施工技術(shù)課件

第1章土方工程1.1概述

土方工程包括土的開挖、運(yùn)輸和填筑等主要施工過程，有時(shí)還要進(jìn)行放坡、排水、降水、土壁支撐等輔助準(zhǔn)備工作。在建造工程中，最常見的土方工程有：場(chǎng)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(dòng)繁重和施工條件復(fù)雜等特點(diǎn)；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(shí)施工條件極為復(fù)雜。

土的工程分類土的分類繁多，其分類法也很多，如按土的沉積年代、顆粒級(jí)配、密實(shí)度、液性指數(shù)分類等。在土木工程施工中，按土的開挖難易程度將土分為八類八大類：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)石。土的工程性質(zhì)

土的工程性質(zhì)對(duì)土方工程施工有直接影響，也是進(jìn)行土方施工設(shè)計(jì)必須掌握的基本資料。土的主要工程性質(zhì)有：土的可松性、滲透性、密實(shí)度、抗剪強(qiáng)度、土壓力等。

⑴土具有可松性即自然狀態(tài)下的土，經(jīng)過開挖后，其體積因松散而增大，以后雖經(jīng)回填壓實(shí)，仍不能恢復(fù)。土的可松性程度用可松性系數(shù)表示，即

⑵土的滲透性是指土體被水透過的性質(zhì)。土體孔隙中的自由水在重力作用下會(huì)發(fā)生流動(dòng)，當(dāng)基坑開挖至地下水位以下，地下水在土中滲透時(shí)受到土顆粒的阻力，其大小與土的滲透性及地下水滲流路線長(zhǎng)短關(guān)。

—最初可松性系數(shù)—最后可松性系數(shù)土的滲透性：指水流通過土中孔隙的難易程度。LΔh當(dāng)水力坡度

時(shí)，地下水在土中滲流的速度，稱滲透系數(shù)K。⑵土的干密度：指單位體積土中固體顆粒的質(zhì)量，即土體孔隙中無水時(shí)的單位土重（kg/m3）

。土方量的計(jì)算基坑、基槽土方量的計(jì)算

土方量可按擬柱體積的公式算：

式中V——土方工程量，H，F(xiàn)1，F(xiàn)2如下圖所示。

F1、F2分別為基坑的上下底面積，F(xiàn)0為中截面面積，

a）基坑土方量計(jì)算；b）基槽、土方量計(jì)算場(chǎng)地平整土方量按挖填方平衡原則確定場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高1．初步確定場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高H0：⑴測(cè)繪出場(chǎng)地的地形圖；⑷按挖填方平衡原則確定H0。⑶實(shí)測(cè)或根據(jù)相鄰等高線，用插入法求出各方格角點(diǎn)的地面標(biāo)高；aaaaaaH22H12H11H21⑵將場(chǎng)區(qū)劃分成方格網(wǎng)；2．場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高的調(diào)整：3．最后確定場(chǎng)地各方格角點(diǎn)的設(shè)計(jì)標(biāo)高（Hn）：⑴當(dāng)設(shè)計(jì)對(duì)泄水坡度有規(guī)定時(shí)，按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行；⑵當(dāng)設(shè)計(jì)無要求時(shí)，取泄水坡度i≥2‰；⑶排水方向取順自然地面方向。(b)雙向泄水(a)單向泄水場(chǎng)地平整土方量計(jì)算1．計(jì)算場(chǎng)地各方格角點(diǎn)的施工高度：“＋”為填方；“－”為挖方。2．確定零線：3．計(jì)算每一方格的挖填方工程量：編號(hào)施工高度地面標(biāo)高設(shè)計(jì)標(biāo)高A0Bh2h1xa⑴方格四個(gè)角點(diǎn)全部為挖（填）方時(shí)：⑵兩個(gè)角點(diǎn)挖、兩個(gè)角點(diǎn)為填時(shí)與方格三個(gè)角點(diǎn)為挖、另一個(gè)角點(diǎn)為填時(shí)：土方調(diào)配目的調(diào)配區(qū)的劃分、平均運(yùn)距和土方施工單價(jià)線性規(guī)劃、表上作業(yè)法土方調(diào)配圖土方邊坡及其穩(wěn)定：m=B/H，m——坡度系數(shù)m的物理意義：當(dāng)基坑深為1米時(shí)，邊坡寬度的大小。邊坡可以做成：直線形、折線形、踏步形。1.邊坡坡度圖BH影響邊坡系數(shù)m大小的因素：⑴土質(zhì)；⑵挖土深度；⑶施工期間邊坡上的荷載；⑷土的含水率及排水情況；⑸邊坡的留置時(shí)間。邊坡穩(wěn)定計(jì)算：⑴條分法；⑵摩擦圓法；⑶解析法；⑷有限元；⑸邊界元。*土含水量增加，對(duì)邊坡穩(wěn)定的影響：土含水量增加，將增大土的自重，從而使剪應(yīng)力增加；土含水量增加，土顆粒間粘結(jié)力減小，土的抗剪強(qiáng)度降低。土壁支護(hù)：三種類型：加固型支護(hù)、支擋型支護(hù)、混合型支護(hù)。1.加固型支護(hù)：是對(duì)基坑邊坡滑動(dòng)棱體范圍及其附近土體進(jìn)行加固，改善其物理力學(xué)性能，使其成為具有一定強(qiáng)度和穩(wěn)定性的土體結(jié)構(gòu)，從而保證土體結(jié)構(gòu)，并兼有抗?jié)B作用。按施工方法分：◆

深層攪拌水泥土樁墻支護(hù)；

◆

高壓噴射旋噴樁支護(hù)。

2.支擋型支護(hù)：是利用設(shè)置在基坑土壁上的支擋構(gòu)件承受土壁的側(cè)壓力及其他荷載，保持土體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。按施工方法分：

土釘支護(hù)（土釘墻）；

土層錨桿支護(hù)；

排樁式支護(hù)；

板樁支護(hù)；

鋼木支撐。*若按受力狀態(tài)分：橫撐式支撐、板樁式支護(hù)結(jié)構(gòu)（懸臂式、支撐式）、重力式支護(hù)結(jié)構(gòu)。重力式水泥土墻：水泥土墻是通過攪拌樁機(jī)將水泥與土進(jìn)行攪拌，形成柱狀的水泥加固土（攪拌樁），而構(gòu)成重力式支護(hù)結(jié)構(gòu)。重力式水泥土墻支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)包括：①整體穩(wěn)定；②抗傾覆穩(wěn)定；③抗滑移穩(wěn)定；④位移；⑤其他：驗(yàn)算抗?jié)B、墻體應(yīng)力、地基強(qiáng)度。1．板樁設(shè)計(jì)的五要素：板樁工程事故失敗的主要原因：●

入土深度不夠，在土壓力的作用下，板樁的入土部分走動(dòng)而出現(xiàn)坑壁滑坡；●

板樁本身剛度不夠，在土壓力作用下失穩(wěn)彎曲；●

支撐或拉錨的強(qiáng)度不夠；●

拉錨長(zhǎng)度不足，錨碇失去作用而使土體滑動(dòng)；

●

板樁位移過大，造成周邊環(huán)境的破壞。★

入土深度；★

截面彎矩；★

支點(diǎn)反力；★

拉錨長(zhǎng)度；★

板樁位移。降水方法：集水坑降水法、井點(diǎn)降水法。1．集水坑降水法：是在基坑開挖過程中，沿坑底周圍或中央開挖有一定坡度的排水溝，在坑底每隔一定距離設(shè)一個(gè)集水坑，地下水通過排水溝流入集水坑中，然后用水泵抽走。適用范圍：面積較小、土質(zhì)較好、粗顆粒土層或粘性土層、降水深度不大的基坑（槽）開挖工程。⑴集水坑的設(shè)置：⑵抽水設(shè)備：離心泵、潛水泵、軟軸水泵。⑶流砂的產(chǎn)生與防治：①產(chǎn)生的原因：內(nèi)因、外因②防治原理：◆

截?cái)嗨鳎弧?/p>

減小動(dòng)水壓力，增大滲流路徑。

Q

F

GDρh1Fρh2Fh1Lh2TLF◆

改變動(dòng)水壓力方向；5.水下開挖2．井點(diǎn)降水法：3．輕型井點(diǎn)：⑴輕型井點(diǎn)設(shè)備：管路系統(tǒng)：濾管、井點(diǎn)管、彎聯(lián)管、總管。抽水設(shè)備：真空泵、射流泵、隔膜泵。井點(diǎn)類型K(m/d)H(m)輕型井點(diǎn)0.1~503~6（6~12）噴射井點(diǎn)0.1~28~20電滲井點(diǎn)＜0.1管井井點(diǎn)20~2003~5深井井點(diǎn)10~250＞15⑵輕型井點(diǎn)布置：①平面布置：?jiǎn)闻啪€狀布置：B6,H5雙排線狀布置；環(huán)狀布置。②高程布置：L②高程布置：

HA≤Hmax抽水設(shè)備最大抽吸高度式中：HA——井點(diǎn)管的埋設(shè)深度（m）；

H1——井點(diǎn)管埋設(shè)面至基坑底面的距離；

h1——基坑底面至降低后的地下水位的距離；取0.5~1m。

I——水力坡度：?jiǎn)闻牛?/4-1/5；雙排：1/7；環(huán)形：1/10

L——井點(diǎn)管至基坑中心的水平距離。（當(dāng)井點(diǎn)管為單排布置時(shí)，為井點(diǎn)管至對(duì)邊坡腳的水平距離）最小降水深度S：基坑中心的降水深度⑶輕型井點(diǎn)系統(tǒng)涌水量計(jì)算：①輕型井點(diǎn)系統(tǒng)的類型：無壓完整井、無壓非完整井；承壓完整井、承壓非完整井。式中：Q——涌水量（m3/d）；

K——滲透系數(shù)（m/d）；

H——含水層厚度（m）；

S——水位降低值（m）；

R——抽水影響半徑（m）；

x0——假想半徑（m）；F——井點(diǎn)管包圍的面積（m2）。適用條件：①矩形基坑的長(zhǎng)寬比≤5；②基坑寬度≤2R。無壓完整井涌水量計(jì)算：②涌水量計(jì)算：無壓非完整井涌水量計(jì)算：H0——抽水影響深度（m）。H0的取值：H00.80.50.30.2承壓完整井涌水量：M——承壓含水層厚度。承壓水位不透水層含水層不透水層hsHMR②間距：與接頭尺寸相適應(yīng)⑷井點(diǎn)管的數(shù)量及間距：①數(shù)量：

式中：q——單根井點(diǎn)管的最大出水量（m3/d）；

d——濾管直徑（m）；

l——濾管長(zhǎng)度（m）；輕型井點(diǎn)系統(tǒng)的安裝

輕型井點(diǎn)系統(tǒng)的安裝程序是，先排放總管，再埋設(shè)井點(diǎn)管，用彎聯(lián)管將井管與總管聯(lián)接，然后安裝抽水設(shè)備。井管的埋設(shè)一般用水沖法進(jìn)行。分為沖孔、埋管與封口三個(gè)施工過程。輕型井點(diǎn)使用的缺點(diǎn)及解決方式（二）噴射井點(diǎn)當(dāng)開挖的基坑（槽）深度較大，且地下水位較高時(shí)，若布置一層輕型井點(diǎn)則不能滿足降水深度要求，如采用多層輕型井點(diǎn)布置，則在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上又不合理，因此，當(dāng)降水深度超過6ｍ，土層滲透系數(shù)為0.1~2.0ｍ／ｄ的弱水層時(shí)，可采用噴射井點(diǎn)，降水深度可達(dá)20ｍ。噴射井點(diǎn)的平面布置：當(dāng)基坑寬度小于10m時(shí)，井點(diǎn)可做單排布置；當(dāng)大于10m時(shí)，可做雙排布置；當(dāng)基坑面積較大時(shí)，宜采用環(huán)形布置[圖1-20（c）]，井點(diǎn)間距一般取2~3m。涌水量計(jì)算與井管的埋設(shè)，與一般輕型井點(diǎn)相同。

（三）電滲井點(diǎn)

在深基坑施工中，有時(shí)會(huì)遇到滲透系數(shù)小于0.1m/d的土質(zhì)，這類土含水量大，壓縮生高，穩(wěn)定性差。由于土粒間微小孔隙的毛細(xì)管作用，將水保持在孔隙內(nèi)，單靠用真空吸力的降水方法效果已不大，此時(shí)，常用采電滲井點(diǎn)降水。

在飽和黏土中插入兩根電極，通入直流電時(shí)，黏土粒即能沿電力線向陽極移動(dòng)，稱為電泳；而水分子則向陰極移動(dòng)稱為電滲。電滲井點(diǎn)就是運(yùn)用上述電滲現(xiàn)象，將一般輕型井點(diǎn)或噴射井點(diǎn)的井管作為陰極，并在其內(nèi)側(cè)相距約1.2m處增設(shè)對(duì)應(yīng)的垂直陽電極。陽極可用鋼筋或其他金屬材料插入，通電后土層中的水分子即能迅速滲至井管周圍，便于抽出排水

（四）管井井點(diǎn)與深井井點(diǎn)在土的滲透系數(shù)（20-200m/d），地下水含量的土層中降水，宜采用管井或深井井點(diǎn)。管井井點(diǎn)就是在基坑四周每隔10~50m鉆孔成井，然后放入鋼管或鋼筋混凝土管，其底部設(shè)置一段濾水管，每個(gè)井管用一臺(tái)水泵不斷抽水，以使水位降低。深井井點(diǎn)與管井井點(diǎn)基本相同，只是井較深，井內(nèi)用深井泵抽水。深井泵的揚(yáng)程可達(dá)100m，故當(dāng)要求降水深度很大，采用管井井點(diǎn)已不能滿足要求時(shí)，則用深井井點(diǎn)。

1.4土方填筑與壓實(shí)1.4.1土料的選擇和填筑方法1．土料的選擇：⑴碎石類土、砂土、爆破石渣，可作表層以下的填料；⑵含水量符合壓實(shí)要求的粘性土，可作各層填料。不能選用的幾種土：▲含水量大的土；▲淤泥、凍土、膨脹性土及有機(jī)物含量＞8%的土；▲硫酸鹽含量＞5%的土?！诘缆饭こ讨?，粘性土不是理想的路基填料。2．填筑方法：▲接近水平的分層填土、分層壓實(shí)；▲采用兩種回填土?xí)r，應(yīng)分層填筑，不得混雜使用。1.4.2填土壓實(shí)的方法：碾壓法——大面積填筑工程。滾輪壓力。壓路機(jī)、平碾、羊足碾……夯實(shí)法——小面積填筑工程。沖擊力。蛙式夯、柴油夯、人工夯……振動(dòng)壓實(shí)法——非粘性土填筑。顆粒失重、排列填充。振動(dòng)夯、平板振搗器1.4.3影響填土壓實(shí)質(zhì)量的因素

土的含水量、鋪土厚度、壓實(shí)功。1．土的含水量：最優(yōu)含水量：使填土壓實(shí)獲得最大密實(shí)度時(shí)的含水量。2．鋪土厚度：填方每層鋪土厚度應(yīng)根據(jù)土質(zhì)、壓實(shí)的密實(shí)度要求和壓實(shí)機(jī)械的性能確定。一般H取：200mm~300mm。3．壓實(shí)功：不同機(jī)械有效影響深度不同。ρw0——小則不粘結(jié)、摩阻大，大則橡皮土；應(yīng)為最優(yōu)含水量zσ壓實(shí)機(jī)械每層鋪土厚度（mm）壓實(shí)遍數(shù)平碾250~3006~8振動(dòng)壓實(shí)機(jī)250~3503~4柴油打夯機(jī)200~2503~4人工打夯＜

2003~4ρW(N·m)0壓實(shí)遍數(shù)1.4.4填土壓實(shí)的質(zhì)量檢查1．質(zhì)量要求：壓實(shí)系數(shù)（λc）：是土的施工控制干密度和土的最大干密度的比值。P42表1-23填土壓實(shí)系數(shù)2．檢查方法：采用“環(huán)刀法”按規(guī)定取樣。（一般場(chǎng)地平整0.9，填土作地基0.93~0.96）土的最優(yōu)含水量和最大干密度參考表項(xiàng)次土的種類變動(dòng)范圍最優(yōu)含水量（%）（質(zhì)量比）最大干密度（103kg/m3）1砂土8~121.80~1.882粘土19~231.58~1.703粉質(zhì)粘土12~151.85~1.954粉土16~221.61~1.801.5土方工程機(jī)械化施工

一、推土機(jī)推土機(jī)適于推挖一至三類土。用于平整場(chǎng)地，移挖作填，回填土方，堆筑堤壩以及配合挖土機(jī)集中土方、修路開道等。推土機(jī)的作業(yè)效率與運(yùn)距有很大關(guān)系，下表為直鏟作業(yè)時(shí)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)距。

行走裝置機(jī)

型經(jīng)濟(jì)運(yùn)距（m）備

注履帶式大

型中

型小

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

50~80（最遠(yuǎn)150）

推土機(jī)

為提高推土機(jī)的生產(chǎn)率，可采用以下幾種施工方法。（1）下坡推土。在不大于15°的斜坡上，推土機(jī)順坡．向下切土、推運(yùn)，借助機(jī)械本身的重力作用，增大切土深度，縮短鏟土?xí)r間，可提高生產(chǎn)率30％左右。（2）并列推土。平整大面積的場(chǎng)地時(shí)，為了增大鏟刀前土壤的體積，一般采用２臺(tái)推土機(jī)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(tái)推土機(jī)刀片間距保持30～50cm，平均運(yùn)距不宜超過50～75ｍ，不宜小于20ｍ。（3）槽子推土。如圖1－32所示，利用已推過的土槽再次推土，可以減少鏟刀前土的散失。當(dāng)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(yùn)距較遠(yuǎn)的工程。（4）分批集中，一次推送。當(dāng)推運(yùn)距離較遠(yuǎn)且土質(zhì)又較堅(jiān)硬時(shí)，由于鏟刀切土深度較小，可將鏟起的少量土先集中在幾個(gè)中間地點(diǎn)，再一次推送，以便在鏟刀前保持滿載，有效地利用推土機(jī)的功率，縮短推運(yùn)時(shí)間。（5）附加側(cè)板。在鏟刀兩側(cè)設(shè)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。

二、鏟運(yùn)機(jī)鏟運(yùn)機(jī)是一種能綜合完成挖、裝、運(yùn)、填的機(jī)械，對(duì)行駛道路要求較低，操縱靈活，生產(chǎn)率較高。按行走機(jī)構(gòu)可將鏟運(yùn)機(jī)分為拖拉機(jī)式鏟運(yùn)機(jī)（圖1－34）和自行式鏟運(yùn)機(jī)兩種（圖1－35）；按鏟斗操縱方式，又可將鏟運(yùn)機(jī)分為鋼索式和液壓式兩種。鏟運(yùn)機(jī)鏟運(yùn)機(jī)１．鏟運(yùn)機(jī)的開行路線鏟運(yùn)機(jī)由挖至卸運(yùn)行的循環(huán)路線稱為開行路線。開行路線合理與否，將直接影響生產(chǎn)效率，所以要預(yù)先根據(jù)挖填方區(qū)的分布合理地組織。開行路線一般有以下兩種形式：（1）環(huán)形路線。（2）８字形路線。2．提高鏟運(yùn)機(jī)生產(chǎn)率的措施（1）下坡鏟土。借助機(jī)械本身自重的作用，來加大切土深度和縮短鏟土?xí)r間。但縱坡不得超過25°，橫坡不得超過6°；鏟運(yùn)機(jī)不能在陡坡上急轉(zhuǎn)彎，以免翻車。（2）推土機(jī)助鏟。在較硬的土層中用推土機(jī)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(jī)在助鏟的空隙時(shí)間可兼做松土或平整工作，為鏟運(yùn)機(jī)創(chuàng)造工作條件。（3）雙聯(lián)鏟運(yùn)法。當(dāng)拖拉式鏟運(yùn)機(jī)的牽引力有富裕時(shí)，可在拖拉機(jī)后面串聯(lián)兩個(gè)鏟斗進(jìn)行雙聯(lián)鏟運(yùn)。如果土質(zhì)較硬，可用雙聯(lián)單鏟操作，即先將一個(gè)土斗鏟滿，再鏟第二個(gè)土斗；對(duì)于松軟的土，則用雙聯(lián)雙鏟，即兩個(gè)土斗同時(shí)推土。挖掘機(jī)

基坑土方開挖一般均采用挖掘機(jī)施工，對(duì)大型的、較淺的基坑有時(shí)也可采用堆土機(jī)。挖掘機(jī)按行走方式分為履帶式和輪胎式兩種。按傳動(dòng)方式分為機(jī)械傳動(dòng)和液壓傳動(dòng)兩種。斗容量有0.2m3、0.4m3、1.0m3、1.5m3、2.5m3等多種。挖掘機(jī)利用土斗直接挖土，因此也稱為單斗挖土機(jī)，按土斗作業(yè)裝置分為正鏟、反鏟、抓鏟及拉鏟，使用較多的是前三種。

⑴正鏟

正鏟挖掘機(jī)外型如下圖-1所示。它適用于開挖停機(jī)面以上的土方，且需與汽車配合完成整個(gè)挖運(yùn)工作。正鏟挖掘機(jī)挖掘力大，適用于開挖含水量較小的一類土和經(jīng)爆破的巖石及凍土。一般用于大型基坑工程，也可用于場(chǎng)地平整施工。

正鏟挖土和卸土的方式根據(jù)正鏟挖土機(jī)與運(yùn)輸汽車的相對(duì)位置不同，正鏟挖土和卸土方式有以下兩種：（1）正向挖土、后方卸土。（2）正向挖土、側(cè)向卸土。

3．正鏟挖土機(jī)的工作面及開行通道挖土機(jī)挖掘出的上方的幾何斷面稱為工作面，也叫掌子面。工作面的大小和形狀，一般根據(jù)機(jī)械的性能、挖土和卸土的方式以及土壤的性