工程施工技術(shù)與智能化管理 課件 第一章 土方工程

土方工程第一章學(xué)習(xí)要點(diǎn)

主要內(nèi)容：本章主要介紹了土方工程施工的基本原理和施工技術(shù)，包括土的基本性質(zhì)、土方規(guī)劃、基坑支護(hù)、基坑降水、土方機(jī)械等內(nèi)容。在土方工程施工要點(diǎn)中，重點(diǎn)論述了土方規(guī)劃、施工降水和土方機(jī)械幾個(gè)方面。

學(xué)習(xí)重點(diǎn)：土的工程性質(zhì)及其對施工的影響，土方規(guī)劃，以及降低地下水位的方法。1.1土的分類及工程性質(zhì)場地規(guī)劃與土方調(diào)配目錄/Contents1.21.3

基坑開挖填土壓實(shí)1.4土方機(jī)械化施工1.5Part01土方工程概述

在土木工程施工中，常見的土方工程有：場地平整、土方的開挖、填筑和運(yùn)輸及排水、降水和土壁邊坡和支護(hù)、土方回填與壓實(shí)等。它還包括開挖過程中的排水、降水、土壁支撐等準(zhǔn)備等輔助工程。

土方工程施工，工程量大，工期長，勞動(dòng)強(qiáng)度大，施工條件復(fù)雜且多位露天作業(yè)；土方工程的施工又受地形、地質(zhì)、水文、氣象等因素的影響，因此在施工前，要根據(jù)現(xiàn)場條件，制定出經(jīng)濟(jì)合理的施工方案。1.1.1土的工程分類

土的種類繁多，分類方法各異，如按顆粒級(jí)配、塑性指數(shù)、沉積年代等分類。在土方施工中，按土的開挖難易程度將其分為八類，如表1.1所示。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(jiān)土)軟及中等密實(shí)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(shí)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(jiān)土)重粘土及含碎石、卵石的粘土，粗卵石，密實(shí)的黃土，天然級(jí)配砂石，軟泥灰?guī)r及蛋白石1.26～1.321.06～1.09整個(gè)用鎬、撬棍，然后用鍬挖掘，部分用楔子及大錘五類土(軟石)硬石炭紀(jì)粘土，中等密實(shí)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(jiān)石)泥巖，砂巖，礫巖，堅(jiān)實(shí)的頁巖，泥灰?guī)r，密實(shí)的石灰?guī)r，風(fēng)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(fēng)鎬七類土(堅(jiān)石)大理巖，輝綠巖，玢巖，粗、中?；◢弾r，堅(jiān)實(shí)的白云巖、砂巖、礫巖、片麻巖、石灰?guī)r，風(fēng)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(jiān)硬石))安山巖，玄武巖，花崗片麻巖，堅(jiān)實(shí)的細(xì)?；◢弾r、閃長巖、石英巖、輝長巖、輝綠巖、玢巖1.45～1.501.20～1.30用爆破方法開挖表1.1工程中土的分類1.1.2土的工程性質(zhì)

土的工程性質(zhì)對土方施工有直接的影響，其中與土方施工聯(lián)系最為密切的工程性質(zhì)有土的可松性、含水量、滲透性和質(zhì)量密度等。

1.土的可松性土具有可松性。即天然狀態(tài)的土經(jīng)開挖后，其體積因松散而增加，雖經(jīng)振動(dòng)夯實(shí)，仍然不能完全恢復(fù)原有體積。土的這種性質(zhì)稱為土的可松性。土的可松性程度用可松性系數(shù)表示，即：

（1.2）式中KS、KS′——土的最初、最后可松性系數(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(shí)后的體積，m3。

（1.1）1.1.2土的工程性質(zhì)

2.土的含水量土的含水量是指土中水的質(zhì)量與固體顆粒質(zhì)量之比的百分率，又稱含水率，用W表示，即：

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(shí)程度以及施工方法的選擇都有直接的影響。1.1.2土的工程性質(zhì)

3.土的天然密度（ρ）和干密度（ρd）土的天然密度是指土在天然狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量，它與土的密實(shí)程度和含水量有關(guān)。土的干密度是指單位體積土中固體顆粒的質(zhì)量，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(shí)。土的密實(shí)程度主要通過檢驗(yàn)填方土的干密度和含水量來控制。

4.土的滲透性

表示單位時(shí)間內(nèi)水穿透土層的能力，一般以滲透系數(shù)K表示，單位為m/d。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)。土的名稱滲透系數(shù)K(m/d)土的名稱滲透系數(shù)K(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(xì)砂1.00～5.00

Part02場地規(guī)劃與土方調(diào)配1.2.1場地豎向規(guī)劃設(shè)計(jì)

場地豎向規(guī)劃的主要內(nèi)容是確定滿足建筑規(guī)劃和生產(chǎn)工藝要求的場地最佳設(shè)計(jì)標(biāo)高和排水坡度。小型場地平整時(shí)，如原地形比較平緩，對場地標(biāo)高無特殊要求，一般可根據(jù)平整前后土方量相等的原則確定場地設(shè)計(jì)標(biāo)高。設(shè)計(jì)標(biāo)高選擇，需考慮以下因素：

（1）滿足生產(chǎn)工藝和運(yùn)輸?shù)囊螅?（2）盡量利用地形，以減少挖方數(shù)量； （3）盡量使場地內(nèi)挖填平衡，以降低土方運(yùn)輸費(fèi)用； （4）有一定泄水坡度（≥2‰），滿足排水要求； （5）考慮最高洪水位的要求。1.2.1場地豎向規(guī)劃設(shè)計(jì)

1.初步計(jì)算場地設(shè)計(jì)標(biāo)高

在地形圖上將施工區(qū)域劃分為邊長為a的若干個(gè)方格網(wǎng)，并在方格網(wǎng)各角點(diǎn)標(biāo)示原地形標(biāo)高（如圖1.1）。方格的角點(diǎn)標(biāo)高，一般根據(jù)地形圖上相鄰兩等高線的標(biāo)高用插入法求得；無地形圖時(shí)，也可在地面用木樁打好方格網(wǎng)，然后用儀器直接測出。理想的設(shè)計(jì)標(biāo)高，應(yīng)該使場地的土方在平整前和平整后相等而達(dá)到挖方和填方的平衡。初步場地設(shè)計(jì)標(biāo)高按下式計(jì)算：式中H0——所計(jì)算場地設(shè)計(jì)標(biāo)高（m）；a——方格邊長（m）；n——方格數(shù)（m）；H11，H12，H21，H22——方格四個(gè)角點(diǎn)的標(biāo)高（m）圖1.1場地設(shè)計(jì)標(biāo)高計(jì)算簡圖（a）地形圖上劃分方格；（b）設(shè)計(jì)標(biāo)高示意圖1—等高線；2—自然地面；3—設(shè)計(jì)標(biāo)高平面；1.2.1場地豎向規(guī)劃設(shè)計(jì)

如圖1.1所示，相鄰方格具有公共的角點(diǎn)標(biāo)高，在方格網(wǎng)中，類似H22的內(nèi)部角點(diǎn)是四個(gè)相鄰方格的公共角點(diǎn)，此類標(biāo)高需要加四次，用H4表示；類似H12、H21的外部角點(diǎn)是兩個(gè)相鄰方格的公共角點(diǎn)，此類標(biāo)高需要加兩次，用H2表示；類似H11的角點(diǎn)僅是一個(gè)方格的獨(dú)有角點(diǎn)，此類標(biāo)高只需要加一次，用H1表示。因此式（1.5）可以改寫成下列形式：

式中H1——一個(gè)方格獨(dú)有的角點(diǎn)標(biāo)高(m)；

H2——二個(gè)方格共有的角點(diǎn)標(biāo)高(m)；

H3——三個(gè)方格共有的角點(diǎn)標(biāo)高(m)；

H4——四個(gè)方格共有的角點(diǎn)標(biāo)高(m)。（1.6）1.2.1場地豎向規(guī)劃設(shè)計(jì)

2.考慮泄水坡度對設(shè)計(jì)標(biāo)高的影響按式（1.6）得到的設(shè)計(jì)平面僅為一挖填方相等的水平場地，而實(shí)際場地均應(yīng)有一定的泄水坡度。因此，應(yīng)根據(jù)泄水坡度的要求（單向泄水或雙向泄水）進(jìn)行標(biāo)高調(diào)整，如圖1.2所示。以H0作為場地中心標(biāo)高，則可計(jì)算場地任意點(diǎn)的設(shè)計(jì)標(biāo)高。（1.7）

式中

Hn——場內(nèi)任意點(diǎn)設(shè)計(jì)標(biāo)高(m)；

l——該點(diǎn)點(diǎn)到場地中心線的距離(m)；

i——場地泄水坡度；（a）單向泄水圖1.2場地泄水坡度

單向泄水：1.2.1場地豎向規(guī)劃設(shè)計(jì)

式中l(wèi)x、ly——該點(diǎn)到x和y方向場地中心線的距離(m)；

ix、ix——場地x和y向泄水坡度；（1.8）（b）雙向泄水圖1.2場地泄水坡度雙向泄水：1.2.1場地豎向規(guī)劃設(shè)計(jì)

3.場地設(shè)計(jì)標(biāo)高的調(diào)整

實(shí)際工程中對計(jì)算所得的設(shè)計(jì)標(biāo)高，還需考慮以下因素進(jìn)一步調(diào)整。（1）由于土具有可松性，會(huì)使填土有剩余，故應(yīng)相應(yīng)提高設(shè)計(jì)標(biāo)高。

（2）設(shè)計(jì)標(biāo)高以上的各種填方工程，有場區(qū)上填筑路堤等；設(shè)計(jì)標(biāo)高以下的各種挖方工程，有開挖河道、水池、基坑等。（3）經(jīng)過經(jīng)濟(jì)比較后將部分挖方就近棄土于場外，或?qū)⒉糠痔罘骄徒⊥劣趫鐾?，引起挖填方的變化，必要時(shí)需調(diào)整設(shè)計(jì)標(biāo)高。當(dāng)?shù)匦伪容^復(fù)雜時(shí)，一般需設(shè)計(jì)成多平面場。此時(shí)時(shí)可根據(jù)工藝要求和地形特點(diǎn)，預(yù)先把場地劃分成若干個(gè)獨(dú)立的平面，分別計(jì)算每個(gè)獨(dú)立平面的最佳設(shè)計(jì)參數(shù)。然后適當(dāng)修正各獨(dú)立平面的交界處參數(shù)，盡量使場地各獨(dú)立平面之間的變化緩和且連續(xù)。因此，確定獨(dú)立平面的最佳設(shè)計(jì)平面是豎向規(guī)劃設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。1.2.2場地平整土方量的計(jì)算

場地挖填土方量計(jì)算有方格網(wǎng)法和橫截面法兩種。橫截面法是將要計(jì)算的場地劃分成若干橫截面后，用橫截面計(jì)算公式逐段計(jì)算，最后將逐段計(jì)算結(jié)果匯總。橫截面法計(jì)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(jì)算場地平整土方量步驟如下：

1.讀識(shí)方格網(wǎng)圖方格網(wǎng)圖根據(jù)已有地形圖(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，盡量與測量的縱橫坐標(biāo)相對應(yīng)，在各方格角點(diǎn)規(guī)定的位置上標(biāo)注角點(diǎn)的自然地面標(biāo)高(H)和設(shè)計(jì)標(biāo)高(Hn)，如圖1.3所示。

2.計(jì)算場地各個(gè)角點(diǎn)的施工高度施工高度為角點(diǎn)設(shè)計(jì)地面標(biāo)高（Hn）與自然地面標(biāo)高（H）之差，是以角點(diǎn)設(shè)計(jì)標(biāo)高為基準(zhǔn)的挖方或填方的施工高度。各方格角點(diǎn)的施工高度按下式計(jì)算：1.2.2場地平整土方量的計(jì)算

（1.9）式中Hn——角點(diǎn)的設(shè)計(jì)標(biāo)高（m）H——角點(diǎn)的自然地面標(biāo)高（m）hn——角點(diǎn)施工高度即填挖高度(以“+”為填，“-”為挖，單位m)；n——方格的角點(diǎn)編號(hào)(自然數(shù)列1，2，3，…，n)。圖1.3方格網(wǎng)法計(jì)算土方工程量圖1.2.2場地平整土方量的計(jì)算

4.計(jì)算“零點(diǎn)”位置，確定零線“零線”位置的確定，有助于把握整個(gè)場地的挖、填區(qū)域分布狀態(tài)。零線即挖方區(qū)與填方區(qū)的交線，在該線上，施工高度為0。零線的確定方法是在相鄰角點(diǎn)施工高度既有挖方、又有填方的方格邊線上，用插入法求出零點(diǎn)(0)的位置，然后將各相鄰的零點(diǎn)連接起來即為零線，如圖1.4所示。

圖1.4零點(diǎn)位置計(jì)算示意圖圖1.5圖解法求零點(diǎn)位置1.2.2場地平整土方量的計(jì)算

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(diǎn)，即為“零點(diǎn)”，如圖1.3所示，零點(diǎn)位置按下式計(jì)算：

(1.10)(1.11)

式中x1、x2——角點(diǎn)至零點(diǎn)的距離（m）；

h1、h2——相鄰兩角點(diǎn)的施工高度(均用絕對值)（m）；

a——方格網(wǎng)的邊長（m）。確定零點(diǎn)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(diǎn)上標(biāo)出挖填施工高度相應(yīng)比例，用尺相連，與方格相交點(diǎn)即為零點(diǎn)位置。將相鄰的零點(diǎn)連接起來，即為零線。1.2.2場地平整土方量的計(jì)算

5.計(jì)算方格土方工程量

零線確定后可以用“四方棱柱體法”和“三角棱柱體法”計(jì)算方格中的土方量。按方格底面積圖形和表1.3所列計(jì)算公式，逐格計(jì)算每個(gè)方格內(nèi)的挖方量或填方量。表1.3常用方格網(wǎng)點(diǎn)計(jì)算公式項(xiàng)目圖式計(jì)算公式一點(diǎn)填方或挖方(三角形)

當(dāng)b=a=c時(shí)兩點(diǎn)填方或挖方(梯形)

三點(diǎn)填方或挖方(五角形)

四點(diǎn)填方或挖方(正方形)

1.2.2場地平整土方量的計(jì)算

6.邊坡土方量計(jì)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土坑的穩(wěn)定。邊坡的土方量可以劃分成兩種近似的幾何形體進(jìn)行計(jì)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)。圖1.6場地邊坡平面圖1.2.2場地平整土方量的計(jì)算

（1）三角棱錐體邊坡體積（1.12）

式中l(wèi)1——邊坡的長度；A1——邊坡的端面積； h2——角點(diǎn)的挖土高度；

m—邊坡的坡度系數(shù)，m=寬/高。（2）三角棱柱體邊坡體積（1.13）（1.14）

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。

（3）計(jì)算土方總量

將挖填方所有方格的土方量和邊坡土方量匯總，即可得到該場地挖填方的總土方量。1.2.3土方調(diào)配

土方調(diào)配主要工作內(nèi)容包括：劃分調(diào)配區(qū)；計(jì)算土方調(diào)配區(qū)之間的平均運(yùn)距（或單位土方運(yùn)價(jià)，或單位土方施工費(fèi)用)；確定土方最優(yōu)調(diào)配方案；繪制土方調(diào)配圖表。

1.土方調(diào)配區(qū)的劃分

土方調(diào)配的原則：應(yīng)力求挖填平衡、運(yùn)距最短、費(fèi)用最省；便于改土造田、支援農(nóng)業(yè)；考慮土方的利用，減少土方的重復(fù)挖填和運(yùn)輸。因此，在劃分調(diào)配區(qū)時(shí)應(yīng)注意下列幾點(diǎn)：(1)調(diào)配區(qū)的劃分應(yīng)與房屋或構(gòu)筑物的位置相協(xié)調(diào)，滿足工程施工順序和分期施工的要求，使先期施工和后期利用相結(jié)合。(2)調(diào)配區(qū)的大小，應(yīng)考慮土方及施工機(jī)械（鏟運(yùn)機(jī)、挖土機(jī)等）的技術(shù)性能，使其功能得到充分發(fā)揮。(3)調(diào)配區(qū)的范圍應(yīng)與土方量計(jì)算用的方格網(wǎng)相協(xié)調(diào)，通常可由若干個(gè)方格網(wǎng)組成一個(gè)調(diào)配區(qū)。(4)當(dāng)土方運(yùn)距較大或場地范圍內(nèi)土方不平衡時(shí)，可依據(jù)地形考慮就近借土或就近棄土。這種情況下，一個(gè)借土區(qū)或一個(gè)棄土區(qū)均可作為一個(gè)獨(dú)立的調(diào)配區(qū)。(5)調(diào)配區(qū)劃分還應(yīng)盡可能與大型地下建筑物的施工相結(jié)合，避免土方重復(fù)開挖。1.2.3土方調(diào)配

2.確定調(diào)配區(qū)之間的平均運(yùn)距

調(diào)配區(qū)的大小和位置確定之后，便可計(jì)算各填方、挖方調(diào)配區(qū)之間的平均運(yùn)距。當(dāng)用鏟運(yùn)機(jī)或推土機(jī)平土?xí)r，挖方調(diào)配區(qū)和填方調(diào)配區(qū)土方重心之間的距離通常就是該填、挖方調(diào)配區(qū)之間的平均運(yùn)距。當(dāng)填、挖方調(diào)配區(qū)之間距離較遠(yuǎn)，采用汽車、自行式鏟運(yùn)機(jī)或其他運(yùn)土工具沿工地道路或規(guī)定線路運(yùn)土?xí)r，其運(yùn)距應(yīng)按實(shí)際情況進(jìn)行計(jì)算。

3.平均運(yùn)距最優(yōu)調(diào)配方案的確定

最優(yōu)調(diào)配方案的確定，是以線性規(guī)劃為理論基礎(chǔ)，常用“表上作業(yè)法”求解?，F(xiàn)結(jié)合示例介紹如下：1.2.3土方調(diào)配

如圖1.7所示為一矩形場地，圖中小方格中的數(shù)字為各調(diào)配區(qū)的土方量，箭桿上的數(shù)字則為各調(diào)配區(qū)之間的平均運(yùn)距，W1、W2、W3、W4代表各挖方區(qū)，T1、T2、T3代表各填方區(qū)域。圖1.7調(diào)配區(qū)土方量和平均運(yùn)距示意圖1.2.3土方調(diào)配

(1)用“最小元素法”編制初始調(diào)配方案初始方案的編制采用“最小元素法”，即對應(yīng)于價(jià)格系數(shù)cij（此案例表示各挖填方之間的運(yùn)距）最小的土方量xij（此案例表示各挖填方土方量）取最大值，由此逐個(gè)確定調(diào)配方格的土方數(shù)及不進(jìn)行調(diào)配的方格。

第一步：將土方數(shù)及價(jià)格系數(shù)填入計(jì)算表中，如表1.4所示。表1.4各調(diào)配區(qū)土方量及平均運(yùn)距填方區(qū)挖方區(qū)T1T2T3填方量(m3)W1x1150x1270x13100500c′11c′12c′13W2x2170x2240x2390500c′21c′22c′23W3x3160x32110x3370500c′43c′32c′33W4x4180x42100x4340400c′41c′42c′43填方量(m3)80060050019001.2.3土方調(diào)配

第二步：按“最小元素法”填入土方數(shù)。

在表1.4中找價(jià)格系數(shù)最小的方格(c22=c43=40)，任取其中之一，確定它所對應(yīng)的調(diào)配土方數(shù)。如取c43，則先確定x43的值，使x43盡可能大，考慮挖方區(qū)W4最大挖方量為400，填方區(qū)T3最大填方量為500，則x43最大為400。由于W4挖方區(qū)的土方全部調(diào)到T3填方區(qū)，所以x41和x42都等于零。將400填人表1.5中的x43格內(nèi)，同時(shí)在x41、x42格內(nèi)畫上一個(gè)“×”號(hào)。然后在沒有填上數(shù)字和“×”號(hào)的方格內(nèi)，再選一個(gè)cij最小的方格，即c22=40，使x22盡量大，x22=min{500、600}=500，同時(shí)使x21=x23=0。將500填入表1.5的x22格內(nèi)，并在x21、x22格內(nèi)畫上“×”號(hào)（表1.5）。重復(fù)上面步驟，依次地確定其余xij數(shù)值，最后可以得出表1.6。1.2.3土方調(diào)配

表1.5初始方案確定過程

填方區(qū)挖方區(qū)

T1T2T3填方量(m3)W1

50

70

100500c′11c′12c′13W2×7050040×90500c′21c′22c′23W3

60

110

70500c′43c′32c′33W4×80×10040040400c′41c′42c′43填方量(m3)80060050019001.2.3土方調(diào)配

表1.6初始方案計(jì)算結(jié)果填方區(qū)挖方區(qū)T1T2T3填方量(m3)W150050×70×100500

W2×7050040×90500

W33006010011010070500

W4×80×10040040400

填方量(m3)80060050019001.2.3土方調(diào)配

表1.6中所求得的一組xij的數(shù)值，便是本例的初始調(diào)配方案。由于利用“最小元素法”確定的初始方案首先是讓cij最小的那些格內(nèi)的xij值取盡可能大的值，也就是優(yōu)先考慮“就近調(diào)配”，所以求得的總運(yùn)輸量是較小的。但是這并不能保證其總運(yùn)輸量最少，因此還需要進(jìn)行判別，看它是否是最優(yōu)方案。

（2）最優(yōu)方案判別（假想價(jià)格系數(shù)法）在“表上作業(yè)法”中，判別是否是最優(yōu)方案的方法有許多種。采用“假想價(jià)格系數(shù)法”求檢驗(yàn)數(shù)較清晰直觀，此處著重介紹該方法。該方法是設(shè)法求得無調(diào)配土方方格的檢驗(yàn)數(shù)λij，判別λij是否非負(fù)，如果所有檢驗(yàn)數(shù)λij≥0，則方案為最優(yōu)方案，否則該方案不是最優(yōu)方案，需要進(jìn)行調(diào)整。1.2.3土方調(diào)配

第一步：求出各方格的假想價(jià)格系數(shù)c’ij。①有調(diào)配土方方格的假想價(jià)格系數(shù)c’ij=cij，見表1.7；②無調(diào)配土方方格的假想價(jià)格系數(shù)用式（1.14）計(jì)算，即任一矩形的四個(gè)方格內(nèi)對角線上的假想系數(shù)之和相等，利用已知的假想系數(shù)，逐個(gè)求解未知的c’ij。尋找合適的方格構(gòu)成一個(gè)求解矩形，最終求出所有c’ij，如表1.7所示。c’ef+c’pq=c’eq+c’pf

（1.14）1.2.3土方調(diào)配

表1.7計(jì)算假想價(jià)格系數(shù)

填方區(qū)挖方區(qū)T1T2T3填方量(m3)W150050×70×1005005010060W2×7050040×90500-10400W330060100110100705006011070W4×80x10040040400308040填方量(m3)8006005001.2.3土方調(diào)配

第二步：假想價(jià)格系數(shù)全部求出后，用式（1.15）求無調(diào)配土方方格的檢驗(yàn)數(shù)。只要用無調(diào)配土方方格右側(cè)兩個(gè)小格上面的數(shù)字減去下面的數(shù)字，即得到相應(yīng)檢驗(yàn)數(shù)λij，并將檢驗(yàn)數(shù)結(jié)果正負(fù)號(hào)填入表1.8。

λij=cij-c’ij

（1.15）表1.8計(jì)算檢驗(yàn)數(shù)填方區(qū)挖方區(qū)T1T2T3W1

50-70+1005010060W2+70

40+90-10400W3

60

110

706011070W4+80+100

40308040表1.8中出現(xiàn)負(fù)檢驗(yàn)數(shù)，說明初始方案不是最優(yōu)，需要進(jìn)一步調(diào)整1.2.3土方調(diào)配

（3）方案的調(diào)整

第一步：在所有負(fù)檢驗(yàn)數(shù)中選一個(gè)（可以選最小的一個(gè)），本例中把它所對應(yīng)的變量x12作為調(diào)整對象。

第二步：找出x12的閉回路。其作法是：從x12格出發(fā)，沿水平與豎直方向前進(jìn)，遇到適當(dāng)?shù)挠袛?shù)字的方格作900轉(zhuǎn)彎（也不一定轉(zhuǎn)彎），然后繼續(xù)前進(jìn)，如果路線恰當(dāng)，有限步后便能回到出發(fā)點(diǎn)，形成一條以有數(shù)字的方格為轉(zhuǎn)角點(diǎn)的、用水平和豎直線聯(lián)起來的閉回路，如表1.9所示。

第三步：從空格x12出發(fā)，沿著閉回路（方向任意）一直前進(jìn)，在各奇數(shù)次轉(zhuǎn)角點(diǎn)（以x12出發(fā)點(diǎn)為0）的數(shù)字中，挑出一個(gè)最小的xij，（本例便是在500、300、100中選出100，即x32），將它調(diào)到x12方格中（即空格中）。挖方區(qū)填方區(qū)T1T2T3W1500x12

W2

500

W3300100100W4

400表1.9求解閉回路1.2.3土方調(diào)配

第四步：將“100”填入x12方格中，被挑出的x32變?yōu)?（該格變?yōu)榭崭瘢煌瑫r(shí)將閉回路上其他的奇數(shù)次轉(zhuǎn)角上的數(shù)字都減去“100”。偶數(shù)次轉(zhuǎn)角上數(shù)字都增加“100”，使得填控方區(qū)的土方量仍然保持平衡，這樣調(diào)整后，便可得到新調(diào)配方案，如表1.10所示。表1.10調(diào)整后新的調(diào)配方案填方區(qū)挖方區(qū)T1T2T3填方量(m3)1005005010060W2+7050040+90500-10400W340060+110100705006011070W4+80+10040040400308040填方量(m3)800600500

對表1.10中新調(diào)配方案進(jìn)行再此檢驗(yàn)，求得檢驗(yàn)數(shù)λij，并判斷其正負(fù)。如果檢驗(yàn)數(shù)中仍有負(fù)數(shù)出現(xiàn)，那就按上述步驟繼續(xù)調(diào)整，直到檢驗(yàn)數(shù)全部為非負(fù)，得出最優(yōu)方案為止。1.2.3土方調(diào)配

表1.10中所有檢驗(yàn)數(shù)均為正號(hào)，說明該方案為最優(yōu)方案。該最優(yōu)土方調(diào)配方案的土方總運(yùn)輸量（Z）為：Z=400×50+100×70+500×40+400×60+100×70+400×40=94000（m3.m)將表1.10中的土方調(diào)配數(shù)值繪制成最優(yōu)土方調(diào)配圖，劍桿上的數(shù)值為土方調(diào)配數(shù)量，如圖1.8所示。圖1.8最優(yōu)土方調(diào)配圖1.2.3土方調(diào)配

最后，對比一下初始土方調(diào)配方案的總運(yùn)輸量（Z0）為：Z0=500×50+500×40+300×60+100+110+100×70+400×40=97000（m3.m)Z-Z0=94000-97000=-3000（m3.m)即調(diào)整后總運(yùn)輸量減少了3000m3.m土方調(diào)配的最優(yōu)方案可以不只一個(gè)，這些方案調(diào)配區(qū)或調(diào)配土方量可以不同，但是它們的目標(biāo)函數(shù)z都是相同的。有若干最優(yōu)方案，為人們提供了更多的選擇余地。Part03基坑開挖什么是基坑開挖

土木工程施工時(shí)，在場地平整結(jié)束后一般都須進(jìn)行基坑開挖，為保證基坑開挖的順利進(jìn)行，在施工前需要進(jìn)行土壁穩(wěn)定、施工排水、流砂防治和填土壓實(shí)等問題的設(shè)計(jì)與施工。1.3.1土方邊坡及其穩(wěn)定

1.土方邊坡為了防止塌方，保證施工安全，在基坑開挖深度超過一定限度時(shí)，土壁應(yīng)做好放坡，或者加臨時(shí)支撐以保持土壁的穩(wěn)定。

土方邊坡坡度以挖方深度（或填方深度）h與底寬b之比表示（圖1.9），即：式中：m=b/h稱為邊坡系數(shù)。（1.16）1.3.1土方邊坡及其穩(wěn)定

（a）（b）（c）

圖1.9土方邊坡

邊坡坡度應(yīng)根據(jù)不同的挖填高度、土的性質(zhì)及工程的特點(diǎn)而定，既要保證土體穩(wěn)定和施工安全，又要節(jié)省土方。臨時(shí)性挖方邊坡應(yīng)按表1.11規(guī)定；挖方中有不同的土層，或深度超過10m時(shí)，其邊坡可作成折線形或臺(tái)階形，如圖1.9(b)、圖1.9(c)所示，以減少土方量。（a）直線邊坡（b）不同土層折線邊坡（c）相同土層折線邊坡1.3.1土方邊坡及其穩(wěn)定

表1.11臨時(shí)性挖方邊坡值土的類別邊坡值(高∶寬)砂土(不包括細(xì)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(jiān)硬、硬塑粘性土1∶0.50～1∶1.00充填砂土1∶1.00～1∶1.50注：①使用時(shí)間較長的臨時(shí)性挖方是指使用時(shí)間超過一年的臨時(shí)道路、臨時(shí)工程的挖方；②挖方經(jīng)過不同類別的土（巖）層或深度超過10m，其邊坡可做成折線形或臺(tái)階形；③當(dāng)有成熟經(jīng)驗(yàn)時(shí)，可不受本表限制1.3.1土方邊坡及其穩(wěn)定

當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件良好，土質(zhì)均勻且地下水位低于基坑、溝槽底面標(biāo)高時(shí)，挖方深度在5m以內(nèi)，不加支撐的邊坡留設(shè)應(yīng)符合表1.12的規(guī)定。（1.16）表1.12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(dòng)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(diǎn)降水后)1：1.00----注：①靜載指堆土或材料等。動(dòng)載指機(jī)械挖土或汽車運(yùn)輸作業(yè)等。靜載或動(dòng)載應(yīng)距挖方邊緣0.8m以外，堆土或材料高度不宜超過1.5m。②當(dāng)有成熟經(jīng)驗(yàn)時(shí)，可不受本表限制。1.3.1土方邊坡及其穩(wěn)定

對于使用時(shí)間在一年以上的臨時(shí)性填方邊坡坡度，則為：當(dāng)填方高度在10m以內(nèi)，可采用1：1.5；高度超過10m，可作成折線形，上部采用1：1.5，下部采用1：1.75。至于永久性挖方或填方邊坡，則均應(yīng)按設(shè)計(jì)要求施工。

2.土方邊坡的穩(wěn)定土壁的穩(wěn)定，主要是由土體內(nèi)摩擦阻力和粘結(jié)力來保持平衡的。一旦土體失去平衡，土體就會(huì)塌方，這不僅會(huì)造成人身安全事故，同時(shí)亦會(huì)影響工期，有時(shí)還會(huì)危及附近的建筑物。

(1)造成土壁塌方的原因1）邊坡過陡，使土體本身穩(wěn)定性不夠，尤其是在土質(zhì)差、開挖深度大的坑槽中，常引起塌方。2）雨水、地下水滲入基坑，使土體重力增大及抗剪能力降低，是造成塌方的主要原因。3）基坑(槽)邊緣附近大量堆土，或停放機(jī)具、材料，或由于動(dòng)荷載的作用，使土體產(chǎn)生的剪應(yīng)力超過土體的抗剪強(qiáng)度。1.3.1土方邊坡及其穩(wěn)定

(2)為了保證土體穩(wěn)定、施工安全，針對上述塌方原因，可采取以下措施：

1）放足邊坡，邊坡的留設(shè)應(yīng)符合規(guī)范的要求，其坡度的大小，則應(yīng)根據(jù)土壤的性質(zhì)、水文地質(zhì)條件、施工方法、開挖深度、工期的長短等因素確定。

2）基坑(槽)或管溝挖好后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行基礎(chǔ)工程或地下結(jié)構(gòu)工程施工。在施工過程中，應(yīng)經(jīng)常檢查坑壁的穩(wěn)定情況。當(dāng)挖地基坑較深或晾槽時(shí)間較長時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)行情況采取護(hù)面措施。常用的坡面保護(hù)方法有帆布、塑料薄膜覆蓋法，坡面拉網(wǎng)法或掛網(wǎng)。

3）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，但深度不宜超過下列規(guī)定：密實(shí)中密實(shí)的砂土和碎石類土（充填物為砂土）為1m；硬塑、可塑的輕亞黏土及亞黏土為1.25m；硬粘、可塑的黏土和碎石類土（充填物為黏性土）為1.5m；堅(jiān)硬的黏土為2m。

4）為了縮小施工面，減少土方，或受場地的限制不能放坡時(shí)，則可設(shè)置土壁支撐。1.3.2土壁支護(hù)

基坑（槽）支護(hù)結(jié)構(gòu)的主要作用是支撐土壁，此外，鋼板樁、混凝土板樁及水泥土攪拌樁等圍擴(kuò)結(jié)構(gòu)還兼有不同程度的隔水作用。土壁支撐形式應(yīng)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(jìn)行選擇和設(shè)計(jì)。

1．淺基坑（槽）的支護(hù)開挖較窄的溝槽多用橫撐式支撐。橫撐式支撐根據(jù)擋土板的不同，分為水平擋土板和垂直擋土板兩類，前者又分隔斷式、斷續(xù)式和連續(xù)式三種。采用橫撐式支撐時(shí)，應(yīng)隨挖隨撐，支撐要牢固。施工中應(yīng)經(jīng)常檢查，如有松動(dòng)、變形等現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)及時(shí)加固或更換。支撐的拆除應(yīng)按回填順序依次進(jìn)行，多層支撐應(yīng)自下而上逐層拆除，隨拆隨填。對松散和濕度很大的土可用垂直擋土板式支撐，挖土深度不限。一般溝槽的支撐方法及適用條件如表1.13所示。1.3.2土壁支護(hù)表1.13一般基槽的支撐方式支撐方式簡圖支撐方式適用條件間斷式水平支撐

兩側(cè)擋土板水平放置，用工具式或木橫撐借木楔頂緊，挖一層土，支頂一層適用于能保持直立壁的干土或天然濕度的黏土，地下水很少，深度在2m以內(nèi)斷續(xù)式水平支撐

擋土板水平放置，中間留出間隔，并在兩側(cè)同時(shí)對稱立豎枋木，再用工具式或木橫撐上下頂緊適用于能保持直立壁的干土或天然濕度的黏土，地下水很少，深度在3m以內(nèi)連續(xù)式水平支撐

擋土板水平連續(xù)放置，不留間隙，然后兩側(cè)同時(shí)對稱立豎枋木，上下各頂一根撐木，端頭加木楔頂緊適用于較松散的干土或天然濕度的黏性土，地下水很少，深度3~5m連續(xù)或間斷式水平支撐

擋土板垂直放置，連續(xù)或留適當(dāng)間隙。然后每側(cè)上下各水平頂一根枋木。再用橫撐頂緊適用于上質(zhì)較松收或濕度很高的土地下水較少，深度不限水平垂直混合支撐

溝槽上部設(shè)連續(xù)或水平支撐，下部設(shè)連續(xù)或垂直支撐適用于溝槽深度較大、下部有含水土層時(shí)1.3.2土壁支護(hù)表1.14一般基坑的支撐方法支撐方式簡圖支撐方式適用條件斜柱支撐

水平擋土板釘在柱樁內(nèi)側(cè)，柱樁外側(cè)用斜撐支頂，斜撐底端支在木樁上，在擋土板內(nèi)側(cè)回填土適用于開挖面積較大、深度不大的基坑或使用機(jī)械挖土錨拉支撐

水平擋土板支在柱樁的內(nèi)側(cè)，柱樁一端打入土中，另一端用拉桿與錨樁拉緊，在擋土板內(nèi)側(cè)回填土適用于開挖面積較大、深度不大的基坑或使用機(jī)械挖土短柱橫隔支撐

打入小短木樁，部分打入土中，部分露出地面，釘上水平擋土板，在背面填土適用于開挖寬度大的基坑，當(dāng)部分地段下部放坡不夠時(shí)臨時(shí)擋土墻支撐

沿坡腳用磚、石疊砌或用草袋裝土砂堆砌，使坡腳保持穩(wěn)定適用于開挖寬度大的基坑，當(dāng)部分地段下部放坡不夠時(shí)1.3.2土壁支護(hù)

2．深基坑邊坡支護(hù)對寬度較大、深5m以上的深基坑且地質(zhì)條件較復(fù)雜時(shí)，必須選擇有效的支護(hù)形式，表1.15為幾種常用深基坑支護(hù)形式。表1.15深基坑支護(hù)方法支撐(護(hù))方式簡圖支撐(護(hù))方式適用條件型鋼樁橫擋板支撐

沿?fù)跬廖恢妙A(yù)先打入鋼軌、工字鋼或H型鋼樁，間距1~1.5m，然后邊挖方，邊將3~6cm厚的擋土板塞進(jìn)鋼樁之間擋土，并在橫向擋板與型鋼樁之間打入楔子子，使橫板與土體緊密接觸適用于地下水較低，深度不很大的一般黏性土或矽土層鋼板樁支撐

在開挖的基坑周圍打鋼板樁或鋼筋混凝土板樁，板樁入土深度及懸臂長度應(yīng)經(jīng)計(jì)算確定，如基坑寬度很大，可加水平支撐適用于一般地下水、深度和寬度不很大的黏性土或砂土層鋼板樁與鋼構(gòu)架結(jié)合支撐

在開挖的基坑周圍打鋼板樁，在柱位置上打入暫設(shè)鋼柱，在基坑中挖土，每下挖3~4m，裝上一層構(gòu)架撐體系，挖土在鋼構(gòu)架網(wǎng)格中進(jìn)行，亦可不預(yù)先打入柱，隨挖隨接長支柱適用于在飽和軟弱土層中開挖較大、較深基坑，鋼樁剛度不夠時(shí)1.3.2土壁支護(hù)擋土灌注樁支撐

在開挖的基坑周圍，用鉆機(jī)轉(zhuǎn)孔，現(xiàn)場灌注鋼筋混凝土樁，達(dá)到強(qiáng)度后，在基坑中間用機(jī)械或人工挖土，下挖1m左右裝上橫撐，在樁背面裝上拉桿與已設(shè)錨樁拉緊，然后繼續(xù)挖土至要求深度。在樁間土方挖成外拱形，使之起上拱作用，如基坑深度小于6m，或鄰近有建筑物，亦可不設(shè)錨拉桿，采取加密樁距或加大樁徑處理適合開挖較大、深度(>6m)基坑，臨近有建筑物，不允許支護(hù)，背面地基有下沉、位移時(shí)采用當(dāng)涂灌注樁與土層錨桿結(jié)合支撐

同擋土灌注樁支撐，但樁頂不設(shè)錨樁錨桿，而是挖至一定深度。每隔一定距離向樁背面斜下方用錨桿鉆機(jī)打孔，安放鋼筋錨桿，用水泥壓力灌漿，達(dá)到強(qiáng)度后，安上橫撐，拉緊固定，在樁中間進(jìn)行挖士，直至設(shè)計(jì)深度。如設(shè)2~3層錨桿，可挖一層土，裝設(shè)一次錨桿適合大型較深基坑，施工期較長，鄰近有高層建筑，不允許支護(hù)，鄰近地基不允許有任何下沉位移時(shí)采用表1.15深基坑支護(hù)方法（續(xù)表）1.3.2土壁支護(hù)地下連續(xù)墻支護(hù)

在待開挖的基坑周圍、先建造混凝土或鋼筋混凝土地下連續(xù)墻，達(dá)到強(qiáng)度后，在墻中間用機(jī)械或人工挖土，直至要求深度。當(dāng)跨度、深度很大時(shí)，可在內(nèi)部加設(shè)水平支撐及支柱。用于逆作法施工。每下挖一層。把下一層梁、板、柱澆筑完成，以此作為地下連續(xù)墻的水平框架支撐，如此循環(huán)作業(yè)，直到地下室的底層全部挖完土澆筑完成適合開挖較大、較深(>10m)、有地下水、周圍有建筑物、公路的基坑，作為地下結(jié)構(gòu)的外墻一部分，或用于高層建筑的逆作法施工，作為地下室結(jié)構(gòu)的部分外墻地下連續(xù)墻于土層錨桿結(jié)合支護(hù)

在待開挖的基坑周圍先建造地下連續(xù)墻支護(hù)，在墻中部用機(jī)械配合人工開挖土方至錨桿部位。用錨桿鉆機(jī)在要求位置鉆孔，放入錨桿，進(jìn)行灌漿，待達(dá)到強(qiáng)度，裝上錨桿橫梁，或錨頭墊座，然后繼續(xù)下挖至要求深度。如設(shè)2~3層錨桿，每挖一層裝一層、采用快凝砂漿灌漿適合開挖較大、較深(>10m)、有地下水的大型基坑，周圍有高層建筑。不允許支護(hù)有變形，采用機(jī)械挖方，要求有較大空間，不允許內(nèi)部設(shè)支撐時(shí)采用表1.15深基坑支護(hù)方法（續(xù)表）1.3.3施工降水

土方工程中采用較多的是明溝排水法和井點(diǎn)降水法。

1.明溝排水法明溝排水法又稱集水坑降水法，是在坑（槽）底周圍或中央開挖有坡度的排水溝，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，用水泵抽走，如圖1.10所示。該方法設(shè)備簡單，施工方便，但施工中應(yīng)注意防治流砂。明溝排水法適用于水流較大的粗粒土層的排水、降水，也可用于滲水量較小的粘性土層降水，但不適宜于細(xì)砂土和粉砂土層，因?yàn)榈叵滤疂B出會(huì)帶走細(xì)粒而發(fā)生流砂現(xiàn)象

圖1.10集水井降水1-排水溝；2-集水井；3-水泵1.3.3施工降水

流砂現(xiàn)象：當(dāng)開挖深度大、地下水位較高而土質(zhì)為細(xì)砂或粉砂時(shí)，如果采用集水井法降水開挖，當(dāng)挖至地下水位以下時(shí)，坑底下面的土?xí)纬闪鲃?dòng)狀態(tài)，隨地下水涌入基坑，這種現(xiàn)象稱為流砂。如果土層中產(chǎn)生局部流砂現(xiàn)象，應(yīng)采取減小動(dòng)水壓力的處理措施，使坑底土顆粒穩(wěn)定，不受水壓干擾。其方法有：（1）如條件許可，盡量安排枯水期施工，使最高地下水位不高于坑底0.5m；（2）水中挖土?xí)r，不抽水或減少抽水，保持坑內(nèi)水壓與地下水壓基本平衡；（3）采用井點(diǎn)降水法、打板樁法、地下連續(xù)墻法防止流砂產(chǎn)生。2.井點(diǎn)降水法

井點(diǎn)降水法的井點(diǎn)類型有：輕型井點(diǎn)、噴射井點(diǎn)、電滲井點(diǎn)、管井井點(diǎn)和深井井點(diǎn)等?？筛鶕?jù)土的滲透系數(shù)、要求降水深度及設(shè)備條件按表1.16選用。1.3.3施工降水

表1.16降水類型及適用條件

適合條件降水類型滲透系數(shù)(cm/s)可能降低的水位深度(m)輕型井點(diǎn)多級(jí)輕型井點(diǎn)10-2～10-53～66～12噴射井點(diǎn)10-3～10-68～20電滲井點(diǎn)＜10-6宜配合其他形式降水使用深井井管≥10-5＞10

(1)輕型井點(diǎn)輕型井點(diǎn)(圖1.11)就是沿基坑周圍或一側(cè)以一定間距將井點(diǎn)管(下端為濾管)埋入蓄水層內(nèi)，井點(diǎn)管上部與總管連接，利用抽水設(shè)備將地下水經(jīng)濾管進(jìn)入井管，經(jīng)總管不斷抽出，從而將地下水位降至坑底以下。輕型井點(diǎn)法適用于土壤的滲透系數(shù)為0.1～50m/d的土層中，降低水位深度：一級(jí)輕型井點(diǎn)3～6m，二級(jí)井點(diǎn)可達(dá)6～9m。1.3.3施工降水1一井點(diǎn)管；2一濾管；3一集水總管；4一彎聯(lián)管；5一水泵房；6一原地下水位線；7一降低后的地下水位線1一鋼管；2一管壁上的小孔；3一纏繞的塑料管；1一細(xì)濾網(wǎng)；5一粗濾網(wǎng)；6一粗鐵絲保護(hù)網(wǎng)；7一井點(diǎn)管：8一鑄鐵點(diǎn)圖1.11輕型井點(diǎn)降水全貌圖圖1.12濾管構(gòu)造1.3.3施工降水

1）輕型井點(diǎn)設(shè)備。輕型井點(diǎn)設(shè)備由管路系統(tǒng)和抽水設(shè)備組成。管路系統(tǒng)包括濾管、井點(diǎn)管、彎聯(lián)管及總管等。濾管(圖1.12)為進(jìn)水設(shè)備，其構(gòu)造是否合理對抽水設(shè)備影響很大。

輕型井點(diǎn)設(shè)備由管路系統(tǒng)和抽水設(shè)備等組成。管路系統(tǒng)由濾管、井點(diǎn)管、彎聯(lián)管和總管組成。抽水設(shè)備常用真空泵和射流泵系統(tǒng)。干式真空泵系統(tǒng)由真空泵、離心泵和水氣分離器組成。射流泵系統(tǒng)由射流器、離心泵和循環(huán)水箱組成。射流井點(diǎn)系統(tǒng)的降水深度可達(dá)6m，所帶井點(diǎn)管一般只25～40根、總管長度30～50m。若采用兩臺(tái)離心泵和兩個(gè)射流器聯(lián)合工作，能帶動(dòng)井點(diǎn)管70根、總管長度100m。射流泵井點(diǎn)排氣量較小，真空度波動(dòng)較敏感，易于下降，排水能力較低。但結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、成本低、耗電小、使用檢修方便。適于在粉砂、粉土等滲透系數(shù)較小的土層降水。

1.3.3施工降水

2）輕型井點(diǎn)布置

①平面布置。井點(diǎn)布置及井點(diǎn)管間距應(yīng)根據(jù)基坑（槽）平面形狀與尺寸、基坑深度、水文、地質(zhì)降水深度、工程性質(zhì)等確定。當(dāng)坑（槽）寬度小于6m且降水深度不超過6m時(shí)，可采用單排井點(diǎn)，布置在地下水上游一側(cè)，兩端延伸長度不小于坑（槽）寬度B，如圖1.13所示；當(dāng)坑（槽）寬度大于6m或土質(zhì)排水不良時(shí)，宜采用雙排線狀井點(diǎn)，布置在坑（槽）兩側(cè)，位于地下水流上游一排井點(diǎn)管的間距應(yīng)小些，下游一排井點(diǎn)管的間距可大些；當(dāng)基坑面積較大時(shí)，宜采用環(huán)形井點(diǎn)，如圖1.14所示；為便于挖土機(jī)械和運(yùn)輸車輛出入基坑，總管可不封閉，布置為U形環(huán)狀井點(diǎn)。

為防局部漏氣，井點(diǎn)管距離基坑壁不應(yīng)小于1.0～1.5m，間距一般為0.8～1.6m。靠近河流處或總管四角部位，井點(diǎn)應(yīng)適當(dāng)加密。主管長度過長（超過100～120m）采用多套抽水設(shè)備時(shí)，井點(diǎn)系統(tǒng)應(yīng)分成長度大致相等的段，分段位置宜設(shè)在基坑拐彎處，各套井點(diǎn)總管間應(yīng)裝閥門隔開。

1.3.3施工降水

(a)平面布置：(b)高程布置1一總管：2一井點(diǎn)管；3一抽水設(shè)備圖1.13單排線狀井點(diǎn)布置1.3.3施工降水

(a)平面布置：(b)高程布置1一總管：2一井點(diǎn)管；3一抽水設(shè)備圖1.14環(huán)形井點(diǎn)布置1.3.3施工降水

②高程布置。輕型井點(diǎn)的降水深度，從理論上講可達(dá)10.3m，但由于管路系統(tǒng)的水頭損失，其實(shí)際降水深度一般不大于6m。布置時(shí)應(yīng)參考井點(diǎn)管標(biāo)準(zhǔn)長度及其露出地面的長度（一般為0.2～0.3m），且濾水管必須在含水層內(nèi)。井點(diǎn)管埋置深度H(不包括濾管)，可按下式計(jì)算:

式中Hi——井點(diǎn)管埋設(shè)面至坑底面的距離(m)；h——降低后的地下水位至基坑中心底面的距離，一般為0.5～1m；i——水力坡度，環(huán)形井點(diǎn)為1/10，單排井點(diǎn)為1/4；L——井點(diǎn)管至基坑中心的水平距離(單排井點(diǎn)中為井點(diǎn)管至基坑另一側(cè)的水平距離)(m)。如H值小于降水深度6m時(shí)，則可用一級(jí)井點(diǎn)；H值稍大于6m時(shí)，如降低井點(diǎn)管的埋置面后，可滿足降水深度要求時(shí)，仍可采用一級(jí)井點(diǎn)；當(dāng)一級(jí)井點(diǎn)系統(tǒng)達(dá)不到降水深度時(shí)，可采用二級(jí)井點(diǎn)，即先挖去第一級(jí)井點(diǎn)所疏干的土，然后在基坑底部裝設(shè)第二級(jí)井點(diǎn)，使降水深度增加，如圖1.15所示。1.3.3施工降水

圖1.15二級(jí)輕型井點(diǎn)示意圖1一第一級(jí)井點(diǎn)管：2一第二級(jí)井點(diǎn)管圖1.16井點(diǎn)管的埋設(shè)(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；6一起重機(jī)吊鉤；7一井點(diǎn)管；8一濾管；9-填砂；10一粘土封口1.3.3施工降水

3）輕型井點(diǎn)的安裝與使用

①輕型井點(diǎn)的安裝。輕型井點(diǎn)的施工分為準(zhǔn)備工作及井點(diǎn)系統(tǒng)安裝。準(zhǔn)備工作包括井點(diǎn)設(shè)備、動(dòng)力、水泵及必要材料準(zhǔn)備，排水溝的開挖，附近建筑物的標(biāo)高監(jiān)測以及防止附近建筑沉降的措施等。埋設(shè)井點(diǎn)系統(tǒng)的安裝順序?yàn)椋焊鶕?jù)降水方案放線、挖管溝、布設(shè)總管、沖孔、下井點(diǎn)管、埋砂濾層、粘土封口、彎聯(lián)管連接井點(diǎn)管與總管、安裝抽水設(shè)備、試抽。井點(diǎn)管的埋設(shè)一般用水沖法施工，分為沖孔和埋管兩個(gè)過程，如圖1.16所示。

②輕型井點(diǎn)的使用。輕型井點(diǎn)使用時(shí)，應(yīng)保證連續(xù)不斷抽水，若時(shí)抽時(shí)停，濾網(wǎng)易于堵塞；中途停抽，地下水回升，也會(huì)引起邊坡塌方等事故。正常的出水規(guī)律是“先大后小，先渾后清”。1.3.3施工降水

(2)噴射井點(diǎn)當(dāng)基坑開挖較深，采用多級(jí)輕型井點(diǎn)不經(jīng)濟(jì)時(shí)，宜采用噴射井點(diǎn)，其降水深度可達(dá)8～20m噴射井點(diǎn)設(shè)備由噴射井管、高壓水泵及進(jìn)水、排水管路組成。噴射井管由內(nèi)管和外管組成，在內(nèi)管下端裝有噴射揚(yáng)水器與濾管相連，當(dāng)高壓水經(jīng)內(nèi)外管之間的環(huán)形空間由噴嘴噴出時(shí)，地下水即被吸入而壓出地面。

(3)電滲井點(diǎn)電滲井點(diǎn)適用于土壤滲透系數(shù)小于0.1m/d，用一般井點(diǎn)不可能降低地下水位的含水層中，尤其宜用于淤泥排水。電滲井點(diǎn)排水的原理是以井點(diǎn)管作負(fù)極，以打入的鋼筋或鋼管作正極，當(dāng)通以直流電后，土顆粒即自負(fù)極向正極移動(dòng)，水則自正極向負(fù)極移動(dòng)而被集中排出。土顆粒的移動(dòng)稱電泳現(xiàn)象，水的移動(dòng)稱電滲現(xiàn)象，故稱電滲井點(diǎn)。渾后清”。1.3.3施工降水

(4)管井井點(diǎn)管井井點(diǎn)就是沿基坑每隔20～50m距離設(shè)置一個(gè)管井，每個(gè)管井單獨(dú)用一臺(tái)水泵不斷抽水來降低地下水位。在土的滲透系數(shù)K≥20m/d，地下水量大的土層中，宜采用管井井點(diǎn)。管井井點(diǎn)由濾水管井、吸水管和抽水泵組成。采用離心式水泵或潛水泵抽水。

若要求的降水深度較大，采用一般的離心泵和潛水泵不能滿足要求時(shí)，可采用深井泵降水。它井距大、不受土層限制、成孔容易、施工速度快、井點(diǎn)管可重復(fù)使用，適于滲透系數(shù)10～80m/d、降水深度大于15m的情況，故又稱深井泵法。

(5)井點(diǎn)降水對鄰近建筑物的影響和預(yù)防。井點(diǎn)降水使地基自重應(yīng)力增加、土層被壓縮、土顆粒流失，將引起周圍地面沉降。由于土層的不均勻性和形成的水為降低漏斗曲線，地面沉降多不均勻，會(huì)導(dǎo)致鄰近建筑物的基礎(chǔ)下沉、房屋開裂。因此，井點(diǎn)降水時(shí)，必須采取相應(yīng)措施，防降防裂。1.3.3施工降水

回灌井點(diǎn)布置如圖1.17所示。a)回灌井點(diǎn)布置b)回灌井點(diǎn)水位圖1一降水井點(diǎn)；2一回灌井點(diǎn)；3一原水位線；4一基坑內(nèi)降低后的水位線；5一回灌后水位線圖1.17回灌井點(diǎn)布置示意圖1.3.4基坑（槽）土方量計(jì)算

1．基坑土方量計(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(圖1.18)。即式中V——土方工程量（m3）；H——基坑深度（m）；F1、F2——基坑上、下底面積（m2）；F0—基坑中截面的面積（m2）。圖1.18基坑土方量計(jì)算1.3.4基坑（槽）土方量計(jì)算

由圖1.19可知，若基槽橫截面形狀、尺寸有變化，其土方量可沿其長度方向分段，按式（1.17）計(jì)算，總土方量為各段之和；若基槽橫截面、尺寸不變，其土方量為橫截面面積與基槽長度之積。圖1.19基槽土方量計(jì)算Part04填土壓實(shí)填土壓實(shí)

土壤是由礦物顆粒、水溶液、氣體等多種物質(zhì)組成，具有彈性、塑性和粘滯性。土在外力作用下或在自然條件下遇到浸水和凍融都會(huì)產(chǎn)生變形，為了使填土滿足強(qiáng)度及水穩(wěn)性兩方面要求，就必須合理設(shè)計(jì)填方邊坡，正確選擇土料和填筑方法。因此，填土的土料應(yīng)符合下列要求：

（1）含有大量有機(jī)物、石膏和水溶性硫酸鹽(含量大于5%)的土以及淤泥、凍土、膨脹土等，均不應(yīng)作為填方土料；

（2）以粘土為土料時(shí)，應(yīng)檢查其含水量是否在控制范圍內(nèi)，含水量大的粘土不宜作填土用；

（3）一般碎石類土、砂土和爆破石渣可作表層以下填料，其最大粒徑不得超過每層鋪墊厚度的2/3。

填土應(yīng)嚴(yán)格控制含水量，施工前應(yīng)進(jìn)行檢驗(yàn)。當(dāng)土的含水量過大，應(yīng)采取措施降低含水量，或采用換土回填、均勻摻入干土或其他吸水材料、打石灰樁等措施；如含水量偏低，則可預(yù)先灑水濕潤，否則難以壓實(shí)。

1.4.1土的壓實(shí)方法

填土的壓實(shí)方法一般有碾壓、夯實(shí)、振動(dòng)壓實(shí)等幾種。（1）碾壓法是用沿著填筑面滾動(dòng)的鼓筒或輪子的壓力壓實(shí)填土的，適用于大面積填土工程。碾壓機(jī)械有平碾(壓路機(jī))、羊足碾、振動(dòng)碾和汽胎碾。碾壓機(jī)械進(jìn)行大面積填方碾壓，宜采用“薄填、低速、多遍”的方法。（2）夯實(shí)方法是利用夯錘自由下落的沖擊力來夯實(shí)填土，適用于小面積填土的壓實(shí)。夯實(shí)機(jī)械有夯錘、內(nèi)燃夯土機(jī)和蛙式打夯機(jī)等，以及利用挖土機(jī)或起重機(jī)裝上夯板后的夯土機(jī)等。其中蛙式打夯機(jī)輕巧靈活、構(gòu)造簡單，在小型土方工程中應(yīng)用最廣。窮實(shí)法的優(yōu)點(diǎn)是、可以夯實(shí)較厚的土層，如重錘夯其夯實(shí)厚度可達(dá)1～1.5m，強(qiáng)力夯可對深層土壤夯實(shí)。但對木夯、石或蛙式打夯機(jī)等機(jī)具，其夯實(shí)厚度則較小，一般均在20cm以內(nèi)。（3）振動(dòng)法是將重錘放在土層的表面或內(nèi)部，借助于振動(dòng)設(shè)備使重錘振動(dòng)，土壤顆粒即發(fā)生相對位移達(dá)到緊密狀態(tài)。此法用于振實(shí)非黏性土壤效果較好。1.4.2填土壓實(shí)的影響因素

填土壓實(shí)的主要影響因素為壓實(shí)功、土的含水量以及每層鋪土厚度。

1.壓實(shí)功的影響

填土壓實(shí)后的密度與壓實(shí)機(jī)械在其上所施加功的關(guān)系如圖1.20所示。當(dāng)土的含水量一定，在開始?jí)簩?shí)時(shí)，土的重度急劇增加，待到接近土的最大重度時(shí)，壓實(shí)功雖然增加許多，而土的重度則沒有變化。實(shí)際施工中，對不同的土應(yīng)根據(jù)選擇的壓實(shí)機(jī)械和密實(shí)度要求選擇合理的壓實(shí)遍數(shù)。此外，松土不宜用重型碾壓機(jī)械直接滾壓，否則土層有強(qiáng)烈起伏現(xiàn)象，效率不高。如果先用輕碾，再用重碾壓實(shí)就會(huì)取得較好效果。圖1.20土的密度與壓實(shí)功關(guān)系示意圖1.4.2填土壓實(shí)的影響因素

2.含水量的影響

填土含水量的大小直接影響碾壓(或夯實(shí))遍數(shù)和質(zhì)量。較為干燥的土，由于摩阻力較大，而不易壓實(shí)；當(dāng)土具有適當(dāng)含水量時(shí)，土的顆粒之間因水的潤滑作用使摩阻力減小，在同樣壓實(shí)功作用下，得到最大的密實(shí)度，這時(shí)土的含水量稱做最佳含水量，如圖1.21所示。各種土的最佳含水量和最大干密度見表1.17所示。圖1.21土的干密度與含水量關(guān)系1.4.2填土壓實(shí)的影響因素

3.鋪土厚度的影響在壓實(shí)功作用下，土中的應(yīng)力隨深度增加而逐漸減小如圖1.22所示，其壓實(shí)作用也隨土層深度的增加而逐漸減小。各種壓實(shí)機(jī)械的壓實(shí)影響深度與土的性質(zhì)和含水量等因素有關(guān)。對于重要填方工程，其達(dá)到規(guī)定密實(shí)度所需的壓實(shí)遍數(shù)、鋪土厚度等應(yīng)根據(jù)土質(zhì)和壓實(shí)機(jī)械在施工現(xiàn)場的壓實(shí)試驗(yàn)決定。若無試驗(yàn)依據(jù)應(yīng)符合表1.18的規(guī)定。圖1.22壓實(shí)作用沿深度的變化

1.4.3填土質(zhì)量檢查

填土壓實(shí)后必須要達(dá)到密實(shí)度要求，填土密實(shí)度以設(shè)計(jì)規(guī)定的控制干密度ρd(或規(guī)定的壓實(shí)系數(shù))作為檢查標(biāo)準(zhǔn)。土的控制干密度與最大干密度之比稱為壓實(shí)系數(shù)。土的最大干密度乘以規(guī)范規(guī)定或設(shè)計(jì)要求的壓實(shí)系數(shù)，即可計(jì)算出填土控制干密度ρd的值。土的實(shí)際干密度可用“環(huán)刀法”測定。填方施工結(jié)束后，應(yīng)檢查標(biāo)高、邊坡坡度、壓實(shí)程度等，檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合表1.19的規(guī)定。表1.19填土工程質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

項(xiàng)目序號(hào)檢查項(xiàng)目允許偏差或允許值(mm)檢查方法樁基基坑基槽場地平整管溝地(路)面基礎(chǔ)層人工機(jī)械主控項(xiàng)目1標(biāo)高-50±30±50-50-50水準(zhǔn)儀2分層壓實(shí)系數(shù)設(shè)計(jì)要求按規(guī)定方法一般項(xiàng)目1回填土料設(shè)計(jì)要求取樣檢查或直觀鑒別2分層厚度及含水量設(shè)計(jì)要求水準(zhǔn)儀及抽樣檢查3表面平整度2020302020用靠尺或水準(zhǔn)儀Part04土方機(jī)械化施工1.5.1常用土方施工機(jī)械

1.推土機(jī)

推土機(jī)，按鏟刀的操縱機(jī)構(gòu)不同可分為索式和液壓式（圖1.23）兩種。推土機(jī)能獨(dú)立挖土、運(yùn)土和卸土，具有操作靈活、運(yùn)轉(zhuǎn)方便、占工作面較小、行駛速度較快等特點(diǎn)，適用于場地清理平整、開挖深度不大的基坑（槽）及填土作業(yè)等。它還能牽引其他