建筑施工技术-第1章-土方工程

1、第一章 土方工程,青岛理工大学,第一节 概述 土方工程是建筑工程施工中主要工种之一，常见 的土方工程有：场地平整、基坑（槽）的开挖、岩土 爆破及运输、土方回填与夯实等主要施工过程，其中 包括基坑（槽）降水、排水和边坡处理等准备与辅助 工作。土方工程施工质量，直接影响基础工程乃至主 体结构工程施工的正常进行。,一、土方工程的内容及施工特点 （一）土方工程施工内容 （二）土方工程施工特点 二、土的分类与现场鉴别,表1-1 土的工程分类及鉴别方法,三、土的基本性质 （一）土的组成 （二）土的工程性质,（1-1）,式中 土的含水量，%； 土中水的质量，kg； 土中固体颗粒的质量，kg。,1土的含水量,

2、注：1.土的级别为相当于一般16级土石分类级别。 2.坚实系数f为相当于普氏岩石强度系数。,表1-2土的最佳含水量和干密度参考值,2土的自然密度和干密度 （1）土的自然密度：土在自然状态下单位体积的质量，叫土的自然密度。即 （1-2） 式中 土的自然密度，kgm3； 土在自然状态下的质量，kg； 土在自然状态下的体积，m3。 （2）土的干密度，单位体积土中固体颗粒的质量，叫土的干密度。即 = （1-3）,式中 土的干密度，kgm3； ms 土中固体颗粒的质量（经105烘干的土重），kg； V 土在自然状态下的体积，m3。 干密度反映了土的紧密程度，常用于填土夯实质量的控制指标。土的最大干密度值

3、可参考表1-2。 3土的可松性 自然状态下的土经开挖后，其体积因松散而增加，虽经回填压实，仍不能恢复到原来的体积，这种性质称为土的可松性。土的可松性大小用可松性系数表示。即 （1-4） （1-5）,式中 kS 最初可松性系数； kS最终可松性系数； V1 土在自然状态的体积，m3； V2 土挖出后松散状态下的体积，m3 V3 挖出的土经回填压实后的体积，m3。 土的可松性与土的类别和密实状态有关，kS用于确定土的运输、挖土机械的数量及留设堆土场地的大小；kS用于计算回填土、弃（借）土及场地平整的确定。各类土的可松系数见表1-3。,表1-3土的可松性系数,4土的渗透性 土的渗透性也称透水性，是指

4、土体被水透过的性质。渗透性的大小用渗透系数表示。即 K （1-6）,表1-4土的渗透系数参考值,法国学者达西根据砂土渗透实验(图1-1)，发现水在土中的渗流速度v与A，B两点水位差成正比，与渗流路程长度L成反比。 v （1-7） i （1-8）,上式中 K土的渗透系数，m/d或m/h或m/s；K值的大小反映土体透水性的强弱，影响施工降水与排水的速度。土的渗透系数可以通过室内渗透试验或现场抽水试验测定，一般土的渗透系数见(表1-4) L渗流路程长度，m； t 渗流路程L所需的时间，d（天），h（小时），s（秒）。 i水力坡度； hA、B两点水头差； 土的渗透系数的大小对施工排、降水方法的选择，涌

5、水量计算，以及边坡支护方案的确定等都很大影响。,第二节 场地平整及土方调配量计算,一、场地平整 （一）场地设计标高确定的方法和步骤 1初步确定场地平整设计标高,图1-2自然地面与设计地面,1）确定方格角点的编号、自然地面标高和施工高度,图1-3插入法计算标高图示 图1-4图解法计算标高图示,施工高度的计算为设计地面标高减去自然地面标高具体按式（1-9）计算。所得结果为负值时，表示该点为挖方；所得结果为正值时，表示该点为填方。表示位置填在方格网的右上角,见图1-7a所示 hn=hshj （1-9） 式中：hn角点施工高度，即各角点的挖填高度。“+”为挖，“-”为填，,2）计算场地平整设计标高,h

6、s角点的设计标高(若无泄水坡度时，即为场地的设计标高)； hj各角点的自然地面标高。,式中 V土体自水准面起至自然地面下土体的体积，m3； n方格角点数； a方格边长，m； pi方格网交点的权值，i=1表示方格角点，i=2表示方格边线点；i=3表示方格凹点，i=4表示方格中间点； hij已有目标权数角点的自然地面标高，m 设方格网平整后设计标高为H0，则平整后土体体积为： VH0 N a2 式中 V土体自水准面起至平整面下土体的体积，m3； H0方格网设计平面标高，m； N方格数，个 根据土方平衡时，平整前后这块土体的体积是相等的，即：V= V,（1-10）,式中h1j方格仅有一个角点的自然地

7、面标高 h2j两个方格共有的角点的自然地面标高 h3j三个方格共有的角点的自然地面标高 h4j四个方格共有的角点的自然地面标高,场地平整设计标高的调整,1）土地可松性影响,图l-5 可松性引起的设计标高增加值,场地设计标高H0按式（1-10）确定之后，它还只是一理论值，实际工程当中还必需考虑以下因素进行调整：,如图l-5所示，设h为由于土的可松性引起的设计标高增加值，则设计标高调整以后总挖方体积V W应为： V W=V W - F Wh （a） 总填方体积应为： V T=V W+V WkS （b） (a)代人(b)： V T =（V W -F Wh）kS （c） 由于填方区的标高也应该和挖方区

8、一样，要提高h，V W=V T则 H 0= H0+h 求出h值，场地的设计标高应调整：h= （1-11）,2）场地泄水坡度影响,（1）场地为单向泄水坡度,场地具有单向泄水坡度时，设计标高的确定方法，是把已经调整后的设计标高H0作为场地中心的标高(图1-6a)，场地内任意一点的设计标高则为： Hij = H0 li （1-12） 式中 Hij场地内任意一点的设计标高； L场地任意一点至场地中心线设计标高H 0的距离； I场地泄水设计坡度(不少于2),图1-7 场地排水坡度示意图 a)单向排水 b) 双向排水,例如，见图1-7a，场地的设计标高H8=43.71m，那么，考虑沿x-x具有3泄水坡度以

9、后，H9的设计标高为： H0 = H8 + a 2 = 43.71 + 203 = 43.71 + 0.06= 43.77（m） 那么该角点需要挖： 43.77 - 44.17 = -0.4（m）,（2）场地具有双向泄水坡度,场地具有双向泄水坡度时，场地内任意一点的设计标高为： Hij=H0lxixlyiy （1-13） 式中 lx，ly 分别为任意一点沿x-x，y-y方向距场地中心的距离； ix，iy 分别为任意一点沿x-x，y-y方向的泄水坡度。 例如，见图1-7a，原H8=43.76m，场地的设计标高为43.71m，那么，考虑具有双向泄水坡度以后，如果沿x-x、y-y方向的坡度分别为3和

10、2，H2角点的设计标高为： H2 = H8 - a 3 + a 2 = 43.71 - 203 + 202 = 43.69（m） 那么该角点需要填：43.69 - 43.67 = + 0.02(m),（二）方格网法计算场地土方量 1求各方格角点的施工高度,图1-7a 方格网法计算土方量,2标注零点、确定零线位置,一个方格内相邻两交叉点，如果一点为填方而另一点为挖方，这两点间必有一不填不挖的点，此点处施工高度为零，故称零点（图1-7a），零点位置可用图解法或计算法求出。图解法求零点：用直尺在填方交叉点沿着与零点所在边相垂直的边上，标出一定比例的填方高度，然后，在挖方交叉点相反方向标出同样比例的挖

11、方高度，两高度点边线与方格边相并点即为零点。将零点连接成线段，即为零线。零线是填、挖方区的分界线。计算法求零点（图1-8）：,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（以绝对值代入），m； a 方格网的边长，m,x1=a x2=a （1-14）,图1-8 零线位置示意图,3计算土方量,表1-5 常用方格网土方计算公式,方格中如果没有零线，土方量计算较为简单，否则，由于零线位置不同，其相应的土方量计算公式也不同，计算时要根据表1-5的公式求得。,注：1. a 方格网的边长（m）；b、c 零点到一角点的边长（m）；h1、h2、h3、h4方格网四角点的施工高程(m)；

12、用绝对值代入；h填方或挖方施工高程的总和（m）,用绝对值代入；v挖方或填方体积（m3）。 2. 本表公式是按各计算图形底面乘积以平均施工高程而得出的。,4计算土方总量 将平整场地中所有方格的土方总量和边坡土方量汇总，即得场地平整挖（填）方的工程量。一般实际工程中平土高度大于1米以上时才考虑计算边坡土方量.,图1-7b 方格网法计算土方量,解：1场地中心设计标高及方格角点各参数的确定： 1）计算方格角点的地面标高 各方格角点的地面标高，可根据地形图上所示标高，用插入法求得，计算方法见图1-3 本例各方格角点地面标高各值标高如图1-7b所示。 2）计算场地设计标高H0 h1j = 43.24 +

13、44.80 + 44.17 + 42.58 = 174.79m 2h2j = 2(43.67 + 43.94 + 44.34 + 44.67 + 43.6 7 + 43.23 + 42.90 + 42.94) = 698.72 m 3h3j=0 4h4j = 4 (43.35 + 43.76 + 44.17) = 5 25.12m 由式1-10,得,=43.71 m,3）计算方格角点的设计标高 以场地中心角点8点为H0,考虑已知泄水坡度ix、iy，各方格角点设计标高按式1-13计算： H1 = H8 403 + 202 = 43.7 10.12 + 0.04=43.633 m H2 = H1

14、+ 203 = 43.63 + 0.06 = 43.69 m H6 = H8 403 = 43.71 0.12 = 43.59 m,4）计算角点的施工高度 用式1-5计算各角点的施工高度为： h1 = 46.63 43.24 = +0.39m h2 = 43.69 43.67 = +0.02m 其余各角点施工高度详见图1-b中施工高度值。,2土方量计算： 1）计算零点位置,其余各角点设计标高算法同上，其值见图1-7b中设计标高值。,在一个方格网内同时有填方或挖方时，要先算出方格网边的零点位置即不挖不填点，并标注于方格网上。零点的位置按相似三角形原理（如图1-8）所示得： X32=a =20 =

15、18.10 x23=2018.10=1.90(m) X78=a =20 =17.14 x87=2017.14=2.86(m) X138=a =20 =17.96 x813=2017.96=2.04 (m),X914=a =20 =17.39 x149=2017.39=2.61 (m) X1514=a =20 =17.27 x1415=2017.27=2.73(m),2）画出零线（图纸中一般用粗点划线画出） 由于地形是连续的，连接零点得到的零线即成为填方区与挖方区的分界线(如图110所示),3计算各方格挖、填方量 查表1-5，按方格的类型逐一计算土方体积。 方格V0 V+ 0.39 + 0.02

16、 + 0.65 + 0.30）136(m3)； 方格V a = 20 12.58（m3）； V+ a = 20 15.23（m3）；,方格V （0.19 0.53 0.05 0.40） 117（m3）； V+0 方格V （0.53 0.93 0.84 0.40） 270（m3） V+0 方格V+ （0.65 0.3 0.97 0.71） 263（m3） V0,方格V = 0.05(m3)；,V+ , 115.15（m3）； 方格V a =20 21.86（m3）； V+ a = 20 25.71（m3）； 方格V = 0.07（m3）； V+ , 128.44（m3）；,4方格土方量汇总 方格

17、网的总填方量h+ = 136 + 263 + 15.23 + 115.15 + 25.71 + 0.07 = 555.16 （m3）； 方格网的总挖方量h- = 117 + 270 + 12.58 + 0.05 + 21.86 + 128.44 = 549.93 （m3）； 为了维持土体的稳定，场地的边坡不管是挖方区，还是填方区均需做成相应的边坡。,二、基坑（槽）土方量计算 （一）边坡坡度与边坡系数 土方的边坡系数m用坡底宽b与h坡高（即基础开挖深度）之比表示。即 边坡系数m （1-15）,工程中土方边坡常常用边坡坡度来表示，边坡坡度是以土方挖方深度h与底宽b之比表示(如图1-9)。即 土方边

18、坡的坡度1：m = 1： （1-16） 图1-9 土方边坡 （二）计算基坑（槽）土方量 基坑土方量可按立体几何中的拟柱体体积公式计算（图1-10）。即,V= （A1+4A0+A2） （1-16）,式中：H基坑深度（m）； A1、A2基坑上、下的底面积（）； A0基坑中截面的面积（）， 注意：A0一般情况下不等于A1、A2之和的一半，而应该按侧面几何图形的边长计算出中位线的长度，然后再计算中截面的面积A0。,图1-10 基坑土方量计算 图1-11 基槽分段施工示意图,基槽和路堤管沟的土方量计算：若沿长度方向其断面形状或断面面积显著不一致时，可以按断面形状相近或断面面积相差不大的原则，沿长度方向分

19、段后，用同样方法计算各分段土方量（图1-11）。最后将各段土方量相加即得总土方量V总。即： Vi= （A1+4A0+A2） （1-18） 式中Vi第i段的土方量（m3）； Li第i段的长度（m）。 V总=Vi （1-19）,三、土方调配,（一）土方调配原则,（二）土方调配区的划分,（三）土方调配表的编制,划分调配区,2求出每对调配区之间的平均运距。,取场地或方格网中的纵横两边为坐标轴，分别求出各区土方重心的位置，即： xo ，yo （1-20） 式中 x0，yo挖方或填方调配区的重心坐标； vi第i个方格的土方量； xi，yi第i个方格的重心坐标。,为简化计算，可假设每个方格(完整的或不完整的

20、)上的土方是各自均匀分布的，从而用图解法求出几何形心位置来代替方格的重心位置。重心求出后，标于相应的调配区图上，然后计算出填、挖方区之间每对调配区之间的平均运距L0。,(1-21) 式中：x0T，y0T填方区的重心坐标； x0W，y0W挖方区的重心坐标。,（四）土方调配方案的确定,1绘出土方调配图,图1-12 各调配区的土方量和平均运距,“最小元素法”确定初始调配方案 将图1-12中的数值填入挖填方平衡及运距表（表1-6） 表1-6挖填方平衡及运距表,注：表中小方格内数字系平均运距，用Cij表示，单位m。 xij表示i挖方区调入j填方区的土方量，单位m3。,最优方案判别,表1-7初始调配方案,

21、方案的调整,表1-8 闭合回路,表1-9 最优调配方案,5绘制调配图 根据最优方案中的调配参数绘制出调配图，在调配图上应标出调配分区、调配区内土方量、调配方向、调配平均运距（或单价）、调配数量。 6最佳方案与初始方案的比较 初始调配方案的土方总运输量为： Z1500505004030060100110100704004097000（m3.m） 初始调配方案的土方总运输量为： Z240050100705004040060100704004094000（m3.m） Z1 Z23000（m3.m） 即调整后总运输量减少了3000（m3.m）。,图1-13 最优方案土方调配图,第三节 土方工程施工要点

22、,一、施工准备 （一）准备工作的内容：,1场地清理,2排除地面水,3修筑临时设施,4测量放线,1在外墙轴线周边上测设中心桩位置 如图1-14所示。,（二）放线的具体方法,图1-14 建筑物定位,2恢复轴线位置的方法,（1）设置轴线控制桩,（2）设置龙门板,（三）基槽抄平,二、土方边坡与支护,（一）土方边坡,1边坡形式,（a）直线形；（b）折线形；（c）阶梯形；（d）分级形 图1-17 边坡形式,2影响边坡塌方的因素,3边坡放坡要求,规范规定，当基础土质均匀且地下水位低于基坑或基槽底面标高时，可不放坡也不设支撑，但是挖方深度不宜超过表1-10之规定。 表1-10不设边坡和支撑的挖方深度,表1-1

23、1临时性挖方边坡值,4边坡防护,（二）建筑基坑支护,表1-12 基坑侧壁安全等级及重要性系数,注：0为重要性系数。有特殊要求的建筑基坑侧壁安全等级可根据具体性况另行确定。,表1-13 基坑支护结构选型参考表,注：根据具体情况的条件，采用上述某一支护结构形式或其组合,（三）浅基坑（槽）支护,表1-14 基坑（槽）、管沟的支撑方法,表1-15 一般浅基坑的支撑方法,（四）深基坑支护,1重力式支护结构,1）构造与特点,图1-18a 重力式支护 图1-18b平面格栅式布置示意图,2）施工方法及要点,2灌注排桩支护,1）平面布置形式,a）一字相间排列 b）一字搭接排列 c）一字相接排列 d）交错相接排列

24、 e）交错相间排列 图1-19 钢筋混凝土灌注排桩布置形式,2）灌注排桩支护的特点,3）排桩支护内支撑体系,1-围檩； 2-纵、横向水平支撑； 3-立柱； 4-工程桩或专设桩； 5-围护排桩 图1-20 内支撑支护,3钢板桩支护,图1-21 钢板桩结构形式,1）钢板桩支护形式,2）钢板桩打设,3）钢板桩拔除,4土层锚杆,1-挡土灌注桩（支护）；2-支架；3-横梁； 4-台座；5承压垫板；6-紧固器；7-拉杆；8锚固体,图1-21a 土层锚杆构造,1-挡土灌注桩（支护）；2-锚杆头部；3-锚孔；4-拉杆；5-锚固体； 6-主动土压破裂面lA-锚杆长lfm-非锚固段lC-锚固段长度 图1-21b

25、土层锚杆长度的划分,5. 土钉墙,1）土钉墙构造要求,1-土钉(钢筋)；2-被加固土体；3-喷射混凝土面板；4-水泥砂浆；5-第一层喷射混凝土；6-第二层喷射混凝土；7-增强筋；8-钢筋（土钉）；9-钢垫板；10-钢筋网；11-塞入填土（约l00mm长） 图1-22 土钉墙构造示意图,）土钉支护施工要点,（1）施工工艺：修整边坡喷射第一层混凝土钻孔、插钢筋注浆绑扎钢筋网喷射第二层混凝土设置坡顶、坡面和坡角排水系统。 （2）技术要求： 喷射作业应分段进行，自上而下，上层土钉注浆体喷射混 凝土面层达到设计强度70%后方可开挖下层土方。混凝土面层一次喷射厚度不宜小于40mm；钢筋网应于土钉连接牢固，

26、保护层厚度不宜小于20mm。 注浆应随拌随用，在初凝前完成，注浆用砂浆采用1：l或1：2（重量比）、水灰比为0.380.5水泥砂浆。 注浆前应将孔内残留或松动的杂土清除干净；注浆开始或中途停止超过3min时，应用水或稀水泥浆润滑注浆泵及其管路；注浆时，注浆管应插至距孔底250mm500mm处，孔口部位宜设置止浆塞及排气管。,（3）土钉墙质量检测： 土钉采用抗拉试验检测承载力，同一条件下，试验数量不宜少于土钉总数的1%，且不应少于3根； 墙面喷射混凝土厚度应采用钻孔检测，钻孔数宜每100m2墙面积一组，每组不应少于3点。,6地下连续墙。,地下连续墙按其用途可分为防渗墙、基坑支护、挡土墙、用作主体

27、结构兼作临时挡土墙、地下结构的边墙和建筑物的基础。地下连续墙的施工方法主要有两种：一种是开槽筑墙，另一种是密排桩墙。,1)现浇地下连续墙施工工艺原理,现浇钢筋混凝土地下连续墙的施工工艺过程见图1-23。,(a)挖导淘、筑导墙；(b)挖槽；(c)吊放接头管； (d)吊放钢筋笼；(e)浇筑混凝土；(f)拔出接头管 1-导墙；2-泥浆液面；3-挖槽机具；4-接头管；5-钢筋笼； 6-导管；7-混凝土；B-墙厚；L-单元槽段长度 图1-23 地下连续墙施工工艺过程,2)现浇地下连续墙的施工工艺过程 （1）修筑导墙 导墙是地下连续墙挖槽之前修筑的临时结构，要求具有足够的强度、刚度和精度。槽段开挖前，要先

28、沿连续墙设计轴线修筑导墙。导墙如图1-24所示.,l-支撑；2-泥浆护壁； 3-钢筋混凝土导墙；4-导墙墙面间距 图1-24 钢筋混凝土导墙,（2）泥浆护壁,（3）槽段开挖,挖槽机械 目前国内外所用的挖槽机械种类很多，归纳起来可分为下列两大类：挖斗式挖槽机和钻头式挖槽机。常用的挖槽机械有：吊索式中心提拉式导板抓斗，导杆式液压抓斗（图1-25），多头钻成槽机和冲击钻等。,挖槽是地下连续墙施工中的主要工序，挖槽约占地下连续墙施工工期的一半，因此提高挖槽效率是缩短工期的关键。,a单元槽段的划分。,b清底。,1-导杆；2-液压管线回收轮3平台4调整倾斜度用的千斤顶5-抓斗 图1-25 导杆式液压抓斗,

29、(a)砂石吸力泵排泥 (b)压缩气升液排泥 (c)潜水泥浆泵排泥(d)利用混凝土导管压清水或稀泥浆排泥 1-导管；2-补给泥浆；3-吸力泵；4-空气升液排泥管或导管； 5-软管； 6-空气；7-潜水泥浆泵；8-清水或泥浆；9-排泥 图1-26 清底方法,（4）钢筋笼制作和吊放 钢筋笼的尺寸应根据单元槽段、接头形式及现场起重能力等确定（图1-27）。,（5）地下连续墙的接头 地下连续墙的接头可分两大类；施工接头（竖向接头）和结构接头（水平接头）。,施工接头中常用的方式有：接头管接头（图l-27）、接头箱接头和隔板式接头。,a起侧模的作用，阻止槽段内新浇的混凝土进入另一槽段或与相邻未开挖的土体固结

30、； b混凝土浇筑后拔出接头管，形成一个与槽宽相同的圆孔，使相邻槽段的混凝土有一 个半圆弧企口接头，形成较好的结合面，连接简便，可以增强整体性和防水能力。,(a)开挖槽段； (b)吊放接头管和钢筋笼；(c)浇筑混凝土 ；(d)拔出接头管；(e)形成接头 l-导墙；2-已浇筑混凝土的单元槽段；3-开挖的槽段；4-未开挖的槽段；5-接头管； 6-钢筋笼；7-正在浇筑混凝土的单元槽段；8-接头管拔出后的孔洞 图1-27 接头管接头施工,（6）地下连续墙混凝土浇筑,在泥浆中浇筑混凝土，深度大而无法直接观察，同时要在短时间内均匀地浇筑完毕，因此如何顺利浇筑入槽并保证质量，是地下连续墙施工中的关键。,三、排

31、水与降水,（一）地面水排除 地面水一般采取设置排水沟、防洪沟、截水沟、挡水堤等方法，并应尽量利用自然地形和原有的排水系统。,（二）地下水控制 1明排水法,见图1-28,1-排水沟；2-集水坑；3-水泵 图1-28 集水井降水,1）明排水法施工,2）抽水设备及选用,3）流砂现象的产生和防治,（1）流砂产生的原因 如图1-29,a)水在土中渗流时的脱离体受力图 b)动水压力对地基土的影响 图1-29 井点降水的作用,wh1F 作用在土体左端aa截面处的总水压力；其方向与水流方向一致（w表示水的重度，F表示土截面面积）； wh2F 作用在土体右端bb截面处的总水压力；其方向与水流方向相反； TF 水

32、渗流时整个水体受到土颗粒的总阻力(T表示单位土体阻力)，方向假设向左。,由静力平衡条件x=o(设向右的力为正) wh1F一wh2F TlF =0 得 （如为“-”表示实际方向与假设右正向相反而向左） （1-29） 为水头差与渗透路径之比，称为水力坡度，以i表示。即上式可写成 T=iw （1-30）,动水压力GD:流动中的地下水对土颗粒产生的压力，它与单位土体阻力T是作用力与反作用力，由此可得 GD=T=iw （1-31）,GD单位为N/cm3或kN/cm3。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，GD越大；而渗流路线越长，GD越小。动水压力的作用方向与水流方向（

33、向右方向）相同。,（2）流砂发生的条件,（3）防治流砂的方法,抢挖法： 打板桩法： 水下挖土法： 人工降低地下水位： 地下连续墙法： 枯水期施工法：,（三）井点降水,井点降水也称人工降低地下水位，就是在基坑开挖前，预先在拟挖基坑的四周埋设一定数量的滤水管，利用抽水设备从中不间断抽水，使地下水位降落在坑底以下，然后开挖基坑、进行基础施工和土方回填，待基础工程全部施工完毕后，撤除人工降水装置。,表1-16各类井点的适用范围及方法原理,1轻型井点降水设计,轻型井点降水（图1-30）是沿基坑（槽）的四周或一侧以一定距离埋设一定数量的井点管，井点管上端有弯连管与集水总管相连，下端与滤水管连接，并利用抽水

34、设备不间断将渗流进井点管的水抽出，使地下水位降落在坑底以下。,1-井点管；2-滤管；3-总管；4-弯联管；5-水泵房； 6-原有地下水位线；7-降低后地下水位线 图1-30 轻型井点降低地下水位图,1）轻型井点设备,图1-31 滤管构造,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。,1-滤管；2-井点管；3-弯管；4-阀门；5-集水总管；6-闸门；7-滤管；8-过滤箱； 9-淘砂孔；10-水气分离器；11-浮筒；12-阀门；13-真空计；14-进水管； 15-真空计；16-副水气分离器；17-挡水板；18-放水口；19-真空泵；20-电动机； 21-冷却水管

35、；22-冷却水箱；23-循环水泵；24-离心水泵 图1-32 轻型设备工作原理,2）井点布置,轻型井点的布置，要根据基坑平面形状及尺寸、基坑的深度、土质、地下水位高低及地下水流向、降水深度要求等因素确定。其布置内容包括平面布置和高程布置。,平面布置 高程布置 1-总管；2-井点管；3-抽水设备 图1-33 单排线状井点布置图,平面布置 高程布置 1-总管；2-井点管；3-抽水设备 图1-34 环形井点布置图,2）高程布置 轻型井点的降水深度一般以不超过6m为宜，井点管需要埋置深度HA（不含滤管）可按下式计算（见图1-34）。 HAH1hi （1-24） 式中 HA井点管埋置深度，m； H1总管

36、底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0.5m1.0m； i水力坡度，单排线状井点为14，环型井点为110； L井点管距基坑中心的水平距离（单排井点为井点管至基坑另一边的水平距离），m。,3）轻型井点计算,（1）井点涌水量计算,水井大致可分为四种类型（见图1-35）：无压完整井，无压非完整井，承压完整井，承压非完整井。,1-承压完整井；2-承压非完整井；3-无压完整井；4-无压非完整井 图1-35 水井的分类,无压完整井； 无压不完整井 图1-36 环状井点涌水量计算简图,无压完整井涌水量计算（图1-36） Q1.366K （1-25） 式中 Q井点系数的总涌

37、水量，m3d； K渗透系数，md； H潜水含水层厚度，m； S基坑水位降深，m； R降水影响半径，m；可按下式确定 R1.95S （潜水含水层） （1-26）,ro基坑环形井点假想半径，m。对于矩形基坑，其长度与宽度之比不天于5时，可按 下式计算： ro （1-27） 式中A为基坑面积。,无压非完整井涌水量计算（图1-23b） 对于无压非完整井点系统(图1-36b)，仍可采用式(1-27)。但此时式中H应换成有效抽水影响深度H0，H0值可按表1-11确定，。涌水量计算即可用下式计算： Q1.366K (1-28),表1-17抽水影响深度H0(m),1.5（S+ ),1.7（S+ ),1.5（S

38、+ ),（2）确定井点管数及井距 井点管数量的多少取决于单根井点管的抽水能力，单根井点管的最大出水量与滤管构造和尺寸以及土的渗透系数有关。按下式计算： q65dl （1-29） 式中 q单根井点管最大出水量，m3d； d滤管内径，m。,井点根数 n1.1 （1-30）,井点管的平均间距 （1-31） 式中 D井点管间距，m； L总管长度，m。,4）抽水设备的选择 根据降水深度所需要的可吸真空高度及各项水头损失，真空泵在抽水时所需最低真空度按下式计算： hk（hAh）g103 （1-32）,式中 hk真空泵在抽水时的最低真空度，Pa； hA根据降水深度要求的可吸真空高度（近似取集水总管至滤管的深

39、度），m； h水头损失，包括进入滤管的水头损失、管路阻力损失及漏气损失等（近似取1.0m1.5m）。,5）轻型井点施工 井点施工工艺：放线定位挖井点沟槽铺设总管冲孔安装井点管、灌填砂砾滤料、上部填粘土密封用弯联管将井点管与总管接通安装抽水设备与总管连通安装集水箱和排水管开动真空泵排气、再开动离心水泵试抽抽水。,冲孔； 埋管 1-冲管；2-冲嘴；3-胶皮管；4-高压水泵；5-压力表； 6-起重机吊钩；7井点管；8滤管；9填砂；10-粘土封口 图1-37 井点管的埋设,6）回灌井点 轻型井点降水有许多优点，在基础施工中应用广泛，但其降落漏斗影响范围较大，影响半径可达百米甚至数百米，且会导致周围土壤

40、固结而引起地面沉陷。一般工程主要采取的措施有： （1）在降水区域和原有建筑物、地下管线之间的土层中设置一道固体抗渗屏幕，大大减小对周围环境的影响； （2）较经济也比较常用的是场地外缘设置回灌系统 。 轻型井点降水设计示例,井点系统平面布置 井点系统高程布置 图1-38 基坑平、剖面示意图,解：（1）井点系统位置：为使总管接近地下水位和不影响地面交通，将总管埋设在地面下0.5m处，即先挖0.5m的沟槽，然后在槽底铺设总管，此时基坑上口（+9.5m）平面尺寸为11.7m18.7m，井管初步布置在距基坑边1m；则井管所围成的平面积为13.7m20.7m,降水总管长度为：。,L总=13.72+20.7

41、2=68.8（m），由于其长宽比小于5，且基坑宽度小于2倍抽水影响半径R（见后面计算），故按环状井点布置。基坑中心的降水深度为：,S=8.55.8+0.5=3.2m 采用一级井点降水，井点管的要求埋设深度H为： HH1+h+IL =4.9m,采用长6m、直径38mm的井点管，井点管外露0.2m，作为安装总管用，则井管埋入土中的实际深度为6.00.2=5.8m，大于要求埋设深度，故高程布置符合要求。,（2）基坑涌水量计算：取滤水管长度l=1m，则井点管及滤管总长6+1=7m，滤管底部距不透水层为1.7m，可按无压非完整井环形井点系统计算。井点管中心水位降落值： S=6.0+0.3-1.5=4.8

42、 m,基坑实际降水深度：S=4.8-1/1013.7=3.4m 其涌水量计算式为：,有效抽水影响深度Ho按下式计算：由表1-17查得：,由于实际含水层厚度H=8.5-1.2=7.3m,而H0H，故取H0=H=7.3m。 抽水影响半径R：,基坑假想圆半径xo：,涌水量为：,（3）计算井点管数量及井距：单根井点管出水量（选井管直径为38）： q=65dlk1/3=653.140.0381121/3=17.76m3/d 井点管数量：,n=1.1 =1.1 =50.0根,井距：D= = =1.38m,取井距为1.2m，井点管实际总根数为57根。 基坑施工时，井点系统的布置如（图1-38）所示。,（4）

43、选择抽水设备：抽水设备所带动的总管长度为68.8m，可选用W5型干式真空泵。 水泵抽水流量： Q1=1.1Q=1.1791.45=870.60m3/d 水泵吸水扬程： Hs6.0+1.0=7.0m 根据Q1及Hs计算值即可通过水泵的性能表选出适合本工程的水泵。 （5）井点管埋设：采用水冲法安装埋设井点管。,2喷射井点,1）喷射井点的主要设备 喷射井点根据其工作时使用的喷射介质的不同，分为喷水井点和喷气井点两种。其主要设备由喷射井管、高压水泵(或空气压缩机)和管路系统组成。如图1-39所示。 2）喷射井点布置 喷射井点管的布置、井点管的埋设方法和要求与轻型井点基本相同。,1-外管；2-内管；3-

44、喷射器；4-扩散管；5-混合管；6-喷嘴；7-缩节；8-连接座； 9-真空测定管；10-滤管芯管；11-滤管有孔套管；12-滤管外缠滤网及保护网； 13-逆止球阀；14-逆止阀座；15-护套；16-沉泥管 图1-39 喷射井点管构造,3电渗井点 在饱和粘性土中，特别是在淤泥和淤泥质黏土中，由于土的渗透系数很小，此时宜采用电渗井点排水。 4管井井点 管井井点是由滤水井管、吸水管和抽水机械等组成。管井井点设备较为简单，排水量大，降水较深，较轻型井点其具有更大的降水效果，可代替多组轻型井点作用。,第四节 土方工程的机械化施工 一、 常用施工机械 在土方工程的开挖、运输、填筑、压实等施工过程中，应尽可

45、能采用机械化和先进的作业方法，以减轻繁重的体力劳动，加快施工进度，提高生产率。 （一）土方的开挖与运输 土方工程施工机械的种类很多，常用的有：推土机、铲运机、挖土机、装载机、运输机械和碾压夯实机械等。,推土机施工 推土机（图1-40）是土方工程施工的主要机械之一，它由拖拉机和推土铲刀组成。,图1-40 T-180型推土机,推土机可以推挖一三类土，经济运距在100m以内，效率最高运距为30m60m。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、回程等工作的循环时间。为了提高生产率，施工中常采取下坡推土、并列推土、多刀送土和槽形推土等作业方法来提高推土效率，缩短推土时间和减少土的失散。

46、（1）下坡推土法： （2）并列推土法： （3）多刀送土：,下坡推土 并列推土 图1-41 推土机推土方法,（4）槽形推土：,图1-42 槽型推土法,铲运机施工 1）铲运机技术性能和特点 铲运机是一种能够单独完成铲土、装土、运土、卸土、压实的土方机械，按行走方式不同，铲运机可分为自行式铲运机（如图1-43）和拖式铲运机（如图1-44）两种；按铲斗的操纵系统不同铲动机可分为液压操纵和钢丝绳操纵两种。,图1-43 CL7型自行式铲运机,图1-44 C6-2.5型拖式铲运机,2）铲运机开行路线 在施工中，由于挖、填区的分布情况不同，应根据不同施工条件，选择合理的施工路线，铲运机开行路线一般有如下几种：

47、,图1-45 铲运机开行路线,（1）环形路线：这种开行路线简单但常用，当施工地段较短，地形起伏不大时，采用小环形路线（如图1-45a、b），这种路线每一循环完成一次铲土卸土。本法施工时应常调换方向，以避免机械行驶部分的单侧磨损。 （2）8字形路线：当地势起伏较大，施工地段又较长时，可采用8字形开行路线（如图145d）。这种运行方式在同一循环中两次转运方向不同，还可以避免机械行驶部分的单侧磨损。,1-沟槽；2-土埂 A-铲土宽；B-不大于拖拉机履带净距 图1-46 跨铲法,3）铲运机的作业方法 （1）下坡铲土法： （2）跨铲法：（如图1-46）。 （3）助铲法：（如图1-47）。 （4）双联铲运

48、法：（图1-48）。,1-铲运机铲土；2-推土机助铲 图1-47助铲法 图1-48 双联铲运法,单斗挖土机 单斗挖土机是基坑（槽）开挖的常用机械。单斗挖土机按其工作装置和工作方式不同可分为正铲、反铲、拉铲和抓铲四种（见图1-49）。 1）正铲挖土机施工 正铲挖土机一般仅用于开挖停机面以上的土，外形（如图1-49）中所示。 根据挖土机的开挖路线与运输工具的相对位置不同，正铲挖土机的作业方式主要有两种：即侧向装土法和后方装土法。 （如图1-50a）。,机械式； b)液压式 1-正铲；2-反铲；3-拉铲；4-抓铲 图1-49 单斗挖土机,后方装土法，就是挖土机沿前进方向挖土，运输工具停在挖土机后面装

49、土（如图1-50b）。,a)侧向开挖 b) 正向开挖 1-正铲挖土机； 2-自卸汽车 图1-50 正铲挖土机开挖方式,2）反铲挖土机施工 反铲挖土机适用开挖停机面以下的一类至三类的砂土和粘性土，作业特点是：后退向下，强制切土。其作业方式有沟端开挖与沟侧开挖两种。 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（如图1-51a）。 沟侧开挖，就是挖土机沿沟槽一侧直线移动，边走边挖，将土弃于距基槽较远处。此法一般是挖土宽度和深度较小、无法采用沟端开挖或挖土不需要运走时采用（如图1-51b）。,a)沟端开挖 b) 沟侧开挖 1-反铲挖土机；2-自卸汽车；3-弃土堆 图1-51 反铲挖

50、土机开挖方式,3）拉铲挖土机施工 拉铲挖土机（见图1-49)施工时，依靠土斗自重及拉索拉力切土。 拉铲挖土机的作业方式与反铲挖土机相同，有沟端开挖和沟侧开挖两种。 4）抓铲挖土机施工 机械传动抓铲挖土机(如图1-49所示)是在挖土机臂端用钢丝绳吊装一个抓斗。 4挖土机与汽车配套计算 现以单斗挖土机配以自卸汽车为例，来说明机械配套的计算方法。,1）挖土机数量的确定 挖土机数量N，应根据土方量大小、工期长短、经济效果按下式计算： N （1-33） 式中 N挖土机数量，台； Q挖土总量，m3； p挖土机生产效率，m3台班； 工期，工日； 每天工作班数； 时间利用系数（0.80.9）。,上式中挖土机生

51、产效率p，可查定额确定，也可按下式计算： P （1-34） 式中 t挖土机每次循环作业延续时间（S），即开挖一斗的时间。对W1-100正铲挖土机为25S40S，对W1-100拉铲为45S60S； q挖土机斗容量，m3； KS土的最初可松性系数； KC土斗的充盈系数，可取0.81.1； B工作时间利用系数，一般为0.70.9。 在实际工作中，如挖土机的数量已确定时，也可按式（1-33）来计算工期（T）。,2）自卸汽车配合数量计算 为了使挖土机械充分发挥生产能力，应使运土车辆的载重量与挖土机的每斗土重保持一定的倍数关系，并有足够数量车辆以保证挖土机械连续工作。运土车辆的数量N，可按下式计算：自卸汽

52、车的数量应保证挖土机能连续工作，可按下式计算： N （1-35）,式中 N自卸汽车的数量，台； TS自卸汽车每一工作循环的的延续时间，min； t1- 自卸汽车每次装车时间，min。,t1nt （1-36） 式中 n自卸汽车每车装土次数。 n （1-37） 式中 t、q、 KC、KS与式（142）相同； 土的容重（一般取1.7tm3）； Q1自卸汽车载重量，t,二、土方挖运机械选择和注意事项 （一）施工机械的选择要点 （1）在场地平整施工中一般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进行平整和推土。 用推土机将土推入漏斗，并用自卸汽车在漏斗下承土

53、并运走。 用推土机预先把土推成一堆，用装载机把土装到汽车上运走。,（3）对基坑开挖，当基坑深度在1m2m，而长度又不太大时，可采用推土机；对于深度在2m以内的线状基坑，宜用铲运机开挖；当基坑面积较大，工程量又集中时，可选用正铲挖土机挖土，自卸汽车配合运土；如地下水位较高，又不采用降水措施，或土质松软，则应要用反铲、拉铲或抓铲挖土机施工。 （4）开挖基坑和管沟的回填，当运距在100m以内时，可采用推土机施工。 （二）土方施工注意事项 （1）开挖深度应根据设计基础埋深、确定的室内地坪标高及地基持力层位置，进行综合分析确定。,（2）使用大型土方机械在坑下作业，如为软土地基或在雨期施工，进入基坑行走需

54、铺垫钢板或铺筑道路。 （3）土方开挖应制定方案、绘出开挖图，确定开挖路线、顺序、范围、基底标高、边坡坡度、排水沟、集水井位置以及挖出的土方堆放地点。 （4）由于大面积基础群基坑底标高不一，机械开挖次序一般采取先整片挖至一平均标高，然后再挖个别较深部位。 （5）由于机械施工不能准确地将地基抄平，容易出现超挖现象。所以要求施工中机械开挖到基底以上20cm30cm后，采用人工方法挖到坑底标高。,三、基坑开挖方式 基坑开挖前，应在平整好的拟建场地进行房屋定位和标高引测，定出挖土边线和进行放灰线工作。 （一）深基坑开挖 1基坑开挖程序 基坑开挖程序一般是：测量放线基坑中、边桩施工排降水场地清理土方开挖、

55、运输方案确定开挖。 基坑开挖分两种情况：一是无支护结构基坑的放坡开挖，二是有支护结构基坑的开挖。 2基坑开挖方法,开挖方法主要有放坡分层挖土、有支撑分层挖土、盆式挖土、中心岛式挖土等几种，应根据基坑面积大小、开挖深度、支护结构形式、环境条件等因素选用。 1）放坡分层开挖 分层挖土是将基坑按深度分为多层进行逐层开挖，这种开挖方式适合于四周空旷、有足够放坡场地、周围没有建筑设施或地下管线的情况。 2）有支护基坑开挖 有支护的基坑开挖包括有内支撑和无内支撑支护的基坑开挖。,3) 盆式开挖 盆式开挖适合于基坑面积较大、支撑或拉锚作业困难且无法放坡的基坑。,1-钢板桩或灌注桩；2-后挖土方；3-先施工地

56、下结构； 4-后施工地下结构；5-钢水平支撑；6-钢横撑 图1-52 盆式挖土示意图 图1-53 开挖内支撑示意图,4）中心岛式挖土 当基坑面积不大，周围环境和土质可以进行拉锚或采用支撑时，可采用此法施工。,1-栈板；2-支架或利用工程桩；3-围护墙；4-腰梁；5-土墩 图1-54 中心岛(墩)式挖土不意图,（二）基坑开挖注意事项 （1）开挖与支撑相配合，每次挖土深度不得超过将要加支撑位置以下0.5m，以防止支撑失稳。 （2）深基坑开挖过程中，随着土的挖除，下层土因逐渐卸载而有可能回弹，尤其在基坑挖至设计标高后，搁置时间过久，回弹更为显著。 （3）雨季施工时，应对坑壁采取护面措施，同时做好坑顶地表水的疏干排除工作，防止雨水冲刷并影响边坡稳定。 （4）在基坑开挖、基础施工及回填过程中应始终保持井点降水工作的正常进行。,（5）开挖前施工方案设计要周全，施工过程中现场监测工作要重视。,（三）基坑支护工作的监测 在深基坑施工、使用过程中