称称为“渗渗透压力力”。●当坑底和和地下水水面存在在水头差差，水在在渗流过过程中受受到土粒粒的阻力力（T），而水水则对土土粒产生生一种反反力（GD），这种种反力叫叫做动水水压力。。动水压压力GD的大小与与水力坡坡度成正正比，如如图1.4.2所示。。2.流砂砂及其防防治(1)流流砂砂产生的的原因3/6/202382图1.4.2动动水压力力原理图（a）水在土土中渗流的力力学现象；（（b）动水压压力对地基土土的影响1、2－土颗颗粒T－单位土体阻阻力，GD＝－T3/6/202383式中GD—动水压力(kN/m3)；γw—水的重力密度度；I—水力坡度(等等于水位差除以以渗流路线长度度)。●由上式可以看出出，动水压力GD与水力坡度I成正比，水位差差越大，动水压压力越大，而渗渗透路程越长，，动水压力越小小。3/6/202384●产生流砂现象主主要是由于地下下水的水力坡度度大，即动水压压力大，而且动动水压力的方向向（与水流方向向一致）与土的的重力方向相反反。因此，土不不仅受到水的浮浮力，而且受到到动水压力的作作用，有向上举举的趋势，如上图所示。●当动水压力等于于或大于土的浸浸水密度时，土土颗粒处于悬浮浮状态，并随地地下水一起涌入入基坑，即发生生流砂现象。即即：●流砂宜发生在细砂、粉砂、亚亚砂土中。在粗大砂砾砾中，因孔隙大大，水在其间流流过时阻力小，，动水压力也小小，不易出现流流砂。（1.4.2））3/6/202385●此外当基基坑坑底底位于不不透水层层内，而而其下面面为承压压水的透透水层，，基坑不不透水层层的覆盖盖厚度的的重量小小于承压压水的顶顶托力时时，基坑坑底部便便可能发发生管涌涌现象(图1.4.3)，即：：式中H——压压力水头头(m)；h——坑坑底不透透水层厚厚度(m)；rw——水水的重力力密度(1000kg/m3)；r——土土的重力力密度(kg/m3)。（1.4.3））3/6/202386图1.4.3管管涌冒冒砂1－不透透水层；；2－透透水层；；3－压压力水位位线；4－承压压水的顶顶托力●发生流砂砂现象的的重要条条件是动水压力力的大小小与方向向。防止流砂砂的途径径减小或平平衡动水水压力；；设法使动动水压力力的方向向向下；；增加渗流流路线和和截断地地下水流流。（2）流流砂的防防治3/6/202387●防治流流砂的的主要要措施施如下下：①在枯枯水期期施工工，，减减少动动水压压力；；②抛大大石块块，以以平衡衡动水水压力力；③打板板桩，，增加加水流流途径径，减减少动动水压压力；；④水下下挖土土，，平衡衡或减减少动动水压压力；；⑤井点点降低低地下下水位位，使使动水水压力力向下下；⑥搅拌拌桩或或地下下连续续墙，，截水水，支支承土土水压压力。。（3）防防治流流砂的的主要要措施施3/6/202388●井点降降水法法是在在基坑坑开挖挖前，，预先先在基基坑四四周埋埋设一一定数数量的的滤水水管(井)，利利用抽抽水设设备从从开挖挖前和和开挖挖过程程中不不断地地抽水水，使使地下下水位位降低低到坑坑底以以下，，直至至基础础工程程施工工完毕毕。●各类井井点适适应土土层的的渗透透系数数，降降低水水位深深度参参照表表1.4.1选用。。井点降降水的的方法法有：：喷射井井点电渗井井点管井井井点深井井井点等等选用土层的的渗透透系数数降低水水位的的深度度设备条条件经济性性比较较（二））井点点降水水法3/6/202389井的类别土层渗透系数K(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喷射井点（基坑较深）0.1～28～20电渗井点（淤泥排水）<0.1根据井点确定管井井点（单独一个水泵）20～2003～5深井井点（设置潜水泵）10～250>15表1.4.1各各类井点的的适用范围围3/6/202390●轻型井点是是沿基坑四四周每隔一一定距离埋埋入井点管管(下端为为滤管)至至地下蓄水水层内，井井点管上端端通过弯联联管与总管管连接，利利用抽水设设备将地下下水从井点点管内不断断抽出，使使原有地下下水位降至至坑底以下下(如图1.4.4所示示)。1.轻型井井点3/6/202391图1.4.4轻轻型井点全全貌图1－井点管；2－滤管；3－－集水总管；4－弯联管；5－水泵房；6－原地下水线线；7－降低后后的地下水位线线轻型井点降水.exe点3/6/202392●轻型井点设备主主要是由井点管管、滤管、集水水总管及抽水机机组等组成。井点管井点管直径为38～50mm、长为5～7m（一般为6m）；下端配有外径38～51mm，长1.0～～1.2m滤管管；滤管上的滤孔面面积占表面积20％～25％％；下端为铸铁头。。其构造如图1.4.4b所示。集水总管集水总管为内径径127mm的的无缝钢管；每段长4m，上上面装有与井点点管连接的短接接头；接头间距0.8m、1.2m、1.6m、、2.0m。（1）轻型井点点设备3/6/202393图1.4.4井井点管的构构造a)井点管；b)滤管构造；；c)井点管壁壁眼孔布置1－井点滤管；；2－滤孔；3－塑料绳骨架架；4－纤维网网眼布；5－筛筛绢3/6/2023941）平面布置基坑宽度小于6m，降水深度度不大于5m，，单排井点布置置在地下水流上上游；基坑宽度大于6m或土质不良良，双排线状井井点，布置在地地下水流上游；；基础面积较大，，环形井点，并并在四角加密；；井点管距井壁壁边缘保持在在0.7～1m，间距一一般为0.8～1.6m。●单排井点和环环形井点的布布置方式见图图1.4.5和图1.4.6.（2）轻型井井点布置3/6/202395图1.4.5单排井井点1－集水总管管；2－井点点管；3－抽抽水设备图1.4.6环形井井点1－集水总管管；2－井点点管；3－抽抽水设备H23/6/2023962）高程布置●轻型井点的降水深深度，在井点管底底部(不包括滤管管)处，一般不超超过6m。对井点点系统进行高程布布置时，应考虑井井点管的标准长度度，井点管露出地地面的长度(约0.2～0.3m)，以及滤管必必须在透水层内。。●井点管的埋设深度度H1，可按下式计算(图1.4.6)：式中——井点管管埋置面至基坑底底面的距离(m)；—基坑底面至降低后后的地下水位线的的距离，一般取0.5～1m；—水力坡度，单排排井点取1／4，，环形井点取1／／10；—井点管至基坑中中心的水平距离(m)。3/6/202397●单层轻型井井点系统所所能降低的的水位，一一般为3～～6m。当当用一层轻轻型井点达达不到降水水深度要求求时，可采采用二层轻轻型井点(图1.4.7)，，即先挖去去第一层井井点降水后后所排干的的土，然后后再在其底底部装设第第二层井点点。1－第一层层井点管；；2－第二二层井点管管；3－原原地下水位位线；4－－降低后的的地下水位位线图1.4.7二二层轻型井井点3/6/202398●井点计算算由于受受水文地地质条件件和井点点设备等等许多不不易确定定的因素素影响，，目前计计算出的的数值只只是近似似值。●井点系统的涌水水量按水井理论论进行计算。轻型井点的计算算内容涌水量计算；井点管数量与间间距确定；抽水设备选择等等。（3）轻型井点点计算3/6/202399●水井根据其井底底是否到达不透透水层，分为完完整井与非完整整井。井底到达达不透水层的称称为完整井；否否则为非完整井井。（a）无压完整井－井井底到达不透水水层，且地下水水无压力（图1.4.8a））；（b）无压非完整井－－井底未到达不不透水层，且地地下水无压力（（图1.4.8b）；1）水井井的类型型3/6/2023100（c）承压完整整井－井井底到达达不透水水层，两两不透水水层间为为有压地地下水（（图1.4.8c）；；（d）承压非完完整井－－井底未未到达不不透水层层，两不不透水层层间为有有压地下下水（图图1.4.8d）3/6/2023101图1.4.8水井类类型a)无压完整整井；b)无无压非完整井井；c)承压压完整井；d)承压非完完整井3/6/2023102●目前计算轻型型井点所用公公式都有一定定的使用条件件。●一般适应于基基坑的长宽比小于或或等于5；宽度小于或或等于2倍抽抽水影响半径径（B≤2R）。●若矩形基坑长长宽比大于5，或基坑宽宽度大于2倍倍抽水影响半半径时；应将将基坑分成几几小块，使其其符合计算公公式使用条件件，分别计算算涌水量再相相加。2)确定基坑坑的计算图形形面积3/6/20231033）涌水量量计算①无压完整整井单井涌涌水量计算算●井点系统理理论计算，，是以法国国水力学家家裘布依的的水井理论论为基础。。●根据该理论论，当均匀匀在井内抽抽水时，井井内水位开开始下降，，而周围含含水层中的的潜水流向向水位降低低处。●经过一段时时间，井周周围的水面面由水平变变成弯曲水水面，最后后趋于稳定定，成为向向井倾斜的的水位降落落漏斗。3/6/2023104●根据达西直线线渗透公式，，无压完整井井单井的涌水水量Q为：（1.4.5）式中：Q―单井涌水量（m3/d）；H—含水层厚度(m)；R―抽水影响半径(m)；r―水井半径(m)；h―井内水深(m)；K―渗透系数(m／／d)。3/6/2023105●设水井水位降低值值S＝H-h，得得h＝H－S；；代入式(1.4.5)后则得无压完整井井单井涌水量计算算公式：（1.4.6）②无压完整井环环状井点系统(群群井)涌水量计算算●井点系统是由许多多井点同时抽水，，各个单井水位降降落漏斗相互影响响，每个井的涌水水量比单独抽水时时小，所以总涌水水量并不等于各个个单井涌水量之和和。3/6/2023106当基坑的的长宽比小小于或等等于5；宽度小小于或等等于2倍倍抽水影影响半径径（B≤2R），可将将矩形井井点系统统换算成成一个假假想半径径为圆形形井点系系统计算算，其其涌水量量计算公公式为：：（1.4.7））式中Q—井点系系统总涌涌水量(m3／d)；；k—土的渗渗透系数数(m／／d)，，可由实实验室或或现场抽抽水试验验确定；；H—含水层层厚度(m)，，S—水位降降低值(m)；；R—环状井井点系统统的抽水水影响半半径(m)；可可近似按按下述经经验公式式计算：：3/6/2023107（1.4.8））x0—环形井点系统统的假想半径(m)，可按下下式计算：（1.4.9））上式中，F为环环状井点系统所所包围的面积(m)。3/6/2023108③无无压非非完整整井环环状井井点系系统涌涌水量量计算算●在实际际工程程中往往往会会遇到到无压压非完完整井井的井井点系系统，，如图图1.4.8b所示。。这时时地下下水不不仅从从井的的侧面面流入入，还还从井井底渗渗入。。因此此涌水水量要要比完完整井井大。。●精确计计算比比较复复杂，，为了了简化化计算算仍可可采用用公式式(1.4.6)。。此时时式中中含水水层厚厚度H换成成有效效深度度H0，H0值系经经验数数值，，可查查表1.4.2。●但是要要注意意，如如果算算得的的H0值大于于实际际含水水层厚厚度H时，，则仍仍取H值。。无压压非完完整井井环状状井点点系统统涌水水量计计算公公式为为：3/6/2023109（1.4.10）式中H0—含水水层有有效深深度(m)K、S、R、x0同上。。表1.4.2有有效深深度H0值S’/(s’+l)0.20.30.50.8H01.3(s’+l)1.5(s’+l)1.7(s’+l)1.85(s’+l)注：s‘－井管管处水水位降降低值值；l－滤管管长度度3/6/20231103）井井点管管数量量与井井距的的确定定●井点管的数量n，，根据井点系统涌涌水量Q和单根井井点管最大出水量量q，按下式计算算：（1.4.1）式中：—滤管直径（m））；—滤管长度(m)。3/6/2023111●井点管间距D，按按下式计算：式中L—总管长度(m)●轻型井点系统的施施工，主要包括施施工准备、井点系系统安装与使用。。●井点系统的安装顺顺序是：挖井点沟沟槽、铺设集水总总管→冲孔、沉设设井点管、灌填砂砂滤料→用弯联管管将井点管与集水水总管连接→安装装抽水设备→试抽抽。(4)轻型井井点施工3/6/2023112●井点管的沉设方法法，常用的有下列列两种：a)用冲水管冲孔孔后，沉设井点管管；b)直接利用井井点管水冲下沉。。图1.4.9冲冲水管冲孔法沉设设井点管(a)冲孔；（b）埋管1－冲管；2－冲冲嘴；3－胶皮管管；4－高压水泵泵；5－压力表；；6－起重机吊钩钩7－井点管；8－－滤管；9－填砂砂；10－粘土封封口冲管直径50～70mm；长度比井点管长1.5m；水压0.6～1.2MPa；孔径不小于300mm；冲孔深度比滤管底底部低0.5m。。H:\3(轻型井井点）.swf轻轻型井点）.swf3/6/2023113●井孔冲成成后，应应立即拔拔出冲水水管，插插入井点点管，并并在井点点管与孔孔壁之间间，填灌灌干净粗粗砂做砂砂滤层，，砂滤层层厚度一一般为60～100mm，填填灌高度度至少达达到滤管管顶以上上1～1.5m，以保保证水流流畅通。。上端地地面处0.5~1间用用粘土填填实封口口。●井点管使使用时应应连续抽抽水，否否则井管管易堵塞塞或使边边坡塌方方。3/6/2023114［例1.4.1］］某工程基坑开挖(图1.4.10)，坑底平面尺寸寸为20×15m2，天然地面标高为为±0.00，基基坑底标高为-4.2m，基坑边边坡坡度为1：0.5。土质为：：地面至-1.5m为杂填土，-1.5m至-6.8m为细砂层层，细砂层以下为为不透水层。地下下水位标高为-0.70m，经扬扬水试验，细砂层层渗透系数K=18m／d，采用用轻型井点降低地地下水位。(5)轻型井井点降水设计计算算例题3/6/2023115图1.4.10轻轻型井点系统统布置图试求：1)轻型井点系统的布布置；2)轻型井点的计算及及抽水设备选用。。3/6/2023116总管的直直径选用用127mm，，布置在在±0.00标标高上，，基坑底底平面尺尺寸为20×15m2，上口平平面尺寸寸为：井点管布置置距离基坑坑壁为1.0m，采采用环形井井点布置，，则总管长长度：1)轻型井井点系统布布置3/6/2023117●井点管长度度选用6m，直径为为50mm，滤管长长为1.0m，井点点管露出地地面为0.2m，基基坑中心要要求降水深深度：●采用单层轻轻型井点，，井点管所所需埋设深深度：符合埋深要要求。3/6/2023118●井点管加加滤管总总长为7m，井井管外露露地面0.2m，则滤滤管底部部埋深在在-6.8m标标高处，，正好埋埋设至不不透水层层上。基基坑长宽宽比小于于5，因因此。可可按无压压完整井井环形井井点系统统计算。。轻型井点点系统布布置见图图1.4.