第一章土石方工程

建筑施工技术 土石方工程 1 1 1 1 1 土石方简介土石方简介 一 土的分类 一 土的分类 1 土的工程分类 按照挖土的复杂程度 土的工程分类 表 1 1 土的分类土的级别土的名称坚实系数 f 密度 t m3 开挖方法及工具 一类土 松软土 I 砂土 粉土 冲积砂土 层 疏松的种植土 淤 泥 泥炭 0 5 0 60 6 1 5 用锹 锄头挖掘 少许用脚蹬 二类土 普通土 II 粉质粘土 潮湿的黄土 夹有碎石 卵石的砂 粉土混卵 碎 石 种 植土 填土 0 6 0 81 1 1 6 用锹 锄头挖掘 少许用镐翻松 三类土 坚土 III 软及中等密实粘土 重 粉质粘土 砾石土 干 黄土 含有碎石卵石的 黄土 粉质粘土 压实 的填土 0 8 1 01 75 1 9 主要用镐 少许用 锹 锄头挖掘 部 分用撬棍 四类土 砂砾坚土 IV 坚硬密实的粘性土或黄 土 含碎石卵石的中等 密实的粘性土或黄土 粗卵石 天然级配砂石 软泥灰岩 1 0 1 51 9 整个先用镐 撬棍 后用锹挖掘 部分 用楔子及大锤 五类土 软石 V VI 硬质粘土 中密的页岩 泥灰岩 白奎土 胶结 不紧的砾岩 软石灰及 贝壳石灰石 1 5 4 01 1 2 7 用镐或撬棍 大锤 挖掘 部分使用爆 破方法 六类土 次坚石 VII IX 泥岩 砂岩 砾岩 坚 实的页岩 泥灰岩 密 实的石灰岩 风化花岗 岩 片麻岩及正长岩 4 0 10 02 2 2 9 用爆破方法开挖 部分用风镐 七类土 坚石 X XIII 大理石 辉绿岩 粉岩 粗 中粒花岗岩 坚实 的白云岩 砂岩 砾岩 片麻岩 石灰岩 微风 化安山岩 玄武岩 10 0 18 02 5 3 1用爆破方法开挖 八类土 特坚石 XIV XVI 安山岩 玄武岩 花岗 片麻岩 坚实的细粒花 岗岩 闪长岩 石英岩 辉长岩 辉绿岩 粉岩 角闪岩 18 0 25 0 以上 2 7 3 3用爆破方法开挖 注 1 土的级别为相当于一般 16 级土石分类级别 建筑施工技术 土石方工程 2 2 坚实系数 f 为相当于普氏岩石强度系数 2 岩石按坚硬程度分类 岩石坚硬程度的定性划分 表 1 2 类别 饱和单轴抗压强 度标准值 frk MPa 定性鉴定代表性岩石 坚硬岩frk 60 锤击声清脆 有回弹 震 手 难击碎 基本无吸水反应 未风化 微风化的花岗岩 闪长 岩 辉绿岩 玄武岩 安山岩 片麻岩 石英岩 硅质砾岩 石 英砂岩 硅质石灰岩等 硬 质 岩 较硬岩 60 frk 30 锤击声较清脆 有轻微回 弹 稍震手 较难击碎 有轻微吸水反应 1 微风化的坚硬岩 2 未风化 微风化的大理岩 板岩 石灰岩 钙质砂岩等 较软岩 30 frk 15 锤击声不清脆 无回弹 较易击碎 指甲可刻出印痕 1 中风化的坚硬岩和较硬岩 2 未风化 微风化的凝灰岩 千枚岩 砂质泥岩 泥灰岩等软 质 岩 软岩 15 frk 5 锤击声哑 无回弹 有凹 痕 易击碎 浸水后 可捏成团 1 强风化的坚硬岩和较硬岩 2 中风化的较软岩 3 未风化 微风化的泥质砂岩 泥岩等 极软岩 frk 10 3 cm s 的土 例如砂土 变水头试验法 粘性土由于渗透系数很小 流经试样的总水量也很小 不易准确测定 可采用变 水头试验 即整个试验过程中 水头随时间而变化 三 土的简单鉴别 三 土的简单鉴别 1 粘性土的现场鉴别方法 粘性土的现场鉴别方法 表 1 9 土的状态 土的名称湿润时用刀切 湿土用手捻摸时的 感觉干土湿土 湿土搓条情况 粘土 切面光滑 有 粘刀阻力 有滑腻感 感觉不 到有砂粒 水分较 大 很粘手 土块坚硬 用锤才能打 碎 易粘着物体 干燥后不易 剥去 塑性大 能搓成 直径小于 0 5mm 的长条 长度不 短于手掌 手 持一端不易断裂 粉质粘土 稍有光滑面 切面平整 稍有滑腻感 有粘 滞感 感觉到有少 量砂粘 土块用力可 压碎 能粘着物体 干燥后较易 剥去 有塑性 能搓成 直径为 2 3mm 的土条 粉土 无光滑面 切 面稍粗糙 有轻微粘滞感或无 粘滞感 感觉到有 土块用手捏 或抛扔时易 不易粘着物 体 干燥后 塑性小 能搓成 直径为 2 3mm 建筑施工技术 土石方工程 7 砂粒较多 粗糙碎一碰就掉的短条 砂土 无光滑面 切 面粗糙 无粘滞感 感觉到 全是砂粒 粗糙 松散 不能粘着物 体 无塑性 不能搓 成土条 2 碎石土的现场鉴别 碎石土密实度现场鉴别方法 表 1 10 密实度骨架颗粒含量和排列可挖性可钻性 密实 骨架颗粒含量大于总重的 70 呈交错排列 连续接触 锹镐挖掘困难 用撬棍方 能松动 井壁一般较稳定 钻进极困难 冲击钻探时 钻杆 吊锤跳动剧烈 孔 壁较稳定 中密 骨架颗粒含量等于总重的 60 70 呈交错排列 大部 分接触 锹镐可挖掘 井壁有掉块 现象 从井壁取出大颗粒 处 能保持颗粒凹面形状 钻进较困难 冲击钻探时 钻杆 吊锤跳动不剧烈 孔壁有坍塌现象 稍密 骨架颗粒含量等于总重的 55 60 排列混乱大部分不 接触 锹可以挖掘 井壁易坍塌 从井壁取出大颗粒后砂土 立即坍落 钻进较容易 冲击钻探时 钻杆稍有跳动 孔壁易坍 塌 松散 骨架颗粒含量小于总重的 55 排列十分混乱绝大部分 不接触 锹易挖掘 井壁极易坍塌 钻进很容易 冲击钻探时 钻杆无跳动 孔壁极易坍 塌 注 骨架颗粒系指与表 1 10 相对应粒径的颗粒 碎石土的密实度应按表列各项要求综合确定 1 2 1 2 土方工程量计算土方工程量计算 一 场地平整土方量计算 一 场地平整土方量计算 场地平整是将需进行建筑范围内的自然地面 通过人工或机械挖填平整改造成为设计所需要的 平面 以利现场平面布置和文明施工 在工程总承包施工中 三通一平工作常常是由施工单位来实施 它的一般施工工艺程序安排是 现场勘察 清除地面障碍物 标定整平范围 设置水准基点 设置方格网 测量标高 计算土方挖 填工程量 平整土方 场地碾压 验收 土方量的计算有方格网法和横截面法 一 方格网法 一般在地形起伏不大的地区采用 计算步骤如下 划分方格网 方格网边长 a 10 40m 水平边长 角点编号 A3 阿拉伯数字 确定方格角点自然地面标高 H 根据地形等高线采用直线插入法确定 现场测量 确定场地设计标高 H0并根据相关影响因素进行调整 H0 建筑施工技术 土石方工程 8 确定角点施工高度 填 挖方高度 即角点高差 h 确定零点 零线 确定底面图形及面积 按照公式计算各填挖方区土方量 1 确定场地设计标高 H0的方法 最小二乘法 挖填方平衡而且挖 填方总量之和最小 按照挖填方平衡原理确定 H0值可由下式求得 1 2 N HHHH H 4 432 4321 0 式中 a 方格网边长 m N 方格网数 个 H1 一个方格共有的角点标高 m H2 二个方格共有的角点标高 m H3 三个方格共有的角点标高 m H4 四个方格共有的角点标高 m 由规划部门直接确定 2 影响场地设计标高 H0的主要因素 土的可松性 场地排水条件的影响 单向排水时 H0 H0 l i 1 3 双向排水时 H0 H0 lxix lyiy 1 4 边坡用土的影响 设计标高以上 以下 的填方 挖方 就近借土 弃土 的影响 土方机械化施工的影响 3 角点高差 h H0 H 0 为填方 0 为挖方 为填方 为挖方 4 零点确定方法 计算法 直线插入法 零点的位置按下式计算 图 1 2 1 5 a hh h x 21 1 1 a hh h x 21 2 2 式中 x1 x2 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 建筑施工技术 土石方工程 9 图 1 2 零点位置计算示意图 为省略计算 亦可采用图解法直接求出零点位置 方法是用尺在各角上标出相应比例 用尺 相接 与方格相交点即为零点位置 这种方法可避免计算 或查表 出现的错误 图 1 3 零点位置图解法 5 计算土方体积 按方格网底面积图形和表 1 11 所列体积计算公式计算每个方格内的挖方或 填方量 或用查表法计算 常用方格网点计算公式 表 1 11 建筑施工技术 土石方工程 10 本表是按照公式 V S底 H均 二 横断面法 横截面法适用于地形起伏变化较大地区 或者地形狭长 挖填深度较大又不规则的地区采用 计算方法较为简单方便 但精度较低 其计算步骤和方法如下 划分横截面 根据地形图 竖向布置或现场测绘 将要计算的场地划分横截面 使截面尽量垂直于等高线或 主要建筑物的边长 各截面间的间距 S 可以不等 一般可用 10m 或 20m 在平坦地区可用大些 但最大不大于 100m 画横截面图形 按比例绘制每个横截面的自然地面和设计地面的轮廓线 自然地面轮廓线与设计地面轮廓线之 间的面积 即为挖方或填方的截面 计算横截面面积 计算每个截面的挖方或填方截面面积 计算土方量 根据横截面面积按下式计算土方量 1 6 s AA V 2 21 式中 V 相邻两横截面间的土方量 m3 A1 A2 相邻两横截面的挖 或填 的截面积 m2 S 相邻两横截面的间距 m 三 边坡土方量计算 三 边坡土方量计算 用于平整场地 修筑路基 路堑的边坡挖 填土方量计算 常用图算法 建筑施工技术 土石方工程 11 图算法系根据地形图和边坡竖向布置图或现场测绘 将要计算的边坡划分为两种近似的几何形 体 一种为三角棱体 另一种为三角棱柱体 然后应用几何公式分别进行土方计算 最后将各块汇 总即得场地总挖土 填土 的土方工程量 三角楞锥体体积计算 V F L 3 1 三角棱柱体体积计算 V F1 F2 L 2 1 当两端横截面面积差异较大时 V F1 F2 4F0 6 L 四 土方调配及其计算 四 土方调配及其计算 1 土方的平衡与调配原则 挖方与填方基本达到平衡 减少重复倒运 尤其要避免倒流 乱流 对流 挖 填 方量与运距的乘积之和尽可能为最小 即总土方运输量或运输费用最小 好土应用在回填密实度要求较高的地区 即回填土质量的要求 整体与局部 前期与后期施工 与地下构筑物的施工结合 取土或弃土应尽量不占农田或少占农田 弃土尽可能有规划地造田 同时便于机具调配 机械化施工 2 土方平衡与调配的步骤及方法 土方平衡与调配需编制相应的土方调配图 其步骤如下 划分调配区 在平面图上先划出挖填区的分界线 并在挖方区和填方区适当划出若干调配区 确定调配区的大小和位置 划分时应注意以下几点 划分应与房屋和构筑物的平面位置相协调 并考虑开工顺序 分期施工顺序 调配区大小应满足土方施工用主导机械的行驶操作尺寸要求 调配区范围应和土方工程量计算用的方格网相协调 一般可由若干个方格组成一个调配区 建筑施工技术 土石方工程 12 当土方运距较大或场地范围内土方调配不能达到平衡时 可考虑就近借土或弃土 此时一个 借土区或一个弃土区可作为一个独立的调配区 计算各调配区的土方量并标明在图上 计算各挖 填方调配区之间的平均运距 即挖方区土方重心至填方区土方重心的距离 一 般情况下 亦可用作图法近似地求出调配区的形心位置代替重心坐标 采用 最小元素法 编制土方初始调配方案 在最小运距内添加最大土方量 确定土方最优调配方案 对于线性规划中的运输间题 可以用 表上作业法 来求解 使总 土方运输量为最小值 即为最优调配方案 绘出土方调配图 根据以上计算 标出调配方向 土方数量及运距 平均运距再加施工机械 前进 倒退和转弯必需的最短长度 编制土方调配施工说明 1 3 1 3 土方工程施工土方工程施工 一 土方施工前准备工作 一 土方施工前准备工作 1 熟悉和审查图纸 各种资料 气象 水文 地质 技术经济条件等 2 查勘施工现场 摸清工程场地情况 收集施工需要的各项资料 以便为施工规划和准备提供可靠的资料和数据 3 编制施工方案 工程概况 基础平面布置图和剖面图 绘制施工总平面布置图和基坑土方开挖图 制定现场场 地整平 基坑开挖施工方案 确定开挖路线 顺序 范围 底板标高 边坡坡度 排水沟 集水井 位置 以及挖去的土方堆放地点 提出需用施工机具 劳力 推广新技术计划 4 平整施工场地 5 清除现场障碍物 采取有效地防护加固措施 可利用的建筑物应充分利用 6 地下墓探 在黄土地区或文化积淀深厚地区 按设计要求位置 用洛阳铲进行铲探 7 作好排水降水设施 8 设置测量控制网 包括控制基线 轴线和水平基准点 方格网 设置龙门板 放出基坑 槽 挖土灰线 上部边 线和底部边线和水准标志 9 修建临时设施及道路 建筑施工技术 土石方工程 13 10 准备机具 物资及人员 二 土方开挖一般要求 二 土方开挖一般要求 土方开挖一般遵循 开槽支撑 先撑后挖 分层开挖 严禁超挖 的原则 1 场地开挖 挖方边坡应根据使用时间 临时或永久性 土的种类 物理力学性质 内摩擦角 粘聚力 密度 湿度 水文情况等确定 挖方边坡坡度应按设计要求 如设计无规定 可按表 1 12 1 13 1 14 采用 永久性土工构筑物挖方的边坡坡度 表 1 12 项次挖土性质边坡坡度 1 在天然湿度 层理均匀 不易膨胀的粘土 粉质粘土和砂土 不包 括细砂 粉砂 内挖方深度不超过 3m 1 1 00 1 1 25 2土质同上 深度为 3 12m1 1 25 1 1 50 3 干燥地区内土质结构未经破坏的干燥黄土及类黄土 深度不超过 12m 1 0 10 1 1 25 4 在碎石土和泥灰岩土的地方 深度不超过 12m 根据土的性质 层 理特性和挖方深度确定 1 0 50 1 1 50 5 在风化岩内的挖方 根据岩石性质 风化程度 层理特性和挖方深 度确定 1 0 20 1 1 50 6在微风化岩石内的挖方 岩石无裂缝且无倾向挖方坡脚的岩层1 0 10 7在未风化的完整岩石内的挖方直立的 土质边坡坡度允许值 表 1 13 坡度允许值 高宽比 土的类别密实度或状态 坡高在 5m 以内坡高为 5 10m 密实1 0 35 1 0 501 0 50 1 0 75 中密1 0 50 1 0 751 0 75 1 1 00碎石土 稍密1 0 75 1 1 001 1 00 1 1 25 坚硬1 0 75 1 1 001 1 00 1 1 25 粘性土 硬塑1 1 00 1 1 251 1 25 1 1 50 注 表中碎石土的充填物为坚硬或硬塑状态的粘性土 对于砂土或充填物为砂土的碎石土 其边坡坡度允许值均按自然休止角确定 岩石边坡坡度允许值 表 1 14 坡度允许值 高宽比 岩石类土风化程度 坡高在 8m 以内坡高 8 15m坡高 15 30m 微风化1 0 10 1 0 201 0 20 1 0 351 0 30 1 0 50 中等风化1 0 20 1 0 351 0 35 1 0 501 0 50 1 0 75硬质岩石 强风化1 0 35 1 0 501 0 50 1 0 751 0 75 1 1 00 软质岩石微风化1 0 35 1 0 501 0 50 1 0 751 0 75 1 1 00 建筑施工技术 土石方工程 14 中等风化1 0 50 1 0 751 0 75 1 1 001 1 00 1 1 50 强风化1 0 75 1 1 001 1 00 1 1 25 挖方上边缘至土堆坡脚的距离 当土质干燥密实时 不得小于 3m 当土质松软时 不得小于 5m 在挖方下侧弃土时 应将弃土堆表面平整至低于挖方场地标高并向外倾斜 2 浅基坑开挖 基坑开挖程序一般是 测量放线 切线分层开挖 排降水 修坡 整平 留足预留土层等 相邻基坑开挖时 应遵循先深后浅或同时进行的施工程序 挖土应自上而下水平分段分层进行 每层 0 3m 左右 边挖边检查坑底宽度及坡度 不够时 及时修整 每 3m 左右修一次坡 至设计标高 再统一进行一次修坡清底 检查坑底宽和标高 要 求坑底凹凸不超过 2 0cm 基坑开挖应尽量防止对地基土的扰动 当用人工挖土 基坑挖好后不能立即进行下道工序时 应预留 15 30cm 一层土不挖 待下道工序开始再挖至设计标高 采用机械开挖基坑时 为避免破坏基底土 应在基底标高以上预留一层由人工挖掘修整 使用铲运机 推土机时 保留土层厚度为 15 20cm 使用正铲 反铲或拉铲挖土时为 20 30cm 在地下水位以下挖土 应在基坑 槽 四侧或两侧挖好临时排水沟和集水井 或采用井点降 水 将水位降低至坑 槽底以下 500mm 降水工作持续到基础 包括地下水位下回填土 施工完 成 雨季施工时 基坑槽应分段开挖 挖好一段浇筑一段垫层 并在基槽两侧围以土堤或挖排水 沟 以防地面雨水流入基坑槽 同时应经常检查边坡和支撑情况 以防止坑壁受水浸泡造成塌方 三 土方机械化施工 三 土方机械化施工 一 推土机 1 使用范围 适合开挖一 四类土 场地平整 短距离移挖作填 开挖深度不大于 1 5m 的坑槽 堆筑高度 1 5m 以内的路基 堤坝 清障 助铲 牵引 回填压实 2 工作条件 纵向坡度 35 横向坡度 10 运距 100m 30m 60m 尽量采用最 大切土深度在最短距离 6 10m 内完成 几台推土机同时作业 前后距离应大于 8m 3 提高生产率的常用方法 下坡推土法 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 槽形挖土法 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约 50m 适于运距较远 土层较厚时使用 建筑施工技术 土石方工程 15 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 适于大面积场地平整及运送土用 铲刀附加侧板法 可在铲刀两边加装侧板 增加铲刀前的土方体积和减少推土漏头量 斜角推土法 与前进方向成一倾斜角度 松土为 60 坚实土为 45 进行推土 本法可减 少机械来回行驶 提高效率 但推土阻力较大 需较大功率的推土机 适于管沟推土回填 垂直方 向无倒车余地或在坡脚及山坡下推土用 之字斜角推土法 推土机与回填的管沟或洼地边缘成 之 字或一定角度推土 图 1 4 本 法可减少平均负荷距离和改善推集中土的条件 并可使推土机转角减少一半 可提高台班生产率 但需较宽的运行场地 适于回填基坑 槽 管沟时采用 图 1 4 之字斜角推土法 a b 之字形推土法 c 斜角推土法 分批集中 一次推运法 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 适于运送距离较远 而土质又比较坚硬 或长距离分段送土时采用 二 铲运机 1 工作范围 开挖含水率 27 以下的一 四类土 大面积场地平整 压实 运距 800m 内的挖运土方 开挖大型基坑 槽 管沟 填筑路基等 但不适于砾石层 冻土地带及沼泽地区使用 2 工作条件 运距 800 1500m 内的挖运土 效率最高为 200 350m 坡度控制在 20 以内 3 开行路线 椭圆形开行路线 从挖方到填方按椭圆形路线回转 图 1 5a 作业时应常调换方向行驶 以避免机械行驶部分的单侧磨损 适于长 100m 内 填土高 1 5m 内的路堤 路堑及基坑开挖 场 地平整等工程采用 建筑施工技术 土石方工程 16 8 字形开行路线 装土 运土和卸土时按 8 字形运行 一个循环完成两次挖土和卸土 作业 图 1 5b 装土和卸土沿直线开行时进行 转弯时刚好把土装完或倾卸完毕 但两条路线间 的夹角 应小于 60 本法可减少转弯次数和空车行驶距离 提高生产率 同时一个循环中两次转 变方向不同 可避免机械行驶部分单侧磨损 适于开挖管沟 沟边卸土或取土坑较长 300 500m 的侧向取土 填筑路基以及场地平整等工程采用 图 1 5 椭圆形及 8 字形开行路线 a 椭圆形开行路线 b 8 字形开行路线 1 铲土 2 卸土 3 取土坑 4 路堤 大环形开行路线 从挖方到填方均按封闭的环形路线回转 当挖土和填土交替 而刚好填土 区在挖土区的两端时 则可采用大环形路线 图 1 6a 其优点是一个循环能完成多次铲土和卸土 减少铲运机的转弯次数 提高生产效率 本法亦应常调换方向行驶 以避免机械行驶部分的单侧磨 损 适于工作面很短 50 100m 和填方不高 0 1 1 5m 的路堤 路堑 基坑以及场地平整等工 程采用 连续式开行路线 铲运机在同一直线段连续地进行铲土和卸土作业 图 1 6b 本法可消除 跑空车现象 减少转弯次数 提高生产效率 同时还可使整个填方面积得到均匀压实 适于大面积 场地整平填方和挖方轮次交替出现的地段采用 建筑施工技术 土石方工程 17 图 1 6 大环形及连续式开行路线 a 大环形开行路线 b 连续式开行路线 锯齿形开行路线 铲运机从挖土地段到卸土地段 以及从卸土地段到挖土地段都是顺转弯 铲土和卸土交替地进行 直到工作段的末端才转 180 弯 然后再按相反方向作锯齿形开行 图 1 7 本法调头转弯次数相对减少 同时运行方向经常改变 使机械磨损减轻 适于工作地段很长 500m 以上 的路堤 堤坝修筑时采用 图 1 7 锯齿形开行路线 螺旋形开行路线 铲运机成螺旋形开行 每一循环装卸土两次 图 1 8 本法可提高工效 和压实质量 适于填筑很宽的堤坝或开挖很宽的基坑 路堑 图 1 8 螺旋形开行路线 建筑施工技术 土石方工程 18 4 提高生产率的方法 下坡铲土法 铲运机顺地势 坡度一般 3 9 下坡铲土 可提高生产率 25 左右 最大坡 度不应超过 20 铲土厚度以 20cm 为宜 平坦地形可将取土地段的一端先铲低 保持一定坡度向 后延伸 创造下坡铲土条件 一般保持铲满铲斗的工作距离为 15 20cm 在大坡度上应放低铲斗 低速前进 适于斜坡地形大面积场地平整或推土回填沟渠用 跨铲法 在较坚硬的地段挖土时 采取预留土埂间隔铲土 图 1 9 土埂两边沟槽深度以不 大于 0 3m 宽度在 1 6m 以内为宜 本法铲土埂时增加了两个自由面 阻力减少 可缩短铲土时间 和减少向外撒土 比一般方法可提高效率 适于较坚硬的土铲土回填或场地平整 图 1 9 跨铲法 1 沟槽 2 土埂 A 铲斗宽 B 不大于拖拉机履带净距 交错铲土法 铲运机开始铲土的宽度取大一些 随着铲土阻力增加 适当减少铲土宽度 使 铲运机能很快装满土 图 1 10 当铲第一排时 互相之间相隔铲斗一半宽度 铲第二排土则退离 第一排挖土长度的一半位置 与第一排所挖各条交错开 以下所挖各排均与第二排相同 适于一般 比较坚硬的土的场地平整 图 1 10 交错铲土法 A 铲斗宽 建筑施工技术 土石方工程 19 助铲法 在坚硬的土体中 使用自行铲运机 另配一台推土机在铲运机的后拖杆上进行顶推 协助铲土 图 1 11 可缩短每次铲土时间 装满铲斗 可提高生产率 30 左右 推土机在助铲的 空余时间 可作松土和零星的平整工作 助铲法取土场宽不宜小于 20m 长度不宜小于 40m 采用 一台推土机配合 3 4 台铲运机助铲时 铲运机的半周程距离不应小于 250m 几台铲运机要适当安 排铲土次序和开行路线 互相交叉进行流水作业 以发挥推土机效率 适于地势平坦 土质坚硬 宽度大 长度长的大型场地平整工程采用 图 1 11 助铲法 1 铲运机铲土 2 推土机助铲 双联铲运法 铲运机运土时所需牵引力较小 当下坡铲土时 可将两个铲斗前后串在一起 形成一起一落依次铲土 装土 又称双联单铲 图 1 12 当地面较平坦时 采取将两个铲斗串成 同时起落 同时进行铲土 又同时起斗开行 称为双联双铲 前者可提高工效 20 30 后者可 提高工效约 60 适于较松软的土 进行大面积场地平整及筑堤时采用 图 1 12 双联铲运法 三 挖土机 1 正铲挖掘机 正铲挖掘机的挖土特点是 前进向上 强制切土 正向开挖 侧向装土法 本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 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 正向开挖 后方装土法 本法开挖工作面较大 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 180 效率约降低 23 回转 角度 130 约降低 13 用于开挖工作面较小 且较深的基坑 槽 管沟和路堑等 提高生产率的方法 建筑施工技术 土石方工程 20 分层开挖法 将开挖面按机械的合理高度分为多层开挖 图 1 13a 当开挖面高度不能成为 一次挖掘深度的整数倍时 则可在挖方的边缘或中部先开挖一条浅槽作为第一次挖土运输的线路 图 1 13b 然后再逐次开挖直至基坑底部 用于开挖大型基坑或沟渠 工作面高度大于机械挖掘 的合理高度时采用 图 1 13 分层挖土法 a 分层挖土法 b 设先锋槽分层挖土法 1 下坑通道 I II III 一 二 三层 多层挖土法 将开挖面按机械的合理开挖高度 分为多层同时开挖 以加快开挖速度 土方 可以分层运出 亦可分层递送 至最上层 或下层 用汽车运出 图 1 14 但两台挖土机沿前进 方向 上层应先开挖 与下层保持 30 50m 距离 适于开挖高边坡或大型基坑 图 1 14 多层挖土法 建筑施工技术 土石方工程 21 中心开挖法 正铲先在挖土区的中心开挖 当向前挖至回转角度超过 90 时 则转向两侧开 挖 运土汽车按八字形停放装土 图 1 15 本法开挖移位方便 回转角度小 90 挖土区宽 度宜在 40m 以上 以便于汽车靠近正铲装车 适用于开挖较宽的山坡地段或基坑 沟渠等 图 1 15 中心开挖法 上下轮换开挖法 先将土层上部 1m 以下土挖深 30 40cm 然后再挖土层上部 1m 厚的土 如此上下轮换开挖 本法挖土阻力小 易装满铲斗 卸土容易 适于土层较高 土质不太硬 铲斗 挖掘距离很短时使用 顺铲开挖法 正铲挖掘机铲斗从一侧向另一侧 一斗挨一斗地顺序进行开挖 图 1 16a 每 次挖土增加一个自由面 使阻力减小 易于挖掘 也可依据土质的坚硬程度使每次只挖 2 3 个斗牙 位置的土 适于土质坚硬 挖土时不易装满铲斗 而且装土时间长时采用 间隔开挖法 即在扇形工作面上第一铲与第二铲之间保留一定距离 图 1 16b 使铲斗接触 土体的摩擦面减少 两侧受力均匀 铲土速度加快 容易装满铲斗 生产效率高 适于开挖土质不 太硬 较宽的边坡或基坑 沟渠等 图 1 16 顺铲和间隔开挖法 a 顺铲开挖法 b 间隔开挖法 2 反铲挖掘机 反铲挖掘机的挖土特点是 后退向下 强制切土 其工作方法主要包括 建筑施工技术 土石方工程 22 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 18a 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 45 90 同时可挖到最大深度 对较宽 的基坑可采用 图 1 18b 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 适于一次成沟后退挖土 挖出 土方随即运走时采用 或就地取土填筑路基或修筑堤坝等 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 18c 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 用于横挖土体和需将土方甩到离沟边较远的距离时使用 图 1 18 反铲沟端及沟侧开挖法 a b 沟端开挖法 c 沟侧开挖法 沟角开挖法 反铲位于沟前端的边角上 随着沟槽的掘进 机身沿着沟边往后作 之 字形 移动 图 1 19 臂杆回转角度平均在 45 左右 机身稳定性好 可挖较硬的土体 并能挖出一定 的坡度 适于开挖土质较硬 宽度较小的沟槽 坑 图 1 19 反铲沟角开挖法 建筑施工技术 土石方工程 23 a 沟角开挖平剖面 b 扇形开挖平面 c 三角开挖平面 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 本法开挖较深基坑 一次开挖到设计标高 一次完成 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 适于开挖土质较好 深 10m 以上的大型基坑 沟槽和渠道 3 拉铲挖掘机 挖土特点是 后退向下 自重切土 4 抓铲挖掘机 抓铲挖掘机的挖土特点是 直上直下 自重切土 挖淤泥时力度适中 增加配重 1 4 土方边坡及土壁支护土方边坡及土壁支护 一 土方边坡一 土方边坡 1 边坡坡度 h b 1 m 其中 m 为坡度系数 b mh 2 影响坡度系数的要因素 土质条件 挖土深度 地下水位 施工方法 施工机械所处位置 留置时间 荷载大小及性质 质量及安全要求等 3 边坡塌方的原因分析 斜坡土 岩 体本身存在倾向相近 层理发达 破碎严重的裂隙 或内部夹有易滑动的软弱 带 水 荷载的作用 土层下有倾斜度较大的岩层或软弱土夹层 或土层下的岩层虽几近于水平 但距边坡角太近 在坡体上不适当的堆土或填土 设置建筑物 或土工构筑物设置在尚未稳定的古 老 滑坡 上 或设置在易滑动的坡积土层上 在外力 水双重作用下 坡体失去平衡或触发古 老 滑坡复 活 而产生滑坡 边坡坡度不够 倾角过大 不合理的切割坡脚 或坡脚被地表 地下水掏空 或开坡放炮坡 脚松动等原因 水浸入坡体 土体自重增加 剪切应力增大 粘聚力减弱 使土体失稳而滑动 4 应对边坡塌方的主要措施 加强工程地质勘察 工程和线路尽量选在边坡稳定的地段 对具备滑坡形成条件的或存在有 古老滑坡的地段 一般不应选作建筑场地 或采取必要的措施加以预防 建筑施工技术 土石方工程 24 做好现场泄洪系统 在滑坡范围外设置多道环形截水沟 以拦截地表水 在滑坡区域内 排 除地表水及地下水 排水沟 盲沟 渗水沟 及降低地下水位 集水坑降水 井点降低地下水位 保持边坡有足够的坡度 避免随意切割坡脚 土体尽量削成较平缓的坡度 或做成台阶形 使中间有 1 2 个平台 土质不同时 视情况削成 2 3 种坡度 在坡脚处有弃土条件时 将土石方填 至坡脚 使其起反压作用 尽量避免在坡脚处取土 在斜坡地段挖方时 应遵守由上而下分层的开 挖程序 在斜坡上填方时 应遵守由下往上分层填压的施工程序 避免在斜坡上集中弃土 同时避 免对滑坡体的各种振动作用 对可能出现的浅层滑坡 方量不大时 最好将滑坡体全部挖除 如土方量较大 不能全部挖 除 可对滑坡体采取深翻 推压 打乱滑坡夹层 表面压实等措施 对抗滑地段可采取堆方加重等 辅助措施 滑坡面土质松散或具有大量裂缝时 应进行填平 夯填 防止地表水下渗 在滑坡面植 树 种草皮 浆砌片石等保护坡面 对已滑坡工程 稳定后采取设置混凝土锚固排桩 挡土墙 抗滑明洞 抗滑锚杆或混凝土墩 与挡土墙相结合的方法加固坡脚 并在下段作截水沟 排水沟 陡坝部分采取去土减重 并保持适 当坡度 5 边坡保护措施 薄膜覆盖或砂浆覆盖法 对基础施工期较短的临时性基坑边坡 采取在边坡上铺塑料薄膜 在坡顶及坡脚用草袋或编织 袋装土压住或用砖压住 或在边坡上抹水泥砂浆 2 2 5cm 厚保护 为防止薄膜脱落 在上部及底部 均应搭盖不少于 80cm 同时在土中插适当锚筋连接 在坡脚设排水沟 挂网或挂网抹面法 在垂直坡面楔入直径 10 12mm 长 40 60cm 插筋 纵横间距 1m 上铺 20 22 铁丝网 上下 用草袋或聚丙烯扁丝编织袋装土或砂压住 或再在铁丝网上抹 2 5 3 5cm 厚的 M5 水泥砂浆 配合 比为水泥 白灰膏 砂子 1 1 1 5 在坡顶坡脚设排水沟 喷射混凝土或混凝土护面法 在坡面垂直楔入直径 10 12mm 长 40 50cm 插筋 纵横间距 1m 上铺 20 号铁丝网 在表面 喷射 40 60mm 厚的 C15 细石混凝土直到坡顶和坡脚 亦可不铺铁丝网 而坡面铺 4 6mm 250 300mm 钢筋网片 浇筑 50 60mm 厚的细石混 凝土 表面抹光 土袋或砌石压坡法 建筑施工技术 土石方工程 25 对深度在 5m 以内的临时基坑边坡 在边坡下部用草袋或聚丙烯扁丝编织袋装土堆砌或砌石压 住坡脚 边坡高 3m 以内可采用单排顶砌法 5m 以内 水位较高 用二排顶砌或一排一顶构筑法 保持坡脚稳定 在坡顶设挡水土堤或排水沟 防止冲刷坡面 在底部作排水沟 防止冲坏坡脚 条石挡土带 绿化植被护坡 设置涵渠排水 挡土 树根桩等 二 土壁支撑 二 土壁支撑 1 土壁支撑 按照构造方式 分类 横撑式支撑 含水土板 深度较大 下部混合式 水平垂直 挡 土板 挖土深度不限间断式 连续式垂直挡 度连续式水平挡土板 深 以内土板 深度间断 断续 式水平挡 m m 53 3 锚拉式支撑 适于开挖较大型 深度不大的基坑或使用机械挖土 不能安设横撑时使用 重力式支护 水泥土挡墙式 水泥土搅拌桩支护墙具防渗 挡土 隔水作用 适合 4 6m 基坑 大可达 7 8m 高压旋喷桩挡墙等 排桩与挡墙式 工法 组合式 加筋水泥土桩 式地下连续墙板墙式 现浇式 装配 墙桩挡墙 挖孔桩排桩挡排桩式 钻孔灌注桩排 混凝土板桩 型钢板桩板桩式 钢板桩 钢筋 SMW 边坡稳定式 土钉支护 喷锚支护 土钉支护 适用于地下水位低或降水可达要求地区 基坑深度 15m 以内 土层粘土 砂土 粉土 工艺为先喷后锚或先锚后喷两种 为主动支护方式 安设土钉 钻孔 插筋 注浆 垫板等 注浆用水泥浆或水泥砂浆 水泥砂浆配合比 1 1 1 2 重量比 水灰比 0 4 0 45 注浆管插 至距孔底 250 500mm 土钉应设置定位器 以保证钢筋保护层厚度 喷锚支护 工艺主要包括喷混凝土和设置锚杆 其中喷混凝土分为 干喷 和 湿喷 两种 我国工地多数采用干喷 混凝土配合比一般为水 水泥 砂 石 速凝剂 0 35 0 5 1 2 2 0 03 锚杆一般较短 不超过 10m 受力较小每根锚杆几吨到十几吨 锚索一般较长 可达 30 40m 受力较大 每根锚索几十吨甚至上百吨 逆作拱墙式 2 常用浅基坑支护 建筑施工技术 土石方工程 26 斜柱支撑 适于开挖较大型 深度不大的基坑或使用机械挖土时 锚拉式支撑 适于开挖较大型 深度不大的基坑或使用机械挖土 不能安设横撑时使用 型钢桩横挡板支撑 适于地下水位较低 深度不很大的一般粘性或砂土层中使用 短桩横隔板支撑 适于开挖宽度大的基坑 当部分地段下部放坡不够时使用 临时挡土墙支撑 适于开挖宽度大的基坑 当部分地段下部放坡不够时使用 挡土灌注桩支护 挡桩拱墙 桩径 400 500mm 现场灌筑钢筋混凝土桩 桩间距为 1 0 1 5m 在桩间土方挖成外拱形使之起土拱作用 适用于开挖较大 较浅 5m 基坑 邻近有 建筑物 不允许背面地基有下沉 位移时采用 叠袋式挡墙支护 堆砌成重力式挡墙作为基坑的支护 在墙下部砌 500mm 厚块石基础 墙 底宽由 1500 2000mm 顶宽由 500 1200mm 顶部适当放坡卸土 1 0 1 5m 表面抹砂浆保护 适 用于一般粘性土 面积大 开挖深度应在 5m 以内的浅基坑支护 3 常用深基坑支护 水泥土墙 高压旋喷桩墙 深层搅拌水泥土桩墙 通常呈格构式布置 基坑深度小于 6m 侧壁安全等级二 三级 排桩挡墙 钻孔灌注桩 7 15m 挖孔灌注桩 加筋水泥土桩 SMW 工法 我国 8 10m 基坑 中 国外 20m 以内 等 止水帷幕 支撑 侧壁安全等级一 二 三级 土钉墙 是一种边坡稳定式的支护 它是起主动嵌固作用 使基坑开挖后坡面保持稳定 土 钉墙用于基坑侧壁安全等级宜为二 三级的非软土场地 基坑深度不宜大于 12m 地下连续墙 墙厚 450 600 800 1000mm 常用于 12m 以下的基坑支护中 逆作拱墙 当基坑平面形状适合时 可采用拱墙作为围护墙 拱墙有圆形闭合拱墙 椭圆形 闭合拱墙和组合拱墙 对于组合拱墙 可将局部拱墙视为两铰拱 逆作拱墙宜用于基坑侧壁安全等 级为三级者 淤泥和淤泥质土场地不宜应用 拱墙轴线的矢跨比不宜小于 1 8 基坑深度不宜大于 12m 地下水位高于基坑底面时 应采取降水或截水措施 1 5 施工排 降水施工排 降水 一 施工降水 一 施工降水 1 降水方法选用 地下水控制方法适用条件 表 1 15 方法名称土类 渗透系数 m d 降水深度 m 水文地质特征 建筑施工技术 土石方工程 27 集水明排7 20 0 5 真空井点0 1 20 0 单级 6 多级 20 喷射井点 填土 粉土 粘性土 砂土 0 1 20 0 20 上层滞水或水量不 大的潜水 降 水 管井 粉土 砂土 碎石土 可溶岩 破碎带 1 0 200 0 5 含水丰富的潜水 承压水 裂隙水 截水 粘性土 粉土 砂土 碎石土 岩溶土 不限不限 回灌填土 粉土 砂土 碎石土0 1 200 0不限 2 集水明排法 在基坑的两侧或四周设置排水明沟 在基坑四角或每隔 30 40m 设置集水井 集水坑坑径 0 6 0 8m 坑底设置碎石滤水层 排水明沟宜布置在拟建建筑基础边 0 4m 以外 沟边缘离开边坡坡脚应不小于 0 3m 排水明沟的底面应比挖土面低 0 3 0 4m 集水井底面应比沟底面低 0 5m 以上 并随基坑的 挖深而加深 以保持水流畅通 水泵选用 一般所选用水泵的排水量为基坑涌水量的 1 5 2 0 倍 排水所需水泵的功率按下式计算 1 7 21 1 75 QHK N 式中 K1 安全系数 一般取 2 Q 基坑涌水量 m3 d H 包括扬水 吸水及各种阻力造成的水头损失在内的总高度 m 1 水泵效率 0 4 0 5 2 动力机械效率 0 75 0 85 3 井点降水施工组织设计的主要内容 工程概况 工程性质 作用 建筑结构安装特征 建造地点特征 施工条件 工程特征 井点系统组成及安装顺序 水平干管 井点管 弯联管 抽水泵和真空设备等 井点平面布置图 井点布置应根据基坑平面形状与大小 地质和水文情况 工程性质 降水深度等而定 基坑 槽 宽度小于 6m 且降水深度不超过 6m 时 可采用单排井点 布置在地下水上游一 侧 建筑施工技术 土石方工程 28 当基坑 槽 宽度大于 6m 或土质不良 渗透系数较大时 宜采用双排井点 布置在基坑 槽 的两侧 当基坑面积较大时 宜采用环形井点 挖土运输设备出入道可不封闭 U 型布置 间距可达 4m 一般留在地下水下游方向 井点管距坑壁不应小于 1 0 1 5m 距离太小 易漏气 井点间距一般为 0 8 1 6m 集水总管标高宜尽量接近地下水位线并沿抽水水流方向有 0 25 0 5 的上仰坡度 水泵轴心 与总管齐平 井点管的入土深度应根据降水深度及储水层所有位置决定 但必须将滤水管埋入含水 层内 并且比挖基坑 沟 槽 底深 0 9 1 2m 井点管的埋置深度亦可按下式计算 H H1 h iL l 1 8 式中 H 井点管的埋置深度 m H1 井点管埋设面至基坑底面的距离 m h 基坑中央最深挖掘面至降水曲线最高点的安全距离 m 一般为 0 5 1 0m 人工开挖取下限 机械开挖取上限 L 井点管中心至基坑中心的短边距离 m i 降水曲线坡度 与土层渗透系数 地下水流量等因素有关 根据扬水试验和工程实测确 定 对环状或双排井点可取 1 10 1 15 对单排线状井点可取 1 4 环状降水取 1 8 1 10 l 滤管长度 m 井点露出地面高度 一般取 0 2 0 3m H 计算出后 为安全计 一般再增加 1 2 滤管长度 井点管的滤水管不宜埋入渗透系数极小的 土层 在特殊情况下 当基坑底面处在渗透系数很小的土层时 水位可降到基坑底面以上标高最低 的一层 渗透系数较大的土层底面 井点管剖面图 井点管构造 真空泵由于考虑水头损失 一般降低地下水深度只有 5 5 6m 当一级轻型井点不能满足降水深度要求时 可采用明沟排水与井点相结合的方法 将总管 安装在原有地下水位线以下 或采用二级井点排水 降水深度可达 7 10m 井孔施工方法及设备 井点管的埋设方法 井点管的埋设可用射水法 钻孔法和冲孔法成孔 井孔直径不宜大于 300mm 孔深宜比滤管 底深 0 5 1 0m 在井管与孔壁间及时用洁净中粗砂填灌密实均匀 在填灌砂滤料前应把孔内泥浆稀释 待含泥 量小于 5 时才可灌砂 投入滤料数量应大于计算值的 85 建筑施工技术 土石方工程 29 在地面以下 1m 范围内用粘土封孔 井孔采用湿法施工时 冲孔所需的水流压力应达到要求 井点管渗透性能的检测 水位观测孔的设置 真空度的检查及降水前水位观测 资源需要量计划 井点管 弯联管 水泵 真空泵 砂滤料等名称 规格 数量等 质量和安全技术措施 降水对周围环境影响的估计及预防措施等 井点管安装完毕应进行试抽 确认无漏水