土方工程（建筑施工技術(shù)課件）

土方工程概述土方工程在建筑施工技術(shù)中的地位土方工程的知識構(gòu)架土的工程分類土的物理性質(zhì)土方工程在建筑施工技術(shù)中的地位土方工程是整個(gè)建設(shè)工程施工過程中的第一道工序，也是最關(guān)鍵的基礎(chǔ)工作如圖：建筑構(gòu)造和施工技術(shù)

土方工程在建筑施工技術(shù)中的地位土方工程的知識構(gòu)架土方工程的知識構(gòu)架01隨著建筑設(shè)計(jì)的日趨復(fù)雜，土方工程規(guī)模也不斷擴(kuò)大，其重要性也越來越明顯。02常見的土方工程有土方量計(jì)算與調(diào)配、基坑（槽）開挖、地坪填土、路基填筑和基坑回填土，以及排水、降水、土壁支護(hù)等輔助工程。其知識架構(gòu)見下圖。土方機(jī)械化施工土方工程基坑開挖土方量計(jì)算與調(diào)配土的工程性質(zhì)土的分類豎向規(guī)劃設(shè)計(jì)土方量的計(jì)算土方調(diào)配土壁支護(hù)土方的填實(shí)與壓實(shí)土方機(jī)械基坑降水土方邊坡及穩(wěn)定概述土方工程的知識結(jié)構(gòu)圖土的工程分類按開挖的難易可將土分為八類：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)硬石。土的類型不同，開挖方式不同。如松土和普通土可直接用鐵鍬、鏟運(yùn)機(jī)等開挖；堅(jiān)土要用鎬、撬棍開挖，巖石一般要用爆破方法施工。見圖和分類表。土的工程分類02攝圖網(wǎng)攝圖網(wǎng)給你創(chuàng)意和靈感攝圖網(wǎng)給你創(chuàng)意和靈感攝圖網(wǎng)給你創(chuàng)意和靈感攝圖網(wǎng)給你創(chuàng)意和靈感八種類型的土（前四種）左上：松軟土；左下：堅(jiān)土上：普通土下：砂礫堅(jiān)土02攝圖網(wǎng)攝圖網(wǎng)給你創(chuàng)意和靈感攝圖網(wǎng)給你創(chuàng)意和靈感攝圖網(wǎng)給你創(chuàng)意和靈感攝圖網(wǎng)給你創(chuàng)意和靈感八種類型的土（后四種）次堅(jiān)石（石巖）下：特堅(jiān)石左上：軟石（頁巖）；左下：堅(jiān)石（大理巖）

土的工程分類及其鑒別方法土的物理性質(zhì)

土的物理性質(zhì)——1.土的密度一般土中含有水、氣成分（示意圖）m——土體的質(zhì)量；V——土的天然體積。土的天然密度影響土的承載能力、土壓力及邊坡的穩(wěn)定

土的物理性質(zhì)——1.土的密度一般土中含有水、氣成分（示意圖）????——土中固體顆粒的質(zhì)量

V——土的天然體積工程上常把干密度作為檢驗(yàn)填土壓實(shí)質(zhì)量的控制指標(biāo)。土的含水量ω是土中所含的水與土的固體顆粒間的質(zhì)量比，以百分?jǐn)?shù)表示：

土的物理性質(zhì)——2.土的含水量式中:

mω——土中水的質(zhì)量，kg；

ms——固體顆粒的質(zhì)量，kg。土的含水量反映土的干濕程度。它對挖土的難易、土方邊坡的穩(wěn)定性及填土壓實(shí)等均有直接影響。

土的物理性質(zhì)——2.土的含水量tumu最佳含水量是指在一定的壓實(shí)（或擊實(shí)、或夯實(shí)）作用下，能使填土達(dá)到最大干密度（干容量）時(shí)相應(yīng)的含水率。土的含水量與干密度土的物理性質(zhì)——2.土的含水量最佳含水量與最大干密度的關(guān)系式中:

mω——土中水的質(zhì)量，kg；

ms——固體顆粒的質(zhì)量，kg。土的含水量反映土的干濕程度。它對挖土的難易、土方邊坡的穩(wěn)定性及填土壓實(shí)等均有直接影響。

土的物理性質(zhì)——2.土的含水量概念：自然狀態(tài)下的土，經(jīng)過開挖后體積因松散而增大，后雖經(jīng)回填壓實(shí)，仍不能恢復(fù)原來體積的性質(zhì)。3.土的可松性土的物理性質(zhì)——3.土的可松性

表示方法：土的物理性質(zhì)——3.土的可松性

土的可松性系數(shù)1.28~1.301.45~1.50六類土1.04~1.071.24~1.30三類土1.10~1.301.30~1.50五類土1.02~1.051.14~1.24二類土1.06~1.201.26~1.451.01~1.031.08~1.17一類土

土的類別

土的類別四類土土的物理性質(zhì)4.土的滲透系數(shù)滲透系數(shù)K反映土透水性的強(qiáng)弱，它同土的顆粒級配、密實(shí)程度等有關(guān)。滲透系數(shù)K由達(dá)西定律計(jì)算：V=KiV和Ｋ分別是水的滲流速度和水在土中的滲透系數(shù)，單位都是m/d或m/h。i是水力坡度。滲透系數(shù)Ｋ的物理意義是當(dāng)水力坡度i等于1時(shí)的滲流速度。各類土壤的滲透系數(shù)見表。土的物理性質(zhì)——4.土的滲透系數(shù)土壤滲透系數(shù)土方工程量計(jì)算基坑與基槽土方量計(jì)算場地平整１.基坑與基槽土方量計(jì)算本講主要內(nèi)容：a.基坑b.基槽c.場地平整２.場地平整基坑與基槽土方量計(jì)算

基坑與基槽土方量計(jì)算式中：H——基坑深度，m；A1、A2——基坑上、下底的面積，m2；A0—基坑中截面的面積，m2?；油练搅坑?jì)算圖

基坑與基槽土方量計(jì)算式中：V1——第一段的土方量，m3；L1——第一段的長度，m?；弁练搅坑?jì)算圖

場地平整jianzu場地平整是將自然地面改造成人們所要求的平面。有兩個(gè)內(nèi)容：（１）場地設(shè)計(jì)標(biāo)高的確定（２）計(jì)算土方工程的方法場地平整場地設(shè)計(jì)標(biāo)高計(jì)算圖

場地設(shè)計(jì)標(biāo)高的確定——（１）計(jì)算場地設(shè)計(jì)標(biāo)高

場地設(shè)計(jì)標(biāo)高的確定——（１）計(jì)算場地設(shè)計(jì)標(biāo)高

場地設(shè)計(jì)標(biāo)高的確定——（１）計(jì)算場地設(shè)計(jì)標(biāo)高式中：n—方格網(wǎng)數(shù)（個(gè)）；

H1—一個(gè)方格共有的角點(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）。場地設(shè)計(jì)標(biāo)高的確定（２）調(diào)整設(shè)計(jì)標(biāo)高根據(jù)土的可松性、借土或棄土進(jìn)行調(diào)整：

場地設(shè)計(jì)標(biāo)高的確定——（２）調(diào)整設(shè)計(jì)標(biāo)高單向排水時(shí)，任意點(diǎn)設(shè)計(jì)標(biāo)高為

場地設(shè)計(jì)標(biāo)高的確定——（３）根據(jù)泄水坡度調(diào)整各角點(diǎn)設(shè)計(jì)標(biāo)高

Hn

=H0

L?

i

雙向排水時(shí)，任意點(diǎn)點(diǎn)設(shè)計(jì)標(biāo)高為：

Hn

=H0

Lxix

LyiyLyLxixiyH0LHnH0H0iHn場地設(shè)計(jì)標(biāo)高的確定——（３）根據(jù)泄水坡度調(diào)整各角點(diǎn)設(shè)計(jì)標(biāo)高方格網(wǎng)各角點(diǎn)的施工高度＝

設(shè)計(jì)地面標(biāo)高－自然地面標(biāo)高計(jì)算結(jié)果挖方為（－），填方為（＋）并在相應(yīng)角點(diǎn)處標(biāo)注

計(jì)算土方工程的方法——（１）計(jì)算方格網(wǎng)各角點(diǎn)施工高度計(jì)算土方工程的方法（２）計(jì)算各方格網(wǎng)“零線”“零線”即為方格內(nèi)挖、填方的分界線計(jì)算土方工程的方法——（３）計(jì)算各方格土方工程量按方格體積計(jì)算公式計(jì)算每個(gè)方格內(nèi)的挖方或填方量。計(jì)算土方工程的方法（４）邊坡土方量計(jì)算為保證土方施工安全，土方工程挖、填方邊緣均應(yīng)做成一定的坡度，即為放坡，放坡系數(shù)一般用m表示計(jì)算土方工程的方法（４）邊坡土方量計(jì)算邊坡土方量計(jì)算常用的圖算法不在這里介紹。（a）（b）（c）（d）土方邊坡（a）直線邊坡；（b）不同土層折線邊坡；（c）不同深度折線邊坡；（d）臺階形邊坡土方邊坡與土壁支撐土方邊坡土壁支撐支撐方法土方邊坡土體的穩(wěn)定條件是：在土體的重力及外部荷載作用下所產(chǎn)生的剪應(yīng)力小于土體的抗剪強(qiáng)度。確定邊坡大小的因素（主要6個(gè)方面）：土質(zhì)、開挖深度、開挖方法、留置時(shí)間、排水情況、坡上荷載（動、靜、無）土方邊坡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，即土方邊坡坡度=h/b=1/(b/h)=1∶m式中：m=b/h,稱為邊坡系數(shù)。土方邊坡土方邊坡——土方邊坡的形式見圖（a）（b）（c）（d）土方邊坡：（a）直線邊坡；（b）不同土層折線邊坡；（c）不同深度折線邊坡；（d）臺階形邊坡土壁支撐土壁的穩(wěn)定，主要是由土體內(nèi)摩阻力和粘結(jié)力來保持平衡的。一旦土體失去平衡，土壁就會塌方。這不僅會造成人身事故，同時(shí)亦會妨礙基坑的開挖或基礎(chǔ)施工，有時(shí)還會危及附近的建筑物。土壁支撐（1）邊坡過陡，土體本身的穩(wěn)定性不夠。

（2）雨水、地下水滲入基坑，土體泡軟、重量增大及抗剪能力降低。

（3）基坑上邊緣附近大量堆土或停放機(jī)具、材料，或由于動荷載的作用，使土體中所產(chǎn)生的剪應(yīng)力超過土體的抗剪強(qiáng)度。土壁支撐——土壁塌方的原因（１）土壁做成有斜率的邊坡。（２）進(jìn)行臨時(shí)支撐以保持土壁的穩(wěn)定。土壁支撐——土壁塌方的原因堆土示意圖加支撐的邊坡1.水平擋土板2.豎愣木3.工具式橫撐當(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)，挖方邊坡可作成直立壁不加支撐，但深度H不宜超過規(guī)定要求。土壁支撐——邊坡做成直立壁不加支撐的條件密實(shí)、中密的砂土和碎石類土1.0m

硬塑、可塑的粉土及粉質(zhì)黏土1.25m

硬塑、可塑的黏土和碎石類土1.5m

堅(jiān)硬的黏土2m土壁支撐——邊坡做成直立壁不加支撐的條件不加支撐的邊坡支撐方法支撐方法——（１）橫撐式支撐（a）（b）（a）間斷式水平擋土板支撐；（b）垂直擋土板支撐開挖較窄的溝槽，多用橫撐式土壁支撐。注：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)螺栓支撐方法——（２）水泥土擋墻水泥土墻的一般構(gòu)造（a）水泥土墻剖面；1－攪拌樁；2－插筋；3－面板；水泥土擋墻按施工機(jī)具和方法不同，分為深層攪拌法、旋噴法和粉噴法。支撐方法——（２）水泥土擋墻水泥土墻的一般構(gòu)造（b）連續(xù)式勁性水泥土墻平面；（c）格柵式平面布置1－攪拌樁；2－插筋；3－面板；4－H型鋼；水泥土擋墻按施工機(jī)具和方法不同，分為深層攪拌法、旋噴法和粉噴法。41（c）支撐方法（３）錨著式支撐開挖寬度較大基坑時(shí)，如用橫撐會因自由度大而引起穩(wěn)定性差?？刹捎缅^著式支撐。支撐方法——（４）板樁支撐型鋼樁橫檔板支護(hù)1一型鋼樁；2一橫向擋土板；3－木楔型鋼樁橫擋板擋墻支撐方法鋼板樁擋墻注意：常用鋼板樁截面形式(a)一字形鋼板樁；(b)U形板樁(“拉森”板樁)（a）支撐方法——鋼板樁擋墻常用鋼板樁截面形式(a)一字形鋼板樁；(b)U形板樁(“拉森”板樁)（a）鋼板樁施工現(xiàn)場在地下分段開挖筑造墻體并使用特殊的接頭方法使之連接起來，最后成為一垛在地下起結(jié)構(gòu)或防滲作用的完整墻體。支撐方法——（５）地下連續(xù)墻適用于：坑深大，土質(zhì)差，地下水位高；鄰近有建（構(gòu)）筑物采用逆作法施工。支撐方法——（５）地下連續(xù)墻土方施工排水明排水法（集水井（坑）降水）井點(diǎn)降水為什么進(jìn)行排水？保證土體相對干燥→改善施工條件、保護(hù)地基土；防止基底沖潰破壞：

基坑下有承壓水時(shí)，應(yīng)降水減壓。土方施工排水土方施工排水降(排)水地表水：截(水溝)、(筑堤)堵、排等地下水集水井（坑）降水井點(diǎn)降水——人工降水/暗降明排明排水法（集水井（坑）降水）明排水法（集水井（坑）降水）明排水法(集水井降水法)是采用截、疏、抽的方法來進(jìn)行排水。即在開挖基坑時(shí)，沿坑底周圍或中央開挖排水溝，再在溝底設(shè)置集水井，使基坑內(nèi)的水經(jīng)排水溝流向集水井內(nèi)。然后用水泵抽出坑外，如圖所示。明排水法（集水井（坑）降水）分層明溝排水法如果基坑較深，可采用分層明溝排水法，如圖所示，一層一層地設(shè)置排水溝和集水井，逐步達(dá)到設(shè)計(jì)要求的基坑斷面和坑底標(biāo)高。

分層明溝排水法1.地秤排水溝；2.底層集水井；3.一二層排水溝4.一二層集水井；5.水泵；6.水位降低線條概念/現(xiàn)象：土顆粒在動水壓力作用下，隨著水一起流動的現(xiàn)象。形成流砂后，將使地面沉陷，邊坡坍塌，惡化施工條件，并可能產(chǎn)生嚴(yán)重的安全事故。原因：外因-動水壓力（地下水流動）；內(nèi)因-土質(zhì)（土顆粒組成中粘土少30%，粉砂土多70%；含水量大30%）。流砂現(xiàn)象流砂現(xiàn)象動水壓力：水在土中滲流時(shí)對土體的作用力。其大小與水頭差成正比，與滲流路徑成反比；方向與水流方向一致。井點(diǎn)降水概念：基坑開挖前，在基坑四周打入井點(diǎn)管，利用抽水設(shè)備抽水，使地下水位降低到基坑底部以下，至基礎(chǔ)施工、回填土施工完畢，才停止抽水。特點(diǎn)：降水效果好，從根本上避免了流砂現(xiàn)象的發(fā)生，但技術(shù)復(fù)雜，成本較高，對周圍環(huán)境影響大。井點(diǎn)降水井點(diǎn)降水輕型井點(diǎn)降水法全貌1.井點(diǎn)管；2.濾管；3.集水總管；4.彎聯(lián)管；5.水泵房；6.原地下水位線；7.降低后的地下水位線井點(diǎn)降水——1.井點(diǎn)類別井點(diǎn)的分類輕型井點(diǎn)管井點(diǎn)一般輕型井點(diǎn)噴射井點(diǎn)電滲井點(diǎn)一級輕型井點(diǎn)多級輕型井點(diǎn)管井井點(diǎn)深井井點(diǎn)輕型井點(diǎn)設(shè)備由抽水設(shè)備和管路系統(tǒng)組成。抽水設(shè)備由真空泵、離心泵和水氣分離器(又稱為集水箱）等組成。管路系統(tǒng)由濾管、井點(diǎn)管、彎聯(lián)管及總管等組成。（如圖見下頁）井點(diǎn)降水——2.輕型井點(diǎn)的組成井點(diǎn)降水輕型井點(diǎn)降水法全貌1.井點(diǎn)管；2.濾管；3.集水總管；4.彎聯(lián)管；5.水泵房；6.原地下水位線；7.降低后的地下水位線——2.輕型井點(diǎn)的組成（１）一般輕型井點(diǎn)可分為一級、多級輕型井點(diǎn)。一級輕型井點(diǎn)適用：滲透系數(shù)為k=0.1~50(m/d)，降水深度：3~6m。多級輕型井點(diǎn)適用：滲透系數(shù)為k=0.1~50(m/d)，降水深度：視井點(diǎn)級數(shù)而定。井點(diǎn)降水——2.輕型井點(diǎn)的組成井點(diǎn)降水濾管是長1.0-1.2m，外徑為38或51mm的無縫鋼管，管壁上鉆有星棋狀排列的濾孔。濾管外面包括2層孔徑不同的濾網(wǎng)。管壁與濾網(wǎng)之間用塑料管或鐵絲繞成螺旋形隔開，濾管外面再繞一層粗鐵絲保護(hù)。濾管下端為一鑄鐵頭。——（１）一般輕型井點(diǎn)濾管構(gòu)造圖：1－鋼管，2－濾孔，3－纏繞的輸料管，4－細(xì)濾網(wǎng)，5－粗濾網(wǎng)，6－粗鐵絲保護(hù)網(wǎng)，7-井點(diǎn)管，8-鑄鐵頭井點(diǎn)管用直徑38mm(或55mm）、長5-7m的無縫鋼管或焊接鋼管制成。下接濾管，上端通過彎聯(lián)管與總管相連。彎聯(lián)管一股采用橡膠軟管或透明塑料管。后者可以隨時(shí)觀察井點(diǎn)管出水情況。井點(diǎn)降水——（１）一般輕型井點(diǎn)噴射井點(diǎn)管分內(nèi)管和外管兩部分、內(nèi)管裝有噴射裝置與濾管相接。通過高壓水或氣從而將地下水抽出。噴射井點(diǎn)適用：滲透系數(shù)：k=0.1~50(m/d)降水深度：8~20m井點(diǎn)降水——（２）噴射井點(diǎn)井點(diǎn)降水——（２）噴射井點(diǎn)原理：井點(diǎn)管作負(fù)極，以打入的鋼筋作正極，通直流電，土顆粒自負(fù)極向正極移動，水則在正極向負(fù)極移動而被集中排出。電滲井點(diǎn)適用：滲透系數(shù)：K＜0.1(m/d)降水深度：視選用的井點(diǎn)而定井點(diǎn)降水——（３）電滲井點(diǎn)井點(diǎn)降水——（３）電滲井點(diǎn)注：1-井點(diǎn)管；2-電極；3-<60V的直流電流沿基坑每隔20~50米設(shè)置一個(gè)管井，每個(gè)管井單獨(dú)用一臺水泵抽水。井點(diǎn)降水——３.管井點(diǎn)管井井點(diǎn)管井井點(diǎn)適用：滲透系數(shù)：K=20~200(m/d)降水深度：3~5m深井泵如降水深度較大，可用特制的深井泵。深井泵適用：滲透系數(shù)：K=10~250(m/d)降水深度：＞15m井點(diǎn)降水——３.管井點(diǎn)注：管井點(diǎn)圖土方的填筑與壓實(shí)填土的要求土的壓實(shí)方法填土壓實(shí)的影響因素填土質(zhì)量檢查填土的要求填土的土料應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求含有大量有機(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；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；填土的要求填土的土料應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求填土應(yīng)按整個(gè)寬度水平分層進(jìn)行，當(dāng)填方位于傾斜的山坡時(shí)，應(yīng)將斜坡修筑成1∶2階梯形邊坡后施工，以免填土橫向移動，并盡量用同類土填筑。填土的要求填土的土料應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求一般碎石類土、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?；靥钍┕で埃罘絽^(qū)的積水采用明溝排水法排除，并清除雜物。填土的要求土的壓實(shí)方法填土的壓實(shí)方法一般有碾壓、夯實(shí)、振動壓實(shí)等幾種。碾壓法是靠沿填筑面滾動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。土的壓實(shí)方法填土的壓實(shí)方法一般有碾壓、夯實(shí)、振動壓實(shí)等幾種。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。土的壓實(shí)方法土的壓實(shí)方法（a）兩輪兩軸式（b）三輪兩軸式（c）三輪三軸式1－機(jī)身；2－碾輪鋼輪壓路機(jī)碾輪與軸數(shù)簡圖YL－9/16型自行式輪胎碾土的壓實(shí)方法YT-2.5型羊腳碾外形圖土的壓實(shí)方法YT-3.5型雙筒羊腳碾外形圖H8-25A型蛙式夯實(shí)機(jī)填土壓實(shí)的影響因素填土壓實(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)系見。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