资源简介

(共129张PPT)
第1章 土方工程
1.1 概述
1.2 土方工程量计算与调配
1.3 土方开挖
1.4 土方边坡与土壁支护
1.5 土方开挖机械
1.6 土方填筑与压实
返回
1.1 概述
1.1.1土的工程分类
土的种类繁多，其分类方法各异。土方工程施工中，按开挖的难易程度将土分为八类，见表1-1，其中一至四类为土，五至八类为岩石，要依据土的工程类别，选择施工挖土机械，套用建筑安装工程劳动定额。
1.1.2土的工程性质
1.天然含水量
土的含水量ω是土中水的质量与固体颗粒质量之比的百分率，即
下一页
返回
1.1 概述
2.天然密度和干密度
土在天然状态下单位体积的质量，称为土的天然密度。土的天然密度用ρ表示:
单位体积中土的固体颗粒的质量称为土的干密度，土的干密度用ρd，表示:
上一页
下一页
返回
1.1 概述
土的干密度越大，表示土越密实。工程土常把土的干密度作为评定土体密实程度的标准，用以控制填土工程的压实质量。土的干密度ρd ，与土的天然密度ρ之间有如下关系:
即
3.可松性
土的可松性即白然状态下的土经开挖后，其体积因松散而增大，以后虽经回填压实，仍不能恢复其原来的体积。土的可松性程度用可松性系数表示，即
上一页
下一页
返回
1.1 概述
土的可松性对确定场地设计标高、土方量的平衡调配，计算运土机具的数量和弃土坑的容积，以及计算填方所需的挖方体积等均有很大影响。各类土的可松性系数见表1-2。
4.渗透性
土的渗透性指水流通过土中孔隙的难易程度。水在单位时间内穿透土层的能力称为渗透系数，用K表示，单位为m/d。地下水在土中渗流速度一般可按达西定律计算，其公式如下:
上一页
下一页
返回
1.1 概述
从达西公式可以看出渗透系数的物理意义:当水力坡度i等于l时的渗透速度v即为渗透系数K，单位同样为m/d。K值的大小反映土体透水性的强弱，影响施工降水与排水的速度。土的渗透系数可以通过室内渗透试验或现场抽水试验测定，一般土的渗透系数K见表1-3。
上一页
返回
1.2 土方工程量计算与调配
1.2.1场地平整土方量计算
1.场地设计标高的确定
涉及较大面积的场地平整时，合理地确定场地的设计标高，对减少土方量和加快工程进度具有重要的经济意义。确定场地标高时，一般来说，应遵循以下原则:
(1)满足生产工艺和运输的要求;
(2)尽量利用地形分区或分台阶布置，分别确定不同的设计标高;
(3)场地内挖、填方平衡，土方运输量最少;
(4)要有一定的泄水坡度(≥2%)，使之能满足排水要求;
(5)要考虑最高洪水位的影响。
下一页
返回
1.2 土方工程量计算与调配
场地设计标高一般应在设计文件上予以规定。当设计文件对场地设计标高没有规定时可按下述步骤来确定:
(1)初步计算场地设计标高。初步计算场地设计标高的原则是使场地内挖、填方平衡，即场地内挖方总量等于填方总量。计算场地设计标高时，首先将场地的地形图根据要求的精度划分为10~40m的方格网，如图1-1(a)所示，然后求出各方格角点的地面标高。地形平坦时，可根据地形图上相邻两等高线的标高，用插入法求得;地形起伏较大或无地形图时，可在地面用木桩打好方格网，然后用仪器直接测出。
如图1-1(b)所示，按照场地内土方挖填方平衡的原则，场地设计标高可按下式计算:
上一页
下一页
返回
1.2 土方工程量计算与调配
H11为一个方格的角点标高，H12及H21为相邻两个方格的公共角点标高， H22为相邻的四个方格的公共角点标高。如果将所有方格的四个角点相加，则类似H11的角点标高加一次，类似H12,H21，的角点标高需加两次，类似H22的角点标高要加四次。如令H1为一个方格仅有的角点标高，H2为两个方格共有的角点标高，H3为三个方格共有的角点标高， H4为四个方格共有的角点标高，则场地设计标高H0的计算公式(1-9)可改写为下列形式:
上一页
下一页
返回
1.2 土方工程量计算与调配
(2)对场地设计标高进行调整。按上述公式计算出的场地设计标高H0仅为理论值，在实际运用中还需考虑以下因素进行调整:
1)土的可松性影响。由于土具有可松性，如仅按挖、填方平衡原则计算得到的场地设计标高进行施工，填土量必然多于挖土量，特别是当土的最后可松性系数较大时，多余的填土量更不容忽视。如图1-2所示，设△h为土的可松性引起的设计标高增加值，则设计标高调整后的总挖方体积V’w应为
总填方体积V’T应为
上一页
下一页
返回
1.2 土方工程量计算与调配
此时，填方区的标高也应与挖方区一样提高△h，即
移项整理简化得(当VT =Vw时):
故考虑土的可松性后，场地设计标高调整为
上一页
下一页
返回
1.2 土方工程量计算与调配
2)场地挖方和填方的影响。场地内大型基坑挖出的土方、修筑路堤填高的土方，以及经过经济比较而将部分挖方就近弃于场外或将部分填方就近从场外取土等做法均会引起挖、填土方量的变化。必要时，亦需调整设计标高。
为了简化计算，场地设计标高调整值h’0可按下列近似公式确定，即
3)场地泄水坡度的影响。按上述场地设计标高平整后的场地是一个水平面，但实际上出于排水的要求，场地表面均有一定的泄水坡度。平整场地的表面坡度应符合设计要求，无设计要求时，一般应向排水沟方向做成不小于2%的坡度。
上一页
下一页
返回
1.2 土方工程量计算与调配
因此，在计算的H0或经调整后的H’0的基础上，要根据场地要求的泄水坡度，计算出场地内各方格角点实际施工时的设计标高。具体的计算方法如下:
①单向泄水时场地各方格角点的设计标高[图1-3(a)]。以计算出的设计标高H’0或调整后的设计标高月{作为场地中心线的标高，场地内任意一个方格角点的设计标高为
②双向泄水时场地各方格角点的设计标高[图1-3(b)]。以计算出的设计标高H0或调整后的标高H’0作为场地中心点的标高，场地内任意一个方格角点的设计标高为
上一页
下一页
返回
1.2 土方工程量计算与调配
1.2.2基坑、基槽土方量计算
1.土方边坡
在开挖基坑、沟槽或填筑路堤时，为了防止塌方，保证施工安全及边坡稳定，其边沿应考虑放坡。土方边坡的坡度为其高度H与底宽B之比(图1-11)，即
2.基坑、基槽土方量计算
基坑土方量可按立体几何中的拟柱体(由两个平行的平面构成的一种多面体)体积公式计算(图1-12)。即
上一页
下一页
返回
1.2 土方工程量计算与调配
基槽和路堤的土方量可以沿长度方向分段后，再用同样方法计算(图1-13)
将各段土方量相加即得总土方量:
2.3土方调配
土方工程量计算完成后，即可着手对土方进行平衡与调配。土方的平衡与调配是土方规划设计的一项重要内容，通过对挖土的利用、堆弃和填土的取得这三者之间的关系进行综合平衡处理，达到土方运输费用最小而又能方便施工的目的。
上一页
下一页
返回
1.2 土方工程量计算与调配
土方调配的主要原则如下:
(1)应力求达到挖、填平衡和运输量最小。这样可以降低土方工程的成本。然而，仅限于场地范围的平衡，往往很难满足运输量最小的要求。因此，还需根据场地及其周围地形条件综合考虑，必要时限于场地以内的挖、填平衡，这样才能做到经济合理。
(2)应考虑近期施工与后期利用相结合。当工程分期分批施工时，先期工程的土方余额应结合后期工程的需要而考虑其利用数量与堆放位置，以便就近调配。堆放位置的选择应为后期工程创造良好的工作面和施工条件，力求避免重复挖运。当先期工程有土方欠额时，可由后期工程地点挖取。
上一页
下一页
返回
1.2 土方工程量计算与调配
(3)尽可能与大型地下建筑物的施工相结合。当大型建筑物位于填土区而其基坑开挖的土方量又较大时，为了避免土方的重复挖、填和运输，该填土区暂时不予填土，待地下建筑物施工之后再行填土。为此，在填方保留区附近应有相应的挖方保留区，或将附近挖方工程的余土按需要合理堆放，以便就近调配。
(4)调配区大小的划分应满足主要土方施工机械工作面大小(如铲运机铲土长度)的要求，使土方机械和运输车辆的效率能得到充分发挥。
总之，进行土方调配，必须根据现场的具体情况、有关技术资料、工期要求、土方机械与施工方法，结合上述原则，予以综合考虑，从而做出经济、合理的调配方案。
上一页
返回
1.3 土方开挖
1.3.1土方开挖前的准备工作
土方工程施工前通常需完成下列准备工作:施工场地的清理;地面水排除;临时道路修筑;油燃料和其他材料的准备;供电与供水管线的敷设;临时停机棚和修理间等的搭设;土方工程的测量放线和编制施工组织设计等。
1.场地清理
场地清理包括清理地面及地下各种障碍。在施工前应拆除旧有房屋和古墓，拆迁或改建通信设施、电力设备、上下水道以及地下建筑物，迁移树木，去除耕植土及河塘淤泥等。此项工作由业主委托有资质的拆卸(拆除)公司或建筑施工公司完成，发生的费用由业主承担。
下一页
返回
1.3 土方开挖
2.排除地面水
场地内低洼地区的积水必须排除，同时应注意雨水的排除，使场地保持干燥，以利于土方施工。地面水的排除一般采用排水沟、截水沟、挡水土坝等措施。
应尽量利用自然地形来设置排水沟，使水直接排至场外或流向低洼处用水泵抽走。主排水沟最好设置在施工定。一般排水沟的横断面不小于0.5m×0.5m，纵向坡度一般不小于2‰。场地平整过程中，要使排水沟保持畅通，必要时应设置涵洞。山区的场地平整施工，应在较高一面的山坡上开挖截水沟。在低洼地区施工时，除开挖排水沟外，必要时还应修筑挡水土坝，以阻挡雨水的流入。
上一页
下一页
返回
1.3 土方开挖
3.修筑临时设施
修筑好临时道路及供水、供电等临时设施，做好材料、机具及土方机械的进场工作。
4.土方工程的测量和放灰线
放灰线时，可用装有石灰粉末的长柄勺靠着木质板侧面，边撒边走，在地上撒出灰线，标出基础挖土的界线。
基槽放线:根据房屋主轴线控制点，首先将外墙轴线的交点用木桩测设在地面上，并在桩顶钉上铁钉作为标志;房屋外墙轴线测定以后，再根据建筑物平面图，将内部开间所有轴线都一一测出;最后根据中心轴线用石灰在地面上撒出基槽开挖边线;同时，在房屋四周设置龙门板(图1-14)或者在轴线延长线上设置轴线控制桩(又称引桩)(图1-15)，以便基础施工时复核轴线位置。
上一页
下一页
返回
1.3 土方开挖
恢复轴线时，只要将经纬仪安置在某轴线一端的控制桩上，瞄准另一端的控制桩，该轴线即可恢复。为了控制基槽开挖深度，当快挖到槽底设计标高时，可用水准仪根据地面±0.00准点，在基槽壁上每隔2~4m及拐角处打一水平桩(作为清理槽底和打基础垫层、控制高程的依据)，如图1-16所示。测设时，应使桩的上表面与槽底设计标高间的距离为整分米数。
柱基放线:在基坑开挖前，从设计图上查对基础的纵横轴线编号和基础施工详图，根据柱子的纵横轴线，用经纬仪在矩形控制网上测定基础中心线的端点，同时在每个柱基中心线上，测定基础定位桩，每个基础的中心线上设置四个定位木桩，其桩位与基础开挖线的距离为0.5~1.0m。
上一页
下一页
返回
1.3 土方开挖
若基础之间的距离不大，可每隔1~2个或几个基础打一定位桩，但两定位桩的间距以不超过20m为宜，以便拉线恢复中间柱基的中线。桩顶上钉钉，标明中心线的位置。然后按施工图上柱基的尺寸和已经确定的挖土边线的尺寸，放出基坑上口挖土灰线，标出挖土范围。当基坑挖到一定深度时，应在坑壁四周离坑底设计高程0.3~0.5m:处测设几个水平桩，作为基坑修坡和检查坑深的依据(图1-17)。
大基坑开挖时，根据房屋的控制点用经纬仪放出基坑四周的挖土边线。
1.3.2基坑(槽、沟)降水
在开挖基坑或沟槽时，土壤的含水层常被切断，导致地下水不断地渗入坑内。雨期施工时，地面水也会流入坑内。为了保证施工的正常进行，防止边坡塌方和地基承载能力的下降，必须做好基坑降水工作。降水方法可分为明排水法(如集水井、明渠等)和人工降低地下水位法两种。
上一页
下一页
返回
1.3 土方开挖
1.明排水法
现场常采用的方法是截流、疏导、抽取。截流是将流入基坑的水流截住;疏导是将积水疏干;抽取是在基坑或沟槽开挖时，在坑底设置集水井，并沿坑底的周围或中央开挖排水沟，使水由排水沟流入集水井内，然后用水泵抽出坑外(图1-18)。
2.人工降低地下水位法
人工降低地下水位就是在基坑开挖前，预先在基坑四周埋设一定数量的滤水管(井)，在基坑开挖前和开挖过程中，利用真空原理，不断抽出地下水，使地下水位降低到坑底以下(图1-19)，从根本上解决地下水涌入坑内的问题[图1-20(a)];防止边坡由于受地下水流的冲刷而引起的塌方[图1-20(b)];使坑底的土层消除地下水位差引起的压力，也防止坑底土的上冒[图1-20(c)];没有了水压力，可使板桩减少横向载荷[图1-20(d)];由于没有地下水的渗流，也就防止了流砂现象产生[图1-20(e)]。降低地下水位后，由于土体固结，还能使土层密实，增加地基土的承载能力。
上一页
下一页
返回
1.3 土方开挖
上述几点中，防治流砂是井点降水的主要目的。
流砂现象产生的原因，是水在土中渗流所产生的动水压力对土体作用的结果。如图1-21(a)所示，对截取的一段砂土脱离体(两端的高低水头分别是h1, h2进行受力分析，可以轻易地得出动水压力的存在和大小。
防治流砂的方法主要有水下挖土法、打板桩法、抢挖法、地下连续墙法、枯水期施工法及井点降水法等。
(1)水下挖土法。即不排水施工，使坑内外的水压互相平衡，不致形成动水压力，如沉井施工，不排水下沉，进行水中挖土、水下浇筑混凝土等，是防治流砂的有效措施。
上一页
下一页
返回
1.3 土方开挖
(2)打板桩法。将板桩沿基坑周围打入不透水层，便可起到截住水流的作用;或者打入坑底面一定深度，这样将地下水引至桩底以下才流入基坑，不仅增加了渗流长度，而且改变了动水压力方向，从而可达到减小动水压力的目的。
(3)抢挖法。即抛大石块、抢速度施工，如若在施工过程中发生局部的或轻微的流砂现象，可组织人力分段抢挖，挖至标高后，立即铺设芦席并抛大石块，增加土的压重以平衡动水压力，力争在产生流砂现象前，将基础分段施工完毕。
(4)地下连续墙法。此法是沿基坑的周围先浇筑一道钢筋混凝土的地下连续墙，从而起到承重、截水和防止流砂的作用。地下连续墙也是深基础施工的可靠支护结构。
上一页
下一页
返回
1.3 土方开挖
(5)枯水期施工法。即选择枯水期间施工，由于此时地下水位低，坑内外水位差小，动水压力减小，从而可预防和减轻流砂现象。
(6)井点降水法。以上几种方法都有较大的局限，应用范围狭窄，而采用井点降水法可将地下水位降到基坑底以下，使动水压力方向朝下，增大土颗粒间的压力，则不论细砂、粉砂，都一劳永逸地消除了流砂现象。井点降水法是避免流砂危害的常用方法。
3.井点降水的种类
井点降水有两类:一类为轻型井点，一类为管井井点。其中，轻型井点应用最为广泛。各种井点降水方法一般根据土的渗透系数、降水深度、设备条件及经济性选用，可参照表1-5选择。
上一页
下一页
返回
1.3 土方开挖
4.一般轻型井点设备
轻型井点设备由管路系统和抽水设备组成(图1-22)，管路系统包括滤管、井点管、弯联管及总管等。滤管为进水设备，通常采用长为1.0~1.5m、直径为38mm或51mm的无缝钢管，管壁钻有直径为12~18mm的呈梅花形排列的滤孔，滤孔面积为滤管表面积的20%~25%(图1-23)。骨架管外面包以两层孔径不同的滤网，内层为30~50孔cm2的黄铜丝或尼龙丝布的细滤网，外层为3~10孔cm2的同样材料粗滤网或棕皮。为使流水畅通，在骨架管与滤管之间用塑料管或梯形铅丝隔开，塑料管沿骨架管绕成螺旋形。滤网外面再绕一层粗铁丝保护网，滤管下端为一铸铁塞头。滤管上端与井点管连接。
上一页
下一页
返回
1.3 土方开挖
5.轻型井点的布置
井点系统的布置应根据基坑大小与深度、土质、地下水位高低与流向、降水深度要求等确定。
(1)平面布置。当基坑或沟槽宽度小于6m，且降水深度不超过5m时，可用单排线状井点(图1-24)布置在地下水流的上游一侧，两端延伸长度不小于坑槽宽度。
如宽度大于6m或土质不良，则用双排线状井点(图1-25)，位于地下水流上游一排井点管的间距应小些，下游一排井点管的间距可大些。面积较大的基坑宜用环状井点(图1-26)，有时亦可布置成U形，以利于挖土机和运土车辆出入基坑。井点管距离基坑壁一般应为0.7~1.2m，以防局部发生漏气。井点管间距一般为0.8m, 1.2m, 1.6m，由计算或经验确定。井点管在总管四角部位适当加密。
上一页
下一页
返回
1.3 土方开挖
(2)高程布置。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，其实际降水深度一般不超过6m。井点管埋设深度H(不包括滤管)按下式计算:
当一级轻型井点达不到降水要求时，可采用二级轻型井点降水，即先挖去第一级井点所疏干的土，再在其底部装设第二级井点(图1-27)。
6.轻型井点的计算
井点系统的设计计算必须建立在可靠资料的基础上，如施工现场地形图、水文地质勘查资料、基坑的设计文件等。设计内容除井点系统的布置外，还需确定井点的数量、间距、井点设备的选择等。
上一页
下一页
返回
1.3 土方开挖
(1)井点系统的涌水量计算。井点系统所需井点管的数量，是根据其涌水量来确定的;而井点系统的涌水量，则按水井理论进行计算。根据井底是否达到不透水层，水井可分为完整井与非完整井:凡井底到达含水层下面的不透水层顶面的井称为完整井，否则称为非完整井。根据地下水有无压力，又分为无压井与承压井，如图1-28所示。各类井的涌水量计算方法不同，其中以无压完整井的理论较为完善。
1)无压完整井的环状井点系统涌水量。对于无压完整井[图1-29(a)]的环状井点系统，涌水量计算公式为
上一页
下一页
返回
1.3 土方开挖
应用式(1-25)计算涌水量时，需事先确定x0,R , K的数据。由于式(1-25)的理论推导是从圆形井点系统假设而来的，试验证明，对于矩形基坑，当其长宽比不大于5时，可以将环状井点系统围成的不规则平面形状化成一个假想半径为x0的圆井进行计算，计算结果符合工程要求，即
注意，当矩形基坑的长宽比大于5，或基坑宽度大于2倍的抽水影响半径K时，不能直接利用现有的公式进行计算，需将基坑分成几小块使其符合公式的计算条件，然后分别计算每小块的涌水量，再相加即得总涌水量。
上一页
下一页
返回
1.3 土方开挖
抽水影响半径R是指井点系统抽水后地下水位降落曲线稳定时的影响半径，与土的渗透系数、含水层厚度、水位降低值及抽水时间等因素有关。在抽水2~5天后，水位降落漏斗基本稳定，此时抽水影响半径可近似地按下式计算:
2)无压非完整井的环状井点系统涌水量。在实际工程中往往会遇到无压非完整井的井点系统[图1-29(b)]，这时地下水不仅从井的侧面流入，还从井底渗入，因此，涌水量要比完整井的大。为了简化计算，仍可采用式(1-25)。此时，仅将式中H换成有效含水深度H0，即
上一页
下一页
返回
1.3 土方开挖
同样，式(1-27)换成
H0可查表1-6确定，当算得的H0大于实际含水层的厚度H时，则仍取H值，视为无压完整井。
3)承压完整井的环状井点系统涌水量。承压完整环状井点系统涌水量计算公式为
(2)确定井点管数量及井管间距。确定井点管数量要先确定单根井管的出水量。单根井点管的最大出水量为
上一页
下一页
返回
1.3 土方开挖
井点管最少数量由下式确定:
井点管最大间距为
实际采用的井点管间距D应当与总管上接头尺寸相适应，即采用0.8m, 1.2m, 1.6m或2.0m。
上一页
下一页
返回
1.3 土方开挖
7.井点管的埋设与使用
(1)井点管的埋设。轻型井点的施工，大致包括下列几个过程:准备工作、井点系统的埋设、使用及拆除。准备工作包括井点设备、动力、水源及必要材料的准备，排水沟的开挖，附近建筑物的标高观测以及防止附近建筑物沉降措施的实施。
埋设井点的程序为:先排放总管，再埋设井点管，用弯联管将井点管与总管接通，然后安装抽水设备。
井点管的埋设一般用水冲法进行，并分为冲孔[图1-31(a)]与埋管[图1-31(b)]与两个过程。
上一页
下一页
返回
1.3 土方开挖
(2)井点管的使用。轻型井点使用时，应保证连续不断抽水，并准备双电源。若时抽时停，滤网易堵塞，也容易抽出土粒，使水混浊，并引起附近建筑物地面由于土粒流失而沉降开裂。正常出水规律是“先大后小，先混后清”。抽水时需要经常观测真空度，以判断井点系统工作是否正常，真空度一般应不低于55.3~66.7 kPa。造成真空度不够的原因较多，但通常是由于管路系统漏气，应及时检查并采取措施。
若井点管淤塞，一般通过听管内水流声响，手扶管壁有振动感，夏、冬季手摸管子有夏冷、冬暖感等简便方法检查。若发现淤塞井点管太多，严重影响降水效果，应逐根用高压水反向冲洗或拔出重埋。
地下构筑物竣工并回填土后，方可拆除井点系统。拔出井点管多借助于倒链、起重机等，所留孔洞用砂或土填实，对地基有防渗要求的，地面上2m应用粘土填实。
上一页
下一页
返回
1.3 土方开挖
8.回灌井点法
轻型井点降水有许多优点，在基础施工中得到广泛应用，但其影响范围较大，影响半径可达百米甚至数百米，且会导致周围土壤固结而引起地面沉陷;特别是在弱透水层和压缩性大的粘土层中降水时，由于地下水流造成的地下水位下降、地基自重应力增加和土层压缩等原因，会产生较大的地面沉降;又由于土层的不均匀性和降水后地下水位呈漏斗曲线，四周土层的自重应力变化不一而导致不均匀沉降，使周围建筑基础下沉或房屋开裂。
因此，在建筑物附近进行井点降水时，为防止降水影响或损害区域内的建筑物，必须阻止建筑物下地下水的流失。除可在降水区域和原有建筑物之间的土层中设置一道固体抗渗屏障(如水泥搅拌桩、灌注桩加压密注浆桩、旋喷桩、地下连续墙)外，常用回灌井点补充地下水来保持地下水位。
上一页
下一页
返回
1.3 土方开挖
回灌井点就是在降水井点与要保护的已有建(构)筑物之间打一排井点，在井点降水的同时，向土层中灌入足够数量的水，形成一道隔水帷幕，使井点降水的影响半径不超过回灌井点的范围，从而阻止回灌井点外侧的建(构)筑物下的地下水流失(图1-32)，这样就可以避免因降水而使地面沉降或减少沉降值。
9.其他井点
(1)喷射井点(图1-33)。当基坑开挖较深，采用多级轻型井点不经济时，宜采用喷射井点，其降水深度可达20m，特别适用于降水深度超过6m、土层渗透系数为0.1~2m旧的弱透水层。
上一页
下一页
返回
1.3 土方开挖
(2)电渗井点(图1-34)。电渗井点适用于土的渗透系数小于0.1m/d，用一般井点不可能降低地下水位的含水层时，尤其适用于淤泥排水。
电渗井点的原理是在降水井点管的内侧打入金属棒(钢筋或钢管)，连以导线，当通以直流电后，土颗粒会发生从井点管(阴极)向金属棒(阳极)移动的电泳现象，而地下水则会出现从金属棒(阳极)向井点管(阴极)流动的电渗现象，从而达到软土地基排水的目的。
(3)管井井点(图1-35)。管井井点就是沿基坑每隔20~50m设置一个管井，每个管井单独用一台水泵(潜水泵、离心泵)不断抽水来降低地下水位。用此法可降低地下水位5~10m，适用于土的渗透系数较大(K=20~200m/d)且地下水含量大的砂类土层中。
上一页
返回
1.4 土方边坡与土壁支护
土壁主要是靠土体内部的摩擦阻力和粘结力来保持平衡。一旦土体失去平衡，土体就会塌方，这不仅会造成人身安全事故，同时亦会影响工期，甚至有时还会危及附近的建筑物。
造成土壁塌方的原因主要有:
(1)边坡过陡，致使土体的稳定性不足，尤其是在土质差、开挖深度大的坑槽中。
(2)雨水、地下水渗入土中泡软土体，从而增加土的自重，同时降低土的抗剪强度，这是造成塌方的常见原因。
(3)基坑上口边缘附近大量堆土或停放机具、材料，或由于行车等动载荷，使土体中的剪应力超过土体的抗剪强度。
(4)土壁支撑强度遭到破坏，失效或刚度不足导致塌方。
为了防止塌方，保证施工安全，在基坑(槽)开挖时，可采取以下措施。
下一页
返回
1.4 土方边坡与土壁支护
1.4.1放足边坡
土方边坡坡度大小的留设应根据土质、开挖深度、开挖方法、施工工期、地下水水位、坡顶载荷及气候条件等因素确定。一般情况下，黍占性土的边坡可陡些，砂性土则应平缓些;当基坑附近有主要建筑物时，边坡应取1:1.0~1:1.5。
根据《地基与基础工程施工工艺标准》(QCJJT-JS02-2004)，在天然湿度的土中，当挖土深度不超过下列数值时，可不放坡、不支撑。
深度≤1.0m密实、中密的砂土和碎石类土(充填物为砂土);
深度≤1.25m硬塑、可塑的粘质砂土及砂质粘土;
深度≤1.5m硬塑、可塑的粘土和碎石类土(充填物为粘性土);
深度≤2.0m坚硬的粘土。
上一页
下一页
返回
1.4 土方边坡与土壁支护
挖方深度超过上述规定时，应考虑放坡或做成直立壁加支撑。
《建筑地基基础工程施工质量验收规范》(GB 50202-2002)规定，临时性挖方的边坡值应符合表1-7的规定。
1.4.2设置支撑
为了缩小施工面，减少土方，或受场地的限制不能放坡时，则可设置土壁支撑。表1-8所列为一般沟槽的支撑方法，主要采用横撑式支撑。表1-9所列为一般浅基坑的支撑方法，主要采用结合上端放坡并加以拉锚等单支点板桩或悬臂式板桩支撑，或采用重力式支护结构如水泥搅拌桩等。表1-10所列为一般深基坑的支撑方法，主要采用多支点板桩。
上一页
下一页
返回
1.5 土方开挖机械
土方工程的施工过程包括土方开挖、运输、填筑与压实等。由于土方工程量大、劳动繁重，施工时应尽可能采用机械化、半机械化施工，以减轻体力劳动，加快施工进度，降低工程造价。常用土方施工机械及其施工方法如下。
1.5.1推土机
推土机是土方工程施工的主要机械之一，是在履带式拖拉机上安装推土铲刀等工作装置而成的机械。按铲刀的操作机构不同，推土机分为索式和液压式两种。索式推土机的铲刀借本身自重切入土中，在硬土中切土深度较小;液压式推土机由于用液压操纵，能使铲刀强制性地切入土中，切入深度较大。同时，液压式推土机的铲刀还可以调整角度，具有更大的灵活性，是目前常用的一种推土机(图1-36)。
上一页
下一页
返回
1.5 土方开挖机械
推土机的运距宜在100m以内，效率最高的推运距离为40~60m。为提高生产率，推土机可采用下述方法施工:
(1)下坡推土(图1-37)。推土机顺地面坡势沿下坡方向推土，借助机械往下的重力作用，增大铲刀切土深度和运土数量，提高推土机能力，缩短推土时间，一般可提高30%~40%的作业效率;但坡度不宜大于150，以免后退时爬坡困难。
(2)槽形推土(图1-38 )。当运距较远、挖土层较厚时，利用已推过的土槽再次推土，可以减少铲刀两侧土的散漏，作业效率可提高10%~30%。槽深以1m左右为宜，槽间土埂宽约0.5m。推出多条槽后，再将土埂推入槽内，然后运出。
此外，推运疏松土壤且运距较大时，还应在铲刀两侧装置挡板，以增加铲刀前土的体积，减少土向两侧的散失。在土层较硬的情况下，则可在铲刀前面装置活动松土齿，当推土机倒退回程时，即可将土翻松，减少切土时的阻力，从而提高切土运行速度。
上一页
下一页
返回
1.5 土方开挖机械
(3)并列推土。对于大面积的施工区，可用2~3台推土机并列推土(图1-39)。推土时，两铲刀宜相距15~30cm，可以减少土的散失且增大推土量，提高15%~30%的生产率。但平均运距不宜超过50%75m，亦不宜小于20m，且推土机数量不宜超过3台，否则倒车不便，行驶不一致，反而影响作业效率。
(4)分批集中，一次推送。当运距较远而土质又比较坚硬时，由于切土的深度不大，宜采用多次铲土、分批集中、一次推送的方法，使铲刀前保持满载，以提高作业效率。
上一页
下一页
返回
1.5 土方开挖机械
1.5.2铲运机
铲运机是一种能够独立完成铲土、运土、卸土、填筑、整平的土方机械，按行走机构可分为拖式铲运机(图1-40)和自行式铲运机(图1-41)两种。拖式铲运机由拖拉机牵引，自行式铲运机的行驶和作业都靠自身的动力设备。
铲运机的工作装置是铲斗，铲斗前方有一个能开启的斗门，铲斗前设有切土刀片。切土时，铲斗门打开，铲斗下降，刀片切入土中。铲运机前进时，被切入的土挤入铲斗;铲斗装满土后，提起土斗，放下斗门，将土运至卸土地点。
铲运机对道路条件要求较低，操作灵活，作业效率较高，适用于一至三类土的直接挖、运，常用于坡度在2U0以内的大面积土方挖、填、平整和压实，大型基坑、沟槽的开挖，路基和堤坝的填筑，不适合在砾石层、冻土地带及沼泽地区使用。铲运机在进行坚硬土开挖时，要有推土机助铲或用松土机配合。
上一页
下一页
返回
1.5 土方开挖机械
为提高作业效率，一般采用下述方法:
(1)合理选择铲运机的开行路线。在场地平整施工中，铲运机的开行路线应根据场地挖、填方区分布的具体情况合理选择，这对提高铲运机的生产率有很大关系。铲运机的开行路线一般有以下几种:
1>环形路线。当地形起伏不大，施工地段较短时，多采用环形路线[图1-42(a), (b)]。
环形路线每一循环只完成一次铲土和卸土、挖土和填土交替;挖填之间距离较短时，则可采用大循环路线[图1-42(c)]，一个循环能完成多次铲土和卸土，这样可减少铲运机的转弯次数，提高作业效率。
2)"8”字形路线。施工地段较长或地形起伏较大时，多采用“8”字形路线[图1-42(d)]。采用这种开行路线时，铲运机在上下坡时是斜向行驶，受地形坡度限制小;一个循环中两次转弯方向不同，可避免机械行驶时的单侧磨损;一个循环完成两次铲土和卸土，减少了转弯次数及空车行驶距离，亦可缩短运行时间，提高作业效率。
上一页
下一页
返回
1.5 土方开挖机械
(2)下坡铲土。铲运机利用地形进行下坡推土，借助铲运机的重力，加深铲斗切土深度，缩短铲土时间;但纵坡不得超过250，横坡不大于50，且铲运机不能在陡坡上急转弯，以免翻车。
(3)跨铲法(图1-43)。铲运机间隔铲土，预留土埂。这样，在间隔铲土时由于形成一个土槽，减少了向外撒土量;铲土埂时，铲土阻力减小。一般土埂高度不大于300mm，宽度不大于拖拉机两履带间的净距。
(4)推土机助铲(图1-44)。地势平坦、土质较坚硬时，可用推土机在铲运机后面顶推，以增大铲刀切土能力，缩短铲土时间，提高作业效率。推土机在助铲的空隙可兼做松土或平整工作，为铲运机创造作业条件。
(5)双联铲运法(图1-45)。当拖式铲运机的动力有富余时，可在拖拉机后面串联两个铲斗进行双联铲运。对坚硬土层，可用双联单铲，即一个土斗铲满后，再铲另一斗土;对松软土层，则可用双联双铲，即两个土斗同时铲土。
上一页
下一页
返回
1.5 土方开挖机械
(6)挂大斗铲运。在土质松软地区，可改挂大型铲土斗，以充分利用拖拉机的牵引力，提高工效。
1.5.3单斗挖土机
单斗挖土机是基坑(槽)土方开挖常用的一种机械。按其行走装置的不同，分为履带式和轮胎式两类。根据工作的需要，其工作装置可以更换。依工作装置的不同，单斗挖土机分为正铲、反铲、拉铲和抓铲四种。
1.正铲挖土机
(1)作业特点及方式。正铲挖土机的挖土特点是:前进向上，强制切土。它适用于开挖停机面以上的一至三类土，且需与运土汽车配合完成整个挖运任务，挖掘力大、作业效率高。开挖大型基坑时需设坡道，使挖土机在坑内作业。因此，其适宜在土质较好、无地下水的地区工作;当地下水位较高时，应采取降低地下水位的措施，把基坑土疏干。
上一页
下一页
返回
1.5 土方开挖机械
正铲挖土机根据挖土机的开挖路线与汽车相对位置不同，其卸土方式分为侧向卸土和后方卸土两种。
1)侧向卸土[图1-46(a)]，即挖土机沿前进方向挖土，运输车辆停在侧面卸土(可停在停机面上或高于停机面)。此法挖土机卸土时动臂转角小，运输车辆行驶方便，故作业效率高，应用较广。
2)后方卸土[图1-46(b)]，即挖土机沿前进方向挖土，运输车辆停在挖土机后方装土。此法挖土机卸土时动臂转角大、生产率低，运输车辆要倒车进入，一般在基坑窄而深的情况下采用。
(2)正铲挖土机的工作面。挖土机的工作面是指挖土机在一个停机点进行挖土的工作范围。工作面的形状和尺寸取决于挖土机的性能和卸土方式。根据挖土机作业方式不同，挖土机的工作面分为侧工作面与正工作面两种。
上一页
下一页
返回
1.5 土方开挖机械
1)挖土机侧向卸土方式就构成了侧工作面。其根据运输车辆与挖土机的停放标高是否相同又分为高卸侧工作面(车辆停放处高于挖土机停机面)及平卸侧工作面(车辆与挖土机在同一标高)，高卸、平卸侧工作面的形状及尺寸如图1-47(a),(b)所示。
2)挖土机后方卸土方式则形成正工作面。正工作面的形状和尺寸是左右对称的，其右半部与图1-47(b)平卸侧工作面的右半部相同。
(3)正铲挖土机的开行通道。在正铲挖土机开挖大面积基坑时，必须对挖土机作业时的开行路线和工作面进行设计，确定出开行次序和次数，称为开行通道。当基坑开挖深度较小时，可布置一层开行通道(图1-48)，基坑开挖时，挖土机开行三次。第一次开行采用正向挖土、后方卸土的作业方式，为正工作面;挖土机进入基坑要挖坡道，坡道的坡度为1:8左右。第二、三次开行时，采用侧方卸土的平侧工作面。
上一页
下一页
返回
1.5 土方开挖机械
当基坑宽度稍大于正工作面的宽度时，为了减少挖土机的开行次数，可加宽工作面，使挖土机按“之”字形路线开行[图1-49(a)]。
当基坑的深度较大时，则开行通道可布置成多层[图1-49(b)]，即为三层通道的布置。
2.反铲挖土机
反铲挖土机的挖土特点是:后退向下，强制切土。其挖掘力比正铲小，能开挖停机面以下的一至三类土(其中机械传动反铲挖土机只宜挖一、二类土)。反铲挖土机可以与自卸汽车配合将土运走，也可弃土于坑槽附近。履带式机械传动反铲挖土机工作尺寸如图1-50所示，履带式液压反铲挖土机工作尺寸如图1-51所示。
上一页
下一页
返回
1.5 土方开挖机械
反铲挖土机开挖方式可分为沟端开挖[图1-52(a)]和沟侧开挖[图1-52(b)]两种。
沟端开挖时，挖土机停在基坑(槽)的端部，向后倒退挖土，汽车停在基槽两侧装土。
其优点是挖土机停放平稳，装土或甩土时回转角度小，挖土效率高，挖的深度和宽度也较大。基坑较宽时，可多次开行开挖(图1-53)。
沟侧开挖时，挖土机沿基槽的一侧移动挖土，将土弃于距基槽较远处。沟侧开挖时，因开挖方向与挖土机移动方向相垂直，所以稳定性较差，而且挖的深度和宽度均较小，一般只在无法采用沟端开挖或挖土无须运走时采用。
上一页
下一页
返回
1.5 土方开挖机械
3.拉铲挖土机
拉铲挖土机(图1-54)的土斗用钢丝绳悬挂在挖土机长臂上，挖土时土斗在自重作用下落到地面切入土中。其挖土特点是:后退向下，自重切土;其挖土深度和挖土半径均较大，能开挖停机面以下的一、二类土，但不如反铲挖土机动作灵活、准确。拉铲挖土机适用于开挖较深较大的基坑(槽)、沟渠，挖取水中泥土以及填筑路基、修筑堤坝等。
4.抓铲挖土机
机械传动抓铲挖土机(图1-55)在挖土机臂端用钢丝绳吊装一个抓斗，使用时用钢丝绳将装有刀片并由传动装置带动的特制开闭式抓斗下到地面抓土，再用钢丝绳吊至堆土上方，把土卸下。
上一页
下一页
返回
1.5 土方开挖机械
其挖土特点是:直上直下，自重切土。由于其挖掘力较小，能开挖停机面以下的一、二类土，适用于开挖软土地基基坑，窄而深的基坑、深槽、深井采用抓铲挖土机效果尤为理想。抓铲挖土机还可用于疏通旧有渠道以及挖取水中淤泥，或用于装卸碎石、矿渣等松散材料等。此外，还有采用液压传动的抓铲挖土机，其挖掘力和精度都优于机械传动抓铲挖土机。
上一页
返回
1.6 土方填筑与压实
1.6.1填料选择与处理
为了保证填土工程的质量，必须正确选择土料和填筑方法。填方土料须按设计要求验收后方可填入。如设计无要求，一般按下述原则进行:
碎石类土、砂土(使用细、粉砂时，应取得设计单位同意)和爆破石碴可用作表层以下的填料;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。
含有大量有机物的土，容易降解变形而降低承载能力;含水溶性硫酸盐大于5%的土，在地下水的作用下，硫酸盐会逐渐溶解消失，形成孔洞，影响密实性;因此，这两种土以及淤泥和淤泥质土、冻土、膨胀土等均不应作为填土。
下一页
返回
1.6 土方填筑与压实
填土应分层进行，并尽量采用同类土填筑。当采用不同土填筑时，应将透水性较大的土层置于透水性较小的土层之下，不能将各种土混杂在一起使用，以免填方内形成水囊。碎石类土或爆破石碴作填料时，其最大粒径不得超过每层铺土厚度的2/3。使用振动碾时，不得超过每层铺土厚度的3/4。铺填时，大块料不应集中，且不得填在分段接头或填方与山坡连接处。当填方位于倾斜的山坡上时，应将斜坡挖成阶梯状，以防填土横向移动。
回填基坑和管沟时，应从四周或两侧均匀地分层进行，以防基础和管道在土压力作用下产生偏移或变形。在回填以前，应清除填方区的积水和杂物，如遇软土、淤泥，必须换土回填。在回填时，应防止地面水流入，并预留一定的下沉高度(一般不得超过填方高度的3%)。
上一页
下一页
返回
1.6 土方填筑与压实
1.6.2填筑方法
填土的压实方法包括碾压、夯实、振动压实以及利用运土工具压实。对于大面积填土工程，多采用碾压和利用运土工具压实。对较小面积的填土工程，则宜用夯实机具进行压实。
1.碾压法
碾压法利用机械滚轮的压力压实土壤，使之达到所需的密实度。碾压机械有平碾、羊足碾和气胎碾。
(1)平碾:又称光碾压路机(图1-56)是一种以内燃机为动力的自行式压路机。其按重量等级分为轻型(30~50kN)、中型(60~90kN)和重型(100~140kN)三种，适于压实砂类土和豁性土，适用土类范围较广。
上一页
下一页
返回
1.6 土方填筑与压实
(2)羊足碾:一般无动力，靠拖拉机牵引，有单筒、双筒两种;根据碾压要求，又可分为空筒及装砂、注水等三种。羊足碾虽然与土接触面积小，但对单位面积的压力比较大，因而压实效果好，但羊足碾只能用来压实粘性土(图1-57、图1-58)。
(3)气胎碾:又称轮胎压路机(图1-59)，它的前后轮分别密排着四五个轮胎，它们既是行驶轮，也是碾压轮。由于轮胎弹性大，在压实过程中，土与轮胎都会发生变形，而随着几遍碾压后铺土密实度的提高，沉陷量逐渐减少，因而轮胎与土的接触面积逐渐缩小，但接触应力则逐渐增大，最后使土料得到压实。由于气胎碾在工作时是弹性体，因而其压力均匀，填土质量较好。
上一页
下一页
返回
1.6 土方填筑与压实
2.夯实法
夯实法利用夯锤自由下落的冲击力来夯实土壤，主要用于小面积的回填土或作业面受到限制的环境下。夯实法分人工夯实和机械夯实两种。人工夯实所用的工具有木夯、石夯等;常用的夯实机械有夯锤、内燃夯土机、蛙式打夯机和利用挖土机或起重机装上夯板后的夯土机等，其中蛙式打夯机(图1-60)轻巧灵活、构造简单，在小型土方工程中应用最广。
3.振动压实法
振动压实法将振动压实机放在土层表面，借助振动机构使压实机振动土颗粒，土的颗粒发生相对位移而达到紧密状态。用这种方法振实非粘性土效果较好。
上一页
下一页
返回
1.6 土方填筑与压实
1.6.3影响土壤压实的因素
填土压实质量与许多因素有关，其中主要影响因素为压实功、土的含水量以及铺土厚度。
1.压实功
填土压实后的干密度与压实机械在其上施加的功有一定关系。在开始压实时，土的干密度急剧增加，待到接近土的最大干密度时，压实功虽然增加许多，但土的干密度几乎没有变化。因此，在实际施工中，不要盲目地增加压实遍数。
2.土的含水量
在同一压实功条件下，填土的含水量对压实质量有直接影响。较为干燥的土，由于土颗粒之间的摩阻力较大，因而不易压实。当土具有适当含水量时，水起到了润滑作用，土颗粒间的摩阻力减小，从而易压实。相比之下，严格控制最佳含水量，要比增加压实功效果好得多。
上一页
下一页
返回
1.6 土方填筑与压实
3.铺土厚度
土在压实功的作用下，压应力随深度增加逐渐减小，其影响深度与压实机械、土的性质和含水量有关。铺土厚度应小于压实机械压土时的作用深度，但其中涉及最优土层厚度问题:铺得过厚，要压多遍才能达到规定的密实度;铺得过薄，则要增加机械的总压实遍数。恰当的铺土厚度能使土方更好地压实且使机械的功耗费最少。
实践经验表明:土基压实时，在机具类型、土层厚度及行程遍数已确定的条件下，压实操作时宜先轻后重、先慢后快、先边缘后中间。压实时，相邻两次的轮迹应重叠轮宽的1/ 3，保持压实均匀，不漏压，对于压不到的边角，应辅以人力或小型机具夯实。压实过程中，应经常检查含水量和密实度，以达到规定压实度。
上一页
下一页
返回
1.6 土方填筑与压实
1.6.4填方工程的质量控制与检验
(1)柱基、基坑、基槽和管沟基底的土质必须符合设计要求，并严禁扰动。
(2)填方的基底处理，必须符合设计要求或《建筑地基基础工程施工质量验收规范》(GB0202-2002)的规定。
(3)填方柱基、坑基、基槽、管沟回填的土料应按设计要求验收后方可填入。
(4)填方施工结束后，应检查标高、边坡坡度、压实程度等，检验标准应符合《建筑地基基础工程施工质量验收规范》(GB 50202-2002)的相关规定(表1-11)。
上一页
下一页
返回
1.6 土方填筑与压实
(5)密实度检验中的分层压实系数。填方压实后，应具有一定的密实度。密实度应按设计规定控制干密度ρcd作为检查标准。土的控制干密度与最大干密度之比称为压实系数Dy。
对于一般场地平整，其压实系数为0.9左右;对于地基填土(在地基主要受力层范围内)，其压实系数为0.93~0.97。
上一页
返回
表1-1 土的工程地质分类
返回
表1-2 各类土的可松性系数
返回
表1-3 土的渗透系数K
返回
图1-1场地设计标高H0计算示意
返回
图1-2 设计标高调整计算示意
返回
图1-3 场地泄水坡度示意图
返回
图1-11 土方边坡的坡度
返回
图1-12 基坑土方量计算
返回
图1-13 基槽土方量计算
返回
图1-14 龙门板的设置
返回
图1-15 轴线控制桩(引桩)平面布置图
返回
图1-16 基槽底抄平水准测量示意图
返回
图1-17 基坑定位高程测设示意图
返回
图1-18 集水井降低地下水位
返回
图1-19 轻型井点降低地下水位全貌图
返回
图1-20井点降水的作用
返回
图1-21 动水压力原理图
返回
表1-5 各种井点的适用范围
返回
图1-22 轻型井点设备工作原理
返回
图1-23 滤管构造
返回
图1-24 单排线状井点布置
返回
图1-25 双排线状井点布置
返回
图1-26 环状井点布置
返回
图1-27 二级轻型井点示意图
返回
图1-28 水井的分类
返回
图1-29 环状井点系统涌水量计算简图
返回
图1-29 环状井点系统涌水量计算简图
返回
表1-6 有效深度H0值
返回
图1-31 井点管的埋设
返回
图1-32 回灌井点布置
返回
图1-33 喷射井点设备及平面布置简图
返回
图1-34 电渗井点降水示意图
返回
图1-35 管井井点
返回
表1-7 临时性挖方边坡值
返回
表1-8 一般沟槽的支撑方法
返回
表1-9 一般浅基坑的支撑方法
返回
表1-10一般深基坑的支撑方法
返回
表1-10一般深基坑的支撑方法（续）
返回
表1-10一般深基坑的支撑方法（续）
返回
图1-36 液压式推土机外形图
返回
图1-37 下坡推土
返回
图1-38 槽形推土
返回
图1-39 并列推土
返回
图1-40拖式铲运机外形图
返回
图1-41自行式铲运机外形图
返回
图1-42 铲运机开行路线
返回
图1-43 跨铲法
返回
图1-44 推土机助铲
返回
图1-45 双联铲运法
返回
图1-46 正铲挖土机开挖方式
返回
图1-47 侧工作面尺寸
返回
图1-48 正铲一层通道多次开挖基坑
返回
图1-49 正铲开挖基坑
返回
图1-50履带式机械传动反铲挖土机工作尺寸
返回
图1-51 履带式液压反铲挖土机工作尺寸
返回
图1-52 反铲挖土机开挖方式
返回
图1-53 反铲挖土机多次开行挖土
返回
图1-54 拉铲挖土机
返回
图1-55 抓铲挖土机
返回
图1-56 光碾压路机
返回
图1-57 单筒羊足碾构造示意图
返回
图1-58 羊足碾
返回
图1-59 轮胎压路机
返回
图1-60蛙式打夯机
返回
表1-11 填土工程质量检验标准
返回

展开更多......

收起↑