建筑施工技术学习任务1 土石方工程

学习任务1土石方工程学习单元1．1概述1．1．1土方工程的施工特点(1)土方工程施工面广、工程量大、工期长、劳动强度大。(2)多为露天作业，易受气候、交通的影响。(3)受水文、地质和临近建筑物等条件影响较大，地下开挖后难以确定的因素较多。(4)土的坚硬程度不一，开挖及回填的几何特征不一，施工难易程度相差较大。1．1．2土的分类

1．按土开挖的难易程度分类

按开挖的难易程度(坚实程度)，土可分为松软土、普通土、坚土、砂砾坚土、软石、次坚石、坚石、特坚石八类。

2．按开挖和填筑的几何特征分类

(1)平整场地。系指挖填平均厚度h≤300mm的挖填找平工作。(2)挖基槽。系指基槽或基坑宽度b≤3m且基槽或基坑长度a>3b者。(3)挖基坑。系指基底面积S≤27m2且a≤3b者。(4)挖土方。系指山坡挖土或基槽开挖b>3m、基坑开挖S>27m2、场地平整h>300mm者。(5)土方回填和压实。回填土分不同形状的松填和夯填并压实。1．1．3土的基本性质

1．含水率:

土的含水率是土中水的质量与固体颗粒质量之比，以百分率表示：

2．天然密度和干密度:土在天然状态下单位体积的质量称为天然密度。

单位体积中土的固体颗粒质量称为土的干密度。

3．孔隙比和孔隙率孔隙比e是土的孔隙体积VV与固体体积VS的比值：孔隙率，n是孔隙体积Vv与总体积V的比值，用百分率表示：采用环刀法测土的含水率、密度及干密度4．可松性土的可松性是指在自然状态下的土，经过开挖以后，其体积因松散而增加后虽然振动夯实，仍不能恢复到原来的体积，这种性质称为土的可松性。

式中，KS为最初可松性系数；KS′为最终可松性系数；V1为自然状态下体积，单位：m3；V2为松散状态下体积，单位：m3；V3为回填压实后体积，单位：m3。5．渗透性

土的渗透性是水在土孔隙中渗透流动的性能，表征土渗透性指标为渗透系数K。土中的渗流速度(V)与水力坡度(I)成正比，即V=KI(1．8)6．土的压实系数土的紧密程度用土的压实系数表示，即土壤经压实实际达到的干密度，与由击实试验得到的试样的最大干密度的比值：

式中，λe为土的压实系数；ρd为土的实际干密度；ρdmax为土的最大干密度。学习单元1．2土方工程量计算

1．2．1基坑(槽)挖土工程量

1．2．1．1基槽土方量计算

基槽是指挖土宽度在3m以内，挖土长度大于或等于挖土宽度的3倍。如图1.1所示的基槽，若考虑开挖时留置工作面，其挖土体积计算方法如下:

图1.1基槽土方量计算简图当基槽不放坡时：V=h(a+2c)L(1.10)当基槽放坡时：V=h(a+2c+mh)L(1.11)如果基槽沿长度方向断面变化较大，则可分段计算，然后将各段土方量相加即得总土方量，即：V=V1+V2+…+Vn1．2．1．2基坑土方量计算基坑是指基底面积在27m2以内,且挖土长度小于挖土宽度的3倍。如图1.2所示的基坑，其挖土体积计算方法如下：(1.12)对于不规则图形，可分解为几个梯形体计算，其挖土体积计算方法如下：V坑=(A+mH)(B+mH)H+1/3(mH)²H=ABH+(A+B)mH²+4/3m²H3(1.13)

1.2基坑土方量计算简图1．2．2回填土工程量

回填土工程量计算按工程部位不同分为基坑、基槽、房心、问题坑和室外沟槽等回填。1．2．2．1基坑、基槽回填工程量

按设计室外地坪与自然地坪的高差关系分三种情况计算如下：(1)室外设计地坪高程与自然地坪高程相同时：V填=V挖-V埋(1．14)(2)当室外自然地坪高于设计室外地坪时：V填=V挖-V埋-S2△H(1．15)(3)当室外自然地坪低于设计室外地坪时：V填=V挖-V埋+S2△H(1．16)三种相对关系基础土方计算简图如图1．3所示。

1．2．2．2房心回填工程量

房心素土回填工程量按主墙之间的净面积乘以填土的平均厚度计算：V素=(S房心+S底层阳台+S室外平台)h平均(1．17)当回填高度相差较大时，采用分块计算法：V素=∑(分块面积×相应厚度)(1．18)1．2．2．3外运余土或取土工程量

外运余土或取土工程量用下式计算：V外运=V总挖-V用(1．19)上式计算结果为正值时为余土外运，为负值时为取(购)土回填。1．2．2．4土方工程量计算示例1．2．3场地平整土方工程量1．2．3．1场地设计标高确定

1．初步确定场地设计标高(H0)将场地划分成边长为10～40m的若干个方格，将方格网各角点的原地形标高标在图上。按照挖填土石方量相等的原则，场地设计标高可按下式计算：

式中，H0为所计算场地的初定设计标高；n为方格数；Zi1，Zi2，Zi3，Zi4为第i个方格中四个角点的天然地面标高。

考虑各角点标高的“权”，(1．21)式可改写成更便于计算的形式：

式中，Z1为一个方格独有的角点标高；Z2，Z3，Z4为二、三、四个方格所共有的角点标高。

2．调整场地设计标高(1)土的可松性影响:如图1.7所示，设△h为土的可松性引起设计标高的增加值，则设计标高调整后的总挖方体积Vw′为：Vw′=Vw－Fw·△h总填方体积为：此时，填方区的标高也应与挖方区一样，提高△h，即经移项整理简化得(当VT=Vw时)故考虑土的可松性后，场地设计标高应调整为：H0′=H0+Δh

(1.25)为简化计算，场地设计标高的调整可按下列近似公式确定，即3)考虑泄水坡度对设计标高的影响单向泄水时设计标高计算，是将已调整的设计标高(H0″)作为场地中心线的标高，则场地内任意一点的设计标高为：双向泄水时设计标高计算，是将已调整的设计标高(H0″)作为场地纵横方向的中心点，则场地内任意一点的设计标高为：1．2．3．2场地及边坡土方量计算1．方格网法

场地宜划分为10～40m的正方形方格网，通常以20m居多。计算前先确定“零线”的位置。零线即挖方区与填方区的分界线，在该线上的施工高度为零。零线的确定方法是：在相邻角点施工高度为一挖一填的方格边线上，用插值法求出零点的位置(见图1．8)，将各相邻的零点连接起来，即为零线。零线确定后，便可进行土方量计算。方格中土方量的计算有两种方法，即四角椎柱体法和三角椎体法。

（1)四角椎柱体的体积计算方法方格四个角点全部为填或全部为挖时，其挖方或填方的体积为：方格四个角点中，部分是挖方，部分是填方(图1.9)时，其挖方或填方体积分别为：

（2）三角棱柱体的体积计算方法计算时先把方格网顺地形等高线将各个方格划分成三角形(见图1.10)。

h1、h2、h3为三角点有填有挖时，零线将三角形分成两部分，一个是底面为三角形的锥体，一个是底面为四边形的楔体(见图1.11)，其锥体部分的体积为：楔体部分的体积为：2．断面法沿场地取若干个相互平行的断面，将所取的每个断面(包括边坡断面)划分为若干个三角形和梯形，如图1.12所示，则

设各断面面积分别为F1，F2，F3，…，Fn，相邻两断面间的距离依次为l1，l2，…，ln，则所求土方量为：3．边坡土方量计算（1)三角棱锥体边坡体积例如，图1.13中的①，其体积为：

；h2为角点的挖土高度；m为坡度系数。

（2)三角棱柱体边坡体积图1.13中的④，其体积为：在两端横断面面积相差很大的情况下，则式中，l4为边坡④的长度；A1，A2，A0为边坡④的两端及中部横断面面积。学习单元1．3土方机械化施工

1．3．1土方开挖与运输1．3．1．1主要挖土机械的施工特点1．推土机施工推土机由动力机械和工作部件两部分组成，其动力机械是拖拉机，工作部件是安装在动力机械前面的推土铲。推土机的生产效率主要取决于推土铲刀推移土壤的体积及切土、推土、回程等工作循环时间。为此可采用以下方法：(1)下坡推土法(2)分批集中，一次推送法(3)并列推土法(4)沟槽推土法(5)斜角推土法2．铲运机施工铲运机是一种利用铲斗铲削土壤，并将碎土装入铲斗进行运送的铲土运输机械，由牵引机械和铲斗组成。

铲运机的开行路线有以下几种：(1)环行路线(2)“8”字形路线3．单斗挖土机施工

(1)正铲挖土机：工作特点是“前进向上，强制切土”正铲挖土机挖土和卸土的方式有以下两种：①正向挖土、侧向卸土②正向挖土、后方卸土正铲挖土机的工作面及开行通道：

当基坑(槽)开挖的深度小而面积大时，只需布置一层通道即可[图1．18(a)]；当基坑(槽)宽度稍大于工作面的宽度时，为减少挖土机的开行通道，可采用加宽工作面的办法[图1．18(b)]，这时挖土机按“之”字形路线开行。当基坑(槽)的深度较大时，通道可布置成多层[图1．18(c)]，逐层下挖。(2)反铲挖土机:反铲挖土机的工作特点是“后退向下，强制切土”。反铲挖土机的作业方式有沟端开挖和沟侧开挖两种。(3)拉铲挖土机：其特点是“后退向下，自重切土”。(4)抓铲挖土机：其工作特点是“直上直下，自重切土”。1．3．1．2土方开挖的一般要求（详见教材）1．3．2填土与压实1．3．2．1填筑要求1．土料的选择：填方土料应符合设计要求，如设计无要求时，应符合相关规定。2．填土方法：填土应分层进行，每层厚度应根据所采用的压实机具及土的种类而定。1．3．2．2填土压实方法1.碾压法：碾压法是由沿填筑面滚动的鼓筒或轮子的压力压实填土的。多用于场地平整和大型基坑回填等大面积填土工程。碾压机械有平碾(压路机)、羊足碾和气胎碾等。2.夯实法：夯实法是利用夯锤自由下落时的冲击力来夯实土壤的方法。夯实机械有内燃夯土机、夯锤和蛙式打夯机等。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械振动，土颗粒发生相对位移而达到紧密状态。这种方法主要用于非黏性土的压实。1．3．2．3影响填方压实效果的主要因素1．含水率的影响2．压实功能的影响3．铺土厚度的影响4．土质的影响1．3．2．4填土压实的质量检查

填土压实后必须达到一定的密实度要求，以避免建筑物产生不均匀沉降。填土密实度以设计规定的控制干密度ρd作为检查标准。土的控制干密度ρd与最大干密度ρdmax之比称为压实系数λe。学习单元1．4基坑施工1．4．1基坑(槽)排水与降水1．4．1．1明排水法

明排水法又称集水井法，属重力降水，采用截、疏、抽的方法来进行排水。即在基坑开挖过程中，沿基坑底周围或中央开挖排水沟，再在沟底设集水井，使基坑内的水经排水沟流向集水井，然后用水泵抽走。1．4．1．2人工降低地下水位

1．轻型井点轻型井点降水(见图1．23)是沿着基坑四周或一侧每隔一定距离埋入井点管(下端为滤管)至蓄水层内，井点管上端通过弯联管与总管连接，利用抽水设备将地下水从井点管内不断抽出，使原有地下水位降至坑底以下的一种降水方法。轻型井点设备主要包括滤管、井点管、集水总管、抽水设备等组成。(1)轻型井点的布置1)平面布置：当基坑或沟槽宽度小于6m，水位降低值不大于6m时，可采用单排井点，布置在地下水流的上游一侧，其两端的延伸长度一般以不小于坑(槽)宽度为宜(见图1．24)。当基坑宽度大于6m或土质不良，渗透系数较大时则宜采用双排井点。

当基坑面积较大(L／B≤5，降水深度S≤5m，坑宽B小于2倍的抽水影响半径R)时，宜采用环形井点(见图1．25)。2)高程布置：井点管的埋置深度H(不包括滤管)按下式计算：H≥H1+h+IL(1．41)(2)轻型井点的安装轻型井点的安装程序是：先挖井点沟槽，排放总管，再冲孔沉设井点管，用弯联管将井点管与总管接通，最后安装抽水设备，进行试抽、检查，修整后正常使用。(2)轻型井点的安装

轻型井点的安装程序是：先挖井点沟槽，排放总管，再冲孔沉设井点管，用弯联管将井点管与总管接通，最后安装抽水设备，进行试抽、检查，修整后正常使用。井点管的制孔有三种可行的方法：射水法、冲孔或钻孔法、套管法，可根据设备条件及土质情况选用。(3)轻型井点的使用轻型井点安装完毕后，需进行试抽，以便检查抽水设备运转是否正常、管路有无漏气。轻型井点使用时，一般应连续抽水。

2．管井(1)管井系统主要设备1)滤水井管。井管部分用直径200mm以上的钢管或竹、木、混凝土、塑料等材料制成的管。2)吸水管。用直径50～100mm的胶皮管或钢管，其底部装有逆止阀。3)水泵。一般每个管井装置一台水泵，常用潜水泵。也可采用离心泵，但离心泵抽水深度小(一般只有6m)，开泵前须灌满水能进行，施工不方便。(2)管井布置及埋设管井沿基坑外围每隔一定距离(10～50m)设置一口井。(3)井管的拔出

井管使用完毕，滤水井管可拔出重复使用。1．4．2土方边坡与土壁支撑

1．4．2．1放坡开挖1．放坡的形式

放坡的形式由场地土质、开挖深度、周围环境、技术经济的合理性等因素决定，常用的放坡形式有直线形、折线形、阶梯形和分级形。2．影响土方边坡稳定的因素

土方边坡的稳定主要是由于土体内土颗粒间存在摩擦力和黏结力，使土体具有一定的抗剪强度。3．放坡坡度及保证措施(1)对于土质均匀且地下水位低于基坑(槽)底或管沟底面标高，开挖土层湿度适宜且敞露时间不长时，其开挖边坡可做成直壁，不加支撑。(2)当地质条件良好时，基坑(槽)和管沟的自立放坡应按相关要求确定开挖放坡坡度、坡高，以确保基坑(槽)及管沟的稳定性与安全。(3)分级放坡开挖时，应设置分级过渡平台。(4)放坡保证措施。1．4．2．2土壁支撑1．支护体系的类型(1)围护结构的类型

围护结构的类型有木挡墙、钢板桩、钢筋混凝土板桩、H型钢支柱(或钢筋混凝土支柱)、钻孔灌注桩、旋喷桩帷幕墙、深层搅拌水泥土挡墙、地下连续墙等(见图1．26)。(2)支护体系类型1)悬臂式支护结构[见图1．27(a)]。2)拉锚式支护体系[见图1．27(b)]。3)内撑式支护体系[见图1．27(c)、(d)]。4)简易式支撑[见图1．27(e)、(f)]。拉锚式支护体系

土钉支护

2．支护结构体系的计算

支护结构的计算主要分两部分，即围护结构计算和支撑结构计算。3．基坑开挖方案(1)中心岛式挖土

中心岛式挖土，宜用于中间具有较大空间的大型基坑，支护结构的支撑型式为角撑、环