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(共137张PPT)
项目1　土方工程施工
任务1.1　认识岩土的工程性质
任务1.2　土方工程量计算及场地平整
任务1.3　基坑排水与降低地下水水位
任务1.4　土方边坡与基坑支护
任务1.5　土方工程机械化施工
任务1.6　土方的填筑与压实
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任务１.１　认识岩土的工程性质
1.1.1　土方工程的施工特点
１.工程量大,劳动强度高
大型建设项目的场地平整,土石方施工面积可达数平方公里;大型深基坑开挖中,土方工程可达几万甚至几百万立方米以上;施工工期长,劳动强度高.组织施工时,应尽可能采用机械化施工.
２.施工条件复杂
土方工程多为露天作业,在施工中直接受到地区交通、气候、水文、地质及邻近建(构)筑物等条件影响,且土、石成分复杂;难以确定的因素较多,有时施工条件极为复杂.
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任务１.１　认识岩土的工程性质
３.受场地影响
基坑(槽)的开挖、土方的留置和存放都受到施工场地的影响,特别是城市内施工,场地狭窄,往往由于施工方案不妥,导致周围建筑设施出现安全稳定问题.鉴于土方工程的上述施工特点,在组织土方工程施工前,应根据现场条件,制订技术可行、经济合理的施工方案.
1.1.2　土的工程分类
土的工程分类方法主要有两种:一是按照建筑地基基础设计规范进行分类,可分为岩石、碎石土、砂土、粉土、黏性土和人工填土六类,与土方边坡稳定和土壁支护有密切关系;二是按照土的开挖难易程度进行分类,通常可分为八类,与土方工程施工方法的选择、劳动量和机械台班的消耗及工程费用相关.
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任务１.１　认识岩土的工程性质
1.1.3　土的基本性质
１.土的组成
土一般由土颗粒(固相)、水(液相)和空气(气相)三部分组成,这三部分之间的比例关系随着周围条件的变化而变化,三者之间比例不同,反映出土的物理状态不同,如干燥、稍湿或很湿,密实、稍密或松散.这些指标是最基本的物理性质指标,对评价土的工程性质、进行土的工程分类具有重要的意义.
土的三相物质是混合分布的,为阐述方便,一般用三相图(图１-１)表示.三相图中,将土的固体颗粒、水、空气各自划分开来.
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任务１.１　认识岩土的工程性质
２.土的物理性质
(１)土的可松性与可松性系数.天然土经开挖后,其体积因松散而增加,虽经振动夯实,仍然不能完全复原,这种现象称为土的可松性.土的可松性用可松性系数表示
最初可松性系数:
最终可松性系数:
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任务１.１　认识岩土的工程性质
式中　V１———土在天然状态下的体积(m３);
V２———土挖后松散状态下的体积(m３);
V３———土经压(夯)实后的体积(m３);
经分析可知Ks＞K′s＞１.可松性系数对土方的调配、计算土方运输量都有影响.
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任务１.２　土方工程量计算及场地平整
1.2.1基坑、基槽土方工程量计算
１.基坑土方工程量计算
基坑外形通常很复杂,且大多为不规则的多边形,要得到精确的计算结果很困难.一般情况下,将其划分为一定的几何形状,采用具有一定精度而又与实际情况近似的方法进行计算.如图１-３所示,基坑土方工程量计算可按拟柱体体积的公式计算:
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任务１.２　土方工程量计算及场地平整
式中　A１,A２———基槽两端的横截面面积(m２);
A０———基槽中部的横截面面积(m２);
H ———基坑的开挖深度(m).
注意:A０ 一般情况下不等于A１、A２ 之和的一半,而应该按侧面几何图形的边长计算出中位线的长度,然后计算中截面的面积A０.
２. 基槽土方工程量计算
基槽的一般形式如图１-４所示,其土方工程量计算可以沿长度方向分段后,再使用与基坑相同的方法计算,即
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任务１.２　土方工程量计算及场地平整
式中　Vi———第i段的土工程方量(m３);
Li———第i段的长度(m).
1.2.2　场地平整土方量计算
确定场地设计标高的方法有两种:一种是分析确定,需考虑满足生产工艺和运输的要求,尽量利用地形,考虑城市或区域地形规划和市政排水的要求;另一种是计算确定,要求按照场地以内的挖方与填方能达到相互平衡(也称“挖填平衡”)的原则计算,以降低土方运输费用,要有一定的泄水坡度(≥２‰),满足排水要求,考虑最高洪水水位的要求.以下主要讲述用网格法计算确定场地设计标高,计算土方工程量的步骤.
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任务１.２　土方工程量计算及场地平整
１. 将场地网格化,求各角点的天然标高H
如图１-５所示,根据已有地形图(一般用１/５００的地形图)将场地划分成若干个方格网,尽量使方格网与测量的纵、横坐标网对应.方格边长a 视地面起伏剧烈程度而定,若起伏剧烈则取小值,若地面平缓则取大值,一般采用２０~４０m.首先将每个方格角点进行编号,然后按步骤计算获得的各角点自然地面标高H .自然地面标高一般根据地形图上相邻两等高线的标高用插入法求得,在无地形图的情况下,也可在地面用木桩打好方格网,然后用仪器直接测出H .
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任务１.２　土方工程量计算及场地平整
２. 计算场地的初始设计标高H０
有了各方格角点的自然标高后,按照“挖填平衡”的原则,按照式(１-１０)计算场地的初始设计标高H０:
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任务１.２　土方工程量计算及场地平整
式中　H１———一个方格仅有的角点标高,如图１-５(a)中有H１１、H１４、H４１、H４４共４个;
H２———两个方格共有的角点标高,如图１-５(a)中有H１２、H１３、H２１、H２４等共８个:
H３———三个方格共有的角点标高;
H４———四个方格共有的角点标高,如图１-５(a)中有H２２、H２３等共４个.
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任务１.２　土方工程量计算及场地平整
３. 计算各角点调整后的设计标高Hn
如果按照初始设计标高H０ 进行场地平整,那么整个场地表面将处于同一个水平面,但实际上由于排水要求,场地表面均有一定的泄水坡度.因此,还需根据场地泄水坡度的要求(单面泄水或双面泄水),计算出场地内各方格角点实际施工时所采用的设计标高.
(１)单向泄水时,场地各点设计标高的求法.在考虑场内挖填平衡的情况下,将用式(１-１０)计算出的设计标高H０ 作为场地中心线的标高,如图１-６所示.场地内任一点的设计标高则为
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任务１.２　土方工程量计算及场地平整
式中　Hn———任意一点的设计标高(m);
l———该点至H０ 的距离(m);
i———场地泄水坡度,不小于２‰.
如欲求H５２角点的设计标高,则
(２)双向泄水时,场地各点设计标高的求法.其原理与前相同,如图１-７所示.H０ 为场地中心点标高,场地内任意一点的设计标高为
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任务１.２　土方工程量计算及场地平整
式中　lx,ly———该点于x—x、y—y 方向与场地中心线的距离;
ix,iy———该点于x—x、y—y 方向的泄水坡度.
如欲求H４２角点的设计标高,则
４. 计算各角点的施工高度hn
各方格角点的施工高度按下式计算:
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任务１.２　土方工程量计算及场地平整
式中　hn———角点的施工高度,即填挖高度,以“＋”为填,以“－”为挖;
Hn———角点的设计标高(若无泄水坡度,即场地的设计标高);
H ———角点的自然地面标高.
５. 计算零点与零线的位置
在一个方格网内同时有填方或挖方时,要先计算出方格网边的零点位置(零点即不挖不填的点)如图１-８所示,并标注于方格网上,连接零点就得零线,它是填方区与挖方区的分界线.零点的位置按下式计算:
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任务１.２　土方工程量计算及场地平整
式中　x１－２,x２－１———１角点至零点的距离与２角点至零点的距离(m);
h１,h２———相邻两角点的施工高度(m),均用绝对值;
a———方格网的边长(m).
在实际工作中,为省略计算,常采用图解法直接求出零点,如图１-９所示,用尺在各角上标出相应比例,用尺相连,与方格相交点即零点位置,此法十分方便,同时也可避免计算或查表出错.
６. 计算每个方格的挖方、填方量和土方总量
按方格网底面积图形和表１-３所列公式,计算每个方格内的挖方或填方量.
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任务１.２　土方工程量计算及场地平整
将挖方区和填方区的所有方格土方量汇总后即得场地平整挖(填)方的工程量.
1.2.3　场地平整土方量计算实例
某建筑场地地形图和方格网(a＝２０m)如图１-１０所示.土质为粉质黏土,场地设计泄水坡度:ix＝３‰,iy＝２‰.建筑设计、生产工艺和最高洪水水位等方面均无特殊要求.试确定场地设计标高(不考虑土的可松性影响,如有余土,用以加宽边坡),并计算填、挖土方量(不考虑边坡土方量).
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任务１.２　土方工程量计算及场地平整
1.2.4　挖填土方调配
土方调配指的是在场地平整施工中,经济合理地进行土方的运输作业,包括土方运出及回填.在使土方总运输量最小或土方总运输成本最小、缩短工期的条件下,确定填挖区土方的调配方向和数量.编制土方调配方案应根据地形及地理条件,把挖方区和填方区划分成若干个调配区,计算各调配区的土方量,并计算每对挖、填方区之间的平均运距(即挖方区重心至填方区重心的距离),确定挖方各调配区的土方调配方案.土方调配的具体原则如下:
(１)挖方与填方平衡,在挖方的同时进行填方,减少重复倒运.
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任务１.２　土方工程量计算及场地平整
(２)挖(填)方量与运距的乘积之和尽可能为最小,即运输路线和路程合理,运距最短,总土方运输量或运输费用最小.
(３)合理保留表层耕作土,避免因取土或弃土降低耕地质量.
(４)分区调配应与全场调配相协调、相结合,避免只顾局部平衡,任意挖填而破坏全局平衡.
(５)土方调配应考虑近期施工与后期利用相结合.工程分期分批时,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堆放位置,以便就近调配,堆放位置应为后期工程创造条件,力求避免重复挖运,先期工程有土方欠额时,可以由后期工程地点挖取.
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任务１.２　土方工程量计算及场地平整
(６)调配应与地下构筑物的施工相结合,有地下设施需要填土,应留土后填.调配区划分还应尽可能与大型地下建筑物的施工相结合,避免土方重复开挖.
(７)选择恰当的调配方向、运输路线.做到施工顺序合理,土方运输无对流和乱流现象,同时便于机械化施工.
(８)选择适当的调配方向、运输线路,使土方机械和运输车辆的功效能够得到充分发挥.
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任务1.3　基坑排水与降低地下水水位
任务描述
在开挖基坑、地槽、管沟时,由于土的含水层常被切断,地下水将会不断地流入坑内,因此必须将地下水水位降至设计标高之下,否则,无法进行土方和基础工程施工.本任务要求根据岩土工程勘查报告中的水文地质情况,编写一个轻型井点降低地下水水位的施工方案,确定井点管平面布置形状、埋置深度和埋置数量,并合理选择抽水设备.
任务分析
井点降水法操作简单,适应性强,可用于不同几何形状的基坑;降水后土壤干燥,便于机械化施工和后续工序的操作;在井点作用下可使土层固结,土层强度增加,边坡稳定性提高;
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任务1.3　基坑排水与降低地下水水位
通过滤水管抽走地下水,可防止流砂的危害,节省支撑材料,是一种降低地下水水位行之有效的方法.施工方案的核心是正确确定土的渗透系数K,根据裘布依(Dupuit)水井理论正确计算基坑的涌水量.
知识课堂
为了保证施工的正常运行,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.降水方法有明排水法和人工降低地下水水位法两类.
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任务1.3　基坑排水与降低地下水水位
1.3.1　明排水法
在基坑或沟槽开挖时,可采用截、疏、抽的方法来进行排水.开挖时,先沿坑底周围或中央开挖排水沟,再在沟底设集水井,使基坑内的水经排水沟流向集水井,然后用水泵抽走(图１-１５).
基坑四周的排水沟及集水井应设置在基础范围以外(≥０.５m)、地下水水流的上游.集水井应根据地下水水量、基坑平面形状及水泵能力,每隔２０~４０m 设置一个.集水井的直径或宽度一般为０.７~０.８m.其深度随着挖土的深度而加深,要经常低于挖土面０.８~１.０m.井壁可用竹、木等简易加固.
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任务1.3　基坑排水与降低地下水水位
当基坑挖至设计标高后,井底应低于坑底１~２m,并铺设０.３m 碎石滤水层,以免在抽水时将泥砂抽出,防止井底的土被搅动.抽水机具常采用潜水泵或离心泵,视涌水量大小２４小时随时抽排,直至槽边回填土开始.
明排水法由于设备简单和排水方便,采用较为普遍.但当开挖深度大、地下水水位较高且土质又不好时,用明排水法有时会使坑底面的土颗粒形成流动状态,随地下水流入基坑,这种现象称为流砂现象.发生流砂现象时,土就会完全丧失承载能力,使施工条件恶化,严重时会造成边坡塌方及附近建筑下沉、倾斜、倒塌等.总之,流砂现象对土方施工和附近建筑物有很大危害.实践经验表明,具备下列性质的土,在一定动水压力作用下,就有可能发生流砂现象:
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任务1.3　基坑排水与降低地下水水位
(１)土的颗粒组成中,黏粒含量小于１０％,粉粒(颗粒直径为０.００５~０.０５mm)含量小于７５％;
(２)颗粒级配中,土的不均匀系数小于５;
(３)土的天然孔隙比大于０.７５;
(４)土的天然含水量大于３０％.
因此,流砂现象经常发生在细砂、粉砂及粉土中.经验还表明:在可能发生流砂的土质处,基坑挖深超过地下水水位线０.５m 左右,就会发生流砂现象.研究发现,产生流砂的原因是动水压力≥土颗粒的浮重度(即Dr≥γ′),Dr 与流砂的渗流长度成反比、与渗流路径两端的水位差成正比,所以,防治流砂的原则是“治流砂必治水”.其主要途径有消除、减少和平衡动水压力.其具体措施如下:
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任务1.3　基坑排水与降低地下水水位
(１)抢挖法.即组织分段抢挖,使挖土速度超过冒砂速度,挖到标高后立即铺竹筏或芦席,并抛大石块以平衡动水压力,压住流砂,此法可解决轻微流砂现象.
(２)打板桩法.将板桩打入坑底下面一定深度,增加地下水从坑外流入坑内的渗流长度,以减小水力坡度,从而减小动水压力,防止流砂产生.
(３)水下挖土法.不排水施工,使坑内水压力与地下水压力平衡,消除动水压力,从而防止流砂产生.此法在深井挖土下沉过程中常用.
(４)人工降低地下水水位.采用轻型井点等降水,使地下水的渗流向下,水不致渗流入坑内,又增大了土料之间的压力,从而可有效地防止流砂形成.此法应用广泛且较为可靠.
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任务1.3　基坑排水与降低地下水水位
(５)地下连续墙法.此法是在基坑周围先浇筑一道混凝土或钢筋混凝土的连续墙,以支承土墙、截水并防止流砂产生.
1.3.2　人工降低地下水水位
人工降低地下水水位,就是在基坑开挖前,预先在拟挖基坑的四周埋设一定数量的井点管(井),利用抽水设备从中不间断抽水,使地下水水位降落在坑底以下,然后开挖基坑、基础施工、槽边回填,最后撤除人工降低地下水水位的主要目的),所挖的土始终保持干燥状态,改善施工条件,并增加土中有效应力,提高土的强度或密实度.因此,人工降低地下水水位不仅是一种施工措施,也是一种地基加固方法.采用人工降低地下水水位,可适当改陡边坡以减少挖土数量,但在降水过程中,基坑附近的地基土壤会有一定的沉降,施工时应加以注意.
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任务1.3　基坑排水与降低地下水水位
人工降低地下水水位的方法有轻型井点、喷射井点、电渗井点、深井井点及深井泵等.各种方法的选用,视土的渗透系数、降低水位的深度、工程特点、设备及经济技术比较等具体条件参照表１-４选用.其中以轻型井点采用较广,下面作重点介绍.
１. 轻型井点降低地下水水位
(１)轻型井点设备.其由管路系统和抽水设备组成(图１-１６).管路系统包括滤管、井点管、弯联管及总管等.滤管(图１-１７)为进水设备,通常采用长度为１.０~１.２m,直径为３８mm或５１mm 的无缝钢管,管壁钻有直径为１２~１９m 的呈星棋状排列的滤孔,滤孔面积为滤管表面积的２０％~２５％.骨架管外面包以两层孔径不同的铜丝布或塑料布滤网.
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任务1.3　基坑排水与降低地下水水位
为使流水畅通,在骨架管下滤网之间用塑料管或梯形钢丝隔开,塑料管沿骨架管绕成螺旋形.滤网外面再绕一层８号粗钢丝保护网,滤管下端为一锥形铸铁头.滤管上端与井点管连接.井点管为直径为３８mm 或５１mm、长５~７m 的钢管,可整根或分节组成.井点管的上端用弯联管与总管相连.
集水总管采用直径为１００~１２７mm 的无缝钢管,每段长为４m,其上装有与井点管连接的短接头,间距为０.８m 或１.２m.
一套抽水设备的负荷长度(即集水总管长度),采用W５型真空泵时,不大于１００m;采用W６型真空泵时,不大于２００m.
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任务1.3　基坑排水与降低地下水水位
(２)轻型井点的布置.应根据基坑大小与深度、土质、地下水水位高低与流向、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,水位降低值不大于５m 时,可用单排线状井点,布置在地下水流的上游一侧,两端延伸长一般不小于沟槽宽度(图１-１８).若沟槽宽度大于６m,或土质不良,宜用双排井点(图１-１９)
面积较大的基坑宜用环状井点.有时也可布置为U 形,以利于挖土机械和运输车辆出入基坑,环状井点四角部分应适当加密.井点管距离基坑一般为０.７~１.０m,以防漏气.井点管间距一般为０.８~１.５m,或由计算和经验确定.井点管间距不能过小,否则彼此干扰过大,出水量会显著减少,一般可取滤管周长的５~１０倍;
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任务1.3　基坑排水与降低地下水水位
在基坑周围四角和靠近地下水流方向一边的井点管应适当加密;当采用多级井点排水时,下一级井点管间距应较上一级的小;实际采用的井距,还应与集水总管上短接头的间距相适应(可按０.８m、１.２m、１.６m、２.０m 四种间距选用).采用多套抽水设备时,井点系统应分段,各段长度应大致相等.分段地点宜选择在基坑转弯处,以减少总管弯头数量,提高水泵抽吸能力.水泵宜设置在各段总管中部,使泵两边水流平衡.分段处应设阀门或将总管断开,以免管内水流紊乱,影响抽水效果.
２)高程布置.轻型井点的降水深度在考虑设备水头损失后,不超过６m.井点管的埋设深度H(不包括滤管长)按式(１-１５)计算
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任务1.3　基坑排水与降低地下水水位
式中　H１———井管埋设面至基坑底的距离(m);
h———基坑中心处基坑底面(单排井点时,取远离井点一侧坑底边缘)至降低后地下水水位的距离,一般为０.５~１.０m;
i———地下水力坡度,环状井点取１/１０,双排线状井点取１/７,单排线状井点取１/４;
L———井点管至基坑中心的水平距离(m),在单排井点中,为井点管至基坑另一侧的水平距离.
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任务1.3　基坑排水与降低地下水水位
另外,确定井点埋设深度时,还要考虑到井点管一般要露出地面０.２m 左右.如果计算出的H 值大于井点管长度,则应降低井点管的埋置面(但以不低于地下水水位线为准)以适应降水深度的要求.在任何情况下,滤管必须埋在透水层内.为了充分利用抽吸能力,总管的布置标高宜接近地下水水位线(可事先挖槽),水泵轴心标高宜与总管平行或略低于总管.总管应具有０.２５％~０.５％坡度(坡向泵房).各段总管与滤管最好分别设在同一水平面,不宜高低悬殊.当一级井点系统达不到降水深度要求时,可视其具体情况采用其他方法降水.如上层土的土质较好时,先用集水井排水法挖去一层土再布置井点系统;也可采用二级井点,即先挖去第一级井点所疏干的土,然后再在其底部装设第二级井点.
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任务1.3　基坑排水与降低地下水水位
(３)轻型井点的计算.轻型井点计算的目的,是求出在规定的水位降低深度下,每天排出的地下涌水量,从而确定井点管的数量、间距,并确定抽水设备等.
轻型井点计算按水井理论进行计算,比较接近实际.根据井底是否到达不透水层,水井可分为完整井与不完整井,即将井底到达含水层下面不透水层顶面的井称为完整井,否则称为不完整井.根据地下水有无压力,又可分为承压井与无压井,各类水井如图１-２１所示.各类水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.
基坑降水的总涌水量,可将基坑视作一口大井按概化的大井法计算.群井按大井简化.
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任务1.3　基坑排水与降低地下水水位
１)涌水量的计算:对于无压完整井的环状井点系统,如图１-２２(a)所示.其涌水量计算公式为
式中　Q———井点系统的涌水量(m３/d);
K———土的渗透系数(m/d);
H ———含水层厚度(m);
s———水位降低值(m);
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任务1.3　基坑排水与降低地下水水位
R———抽水影响半径(m);
x０———环状井点系统的假想半径(m),
F———环状井点系统所包围的面积(m２).
渗透系数K 值确定得是否准确,对计算结果影响较大.渗透系数的测定方法有现场抽水试验与实验室测定两种.对于大型工程,一般宜采用现场抽水试验,以获取较为准确的数据,具体方法是在现场设置抽水孔,并在同一直线上设置观察井,根据抽水稳定后,观察井的水深与抽水孔相应的抽水量计算K 值.在实际工程中,往往会遇到无压不完整井的井点系统,如图１-２２(b)所示.其涌水量的计算相对比较复杂,为了简化计算,仍可按式(１-１６)计算.此时应将式中H 换成有效深度H０,H０ 可查表１-５.当算得H０ 大于实际含水层厚度H 时,则取H 值.
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任务1.3　基坑排水与降低地下水水位
承压完整井环状井点涌水量的计算公式为
M ———承压含水层厚度(m);
K、R、x０、s意义同前.
２)井点管数量与井距的确定.
①单根井点管出水量由下式确定:
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任务1.3　基坑排水与降低地下水水位
式中　d———滤管直径(m);
l———滤管长度(m);
K———渗透系数(m/d);
②井点管数量由下式确定:
式中　L———总管长度(m).
求出的井点管间距应大于１５倍滤管的直径,以防由于井点管太密而影响抽水的效果,同时,应尽量符合总管接头的间距模数(０.８、１.２、１.６、２.０).最后根据实际情况确定出井点管的数量.
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任务1.3　基坑排水与降低地下水水位
(４)抽水设备的选择.真空泵主要有W５型、W６型两类,可按总管长度选用.当总管长度不大于１００m时可选用W５型;当总管长度不大于２００m时可选用W６型.水泵按涌水量的大小选用,要求水泵的抽水能力应大于井点系统的涌水量(增大１０％~２０％).通常一套抽水设备配两台离心水泵,既可轮换备用,又可在地下水量较大时同时使用.
(５)井点管的安装使用.轻型井点的安装程序是:先排放总管,再埋设井点管,用弯联管将井点管与总管接通,最后安装抽水设备.而井点管的埋设是关键工作之一.
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任务1.3　基坑排水与降低地下水水位
井点管埋设一般用水冲法.其可分为冲孔和埋管两个过程(图１-２３).冲孔时,先用起重设备将冲管吊起并插在井点的位置上,然后开动高压水泵,将土冲松,冲管时边冲边沉.冲孔直径一般为３０mm,以保证井点管四周有一定厚度的砂滤层;冲孔深度宜比滤管底深０.５m 左右,以防冲管拔出时,部分土颗粒沉于底部而触及滤管底部.井孔冲成后,立即拔出冲管,插入井点管,并在井点管与孔壁之间迅速填灌砂滤层,以防孔壁塌土.砂滤层的填灌质量是保证轻型井点顺利抽水的关键.一般宜选用干净粗砂填灌均匀,并填至滤管顶上１~１.５m,以保证水充畅通.井点填砂后,在地面以下０.５~１.０m 内须用黏土封口,以防漏气.
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任务1.3　基坑排水与降低地下水水位
井点管埋设完毕后,应接通总管与抽水设备进行试抽水,检查有无漏水、漏气,出水是否正常,有无淤塞等现象,如有异常情况,应检修好后方可使用.
轻型井点使用时,一般应连续抽水(特别是开始阶段).时抽时停容易使滤网堵塞、出水浑浊,且容易引起附近建筑物由于土颗粒流失而沉降、开裂.同时由于中途停抽,使地下水回升,也可能引起边坡塌方等事故.在抽水过程中,应调节离心水泵的出水阀以控制水量,使抽吸排水保持均匀,做到细水长流.正常的出水规律是“先大后小,先浑后清”.真空泵的真空度是判断井点系统工作情况是否良好的尺度,必须经常观察,并检查观测井中水位下降情况,真空度一般应不低于５５.３~６６.７kPa.
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任务1.3　基坑排水与降低地下水水位
造成真空度不足的原因很多,如管子接头不严、抽水设备工作不正常等,但大多是井点系统有漏气现象,应及时检查并采取措施.在抽水过程中,还应检查有无堵塞的“死井”(工作正常的井管,用手探摸时,应有冬暖夏凉的感觉).在死井太多,严重影响降水效果时,应逐个用高压水反冲洗或拔出重埋.为观察地下水水位的变化,可在影响半径内设观察孔.
井点降水工作结束后所留的井孔,必须用砂砾或黏土填实.
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任务1.3　基坑排水与降低地下水水位
２. 深井井点降低地下水水位
深井井点降水是将抽水设备放置在深井中进行抽水来达到降低地下水水位的目的.其适用于抽水量大、降水较深的砂类土层,降水深度可达５０m 以内.
(１)深井井点系统的组织及设备.深井井点系统主要由井管和水泵组成.
１)井管用钢管、塑料管或混凝土管制成,管径一般为３００mm,井管内径一般应大于水泵外径５０mm.井管下部过滤部分带孔,外面包裹两层４１孔/cm２ 钢丝网或尼龙网,再包裹两层１０孔/cm２ 钢丝网.
２)水泵:可用QY-２５型或QJ-５０-５２型油浸式潜水泵或深井泵.
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任务1.3　基坑排水与降低地下水水位
(２)深井布置.深井井点系统总涌水量可按无压完整井环形井点系统公式计算.一般沿基坑四周每隔１５~３０m 设一个深井井点.
(３)深井井点的埋设.深井成孔方法可根据土质条件和孔深要求采用冲击钻孔、回转钻孔、潜水钻钻孔或水冲法成孔,用泥浆或自造泥浆护壁,孔口设置护筒,一侧设排泥沟、泥浆坑.孔径应较井管直径大３００mm 以上,钻孔深度根据抽水期内可能沉积的高度适当加深.一般沿工程周围每隔１５~３０m 设一个深井井点.深井井管沉放前应清孔,一般用压缩空气洗孔或用吊筒反复上下取出洗孔.井管安放力求垂直.井管过滤部分应设置在含水层中的适当范围内.
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任务1.3　基坑排水与降低地下水水位
井管与土壁之间填充砂滤料时,料径应大于滤网的孔径,周围填砂滤料后,应按规定清洗滤井,冲除管中沉渣后即可安放水泵.深井内安设潜水泵时,潜水泵可用绳吊入水滤层部位,潜水电动机、电缆及接头应有可靠绝缘,并配置保护开关控制.设置深井泵时,电动机的机座应安放平稳牢固,严禁电动机机体发生逆转(应有阻逆装置),防止转动轴解体.安设完毕应进行试抽,满足要求方可转入正常工作.
深井井点施工程序为:井位放样→做井口→安护筒→钻机部位→钻孔→回填井底砂垫层→吊放井管→回填管壁与孔壁间的过滤层→安装抽水控制电路→试抽→降水井正常工作.
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任务1.3　基坑排水与降低地下水水位
1.3.3　降水对周围建筑的影响及防止措施
在弱透水层和压缩性大的黏土层中降水时,由于地下水流失造成地下水水位下降、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,使周围建筑物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,就必须阻止建筑物下的地下水流失.为达到此目的,除可在降水区和原有建筑物之间的土层中设置一道固体抗渗屏幕外,还可用回灌井点补充地下水的办法保持地下水水位.使降水井点和原有建筑物下的地下水水位保持不变或降低较少,从而阻止建筑物下地下水的流失.这样,也就不会因降水而使地面沉降或减少沉降值.
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任务1.3　基坑排水与降低地下水水位
回灌井点是防止井点降水损害周围建筑物的一种经济、简便、有效的办法,它能将井点降水对周围建筑物的影响减少到最小程度.为确保基坑施工的安全和回灌的效果,回灌井点与降水井点之间应保持一定的距离,一般不宜小于６m.回灌井点如图１-２６所示.
为了观测降水及回灌后四周建筑物、管线的沉降情况及地下水水位的变化情况,必须设置沉降观测点及水位观测井,并定时测量记录,以便及时调节灌量、抽量,使灌量、抽量基本达到平衡,确保周围建筑物或管线等的安全.
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任务１.４　土方边坡与基坑支护
1.4.1　边坡坡度
为了保证土方工程施工过程中施工人员的生命安全,防止基坑(槽)塌方,在基坑(槽)开挖深度超过要求时,土壁应放坡.土方边坡用边坡坡度和边坡系数表示.边坡坡度是以土方挖土深度H 与边坡底宽B 之比表示,如图１-２７所示.
土方边坡坡度＝ ＝１∶m,式中,m＝B/H 称为边坡系数.
土方边坡的大小主要与土质、开挖方法及深度、边坡留置时间长短、边坡附近各种荷载状况及排水情况有关.当地质条件良好、土质均匀、地下水水位低于基坑(槽)底面标高时,开挖深度在５m 内的基坑(槽)的最陡坡度(不加支撑)应符合表１-６的规定.
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任务１.４　土方边坡与基坑支护
1.4.2　浅基坑支护
基坑支护是指在基坑开挖期间,利用支护结构达到既挡土又挡水的目的,以保证基坑开挖和基础安全施工,并且不对周围的建(构)筑物、道路和地下管线等产生危害.
常用的支护结构体系如图１-２８所示.支护结构主要承受土和水的侧压力、附近地面动静荷载、已有建(构)筑物产生的附加侧压力.对支护结构的要求是要有较强的强度、刚度和稳定性,保证附近地面不产生较大的沉降和位移,有足够的入土深度,保证本身的稳定和避免产生坑底隆起或管涌.当坑深较小时,一般采用悬臂式;
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任务１.４　土方边坡与基坑支护
当坑深较大时需在坑内支撑,或用近地表的锚杆或锚固在土中的土锚进行坑外拉结,支撑及锚杆的位置和结构尺寸需计算确定.有的基坑支护在基础完工后可拔出重复使用,有的则永久留在地基土中.
1.4.3　深基坑支护
１.土钉支护
(１)土钉支护的作用机理.由于基坑内土体的开挖,使坑内外的土体形成压力差,坑外土体有坑内运动的内力和趋势.土钉支护的构造原理是利用沿途介质的自承能力,借助土钉与周围土体的摩擦力和黏聚力,将外部不稳定土体和深部稳定土体连在一起,形成一个稳定的组合体.
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任务１.４　土方边坡与基坑支护
与土钉或锚杆端部互相连接的喷射混凝土面板紧密嵌固于土体中,它不仅能很好地调节锚杆相互之间的应力分布,而且可以很好地起到防水作用.一是防止水冲刷边坡给基础施工带来不便;二是可以有效地防止地下水的渗漏,避免周围地面沉降,影响建筑物的安全.土钉支护
(２)土钉支护的构造.
１)土钉采用直径为１６~３２mm 的HRB３３５级以上的螺纹钢筋,长度为开挖深度的０.５~１.２倍,间距为１~２m,与水平面夹角为１０°~２０°.
２)钢筋网采用直径为６~１０mm的HPB３００级钢筋,间距为１５０~３００mm.
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任务１.４　土方边坡与基坑支护
３)混凝土面板采用喷射混凝土,强度等级不低于C２０,厚度为８０~２００mm,常用１００mm.
４)注浆采用强度不低于２０MPa的水泥砂浆.
５)承压板采用螺栓将土钉和混凝土面层有效地连接成整体.
(３)土钉支护的特点.
１)土钉与土体形成复合土体,提高了边坡整体稳定和承受坡顶荷载能力,增强了土体破坏的延性,有利于安全施工.
２)土钉支护位移小,约为２０mm,对相邻建筑物影响小.
３)设备简单,易于推广.
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任务１.４　土方边坡与基坑支护
４)经济效益好,成本低于灌注桩支护.
土钉支护适用于地下水水位以上或经降水措施后的杂填土、普通黏土、非松散性砂土.
(４)土钉支护的施工.土钉支护施工的工序为定位、成孔、插钢筋、注浆、喷射混凝土,如图１-２９所示.
２.预应力土层锚杆支护
在立壁土层上钻(掏)孔至要求深度,孔内放入钢筋,灌入水泥砂浆或化学浆液,使之与土层结合成抗拉锚杆,将立壁土体侧压力传至稳定土层,如图１-３０所示.
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任务１.４　土方边坡与基坑支护
(１)施工工艺.
１)挖土到锚杆水平位置下５０cm.
２)按需要倾角及深度,用锚杆钻机钻孔.
３)拔出钻杆,插入钢筋或钢绞线.
４)向孔内灌注水泥浆,直到浆液从孔中冒出.
５)安装垫板、螺帽或锚头.
６)待水泥浆强度达７０％时,进行预应力张拉.
７)拧紧螺帽或锁住锚头.
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任务１.４　土方边坡与基坑支护
(２)特点.
１)使用锚杆拉结比坑内支撑、挖土拉锚方便.
２)锚杆要有一定的覆盖深度,才能有一定的抗拔力.
３)预应力锚杆能对挡土桩、墙的位移有较好的控制作用.
４)相邻锚杆张拉后应力损失大,可以再张拉调整.
(３)适用范围.一般黏土、砂土地区皆可应用.
３. 挡土灌注桩支护
开挖前在基坑周围设置混凝土灌注桩,桩的排列有间隔式、连续式和双排式,桩顶设置混凝土连系梁或锚桩、拉杆.其具有施工方便、安全度好、费用低的优点,如图１-３１所示.
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任务１.４　土方边坡与基坑支护
(１)特点.
１)密排桩比地下连续墙施工简便,整体性不如地下连续墙.
２)较疏排桩受力性能好.
３)不作防水抗渗措施,密排桩仍不能止水.
(２)适用范围.适用于开挖面积大、深度大于６m、不允许放坡、邻近有建(构)筑物的基坑支护.黏土、砂土、软土、淤泥质土皆可应用.
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任务１.４　土方边坡与基坑支护
４. 挡土灌注桩与土层锚杆结合支护
挡土灌注柱与土层锚杆结合支护的桩顶不设锚桩、拉杆,而是挖至一定深度,每隔一定距离向桩背面斜向打入锚杆,待达到强度后,安上横撑,拉紧固定,在桩中间挖土,直至设计深度,如图１-３２所示.其适于大型较深基坑,在施工期较长、邻近有建筑物、不允许支护、邻近地基不允许有下沉位移时使用.
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任务１.４　土方边坡与基坑支护
５. 地下连续墙支护
先建造钢筋混凝土地下连续墙,达到强度后在墙间用机械挖土.该支护法刚度大、强度高,不仅可挡土、承重、截水、抗渗,还可在狭窄场地施工,适用于大面积、有地下水的深基坑施工,是深基坑的主要支护结构之一.其对地下结构层数多的深基坑的施工非常有利,如图１-３３所示.其优点是结构整体性好,刚度大,可作防渗墙,形状灵活;其缺点是需用专用机械,成本较高.
地下连续墙施工工艺过程是:修筑导墙→挖槽→吊放接头管(箱)、吊放钢筋笼→浇筑混凝土.
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任务１.４　土方边坡与基坑支护
1.4.4基坑开挖
开挖基坑应按规定的尺寸合理确定开挖顺序和分层开挖深度,连续地进行施工,并尽快地完成.因土方开挖施工要求标高、断面准确,土体应有足够的强度和稳定性,所以,在开挖过程中要随时注意检查.挖出的土除预留一部分用作回填外,不得在场地内任意堆放,应将多余的土运到弃土地区,以免妨碍施工.为防止坑壁滑坡,根据土质情况及坑深度,在坑顶两边一定距离(一般为０.８m)内不得堆放弃土,在此距离外堆土高度不得超过１.５m,否则,应验算边坡的稳定性.在桩基周围、墙基或围墙一侧,不得堆土过高.在坑边放置有动载的机械设备时,也应根据验算结果,离开坑边较远距离,如地质条件不好,还应采取加固措施.
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任务１.４　土方边坡与基坑支护
为了防止在底土(特别是软土)受到浸水或其他原因的扰动,基坑挖好后,应立即做垫层或浇筑基础,否则,挖土时应在基底高以上保留１５０~３００mm 厚的土层,待基础施工时再进行挖去.如用机械挖土,为防止基底土被扰动、结构被破坏,不应直接挖到坑底,应根据机械种类,在基底标高以上留出２００~３００mm,待基础施工前用人工铲平修整.挖土不得超过基坑的设计标高,如个别处超挖,应用与基土相同的土料填补,并夯实到要求的密实度;如用原土填补不能达到要求的密实度时,应用碎石类土填补,并仔细夯实.重要部位如被超挖,可用低强度等级的混凝土填补.
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任务１.４　土方边坡与基坑支护
在软土地区开挖基坑时,还应符合下列规定:
(１)施工前必须做好地面排水或降低地下水水位工作,地下水水位应降低至基坑底以下０.５~１.０m后,方可开挖.降水工作应持续到回填完毕.
(２)施工机械行驶道路应填筑适当厚度的碎石或砾石,必要时应铺设工具式路基箱(板)或梢排等.
(３)相邻基坑(槽)开挖时,应遵循先深后浅或同时进行的施工顺序,并应及时做好基础.
(４)在密集群桩上开挖基坑时,应在打桩完成后间隔一段时间,再对称挖土.在密集群桩附近开挖基坑(槽)时,应采取措施防止桩基位移.
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任务１.４　土方边坡与基坑支护
(５)挖出的土不得堆放在坡顶上或建(构)筑物附近.
基坑开挖有人工开挖和机械开挖,对于大型基坑应优先考虑选用机械化施工,以加快施工进度.深 基坑一般采用“开槽支撑,分层开挖,先撑后挖,严禁超挖”的开挖原则,图１-３４所示为某深基坑分层开挖的实例.在基坑正式开挖之前,先将第①层地表土挖运出去,浇筑锁口圈梁,进行场地平整和基坑降水等准备工作,安设第一道支撑(角撑),并施加预顶轴力,然后开挖第②层土到－４.５００m,再安设第二道支撑,待双向支撑全面形成并施加轴力后,挖土机和运土车下坑在,第二道支撑上部(铺路基箱)开始挖第③层土,并采用台阶式“接力”方式挖土,一直挖到坑底.第三道支撑应随挖随撑,逐步形成.最后用抓斗式挖土机在坑外挖两侧土坡的第④层土.
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任务１.４　土方边坡与基坑支护
深基坑在开挖过程中,随着土的挖除,下层土因逐渐卸载而有可能回弹,尤其在基坑挖至设计标高后,如搁置时间过久,则回弹更为显著.如弱性隆起在基坑开挖和基础工程初期发展很快,它将加大建筑物的后基沉降.因此,对深基坑开挖后的土体回弹应有适当的估计,如在勘察阶段,土样的压缩试验中应补充卸荷弹性试验等.还可以采取结构措施,在基底设置桩置等,或事先对结构下部土质进行深层地基加固.施工中减少基坑弹性隆起的一个有效力法是将土体中有效应力的改变降低到最小.具体方法有加速建造主体结构,或逐步利用基础的重量来代替被挖去土体的重量.
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任务１.４　土方边坡与基坑支护
1.4.5　基槽检验
基坑挖至基底设计标高并清理后,在垫层施工前,由建设单位组织施工单位、勘察单位、设计单位、监理单位共同进行现场检查并验收基槽,通常称为验槽.验槽的目的是检查地基是否与勘察设计资料相符.验槽是确保工程质量的关键程序之一,合格后方能进行基础工程施工.
１. 验槽的主要内容
不同建筑物对地基的要求不同,基础形式不同,验槽的内容也不同,主要有以下几点:
(１)根据设计图纸检查基槽的开挖平面位置、尺寸、槽底深度;检查是否与设计图纸相符,开挖深度是否符合设计要求.
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任务１.４　土方边坡与基坑支护
(２)仔细观察槽壁、槽底土质类型、均匀程度和有关异常土质是否存在,核对基坑土质及地下水情况是否与勘察报告相符.
(３)检查基槽之中是否有旧建筑物基础、古井、古墓、洞穴、地下掩埋物及地下人防工程等.
(４)检查基槽边坡外缘与附近建筑物的距离,基坑开挖对建筑物稳定是否有影响.
(５)检查核实分析钎探资料,对存在的异常点位进行复核检查.
２.验槽方法验槽通常采用观察法,而对于基底以下的土层不可见部位,要先辅以钎探法配合共同完成.钎探法可分为人工法和机械法.
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任务１.４　土方边坡与基坑支护
常用轻型圆锥动力触探器:穿心锤质量为１０kg,锥头直径为４０mm,锥角为６０°,落距为５０cm,触探杆直径为２５mm,长度为１.８~２.５m.记录其贯入３０cm 的锤击数作为设计承载力、地勘结果、基土土层的均匀度等质量指标的依据.钎探的目的是:根据锤击沉钎的难易程度和灌水中的渗透快慢,判断基底持力层是否均匀,是否有孔洞、墓穴、孤石等不利情况.
钎探机工艺流程是:确定打钎顺序→就位打钎→记录锤击数→整理记录→拔钎盖孔→检查孔深→灌砂.
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任务１.４　土方边坡与基坑支护
根据基坑平面图,依次编号绘制钎点平面布置图,按钎点平面布置图放线,在孔位洒上白灰点,用盖孔砖压在点位上做好覆盖保护.每块盖孔砖上面必须用粉笔写明钎点编号.钎探孔的排列方式须根据槽宽确定,槽宽大于２００cm 时采用梅花形排列方式,间距为１~２m.
灌砂:打完的钎孔,经过质检人员和工长检查孔深与记录无误后,即进行灌砂.灌砂时每填入３０cm 左右,可用钢筋捣实一次.
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任务１.５　土方工程机械化施工
1.5.1单斗挖土机
单斗挖土机按工作装置不同,可分为正铲、反铲、抓铲和拉铲四种(图１-３７);单斗挖土机根据其行走方式的不同,可分为履带式或轮胎式两类;按其操纵机构的不同,可分为机械式和液压式两类.
１. 正铲挖土机
正铲挖土机适用于开挖停机面以上的土方,且需与汽车配合完成整个挖运工作.正铲挖土机挖掘力大,适用于开挖含水量较小的一至三类土和经爆破的岩石及冻土.其一般可用于大型基坑工程,也可用于场地平整施工.正铲挖土机的挖土特点是:“前进向上,强制切土”.根据开挖路线与运输汽车相对位置的不同,一般有以下两种:
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任务１.５　土方工程机械化施工
(１)正向开挖,侧向装土法.正铲向前进方向挖土,汽车位于正铲的侧向装车[图１-３８(a)、(b)].此法铲臂卸土回转角度最小(＜９０°),装车方便,循环时间短,生产效率高.其适用于开挖工作面较大,深度不大的边坡、基坑(槽)、沟渠和路堑等,为最常用的开挖方法.
(２)正向开挖,后方装土法.正铲向前进方向挖土,汽车停在正铲的后面[图１-３８(c)].此法开挖工作面较大,但铲臂卸土回转角度较大(在１８０°左右),且汽车要侧向行车,增加工作循环时间,生产效率降低(回转角度为１８０°,效率约降低２３％;回转角度为１３０°,约降低１３％).其适用于开挖工作面较小且较深的基坑(槽)、管沟和路堑等.
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任务１.５　土方工程机械化施工
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.其能开挖停机面以下的一至三类土,适用于一次开挖深度在４m 左右的基坑(槽)、管沟,也可用于地下水水位较高的土方开挖;在深基坑开挖中,可采取通过下坡道、台阶式接力等方式进行开挖.反铲挖土机可以与自卸汽车配合,装土运走,也可弃土于坑槽附近.根据挖土机的开挖路线与运输汽车的相对位置不同,一般有以下几种挖法:
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任务１.５　土方工程机械化施工
(１)沟端开挖法.反铲停于沟端,后退挖土,同时往沟一侧弃土或装汽车运走[图１-３９(a)].挖掘宽度可不受机械最大挖掘半径的限制,臂杆回转半径仅为４５°~９０°,同时可挖到最大深度.对较宽的基坑可采用[图１-３９(b)]的方法,其最大一次挖掘宽度为反铲有效挖掘半径的两倍,但汽车须停在机身后面装土,生产效率降低;或采用几次沟端开挖法完成作业.其适用于一次成沟后退挖土,挖出土方随即运走,或就地取土填筑路基或修筑堤坝等.
(２)沟侧开挖法.反铲停于沟侧沿沟边开挖,汽车停在机旁装土或往沟一侧卸土[图１-３９(c)].本法铲臂回转角度小,能将土弃于距沟边较远的地方,但挖土宽度比挖掘半径小,边坡不好控制,同时机身靠沟边停放,稳定性较差.其适用于横挖土体和需将土方甩到与沟边较远的距离时.
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任务１.５　土方工程机械化施工
(３)多层接力开挖法.用两台或多台挖土机设在不同作业高度上同时挖土,边挖土,边将土传递到上层,由地表挖土机连挖土带装土;上部可用大型反铲,中、下层用大型或小型反铲,进行挖土和装土,均衡连续作业.一般两层挖土可挖深１０m,三层可挖深１５m 左右.采用本法开挖较深基坑,能够一次开挖到设计标高,一次性完成作业,可避免汽车在坑下装运作业,提高生产效率,且不必设专用垫道.其适用于开挖土质较好、深１０m 以上的大型基坑、沟槽和渠道.
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任务１.５　土方工程机械化施工
３. 抓铲挖土机
抓铲挖土机是在挖土机臂端用钢丝绳吊装一个抓斗.其挖土特点是:直上直下,自重切土.其挖掘力较小,能开挖停机面以下的一至二类土.其适用于开挖软土地基基坑,特别是对窄而深的基坑、深槽、深井采用抓铲效果理想.抓铲还可用于疏通旧有渠道以及挖取水中淤泥等,或用于装卸碎石、矿渣等松散材料.在软土地区,常用抓铲挖土机开挖基坑、沉井等.
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任务１.５　土方工程机械化施工
４. 拉铲挖土机
拉铲挖土机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至二类土,但不如反铲动作灵活准确.其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.拉铲挖土机的开挖方式与反铲挖土机的开挖方式相似,既可沟侧开挖也可沟端开挖.
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任务１.５　土方工程机械化施工
1.5.2　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.常用的是液压式推土机,其铲刀可强制切入土中,切入深度较大.同时,铲刀还可以调整角度,具有更大的灵活性.推土机多用于挖土深度不大的场地平整、开挖深度不大于１.５m 的基坑、回填基坑和沟槽等施工.推土机可以推挖一至三类土,经济运距为１００m以内,效率最高为４０~６０m.
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任务１.５　土方工程机械化施工
１. 作业方法
推土机开挖的基本作业是铲土、运土和卸土三个工作行程和空载回驶行程.铲土时应根据土质情况,尽量采用最大切土深度并在最短距离(６~１０m)内完成,以便缩短低速运行时间,然后直接推运到预定地点.回填土和填沟渠时,铲刀不得超出土坡边沿.
２. 提高生产率的方法
(１)下坡推土法.在斜坡上,推土机顺下坡方向切土与堆运,借机械向下的重力作用切土,增大切土深度和运土数量,可提高生产率３０％~４０％,但坡度不宜超过１５°,避免后退时爬坡困难.
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任务１.５　土方工程机械化施工
(２)槽形推土法.推土机重复多次在一条作业线上切土和推土,使地面逐渐形成一条浅槽,再反复在沟槽中进行推土,以减少土从铲刀两侧漏散,可增加１０％~３０％的推土量.槽的深度以１m 左右为宜,槽与槽之间的土坑宽度约为５０m.其适合在运距较远、土层较厚时使用.
(３)并列推土法.用２~３台推土机并列作业),以减少土体漏失量.铲刀相距１５~３０cm,一般采用两机并列推土,可增大推土量１５％~３０％.其适用于大面积场地平整及运送土.
(４)分堆集中,一次推送法.在硬质土中,切土深度不大,将土先积聚在一个或数个中间点,然后再整批推送到卸土区,使铲刀前保持满载.堆积距离不宜大于３０m,推土高度以２m 内为宜.本法能提高生产效率１５％左右.其适合在运送距离较远,而土质又比较坚硬,或长距离分段送土时使用.
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任务１.５　土方工程机械化施工
1.5.3　铲运机
铲运机是一种利用安装在前后轮轴或左右履带之间的带有铲刃的铲斗,在行进中顺序完成铲削、装载、运输和卸铺的铲土运输机械.铲运机由牵引机械和土斗组成.按其行走方式可分为拖式和自行式两种;按铲斗操纵系统可分为油压式和索式.
１. 铲运机的特点和应用
铲运机能综合完成挖、运、平、填等全部土方施工工序,对道路要求低,操纵灵活,运转方便,生产率高.常应用于大面积场地平整,开挖大基坑、沟槽及填筑路基、堤坝等工程.其适用于铲运含水量不大于２７％的松土和普通土,不适于在砾石层和冻土地带及沼泽区工作.
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任务１.５　土方工程机械化施工
在铲运较坚硬的土时,宜先松土.其经济运距是:自行式铲运机的经济运距为８００~１５００m,拖式铲运机的经济运距为６００m,当运距为２００~３００m时效率最高.斗容量确定后,生产率的高低取决于机械的开行路线和施工方法.
２.铲运机的施工方法
(１)下坡铲土.利用有利地形,借助铲运机重力加大铲土能力,缩短装土时间,提高生产率.
(２)跨铲法.在较坚硬的土中挖土时,可预留土埂间隔铲土.土埂高度应不大于３００mm,宽度不大于铲运机两履带间净距.
(３)助铲法.在坚硬的土层中铲土时,以推土机协助铲土.
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任务１.５　土方工程机械化施工
1.5.4　平地机
平地机是利用刮刀平整地面的土方机械.其刮刀安装在机械前、后轮轴之间,能升降、倾斜、回转和外伸.平地机动作灵活准确,操纵方便,平整场地有较高的精度,广泛用于公路、机场等大面积的地面平整作业,如图１-４９所示.
1.5.5　装载机与自卸车
(１)装载机如图１-５０(a)所示.装载机是用机身前端的铲斗进行铲、装、运、卸作业的施工机械,广泛用于建筑、公路等建设工程的土石方施工机械.它主要用于铲装土壤、砂石、石灰等散装物料.
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任务１.５　土方工程机械化施工
在软土地区,装载机也可用于基坑开挖,换装不同的辅助工作装置还可进行推土、起重和其他物料的装卸作业.
装载机具有作业速度快、效率高、机动性好、操作轻便等优点,因此,它成为工程建设中土石方施工的主要机种之一.
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任务１.５　土方工程机械化施工
(２)自卸车是指通过液压或机械举升而自行卸载货物的车辆,又称翻斗车.其由汽车底盘、液压举升机构、货厢和取力装置等部件组成.自卸车的发动机、底盘及驾驶室的构造和一般载重汽车相同.建筑工地常用功能作业型自卸车,其运输距离短,一般不超过１０km,装卸频繁,货厢相对较小.其对底盘的要求是轴距短,扭矩大.自卸车的车厢分后向倾翻和侧向倾翻两种.
自卸车在土木工程中,经常与挖掘机、装载机、带式输送机等工程机械联合作业,构成装、运、卸生产线,进行土方、砂石、散料的装卸运输工作[图１-５０(b)].
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任务１.６　土方的填筑与压实
１.６.１　土料的选用和要求
为了保证填方土体在强度和稳定性方面的要求,必须正确选择土料.填方土料应符合设计要求.填方土料如无设计要求,应符合下列规定:
(１)碎石类土、砂土(使用细、粉砂时应取得设计单位同意)和爆破石渣,可作表层以下的填料.
(２)黏性土可作各层的填料,但填筑前应检查其含水量是否在控制范围内.含水量大的黏土不宜作为填土用.
(３)碎块草皮和有机含量大于８％的土,吸水后容易变形,承载能力降低;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,影响土的密实性,所以仅限用于无压实要求的填方.
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任务１.６　土方的填筑与压实
(４)人工杂填土,应视土质情况决定取舍,原则上不用于地基回填土.若成分复杂、稳定性差的土则弃之勿用.
(５)淤泥、淤泥质土、冻土和膨胀土等均不能用作回填土料.回填土宜优先利用基槽中挖出的优质土,第一是较为经济,第二是回填压实后与坑底、坑壁的原土亲和力较强.
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任务１.６　土方的填筑与压实
1.6.2填土压实方法
填土应分层进行,若工作面太大而采用分段施工,则每层接缝处应做成３０°斜面,上下层接缝应错开不小于５００mm 的距离.应尽量采用同类土填筑,如采用不同土填建筑时,应先填筑透水性较大的土,后填筑透水性较小的土.不能将各种土混杂在一起使用,以免填方内形成水囊.以碎石类土或爆破石渣作填料时,其最大料径不得超过每层辅土厚度的２/３,以黏土作回填土料时,应先将土料过筛,除去石块、草根、树枝,填筑前视其干湿情况进行洒水或摊晒.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　土的夯实填方与山坡连接处.
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任务１.６　土方的填筑与压实
虚铺厚度:人工木夯填土２０(黏性土)~３０cm(砂质土);推土机填土３０cm;铲运机或汽车填土３０~５０cm;回填基坑、墙基或管沟时,应从四周或两侧分层、均匀、对称进行,以防基础、墙基或管道在土压力下产生偏移和变形.填土的压实方法一般有碾压法、夯实法和振动压实法三种.
１. 碾压法
碾压法是利用机械滚轮的压力压实土壤,使之达到所需的密实度,此法多用于大面积填土工程.碾压机械有光面碾(压路机)、凸块碾(羊足碾)和气胎碾.光面碾对砂土、黏性土均可压实;凸块碾需要较大的牵引力,且只宜压实黏性土,因在砂土中使用凸块碾会使土颗粒受到“凸块”较大的单位压力后向四周移动,从而使土的结构遭到破坏;
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任务１.６　土方的填筑与压实
气胎碾在工作时是弹性体,其压力均匀,填土质量较好;还可利用运土机械进行碾压,也是较经济合理的压实方案.施工时可使运土机械行驶路线能大体均匀地分布在填土面积上,并达到一定重复行驶遍数,使其满足填土压实质量的要求.碾压填方时,机械的行驶速度不宜过快,一般平碾控制在２km/h,否则会影响压实效果.
２.夯实法
夯实法是利用夯锤自由下落的冲击力来夯实土壤.夯实法可分为人工夯实和机械夯实两种.
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任务１.６　土方的填筑与压实
夯实机械有夯锤、内燃夯土机和蛙式打夯机三类,其用于基槽或面积小于１０００m２ 的基坑回填.人工夯土用的工具有木夯、石夯等,主要用于碾压机无法到达的坑边坑角的夯实.夯锤是借助起重机悬持一重锤进行夯土的夯实机械,适用于夯实砂性土、湿陷性黄土、杂填土以及含有石块的填土.一台打夯机必须两人同时使用,由一人扶把掌控前进速度和方向,另一人牵提电缆,以防发生触电事故.
３.振动压实法
振动压实法是在松土层表面,开动振动压实机产生振动力,使土颗粒在振动的状态下发生相对位移并在振动压实机的重压下达到紧密状态.这种方法用于振实非黏性土效果较好.
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任务１.６　土方的填筑与压实
如使用振动碾进行碾压,可使土受振动和碾压两种作用,碾压效率高,适用于大面积填方工程.如使用内燃式振动平板夯,可压实松散的、粒状的土壤、沙砾及沥青路面.其具有体积小、质量轻、能自行前进、机动灵活性强等特点,适用于建筑物临近的狭窄地带及管线沟槽等复杂地形的压实作业.
无论何种方法,都要求每一行碾压夯实的幅宽要有至少１００mm的搭接,若采用分层夯实且气候较干燥,应在上一层虚土铺摊之前将下层填土表面适当喷水湿润,增加土层之间的亲和程度.
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任务１.６　土方的填筑与压实
1.6.3　影响填土压实的因素
影响填土压实的因素较多,主要有压实功、土的含水量以及每层铺土厚度.
１. 压实功的影响
填土压实后的密度与压实机械在其上所施加的功有一定的关系(图１-５４).填土的密度与所耗功的关系如图１-５４所示.当土的含水量一定,在开始压实时,土的密度就会急剧增加.待到接近土的最大密度时,压实功虽然增加许多,而土的密度则变化甚小.
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任务１.６　土方的填筑与压实
在实际施工中,对砂土只需碾压夯击２~３遍,对粉土只需３~４遍,对粉质黏土只需５~６遍.另外,松土不宜用重型碾压机械直接滚压,否则土层会有强烈的起伏现象,效率不高.如果先用轻碾压实,再用重碾压实就会取得较好效果.
２.含水量的影响
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.较为干燥的土颗粒之间的摩阻力较大,因而不易压实.当含水量超过一定限度时,土颗粒之间孔隙由水填充而呈饱和状态,也不能压实.当填土的含水量适当时,水起了润滑作用,使土颗粒之间的摩阻力减少,压实效果可达最好.
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任务１.６　土方的填筑与压实
所以,在使用同样的压实功进行压实,所得到的土的密度最大时的含水量叫作最佳含水量,如图１-５５所示.各种土的最佳含水量和最大干密度可参考表１-８.工地简单检验黏性土含水量的方法一般是以手握成团落地开花为适宜.为了保证填土在压实过程中处于最佳含水量状态,当土过湿时,应予翻松晾干,也可掺入同类干土和吸水性土料;当土过干时,则应预先洒水润湿.
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任务１.６　土方的填筑与压实
３. 铺土厚度的影响
当土层表面受到较大的夯压作用时,由于土层的应力扩散,会使得压实应力随深度增加而快速减小.因此,只有在一定深度内土体才能被有效压实,该有效压实深度与压实机械、土的性质和含水量等有关.铺土厚度应小于压实机械的作用深度,但其中还有最优土层厚度问题,铺得过厚,要压很多遍才能达到规定的密实度;铺得过薄,则容易起皮且影响施工进度,费工费时.最优的铺土厚度应能使土方压实而机械的功耗费最少,可按照表１-９选用.在表中规定压实遍数范围中,轻型压实机械取大值,重型压实机械取小值.
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任务１.６　土方的填筑与压实
上述三个方面的因素之间是互相影响的.为了保证压实质量,提高压实机械的生产率,重要工程应根据土质和所选用的压实机械在施工现场进行压实试验,以确定达到规定密实度所需的压实遍数、铺土厚度及最优含水量.
1.6.4　填土的质量检验
填土必须具有一定的密实度,以避免建筑物的不均匀沉陷.填土密实度以设计规定的控制干密度ρd 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λc,即
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任务１.６　土方的填筑与压实
利用填土作为地基时,设计规划规定了各种结构类型、各种填土部位的压实系数值.如砖石承重结构和框架结构在地基的主要持力范围内的填土压实系数λc 应大于０.９６,而在地基主要持力范围以下,则为０.９３~０.９６.
土的最大密度ρdmax一般在实验室由击实试验确定.土的最大干密度ρdmax乘以规范规定的压实系数,即可计算出填土控制干密度ρd 的值.在填土施工时,土的实际干密度大于或等于ρd 时,则符合质量要求.土的实际干密度可用“环刀法”测定.
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任务１.６　土方的填筑与压实
其取样组数为:基坑回填每２０~５０m２ 取样一组;基槽管沟回填每层按长度２０~５０m 取样一组;室内填土每层按１００~５００m２ 取样一组;场地平整填土每层按４００~９００m２ 取样一组,取样部位应在每层压实后的下半部分.试样取出后称出土的天然密度并测出含水量,然后用式(１-２２)计算土的实际干密度ρd:
式中　ρ———土的天然密度(g/cm３);
ω———土的天然含水量(％).
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图１-１　土的三相比例
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图１-３　基坑土方工程量计算
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图１-４　基槽土方工程量计算
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图１-５　场地设计标高计算示意
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图１-６　单向泄水坡度的场地
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图１-７　双向泄水坡度的场地
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图１-８　零点位置
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图１-９　零点位置图解法
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表１-３　采用方格网点计算公式
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表１-３　采用方格网点计算公式
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图１-１０　某建筑场地地形图和方格网布置
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图１-１５　集水井降水
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表１-４　各种井点的适用范围
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图１-１６　轻型井点降低地下水水位
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图１-１７　滤管的构造
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图１-１８　单排线状井点的布置
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图１-１９　双排线状井点的布置
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图１-２１　水井的分类
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图１-２２　环状井点涌水量计算简图
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表１-５　有效深度H０
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图１-２３　井点管的埋设
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图１-２６　回灌井点
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图１-２７　基坑(槽)边坡形式
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表１-６　开挖深度在５m 内的基坑(槽)的最陡坡度(不加支撑)
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图１-２８　常用基坑支护的结构体系
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图１-２９　某工程土钉支护示意
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　图１-３０　预应力土层锚固
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图１-３１　挡土灌注桩支护示意
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图１-３２　挡土灌注桩与土层锚杆结合支护示意
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图１-３３　地下连续墙施工示意
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图１-３４　深基坑开挖示意
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图１-３７　单斗挖土机
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图１-３８　正铲挖掘机开挖方式
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图１-３９　反铲沟端及沟侧开挖法
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图１-４９　平地机
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图１-５０　装载机与自卸车
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图１-５４　填土密实度与压实功的关系
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图１-５５　填土密实度与含水量的关系
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表１-８　土的最佳含水量和最大干密度参考表
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表１-９填方每层的铺土厚度和压实遍数
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