第二章土石方工程

1、主要講授內(nèi)容1.1 概述1.2 土方工程的機械化施工1.3 土方填筑與壓實1.4 深基坑施工1.5 土石方工程常見事故及處理學習要點：學習要點： 結(jié)合土的工程分類和物理性質(zhì)學習土方工程的內(nèi)容及施工結(jié)合土的工程分類和物理性質(zhì)學習土方工程的內(nèi)容及施工特點，對常用土方機械及土方施工工藝的學習要注意身邊特點，對常用土方機械及土方施工工藝的學習要注意身邊工地的施工過程進行印證以加深理解，場地平整土方量的工地的施工過程進行印證以加深理解，場地平整土方量的計算方法通過實際操作來掌握，結(jié)合一些安全事故從反面計算方法通過實際操作來掌握，結(jié)合一些安全事故從反面學習土方施工過程的安全技術(shù)學習土方施工過程的安全技術(shù)

2、重點、難點：重點、難點： (1)土的工程分類；土的工程分類； (2)基坑（槽）及場地平整土方量的計算；基坑（槽）及場地平整土方量的計算； (3)土的回填與壓實施工工藝；土的回填與壓實施工工藝； (4)土方施工過程的安全技術(shù)土方施工過程的安全技術(shù)。 學習方式：學習方式： 在理論教學同時，結(jié)合圖片及影像等在理論教學同時，結(jié)合圖片及影像等形式體會和理解土方工程的施工工藝，形式體會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算方法以及土方工程的質(zhì)量標準與安計算方法以及土方工程的質(zhì)量標準與安全技術(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）的開挖、運輸、填筑、平整與壓實等施工過程以及排除地面水、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： 1.場地平整 場地平整是在地面上進行挖填作業(yè)，將建筑場地平整為符合設(shè)計標高要求的平面。 2.基坑（槽）、管溝開挖指在地面以下為淺基礎(chǔ)、樁承臺及地下管道等施工而進行的土方開挖1.1 土石方工程的種類與特點4.土方填筑土方填筑是對低洼處用土方分層填平。土方工程的施工工程量大，勞動繁重，施工工期長。因此，為了減輕繁重的勞動強度，提高勞動生產(chǎn)率，縮短工期，降低工程成本，在組織土方施工時，應(yīng)合理地選擇土方機械，盡可能采用機械化施工。此外土方工程施工條

4、件復雜，其施工的難易程度，直接受地形、地質(zhì)、水文、施工季節(jié)及施工場地周圍環(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)等施工而進行的土方開挖。1.2 土石的分類與現(xiàn)場鑒別方法土的種類繁多，其分類方法也很多，在土方工程施工中，根據(jù)土的開挖難易程度將土分為八類，見表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）2022-3-49( (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（可由試驗直接測得）指標（可由試驗直接測得）1.土的密度土的密度(kN/m3)一般用環(huán)刀法測定，天然土一般用環(huán)刀法測定，天然土在在1622

6、 kN/m3之間。之間。 土的重度土的重度Vm(g/cm3)（以下定義指標可由上述三個指標推算得出）以下定義指標可由上述三個指標推算得出） 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2022-3-412 自然狀態(tài)下的土,經(jīng)開挖后,其體積因松散而增加,以后雖經(jīng)回填壓實,仍不能恢復成原來的體積.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土在自然狀

7、態(tài)下的體積(天然密實土)； V2土經(jīng)開挖后松散狀態(tài)下的體積(松土)； V3土經(jīng)回填壓實后的體積(壓實土)。 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: :312VVV2022-3-413說明：（1）計算土方量：用天然密實土的體積V1 （2）土方運輸：用松土的體積V2，考慮 KS （3）土方回填：用壓實土的體積V3 ，考慮 KS 土的類型KsKs 一類土 1.08 1.171.01 1.03 二類土 1.14 1.241.02 1.05 三類土 1.24 1.30 1.04 1.07 四類土 1.26 1.451.0

8、6 1.20 五類土 1.30 1.50 1.10 1.30 六類土 1.45 1.501.28 1.30土的可松性系數(shù)2022-3-414 土體孔隙中的自由水在重力作用下會產(chǎn)生流動,土體被水透過的性質(zhì)稱為滲透性.土的滲透性是土的水力學主要性質(zhì)之一.土土的滲透性的滲透性: :L Lh h2 2h h1 1v vA AB B達西達西(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/d) 為

9、一比例系數(shù)為一比例系數(shù), , 當當 I I =1.0=1.0時時, , V=KV=Kh h1 1-h-h2 2 L L h h L L2022-3-415土的類型K (m/d)土的類型K (m/d) 漂石(無砂質(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 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。(圖示圖示) 5

10、計算涌水量計算涌水量Q：(環(huán)狀井點系統(tǒng)環(huán)狀井點系統(tǒng)) (1)判斷井型判斷井型 (2)無壓完整井井點計算無壓完整井井點計算(積分解積分解) (3)無壓完整井群井井點計算無壓完整井群井井點計算 (4)無壓非完整井群井系統(tǒng)涌水量計算無壓非完整井群井系統(tǒng)涌水量計算(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：(見圖見圖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：(見圖見圖1-19所示所示) 承壓井或無壓井承壓井或無壓井圖圖1-19 井形示意圖井形示意圖 (2)(

11、2)無壓完整井井點計算無壓完整井井點計算( (積分解積分解) )圖圖1-31 1-31 無壓完整無壓完整井水位降落曲線井水位降落曲線目前有關(guān)水井的理論計算方法都是以法國水目前有關(guān)水井的理論計算方法都是以法國水力學家力學家裘布依（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: :當均勻地從井內(nèi)抽水當均勻地從井內(nèi)抽水時，井內(nèi)水位開始下降，而周圍含水層中的時，井內(nèi)水位開始下降，而周圍含水層中的潛水流向水位降低處。經(jīng)過一定時間的抽水潛水流向水位降低處。經(jīng)過一定時間的抽水后，水井周圍原有的水面就由水平變成彎曲后，水井周圍原有的水面就由水平變成彎

12、曲水面，最后這個曲線逐漸穩(wěn)定，成為向水井水面，最后這個曲線逐漸穩(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)上述假定和達西直線滲透法則，如根據(jù)上述假定和達西直線滲透法則，如圖圖1-311-31所示，以井軸為軸，對于無壓完整所示，以井軸為軸，對于無壓完整井，可以推導出井，可以推導出涌水量計算公式為：涌水量計算公式為：(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 m）；）；

13、 R R水井的抽水影響半徑（水井的抽水影響半徑（m m）；）； r r 井點的半徑（井點的半徑（m）。）。（1-49） (3)無壓完整井群井井點計算無壓完整井群井井點計算(積分解積分解) 公式（公式（1-491-49）是無壓完整單井涌水量的計算公式。但在）是無壓完整單井涌水量的計算公式。但在實際實際的井點系統(tǒng)中，各井點管是布置在基坑周圍，許多井點同時抽的井點系統(tǒng)中，各井點管是布置在基坑周圍，許多井點同時抽水，即群井共同工作，其涌水量不能用各井點管內(nèi)涌水量進行水，即群井共同工作，其涌水量不能用各井點管內(nèi)涌水量進行簡單相加求得。簡單相加求得。群井涌水量的計算是把由各井點管組成的群井群井涌水量的計算

14、是把由各井點管組成的群井系統(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，每一井點管（視為單井）在大圓井外側(cè)的影響范圍不變，水時，每一井點管（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)狀井點系統(tǒng)的假想圓半（m）； S井點管處水位降落值（m）。R0 x 應(yīng)用上述公式計算時，必須首先確定應(yīng)用上述公式計算時，必須首先確定 、R和和k值。由于值。由于目前計算目前計算輕型輕型井點所用的計算公式，均有一定的適用條件井點所用的計算公式

15、，均有一定的適用條件，例如，矩形基坑的長、，例如，矩形基坑的長、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，則不能直接利用現(xiàn)有倍的抽水半徑時，則不能直接利用現(xiàn)有公式進行計算，需將基坑分成幾小塊，使其符合公式的計算條件，然公式進行計算，需將基坑分成幾小塊，使其符合公式的計算條件，然后分別計算每小塊的涌水量，再相加即可得到總涌水量后分別計算每小塊的涌水量，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。對矩形基坑的長、寬比不大于對矩形基坑的長、寬比不大于5時，可將不規(guī)則的平面形狀化時，可將

16、不規(guī)則的平面形狀化成一個假想半徑為的圓井進行計算成一個假想半徑為的圓井進行計算 式中式中 F-環(huán)狀井點系統(tǒng)包圍的面積（環(huán)狀井點系統(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系統(tǒng)抽水后地下水位降落曲線穩(wěn)定時的影響半徑。則是指井點系統(tǒng)抽水后地下水位降落曲線穩(wěn)定時的影響半徑。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間抽水時間等因素有關(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，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，抽水影響半徑可近似地按下式進行計算下式進行計算 （1

17、-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，對計算結(jié)果影響較大，值可通過值的確定是否正確，對計算結(jié)果影響較大，值可通過現(xiàn)場抽水試現(xiàn)場抽水試驗驗或或?qū)嶒炇覝y定實驗室測定。對重大工程，宜采用。對重大工程，宜采用現(xiàn)場抽水實驗法現(xiàn)場抽水實驗法測定滲透系數(shù)值。測定滲透系數(shù)值。1.95RSHk(4)無壓非完整井群井系統(tǒng)涌水量計算無壓非完整井群井系統(tǒng)涌水量計算(近似解) 在實際工程中往往會遇到無壓非完整井的井點系統(tǒng)，這時地下水在實際工程中往往會遇到無壓非完整井的井點系統(tǒng)，這時地下水不僅從井的側(cè)面流入，而且還從井底滲入，導致涌水量要比無壓

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

19、水層有效厚度的計算含水層有效厚度的計算 對于對于承壓完整環(huán)狀井點承壓完整環(huán)狀井點,如果地下水的運動為層流如果地下水的運動為層流,含水層上下兩個不透水層含水層上下兩個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,且井中水深時且井中水深時,則則涌水量計算公式為涌水量計算公式為: (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)狀井點系統(tǒng)的假想圓半徑（環(huán)狀井點系統(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)量要先確定單根井管的出水量

20、。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）；）； 濾管的長度（濾管的長度（m）；）； k滲透系數(shù)（滲透系數(shù)（m/d）。）。 井點管最少數(shù)量為井點管最少數(shù)量為 （1-56） 井點管最大間距為井點管最大間距為 （1-57） 式中式中 總管長度（總管長度（m）；）； 1.1考慮井點堵塞等因素，井點管備用系數(shù)?？紤]井點堵塞等因素，井點管備用系數(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井點管的埋設(shè)與使用井點管的埋設(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： 開挖前開挖前25天開泵降水；天開泵降水； 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)