建筑施工技术-第1章　土方工程

第1章土方工程1.6人工降低地下水位1.7土方填筑与压实1.8基坑（槽）检验和地基处理1.9土方工程冬期施工1.10土方工程质量标准与安全技术上一页返回１．１概述土方工程是建筑工程施工中最初接触到主要分部工程之一，它的主要施工内容包括土方开挖、运转、回填、压实和场地平整，以及施工降排水和边坡支护等施工准备与辅助工作。１.１.１土方工程施工内容与特点１.土方工程施工内容在建筑施工中，土方工程施工包括场地平整、基坑（槽）开挖、挖土方、回填土等。场地平整指将自然地面改建成规划设计要求的平面所进行的土方施工过程。施工内容包括确定场地设计标高，计算挖、填土方量，合理进行土方调配等。基坑（槽）开挖指按照设计标高和施工要求在基坑范围内挖除岩土到基底设计高程。下一页返回１．１概述土方的开挖、填筑与运输，土料的回填与压实是土方工程的重要环节，基坑（槽）降、排水与土壁边坡支护直接关系到施工安全和工序的顺利开展，土料的选择、填土压实方法的合理与否影响到填土的回填质量，对填筑土方要严格要求回填土土层厚度、土层含水量，选择土质分层回填压实。对地下人防工程、大型建筑物地下室施工、深基础开挖等大型土方工程，要预先设计专项施工方案，确保施工开挖的工序合理安全，涉及边坡稳定、地面沉降、临近建筑物保护、道路与管线移位等一系列安全与防护问题，要提前研究各项技术资料，进行专业的施工组织编排，保证施工有序开展。上一页下一页返回１．１概述２.土方工程施工特点（１）工作面广、开挖量多、劳动繁重。建筑工地现场的场地平整面积往往很大，有些大型建设项目的土方施工面积可达数平方公里，土方施工量可达百万立方米以上。普通民用住宅与工业建筑施工，基坑开挖量土方上万方也属正常。（２）施工条件复杂。土方施工多为露天作业，在施工过程中直接受到地区、气候、水文和地质等条件的影响。鉴于上述施工特点，组织土方施工首先要进行现场勘察，做好施工前的准备工作，尽可能采用机械化施工，以减少繁重的体力劳动、缩短工期、提高功效；其次要合理安排施工计划，尽可能避开雨期施工，尽可能减少占用工作面，并预先制定出合理的土方调配方案。总之，土方施工前应编制符合实际的技术上先进的、经济合理的施工组织设计，指导施工顺利开展。上一页下一页返回１．１概述１.１.２土的工程分类与现场鉴别一般工业与民用建筑都建造在土层或岩石上。土是岩石经风化、搬运和沉积之后，所形成的粗细颗粒堆积在一起的散粒体。粗至粒径大于２００ｍｍ的块石，细至粒径小于０．００５ｍｍ的黏土颗粒统称为土。土的种类繁多，分类方法也很多，按土的基本物质组成分类有岩石、碎石、砂土、黏性土和特殊土。岩石按坚固性分类可分为硬质岩石和软质岩石；按风化程度又可分为微风化、中等风化、强风化、全风化和残积土。碎石土可分为漂石、块石、卵石、碎石、圆砾和角砾。砂土可分为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂；按密实度又分为松散、稍密、中密和密实的砂土。黏性土可分为黏土和粉质黏土两种；根据其状态可分为坚硬、硬塑、可塑、软塑和流塑的黏性土。以下重点介绍土的工程分类和土的现场鉴别方法。上一页下一页返回１．１概述按照土的开挖难易程度分类，称为土的工程分类。我国建筑安装劳动定额规定，根据土的坚硬程度和开挖方法及使用工具将土分为８类。现将８类的工程分类方法与１６级地质分类方法综合于表１-１。1.１.３土的基本性质１.土的组成土的物理性质包括密度、含水量、孔隙比、透水性、黏结力以及土的可松性等。这些性质是确定地基处理方案和制定土方工程施工方案的重要依据，直接影响土方工程开挖、施工方法、工程量、劳动力和施工成本等因素。上一页下一页返回１．１概述土由固相、液相和气相三项组成，如图１-１所示。土的固体颗粒以矿物颗粒为主，是土的骨架，土颗粒间的间隙由水和气体填充，这三相间的比例关系随着周围环境的变化而调整，土的三相状态比例不同，决定各类土的基本性质有所差异，如干燥或潮湿、疏松或密实等，对评价土的工程性质、进行土的工程分类具有重要意义。２.土的天然含水量土的含水量是土中水的质量与固体颗粒质量之比，以百分数表示，即上一页下一页返回１．１概述土的干湿程度用含水量表示。含水量在５％以下称为干土，含水量在５％３０％称为湿土，大于３０％称为饱和土。含水量越大，土质越潮湿，对土方施工影响越不利。土的含水量大小对土方开挖难易、施工时边坡的稳定与放坡、回填土的压实等均有影响。３.土的密度（１）土的天然密度。土在天然状态下单位体积的质量，称为土的天然密度。土的天然密度用ρ表示：（２）土的干密度。单位体积中土的固体颗粒的质量称为土的干密度，土的干密度用ρｄ表示：上一页下一页返回１．１概述土的干密度越大，表示土越密实。工程上常把土的干密度作为评定土体密实程度的标准，以控制基坑回填压实程度及填土工程的压实质量。４.土的可松性土具有可松性，即自然状态下的土经开挖后，其体积因松散而增大，以后虽经回填压实，其体积仍不能恢复原状，这种性质称为土的可松性。土的可松性程度用可松性系数表示，即上一页下一页返回１．１概述土的可松性对土方量的平衡调配、确定场地设计标高、计算施工机械数量、弃土方量、填土所需挖方体积等均有很大影响。各类土的可松性参考数值见表１-２。５.土的渗透性土的渗透性是指水流通过土中空隙的难易程度，水在单位时间内穿透土层的能力称为渗透系数，用k表示，单位为ｍ／ｄ。水的渗透性大小取决于不同的土质。地下水的流动以及在土中的渗透速度都与土的渗透性有关，实践证明，地下水在土体中的渗流速度，与水头差成正比，与渗透路径长度成反比。地下水在土中渗流速度一般可按达西定律计算，其公式如下：上一页下一页返回１．１概述k值的大小反映出土体透水性的强弱，根据土的渗透系数不同，可分为透水性土（如砂土）和不透水性土（如黏土）。在透水性土层中开挖，且地下水较丰富时，渗透系数直接影响施工排水和降水速度。一般土的渗透系数见表１-３。１.１.４湿陷性黄土的特性湿陷性黄土是一种特殊性质的土，土质较均匀，结构疏松，遇水后土体结构迅速破坏，产生严重变形，强度大大降低，广泛分布在陕西、山西、甘肃、宁夏、青海、河北、河南等地区，新疆、山东、辽宁等地的局部地区也存在。上一页下一页返回１．１概述湿陷性黄土呈褐色或灰黄色，天然状态下即可看见较大孔隙和生物形成的管状孔隙，土体浸水会产生大量气泡并快速崩解，结构破坏且发生显著附加变形，但干燥时，其强度较大，开挖时土壁稳定。在施工中如遇湿陷性黄土土质，通常采用换土法、灰土垫层、强夯法或桩基础等消除黄土的湿陷性，提高地基的承载力，并避免地基被水浸泡，做好防水和排水工作，保证各种地下埋设管道的质量，避免漏水。上一页返回１．２土方工程量计算及现场调配土方工程施工的重要环节在基坑（槽）的开挖，需要计算土方的挖、填土方量，整体均衡现场的土方调配，节省资源、缩短工期。由于建筑形体各异，基坑开挖形状有时不规则，一般情况下，都将其假设或划分成为一定的几何形状，用满足一定精度而又与实际情况近似的方法进行计算。１.２.１基坑、基槽土方量计算１.基坑土方量计算挖基坑多用于需全部大开挖的满堂基础等土方工程，开挖量可近似的按台体（由两个平行的平面做底的一种多面体）的体积计算公式，即下一页返回１．２土方工程量计算及现场调配２.基槽土方量计算挖基槽多用于建筑物的条形基础、渠道、管沟等土方工程，开挖量可以沿长度方向分段后，再用与基坑同样的方法计算（图１-３），即将各段土方量汇总相加即得总土方量，即上一页下一页返回１．２土方工程量计算及现场调配１.２.２场地平整土方量计算场地平整就是将自然地面改建成设计要求的施工地面，通常做法是挖高填低。计算场地平整的挖方量和填方量，首先要确定场地设计标高，由设计地面的标高和天然地面的标高差，可以得到场地内各点的施工高度（即填挖高度），由此可计算场地平整的挖方和填方的工程量。场地平整土方量计算通常采用方格网法，其关键步骤如下：（１）在地形图上将整个施工场地划分成边长为１０~４０ｍ的方格网，方格网边长通常取２０ｍ。（２）计算各方格角点的自然地面标高。（３）确定场地设计标高，并根据泄水坡度要求计算各方格角点的设计标高。上一页下一页返回１．２土方工程量计算及现场调配１.场地设计标高的确定场地设计标高是进行场地平整和土方量计算的依据，合理地确定场地设计标高，对于减少挖填方数量、节约土方运输费用、加快施工进度、有效开展后续施工等都具有重要的意义。如图１-５所示，当场地设计标高是H０时，挖填方基本平衡，可将土方移挖作填，就地处理；当设计标高是H１时，填方大大的超过挖方，则需要从场地外大量的取土回填；当设计标高为H２时，挖方大大超过填方，则需要向场外大量弃土，无论外购或弃土都会增加施工成本。因此，在确定场地设计标高时，必须结合现场的具体条件，反复推敲进行技术经济比较，选择出最优方案。确定场地设计标高时，应考虑以下因素：上一页下一页返回１．２土方工程量计算及现场调配（１）满足施工工艺和现场运输的要求。（２）尽量利用原地形，使场内挖填方平衡，做到场内挖填处理，以减少土方运输费用。（３）考虑土方工程施工周期长，天气变化因素对施工工期的影响，场地有一定的泄水坡度（≥２‰），满足排水要求。在工程实践中，大型工矿企业项目的设计标高由规划总图设计规定，施工单位按照图纸上规定的各单体建筑、道路、区域广场等设计标高依图施工。若设计文件未做具体规定，或设计要求明确提出建设单位提供场地平整标高时，则施工单位就要依据挖填土方量平衡法自行设计，满足施工需要并节省成本。上一页下一页返回１．２土方工程量计算及现场调配在设计时要按照场地内挖填平衡的原则，预先确定一个理论上的设计标高H０，然后考虑到土的可松性及经济因素，即将部分挖方就近弃于场内，或部分填方就近在场外取土而引起挖填方量变化。另外，由于设计标高以上填方工程的用土量，或设计标高以下挖方工程的挖土量的影响，使设计标高降低或提高，也需要重新调整设计标高。此时计算得出的设计标高H′０＝H０＋h，按H′０标高进行场地平整时，则整个场地表面是一个水平面，但实际施工时，由于场地不允许积水需做好排水工作，场地表面有一定的泄水坡度（≥２‰），因此，还需根据泄水坡度的要求（单向泄水或双向泄水），计算出场地内各方格角点实际施工时所需用的设计标高。上一页下一页返回１．２土方工程量计算及现场调配２.采用方格网法进行场地平整土方量计算用方格网控制整个场地。根据实际地形划分方格网，边长一般取２０ｍ。如图１-６所示。第一步，计算场地各方格角点的施工高度。各方格角点的施工高度（即挖、填方高度）按下式计算：上一页下一页返回１．２土方工程量计算及现场调配第二步，确定零线。当同一方格的四个角点的施工高度全为“＋”或“－”时，该方格内的土方则全部为填方或挖方；若一个方格中一部分角点的施工高度为“＋”而另一部分为“－”时，此方格中的土方一部分为填方，另一部分为挖方，挖、填方的分界线，称为零线。位于零线上的各点既不挖也不填。确定零线时，首先确定方格边线上的零点。零点是相邻两角点为一挖一填时，在两角点连线上的挖填方分界点。方格边线上的零点位置可按下式计算，见图１-７。上一页下一页返回１．２土方工程量计算及现场调配将方格网中各相邻边线上的零点连接起来，即成为零线。第三步，场地土方量的计算。计算场地土方量时，先求出各方格的挖填土方量和场地周围边坡的挖填土方量，把挖填土方量求和，就得到整个场地挖方及填方的总土方量。场地各方格土方量计算，一般有下述四种类型。情形１：方格四个角点全部为填方（或挖方），如图１-８所示，其土方量为上一页下一页返回１．２土方工程量计算及现场调配情形２：方格的相邻两角点为挖方，另两角点为填方，如图１-９所示，其挖方部分的土方量为填方部分的土方量为上一页下一页返回１．２土方工程量计算及现场调配情形３：方格的三个角点为挖方，另一个角点为填方时，如图１-１０所示，其填方部分土方量为挖方部分土方量为反之，方格的三个角点为填方，另一个角点为挖方时，其挖方部分的土方量按式（１-１４）计算，填方部分的土方量按式（１-１５）计算。上一页下一页返回１．２土方工程量计算及现场调配情形４：方格的一个角点为挖方，相对的角点为填方，另两个角点为零点时（零线为方格的对角线），如图１-１１所示，其挖（填）土方量为１.２.３现场土方调配土方量计算完成后，即可着手土方的调配工作。土方调配，就是对挖土的利用、堆弃和填土取得三者之间的关系进行综合协调处理。合理的土方调配方案，应该是使土方运输或费用达到最小，而且又方便施工，节省成本。上一页下一页返回１．２土方工程量计算及现场调配１.土方调配原则（１）应力求达到挖方与填方基本平衡和就近调配，使挖方量与运距的乘积尽可能为最小，即使土方运输量和费用最小。（２）土方调配应考虑近期施工与后期利用相结合的原则，应考虑分区与全场相结合的原则，还应尽可能整体考虑，结合后期大体量地下建筑物施工，使土方运输无对流和乱流的现象。（３）合理布置挖、填方分区线，选择恰当的调配方向、运输路线，使土方机械和运输车辆的功能得到充分发挥。（４）优质土用在回填质量要求高的地区。总之，考虑土方调配，必须根据现场具体情况、场地资料、工期要求、土方施工方法与运输路径，经计算选择经济合理的调配方案。上一页下一页返回１．２土方工程量计算及现场调配２.土方调配图表编制场地土方调配，需绘制相应的土方调配图表，如图１-１３所示。其编制方法如下。（１）划分调配区。在场地平面图上先划出挖、填方区的分界线（即零线），根据地形及地理条件，可在挖方区和填方区适当地分别划出若干调配区。（２）计算土方量。计算各调配区土方量并在图上标明。（３）求出每对调配区之间的平均运距。当用铲运机或推土机平土时，平均运距即挖方区土方重心至填方区土方重心的距离。上一页下一页返回１．２土方工程量计算及现场调配重心求出后，标于相应的调配区图上，然后用比例尺量出每对调配区之间的平均运距。当填、挖方调配区之间的距离较远，采用汽车、自行式铲运机或其他运土工具沿工地道路或规定线路运土时，其运距按实际距离计算。（４）进行土方调配。土方最优调配方案可采用线性规划的“表上作业法”进行。（５）画出土方调配图。根据表上作业法得出的调配方案，在场地土方地形图上标出调配方向、土方数量以及平均运距。（６）列出土方量平衡表。除土方调配图外，有时还需要列出土方调配平衡表，见表１-４。上一页返回1.３土方开挖与机械化施工１.３.１开挖准备工作１.场地清理场地清理包括清理地面及地下各种障碍物。在施工前应拆除旧有房屋，拆迁或改建通信、电力设备、上下水管道以及地下建筑物，迁移树木，去除地表杂填物及荷塘淤泥等。２.排除地面水场地内低洼地区的积水必须排除，同时应注意雨水的排除，使场地保持干燥，以利于土方施工。地面水的排除一般采用排水沟、截水沟、挡水土坝等措施。３.修筑临时设施修筑好临时道路及供水、供电等临时设施，做好材料、机具及土方机械的进场工作。下一页返回1.３土方开挖与机械化施工４.土方工程的测量和放线土方开挖前，应根据建筑物定位坐标确定开挖范围，用石灰粉在地面标记出基坑挖土的边线。（１）基槽放线。根据房屋主轴线控制点，首先将外墙轴线的交点用木桩测设在地面上，并在桩顶钉上铁钉作为标志。房屋外墙轴线测定以后，再根据建筑物平面图，将内部开间所有轴线都一一测出。最后根据中心轴线用石灰在地面上撒出基槽开挖边线，同时在房屋四周或者在轴线延长线上设置轴线控制桩（又称引桩），如图１-１４所示，以便于基础施工时复核轴线位置。附近若有已建建筑物，也可用经纬仪将轴线投测在已建建筑物的外墙上，定位轴线时，只要将经纬仪安置在某轴线一端的控制桩上，瞄准另一端的控制桩，该轴线即可完成定位。上一页下一页返回1.３土方开挖与机械化施工基槽实际开挖深度根据现场高程，并综合考虑场地竖向设计后确定。为了控制基槽开挖深度，当即将挖到槽底设计标高时，可用水准仪根据地面±０．０００水准点，在基槽壁上每隔２４ｍ及拐角处打一水平桩控制，如图１-１５所示。上一页下一页返回1.３土方开挖与机械化施工（２）柱基放线。在基坑开挖前，从设计图上查对基础的纵横轴线编号和基础施工图，根据柱子的纵横轴线，用经纬仪在矩形控制网上测定基础中心线的端点，同时在每个柱基中心线上，测定基础定位桩，每个基础的中心线上设置四个定位木桩，其桩位与基础开挖线的距离为０．５~１．０ｍ，若基础之间的距离不大，可每隔１２个或几个基础设置一定位桩，但两定位桩的间距以不超过２０ｍ为宜，以便拉线恢复中间柱基的中线，并在桩顶上钉钉子，标明中心线的位置，然后按施工图上柱基的尺寸和已经确定的挖土边线的尺寸，放出基坑上口挖土灰线，标出挖土范围，当基坑挖到一定深度时，应在坑壁四周离坑底设计高程０．３~０．５ｍ处测设几个水平桩，如图１-１６所示，作为基坑修坡和检查坑深的依据。上一页下一页返回1.３土方开挖与机械化施工１.３.２土方边坡及坑壁支护１.土方边坡在开挖基坑、沟槽或填筑路堤时，为了防止塌方，保证施工安全及边坡稳定，其边沿应考虑放坡。土方边坡的坡度为其高度H与底宽B之比。基坑放坡可开挖成直线形、折线形或阶梯形，如图１-１７所示。上一页下一页返回1.３土方开挖与机械化施工土方边坡坡度大小的留设应根据土质状况、开挖深度、开挖方法、施工工期、地下水水位、坡顶荷载及气候条件等因素确定。一般情况下，黏性土的边坡可陡些，砂性土则应平缓些。当基坑周边有主要建筑物时，边坡应取１∶１．０１∶１．５。根据《土方与爆破工程施工及验收规范》（ＧＢ５０２０１—２０１２）规定，土质均匀且地下水位低于基坑（槽）或管沟底面标高时，其挖方边坡可做成直立壁不加支撑。挖方深度应根据土质确定，但不宜超过下列规范中的规定值：密实、中密的砂土和碎石类土（充填物为砂土）１．０ｍ；硬塑、可塑的轻粉质黏土及粉质黏土１．２５ｍ；硬塑、可塑的黏土和碎石类土（充填物为黏性土）１．５ｍ；上一页下一页返回1.３土方开挖与机械化施工坚硬的黏土２．０ｍ。基坑（槽）或管沟挖好后，应及时进行地下结构和安装工程施工，在施工过程中，应经常检查坑壁的稳固状态。对地质条件良好、土质均匀且地下水位低于基坑（槽）或管沟底标高时，挖方深度在５ｍ以内不加支撑的边坡最大坡度应符合表１-５的规定。永久性挖方边坡应按设计要求放坡。对使用时间较长的临时性挖方边坡坡度，在坡体整体稳定情况下，如地质条件良好、土质较均匀、高度在１０ｍ以内的应符合表１-６的规定。上一页下一页返回1.３土方开挖与机械化施工２.坑壁支护开挖基坑（槽）时，如地质和施工条件允许，可放坡开挖，这往往比较经济。但在建筑稠密地区施工，有时不允许按要求放坡的宽度开挖，或有防止地下水渗入基坑要求时，就需要采用土壁支撑或板桩支撑土壁，以保证施工的顺利和安全，并减少对相邻建筑物的不利影响。（１）横撑式支撑。开挖较窄的沟槽，多用横撑式土壁支撑。横撑式土壁支撑根据挡土板的不同，分为水平挡土板［图１-１８（ａ）］和垂直挡土板［图１-１８（ｂ）］，水平挡土板的布置又分断续式和连续式两种。湿度小的黏性土挖土深度小于３ｍ时，可用断续式水平挡土板支撑，对松散、湿度大的土可用连续式水平挡土板支撑，挖土深度可达５ｍ。对松散和湿度很高的土可用垂直式挡土板支撑，挖土深度不受限制。上一页下一页返回1.３土方开挖与机械化施工（２）板桩支撑。板桩作为一种支护结构，既挡土又防水。当开挖基坑较深、地下水位较高且有出现流沙现象的危险时，如事先未采用降水方法，可用板桩打入土中，延长地下水在土中的渗流路径，降低水力坡度，从而防止流沙现象产生，如图１-１９所示。在靠近原有建筑物开挖基坑时，为防止原有建筑物基础下沉，也应采用板桩支护。板桩分为木板桩、钢筋混凝土板桩、钢筋混凝土护坡桩、钢板桩和钢木混合桩式支护结构等多种。钢板桩在临时工程中可多次重复使用，钢筋混凝土板桩一般不重复使用。钢板桩使用较为频繁，基本上分为平板桩［图１-２０（ａ）］与波浪形板桩［图１-２０（ｂ）］两类。平板桩防水和承受轴向应力的性能良好，施工方便且易打入地下，但长轴方向抗弯刚度较小，波浪式板桩的防水和抗弯性能都较好。上一页下一页返回1.３土方开挖与机械化施工由于钢板桩租赁费用较高，施工单位往往采用预制钢筋混凝土板桩或现浇钢筋混凝土灌注桩护坡。钢板桩要连续施打，上口常浇筑锁口梁以增加整体刚度，预制板桩或灌注护坡桩宜间隔打设，桩距依据计算确定，桩上口也需浇筑锁口梁，桩外侧设置木板、钢筋混凝土板或钢木组合板挡土，如图１-２１所示。（３）深基坑支护。目前，国内城市建筑多以高层为主，高层建筑的基础因地基承载力、抗震稳定和建筑功能需要往往开挖很深，有些建筑物地下室根据使用需要设计好几层。若基础埋置深度较浅，且周围施工区域开阔，采用放坡开挖较经济，但城市建筑场地狭窄，道路管线纵横交错，不可能采取放坡开挖施工，而且有些施工项目地下水位较浅，这就需要选用挡土板、桩、墙等支护结构，且采用降水措施降低地下水位，以利于施工。支护结构的主要作用是阻挡土的侧压力，以利于垂直取土，保障施工的安全性。上一页下一页返回1.３土方开挖与机械化施工支护结构分挡土（挡水）及支撑拉结两部分，而挡土部分因地质水文情况不同又分为透水部分及止水部分。透水部分的挡土结构须在基坑内外设排水降水井，以降低地下水位；止水部分的挡土结构主要是防止基坑外地下水涌入坑内，只在坑内外设降水井。深基坑支护结构的分类见表１-７。在透水挡土结构中，普遍采用土钉支护方法，土钉支护最先用于隧道及治理滑坡，２０世纪９０年代在深基坑支护中应用，是方便快捷、经济高效的挡土支护技术。土钉支护工艺原理。土钉支护工艺可以先锚后喷［图１-２２（ａ）］，也可以先喷后锚［图１-２２（ｂ）］。上一页下一页返回1.３土方开挖与机械化施工喷射混凝土在高压空气作用下，高速喷向喷面，在喷层与土层间产生嵌固效应，从而改善边坡的受力条件，有效地保证边坡稳定。土钉深固于土体内部，支护土体并与土体共同作用，有效提高周围土强度，使土体加固成为支护结构的一部分；钢筋网能调整喷层与锚杆内应力分布，增大支护体系的柔性与整体性。土钉支护施工方法。先锚后喷：挖土到土钉位置，打入土钉后挖第二层土，再打第二层土钉，如此循序直至最后一层土钉施工完毕。第一次喷射豆石混凝土（厚５０ｍｍ），随即进行锚网，一般为φ１２２００方格钢筋网，然后进行第二次喷射混凝土（厚５０ｍｍ），共厚１００ｍｍ。上一页下一页返回1.３土方开挖与机械化施工先喷后锚：挖土到土钉位置下一定距离，铺钢筋网并预留搭接长度，待喷射混凝土达一定强度后，打入土钉。挖第二层土方到第二层土钉下一定距离，铺钢筋网，与上层钢筋网上下搭接牢固，同样预留钢筋网搭接长度，喷射混凝土，打第二层土钉。如此循环进行，直至基坑全部深度。土钉支护特点。施工设备简单；比挡土桩锚杆施工简便；施工快速，节省工期；节约造价。土钉支护适用范围。水位低或能保证降水到基坑面以下的地区；黏土、砂土或粉土区域；基坑深度一般１５ｍ左右，也可做到１８ｍ。在止水挡土结构中，钢板桩是一种传统的基坑支护。上一页下一页返回1.３土方开挖与机械化施工钢板桩工艺原理。锤击打入带锁口的钢板桩，使之在基坑四周闭合，并保证水平、垂直和抗渗质量；钢板桩做成悬臂式、坑内支撑、上部拉锚等支护方式，在土方开挖和基础施工时抵抗板桩背面的水、土压力，达到基坑内外稳定；钢板桩的形式有Ｕ形、Ｚ形及直腹形等（图１-２３）。钢板桩施工方法。钢板桩整修；安装围檩（单围、双围）支架；打设钢板桩；使钢板桩轴线封闭合拢。钢板桩特点。钢板桩一次性投入大，但可以重复使用，平均费用较省；打桩时易于倾斜，要使全部钢板桩无误地封闭合拢，较困难；钢板桩刚度较其他桩的刚度小；锤击钢板桩有噪声、震动大。钢板桩适用范围。适于软土、淤泥质土及地下水多地区，易于施工；难于打入密砂及硬黏土中；钢板桩间啮合不好（必须保证啮合）就易渗水、涌砂。上一页下一页返回1.３土方开挖与机械化施工１.３.３土方施工机械１.推土机施工推土机实际上为一装有铲刀的拖拉机。按铲刀的操纵机构不同，可分为索式和油压式两种。索式推土机的铲刀是借其本身自重切入土中，因此在硬土中切土深度较小。油压推土机的铲刀用油压操纵，能强制切入土中，切土较深，且可以调升铲刀和调整铲刀的角度，因此具有更大的灵活性，图１-２４为油压推土机外形图。推土机操纵灵活，运转方便，所需工作面较小，行驶速度快，易于转移，能爬３０°左右的缓坡，因此应用范围较广。多用于场地清理和平整，开挖深度１．５ｍ以内的基坑，填平沟坑，以及配合铲运机、挖土机工作等。此外，在推土机后可安装松土装置，破、松硬土和冻土；也可拖挂羊足碾进行土方压实工作。推土机可以推挖一三类土，经济运距１００ｍ以内，效率最高为４０６０ｍ。上一页下一页返回1.３土方开挖与机械化施工推土机的生产率主要决定于推土刀推移土的体积及切土、推土、回程等工作循环时间。为了提高推土机的生产效率，缩短推土时间和减少土的失散，常采用以下几种施工方法。（１）下坡推土。如图１-２５所示，推土机顺地面坡度沿下坡方向切土与推土，以借助机械本身的重力作用，增加推土能力和缩短推土时间。一般可提高生产效率３０％４０％，但推土坡度应在１５°以内。（２）并列推土。平整场地的面积较大时，可用２３台推土机并列作业。铲刀相距１５３０ｃｍ。一般两机并列推土可增大推土量１５％３０％，但平均运距不宜超过５０７０ｍ，不宜小于２０ｍ。上一页下一页返回1.３土方开挖与机械化施工（３）槽形推土。推土机重复多次在一条作业线上切土和推土，使地面逐渐形成一条浅槽，以减少土从铲刀两侧流散，可以增加推土量１０％３０％。（４）多铲集运。在硬质土中，切土深度不大，可以采用多次铲土、分批集中、一次推送的方法，以便有效地利用推土机的功率，缩短运土时间。此外，还可以在铲刀两侧附加侧板，以增加铲刀前的推土量。２.铲运机施工铲运机是一种能独立完成铲土、运土、卸土、填筑、整平的土方机械。按行走方式分为自行式铲运机［图１-２６（ａ）］和拖式铲运机［图１-２６（ｂ）］两种。按铲斗的操纵系统可分为索式和油压式两种。上一页下一页返回1.３土方开挖与机械化施工铲运机的工作装置是铲斗，铲斗前方有一个能开启的斗门，铲斗前设有切土刀片。切土时，铲斗门打开，铲斗下降，刀片切入土中。铲运机前进时，被切下的土挤入铲斗，铲斗装满土后，提起铲斗，放下斗门，将土运至卸土地点。铲运机对行驶的道路要求较低，操纵灵活，行驶速度快，生产率高，且费用低。在土方工程中常应用于大面积场地平整，开挖大型基坑，填筑堤坝和路基等。最适宜开挖含水量不超过２７％的一三类土。对于硬土需用松土机预松后才能开挖。自行式铲运机适用于运距８００３５００ｍ的大型土方工程施工，以运距在８００１５００ｍ的范围内效率最高。拖式铲运机适用于运距在８０~８００ｍ的土方工程施工，以运距在２００３５０ｍ时效率最高。上一页下一页返回1.３土方开挖与机械化施工（１）铲运机的运行路线。铲运机运行路线应根据填方、挖方区的分布情况并结合当地具体条件进行合理选择，一般有以下两种形式。环形路线。当地形起伏不大，施工地段较短时，多采用环形路线，如图１-２７（ａ）、（ｂ）所示。环形路线每一循环只完成一次铲土和卸土，挖土和填土交替；挖填之间距离较短时，则可采用大循环路线，如图１-２７（ｃ）所示，一个循环能完成多次铲土和卸土，这样可减少铲运机的转弯次数，提高工作效率。采用环形路线，为了防止机件单侧磨损，应每隔一定时间按顺、逆时针方向交换行驶，避免仅向一侧转弯。“８”字形路线。施工地段较长或地形起伏较大时，多采用“８”字形运行路线，如图１-２７（ｄ）所示。这种运行路线，铲运机在上下坡时斜向行驶，每一循环完成两次作业（两次铲土和卸土），比环形路线运行时间短，减少了转弯和空驶距离。·上一页下一页返回1.３土方开挖与机械化施工（２）提高铲运机生产效率的措施。下坡铲土法。铲运机利用地形进行下坡铲土，借助铲运机的重力，加深铲斗切土深度，缩短铲土时间。跨铲法。铲运机间隔铲土，预留土埂。这样，在间隔铲土时由于形成一个土槽，减少向外撒土量；铲土埂时，铲土阻力减少。一般土埂高不大于３００ｍｍ，宽度不大于拖拉机两履带间的净距。助铲法。地势平坦、土质较坚硬时，可用推土机在铲运机后面顶推，以加大铲刀切土能力，缩短铲土时间，提高效率。推土机在助铲的空隙可兼做松土或平整工作，为铲运机创造作业条件。上一页下一页返回1.３土方开挖与机械化施工３.单斗挖土机施工单斗挖土机在土方工程中应用较广，种类很多，可以根据工作的需要，更换其工作装置。按其工作装置的不同，可分为正铲、反铲、拉铲和抓铲等。按其操纵机构的不同，可分为机械式和液压式两类，如图１-２８所示。（１）正铲挖土机施工。正铲挖土机的挖土特点是：前进向上，强制切土。其挖掘力大，效率高。一般用于开挖停机面以上的一四类土，如开挖大型干燥基坑以及土丘等，则需与运土自卸汽车配合完成整个挖运任务。当地下水位较高时，应采取降低地下水位的措施后开挖基坑。上一页下一页返回1.３土方开挖与机械化施工挖土机的生产率主要取决于每斗的装土量和每斗作业的循环延续时间。为了提高挖土机生产率，除了工作面高度必须满足装满土斗的要求外，还要考虑开挖方式和运土机械配合问题，尽量减少回转角度，缩短每个循环的延续时间。正铲挖土和卸土方式有两种：正向挖土，侧向卸土，如图１-２９（ａ）所示。即挖土机沿前进方向挖土，运输工具停在侧面装土。正向挖土，后方卸土，如图１-２９（ｂ）所示。即挖土机沿前进方向挖土，运输工具停在挖土机后方装土。上一页下一页返回1.３土方开挖与机械化施工如果开挖较深的基坑．还可分层开挖。（２）反铲挖土机施工。反铲挖土机的挖土特点是：后退向下，强制切土。其挖掘力比正铲小，能开挖停机面以下的一三类土，如开挖基坑、基槽、管沟等，也可用于地下水位较高的土方开挖，反铲挖土机可以与自卸汽车配合，装土运离，也可弃土于坑槽附近。反铲挖土机的作业方式有沟端开挖和沟侧开挖两种，如图１-３０所示。沟端开挖，就是挖土机停在沟端，向后倒退着挖土，汽车停在两旁装土。此法的优点是挖土方便，开挖的深度可达到最大挖土深度。当基坑宽度超过１．７倍的最大挖土半径时，就要分次开挖或按“之”字形路线开挖。上一页下一页返回1.３土方开挖与机械化施工沟侧开挖，就是挖土机沿沟槽一侧直线移动，边走边挖。此法挖土宽度和深度较小，边坡不易控制。由于机身停在沟边工作，边坡稳定性差，因此在无法采用沟端开挖方式或挖出的土不需运走时采用。（３）拉铲挖土机施工。拉铲挖土机的土斗用钢丝绳悬挂在挖土机长臂上，挖土时土斗在自重作用下落到地面切入土中。其挖土特点是：后退向下，自重切土。其挖土深度和挖土半径均较大，能开挖停机面以下的一二类土，但不如反铲动作灵活准确，适用于开挖大型基坑及水下挖土、填筑路基、修筑堤坝等。（４）抓铲挖土机施工。抓铲挖土机是在挖土机臂端用钢丝绳吊装一个抓斗。其挖土特点是：直上直下，自重切土。其挖掘力较小，只能开挖停机面以下一二类土，如挖窄而深的基坑，疏通旧有渠道以及挖取水中淤泥等，或用于装卸碎石、矿渣等松散材料。在软土地基的地区，常用于开挖基坑、沉井等。上一页下一页返回1.３土方开挖与机械化施工（５）装载机。适用于装卸土方和散料，也可用于松软土的表层剥离、地面平整和场地清理等工作。１.３.４土方施工机械的选用在了解土方施工机械的性能和适用范围后，根据施工需要，综合考虑选择土方施工机械种类，是开挖基坑前必要的施工准备工作。（１）当地表起伏不大，坡度在２０°以内，挖填平整土方的面积较大，土的含水量适当，平均运距短（一般在１ｋｍ以内）时，采用铲运机较为合适。如果土质坚硬或冬季冻土层厚度超过１００１５０ｍｍ时，必须由其他机械辅助翻松再铲运。当一般土的含水量大于２５％，或坚硬的黏土含水量超过３０％时，铲运机会陷车，必须将水疏干后再施工。上一页下一页返回1.３土方开挖与机械化施工（２）地形起伏较大的丘陵地带，一般挖土高度在３ｍ以上，运输距离超过１ｋｍ，工程量较大且又集中时，可采用下述三种方式进行挖土和运土。正铲挖土机配合自卸汽车进行施工，并在弃土区配备推土机平整土堆。选择铲斗容量时，应考虑到土质情况、工程量和工作面高度。当开挖普通土，集中工程量在１．５×１０４ｍ３以下时，可采用０．５ｍ３的铲斗；当开挖集中工程量为（１．５５）×１０４ｍ３时，以选用１．０ｍ３的铲斗为宜，此时，普通土和硬土都能开挖。用推土机将土推入漏斗，并用自卸汽车在漏斗下承土并运走。这种方法适用于挖土层厚度在５６ｍ以上的地段。漏斗上口尺寸为３ｍ左右，由宽３．５ｍ的框架支承。其位置应选择在挖土段的较低处，并预先挖平。漏斗左右及后侧土壁应予支撑。上一页下一页返回1.３土方开挖与机械化施工用推土机预先把土推成一堆，用装载机把土装在汽车上运走，效率也较高。开挖基坑时根据下述原则选择机械：（１）土的含水量较小，可结合运距长短、挖掘深浅，分别采用推土机、铲运机或正铲挖土机配合自卸汽车进行施工。当基坑深度在１２ｍ，基坑不太长时可采用推土机；深度在２ｍ以内长度较大的线状基坑，宜由铲运机开挖；当基坑较大，工程量集中时，可选用正铲挖土机挖土。（２）如地下水位较高，又不采用降水措施，或土质松软，可能造成正铲挖土机和铲运机陷车时，则采用反铲、拉铲或抓铲挖土机配合自卸汽车较为合适，挖掘深度参照有关机械性能表。上一页下一页返回1.３土方开挖与机械化施工（３）移挖作填以及基坑和管沟的回填，运距在６０１００ｍ以内可用推土机。土方机械的适用范围是相对的，选用机械时应根据具体施工条件考虑。如果可选择的施工机械种类繁多，应当进行技术、经济的比较，选择效率高、费用低的机械进行施工。上一页返回１．４施工排水与降水１.４.１排除地面（表）水为了保证土方施工顺利进行，对施工现场的排水系统应进行总体规划，做到场地排水畅通。尤其在雨期中施工，能尽快地将地面水排走，以保持场地土体干燥是十分重要的。在施工区域内考虑临时排水系统时，应注意与原排水系统相适应。原排水系统是指原自然排水系统和已有的排水设施，临时排水设施应尽量与永久性排水设施相结合。地面水的排除通常可采用设置排水沟、截水沟或修筑土堤等设施来进行。应尽量利用自然地形来设置排水沟，以便将水直接排至场外，或流入低洼处再用水泵抽走。主要排水沟最好设置在施工区域的边缘或道路的两旁，其横断面应按照施工期内最大流量确定。一般排水沟的横断面不小于０．５ｍ×０．５ｍ，纵向坡度应根据地形确定，一般不应小于３‰，平坦地区不小于２‰，沼泽地区可减至１‰。下一页返回１．４施工排水与降水在山坡地区施工，应在较高一面的坡上，先做好永久性截水沟，或设置临时截水沟，阻止山坡水流入施工现场。在平坦地区施工时，除开挖排水沟外，必要时还需修筑土堤，以阻止场外水流入施工场地。出水口应设置在远离建筑物或构筑物的低洼地点，并应保证排水畅通。１.４.２基坑降（排）水开挖基坑（槽）或其他土方工程时，当土壤含水层被切断，地下水不断地涌入坑内时，为保证基坑能在干燥条件下施工，防止边坡失稳、基坑流沙、坑底隆起、坑底管涌和地基承载力下降，必须做好基坑排水工作。上一页返回１．５动水压力与流沙防治流动中的地下水对土颗粒产生的压力称为动水压力。有关动水压力的性质，通过水在土中流动的力学现象来说明。如图１-３１所示，水由左端高水位（水头为h１），经过长度为l、截面积为犉的土体，流向右端低水位（水头为h２）。由静力平衡条件（设向右的力为正）得整理得下一页返回１．５动水压力与流沙防治设水在土中渗流时对单位土体的压力为GＤ，由作用力与反作用力相等、方向相反的定律可知：GＤ为动水压力，其单位为Ｎ／ｃｍ３或ｋＮ／ｍ３。由上式可知，动水压力GＤ的大小与水力坡度成正比，即水位差（h１－h２）越大，则GＤ越大；而渗透路程l越长，则GＤ越小。动水压力的作用方向与水流方向相同。当水流在水位差的作用下对土颗粒产生向上的压力时，动水压力不但使土粒受到了水的浮力，而且还使土粒受到向上推动的压力。如果动水压力等于或大于土的浸水浮重度γＴｗ，即上一页下一页返回１．５动水压力与流沙防治则土粒失去自重，处于悬浮状态，土的抗剪强度等于零，土粒能随着渗流的水一起流动。这种现象称为流沙现象。细颗粒（颗粒为０．００５０．０５ｍｍ）、颗粒均匀、松散（土的天然孔隙比大于７５％）、饱和的土容易发生流沙现象，但是否出现流沙现象的重要条件是动水压力的大小。如果采用降低地下水的方法，使动水压力方向朝下，增大土颗粒间的压力，则不论是细砂、粉砂都不可能出现流沙现象。流沙现象的防治方法通常有：水下挖土法、打板桩法、地下连续墙法、冻结法等多种。（１）水下挖土法。采用不排水施工，使坑内水压与地下水压平衡，从而防止流沙产生。此法在沉井挖土下沉过程中经常采用。上一页下一页返回１．５动水压力与流沙防治（２）打板桩法。将板桩（常用钢板桩）沿基坑外围打入坑底下面一定深度，增加地下水从坑外流入坑内的渗流长度，从而减小动水压力，防止流沙产生。（３）抢挖法。此法是组织分段抢挖，使挖土速度超过冒砂速度，挖到设计标高后立即铺竹筏、芦席，并抛大石块以平衡动水压力，压住流沙。此法用以解决局部或轻微的流沙现象是有效的。（４）人工降低地下水位。一般采用井点降水方法，使地下水的渗流向下，水不致渗入坑内，动水压力的方向朝下，因而可以有效地防止流沙现象。此法实用性广，也较可靠。（５）地下连续墙法。此法是在基坑周围先灌筑一道混凝土或钢筋混凝土连续墙，以支承土壁、截水，并防止流沙产生。上一页下一页返回１．５动水压力与流沙防治（６）冻结法。在含有大量地下水的土层或沼泽地区施工时，可采用冻结土的方法防止流沙产生。对于易发生流沙现象地区的基础工程，应尽可能用桩基础或沉井施工，以节约防治流沙所增加的费用。上一页返回1．６人工降低地下水位1.６.１集水井法施工现场常采用的方法是截流、疏导、抽取。截流即将流入基坑的水流截住；疏导即将积水导流外排；抽取方法是在基坑或沟槽开挖时，在坑底设置集水井，并沿坑底的周围或中央开挖排水沟，使水由排水沟流入集水井内，然后用水泵抽出坑外，如图１-３２所示。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，可在基础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２０~４０ｍ设置一个。下一页返回1．６人工降低地下水位集水井的直径或宽度，—般为０．６０．８ｍ，其深度随着挖土的加深而加深，要始终低于挖土面０．７１．０ｍ，井壁可用竹、木等材料加固。当基坑挖至设计标高后，井底应低于坑底１２ｍ，并铺设０．３ｍ碎石滤水层，以免在抽水时将泥沙抽出，并防止井底的土被搅动。坑壁必要时可用竹、木等材料加固。排水沟和集水井应随挖土加深而加深，以保持水流畅通。明排水法设备简单，使用广泛。但当地下水位较高、涌水量较大或土质为细砂、粉砂时，易产生流沙、边坡塌方及管涌等现象，影响正常施工，甚至会引起附近建筑下沉，这种情况应采用人工降低地下水位。上一页下一页返回1．６人工降低地下水位１.６.２井点降水法井点降水就是在基坑开挖前，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，使地下水位降低到坑底以下，从根本上解决地下水涌入坑内的问题。井点降水法有效地防止边坡由于受地下水流的冲刷而引起的塌方，使坑底的土层消除了地下水位差引起的压力，防止坑底的上冒，由于没有水压力，没有地下水的渗流，也就消除了流沙现象。降低地下水位后，土层密实，增加了地基土的承载能力。上一页下一页返回1．６人工降低地下水位井点降水法分为两类：一类为真空抽水，有轻型井点（单级及多级）、电渗井点和喷射井点；另一类为非真空抽水，有管井井点和深井泵。施工时应根据含水层类别、渗透系数、要求降水深度、设备条件以及工程特点等，通过经济比较选择适当的井点降水方法。各类井点降水方法的适用范围参照表１-８。上一页下一页返回1．６人工降低地下水位常用轻型井点法降低地下水位。１.轻型井点降水设备轻型井点设备由管路系统和抽水设备组成，如图１-３３所示，管路系统包括滤管、井点管、弯联管及集水总管等。如图１-３４所示，滤管为进水设备，通常采用长１．０１．５ｍ、直径３８ｍｍ或５１ｍｍ的无缝钢管，管壁钻有直径为１２１８ｍｍ的呈梅花形排列的滤孔，滤孔面积为滤管表面积的２０％２５％。骨架管外面包裹两层孔径不同的滤网，内层为３０５０孔／ｃｍ２的黄铜丝或尼龙丝布的细滤网，外层为３１０孔／ｃｍ２的同样材料的粗滤网或棕皮。为保障流水畅通，在骨架管与滤管之间用塑料管或梯形铅丝隔开，塑料管沿骨架管绕成螺旋形。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。上一页下一页返回1．６人工降低地下水位井点管为直径３８ｍｍ或５１ｍｍ、长５７ｍ的钢管，可整根或分节组成。井点管的上端用弯连管与集水总管相连。集水总管为直径１００１２７ｍｍ的无缝钢管，每段长４ｍ，其上装有与井点管连接的短接头，间距为０．８１．６ｍ。抽水设备常用的有真空泵、射流泵和隔膜泵井点设备。通常，一套抽水设备的负荷长度（集水总管长度）为１００１２０ｍ。常用的Ｗ５型、Ｗ６型干式真空泵，其最大负荷长度分别为１００ｍ和１２０ｍ。２.轻型井点布置井点系统的布置，应根据基坑大小与深度、土质、地下水位高低与流向、降水深度等要求确定。上一页下一页返回1．６人工降低地下水位（１）平面布置。当基坑或沟槽宽度小于６ｍ，且降水深度不超过５ｍ时，可用单排线状井点，如图１-３５所示，布置在地下水流的上游一侧，两端延伸长度不小于坑槽宽度。如宽度大于６ｍ或土质不良，则用双排线状井点，如图１-３６所示。位于地下水流上游一排井点管的间距应较小，下游一排井点管的间距可稍大。面积较大的基坑宜用环状井点，如图１-３７所示，有时也可布置成Ｕ形，以利于挖土机和运土车辆出入基坑。井点管距离基坑壁一般可取０．７１．２ｍ，井点管间距一般为０．８ｍ、１．２ｍ、１．６ｍ，由计算或经验确定。井点管在总管四角部位应适当加密。上一页下一页返回1．６人工降低地下水位（２）高程布置。轻型井点的降水深度，理论上可达１０ｍ，但由于管路系统的水头损失，其实际降水深度一般不超过６ｍ。井点管埋设深度H（不包括滤管）按式（１-１７）计算。根据式（１-１７）算出的H值，如大于６ｍ，则应降低井点管抽水设备的埋置面，以适应降水深度要求，即将井点系统的埋置面接近原有地下水位线（要事先挖槽），个别情况下甚至稍低于地下水位（当上层土的土质较好时，先用集水井排水法挖去一层土，再布置井点系统），就能充分利用抽吸能力，使降水深度增加，井点管露出地面的长度一般为０．２０．３ｍ，以便与弯联管连接，滤管必须埋在透水层内。上一页下一页返回1．６人工降低地下水位当一级轻型井点达不到降水要求时，可采用二级井点降水，即先挖去第一级井点所疏干的土，然后再在其底部装设第二级井点，如图１-３８所示。３.轻型井点计算轻型井点的平面和高程布置方案初步确定后，就可进行井点系统的涌水量计算、井管数量和井距的确定、抽水设备的选用等。井点系统的设计计算必须建立在可靠资料的基础上，如施工现场地形图、水文地质勘查资料、基坑的设计文件等，在详细掌握水文环境资料的基础上综合考虑。上一页下一页返回1．６人工降低地下水位水井根据地下有无压力分为无压井和承压井。当水井布置在具有潜水自由面的含水层中时（即地下水面为自由水面），称为无压井［图１-３９（ａ）、（ｂ）］；当水井布置在承压含水层中时（含水层中的地下水充满两层不透水层间，含水层中的地下水面具有—定水压），称为承压井［图１-３９（ｃ）、（ｄ）］。另外，根据井底是否达到不透水层，可将水井分为完整井和非完整井，达到者为完整井［图１-３９（ａ）、（ｃ）］，否则为非完整井［图１-３９（ｂ）、（ｄ）］。在实际工程中，以无压非完整井为多见。（１）无压完整井的单井涌水量。在无压完整井内抽水时，水位变化如图１-３９（ａ）所示。当抽水一定时间后，井周围水面最后降落成渐趋稳定的漏斗状曲面，称为降落漏斗。水井中心至漏斗外缘的水平距离称为抽水影响半径R。上一页下一页返回1．６人工降低地下水位无压完整井单井涌水量Q（ｍ３／ｄ）为（２）无压完整井的群井涌水量。实际井点系统是由许多单井组成的。各井点同时抽水时，由于各个单井相互距离都小于两倍抽水影响半径，因而各个单井水位降落漏斗彼此干扰，其涌水量比单独抽水时要小，所以群井的总涌水量不等于各个单井涌水量之和。无压完整井群井涌水量Q（ｍ３／ｄ）为上一页下一页返回1．６人工降低地下水位（３）无压完整井的环形井点涌水量。假设各单井布置在等半径的圆周上，则式（１-１９）可简化为实际工程中的基坑多为矩形，其井点也按矩形布置。为方便计算，常将矩形面积按等值圆计算并求出其假想半径：上一页下一页返回1．６人工降低地下水位应用式（１-１８）计算涌水量时，须满足其限制条件，即矩形基坑平面的长宽比不大于５，或基坑宽度不大于两倍的抽水影响半径。否则，需要先将基坑分块，再逐个计算涌水量后相加，即为总涌水量。测定土的渗透系数K的方法有现场抽水试验和实验室测定两种。对于重大的工程，宜采用现场抽水试验的方法。其方法是在现场设置抽水井，在距抽水井为x１和x２处设置两观测井，三井在同一直线上，待抽水稳定后，测出两观测井内水位降落值s１、s２和抽水井相应的抽水量Q，则上一页下一页返回1．６人工降低地下水位抽水影响半径R，与土的渗透系数、含水层厚度、水位降低值及抽水时间等因素有关。工程中常用经验公式来确定抽水影响半径R。为得到准确的影响半径R，现场仍通过抽水试验方法确定，将试验所测得的数值代入下式，即可得比较符合实际的R值。上一页下一页返回1．６人工降低地下水位（４）无压非完整井的环形井点涌水量。无压非完整井的环形井点系统涌水量计算较复杂（图１-４０），为了简化计算，往往采用无压完整井的环形井点涌水量公式计算，原式中的H更换成抽水影响深度H０（当井底距不透水层的距离很大时，抽水时扰动显然不能影响至下层土质），H０是经验值，可查表１-９选用。当算得的H０大于实际含水层厚度H时，则仍取H值。抽水设备的选择。成套的轻型井点设备配有相应的真空泵、水泵和动力机组。真空泵的规格主要根据所需的总管长度、井点管根数及降水深度而定，水泵的流量主要根据基坑井点系统涌水量而定。抽水设备的工作原理图，如图１-４１所示。上一页下一页返回1．６人工降低地下水位井点管的埋设与使用。轻型井点的施工，大致包括准备工作，井点系统的埋设、使用及拆除几个过程。其中，准备工作包括井点设备、动力、水源及必要材料的准备，排水沟的开挖，附近建筑物的标高观测以及防止附近建筑物沉降措施的实施。埋设井点的程序是先排放总管，再埋设井点管，用弯联管将井点管与总管接通，然后安装抽水设备。井点管的埋设一般用水冲法进行，并分为冲孔与埋管两个过程，如图１-４２（ａ）、（ｂ）所示。冲孔时，先用起重设备将冲管吊起并插在井点的位置上，然后开动高压水泵，将土旋松，冲管则边冲边沉。冲孔直径一般为３００ｍｍ，以保证井管四周有一定厚度的砂滤层，冲孔深度宜比滤管底深０．５ｍ左右，以防冲管拔出时，部分土颗粒沉于底部而触及滤管底部。上一页下一页返回1．６人工降低地下水位井孔冲成后，立即拔出冲管，插入井点管，并在井点管与孔壁之间迅速填灌砂滤层，以防孔壁塌土。砂滤层的填灌质量是保证轻型井点顺利抽水的关键。一般宜选用干净的粗砂，填灌均匀，并填至滤管顶上１１．５ｍ，以保证水流畅通。井点填砂后，在地面以下０．５１．０ｍ范围内须用黏土封口，以防漏气。井点管埋设完毕，应接通总管与抽水设备进行试抽水，检查有无漏水、漏气，出水是否正常，有无淤塞等现象，如有异常情况，应检修好后方可使用。轻型井点使用时，应保证连续不断抽水，并准备双电源。若时抽时停，滤网容易堵塞，也容易抽出土粒使水浑浊，并引起附近建筑物由于土粒流失而沉降开裂。正常出水规律是“先大后小，先浑后清”。上一页下一页返回1．６人工降低地下水位回灌井点法。轻型井点降水有许多优点，在基础施工中广泛应用，但其影响范围较大，影响半径可达百米甚至数百米，且会导致周围土壤固结而引起地面沉陷。特别是在弱透水层和压缩性大的黏土层中降水时，由于地下水流造成的地下水位下降、地基自重应力增加和土层压缩等原因，会产生较大的地面沉降；又由于土层的不均匀性和降水后地下水位呈漏斗曲线，四周土层的自重应力变化不一而导致不均匀沉降，使周围建筑基础下沉或房屋开裂。因此，在建筑物附近进行井点降水时，为防止降水影响或损害区域内的建筑物，就必须阻止建筑物原位下地下水的过分流失。除可在降水区域和原有建筑物之间的土层中设置一道固体抗渗屏幕（如水泥搅拌桩、灌注桩加压密注浆桩、旋喷桩、地下连续墙）外，较经济也比较常用的是用回灌井点补充地下水的办法来保持地下水位。上一页下一页返回1．６人工降低地下水位回灌井点就是在降水井点与要保护的已有建（构）筑物之间打一排井点，在井点降水的同时，向土层中灌入足够数量的水，形成一道隔水帷幕，使井点降水的影响半径不超过回灌井点的范围，从而阻止回灌井点外侧的建（构）筑物下的地下水流失，如图１-４３所示。这样，也就不会因降水而使地面沉降，或减少沉降值。为了防止降水和回灌两井相通，回灌井点与降水井点之间应保持一定的距离，一般不宜小于６ｍ，否则基坑内水位无法下降，从而失去降水的作用。回灌井点的深度一般应控制在长期降水曲线下１ｍ为宜，并应设置在渗透性较好的土层中。４.其他井点类型（１）喷射井点。当基坑开挖较深，采用多级轻型井点不经济时，宜采用喷射井点，其降水深度可达２０ｍ，特别适用于降水深度超过６ｍ、土层渗透系数为０．１２ｍ／ｄ的弱透水层。上一页下一页返回1．６人工降低地下水位喷射井点根据其工作时使用液体和气体的不同，分为喷水井点和喷气井点两种。其设备主要由喷射井管、高压水泵（或空气压缩机）和管路系统组成，如图１-４４所示。喷射井管由内管和外管组成，在内管下端装有喷射扬水器与滤管相连。当高压水（０．７０．８ＭＰａ）经内外管之间的环形空间通过扬水器侧孔流向喷嘴喷出时，在喷嘴处由于过水断面突然收缩变小，使工作水流具有极高的流速（３０６０ｍ／ｓ），在喷口附近造成负压形成一定真空，因而将地下水经滤管吸入混合室与高压水汇合，在流经扩散管时，由于截面扩大、水流速度相应减小，使水的压力逐渐升高，沿内管上升经排水总管排出。上一页下一页返回1．６人工降低地下水位（２）电渗井点。电渗井点适用于土的渗透系数小于０．１ｍ／ｄ、用一般井点不可能降低地下水位的含水层中，尤其适用于淤泥排水。电渗井点是以轻型井点管或喷射井点管作阴极，φ２０φ２５的钢筋或φ５０φ７５的钢管为阳极，埋设在井点管内侧，与阴极并列或交错排列。当用轻型井点时，两者的距离为０．８１．０ｍ；当用喷射井点则为１．２１．５ｍ。阳极入土深度应比井点管深５００ｍ，露出地面２００４００ｍｍ。阴极、阳极数量相等，分别用电线连成通路，接到直流发电机或直流电焊机的相应电极上。工作中，降水井点管的内侧打入钢管或钢筋，连以导线通直流电后，土颗粒会发生从井点管（阴极）向钢管或钢筋（阳极）移动的电泳现象，而地下水则会出现从钢管或钢筋（阳极）向井点管（阴极）流动的电渗现象，从而达到软土地基易于排水的目的。上一页下一页返回1．６人工降低地下水位（３）管井井点。管井井点如图１-４５所示，就是沿基坑每隔２０５０ｍ距离设置一个管井，每个管井单独用一台水泵（潜水泵、离心泵）不断抽水来降低地下水位。此方法可降低地下水位５１０ｍ，适用于土的渗透系数较大（K＝２０２００ｍ／ｄ），且地下水量大的砂类土层中。如要求降水深度较大，在管井井点内采用一般离心泵或潜水泵不能满足要求时，可采用特制的深井泵，其降水深度可达５０ｍ。上一页返回１．７土方填筑与压实１.７.１土料选择与填筑方法为了保证填土工程的质量，必须正确选择土料和填筑方法。碎石类土、砂土（使用细、粉砂时应取得设计单位同意）和爆破石碴，可用作表层以下的填料；含水量符合压实要求的黏性土，可用作各层填料；碎块草皮和有机质含量大于８％的土，仅用于无压实要求的填方；淤泥和淤泥质土一般不能用作填料，但在软土或沼泽地区，经过处理含水量符合压实要求后，可用于填方中的次要部位。填方应尽量采用同类土填筑。如采用两种透水性不同的填料分层填筑时，上层宜填筑透水性较小的填料，下层宜填筑透水性较大的填料，不得将各种土任意混杂使用。下一页返回１．７土方填筑与压实填方施工应接近水平地分层填土，分层压实。每层的厚度根据土的种类及选用的压实机械而定。应分层检验填土压实质量，符合设计要求后，才能填筑上层土。１.７.２填土压实方法填土压实方法有：碾压法、夯实法和振动压实法，如图１-４６所示。平整场地等大面积填土工程多用碾压法，对较小面积的填土工程则宜采用夯实法、震动压实法。上一页下一页返回１．７土方填筑与压实（１）碾压法。碾压法是利用机械滚轮的压力压实土壤，使之达到所需的密实度。碾压机械有平碾、羊足碾等。平碾又称光碾压路机，如图１-４７所示，是一种以内燃机为动力的自行式压路机。按重量等级分为轻型（３０５０ｋＮ）、中型（６０９０ｋＮ）和重型（１００１４０ｋＮ）三种，适于压实砂类土和黏性土。羊足碾如图１-４８所示，一般无动力，靠拖拉机牵引，有单筒、双筒两种。根据碾压要求，又可分为空筒及装砂、注水等三种。羊足碾虽然与土接触面积小，但对单位面积的压力比较大，压实效果好。羊足碾适用于对黏性土的压实。碾压机械开行速度不宜过快，否则影响压实效果。一般不应超过下列规定：平碾２ｋｍ／ｈ；羊足碾３ｋｍ／ｈ。上一页下一页返回１．７土方填筑与压实（２）夯实法。夯实法是利用夯锤自由下落的冲击力来夯实土壤。夯实法分人工夯实和机械夯实两种。人工夯实所用的工具有木夯、石夯等；常用的夯实机械有夯锤、内燃夯土机和蛙式打夯机（图１-４９）。夯实机械具有体积小、重量轻、对土质适应性强等特点，在工程量小或作业面受到限制的条件下尤为适用。（３）振动压实法振动压实法是将振动压实机放在土层表面，借助振动机构使压实机振动土颗粒，土的颗粒发生相对位移而达到紧密状态。用这种方法振实非黏性土效果较好。振动碾是一种振动和碾压同时作用的高效能压实机械，比一般平碾提高工效１２倍。适用于对爆破石碴、碎石类土、杂填土或轻粉质黏土的压实。上一页下一页返回１．７土方填筑与压实１.７.３影响填土压实质量的因素影响填土压实质量的因素有很多，其中主要有：土的含水量、压实功及铺土厚度。（１）含水量的影响。土的含水量对填土压实质量有很大影响。较干燥的土，由于土颗粒之间的摩阻力较大，填土不易被压实；而土中含水量较大，超过一定限度时，土颗粒之间的孔隙全部被水填充而呈饱和状态，土也不能被压实。只有当土具有适当的含水量，土颗粒之间的摩阻力由于水的润滑作用而减小，土才容易被压实，如图１-５０所示。在压实机械和压实遍数相同的条件下，使填土压实获得最大密实度时的土的含水量，称为土的最优含水量。土料的最优含水量和相应的最大干密度可由击实试验确定（试验方法见《土方与爆破工程施工及验收规范》），表１-１０所列数据可供参考。上一页下一页返回１．７土方填筑与压实为了保证填土在压实过程中具有最优含水量，土含水量偏高时，可采取翻松、晾晒、均匀掺入干土（或吸水性填料）等措施；如含水量偏低，可采用预先洒水润湿、增加压实遍数或使用大功能压实机械等措施。土料含水量简单检验方法一般以手握成团，落地开花为适宜。当土料含水量小时需预先洒水湿润，每立方米铺好的土料需要补充的水量可按式（１-２３）计算。上一页下一页返回１．７土方填筑与压实（２）压实功的影响。填土压实后的密度与压实机械对填土所施加的功二者之间的关系如图１-５１所示。从图中可以看出二者并不成正比关系，当土的含水量一定，在开始压实时，土的密度急剧增加，待到接近土的最大密度时，压实功虽然增加许多，而土的密度却没有明显变化。因此在实际施工中，在压实机械和铺土厚度一定的条件下，碾压一定遍数即可（表１-１１），过多增加压实遍数对提高土的密度作用不大。另外，对松散土一开始就用重型碾压机械碾压，土层会出现强烈起伏现象，压实效果不好。应该先用轻碾压实，再用重碾碾压，会取得较好的压实效果。为使土层碾压变形充分，压实机械行驶速度不宜太快。实际施工中，对于砂土只需碾压或夯击２３遍，对粉质砂土只需３４遍，对粉质黏土或黏土只需５６遍。上一页下一页返回１．７土方填筑与压实（３）铺土厚度。压实机械的压实作用，随土层的深度增加而逐渐减小，如图１-５２所示。在压实过程中，土的密实度也是表层大，随深度加深而逐渐减小，超过一定深度后，虽经反复碾压，土的密实度仍与未压实前一样。各种压实机械的压实影响深度与土的性质、含水量有关。所以，填方每层铺土厚度应根据土质、压实的密度要求和压实机械性能确定，或者按表１-１１给出的范围选用。在表内，轻型压实机械取小值，重型压实机械取大值。（４）填土压实的质量要求和检验。填土压实后要达到一定密度要求。填土的密度要求和质量指标通常以压实系数λ表示。压实系数是土的施工控制干密度和土的最大干密度的比值。压实系数一般由设计根据工程结构性质、使用要求以及土的性质确定。如未作规定，表１-１２可做参考。上一页返回1．８基坑（槽）检验和地基处理１.８.１基坑（槽）和管沟施工要求基坑（槽）和管沟的开挖或回填应连续进行，施工中应防止地面水流入坑、沟内，以免边坡塌方或基土遭到破坏。雨期施工或基坑（槽）、管沟挖好后不能及时进行下一工序时，可在基底标高以上预留１５０~３００ｍｍ土层不挖，待下一道工序开始前再挖除，以免扰动基坑土。采用机械开挖基坑（槽）或管沟时，可在基底标高以上预留一层用人工清理，其厚度应根据施工机械确定。下一页返回1．８基坑（槽）检验和地基处理需要在基坑（槽）上侧弃土时，应保证挖方边坡的稳定。弃土堆坡脚至坑边的距离，应根据开挖深度、边坡坡度和土质确定。当槽深在２ｍ以内时，不应小于０．８ｍ；槽深达２４ｍ时，应在０．８１．５ｍ以外；槽深在４ｍ以上时，按土质和边坡坡度大小另行确定。弃土堆的高度不应超过１．５ｍ；挖土机离边坡上缘应有一定的安全距离，以防塌方。１.８.２钎探和验槽当地基开挖至设计基底标高后，应由建设、设计、监理、勘察和施工部门共同进行验槽，核对地质资料，检查地基土与工程地质勘查报告、设计图纸要求是否相符，有无破坏原状土结构或发生较大的扰动现象。基坑（槽）常用检验方法有如下三种。上一页下一页返回1．８基坑（槽）检验和地基处理１.实地检查验槽（１）根据槽壁土层分布情况及走向，初步判明全部基底是否已挖至设计所要求的土层。（２）检查槽底是否已挖至原状土，是否需继续下挖或进行处理。（３）检查整个槽底土的颜色是否均匀一致，土的坚硬程度是否一样，有无局部过松软或过坚硬的部位，有无局部含水量异常现象，走上去有没有颤动的感觉等。如有异常部位，要会同设计等有关单位进行处理。２.钎探检查验槽在基坑（槽）挖成以后，为了防止基础的不均匀沉陷，需要检查地基下面有无地质资料上未曾提供的硬（或软）的下卧层（下卧层指凡持力层以下各土层）及土洞、暗墓等异常情况，一般采用钎探方法。上一页下一页返回1．８基坑（槽）检验和地基处理（１）钢钎的规格和质量。钢钎用直径２２~３５ｍｍ的钢筋制成，钎尖呈６０°锥状，长度１．８~２．０ｍ，如图１-５３所示。大锤用质量为３．６~４．５ｋｇ铁锤。打锤时，举高离钎顶５０~７０ｃｍ处，将钢钎垂直打入土中，并记录打入土层３０ｃｍ的锤击数。（２）钎孔布置和钎探深度。钎孔布置和钎探深度应根据地基土质的复杂情况和基槽宽度、形状而定，一般参照表１-１３。（３）钎探记录和结果分析。先绘制基槽平面图，在图上根据要求确定钎探点的平面位置，并依次编号制成钎探平面图。钎探时按钎探平面图标定的钎探点顺序进行，最后整理成钎探记录表。上一页下一页返回1．８基坑（槽）检验和地基处理全部钎探完成后，逐层地分析研究钎探记录，逐步进行比较，将锤击数显著过多或过少的钎孔在钎探平面图上做出记号，然后再在该部位进行重点检查，如有异常情况，要认真进行处理。３.洛阳铲检验基槽在黄土地区，基坑挖好后或大面积基坑挖土前，根据建筑物所在地区的具体情况或设计要求，对基坑底以下的土质、古墓、洞穴，用专用洛阳铲进行钎探检查。（１）探孔的布置。探孔的布置可参照表１-１４。上一页下一页返回1．８基坑（槽）检验和地基处理（２）探查记录和结果分析。先绘制基础平面图，在图上根据要求确定探孔的平面位置，并依次编号，再按编号顺序进行探孔。探查过程中，—般每３５铲看—下土，查看土质变化和含有物的情况。遇有土质变化或含有杂物等情况，应测量深度并用文字记录清楚。遇有墓穴、地道、地窖、废井等时，应在此部位缩小探孔距离（一般为１ｍ左右），沿其周围仔细探查其大小、深浅和平面形状，并在探孔平面图中标注出来。全部探查完后，绘制探孔平面图和各探孔不同深度的土质情况表，为地基处理提供完整的资料。探完以后，尽快用素土或灰土将探孔回填。除确保基底土质必须符合设计要求外，在验收挖方、填方工程和场地平整时，应检查平整区域的坐标、高程和平整度；挖方、填方的中线位置、断面尺寸和标高；边坡坡度和边坡的加固；水沟和排水设施的中线位置、断面尺寸和标高；填方压实情况和压实系数（或干密度）；隐蔽工程记录。上一页下一页返回1．８基坑（槽）检验和地基处理１.８.３地基的局部处理根据基槽检验查明的局部异常地基，在探明原因和范围后，应本着使建筑物的各个部位沉降尽量趋于