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第1章
土方工程
目 录
1.1 概述
1.2 场地平整
1.3 土方开挖
1.4 土方的填筑与压实
1.3 土方开挖
根据基坑面积大小、开挖深度、支护结构形式、土质状况和环境条件等因素研究选定开挖方式
（1）全面开挖。
（2）分段开挖。
（3）分层开挖。
（4）盆式开挖。
（5）“中心岛”式开挖。
1.3.1 土方开挖方式
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
土方开挖可采用机械开挖和人工开挖。土方工程施工时，优先考虑机械化施工，加快施工进度，为了防止超挖、铺填超厚，可通过人工修挖机械无法施工的边坡修整和场地边角、小型沟槽的开挖或回填等。
1.3.2 土方开挖方法
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
正铲挖掘机
反铲挖掘机
拉铲挖掘机
抓铲挖掘机
1.3.3 土方开挖机械化施工
1.施工机械
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
多斗挖土机
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
（1）正铲挖土机
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
正向挖土侧向卸土
工作特点：“前进向上，强制切土”；挖土、装车效率高，需与汽车配合。
适用于：停机面以上、含水量27％以下、一～四类土的大型基坑开挖。
作业方法：正向挖土后方卸土，正向挖土侧向卸土。
正向挖土后方卸土
正铲挖土机的作业方法
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
（2）反铲挖土机
工作特点：“后退向下，强制切土”，需与汽车配合。
适用于：停机面以下、一～三类土，停机面以下小型基坑、基槽和管沟的土方，尤其适用于开挖独立柱基，以及泥泞的或地下水位较高的土体。
作业方法：沟端开挖 ；沟侧开挖。
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
R
333
反铲挖土机开挖方式
R
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
长臂反铲挖土机
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
（3）拉铲挖土机
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
工作特点：“后退向下，自重切土”。
适用于：停机面以下、一～三类土，可开挖较大基坑（槽）和沟渠，挖取水下泥土，也可用于填筑路基、堤坝等。
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
（4）抓铲（抓斗）挖土机
工作特点：“直上直下，自重切土”。
适用于：开挖较松软的土，对施工面狭窄而深的基坑、深槽、深井采用抓铲效果理想。还可用于挖取水中淤泥，装卸碎石、矿碴等松散材料。
索具式、液压式
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
液压抓斗挖土机
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
1
2. 土方机械配套计算
当存在多种机械可供选择时，应进行技术经济比较，选择效率高费用低的机械进行施工。
原则：保证挖土机连续工作
汽车载重量：最合适的车辆载重量应当是使土方施工单价最低,一般情况下，以每斗土重的3～5倍为宜。
汽车数量：
N＝汽车每一工作循环时间／（每次装车时间+调头等待时间）
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
1.3.4 土方开挖工程量的计算
1.基坑土方量
按拟柱体法—
V=(S+4S0+S')h /6
S'
S
S0
h
基坑、基槽、路堤土方量计算
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
2.基槽（路堤）土方量
沿长度方向分段计算Vi，再V = Vi
对于：断面尺寸不变的槽段：Vi =Si×Li
断面尺寸变化的槽段：Vi =(Si+4S0i+S'i)Li/6
槽段长Li：外墙—槽底中～中，
内墙—槽底净长。
h
I－I
Si
I
I
L2
L1
L5
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
（1）边坡坡度
m―坡度系数。m＝B/H
α
H
B
1:m
i=tgα=H/B=1:(B/H)=1:m
1. 土方边坡的稳定
1.3.5 土方开挖辅助工作
边坡坡度应根据土质、开挖深度、开挖方法、施工工期、地下水位、气候条件等因素确定。
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
1
（2）边坡稳定的条件
工程中边坡的稳定性是用稳定安全系数Ks数表示
Ks＞1.0表示边坡稳定；Ks =0表示边坡处于极限平衡状态；0＜Ks＜1.0表示边坡处于不稳定状态。
边坡形式：斜坡、折线坡、踏步（台阶）式
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
1
造成边坡失稳的原因主要有以下几个方面：
1）边坡过陡，土体本身稳定性不够而产生塌方；
2）坡顶堆载过大，在基坑上边缘附近大量堆载或停放机具材料，或者存在动载，使土体中产生的剪应力超过土体的抗剪强度；
3）地面水及地下水渗入边坡土体，使土体的自重增大，抗剪能力降低。
可采取以下措施来防止边坡塌方：
1）在条件允许的情况下放足边坡。
2）减少在边坡上堆载或动载的不利影响。
3）做好排水工作。
4）进行边坡防护。
5）提高土壁稳定性。
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
当基坑（槽）开挖采用放坡无法保证施工安全或场地无放坡条件时，一般采用支护结构保证基坑的土壁稳定。
（1）基槽支护结构
常用横撑式支撑—适用于较窄沟槽。
（1）水平衬板式：
断续式――深度3m内；
连续式――深度5m内。
（2）垂直衬板式（右下图）
深度不限
2. 土壁支护
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
（2）基坑支护结构
基坑支护结构可分为：
重力式支护结构（柔性支护结构）
深层搅拌水泥土桩和旋喷帷幕墙等
非重力式支护结构（刚性支护结构）
钢板桩、钢筋混凝土板桩、地下连续墙等
边坡稳定式支护
土钉墙结构等
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
1）重力式支护结构
重力式支护结构主要通过加固基坑周边土形成一定厚度的重力式墙，以达到挡土目的。
常用深层搅拌水泥土桩挡墙，通过搅拌桩机将水泥与基坑周边土进行搅拌形成的水泥土桩，并相互搭成格栅或实体而构成的重力支护结构。它具有防渗和挡土的双重功能，靠自重和刚度进行挡土，适用于场地开阔的软土基坑，且基坑深度不大于7m。
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
深层搅拌与插入H型钢
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
桩式挡墙
钢板桩
型钢+挡板
钻孔、挖孔灌注桩
板式挡墙 地下连续墙
2）非重力式支护结构
非重力式支护结构就是在基坑四周设置支挡构件形成围护墙，承受土壁侧压力及其他荷载，保持土体结构稳定，围护墙有桩式和板式两种基本类型。
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
U型钢板桩挡墙
具有挡土、止水功能
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
U型钢板桩挡墙（围堰）
液压打拔桩机打入
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
U型钢板桩挡墙（围堰）
起吊就位
振动沉入
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
水泥土桩挡墙
抗渗、挡土，适用5m-7m深基坑。
劲性水泥土桩挡墙（SMW工法）：抗渗、挡土，适用8m-10m深基坑。
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
U型钢板桩、 劲性水泥土桩挡墙，加钢管横撑
U型钢板桩挡墙
插了H型钢的水泥土桩挡墙
水泥土桩挡墙
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
锚杆护坡桩支护结构施工现场
冠梁
槽钢腰梁
护坡桩
锚杆拉筋
砂浆面层
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
某大桥锚碇施工的地下连续墙
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
挡墙的支撑形式
悬臂式
内撑式
锚拉式
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
上海世博中心（99m×414m）C区北侧、东侧采用
H型钢水泥土墙＋坑内钢管斜抛撑围护结构
斜（抛）撑实例
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
基坑C区北侧支护结构典型剖面详图
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
冠梁
双槽钢腰梁
护坡桩
锚杆拉筋
桩间挂网喷砂浆
锚杆实例
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
工字钢腰梁与锚杆锚头
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
螺旋钻成孔
锚杆的成孔方法
套管压水钻进成孔
地质钻成孔
液压钻成孔
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
锚杆拉筋及注浆管
锚杆孔内注浆
锚杆张拉（注浆体强度达到75%以上）
拉筋非锚固段的防腐、隔离处理——涂油、套管
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
a.型钢支撑
内撑式实例
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
b.钢管支撑——加劲水泥土桩挡墙+钢管横撑、角撑。先撑后挖
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
地下连续墙与坑内钢筋混凝土支撑的布置
第一道支撑
c.钢筋混凝土支撑——
上海世博文化中心
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
挖土及第二道支撑施工
上海世博文化中心
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
d.围檩（环梁）支撑—上海中心大厦：直径约130m的环状地下连续墙，墙厚1.2m，深50m。图为开挖中的围檩（环梁）施工
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
3、土钉墙结构
土钉墙结构支护是通过在土体中埋设一定长度和密度的土钉和喷射配有钢筋网的混凝土面层，与土共同作用，弥补土体自身强度的不足，保证开挖面的稳定。它能显著提高土体的整体刚度和整体稳定性。
土钉墙结构简单、安全可靠、施工方便快速、节省材料、费用较低，应用较广。
施工时土钉墙结构应在分层分段挖土的条件下进行，先开挖1~2m深，然后施作土钉，挖土和施作土钉交叉进行，并保证每一施工阶段基坑的稳定。
适用于地下水位低于土坡开挖段或经过施工降水后开挖层的支护，同时要求土体具有一定的黏性，另外，土钉墙施工时要求坡面无渗水，否则影响混凝土质量。
开挖深度一般为5~12m。
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
土钉墙支护构造立面图
土钉墙支护构造剖面
土钉
喷射混凝
土面层
连接件
可能滑坡面
挡水台
以打入钢管做土钉的土钉墙
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
先做的两步土钉墙
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
用螺旋钻打孔
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
用洛阳铲打孔
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
插入土钉钢筋并注浆
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
将土钉钢筋与钢筋网外的加强筋焊接固定
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
喷射混凝土墙体
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
复合土钉墙支护（土钉墙+锚杆）
土钉墙支护
加锚杆的复合土钉墙构造
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
加锚杆及槽钢梁的复合土钉墙
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
开挖基坑（槽）时，开挖面低于地下水位时的地下水和雨季施工时的地表水，会不断地进入坑内，导致边坡塌方和地基承载能力的下降，因此必须做好排水工作，保持土体干燥。
基坑降水的方法有:集水井降水和井点降水法。
2. 降水
地下含水构造的种类
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
2～5％
排水沟
集水井
水泵
（1）集水井法（明排水法）
在基坑（槽）开挖时，在坑底的周围或中央开挖排水沟，使水在重力作用下流入集水井内，然后用水泵抽出坑外。
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
设置要求：排水沟及集水井一般应设置在基础范围以外，地下水流的上游，基坑面积较大时，可在基础范围内设置盲沟排水。
集水井每隔20～40m设置一个，直径或宽度一般为0.6～0.8m。深度低于挖土面0.7～1.0m，当基坑挖至设计标高后，井底应低于坑底1～2m，并铺设碎石滤水层，做好坚固的井壁。
应用：集水井降水方法比较简单、经济、对周围影响小，因而应用较广。但当涌水量、水位差较大或土质为细砂或粉砂，有产生流砂、边坡塌方及管涌等可能时，往往采用强制降水的方法，人工控制地下水流的方向、降低地下水位。
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
1）普通明沟排水法
2）分层明沟排水法
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
（2）井点降水法
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。
1）作用
①防止地下水涌入坑内；
②防止边坡由于地下水流的渗流而引起的塌方；
③使坑底的土层消除了地下水位差引起的压力，因此防止了管涌；
④降水后，减少了围护结构的水平荷载；
⑤消除了地下水的渗流，就防止了流砂现象；
⑥降低地下水位，使土壤固结，增加地基土的承载能力。
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
2）井点类型及适用范围
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
单级轻型井点降水全貌图
抽水设备
3）轻型井点
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
二级轻型井点降水剖面示意
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
第一级
井点
第二级
井点
某基坑工程采用两级轻型井点降水，放坡大开挖，挂网喷浆护坡。
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
井管
弯连管
已包滤网的滤管
轻型井点井点设备
（1）管路系统
井管
滤管
总管
弯连管
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
用塑料弯连管将井管与总管连接
滤管构造
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
1）真空泵式抽水设备
机组结构图
机组外形
原理：通过设备系统抽真空，地下水在大气压力下进入系统而排出，使地下水位下降。
特点：真空度高，体形大、耗能多、构造复杂。
（2）抽水设备
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
真空泵抽水系统构造及工作原理
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
2）射流泵式抽水设备
种类：溢流式、密闭式
特点：简单、轻小、节能
溢流式
密闭式
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
射流泵抽水设备工作原理
通过喷嘴射流、喉管加速，使射流器内真空，地下水在大气压力下进入射流器而随射流进入循环水箱排出，使地下水位下降。
3
(b)射流器构造
1一离心水泵；2一射流器；3一进水管；4一总管；5一井点管；6一循环水箱；
7—隔板；8一泄水口；9一真空表；10一压力表；11一喷嘴：12一喷管
(a)工作简图
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
喷射井点——通过外层套管打下的高压水在井管底部进入内管，并向上方高速喷射，将地下水带出。可降水深度8~20m。
平面布置图
扬水器原理图
设备简图
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
井点管
电极
< 60V的直流电源
电渗井点原理图
将电极系统与轻型井点或喷射井点结合，以加速水的渗漏，使土体尽快疏干。
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
管井井点构造
打井后安装井管，并在井管内安装吸水管，每一眼井设置一台水泵抽水。
常用离心泵或真空泵抽水。适于降水深度较小，但水量较大的工程。
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
管井真空降水泵
自溢式
密闭式
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
钢管深管井井点
井孔
粘土封口
Φ50出水管
电缆
砾石滤水层
Φ375钢井管
潜水电泵
滤水管
滤网
导向段
开孔底板
中粗砂
Φ75总管
钢板井盖
Φ50出水管
无砂砼管深管井井点
井孔
潜水电泵
砾石滤水层
沉砂管
无砂砼滤水管
沉砂管
粘土封口
深管井井点
构造基本同管井井点，但采用深井潜水泵或深井泵抽水。
适于降水深度大或井的深度大的工程。
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
深管井井点降水施工现场
水泥砾石井管
潜水泵管
排水总管
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
水泥砾石井管与砾石滤料
塑料井管与滤网
钢滤管（桥式孔、圆孔）
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
深井潜水泵
车载式反循环钻（打井设备）
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
钻井孔
下滤管
反循环回转钻
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
降水井点与排水总管
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
引渗井点示意
水平辐射井点示意
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
轻型井点布置和计算
轻型井点布置包括高程布置与平面布置。平面布置即确定井点布置的形式、总管长度、井点管数量、水泵数量及位置等。高程布置则确定井点管的埋置深度。
布置和计算的步骤是：确定平面布置→高程布置→计算井点管数量等→调整。
a.平面布置
单排：在上游一侧布置，
每侧超出沟槽≮B。
用于沟槽宽度B≤6m，
降水深度≤5m。
双排：在沟槽两侧布置，
每侧超出沟槽≮B。
用于沟槽宽度B>6m，
或土质不良。
环状：适用于大面积基坑，
在坑槽四周布置。
U形：当土方施工机械需进出基坑时。
路基及铺管施工，使用的双排轻型井点
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
在地下水位附近安设轻型井点，解决了深基坑、低水位的降水问题
抽水设备位置过高，降水深度损失大
每台抽水设备负责的井点数量应计算确定
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
环状井点平面及高程布置
单排井点平面及高程布置
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
b.高程布置
井管埋深：h≥h1＋△h＋iL。
h1—总管埋设面至基底的距离，m；
△h—基底至降低后的地下水位线的距离，m，一般为取0.5~1m；
i—水力坡度，单排井点1/4～1/5 ，双排井点 1/7，环形井点 1/10；
L—井点管至水井中心的水平距离，m。
计算结果要小于抽水设备的最大抽吸高度，不能满足时，可采用降低总管埋设面或设置多级井点的方法。任何情况下滤管都必须埋设在含水层内。井点管布置应离坑边有一定距离（0.7～1m），以防止边坡塌土而引起局部漏气。
单排井点
双排U型或环形布置
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
c. 总管及井点管数量计算
计算涌水量Q：判断井型
分类方法 井点类型 按水层是否承压 承压井 无压井
按滤管是否达到不透水层 完整井 非完整井
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
无压完整井单井井点计算
Q＝1.366K(2H－S)S / (lgR－lgr) （m3/d）
K―土层渗透系数（m/d）；
H―含水层厚度（m）；
S―水位降低值（m）；
R―抽水影响半径（m），R=1.95S(HK)1/2
r―单井的半径（m）；
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
无压完整井群井井点计算
Q＝1.366K(2H－S)S / [lg(R+x0 )－lgx0] （m3/d）
K―土层渗透系数（m/d）；
H―含水层厚度（m）；
S―水位降低值（m）；
R―抽水影响半径（m），R=1.95S(HK)1/2
x0―矩形井点系统的假想半径（m）。
x0
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
无压非完整井群井系统涌水量
以有效影响深度H0代替含水层厚度H用上式计算Q。
H0的确定方法：
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
承压完整井群井系统涌水量
Q＝2.73KMS/ [Lg(R+x0 )-Lgx0] （m3/d)
M―承压含水层厚度（m）
S－基坑中心水位下降（m）；
R－影响半径（m）
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
确定井管的数量与间距
单井出水量：q＝65πd l K1/3 （m3/d）
d、l――滤管直径、长度（m）；
最少井点数：n'＝1.1Q / q （根）
1.1－备用系数。
最大井距：D'＝L总管 / n' （m）；
确定井距
确定井点数
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
4)轻型井点埋设及使用
埋设井点管时，先排放总管，再埋设井点管，然后用弯联管将井点与总管接通，最后安装抽水设备。
井点埋设方法：
水冲法：水枪（高压水）
钻孔法：正循环钻、反循环钻、冲击钻
振动水冲法
注意问题：
井点系统全部安装完毕后，需进行试抽，以检查有无漏气现象。
开始抽水后，应细水长流，出水澄清，不应停抽。
抽水时需要经常检查井点系统工作是否正常，以及检查观测井中水位下降情况。
1.3 土方开挖
第1章 土方工程
1.4 土方的填筑与压实
1．土料选择
（1）碎石类土、砂石和爆破石渣（粒径不大于每层铺厚2/3）可用于表层下的填土。
（2）含水量符合压实要求的粘性土可作各层填土。
（3）碎块草坡和有机质含量大于8%的土，仅用于无压实要求的填方。
（4）淤泥和淤泥质土，一般不能用作填土，但在软土或沼泽地区，经过处理含水量符合压实要求，可用于填方中的次要部位。
（5）两种透水性不同的填料分层填筑时，上层宜填透水性较小的填料。
2.含水量（严格控制）
1.4.1 土料的选用及含水量控制
1.4 土方的填筑与压实
第1章 土方工程
1. 填筑方法
可采用人工填土和机械填土。填土必须分层进行，并逐层压实。
2.压实方法
碾压法－大面积填筑工程。滚轮压力。压路机、平碾、羊足碾……
夯实法－小面积填筑工程。冲击力。蛙式夯、柴油夯、人工夯……
振动法－ 主要用于路基压实，采用的机械主要是振动压路机。
1.4.2 填土方法及压实方法
1.4 土方的填筑与压实
第1章 土方工程
分层压实（夯实）
1.4 土方的填筑与压实
第1章 土方工程
两轴光轮压路机
羊足碾
轮胎压路机
20t振动压路机
1.4 土方的填筑与压实
第1章 土方工程
双向振动平板夯
蛙式夯
电动跳夯
跳动冲击夯
单向振动平板夯
1.4 土方的填筑与压实
第1章 土方工程
1.4 土方的填筑与压实
第1章 土方工程
压实功与压实密度的关系
土的含水量与压实密度的关系
铺土厚度与压实密度的关系
压实沿深度的变化曲线
机械的压实功－吨位或冲击力，压实遍数。
含水量 －小则不粘结，大则橡皮土；应为最佳含水量。
铺土厚度 －不同机械有效影响深度不同。
1.4.3 影响压实质量的因素
1.4 土方的填筑与压实
第1章 土方工程
电动跳夯
填土不密实之后果
1.4 土方的填筑与压实
第1章 土方工程
1.4.4 压实质量检查
1．密实度（0.93～0.98之间）
ρd―土的实测干密度（环刀取样）
ρd max―土的最大干密度(击实试验确定)
2.含水量
作为地基的填土压实后其含水量要求控制在±2%范围内。
打入环刀
挖出
修平
1.4 土方的填筑与压实
第1章 土方工程
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