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本章重点：
流砂防治方法、轻型井点系统设计方法、影响填方压实效果的主要因素分析及选用。集水井降水法（或明排水法）及轻型井点系统的构造、轻型井点管的埋设与使用技术、填土压实方法、推土机高效使用方法、挖土机工作特点。
第一章 土方工程
本章主要内容：
1.1 基坑降水
1.2 基坑支护
1.3 填土压实
1.4 土方工程的机械化施工
1.5 土方量计算及调配
1.6 土方工程施工质量要求要点与安全注意事项
一、集水井降水法（或明排水法）
1.集水井降水构造做法如图1-1所示。
第一章 土方工程
图1-1 集水井降水法
1——排水沟 2——集水井 3——水泵
3
2. 流砂成因
第一章 土方工程
图1-2 动水压力原理图
a）水在土中渗流时的力学现象
b）动水压力对对地基土的影响
图1-2中，由平衡条件：
γwh1F－γwh2F－TLF＝0
整理以后：
T＝－（h1－h2）/Lγw
式中 ，（h1－h2）/L为水头差(水位差)与渗流长度L之比，叫水力坡度，通常用I表示；
所以T＝Iγw。
由作用与反作用定律，水对土体的压力为GD=T=Iγw。
GD称为动水压力。
如果动水压力等于或大于土的浮容重γ'时，即：GD≥γ'时，则土粒处于悬浮状态，随渗流的水一起流动，这种现象叫“流砂”。
3.流砂的防治
当地下水在非粘性土渗流过程中，流砂现象很容易在细砂、粉砂中产生。粘性土颗粒之间具有内聚力，不容易形成流砂现象。流砂现象它可以把基坑四周和坑底的土掏空，引起地面开裂沉陷，板桩崩塌。
防治流砂的方法主要是从消除、减小或平衡动水压力入手，其具体做法有：
枯水期施工
打板桩
水下挖土
人工降低地下水位
设地下连续墙
抛大石块、抢速度施工
第一章 土方工程
三、轻型井点降水法
井点降水法的井点有管井井点（图1-3）、喷射井点（图1-4）、电渗井点（图1-5）和轻型井点（图1-6 ～图1-9）等 。
各井点适用范围见表1-1。
表1-1 各井点适用范围
第一章 土方工程
适用条件 降水井点型 渗透系数/ cm/s 可降低水位深度/m
一级轻型井点 1×10-7～2×10-4 3～6
喷射井点 1×10-7～2×10-4 8～20
电渗井点 ＜1×10-7 根据选定的井点确定
管井井点 ＞1×10-6 ＞10
1.轻型井点的布置
①平面布置：当基槽宽度小于6m，且降水深度不超过5m时可采用单排点（图1-10a），布置在地下水流的上游一侧；反之，则宜采用双排井点（图1-10b ）；当基坑面积较大时则应采用环形井点（图1-10c ）。
第一章 土方工程
图1-10 轻型井点的平面布置
a)单排井点 b)双排井点 c)环形井点
第一章 土方工程
图1-13 单排线状井点的布置图
a)平面布置 b)剖面布置
1—总管 2—井管 3—泵站
②剖面布置：轻型井点的降水深度，从理论上讲可达10.3m，但由于管路系统的水头损失，其实际的降水深度一般不宜超过6m（否则要用二级井点，如图1-11所示）。
井点管的埋置深度H≥H1＋h＋IL
式中 H1——井点管埋设面至坑底面的距离；
h——降低后的地下水位到基坑中心底面的距离，一般为0.5～1m；
I——地下水降落坡度，环形井点为1／10，单排井点为1／5（图1-12、图1-13）；
L——井点管至基坑中心的水平距离。
图1-12 环形井点的布置图
a)平面布置 (b)剖面布置
1—总管 2—井管 3—泵站
2.轻型井点的计算
①井点系统的涌水量计算：井点系统所需井点的数量，是根据其涌水量来确定的；而井点系统的涌水量，则是按水井理论进行计算。
根据地下水有无压力，水井分为无压井和承压井。当水井布置有具有潜水自由面的含水层中时，称为无压井；布置在承压含水层中时，称为承压井。当水井底部达到不透水层时称完整井；否则，称为非完整井。 4种井如图1-14所示。
水井的类型不同，其涌水量计算的方法亦不相同，如图1-15所示。
第一章 土方工程
对于无压完整井的环状井点系统，涌水量计算公式为：
Q＝1.366K（2H－S）S/（lgR－lg X0 ）
式中，K——土壤的渗透系数（m/d），最好通过现场扬水试 验确定，也可查表；
　 H——含水层厚度（m）；
R——抽水影响半径（m）；R=1.95S（HK）1/2
S——不利点的水位降落值（m）；
X0——环状井点系统的假想圆半径（m），X0=
F——环状井点系统所包围的面积。
对于无压非完整井，H0取代上式H 。 H0可查表1-2，当算得的H0大于实际含水层的厚度H时，则仍取H值。
第一章 土方工程
表1-2 有效带的深度H0值
S’/S’+l 0.2 0.3 0.5 0.8
H0 1.3(S’+l) 1.5(S’+l) 1.7(S’+l) 1.85(S’+l)
注：S′为井点管中水位降落值；l为滤管长度。
②确定井管数量及井距
单根井管的最大出水量为：q＝65πdlK1/3 式中 d——滤管直径；
l——滤管长度；
K——渗透系数（m／d）。
井点最少数量：n=1.1Q/q
井点管最大间距：D＝L1/n
式中 L1——总管长度（m）；
1.1——考虑井点堵塞等因素的井点管备用系数。
求出的管距应大于15d，小于2m，并应与总管接头的间距(0.8m或1.2m)相吻合（并由此反求n）。
第一章 土方工程
③抽水设备的选择
抽水设备型号与总管长度对应。
真空泵的最低真空度：hK=10（h+Δh）（kPa） 式中 h——降水深度(m)，近似取集水总管至滤管的深度；
Δh——水头损失值(m)，包括进入滤管的水头损失、管路阻力及漏气损失等，近似取1~1.5m；
水泵流量Q1=1.1Q
水泵最小吸水扬程hS=（h+Δh）（m）
第一章 土方工程
3.井点管的埋设与使用
轻型井点的安装程序：总管→井点管→弯联管把井点总管联接→抽水设备。井水管的埋设：冲水管冲孔、钻孔、水冲法及振动水冲法。
轻型井点使用时，一般应连续抽水（特别是开始阶段）。正常的出水规律是“先大后小，先混后清”。真空度是判断井点系统工作情况是否良好的尺度。在抽水过程中，还应检查有无堵塞“死井”（工作正常的井管，用手触摸时，应有冬暖夏凉的感觉，或从弯联管上的透明阀门）观察，如死井太多，严重影响降水效果时，应逐个用高压水冲洗或拔出重埋。为观察地下水位的变化，可在影响半径内设观察孔。
第一章 土方工程
4.轻型井点系统设计举例
某工程设备基础施工基坑底宽10m，长15m，深4.1m，边坡坡度为1:0.5（图1-16）。经地质钻探查明，在靠近天然地面处有厚0.5m的粘土层，此土层下面为厚7.4m的极细砂层，再下面又是不透水的粘土层，现决定用一套轻型井点设备进行人工降低地下水位，然后开挖土方，试对该井点系统进行设计。
第一章 土方工程
图1-16 某设备基础开挖前的井点
平面图
断面图
解：①井点系统布置
该基坑底尺寸为10m×15m，边坡为1:0.5，表层为0.5米厚粘土，所以为使总管接近地下水位，可先挖出0.4m，在+5.20m处布置井点系统，则布置井点系统处（上口）的基坑尺寸为13.7m×18.7m；考虑井管距基坑边1m，则井点管所围成的平面面积为15.7m×20.7m，故按环形井点布置。
H’≥H1+h+IL=(5.2－1.5)+0.5+1/10×15.6/2=4.99m
令井点管6m长，且外露于埋设面0.2m实际埋深6.00－0.2=5.8m；故采用一级井点系统即可。
基坑中心降水深度S=(5.0－1.5)+0.5=4.0m，。
再令滤管长度为1.2m，则滤管底口标高为－1.80m，距不透水的粘土层（－2.30m处）0.5m，故此井点系统为无压非完整井。
井点管中水位降落值S′=5.8m－(5.20－5.0)m=5.6m。l=1.2m。
S′/（S′+l）=5.6/（5.6+1.2）=0.82，则 H0=1.85(S’+l)=1.85×(5.6+1.2)m=12.58m，
而含水层厚度H=5.0m－(－2.3)m=7.3m< H0，
故H0=H=7.3m（无压非完整井按完整井计算）。
R=1.95S（HK）1/2=1.95×4.0×（7.3×30）1/2m=115m〉15.7/2；且井点管所围成的矩形长宽比20.7/15.7〈5。所以不必分块布置。
第一章 土方工程
②涌水量计算
按扬水试验测得该细砂层的渗透系数K＝30m/d。
x0=（15.7×20.7/π）1/2m=10.17m
Q=1.366×30×（2×7.3－4）4/（lg115－lg10.17）m3/d=1592 m3/d
③计算井点管数量和间距
取井点管直径为φ38mm，则单根出水量
q=65π×0.038×1.2×301/3m3/d=28.9m3/d
所以井点管的计算数量
n=1.11592/28.9根=61根
则井点管的平均间距
D=（15.7+20.7）×2/61m=1.19m，取D=1.2m。
实际布置：
长边：20.7/1.2+1=19根（实长21.6m）；
短边：15.7/1.2=13根（实长15.6m）
第一章 土方工程
④抽水设备选用
总管长度为74.4m，所以选一台W5型干式真空泵（或井点管总数为64根，选一台QJD－90型射流泵。
最低真空度为：
hK=10×(6+1.2)kPa=72kPa
水泵所需流量： Q1=1.1Q=1.1×1649.5m3/d=1814.45m3/d
水泵的吸水扬程：
Hs≥6.0m+1.2m=7.2m
根据Q1、Hs可查表（如《建筑施工手册》中）确定离心泵型号。
第一章 土方工程
1.2 基坑支护
一、导致基坑工程事故的主要原因
（1）设计理论不完善。许多计算方法尚处于半经验阶段，理论计算结果尚不能很好反映工程实际情况。
（2）设计者概念不清、方案不当、计算漏项或错误。
（3）设计、施工人员经验不足。实践表明，工程经验在决定基坑支护设计方案和确保施工安全中起着举足轻重的作用。
二、基坑支护结构的分类
(1)桩、墙式支护结构
(2)实体重力式支护结构
第一章 土方工程
挡土结构类型
支撑结构常用形式
支灌注桩顶部圈梁的设置
①—顶部圈梁；②—灌注桩；③—灌注桩竖向钢筋
腰梁的设置
1—灌注桩竖向钢筋；2—拉吊筋；3—腰梁；4—环形钢板；5—小牛腿；6—支撑；7—顶部圈梁；8—钢板；9—拉吊筋；10—混凝土支撑主筋；11—钢腰梁；12—钢牛腿；13—支撑；14—型钢柱挡土结构
锚杆TK式履带钻机
1.2 填土压实
一、填方土料一般要求
碎石类土、砂土和爆破石渣（粒径不大于每层铺厚的2/3）可用于表层下的填料；
含水量符合压实要求的粘性土，可用作各层填料；
碎块草皮和有机质含量大于8%的土，仅用于无压实要求的填方；
淤泥和淤泥质土一般不能用作填料，但在软土或沼泽地区，经过处理使含水量符合压实要求后，可用于填方中的次要部位；
有水溶性硫酸盐大于5%的土，不能用作回填土，在地下水作用下，硫酸盐会逐渐溶解流失，形成孔洞，影响土的密实性。
冻土、膨胀性土等不应作为填方土料。
第一章 土方工程
二、填土的压实方法
填土的压实方法一般有碾压(包括振动碾压) 、夯实、振动压实等几种 ，相应机械如图1-17～图1-20所示。
第一章 土方工程
图1-17 碾压机
a）自行式平碾 b）拖式羊脚碾
第一章 土方工程
图1-18 夯实机械
a）蛙式打夯机 b）内燃打夯机
图1-19 内燃夯土机
图1-20 平板振动机
第一章 土方工程
图1-21 土的干密度与含水量的关系
三、影响填土压实效果的主要因素
影响填土压实效果的主要因素包括：含水量、压实功、虚铺厚度。含水量、压实功影响如图1-21、图1-22所示。
图1-22 土的密度与压实功的关系
铺土过厚，下部土体不能被压实； 铺土过薄，压实功浪费。
第一章 土方工程
图1-23 推土机
1.3 土方工程机械化施工
一、推土机（图1-23）高效施工方法
1.下坡堆土；2.并列推土；3.槽形推土；4.多铲集运
第一章 土方工程
二、正铲挖土机工作特点
图1-24 正铲挖土机作业方式
a)正向挖土、侧向卸土 b)正向挖土、后方卸土 1—正铲挖土机 2—自卸汽车
正铲挖土机挖土和卸土时有两种方式 ，如图1-24。
第一章 土方工程
三、反铲挖土机工作特点
图1-25 反铲挖土机作业方式
a）沟端开挖 b）沟侧开挖
1—反铲挖土机 2—自卸汽车 3—弃土堆
反铲挖土机作业方式有两种，如图1-25。
第一章 土方工程
图1-26 拉铲挖土机作业方式
a）沟侧开行 b）沟端开行
四、拉铲挖土机工作特点
拉铲挖土机开行方式有沟端开行和沟侧开行两种，如图1-26所示。
第一章 土方工程
图1-27 抓铲挖土机
五、抓铲挖土机工作特点
抓铲直上直下，如图1-27。
第一章 土方工程
1.5 土方量计算及调配
第一章 土方工程
1.5 土方量计算及调配
第一章 土方工程
1.5 土方量计算及调配
一、土方工程施工质量验收一般规定
土方工程施工前应进行挖，填方的平衡计算，综合考虑土方运距最短、运程合理和各个工程项目的合理施工程序等，做好土方平衡调配，减少重复挖运。
土方平衡调配应尽可能与城市规划和农田水利相结合将余土一次性运到指定弃土场，做到文明施工。
当土方工程挖方较深时，施工单位应采取措施，防止基坑底部土的隆起并避免危害周边环境。
在挖方前，应做好地面排水和降低地下水位工作。
平整场地的表面坡度应符合设计要求，如设计无要求时，排水沟方向的坡度不应小于2‰。平整合的场地表面应逐点检查。检查点每100~400m2取1点，但不应少于10点；长度、宽度和边坡均为每20m取1点，每边不应少于1点。
土方工程施工，应经常测量和较核其平面位置、水平标高和边坡坡度。平面控制桩和水准控制点应采取可靠的保护措施，定期复测和检查。土方不应堆在基坑边缘。
对雨季和冬季施工还应遵守国家现行有关标准。
第一章 土方工程
1.4 土方工程施工质量验收与安全技术
第一章 土方工程
二、临时性挖方边坡坡度值
如表1-3。
表1-3 临时性挖方边坡坡度值
土的类别 边坡坡度值（高：宽）
砂土（不包括细砂、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
软 1：1.50或更缓
碎石类土 充填坚硬、硬塑粘性土 1：0.50~1：1.00
充填砂土 1：0.50~1：1.50
注： 1）设计有要求时，应符合设计标准。
2）如采用降水或其他加固措施，可以受本表限制，但应计算复核。
3）开挖深度，对软土不应超过4m，对硬土不应超过8m。
三、土方回填施工质量验收
土方回填前应清除基底的垃极、树根等杂物，抽除坑穴积水、淤泥，验收基底标高。如在耕植土或松土上填方，应在基底压实后再进行。
对填方土料应按设计要求验收后方可填入。
填方施工过程中检查排水措施，每层填筑厚度、含水量控制、压实程度。填筑悲观度及压实遍数应根据土质，压实系数及所用机具确定。如无试验依据，应符合表1-4的规定。
第一章 土方工程
表1-4 不同压实机械分层填土虚铺厚度及压实遍数
压实机具 分层厚度/mm 每层压实遍数
平碾 250~300 6~8
振动压实机 250~350 3~4
柴油打夯机 200~250 3~4
人工打夯 <200 3~4
填方施工结束后，应检查标高、边坡坡度、压实程度，检验标准应符合表1-5的规定。
第一章 土方工程
表1-5 填土工程质量检验标准（单位：mm）
项 序 检查项目 允许偏差或允许值 检查方法
桩基基坑基槽 场地平整 管沟 地（路）面基础层 人工 机械 主控项目 1 标高 －50 ±30 ±50 －50 －50 水准仪
2 分层压实系数 设计要求 按规定方法
一般项目 1 回填土料 设计要求 取样检查或直观鉴别
2 分层厚度及含水量 设计要求 水准仪及抽样检查
3 表面平整度 20 20 30 20 20 用靠尺或水准仪
四、土方工程施工安全技术
要防止土方边坡塌方。
边坡支护结构要经常检查，如有松动、变形、裂纹等现象，要及时加固或更换。
多层支护拆除要自上而下进行，随拆随填。
钢筋混凝土桩支护要在桩身混凝土达一定强度后开挖土方。开挖土方不要伤及支护桩。锚杆应验证其抗拔力后方可受力。
相临土方开挖要先深后浅，并及时作好基础。
上下坑沟应先挖好阶梯或设木梯，不应踩踏土壁或支护上下。
挖土机工作范围内不进行其他工作，并至少留0.3m深不挖，而由人工挖至设计标高。
第一章 土方工程
本章小结
1. 当动水压力大于或等于土的浮容重时发生流砂。流砂现象容易在细砂、粉砂中产生。防治流砂的方法主要是从消除、减小或平衡动水压力入手，其具体做法有：枯水期施工、打板桩、水下挖土、人工降低地下水位、设地下连续墙、抛大石块并抢速度施工。
2. 轻型井点系统设计包括轻型井点的布置和计算。轻型井点的布置包括平面布置、高程布置。成熟的轻型井点计算理论是环形轻型井点系统的计算，计算包括井点系统的涌水量计算、井管数量及井距计算、抽水设备参数计算。
3. 影响土壤压实效果的因素主要有含水量、压实功、铺土厚度。含水量、压 实功对土壤压实效果的影响规律，各为一条曲线。铺土厚度过厚，下部土不能压实；过薄，浪费压实功。所以，各影响因素有一个适中值。
4. 集水井降水法（或明排水法）、轻型井点系统的构造，见相应的构造图。
第一章 土方工程
本章小结
5. 轻型井点管的埋设顺序是：总管→井点管→弯联管→抽水设备。轻型井点管的埋设采用冲水管冲孔（包括带套管的水冲法、振动水冲法）、钻孔等方法。正常的出水规律是“先大后小，先混后清”、 细水长流。真空度不足多因漏气。“死井”可以感觉，或观察；采取高压水冲洗或拔出重埋等方法处理。可以设观察井观察地下水位。
6. 填土压实方法有碾压(包括振动碾压)、夯实、振动压实等3种。
7. 推土机高效使用方法有下坡堆土、并列推土、槽形推土、多铲集运。
8. 正铲挖土机的特点是前进向上，强制切土，用于开挖停机平面以上的土，需设置进出口通道。反铲挖土机的特点是后退向下，强制切土，用于开挖停机平面以下的土，不需设置进出口通道。拉铲挖土机的特点是开挖深度和宽度均较大，可由起重机改装，可开挖水下土。抓铲挖土机的特点是铲刀直上直下，用于窄、深基坑和水中挖土。
9.井点种类有管井井点、喷射井点、电渗井点、轻型井点，根据渗透系数、可降低水位深度选用。
第一章 土方工程
第一章 土方工程
图1-3 管井井点
a）钢管管井 b）混凝土管管井
1—沉砂管 2—钢筋焊接骨架 3—滤网 4—管身 5—吸水管 6—离心泵 7—小砾石过滤层 8—粘土封口 9—混凝土实管 10—混凝土过滤管 11—潜水泵 12—出水管
第一章 土方工程
图1-4 喷射井点设备及平面布置简图
1—喷射井管 2—滤管 3—进水总管 4—排水总管 5—高压水泵 6—水池 7—水泵 8—内管 9—外管 10—喷嘴 11—混合室 12—扩散管 13—压力表
第一章 土方工程
图1-5 电渗井点布置示意
1—阳极 2—阴极 3—用扁钢、螺栓或电线将阴极连通 4—用钢筋或电线将阳极连通 5—阳极与发电机连接电线 6—阴极与发电机连接电线 7—直流发电机（或直流电焊机）8—水泵 9—基坑 10—原有水位线 11—降水后的水位线
第一章 土方工程
图1-6 轻型井点降低地下水位全貌图
1—井点管 2—滤管 3—总管 4—弯联管 5—水泵房 6—原有地下水位线 7—降低后地下水位线
第一章 土方工程
图1-7 滤管构造
1—钢管 2—管壁上小孔 3—缠绕的铁丝 4—细滤网 5—粗滤网 6—粗铁丝保护网 7—井点管 8—铸铁头
第一章 土方工程
图1-8 真空泵轻型井点抽水设备工作简图
1—井点管 2—弯联管 3—总管 4—过滤管 5—过滤网 6—水气分离器 7—浮筒 8—挡水布 9—阀门 10—真空表 11—水位计 12—副水气分离器 13—真空泵 14—离心泵 15—压力箱 16—出水管 17—冷却泵 18—冷却水管 19—冷却水箱 20—压力表 21—真空调节阀
第一章 土方工程
图1-9 射流泵轻型井点设备工作简图
1—离心泵 2—射流器 3—进水管 4—总管 5—井点管 6—循环水箱 7—隔板 8—泄水口 9—真空表 10—压力表 11—喷嘴 12—喷嘴 13—喉管
第一章 土方工程
图1-11 二级轻型井点
1—第一级井点管 2—第二级井点管
第一章 土方工程
图1-14 水井种类
a)无压完整井 b)无压非完整井 c)承压完整井 d)承压非完整井
图1-15 环形井点涌水量计算简图
a）无压完整井 b）无压非完整井
第一章 土方工程

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