第二章土石方工程

1、主要講授內(nèi)容1.1 概述1.2 土方工程的機(jī)械化施工1.3 土方填筑與壓實(shí)1.4 深基坑施工1.5 土石方工程常見(jiàn)事故及處理學(xué)習(xí)要點(diǎn)：學(xué)習(xí)要點(diǎn)： 結(jié)合土的工程分類(lèi)和物理性質(zhì)學(xué)習(xí)土方工程的內(nèi)容及施工結(jié)合土的工程分類(lèi)和物理性質(zhì)學(xué)習(xí)土方工程的內(nèi)容及施工特點(diǎn)，對(duì)常用土方機(jī)械及土方施工工藝的學(xué)習(xí)要注意身邊特點(diǎn)，對(duì)常用土方機(jī)械及土方施工工藝的學(xué)習(xí)要注意身邊工地的施工過(guò)程進(jìn)行印證以加深理解，場(chǎng)地平整土方量的工地的施工過(guò)程進(jìn)行印證以加深理解，場(chǎng)地平整土方量的計(jì)算方法通過(guò)實(shí)際操作來(lái)掌握，結(jié)合一些安全事故從反面計(jì)算方法通過(guò)實(shí)際操作來(lái)掌握，結(jié)合一些安全事故從反面學(xué)習(xí)土方施工過(guò)程的安全技術(shù)學(xué)習(xí)土方施工過(guò)程的安全技術(shù)

2、重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)、難點(diǎn)： (1)土的工程分類(lèi)；土的工程分類(lèi)； (2)基坑（槽）及場(chǎng)地平整土方量的計(jì)算；基坑（槽）及場(chǎng)地平整土方量的計(jì)算； (3)土的回填與壓實(shí)施工工藝；土的回填與壓實(shí)施工工藝； (4)土方施工過(guò)程的安全技術(shù)土方施工過(guò)程的安全技術(shù)。 學(xué)習(xí)方式：學(xué)習(xí)方式： 在理論教學(xué)同時(shí)，結(jié)合圖片及影像等在理論教學(xué)同時(shí)，結(jié)合圖片及影像等形式體會(huì)和理解土方工程的施工工藝，形式體會(huì)和理解土方工程的施工工藝，從而掌握土方工程的施工方法土方量的從而掌握土方工程的施工方法土方量的計(jì)算方法以及土方工程的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與安計(jì)算方法以及土方工程的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與安全技術(shù)。全技術(shù)。 第一節(jié)概述 土方工程是建筑施工中主要工程之一

3、。它包括土（或石）的開(kāi)挖、運(yùn)輸、填筑、平整與壓實(shí)等施工過(guò)程以及排除地面水、降低地下水位和土壁支撐等輔助性工作。工業(yè)與民用建筑工程中的土方工程一般分為四類(lèi)： 1.場(chǎng)地平整 場(chǎng)地平整是在地面上進(jìn)行挖填作業(yè)，將建筑場(chǎng)地平整為符合設(shè)計(jì)標(biāo)高要求的平面。 2.基坑（槽）、管溝開(kāi)挖指在地面以下為淺基礎(chǔ)、樁承臺(tái)及地下管道等施工而進(jìn)行的土方開(kāi)挖1.1 土石方工程的種類(lèi)與特點(diǎn)4.土方填筑土方填筑是對(duì)低洼處用土方分層填平。土方工程的施工工程量大，勞動(dòng)繁重，施工工期長(zhǎng)。因此，為了減輕繁重的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，縮短工期，降低工程成本，在組織土方施工時(shí)，應(yīng)合理地選擇土方機(jī)械，盡可能采用機(jī)械化施工。此外土方工程施工條

4、件復(fù)雜，其施工的難易程度，直接受地形、地質(zhì)、水文、施工季節(jié)及施工場(chǎng)地周?chē)h(huán)境等因素的影響。所以施工前應(yīng)深入調(diào)查，詳盡地掌握以上各種資料，然后根據(jù)該工程的特點(diǎn)和規(guī)模，擬訂合理的施工方案及其相應(yīng)的技術(shù)措施組織施工。3.地下大型土方開(kāi)挖指在地面以下為大型設(shè)備基礎(chǔ)、地下建筑物或深基礎(chǔ)等施工而進(jìn)行的土方開(kāi)挖。1.2 土石的分類(lèi)與現(xiàn)場(chǎng)鑒別方法土的種類(lèi)繁多，其分類(lèi)方法也很多，在土方工程施工中，根據(jù)土的開(kāi)挖難易程度將土分為八類(lèi)，見(jiàn)表1.1。概要：土中三相（質(zhì)量與體積）組成比例關(guān)系，概要：土中三相（質(zhì)量與體積）組成比例關(guān)系，直接影響土的工程性質(zhì)（干濕、軟硬、松密等）。直接影響土的工程性質(zhì)（干濕、軟硬、松密等）。

5、氣氣水水土粒土粒WWwWSVVSVvVaVw1.2 土的工程性質(zhì)（重點(diǎn)）2022-2-109( (一一) )土的密度土的密度 : :1 天然密度:土在天然狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量.2 干密度d :單位體積土中固體顆粒的質(zhì)量. .( (二二) )土的含水量土的含水量 : : 土中所含水分質(zhì)量與土顆粒質(zhì)量的比值。 %100221GGG 式中: 土的含水量 G1含水狀態(tài)時(shí)土的質(zhì)量； G2烘干后土的質(zhì)量。 G1- G2=水份的質(zhì)量. 干土干土: : 30%VW基本基本指標(biāo)（可由試驗(yàn)直接測(cè)得）指標(biāo)（可由試驗(yàn)直接測(cè)得）1.土的密度土的密度(kN/m3)一般用環(huán)刀法測(cè)定，天然土一般用環(huán)刀法測(cè)定，天然土在在162

6、2 kN/m3之間。之間。 土的重度土的重度Vm(g/cm3)（以下定義指標(biāo)可由上述三個(gè)指標(biāo)推算得出）以下定義指標(biāo)可由上述三個(gè)指標(biāo)推算得出） VWsdVVWwvssatwsatwssVVW3.土的有效重度土的有效重度（地下水位以下水受浮力作用）（地下水位以下水受浮力作用）(kN/m3)2.土的飽和重度土的飽和重度(kN/m3)(kN/m3)1.土的干重度土的干重度2022-2-1012 自然狀態(tài)下的土,經(jīng)開(kāi)挖后,其體積因松散而增加,以后雖經(jīng)回填壓實(shí),仍不能恢復(fù)成原來(lái)的體積.土的這種性質(zhì)稱為可松性. 土的可松性大小用可松性系數(shù)表示:式中 :Ks 最初可松性系數(shù);Ks 最終可松性系數(shù); V1土在自

7、然狀態(tài)下的體積(天然密實(shí)土)； V2土經(jīng)開(kāi)挖后松散狀態(tài)下的體積(松土)； V3土經(jīng)回填壓實(shí)后的體積(壓實(shí)土)。 V V1 1 V V3 3 V V2 2 1 K 1 KS S K KS S1312VVKVVKss土土的可松性的可松性: :312VVV2022-2-1013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 土的類(lèi)型KsKs 一類(lèi)土 1.08 1.171.01 1.03 二類(lèi)土 1.14 1.241.02 1.05 三類(lèi)土 1.24 1.30 1.04 1.07 四類(lèi)土 1.26 1.45

8、1.06 1.20 五類(lèi)土 1.30 1.50 1.10 1.30 六類(lèi)土 1.45 1.501.28 1.30土的可松性系數(shù)2022-2-1014 土體孔隙中的自由水在重力作用下會(huì)產(chǎn)生流動(dòng),土體被水透過(guò)的性質(zhì)稱為滲透性.土的滲透性是土的水力學(xué)主要性質(zhì)之一.土土的滲透性的滲透性: :L Lh h2 2h h1 1v vA AB B達(dá)西達(dá)西(H.Darcy)(H.Darcy)定律定律: :V=K V=K = K = KI I h h1 1-h-h2 2 L L式中式中: : I I= = = - = -稱為水力坡度稱為水力坡度 ; ; K- K-滲透系數(shù)滲透系數(shù)(m/h,m/d) (m/h,m/

9、d) 為一比例系數(shù)為一比例系數(shù), , 當(dāng)當(dāng) I I =1.0=1.0時(shí)時(shí), , V=KV=Kh h1 1-h-h2 2 L L h h L L2022-2-1015土的類(lèi)型K (m/d)土的類(lèi)型K (m/d) 漂石(無(wú)砂質(zhì)充填) 500 1000 粉 砂0.5 1 卵 石 100 500 黃 土0.25 0.5 礫 石 50 150 粘砂土0.1 0.5 粗 砂 20 50 輕砂粘土0.05 0.1 中 砂 5 20 重砂粘土0.001 0.05 細(xì) 砂 1 5 粘 土6m，或土質(zhì)不良。，或土質(zhì)不良。 環(huán)狀：在坑槽四周布置。環(huán)狀：在坑槽四周布置。 用于面積較大的基坑。用于面積較大的基坑。(圖示

10、圖示) 5計(jì)算涌水量計(jì)算涌水量Q：(環(huán)狀井點(diǎn)系統(tǒng)環(huán)狀井點(diǎn)系統(tǒng)) (1)判斷井型判斷井型 (2)無(wú)壓完整井井點(diǎn)計(jì)算無(wú)壓完整井井點(diǎn)計(jì)算(積分解積分解) (3)無(wú)壓完整井群井井點(diǎn)計(jì)算無(wú)壓完整井群井井點(diǎn)計(jì)算 (4)無(wú)壓非完整井群井系統(tǒng)涌水量計(jì)算無(wú)壓非完整井群井系統(tǒng)涌水量計(jì)算(近似近似解解)(1)判斷井型判斷井型(圖圖) 按照濾管與不透水層的關(guān)系：按照濾管與不透水層的關(guān)系：(見(jiàn)圖見(jiàn)圖1-19所所示示) 完整井完整井到不透水層到不透水層非完整井非完整井未到不透水層未到不透水層. 按照是否承壓水層：按照是否承壓水層：(見(jiàn)圖見(jiàn)圖1-19所示所示) 承壓井或無(wú)壓井承壓井或無(wú)壓井圖圖1-19 井形示意圖井形示意圖

11、 (2)(2)無(wú)壓完整井井點(diǎn)計(jì)算無(wú)壓完整井井點(diǎn)計(jì)算( (積分解積分解) )圖圖1-31 1-31 無(wú)壓完整無(wú)壓完整井水位降落曲線井水位降落曲線目前有關(guān)水井的理論計(jì)算方法都是以法國(guó)水目前有關(guān)水井的理論計(jì)算方法都是以法國(guó)水力學(xué)家力學(xué)家裘布依（裘布依（DupuitDupuit）的水井理論）的水井理論為基礎(chǔ)為基礎(chǔ)的。的。根據(jù)該水井理論根據(jù)該水井理論: :當(dāng)均勻地從井內(nèi)抽水當(dāng)均勻地從井內(nèi)抽水時(shí)，井內(nèi)水位開(kāi)始下降，而周?chē)畬又械臅r(shí)，井內(nèi)水位開(kāi)始下降，而周?chē)畬又械臐撍飨蛩唤档吞?。?jīng)過(guò)一定時(shí)間的抽水潛水流向水位降低處。經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的抽水后，水井周?chē)械乃婢陀伤阶兂蓮澢螅車(chē)械乃婢陀?/p>

12、水平變成彎曲水面，最后這個(gè)曲線逐漸穩(wěn)定，成為向水井水面，最后這個(gè)曲線逐漸穩(wěn)定，成為向水井傾斜的水位降落漏斗。傾斜的水位降落漏斗。 根據(jù)上述假定和達(dá)西直線滲透法則，如根據(jù)上述假定和達(dá)西直線滲透法則，如圖圖1-311-31所示，以井軸為軸，對(duì)于無(wú)壓完整所示，以井軸為軸，對(duì)于無(wú)壓完整井，可以推導(dǎo)出井，可以推導(dǎo)出涌水量計(jì)算公式為：涌水量計(jì)算公式為：(2)1.366lglgHS SQkRr式中式中 Q Q 單井涌水量（單井涌水量（m3/dm3/d）；）； k k 土的滲透系數(shù)（土的滲透系數(shù)（m/dm/d）；）； H H 含水層厚度（含水層厚度（m m）；）； S S 水井處降水深度（水井處降水深度（m

13、m）；）； R R水井的抽水影響半徑（水井的抽水影響半徑（m m）；）； r r 井點(diǎn)的半徑（井點(diǎn)的半徑（m）。）。（1-49） (3)無(wú)壓完整井群井井點(diǎn)計(jì)算無(wú)壓完整井群井井點(diǎn)計(jì)算(積分解積分解) 公式（公式（1-491-49）是無(wú)壓完整單井涌水量的計(jì)算公式。但在）是無(wú)壓完整單井涌水量的計(jì)算公式。但在實(shí)際實(shí)際的井點(diǎn)系統(tǒng)中，各井點(diǎn)管是布置在基坑周?chē)?，許多井點(diǎn)同時(shí)抽的井點(diǎn)系統(tǒng)中，各井點(diǎn)管是布置在基坑周?chē)?，許多井點(diǎn)同時(shí)抽水，即群井共同工作，其涌水量不能用各井點(diǎn)管內(nèi)涌水量進(jìn)行水，即群井共同工作，其涌水量不能用各井點(diǎn)管內(nèi)涌水量進(jìn)行簡(jiǎn)單相加求得。簡(jiǎn)單相加求得。群井涌水量的計(jì)算是把由各井點(diǎn)管組成的群井群井涌

14、水量的計(jì)算是把由各井點(diǎn)管組成的群井系統(tǒng)，視為一口大的單井，設(shè)該井為圓形的，并假設(shè)在群井抽系統(tǒng)，視為一口大的單井，設(shè)該井為圓形的，并假設(shè)在群井抽水時(shí)，每一井點(diǎn)管（視為單井）在大圓井外側(cè)的影響范圍不變，水時(shí)，每一井點(diǎn)管（視為單井）在大圓井外側(cè)的影響范圍不變，仍為，則有仍為，則有: 0(2)1.366lglgHS SQkRx（1-50）式中： 群井降水影響半徑（m），； 環(huán)狀井點(diǎn)系統(tǒng)的假想圓半（m）； S井點(diǎn)管處水位降落值（m）。R0 x 應(yīng)用上述公式計(jì)算時(shí)，必須首先確定應(yīng)用上述公式計(jì)算時(shí)，必須首先確定 、R和和k值。由于值。由于目前計(jì)算目前計(jì)算輕型輕型井點(diǎn)所用的計(jì)算公式，均有一定的適用條件井點(diǎn)所用

15、的計(jì)算公式，均有一定的適用條件，例如，矩形基坑的長(zhǎng)、，例如，矩形基坑的長(zhǎng)、寬比大于寬比大于5、或基坑寬度大于、或基坑寬度大于2倍的抽水半徑時(shí)，則不能直接利用現(xiàn)有倍的抽水半徑時(shí)，則不能直接利用現(xiàn)有公式進(jìn)行計(jì)算，需將基坑分成幾小塊，使其符合公式的計(jì)算條件，然公式進(jìn)行計(jì)算，需將基坑分成幾小塊，使其符合公式的計(jì)算條件，然后分別計(jì)算每小塊的涌水量，再相加即可得到總涌水量后分別計(jì)算每小塊的涌水量，再相加即可得到總涌水量。 由于基坑在大多數(shù)情況下并非是圓形的，因此不能直接得到。由于基坑在大多數(shù)情況下并非是圓形的，因此不能直接得到。對(duì)矩形基坑的長(zhǎng)、寬比不大于對(duì)矩形基坑的長(zhǎng)、寬比不大于5時(shí)，可將不規(guī)則的平面形狀

16、化時(shí)，可將不規(guī)則的平面形狀化成一個(gè)假想半徑為的圓井進(jìn)行計(jì)算成一個(gè)假想半徑為的圓井進(jìn)行計(jì)算 式中式中 F-環(huán)狀井點(diǎn)系統(tǒng)包圍的面積（環(huán)狀井點(diǎn)系統(tǒng)包圍的面積（m2）。）。0 x0Fx（1-51） 抽水影響半徑抽水影響半徑則是指井點(diǎn)系統(tǒng)抽水后地下水位降落曲線穩(wěn)定時(shí)的影響半徑。則是指井點(diǎn)系統(tǒng)抽水后地下水位降落曲線穩(wěn)定時(shí)的影響半徑。它與它與土的滲透系數(shù)、含水層厚度、水位降低值土的滲透系數(shù)、含水層厚度、水位降低值及及抽水時(shí)間抽水時(shí)間等因素有關(guān)。一般等因素有關(guān)。一般在抽水在抽水15d后，水位降落曲線基本穩(wěn)定，此時(shí)，抽水影響半徑可近似地按后，水位降落曲線基本穩(wěn)定，此時(shí)，抽水影響半徑可近似地按下式進(jìn)行計(jì)算下式進(jìn)行

17、計(jì)算 （1-52） 式中，式中，S、H 的單位為的單位為m；k 的單位為的單位為m/d。 滲透系數(shù)滲透系數(shù)k值的確定是否正確，對(duì)計(jì)算結(jié)果影響較大，值可通過(guò)值的確定是否正確，對(duì)計(jì)算結(jié)果影響較大，值可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)抽水試現(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn)驗(yàn)或或?qū)嶒?yàn)室測(cè)定實(shí)驗(yàn)室測(cè)定。對(duì)重大工程，宜采用。對(duì)重大工程，宜采用現(xiàn)場(chǎng)抽水實(shí)驗(yàn)法現(xiàn)場(chǎng)抽水實(shí)驗(yàn)法測(cè)定滲透系數(shù)值。測(cè)定滲透系數(shù)值。1.95RSHk(4)無(wú)壓非完整井群井系統(tǒng)涌水量計(jì)算無(wú)壓非完整井群井系統(tǒng)涌水量計(jì)算(近似解) 在實(shí)際工程中往往會(huì)遇到無(wú)壓非完整井的井點(diǎn)系統(tǒng)，這時(shí)地下水在實(shí)際工程中往往會(huì)遇到無(wú)壓非完整井的井點(diǎn)系統(tǒng)，這時(shí)地下水不僅從井的側(cè)面流入，而且還從井底滲入，導(dǎo)致涌水

18、量要比無(wú)壓不僅從井的側(cè)面流入，而且還從井底滲入，導(dǎo)致涌水量要比無(wú)壓完整井大。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，仍可采用無(wú)壓完整井的環(huán)狀井點(diǎn)系統(tǒng)完整井大。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，仍可采用無(wú)壓完整井的環(huán)狀井點(diǎn)系統(tǒng)涌水量計(jì)算公式。此時(shí)，僅將式（涌水量計(jì)算公式。此時(shí)，僅將式（1-50）中）中H換成有效深度換成有效深度H0 ，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可以查表實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可以查表1-14，當(dāng)算得的大于實(shí)際含水層的厚度時(shí)，當(dāng)算得的大于實(shí)際含水層的厚度時(shí)，則仍取值，視為無(wú)壓完整井。則仍取值，視為無(wú)壓完整井。H0的確定方法：的確定方法： 注意：注意：1、當(dāng)、當(dāng)H0值超過(guò)值超過(guò)H時(shí)，取時(shí)，取H0H； 2、計(jì)算、計(jì)算R時(shí)，也應(yīng)以時(shí)，也應(yīng)以H0代入代入表表1

19、-14 含水層有效厚度的計(jì)算含水層有效厚度的計(jì)算 對(duì)于對(duì)于承壓完整環(huán)狀井點(diǎn)承壓完整環(huán)狀井點(diǎn),如果地下水的運(yùn)動(dòng)為層流如果地下水的運(yùn)動(dòng)為層流,含水層上下兩個(gè)不透水層含水層上下兩個(gè)不透水層是水平的是水平的,若含水層厚度為若含水層厚度為,且井中水深時(shí)且井中水深時(shí),則則涌水量計(jì)算公式為涌水量計(jì)算公式為: (1-54) 式中，式中， M -承壓含水層的厚度（承壓含水層的厚度（m）；）； 環(huán)狀井點(diǎn)系統(tǒng)的假想圓半徑（環(huán)狀井點(diǎn)系統(tǒng)的假想圓半徑（m）.02.73lglgMSQkRx0 x6確定井管的數(shù)量與間距確定井管的數(shù)量與間距 確定井管數(shù)量要先確定單根井管的出水量。單根井管的最大出水量確定井管數(shù)量要先確定單根井

20、管的出水量。單根井管的最大出水量為為 （1-55） 式中式中 d 濾管直徑（濾管直徑（m）；）； 濾管的長(zhǎng)度（濾管的長(zhǎng)度（m）；）； k滲透系數(shù)（滲透系數(shù)（m/d）。）。 井點(diǎn)管最少數(shù)量為井點(diǎn)管最少數(shù)量為 （1-56） 井點(diǎn)管最大間距為井點(diǎn)管最大間距為 （1-57） 式中式中 總管長(zhǎng)度（總管長(zhǎng)度（m）；）； 1.1考慮井點(diǎn)堵塞等因素，井點(diǎn)管備用系數(shù)?？紤]井點(diǎn)堵塞等因素，井點(diǎn)管備用系數(shù)。365qdl kl1.1QnqLDnL求出的管距應(yīng)大于求出的管距應(yīng)大于15d、小于、小于2m，并應(yīng)與，并應(yīng)與總管接頭的間距（總管接頭的間距（0.8m、1.2m、1.6m等）等）相吻合。相吻合。7井點(diǎn)管的埋設(shè)與使用井點(diǎn)管的埋設(shè)與使用 (1)埋設(shè)方法：埋設(shè)方法： 水沖法：水槍、井管自身水沖法：水槍、井管自身(高壓水高壓水) 鉆孔法：正循環(huán)鉆鉆孔法：正循環(huán)鉆 、反循環(huán)鉆、沖擊鉆等。、反循環(huán)鉆、沖擊鉆等。 (2)使用要求：使用要求： 開(kāi)挖前開(kāi)挖前25天開(kāi)泵降水；天開(kāi)泵降水； 連續(xù)抽水不間斷連續(xù)抽水不間斷(水量先大后小，先混后清水量先大后小，先混后清