第七章環(huán)境土方工程及地基與基礎(chǔ)工程施工1

第7章環(huán)境土方工程及地基與基礎(chǔ)工程施工土方工作的主要內(nèi)容：主要工作：挖、運(yùn)、填、壓（平）準(zhǔn)備工作：施工排、降水輔助工作：土壁支護(hù)思考1：要建造一棟民用住宅樓，第一步要做什么？常見(jiàn)的土方工程：場(chǎng)地平整基坑（槽）及管溝開(kāi)挖地下工程大型土方開(kāi)挖土方填筑思考2：你見(jiàn)過(guò)哪些土方工程？

1.工程量大、勞動(dòng)繁重、機(jī)械設(shè)備用量大、工期較長(zhǎng)；2.施工條件復(fù)雜，如流砂，亂石等；3.多為露天作業(yè)，易受到周邊施工環(huán)境、地質(zhì)水文、氣候等條件影響；4.技術(shù)要求高（制定方案和土方開(kāi)挖過(guò)程中的質(zhì)量，安全，以及隨時(shí)可能碰到的問(wèn)題）土方工程施工的特點(diǎn)施工設(shè)計(jì)應(yīng)注意（1）摸清施工條件，選擇合理的施工方案與機(jī)械；（2）合理調(diào)配土方，使總施工量最少；（3）合理組織機(jī)械施工，以發(fā)揮最高效率；（4）作好道路、排水、降水、土壁支撐等準(zhǔn)備及輔助工作；（5）合理安排施工計(jì)劃，避開(kāi)冬、雨季施工；（6）制定合理可行的措施，保證工程質(zhì)量和安全。

1.當(dāng)?shù)貙?shí)測(cè)地形圖（包括測(cè)量成果），比例一般為1：500～1：1000；2.原有地下管線、地下障礙物、構(gòu)筑物等竣工圖；3.施工圖或基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)圖；4.工程地質(zhì)、水文、氣象等資料；5.平面控制樁和水準(zhǔn)點(diǎn)的有關(guān)資料；6.施工組織設(shè)計(jì)或施工方案：由施工單位編制且經(jīng)上級(jí)技術(shù)主管部門(mén)批準(zhǔn)，并已得到建設(shè)單位和監(jiān)理單位審核；地下室工程的土方工程，必須經(jīng)市級(jí)建設(shè)主管部門(mén)組織的技術(shù)專家組審核通過(guò)。

土方工程施工前應(yīng)準(zhǔn)備資料按土開(kāi)挖的難易程度將土分為：松軟土、普通土、堅(jiān)土、砂礫堅(jiān)土、軟石、次堅(jiān)石、堅(jiān)石、特堅(jiān)硬石等八類。松土和普通土可直接用鐵鍬開(kāi)挖，或用鏟運(yùn)機(jī)、推土機(jī)、挖土機(jī)施工；堅(jiān)土、砂礫堅(jiān)土和軟石要用鎬、撬棍開(kāi)挖，或預(yù)先松土，部分用爆破的方法施工；次堅(jiān)石、堅(jiān)石和特堅(jiān)硬石一般要用爆破方法施工。土的工程分類與現(xiàn)場(chǎng)鑒別方法見(jiàn)下表所示。一、土的工程分類1、土方工程分類第一節(jié)土的分類及工程性質(zhì)back2、地基工程的分類方法《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50007-2002按粒徑和塑性巖土可分為巖石、碎石土、砂土、粉土、粘性土和人工填土等

（1）碎石土：粒徑大于2mm的顆粒占總質(zhì)量的50%以上的土特點(diǎn)：強(qiáng)度大、壓縮性小，滲透性大，可作良好的地基（2）砂土：粒徑位于0.075~2mm的顆粒占總質(zhì)量的50%以上礫砂、粗砂、中砂、細(xì)砂和粉砂礫砂、粗砂、中砂----良好地基細(xì)砂和粉砂-----不良地基（3）粉土：粒徑大于0.075mm的顆粒含量不超過(guò)總質(zhì)量的50%，且塑性指數(shù)Ip≤10%的土。密實(shí)粉土性質(zhì)良好，飽和稍密的粉土為不良地基（4）黏土含有大量粒徑小于0.005mm的黏粒，且塑性指數(shù)Ip＞10%的土。特點(diǎn)：密實(shí)硬塑狀態(tài)的黏土為良好地基，疏松流塑態(tài)的黏土為軟弱地基（5）人工填土土的工程性質(zhì)

一、土的天然含水量二、土的天然密度三、土的干密度四、土的可松性五、土的滲透性

一、土的天然含水量土的天然含水量是指土中水的質(zhì)量與土的固體顆粒之間的質(zhì)量比，以百分?jǐn)?shù)表示。

mw——土中水的質(zhì)量；

ms——土中固體顆粒的質(zhì)量土的含水量測(cè)定方法：把土樣稱量后放入烘箱內(nèi)進(jìn)行烘干（100－105°C），直至重量不在減少為止，稱量。第一次稱量為含水狀態(tài)土的質(zhì)量，第二次稱量為烘干后土的質(zhì)量ms，利用公式可計(jì)算出土的天然含水量。如何測(cè)定土的含水量？

土壤含水量在5％內(nèi)稱干土，在30％以內(nèi)稱潮土，大于30%稱濕土。土壤含水量的多少，對(duì)土方施工的難易也有直接的影響，土壤含水量過(guò)小，土質(zhì)過(guò)于堅(jiān)實(shí),不易挖掘。含水量過(guò)大，土壤易泥濘，也不利施工，要用抽水泵將水抽走，人力或機(jī)械施工，工效均降低。以粘土為例含水量在30%以內(nèi)最易挖掘，若含水量過(guò)大時(shí),則其本身性質(zhì)發(fā)生很大變化，并喪失其穩(wěn)定性，此時(shí)無(wú)論是填方或挖方其坡度都顯著下降，因此含水量過(guò)大的土壤不宜做回填之用。

工程意義：含水量對(duì)于挖土的難易，施工時(shí)邊坡穩(wěn)定及回填土的夯實(shí)質(zhì)量都有影響。

例：測(cè)定土的含水量時(shí)，用環(huán)刀法取樣，如圖1-1所示。土樣取出后，放在天平上稱量質(zhì)量300g，然后放入烘箱內(nèi)進(jìn)行烘干，烘干后質(zhì)量為250g，已知環(huán)刀自重50g，求土的天然含水量。解：土中固體顆粒的質(zhì)量ms=250-50=200g

土中水的質(zhì)量mw=300-250=50g

土的天然含水量：土環(huán)刀圖1-1環(huán)刀法采集土樣示意圖

二、土的天然密度土的天然密度

天然密度是指土在天然狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量，用ρ表示，即氣水土圖1-2mmgvm——土體的質(zhì)量；V——土的天然體積。土的密度一般用環(huán)刀法測(cè)定，用一個(gè)體積已知的環(huán)刀切入土樣中，上下端用刀削平，稱出質(zhì)量，減去環(huán)刀的質(zhì)量，與環(huán)刀的體積相比，即得到土的天然密度。如何測(cè)定土的密度？

三、土的干密度土的干密度：指單位體積土中固體顆粒的質(zhì)量，用ρd表示，即

mS——土中固體顆粒的質(zhì)量

V——土的天然體積干密度工程意義：在填土壓實(shí)時(shí)，土經(jīng)過(guò)打夯，質(zhì)量不變，體積變小，干密度增加，我們通過(guò)測(cè)定土的干密度ρd

，從而可判斷土是否達(dá)到要求的密實(shí)度。干密度對(duì)土方施工有什么影響？

四

土的可松性系數(shù)

土的可松性：天然土經(jīng)開(kāi)挖后，其體積因松散而增加，雖經(jīng)振動(dòng)夯實(shí)，仍然不能完全復(fù)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：土的最初可松性系數(shù)KS是計(jì)算車輛裝運(yùn)土方體積及挖土機(jī)械的主要參數(shù)；土的最終可松性系數(shù)KSˊ是計(jì)算填方所需挖土工程量的主要參數(shù)。V1：土在天然狀態(tài)下的體積；V2：土經(jīng)開(kāi)挖后的松散體積；

V3：土經(jīng)回填壓實(shí)后的體積；說(shuō)明：（1）計(jì)算土方量：用天然密實(shí)土的體積V1

（2）土方運(yùn)輸：用松土的體積V2，考慮KS

（3）土方回填：用壓實(shí)土的體積V3，考慮KS′各級(jí)土壤的可松性土壤的級(jí)別體積增加%可松性系數(shù)最初最后KpK，pⅠ（植物性土壤除外）8-171-2.51.08-1.171.01-.025Ⅰ（植物性土、泥炭、黑土）20-303-41.20-1.301.03-1.04Ⅱ14-281.5-51.14-1.301.015-.05Ⅲ24-304-71.24-1.301.04-1.07Ⅳ（泥灰?guī)r蛋白石外）26-326-91.26-1.321.06-1.09Ⅳ（泥灰?guī)r蛋白石）33-3711-151.33-1.371.11-1.15Ⅴ-Ⅶ30-4510-201.30-1.451.10-1.20Ⅷ-ⅩⅪ45-5020-301.45-1.501.20-1.30123例-1、某場(chǎng)地平整4000m3的填方量需要從附近取土填筑，其土質(zhì)為密實(shí)的砂粘土，KS=1.10，KS’=1.05,試計(jì)算：（1）填土的土方量；（2）如運(yùn)輸工具的斗容量為2m3，需運(yùn)多少車次？解：已知V3=4000m3,

KS=V2/V1KS’=V3/V1→V1=V3/KS’=4000/1.05=3809.52(m3,自然方）→V2=V1KS=3809.52×1.10=4190.47(m3,松方）

n=V2/V運(yùn)=4190.47/2=2095.24≈2096(車次）4.土的滲透性土的滲透性：指土體被水透過(guò)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(shí)間內(nèi)水穿透土層的能力，以m/d表示；它同土的顆粒級(jí)配、密實(shí)程度等有關(guān)，是人工降低地下水位及選擇各類井點(diǎn)的主要參數(shù)。土的滲透系數(shù)見(jiàn)表7.1所示。5土壤的自然傾斜角(安息角)土壤自然堆積,經(jīng)沉落穩(wěn)定后的表面與地平面所形成的夾角，就是士壤的自然傾斜角,以α表示。在工程設(shè)計(jì)時(shí),為了使工程穩(wěn)定,其邊坡坡度數(shù)值應(yīng)參考相應(yīng)土壤的自然傾斜角的數(shù)值,土壤自然傾斜角還受到其含水量的影響,見(jiàn)表1-3-1。

土壤名稱土壤含水量土壤顆粒尺寸（mm）干土潮土濕土礫石40°40°35°2-20卵石35°45°25°20-200粗砂30°32°27°1-2中砂28°35°25°0.5-1細(xì)砂25°30°20°0.05-0.5粘土45°35°15°≤0.001-0.005壤土50°40°30°

腐殖土40°35°25°土壤自然傾斜角（單位：度）123第二節(jié)基坑與溝槽開(kāi)挖什么叫基坑_:基坑建筑基坑是指為進(jìn)行建筑物(包括構(gòu)筑物)基礎(chǔ)與地下室的施工所開(kāi)挖的地面以下空間。為建筑基礎(chǔ)開(kāi)挖的臨時(shí)性坑井稱為基坑?；訉儆谂R時(shí)性工程。其作用是提供一個(gè)空間，使基礎(chǔ)的砌筑作業(yè)得以按照設(shè)計(jì)所指定的位置進(jìn)行。第二節(jié)基坑與溝槽開(kāi)挖1、基坑與基槽土方量計(jì)算基坑土方量可按立體幾何中擬柱體(由兩個(gè)平行的平面作底的一種多面體)體積公式計(jì)算1.土方量計(jì)算基槽土方量計(jì)算可沿長(zhǎng)度方向分段計(jì)算：將各段土方量相加即得總土方量：2.土方邊坡土壁穩(wěn)定，主要是由土體內(nèi)摩阻力和粘結(jié)力保持平衡，一旦失去平衡，土壁就會(huì)塌方。造成土壁塌方的主要原因有：土質(zhì)條件、開(kāi)挖深度、開(kāi)挖方法、邊坡留置時(shí)間的長(zhǎng)短、邊坡附近的各種荷載狀況、排水情況等。杭州地鐵塌陷事故2008年11月15日下午，杭州蕭山湘湖段地鐵施工現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生塌陷事故。風(fēng)情大道長(zhǎng)達(dá)75m的路面坍塌并下陷15m。行駛中的11輛車陷入深坑，數(shù)十名地鐵施工人員被埋。共60頁(yè)

第30頁(yè)2土壁支護(hù)共60頁(yè)

第31頁(yè)2土壁支護(hù)事故附近的房屋已被全部推倒陷落的車輛被吊起清理塌陷現(xiàn)場(chǎng)事故造成21人死亡，經(jīng)濟(jì)損失約1.5億元，是中國(guó)地鐵建設(shè)史上最慘痛的事故。共60頁(yè)

第32頁(yè)2土壁支護(hù)上?！吧徎ê优暇霸贰痹诮欠空w倒塌

6月27日6時(shí)左右，上海閔行區(qū)“蓮花河畔小區(qū)”一棟在建13層住宅樓整體倒塌。這是建國(guó)以來(lái)建筑業(yè)最令人恐怖的倒樓事件。

共60頁(yè)

第33頁(yè)2土壁支護(hù)共60頁(yè)

第34頁(yè)2土壁支護(hù)共60頁(yè)

第35頁(yè)2土壁支護(hù)兩側(cè)壓力差產(chǎn)生的水平力超過(guò)了樁基的抗側(cè)能力

駭人聽(tīng)聞的上海倒樓事件令土木人蒙羞，開(kāi)發(fā)商、承包商、監(jiān)理工程師和負(fù)有監(jiān)管職責(zé)的政府官員將被釘在土木建設(shè)史的恥辱柱上！共60頁(yè)

第36頁(yè)2土壁支護(hù)

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)。（a）直線邊坡（b）不同土層折線邊坡（c）不同深度折線邊坡邊坡塌方的原因（1）邊坡過(guò)陡、開(kāi)挖坑、溝太深或筑堤太高，使土體的穩(wěn)定性不夠，而引起塌方現(xiàn)象；尤其是在土質(zhì)差、開(kāi)挖深度大的坑槽中；GC

T邊坡穩(wěn)定條件示意邊坡土體失穩(wěn)指大體積的滑坡、局部坍塌，自由面內(nèi)的土體中剪應(yīng)力超過(guò)其抗剪強(qiáng)度3.邊坡穩(wěn)定性與土壁支護(hù)（2）雨水、地下水滲入基坑，土容重增大，內(nèi)聚力減小，抗剪強(qiáng)度降低，土坡失穩(wěn)；（3）基坑上邊邊緣附近大量堆土或停放機(jī)具、材料，或由于機(jī)械、車輛等動(dòng)荷載的作用，使土體的剪應(yīng)力超過(guò)土體的抗剪強(qiáng)度。防治塌方的措施（1）放足邊坡，按前節(jié)所闡述的內(nèi)容。另外，邊坡系數(shù)除按土體穩(wěn)定分析確定，還與各地區(qū)的經(jīng)驗(yàn)有關(guān)；（2）防止邊坡內(nèi)浸水，避免邊坡邊緣附近附加荷載；（3）設(shè)置支撐護(hù)壁。土方邊坡的大小主要與土質(zhì)、開(kāi)挖深度、開(kāi)挖方法、邊坡留置時(shí)間的長(zhǎng)短、邊坡附近的各種荷載狀況及排水狀況有關(guān)。

當(dāng)?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(biāo)高時(shí)，挖方邊坡可做成直立壁不加支撐，但深度不宜超過(guò)下列規(guī)定：密實(shí)、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(jiān)硬的粘土：2m。

挖土深度超過(guò)上述規(guī)定時(shí)，應(yīng)考慮放坡或做成直立壁加支撐。

開(kāi)挖基坑（槽）時(shí)，如地質(zhì)和周圍條件允許，可放坡開(kāi)挖。但在建筑稠密地區(qū)施工，有時(shí)不允許按要求放坡的寬度開(kāi)挖，或有防止地下水滲入基坑要求時(shí)，就需要用支護(hù)結(jié)構(gòu)支撐土壁，以保證施工的順利和安全，并減少對(duì)相鄰已有建筑物等的不利影響。

基坑（槽）支護(hù)（1）橫撐式支撐----基槽支護(hù)開(kāi)挖較窄的溝槽，多用橫撐式支撐。根據(jù)擋土板的不同，分為水平擋土板式、垂直擋土板式。水平擋土板式分為間斷式、連續(xù)式。濕度小的粘性土挖深小于3m時(shí)，可用間斷式水平擋土板；松散、濕度大的土可用連續(xù)式水平擋土板，挖土深度可達(dá)5m。松散、濕度大的土可用垂直擋土板，挖土深度不限。（a）（b）

圖1.21橫撐式支撐（a）間斷式水平擋土板支撐（b）垂直擋土板支撐1－水平擋土板，2－立柱，3－工具式橫撐4－垂直擋土板，5－橫楞木，6－調(diào)節(jié)螺栓

基坑支護(hù)

基坑支護(hù)一般采用重力式水泥土墻、板式支護(hù)結(jié)構(gòu)、土釘墻等形式。一重力式水泥土墻水泥土攪拌樁----擋土、隔水；適用于4-6m深的基坑，最深可達(dá)7-8m。通常布置成格柵式，深層攪拌樁擋墻圖1.24橫截面：宜連續(xù)，形成封閉的實(shí)體或