建筑施工技術課件創(chuàng)新

第一章土方工程土方工程包括土的開挖、運輸和填筑等施工過程，有時還要進行排水、降水、土壁支撐等準備工作。在建造工程中，最常見的土方工程有：場地平整、基坑（槽）開挖、地坪填土、路基填筑及基坑回填土等。土方工程施工往往具有工程量大、勞動繁重和施工條件復雜等特點；土方工程施工又受氣候、水文、地質(zhì)、地下障礙等因素的影響較大，不可確定的因素也較多，有時施工條件極為復雜。

土的分類繁多，其分類法也很多，如按土的沉積年代、顆粒級配、密實度、液性指數(shù)分類等。在土木工程施工中按土開挖的難易程度將土分為：松軟土、普通土、堅土、砂礫堅土、軟石、次堅石、堅石、特堅硬石等八類。第一節(jié)土的分類及工程性質(zhì)一、土的分類與鑒別

表1.1土的工程分類與現(xiàn)場鑒別方法土的分類

土的名稱

可松性系數(shù)

現(xiàn)場鑒別方法

KSK’s一類土(松軟土)砂，亞砂土，沖積砂土層，種植土，泥炭(淤泥)1.08～1.171.01～1.03能用鍬、鋤頭挖掘

二類土(普通土)亞粘土，潮濕的黃土，夾有碎石、卵石的砂，種植土，填筑土及亞砂土

1.14～1.281.02～1.05用鍬、鋤頭挖掘，少許用鎬翻松

三類土(堅土)軟及中等密實粘土，重亞粘土，粗礫石，干黃土及含碎石、卵石的黃土、亞粘土，壓實的填筑土

1.24～1.301.04～1.07要用鎬，少許用鍬、鋤頭挖掘，部分用撬棍

四類土(砂礫堅土)重粘土及含碎石、卵石的粘土，粗卵石，密實的黃土，天然級配砂石，軟泥灰?guī)r及蛋白石

1.26～1.321.06～1.09整個用鎬、撬棍，然后用鍬挖掘，部分用楔子及大錘

土的分類

土的名稱

可松性系數(shù)

現(xiàn)場鑒別方法

KSK’s五類土(軟石)硬石炭紀粘土，中等密實的頁巖、泥灰?guī)r、白堊土，膠結(jié)不緊的礫巖，軟的石炭巖

1.30～1.451.10～1.20用鎬或撬棍、大錘挖掘，部分使用爆破方法六類土(次堅石)泥巖，砂巖，礫巖，堅實的頁巖，泥灰?guī)r，密實的石灰?guī)r，風化花崗巖，片麻巖1.30～1.451.10～1.20用爆破方法開挖,部分用風鎬七類土(堅石)大理巖，輝綠巖，玢巖，粗、中?；◢弾r，堅實的白云巖、砂巖、礫巖、片麻巖、石灰?guī)r，風化痕跡的安山巖、玄武巖

1.30～1.451.10～1.20用爆破方法開挖

八類土(特堅硬石))安山巖，玄武巖，花崗片麻巖，堅實的細?；◢弾r、閃長巖、石英巖、輝長巖、輝綠巖、玢巖1.45～1.501.20～1.30用爆破方法開挖1.土的含水量土的含水量：土中水的質(zhì)量與固體顆粒質(zhì)量之比的百分率。二、土的工程性質(zhì)

（一）土的組成式中：m濕——含水狀態(tài)土的質(zhì)量，kg；m干——烘干后土的質(zhì)量，kg；mW——土中水的質(zhì)量，kg；mS—固體顆粒的質(zhì)量，kg。

土的含水量隨氣候條件、雨雪和地下水的影響而變化，對土方邊坡的穩(wěn)定性及填方密實程度有直接的影響。

（二）土的工程性質(zhì)

土的天然密度:

在天然狀態(tài)下，單位體積土的質(zhì)量。它與土的密實程度和含水量有關。土的天然密度按下式計算：

2.土的天然密度和干密度

式中ρ——土的天然密度，kg/m3；m——土的總質(zhì)量，kg；V—土的體積，m3。

干密度:土的固體顆粒質(zhì)量與總體積的比值，用下式表示：

式中ρd——土的干密度，kg/m3；mS——固體顆粒質(zhì)量，kg；V—土的體積，m3。

在一定程度上，土的干密度反映了土的顆粒排列緊密程度。土的干密度愈大，表示土愈密實。土的密實程度主要通過檢驗填方土的干密度和含水量來控制。

3.土的可松性系數(shù)

土的可松性：天然土經(jīng)開挖后，其體積因松散而增加，雖經(jīng)振動夯實，仍然不能完全復原，土的這種性質(zhì)稱為土的可松性。土的可松性用可松性系數(shù)表示，即式中KS、KS′——土的最初、最終可松性系數(shù)；V1——土在天然狀態(tài)下的體積，m3；V2——土挖出后在松散狀態(tài)下的體積，m3；V3——土經(jīng)壓(夯)實后的體積，m3。土的最初可松性系數(shù)KS是計算車輛裝運土方體積及挖土機械的主要參數(shù)；土的最終可松性系數(shù)是計算填方所需挖土工程量的主要參數(shù)，各類土的可松性系數(shù)見表1.1所示。

4.土的滲透性土的滲透性：指土體被水透過的性質(zhì)。土的滲透性用滲透系數(shù)表示。滲透系數(shù)：表示單位時間內(nèi)水穿透土層的能力，以m/d表示；它同土的顆粒級配、密實程度等有關，是人工降低地下水位及選擇各類井點的主要參數(shù)。土的滲透系數(shù)見表1.6所示。

表1.6土的滲透系數(shù)參考表

土的名稱

滲透系數(shù)(m/d)土的名稱滲透系數(shù)(m/d)粘土

＜0.005中砂

5.00～20.00亞

粘

土

0.005～0.10均質(zhì)中砂

35～50輕亞粘土

0.10～0.50粗砂

20～50黃土

0.25～0.50圓

礫

石

50～100粉砂

0.50～1.00卵石

100～500細砂

1.00～5.00第二節(jié)土方量計算與土方調(diào)配一、

基坑與基槽土方量計算

基坑土方量可按立體幾何中擬柱體(由兩個平行的平面作底的一種多面體)體積公式計算(圖1.1)。即

式中H——基坑深度，m；A1、A2——基坑上、下底的面積，m2；A0

—基坑中截面的面積，m2。基槽土方量計算可沿長度方向分段計算(圖1.2)：

式中V1——第一段的土方量，m3；L1

—第一段的長度，m。

將各段土方量相加即得總土方量：

二、

場地平整土方計算

對于在地形起伏的山區(qū)、丘陵地帶修建較大廠房、體育場、車站等占地廣闊工程的平整場地，主要是削凸填凹，移挖方作填方，將自然地面改造平整為場地設計要求的平面。場地挖填土方量計算有方格網(wǎng)法和橫截面法兩種。橫截面法是將要計算的場地劃分成若干橫截面后，用橫截面計算公式逐段計算，最后將逐段計算結(jié)果匯總。橫截面法計算精度較低，可用于地形起伏變化較大地區(qū)。對于地形較平坦地區(qū)，一般采用方格網(wǎng)法。

方格網(wǎng)法計算場地平整土方量步驟為：(1)讀識方格網(wǎng)圖方格網(wǎng)圖由設計單位(一般在1/500的地形圖上)將場地劃分為邊長a=10～40m的若干方格，與測量的縱橫坐標相對應，在各方格角點規(guī)定的位置上標注角點的自然地面標高(H)和設計標高(Hn)，如圖1.3所示。(2)計算場地各個角點的施工高度

施工高度為角點設計地面標高與自然地面標高之差，是以角點設計標高為基準的挖方或填方的施工高度。各方格角點的施工高度按下式計算：式中hn——角點施工高度即填挖高度(以“+”為填，“-”為挖)，m；n—方格的角點編號(自然數(shù)列1，2，3，…，n)(3)計算“零點”位置，確定零線方格邊線一端施工高程為“+”，若另一端為“-”，則沿其邊線必然有一不挖不填的點，即為“零點”(圖1.4)。零點位置按下式計算：式中x1、x2——角點至零點的距離，m；h1、h2——相鄰兩角點的施工高度(均用絕對值)，m；a—方格網(wǎng)的邊長，m。

確定零點的辦法也可以用圖解法，如圖1.5所示。方法是用尺在各角點上標出挖填施工高度相應比例，用尺相連，與方格相交點即為零點位置。將相鄰的零點連接起來，即為零線。它是確定方格中挖方與填方的分界線。

(4)計算方格土方工程量按方格底面積圖形和表1.3所列計算公式，逐格計算每個方格內(nèi)的挖方量或填方量。(5)邊坡土方量計算場地的挖方區(qū)和填方區(qū)的邊沿都需要做成邊坡，以保證挖方土壁和填方區(qū)的穩(wěn)定。邊坡的土方量可以劃分成兩種近似的幾何形體進行計算，一種為三角棱錐體(圖1.6中①～③、⑤～?)，另一種為三角棱柱體(圖1.6中④)。

表1.3常用方格網(wǎng)點計算公式

項目圖式計算公式一點填方或挖方(三角形)兩點填方或挖方(梯形)三點填方或挖方(五角形)四點填方或挖方(正方形)A三角棱錐體邊坡體積式中l(wèi)1——邊坡①的長度；A1——邊坡①的端面積；h2——角點的挖土高度；m—邊坡的坡度系數(shù)，m=寬/高。B三角棱柱體邊坡體積

兩端橫斷面面積相差很大的情況下，邊坡體積

式中l(wèi)4——邊坡④的長度；A1、A2、A0—邊坡④兩端及中部橫斷面面積。

C計算土方總量將挖方區(qū)(或填方區(qū))所有方格計算的土方量和邊坡土方量匯總，即得該場地挖方和填方的總土方量。

【例1.1】某建筑場地方格網(wǎng)如圖1.7所示，方格邊長為20m×20m，填方區(qū)邊坡坡度系數(shù)為1.0，挖方區(qū)邊坡坡度系數(shù)為0.5，試用公式法計算挖方和填方的總土方量。

【解】

(1)

根據(jù)所給方格網(wǎng)各角點的地面設計標高和自然標高，計算結(jié)果列于圖1.8中。由得：h1=251.50-251.40=0.10h2=251.44-251.25=0.19h3=251.38-250.85=0.53h4=251.32-250.60=0.72h5=251.56-251.90=-0.34h6=251.50-251.60=-0.10h7=251.44-251.28=0.16h8=251.38-250.95=0.43h9=251.62-252.45=-0.83h10=251.56-252.00=-0.44h11=251.50-251.70=-0.20h12=251.46-251.40=0.06(2)計算零點位置。從圖1.8中可知，1—5、2—6、6—7、7—11、11—12五條方格邊兩端的施工高度符號不同，說明此方格邊上有零點存在。由公式1.10求得：1—5線x1=4.55(m)2—6線x1=13.10(m)6—7線x1=7.69(m)7—11線x1=8.89(m)11—12線x1=15.38(m)

將各零點標于圖上，并將相鄰的零點連接起來，即得零線位置，如圖1.8。

(3)計算方格土方量。方格Ⅲ、Ⅳ底面為正方形，土方量為：VⅢ(+)=202/4×(0.53+0.72+0.16+0.43)=184(m3)VⅣ(-)=202/4×(0.34+0.10+0.83+0.44)=171(m3)方格Ⅰ底面為兩個梯形，土方量為：VⅠ(+)=20/8×(4.55+13.10)×(0.10+0.19)=12.80(m3)VⅠ(-)=20/8×(15.45+6.90)×(0.34+0.10)=24.59(m3)

方格Ⅱ、Ⅴ、Ⅵ底面為三邊形和五邊形，土方量為：

VⅡ(+)=65.73(m3)VⅡ(-)=0.88(m3)VⅤ(+)=2.92(m3)VⅤ(-)=51.10(m3)VⅥ(+)=40.89(m3))VⅥ(-)=5.70(m3)方格網(wǎng)總填方量：∑V(+)=184+12.80+65.73+2.92+40.89=306.34(m3)方格網(wǎng)總挖方量：

∑V(-)=171+24.59+0.88+51.10+5.70=253.26(m3)(4)邊坡土方量計算。如圖1.9，④、⑦按三角棱柱體計算外，其余均按三角棱錐體計算，

可得：V①(+)=0.003(m3)V②(+)=V③(+)=0.0001(m3)V④(+)=5.22(m3)V⑤(+)=V⑥(+)=0.06(m3)V⑦(+)=7.93(m3)V⑧(+)=V⑨(+)=0.01(m3)V⑩=0.01(m3)V11=2.03(m3)V12=V13=0.02(m3)V14=3.18(m3)邊坡總填方量：∑V(+)=0.003+0.0001+5.22+2×0.06+7.93+2×0.01+0.01=13.29(m3)邊坡總挖方量：∑V(-)=2.03+2×0.02+3.18=5.25(m3)三、土方調(diào)配

土方調(diào)配是土方工程施工組織設計(土方規(guī)劃)中的一個重要內(nèi)容，在平整場地土方工程量計算完成后進行。編制土方調(diào)配方案應根據(jù)地形及地理條件，把挖方區(qū)和填方區(qū)劃分成若干個調(diào)配區(qū)，計算各調(diào)配區(qū)的土方量，并計算每對挖、填方區(qū)之間的平均運距(即挖方區(qū)重心至填方區(qū)重心的距離)，確定挖方各調(diào)配區(qū)的土方調(diào)配方案，應使土方總運輸量最小或土方運輸費用最少，而且便于施工，從而可以縮短工期、降低成本。

土方調(diào)配的原則：力求達到挖方與填方平衡和運距最短的原則；近期施工與后期利用的原則。進行土方調(diào)配，必須依據(jù)現(xiàn)場具體情況、有關技術資料、工期要求、土方施工方法與運輸方法，綜合上述原則，并經(jīng)計算比較，選擇經(jīng)濟合理的調(diào)配方案。

（一）調(diào)配區(qū)的劃分在場地的平面圖上先畫出挖填方區(qū)的分界線（零線），在根據(jù)地形及地理條件，在挖方區(qū)和填方區(qū)適當劃分若干調(diào)配區(qū)，并計算出各調(diào)配區(qū)的土方量，在圖上注明。如下圖所示。圖土方調(diào)配圖箭線上方為土方量（m3），箭線下方為運距（m）（二）調(diào)配區(qū)之間平均運距平均運距就是挖方區(qū)土方重心至填方區(qū)土方重心之間的距離。為了簡化計算，假設每個方格上的土方是各自均勻分布的，從而用圖解法求出幾何中心代替方格的重心。取場地的縱橫兩邊作為坐標軸，各調(diào)配區(qū)的重心坐標為：重心求出后標在相應的套配區(qū)圖上，然后用比例尺量出每對調(diào)配區(qū)之間的距離。式中：X，Y——調(diào)配區(qū)的重心坐標；

Vi——每個方格的土方量；

xi，yi——每個方格的重心坐標。每對調(diào)配區(qū)的平均運距：例題：W3500W4400500500500600800T2T1W1T3W25060100110404070100709070801.編制初始調(diào)配方案利用“最小元素法”編制初始調(diào)配方案，其總運輸量是較小的。但不一定是總運輸量最小，因此還需判別它是否為最優(yōu)方案。判別的方法有“閉回路法”和“位勢法”，其實質(zhì)相同，都是用檢驗數(shù)λij來判別。只要所有的檢驗數(shù)λij≥0，則該方案即為最優(yōu)方案；否則，不是最優(yōu)方案，尚需進行調(diào)整。下面介紹用“位勢法”求檢驗數(shù)：2.方案檢驗（1）求位勢Ui和Vj位勢數(shù)就是在運距表的行或列中用運距（或單價）Cij同時減去的數(shù)，目的是使有調(diào)配數(shù)字的格檢驗數(shù)ij為零，而對調(diào)配方案的選取沒有影響。計算方法：將初始方案中有調(diào)配數(shù)方格的Cij列出，然后按下式求出兩組位勢數(shù)Ui(i＝1，2，…，m)和Vj(j＝1，2，…·，n)。

Cij＝Ui＋Vj(1－20)式中Cij——平均運距(或單位土方運價或施工費用)；

Ui，Vj——位勢數(shù)。例如，本例兩組位勢數(shù)計算：設U1＝0，則V1＝C11－U1＝50－0＝50；

U3＝C31－V1＝60－50＝10；

V2＝110－10＝100；

……，見表所示。（2）求檢驗數(shù)ij

ij＝Cij－Ui－Vj12＝70－0－100＝－3013＝100－0－60＝4021＝70－(－60)－50＝8023＝90－(－60)－60＝9041＝90－(－20)－50＝5042＝100－(－20)－100＝20

3.方案的調(diào)整（1）在所有負檢驗數(shù)中選取最小的一個（本例中為C12)，把它所對應的變量X12作為調(diào)整的對象。（2）找出X12的閉回路：從X12出發(fā)，沿水平或豎直方向前進，遇到調(diào)調(diào)配土方數(shù)字的格作可以做90°轉(zhuǎn)彎，然后依次繼續(xù)前進，直到再回到出發(fā)點，形成一條閉回路。（3）從空格X12出發(fā)，沿著閉回路方向，在各奇數(shù)次轉(zhuǎn)角點的數(shù)字中，挑出一個最小的土方量(本表即為500、100中選100)，將它調(diào)到空格中(即由X32調(diào)到X12中)。（4）同時將閉回路上其他奇數(shù)次轉(zhuǎn)角上的數(shù)字都減去該調(diào)動值（100m3），偶次轉(zhuǎn)角上數(shù)字都增加該調(diào)動值，使得填、挖方區(qū)的土方量仍然保持平衡，這樣調(diào)整后，便得到了新的調(diào)配方案。再求位勢及空格的檢驗數(shù)

若檢驗數(shù)仍有負值，則重復以上步驟，直到全部ij≥0而得到最優(yōu)解。

（4）繪出調(diào)配圖：

（包括調(diào)運的流向、數(shù)量、運距）。（5）求出最優(yōu)方案的總運輸量：

400×50＋100×70＋500×40＋400×60＋100×70＋400×40＝94000m3-m。+40+50+60+50+50U1=0V1=50V2=70U2=－30U3=10V3=60U4=－20挖填

T1T2T3UiVjW1W2

W3W4

506011040407080100707010090+30

0

0

0

0

0

0W3500W4400500500500600T2T1W1T3W2800400100500400400100第三節(jié)基坑降水與排水基坑工程中的降低地下水亦稱地下水控制，即在基坑工程施工過程中，地下水要滿足支護結(jié)構和挖土的施工要求，并且不因地下水位的變化，對基坑周圍的的環(huán)境和設施帶來危害。降水目的：1、防止涌水、流沙，保證在較干燥的狀態(tài)下施工；2、防止滑坡、塌方、坑底隆起；3、減少坑壁支護結(jié)構的水平荷載。

一、地面排水

排除地面水(包括雨水、施工用水、生活污水等)常采用在基坑周圍設置排水溝、截水溝或筑土堤等辦法，并盡量利用原有的排水系統(tǒng)，或?qū)⑴R時性排水設施與永久性設施相結(jié)合使用。二、降低地下水位（一）集水井降水法（明渠排水法）

集水井法是在基坑開挖過程中，沿坑底的周圍或中央開挖排水溝，并在基坑邊角處設置集水井，將水匯入集水井內(nèi)，用水泵抽走。這種方法可用于基坑排水，也可用于降水。1.集水井設置1）施工過程

基坑或溝槽開挖時，在坑底設置集水井，并沿坑底的周圍或中央開挖排水溝，使水在重力作用下流入集水井內(nèi)，然后用水泵抽出坑外。2）構造

四周的排水溝及集水井一般應設置在基礎范圍以外，地下水流的上游，基坑面積較大時，可在基坑范圍內(nèi)設置盲溝排水。根據(jù)地下水量、基坑平面形狀及水泵能力，集水井每隔20~40m設置一個。

3）設置

集水坑的直徑或?qū)挾纫话銥?.6~0.8m，其深度隨著挖土的加深而加深，并保持低于挖土面0.7~1.0m。坑壁可用竹、木材料等簡易加固。當基坑挖至設計標高后，集水坑底應低于基坑底面1.0~2.0m，并鋪設碎石濾水層（0.3m厚）或下部礫石（0.1m厚）上部粗砂（0.1m）的雙層濾水層，以免由于抽水時間過長而將泥砂抽出，并防止坑底土被擾動。特點：明排水法構造簡單（其由集水井、排水溝和水泵組成），施工成本低，應盡可能采用。優(yōu)點：方法簡單、經(jīng)濟，對周圍影響小，應用較廣。缺點：當涌水量較大、水位差較大或土質(zhì)為細砂或粉砂，有產(chǎn)生流砂、邊坡塌方及管涌等可能。集水井降水法

1－排水溝；2－集水井；3－離心式水泵；4－基礎邊線；5－原地下水位線；6－降低后地下水位線(2)潛水泵潛水泵是由立式水泵與電動機組合而成，工作時完全浸在水中。水泵裝在電動機上端式或螺旋槳式；電動機設有密封裝置。潛水泵工作簡圖1－葉輪；2－軸；3－電動機；4－進水口；5－出水膠管；6－電纜3.流砂及其防治

基坑挖土至地下水位以下，土質(zhì)為細砂土或粉砂土的情況下，采用集水坑降低地下水時，坑下的土有時會形成流動狀態(tài)，隨著地下水流入基坑，這種現(xiàn)象稱為流砂現(xiàn)象。出現(xiàn)流砂現(xiàn)象時，土完全喪失承載力，土體邊挖邊冒流砂，至使施工條件惡化，基坑難以挖到設計深度。嚴重時會引起基坑邊坡塌方；臨近建筑因地基被掏空而出現(xiàn)開裂、下沉、傾斜甚至倒塌。（1）流砂發(fā)生的原因

動水壓力是流砂發(fā)生的重要條件。流動中的地下水對土顆粒產(chǎn)生的壓力稱為動水壓力，其性質(zhì)通過圖所示的試驗說明。

動水壓力——地下水在滲流過程中受到土顆粒的阻力，使水流對土顆粒產(chǎn)生的一種壓力。大小與水力坡度成正比，方向同滲流方向。

GD＝Iγw=(Δh/L)γw當動水壓力大于或等于土的浸水重度(GD≥γ’)時，土粒被水流帶到基坑內(nèi)。主要發(fā)生在細砂、粉砂、輕亞粘土、淤泥中。（3）流砂的防治

減小動水壓力(板樁等增加L)；

平衡動水壓力(拋石塊、水下開挖、泥漿護壁)；

改變動水壓力的方向(井點降水)。

1）枯水期施工法；

2）搶挖并拋大石塊法；

3）打板樁（設止水帷幕法）；

4）水下挖土；

5）人工降低地下水位法。此外，采用地下連續(xù)墻、壓密注漿法、土壤凍結(jié)法等，阻止地下水流入基坑，以防止流砂發(fā)生。（二）井點降水法

原理：井點降水法就是在基坑開挖前，預先在基坑四周埋設一定數(shù)量的濾水管(井)，利用抽水設備從中抽水，使地下水位降落到坑底標高以下，并保持至回填完成或地下結(jié)構有足夠的抗浮能力為止。方法有：輕型井點、噴射井點、電滲井點、管井井點、深井泵等，適用范圍見下表：1.輕型井點

（1）輕型井點設備

輕型井點設備是由管路系統(tǒng)和抽水設備組成。管路系統(tǒng)包括：井點管(由井管和濾管連接而成)、彎聯(lián)管及總管等。

井管：φ38~φ50，長5～7m(常用6m)，無縫鋼管，絲扣連濾管；濾管：φ38、φ51，長1～1.7m，開孔φ12,開孔率20～25％，包濾網(wǎng)；總管：內(nèi)127無縫鋼管，每節(jié)4m，每隔0.8、1或1.2m有一短接口；連接管：使用透明塑料管、膠管或鋼管，宜有閥門；抽水設備：真空泵(教材)――真空度高，體形大、耗能多、構造復雜

射流泵(常用)――簡單、輕小、節(jié)能

隔膜泵(少用)抽水設備是由真空泵、離心泵和水氣分離器（集水箱）組成，抽水原理為真空原理射流泵抽水設備工作簡圖(a)工作簡圖；(b)射流器構造

1一水泵；2一射流器；3一進水管；4一總管；5一井點管；6一循環(huán)水箱；7—隔板；8一泄水口；9一真空表；10一壓力表；11一噴嘴：12一噴管；13一接水管（a）（b）（2）輕型井點布置

1）平面布置：當坑槽寬度小于6米，水位降低不大于5米時，可單排線狀布置。單排井點布置簡圖

(a)平面布置；(b)高程布置1一總管；2－點管；3一抽水設備（2）輕型井點的布置

1）平面布置：當坑槽寬度小于6米，水位降低不大于5米時，可單排線狀布置。環(huán)形井點布置簡圖

(a)平面布置；(b)高程布置1一總管；2一井點管；3一抽水設備2）高程布置井管的埋置深度H1，可按下式計算(圖1-27b)：

H1≥H2十h十iL(m)式中H2——總管平臺面至基坑底面的距離(m)；

h——基坑中心線底面至降低后的地下水位線的距離，一般取0.5～1.0m；

i——水力坡度，根據(jù)實測：環(huán)形井點為1／10，單排線狀井點為1／4；（3）輕型井點計算1）水井類型

水井的分類（a）無壓完整井；（b）無壓非完整井（c）承壓完整井（d）承壓非完整井

井形示意圖

2）涌水量計算①無壓完整單井涌水量Q—用水量（m3/d)H—含水層（m)R抽水半徑(m)R—水井半徑H—井內(nèi)水深K—滲透系數(shù)

m3/d

①無壓完整環(huán)狀井點涌水量計算

R——抽水影響半徑(m)，?。?/p>

x0——環(huán)形井點的假想半徑(m)：

F——基坑周圍井點管所包圍的面積(m2)。③無壓非完整井環(huán)狀井點系統(tǒng)涌水量

有效深度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：表中S’為井管內(nèi)水位降低深度；l為濾管長度。④承壓完整井涌水量承壓完整井環(huán)形井點涌水量計算公式為式中M——承壓含水層厚度(m)；K、R、x0、S——與上公式相同。

(m3／d)

3）確定井點管數(shù)量與井距

單井的最大出水量q，主要取決于土的滲透系數(shù)、濾管的構造與尺寸，按下式確定：式中d——濾管直徑(m)；

l——濾管長度(m)；

K——滲透系數(shù)(m／d)。確定井點管間距時，還應注意以下幾點：

(a)井距過小時，彼此干擾大，影響出水量，因此井距必須大于15倍管徑。

(b)在滲透系數(shù)小的土中井距宜小些，否則水位降落時間過長。

(c)靠近河流處，井點宜適當加密。

(d)井距應能與總管上的接頭間距相配合。

（4）輕型井點的施工埋設井點的程序是：放線定位→打井孔→埋設井點管→安裝總管→用彎聯(lián)管將井點管與總管接通→安裝抽水設備。

圖1—31井點管的埋設(a)沖孔；（b）埋管1一沖管，2一沖嘴；3一膠皮管；4一高壓水泵，5一壓力表；6一起重吊鉤；7一井點管；8一濾管；9一填砂；10一粘土封口（a）（b）沖孔

埋管

填砂

封口

2.管井井點

管井井點就是沿基坑每隔一定距離設置一個管井，每個管井單獨用一臺水泵不斷抽水來降低地下水位。在土的滲透系數(shù)大(20～200m／d)的土層中，宜采用管井井點。管井井點的設備主要是由管井、吸水管及水泵組成。

圖1-36管井井點

(a)鋼管管井；(b)混凝土管管井1一沉砂管；2一鋼筋焊接骨架；3－濾網(wǎng)；4－管身；5－吸水管；6－離心泵；7—小礫石過濾層；8－粘土封口；9－混凝土實管；10－無砂混凝土管；11—潛水泵；12一出水管（a）（b）3.深井井點

當要求井內(nèi)降水深度超過15m時，可在管井中使用深井泵抽水。這種井點稱為深井井點（或深管井井點）。深井井點一般可降低水位30～40m，有的甚至可達百米以上。常用的深井泵有兩種類型。一種是深井潛水泵，另一種是電動機安裝在地面上，通過傳動軸帶動多級葉輪工作而排水。4.噴射井點當基坑開挖較深，降水深度要求較大時，可采用噴射井點降水。其降水深度可達8～20m，可用于滲透系數(shù)為0.1～50m／d的砂土、淤泥質(zhì)土層。噴射井點施工順序是：安裝水泵設備及泵的進出水管路；鋪設進水總管和回水總管；沉設井點管(包括灌填砂濾料)，接通進水總管后及時進行單根試抽、檢驗；全部井點管沉設完畢后，接通回水總管，全面試抽，檢查整個降水系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)狀況及降水效果。圖1-35噴射井點設備及平面布置簡圖

(a)噴射井點設備簡圖；(b)噴射揚水器原理圖；(c)噴射井點平面布置

1－噴射井管；2－濾管；3－進水總管；4－排水總管；5一高壓水泵；6－集水池；7－水泵；8－內(nèi)管；9－外管；10－噴嘴；11混合室；12－擴散管；13－壓力表（c）（b）（a）第四節(jié)土方邊坡與土壁支護一、土方邊坡土方邊坡的坡度以挖方深度(或填方深度)

h與底寬b之比表示(圖1.11)，即

土方邊坡坡度=

h/b=1/(b/h)=1∶m式中m=b/h稱為邊坡系數(shù)。

當?shù)刭|(zhì)條件良好、土質(zhì)均勻且地下水位低于基坑(槽)或管溝底面標高時，挖方邊坡可做成直立壁不加支撐，但深度不宜超過下列規(guī)定：密實、中密的砂土和碎石類土(充填物為砂土)：1.0m；硬塑、可塑的粉土及粉質(zhì)粘土：1.25m；硬塑、可塑的粘土和碎石類土(充填物為粘性土)：1.5m；堅硬的粘土：2m。挖土深度超過上述規(guī)定時，應考慮放坡或做成直立壁加支撐。

當挖地基坑較深或晾槽時間較長時，應根據(jù)實行情況采取護面措施。常用的坡面保護方法有帆布、塑料薄膜覆蓋法，坡面拉網(wǎng)法或掛網(wǎng)。當?shù)刭|(zhì)條件良好，土質(zhì)均勻且地下水位低于基坑(槽)或管溝底面標高時，挖方深度在5m以內(nèi)且不加支撐的邊坡的最陡坡度應符合表1.4規(guī)定。

基坑(槽)或管溝挖好后，應及時進行基礎工程或地下結(jié)構工程施工。在施工過程中，應經(jīng)常檢查坑壁的穩(wěn)定情況。表1.4深度在5m內(nèi)的基坑(槽)、管溝邊坡的最陡坡度

土的類別

邊坡坡度(高∶寬)坡頂無荷載

坡頂有靜載

坡頂有動載

中密的砂土

1∶1.001：1.251：1.50中密的碎石類土(充填物為砂土)1：0.751：1.001：1.25硬塑的粉土

1：0.671：0.751：1.00中密的碎石類土(充填物為粘性土)1：0.501：0.671：0.75硬塑的粉質(zhì)粘土、粘土

1：0.331：0.501：0.67老黃土1：0.101：0.251：0.33軟土(經(jīng)井點降水后)1：1.00----

永久性挖方邊坡坡度應按設計要求放坡。臨時性挖方的邊坡值應符合表1.5的規(guī)定。

表1.5臨時性挖方邊坡值

土的類別

邊坡值(高∶寬)砂土(不包括細砂、粉砂)1∶1.25～1∶1.50一般性粘土

硬

1∶0.75～1∶1.00硬、塑

1∶1.00～1∶1.25軟

1∶1.50或更緩碎石類土

充填堅硬、硬塑粘性土

1∶0.50～1∶1.00充填砂土

1∶1.00～1∶1.50二、土壁支撐

土壁支撐形式應根據(jù)開挖深度和寬度、土質(zhì)和地下水條件以及開挖方法、相鄰建筑物等情況進行選擇和設計。橫撐式支撐由擋土板、楞木和工具式橫撐組成，用于寬度不大、深度較小溝槽開挖的土壁支撐。根據(jù)擋土板放置方式不同，分為水平擋土板和垂直擋土板兩類(見圖1.12)。

(1)橫撐式支撐(2)板樁式支撐板樁式支撐特別適用于地下水位較高且土質(zhì)為細顆粒、松散飽和土的支護，可防治流砂現(xiàn)象產(chǎn)生。

板樁支撐作用：使地下水在土中的滲流路線延長，減小了動水壓力，從而可預防流砂的產(chǎn)生；板樁支撐既擋土又防水，特別適于開挖較深、地下水位較高的大型基坑；可以防止基坑附近建筑物基礎下沉。

打入板樁的質(zhì)量要求：板樁位置在板樁的軸線上，板壁面垂直，保證平面尺寸準確和垂直度；封閉式板樁墻要求封閉合攏；埋置達到規(guī)定深度要求，有足夠的抗彎強度和防水性能。

鋼板樁又可分平板樁和波浪式板樁兩類。平板樁(圖1.13(.a.))防水和承受軸向壓力性能良好，易打入地下，但長軸方向抗彎強度較??；波浪式板樁（圖1.13(.b.)）的防水和抗彎性能都較好，施工中多采用。

鋼板樁施工

板樁施工要正確選擇打樁方法、打樁機械和流水段劃分，以保證打設后的板樁墻有足夠的剛度和防水作用。鋼板樁打入法一般分為單獨打入法、雙層圍檁插樁法和分段復打法。

鋼板樁單獨打入法適用于樁長小于10m，且工程要求不高的鋼板樁支撐施工。A打樁方法的選擇雙層圍檁插樁法是在樁的軸線兩側(cè)先安裝雙層圍檁(一定高度的鋼制柵欄)支架后，將鋼板樁依次鎖口咬合全部插入雙層圍檁間。詳見圖1.14。分段復打法是在板樁軸線一側(cè)安裝好單層圍檁支架，將10～20塊鋼板樁拼裝組成施工段插入土中一定深度，形成一段鋼板樁墻，即屏風墻。詳見圖1.15。B合理劃分流水段

施工流水段的劃分應使板樁墻面垂直，滿足墻面支撐安裝要求，有利于封閉合攏，使行車路線短。

C鋼板樁打設準備工作

E鋼板樁的拔除

D鋼板樁的打設

鋼板樁、圍檁支架的矯正修理

按施工圖放板樁的軸線進行測標高，作為控制板樁入土深度的依據(jù)。樁錘不宜過重，以防樁頭因過大錘擊而產(chǎn)生縱向彎曲。

準確安裝好圍檁支架。

第五節(jié)土方工程的機械化施工一、主要土方機械的性能（一）推土機施工推土機由拖拉機和推土鏟刀組成，按行走的方式分履帶式和輪胎式，按鏟刀的操作方式分為索式和液壓式，按鏟刀的安裝方式又分為固定式和回轉(zhuǎn)式。推土機是一種自行式的挖土、運土工具。適于運距在100m以內(nèi)的平土或移挖作填，以30～60m為最佳。一般可挖運一～三類土。履帶式推土機附著力強，爬坡性能好，適應性強；輪胎式推土機行駛速度快，靈活性好。

目前，我國生產(chǎn)的履帶式推土機有東方32100、T-120、黃河220等；輪胎式推土機有TL160等。

行走裝置機

型經(jīng)濟運距（m）備

注履帶式大

型中

型小

型50~l00（最遠l50）60~100（最遠120）＜50上坡用小值下坡用大值輪胎式

50~80（最遠150）

為提高推土機的生產(chǎn)率，可采用以下幾種施工方法。（1）槽子推土。利用已推過的土槽再次推土，可以減少鏟刀前土的散失。當土槽推到一定程度，再推土埂。一般推土量可提高10％～30％。這種方法適宜于挖土層較厚、運距較遠的工程。（2）分批集中，一次推送。當推運距離較遠且土質(zhì)又較堅硬時，由于鏟刀切土深度較小，可將鏟起的少量土先集中在幾個中間地點，再一次推送，以便在鏟刀前保持滿載，有效地利用推土機的功率，縮短推運時間。（3）下坡推土。在不大于15°的斜坡上，推土機順坡．向下切土、推運，借助機械本身的重力作用，增大切土深度，縮短鏟土時間，可提高生產(chǎn)率30％左右。（4）并列推土。平整大面積的場地時，為了增大鏟刀前土壤的體積，一般采用２臺推土機并列推土，如圖1－32所示。這樣可以減少土的散失，提高生產(chǎn)率，并可增大推土量15％～30％。兩臺推土機刀片間距保持30～50cm，平均運距不宜超過50～75ｍ，不宜小于20ｍ。（5）附加側(cè)板。在鏟刀兩側(cè)設置擋土板，增加鏟刀前土的體積，以減少土的散失，提高生產(chǎn)率。

下坡推土法槽形推土法并列推土法(二)鏟運機施工鏟運機是一種能綜合完成全部土方施工工序（挖土、裝土、運土、卸土和平土）的機械。按行走方式分為自行式鏟運機（圖a）和拖式鏟運機（圖b）兩種。常用的鏟運機斗容量為2m3，5m3，6m3，7m3等數(shù)種，按鏟斗的操縱系統(tǒng)又可分為機械操縱和液壓操縱兩種。（a）自形式鏟運機（b）拖式鏟運機

1.鏟運機的開行路線（1)環(huán)形路線（2)“8”字形路線鏟運機開行路線（a）、（b）環(huán)形路線；（c）大環(huán)形路線；（d）8字路線（c）（d）

1.鏟運機的開行路線（1)環(huán)形路線（2)“8”字形路線圖1－56鏟運機開行路線（a）、（b）環(huán)形路線；（c）大環(huán)形路線；（d）8字路線（c）（d）2．提高鏟運機生產(chǎn)率的措施（1）下坡鏟土。借助機械本身自重的作用，來加大切土深度和縮短鏟土時間。但縱坡不得超過25°，橫坡不得超過6°；鏟運機不能在陡坡上急轉(zhuǎn)彎，以免翻車。（2）推土機助鏟。在較硬的土層中用推土機在鏟斗后助推，可加大鏟刀切削力、切土深度和鏟土速度。推土機在助鏟的空隙時間可兼做松土或平整工作，為鏟運機創(chuàng)造工作條件。（3）雙聯(lián)鏟運法。當拖拉式鏟運機的牽引力有富裕時，可在拖拉機后面串聯(lián)兩個鏟斗進行雙聯(lián)鏟運。如果土質(zhì)較硬，可用雙聯(lián)單鏟操作，即先將一個土斗鏟滿，再鏟第二個土斗；對于松軟的土，則用雙聯(lián)雙鏟，即兩個土斗同時推土。(三)單斗挖土機施工（a）正鏟挖土機；（b）反鏟挖土機；

（c）拉鏟挖土機；（d）抓鏟挖土機。

1.正鏟挖土機正鏟挖土機的工作特點是前進行駛，鏟斗由下向上強制切土，挖掘力大，生產(chǎn)效率高；適用于開挖含水量不大于27%的一至三類土，且與自卸汽車配合完成整個挖掘運輸作業(yè)；可以挖掘大型干燥基坑和土丘等。

*正鏟挖土機的開挖方式，根據(jù)開挖路線與運輸車輛的相對位置的不同，挖土和卸土的方式有以下兩種：a.正向挖土，側(cè)向卸土b.正向挖土，反向卸土開挖方式正鏟挖土機開挖方式(a)正向挖土側(cè)向卸土；(b)正向挖土后方卸土

l一正鏟挖土機；2一自卸汽車2．反鏟挖土機施工反鏟挖土機的挖土特點是：“后退向下，強制切土”。其挖掘力比正鏟小，適于開挖停機面以下的一～三類土的基坑、基槽或管溝，每層經(jīng)濟合理的開挖深度為1.5～3.0m，對地下水位較高處也適用。（1）溝端開挖：挖土機停在溝端，向后倒退挖土，汽車停在兩旁裝土（2）溝側(cè)開挖：挖土機沿溝一側(cè)直線移動挖土反鏟挖土機開挖方式（a）溝端開挖；（b）溝側(cè)開挖1－反鏟挖土機；2－自卸汽車；3－棄土堆3

3．拉鏟挖土機拉鏟挖土機的挖土特點是：“后退向下，自重切土”。其挖土半徑和挖土深度較大，能開挖停機面以下的一～二類土。拉鏟挖土機的開挖方式，與反鏟挖土機相似，也分為溝端開挖和溝側(cè)開挖。拉鏟挖土機的工作尺寸

4．抓鏟挖土機施工抓鏟挖土機的挖土特點是：“直上直下，自重切土”。能開挖一～二類土，適于施工面狹窄而深的基坑、深槽、沉井等開挖，清理河泥等工程，最適于水下挖土，或裝卸碎石、礦渣等松散材料。抓鏟挖土機工作示意(a)抓鏟開挖柱基基坑；(b)抓鏟斗工作示意（a）（b）二、土方機械的選擇1.選擇土方機械的原則土方機械化開挖應根據(jù)基礎形式、工程規(guī)模、開挖深度、地質(zhì)、地下水情況、土方量、運距、現(xiàn)場和機具設備條件、工期要求以及土方機械的特點等合理選擇挖土機械，以充分發(fā)揮機械效率，節(jié)省機械費用，加速工程進度。

(二)挖土機與運土車輛配套計算

1．挖土機數(shù)量確定

(臺)式中Q——土方量(m3)；

P——挖土機生產(chǎn)率(m3／臺班)，可查定額手冊或按公式計算；

T－—工期(工作日)；

C——每天工作班數(shù)；

K——時間利用系數(shù)(0.8～0.9)。

(m3／臺班)t——挖土機每次作業(yè)循環(huán)延續(xù)時間(s)，W1—100正鏟挖土機為25～40s，W1—100拉鏟挖土機為45～60s；

q——挖土機斗容量(m3)；

Kc——土的充盈系數(shù)，可取0.8～1.1；

Ks——土的最初可松性系數(shù)；

KB－—工作時間利用系數(shù)，一般為0.7～0.9。2．自卸汽車配套計算式中T1——自卸汽車每一工作循環(huán)的延續(xù)時間(min)；

t1——自卸汽車每次裝車時間(min)，t1＝nt；

n——自卸汽車每車裝土次數(shù)：

Ql——自卸汽車的載重量(m3)；

γ——實土表觀密度，一般取1.7t／m3；

L——運土距離(m)；

VC——重車與空車的平均速度(m／min)；一般取20～30km／h；

t2——卸車時間，一般為lmin；

t3——操縱時間(包括停放待裝、等車、讓車等)，取2～3min。(三)開挖施工要點1．應根據(jù)地下水位、機械條件、進度要求等合理選用施工機械。2．土方開挖應繪制土方開挖圖。

3．基底標高不一時