土木工程施工01第一章 土方工程135

1、第一章第一章 土方工程土方工程 第一节第一节 概概 述述 第二节第二节 土方量计算与调配土方量计算与调配 第三节第三节 排水与降水排水与降水 第四节第四节 土方边坡与土壁支护土方边坡与土壁支护 第五节第五节 土方工程的机械化施工土方工程的机械化施工 第六节第六节 土方填筑与压实土方填筑与压实 第一节第一节 概述概述 “破土动工破土动工” 是工程开工的标志。是工程开工的标志。 土方工程的主要内容土方工程的主要内容: 主项：场地平整、主项：场地平整、 基坑（槽）开挖、管沟、基坑（槽）开挖、管沟、 地下建筑、路基填筑、地平填土、回填土等。地下建筑、路基填筑、地平填土、回填土等。 辅助项目：排水、降水

2、、土壁支撑。辅助项目：排水、降水、土壁支撑。 一、土方工程的特点与施工要求一、土方工程的特点与施工要求 1.土方工程施工的特点土方工程施工的特点 （1）面广量大、劳动繁重。）面广量大、劳动繁重。 （2）施工条件复杂。）施工条件复杂。 2.组织土方工程施工的要求组织土方工程施工的要求 （1）在条件允许的情况下应尽可能采用机械）在条件允许的情况下应尽可能采用机械化施工；化施工； （2）要合理安排施工计划，尽量避开冬、雨）要合理安排施工计划，尽量避开冬、雨期施工，要考虑挖、运、弃土对工期的影响。期施工，要考虑挖、运、弃土对工期的影响。 （3）为了降低土石方工程施工费用，减少运）为了降低土石方工程施工

3、费用，减少运输量和占用农田，要对土方进行合理调配、统输量和占用农田，要对土方进行合理调配、统筹安排。筹安排。 （4）在施工前要做好调查研究，）在施工前要做好调查研究， 拟定合理的拟定合理的施工方案和技术措施，以保证工程质量和安全，施工方案和技术措施，以保证工程质量和安全，加快施工进度。加快施工进度。 二、土的工程分类及性质二、土的工程分类及性质 (一一)土的工程分类土的工程分类 （重点掌握）（重点掌握） 土的分类方法较多，如按塑性指数、承载能力、密实土的分类方法较多，如按塑性指数、承载能力、密实程度、空隙率、饱和率等，在施工中是按开挖的难易程度、空隙率、饱和率等，在施工中是按开挖的难易程度将土

4、分为八类。主要是要计算费用程度将土分为八类。主要是要计算费用按开挖的难易程度分为八类按开挖的难易程度分为八类 一类土（松软土）、二类土（普通土一类土（松软土）、二类土（普通土) 三类土（坚土）、三类土（坚土）、 四类土（砂砾坚土）四类土（砂砾坚土） 机械或人工直接开挖机械或人工直接开挖 五类土（软石）、六类土（次坚石）五类土（软石）、六类土（次坚石） 七类土（坚石）、八类土（特坚石）七类土（坚石）、八类土（特坚石） 爆破开挖爆破开挖 （二）土的工程性质（二）土的工程性质 1土的质量密度土的质量密度分分天然密度天然密度和和干密度干密度。土的天然密度，是指土在天然状态下单土的天然密度，是指土在天然

5、状态下单位体积的质量，用位体积的质量，用表示；它影响土的表示；它影响土的承载力、土压力及边坡的稳定性。土的承载力、土压力及边坡的稳定性。土的干密度，是指单位体积土中固体颗粒的干密度，是指单位体积土中固体颗粒的质量，用质量，用d表示；它是检验填土压实表示；它是检验填土压实质量的控制指标。质量的控制指标。 天然密度天然密度 ：一般一般 =W/V=1620 KN/m3 浮密度浮密度 ：土在地下水位以下的有土在地下水位以下的有效密度及扣除了浮力后的密度。效密度及扣除了浮力后的密度。 =度（度（WS-VS* W）/V 干密度干密度 d：是检测填土密实程度的指：是检测填土密实程度的指标。（标。（105，烘

6、干，烘干34h） 2 2土的含水量土的含水量 土的含水量土的含水量W W是土中所含的水与土的固体颗粒间的是土中所含的水与土的固体颗粒间的质量比，以百分数表示：质量比，以百分数表示： 天然含水量天然含水量 W=（G湿湿-G干干）/G干干 （1 11 1） 式中式中 C C湿湿含水状态时土的质量；含水状态时土的质量； G G干干烘干后土的质量。烘干后土的质量。 土的含水量影响土方的施工方法选择、边坡的稳定和土的含水量影响土方的施工方法选择、边坡的稳定和回填土的质量，如土的含水量超过回填土的质量，如土的含水量超过2530%时，机时，机械化施工就难以进行；含水量超过械化施工就难以进行；含水量超过20%

7、时，时，一般运土车辆就容易打滑、陷车。一般运土车辆就容易打滑、陷车。 最佳含水量最佳含水量可使填土获得最大密实度的含水量可使填土获得最大密实度的含水量（击实试验、手握经验确定）。如砂土的最佳含水量（击实试验、手握经验确定）。如砂土的最佳含水量为为8-12%，而粘土为，而粘土为19-20%。 3.3.土的渗透性土的渗透性 土的渗透性是指水在土体中渗流的性能，土的渗透性是指水在土体中渗流的性能，一般以渗透系一般以渗透系数数K K 表示。表示。 达西地下水流动速度公式达西地下水流动速度公式v v = =KIKI，K K 的单位：的单位：m / d m / d 。粘土粘土 0.1 0.1，细砂为细砂为

8、5-105-10粗砂粗砂50-7550-75，卵石卵石100-200100-200在排降地下水时，需根据土层的渗透系数确定降水在排降地下水时，需根据土层的渗透系数确定降水方案和计算涌水量；在土方填筑时确定其填铺顺序。方案和计算涌水量；在土方填筑时确定其填铺顺序。 4 4土的可松性（重点掌握）土的可松性（重点掌握） 土的可松性是指：土的可松性是指：自然状态下的土，经自然状态下的土，经过开挖后，其体积因松散而增加，以后过开挖后，其体积因松散而增加，以后虽经回填压实，仍不能恢复其原来的体虽经回填压实，仍不能恢复其原来的体积积。 21sVVK土在天然状态下的体积土经开挖后的松散体积最初可松性系数13s

9、VVK土在天然状态下的体积土经回填压实后的体积最后可松性系数 土的可松性对土方的平衡调配，确定运土的可松性对土方的平衡调配，确定运土机具的数量及其土坑的容积，以及计土机具的数量及其土坑的容积，以及计算填方所需的挖方体积、确定预留回填算填方所需的挖方体积、确定预留回填土的体积和堆场面积等均有很大影响。土的体积和堆场面积等均有很大影响。 土的可松性与土质及其密度有关，可参土的可松性与土质及其密度有关，可参考表考表1-1。 最初可松性用于计算挖方量、装运车辆最初可松性用于计算挖方量、装运车辆和挖土机械，最后可松性用于计算回填和挖土机械，最后可松性用于计算回填土量。土量。【例例】见教材见教材P3 某建

10、筑物外墙为条形毛石基础，基础平均截面面积为2.5。基槽深1.5m，底宽为2.0m，边坡坡度为1：0.5。地基为粉土，Ks=1.25,Ks=1.05.计算100m长的基槽挖方量、需留填方用松土量和弃土量。 【解】 挖方量V1= 填方量V3= 填方用松土量V2留= 弃土量V2弃= 三、土方边坡坡度三、土方边坡坡度 土方边坡坡度土方边坡坡度和坡度系数和坡度系数m图图11 边坡坡度示意边坡坡度示意m:1B/H1BH 四、土方施工的准备工作四、土方施工的准备工作 (1)(1)制定施工方案制定施工方案 (2)(2)场地清理场地清理 (3)排除地面水排除地面水 (4)修筑好临时道路修筑好临时道路 及供水、供

11、电等临时设施。及供水、供电等临时设施。 (5)做好材料、机具、做好材料、机具、 物资及人员的准备工作。物资及人员的准备工作。 (6)设置测量控制网，设置测量控制网， 打设方格网控制桩，进行建筑物、构筑物的定位放线等。打设方格网控制桩，进行建筑物、构筑物的定位放线等。 (7)(7)根据土方施工设计做好边坡稳定、基坑根据土方施工设计做好边坡稳定、基坑( (槽槽) )支护、降低地支护、降低地下水等土方工程的辅助工作。下水等土方工程的辅助工作。 第二节第二节 土方计算与调配土方计算与调配 一、基坑、基槽和路堤的土方量计算一、基坑、基槽和路堤的土方量计算 基坑土方量即可按拟柱体的体积公式基坑土方量即可按

12、拟柱体的体积公式 式中式中 HH基坑深度基坑深度(m)(m)； F F1 1，F F2 2基坑上下两底面积基坑上下两底面积(m(m2 2) )； F0F1与与F2之间的中截面面积之间的中截面面积(m2)； )F4F(F6HV201 基坑开挖尺寸（分两次计算）基坑开挖尺寸（分两次计算） 当基槽和路堤沿长度方向断面呈连续性变化时其土当基槽和路堤沿长度方向断面呈连续性变化时其土方量可以用同样方法分段计算。方量可以用同样方法分段计算。 式中式中 V V1 1第一段的土方量第一段的土方量(m(m3 3) )； L L1 1第一段的长度第一段的长度(m)(m)； 将各段土方量相加即得总土方量，即：将各段土

13、方量相加即得总土方量，即： 式中式中 V V1 1，V V2 2VnVn为各分段土的土方量为各分段土的土方量(m(m3 3) )。)F4F(F6LV20111【例】 某工程基础平面尺寸3634M，坑深从自然地面起-6m，土质为粉砂层，采取一定措施后，方坡1：0.5，每边需留工作面0.5m，基础体积（有一层（有一层地下室）地下室）为7400m3，运输用10m3的自卸车。求：1、挖土方量2、回填土量3、外运余土量4、需运多少车次？Ks=1.2，Ks=1.02 解：解：1、挖土方量、挖土方量 基底尺寸基底尺寸F2=（36+20.5） （34+20.5）=3735m=1295m2 基口尺寸基口尺寸F1

14、=（37+20.56） （35+20.5 6 ）=4341m=1763m2 中截面中截面F0=1/2(37+43) m2 1/2(35+41)=4038=1520m2 若中截面若中截面F0=1/2 （ F1 + F2 ）=1529m2 V挖挖=6/6(1763+41520+1259)=9138m3 2、回填土量、回填土量 V填填=（91387400）/1.02=1704m3 3、外运于土量、外运于土量 V运运=91381704=7434m3 4、需运车次、需运车次 N=74341.20/10=892(次）次） 5、继续做出多少辆车、每天运几趟、多少天运完（即工期）、继续做出多少辆车、每天运几趟

15、、多少天运完（即工期） 二、场地平整标高与土方量二、场地平整标高与土方量 （了解概念）（了解概念） （一）确定场地设计标高（一）确定场地设计标高 1初步设计标高初步设计标高 场地设计标高即为各个方格平均标高的平均值。场地设计标高即为各个方格平均标高的平均值。可按下式计算：可按下式计算： 式中：式中：H H。所计算的场地设计标高所计算的场地设计标高(m)(m)； aa方格边长方格边长(m)(m)； NN方格数；方格数； H H1l1l，H H2222任一方格的四个角点的标高任一方格的四个角点的标高(m)(m)。4N)HHH(HH222112110 图14 场地设计标高H0计算示意图 (a)方格网

16、划分；(b)场地设计标高示意图 1一等高线；2-自然地面，3一场地设计标高平面 (a) (b) 如令如令H H1 111个方格仅有的角点标高；个方格仅有的角点标高； H H2 222个方格共有的角点标高；个方格共有的角点标高； H H3 333个方格共有的角点标高；个方格共有的角点标高； H H4 444个方格共有的角点标高。个方格共有的角点标高。 则场地设计标高则场地设计标高H H0 0可改写成下列形式可改写成下列形式4NH4H3H2HH43210 2场地设计标高的调整场地设计标高的调整 (1)(1)土的可松性影响土的可松性影响 H0H0+h 式中：式中：VwVw按理论标高计算出的总挖方体积

17、；按理论标高计算出的总挖方体积； F FW W，F FT T按理论设计标高计算出的挖方区、按理论设计标高计算出的挖方区、 填方区总面积；填方区总面积； K Ks s土的最后可松性系数。土的最后可松性系数。sWTsWKFF1)(KVh图15 考虑土的可松性调整设计标高计算示意图(a)(b) (2)(2)场内挖方和填土的影响场内挖方和填土的影响 （3 3）场地泄水坡度的影响）场地泄水坡度的影响 1 1）单向泄水时各方格角点的设计标高）单向泄水时各方格角点的设计标高 HnH0li (a)(b) 图16 场地泄水坡度示意图 (a)单向泄水；(b)双向泄水 2 2）双向泄水时各方格角点的设计标高）双向泄

18、水时各方格角点的设计标高 HnH0lxixlyiy (a)(b) 图16 场地泄水坡度示意图 (a)单向泄水；(b)双向泄水 （二）场地土方量计算（二）场地土方量计算 1.计算场地各方格角点的施工高度计算场地各方格角点的施工高度各方各方格角点的施工高度格角点的施工高度( (即挖、填方高度即挖、填方高度)h)h0 0 h hn nH Hn n-H-Hn n (113) (113) 式中式中 h hn n该角点的挖、填高度，以该角点的挖、填高度，以“”为填方高度，以为填方高度，以“”为挖方高为挖方高度度(m)(m)； H Hn n该角点的设计标高该角点的设计标高(m)(m)； H Hn n该角点的

19、自然地面标高该角点的自然地面标高(m)(m)。 2.绘出绘出“零线零线” 方格线上的零点位置见图方格线上的零点位置见图1919，可按下式计，可按下式计算：算： 式中：式中：h h1 1，h h2 2相邻两角点挖、填方施工相邻两角点挖、填方施工高度高度( (以绝对值代入以绝对值代入) )； aa方格边长；方格边长； x零点距角点零点距角点A的距离。的距离。 211hhahx图19 零点位置计算 3. 3.场地土方量计算场地土方量计算 （1）四方棱柱体法）四方棱柱体法 1 1）全挖全填格）全挖全填格 式中：式中： VV挖方或填方的土方量（挖方或填方的土方量（m m）；）； h1,h2,h3,h4方

20、格四个角点的挖填高度，方格四个角点的挖填高度，以绝对值代人（以绝对值代人（m）。）。 )hhh(h4aV43212 2 2）部分挖部分填格）部分挖部分填格h)h(4aV22挖挖h)h(4aV22填填 （2 2）三角棱柱体法）三角棱柱体法 1 1）全挖全填）全挖全填 式中式中 aa方格边长方格边长(m)(m)； hl，h2，h3三角形各角点的施工高度三角形各角点的施工高度(m)，用绝对值代人。，用绝对值代人。 )hh(h6aV3212图113 按地形将方格划分成三角形 2)2)有挖有填有挖有填 其中锥体部分的体积为其中锥体部分的体积为: : 楔体部分的体积为楔体部分的体积为:)h)(hh(hh6

21、aV3221332锥2133231332hhh)h)(hh(hh6aV楔 三、土方调配与优化三、土方调配与优化 (一一) 划分土方调配区，计算平均运距或划分土方调配区，计算平均运距或土方施工单价土方施工单价 1调配区的划分调配区的划分 2平均运距的确定平均运距的确定 3土方施工单价的确定土方施工单价的确定 （二）最优调配方案的确定（二）最优调配方案的确定 1.编制初始调配方案编制初始调配方案 土方的总运输量为：土方的总运输量为： Z Z0 0 5 0 05 0 0 5 0 + 5 0 05 0 + 5 0 0 4 0 + 3 0 04 0 + 3 0 0 6 06 0 100100110+10

22、0110+10070+40070+400404097000(m97000(m3 3m)m)。挖 填B1B2B3挖方量A1 50 70 100500A2 70 40 90 500A3 60 110 70 500A4 80 100 40400填方量800600500 1900 2.最优方案判别最优方案判别 利用利用“最小元素法最小元素法”编制初始调配方案，其总编制初始调配方案，其总运输量是较小的。但不一定是总运输量最小，运输量是较小的。但不一定是总运输量最小，因此还需判别它是否为最优方案。判别的方法因此还需判别它是否为最优方案。判别的方法有有“闭回路法闭回路法”和和“位势法位势法”，其实质相同，其

23、实质相同，都是用检验数都是用检验数ij来判别。只要所有的检验数来判别。只要所有的检验数ij0，则该方案即为最优方案；否则，不是最，则该方案即为最优方案；否则，不是最优方案，尚需进行调整。优方案，尚需进行调整。 为了使线性方程有解，要求初始方案中调动的为了使线性方程有解，要求初始方案中调动的土方量要填够土方量要填够mn1个格（个格（m为行数，为行数，n为为列数），不足时可在任意格中补列数），不足时可在任意格中补“0”。 如：表如：表14中已填中已填6个格，而个格，而mn13416，满足要求。，满足要求。 下面介绍用下面介绍用“位势法位势法”求检验数：求检验数： （1）求位势）求位势Ui和和Vj

24、位势和就是在运距表的行或列中用运距（或单位势和就是在运距表的行或列中用运距（或单价）价）Cij同时减去的数，目的是使有调配数字的同时减去的数，目的是使有调配数字的格检验数格检验数 ij为零，而对调配方案的选取没有影为零，而对调配方案的选取没有影响。响。 计算方法：将初始方案中有调配数方格的计算方法：将初始方案中有调配数方格的Cij列出，然后按下式求出两组位势数列出，然后按下式求出两组位势数Ui(i1，2，m)和和Vj(j1，2，n)。 CijUiVj (120) 式中式中 Cij平均运距平均运距(或单位土方运价或施工或单位土方运价或施工费用费用)； Ui，Vj位势数。位势数。 例如，本例两组位

25、势数计算：例如，本例两组位势数计算： 设设 U10， 则则 V1 C11U150050； U3 C31V1605010； V211010100； ，见表，见表13所示。所示。 例如，本例两组位势数计算：例如，本例两组位势数计算： 设设 U10， 则则 V1 C11U150050； U3 C31V1605010； V211010100； ，见下表所示。，见下表所示。挖挖 填填位势数位势数B1B2B3位势数位势数Ui VjA1500 50 70 100A2 70 500 40 90 A3300 60 100 110100 70 A4 80 100 400 40 （2）求检验数）求检验数 ij ij

26、CijUiVj 1270010030 1310006040 2170(60)5080 2390(60)6090挖挖 填填 B1B2B3 Ui VjV1=50V2=100V3=60A1U1=0070100A2U2=-6070 090 A3U3=10000A4U4=-2080100 0位势数位势数5060110404070求检验数表+80-30+40+90+50+20 3.方案的调整方案的调整 （1）在所有负检验数中选取最小的一个（本例中为）在所有负检验数中选取最小的一个（本例中为C12)，把它所对应的变量，把它所对应的变量X12作为调整的对象。作为调整的对象。 （2）找出）找出X12的闭回路：从

27、的闭回路：从X12出发，沿水平或竖直出发，沿水平或竖直方向前进，遇到调调配土方数字的格作可以做方向前进，遇到调调配土方数字的格作可以做90转转弯，然后依次继续前进，直到再回到出发点，形成一弯，然后依次继续前进，直到再回到出发点，形成一条闭回路条闭回路(表表15)。 （3）从空格）从空格X12出发，沿着闭回路方向，在各奇数次出发，沿着闭回路方向，在各奇数次转角点的数字中，挑出一个最小的土方量转角点的数字中，挑出一个最小的土方量(本表即为本表即为500、100中选中选100)，将它调到空格中，将它调到空格中 (即由即由X32调到调到X12中中)。 （4）同时将闭回路上其他奇数次转角上的数字都减）同

28、时将闭回路上其他奇数次转角上的数字都减去该调动值（去该调动值（100m3），偶次转角上数字都增加该调），偶次转角上数字都增加该调动值，使得填、挖方区的土方量仍然保持平衡，这样动值，使得填、挖方区的土方量仍然保持平衡，这样调整后，便得到了新的调配方案。见表调整后，便得到了新的调配方案。见表16中括号内中括号内数字。数字。填方量填方量 填填挖挖B1B2B3挖方量挖方量A1 500A2 500A3 500A4 400800600 500 1900400500500300100100(400)(400) (0)(100)X12(400)再求位势及空格的检验数再求位势及空格的检验数 若检验数仍有负值，则

29、重复以上步骤，直到全部ij 0而得到最优解。 （4）绘出调配图）绘出调配图： （包括调运的流向、数量、运距）。（包括调运的流向、数量、运距）。 （5） 求出最优方案的总运输量：求出最优方案的总运输量： 40050100705004040060100704004094000m3-m 。+40+50+60+50+50U1= 0V1=50V2=70U2=30U3=10V3=60U4=20位势数位势数挖挖 填填 B1B2B3Ui VjA1A2 A3A4 506011040407080100707010090+30 0 0 0 0 0 0 4.绘制土方调配图绘制土方调配图图117 土方调配图箭线上方为土

30、方量（m3），箭线下方为运距（m）第三节第三节 排水与降水排水与降水 一、地面排水一、地面排水 排除地面水排除地面水(包括雨水、施工用水、生活污水包括雨水、施工用水、生活污水等等)常采用在基坑周围设置排水沟、截水沟或常采用在基坑周围设置排水沟、截水沟或筑土堤等办法，并尽量利用原有的排水系统，筑土堤等办法，并尽量利用原有的排水系统，或将临时性排水设施与永久性设施相结合使用。或将临时性排水设施与永久性设施相结合使用。 二、集水井排水或降水二、集水井排水或降水 降水的方法有两种，即集水井降水和井点降水降水的方法有两种，即集水井降水和井点降水 集水井法是在基坑开挖过程中，沿坑底的周围或集水井法是在基坑

31、开挖过程中，沿坑底的周围或中央开挖排水沟，并在基坑边角处设置集水井。中央开挖排水沟，并在基坑边角处设置集水井。将水汇入集水井内，用水泵抽走将水汇入集水井内，用水泵抽走(图图118)。这种。这种方法可用于基坑排水，也可用于降水。方法可用于基坑排水，也可用于降水。 .视频资料视频资料1土方工程土方工程动画动画集水井排水施工集水井排水施工.SWF .视频资料视频资料1土方工程土方工程动画动画集水坑降水集水坑降水flash动画动画演示演示.swf 图1-18集水井降水法 1排水沟；2集水井；3离心式水泵；4基础边线；5原地下水位线；6降低后地下水位线 1排水沟的设置排水沟的设置 排水沟底宽应不少于排水

32、沟底宽应不少于0.20.3m，沟底设，沟底设有有0.20.5的纵坡，的纵坡， 在开挖阶段，排在开挖阶段，排水沟深度应始终保持比挖土面低水沟深度应始终保持比挖土面低0.40.5m 2.集水井的设置集水井的设置 集水井应设置在基础范围以外的边角处。集水井应设置在基础范围以外的边角处。间距应根据水量大小、基坑平面形状及水间距应根据水量大小、基坑平面形状及水泵能力确定，一般为泵能力确定，一般为2040m。 3水泵性能与选水泵性能与选用用 (1)离心泵离心泵 泵体是由泵壳、泵体是由泵壳、泵轴及叶轮等主泵轴及叶轮等主要部件组成，其要部件组成，其管路系统包括滤管路系统包括滤网与底阀、吸水网与底阀、吸水管及出

33、水管等管及出水管等 图1-19 离心泵工作简图1泵壳；2泵轴；3叶轮；4滤网与底阀；5吸水管；6出水管 (2)潜水泵潜水泵 潜水泵是由立式水潜水泵是由立式水泵与电动机组合而泵与电动机组合而成，工作时完全浸成，工作时完全浸在水中。在水中。 水泵装在电动机上水泵装在电动机上端，叶轮可制成离端，叶轮可制成离心式或螺旋桨式；心式或螺旋桨式；电动机设有密封装电动机设有密封装置。置。 图120 潜水泵工作简图1叶轮；2轴；3电动机；4进水口；5出水胶管；6电缆 三、流砂及其防治三、流砂及其防治 （重点掌握）（重点掌握） 1流砂发生的原因流砂发生的原因 在工程建设中，在工程建设中， 当基底深于地下水位，当基

34、底深于地下水位， 由于挖土时土体平衡破坏，由于挖土时土体平衡破坏， 在水头差的作用下，在水头差的作用下， 引起水在土体中流动，带动土体流入基坑，形成流砂，引起水在土体中流动，带动土体流入基坑，形成流砂，造成施工困难和安全危害。应此要对流沙进行防治。造成施工困难和安全危害。应此要对流沙进行防治。 流砂是如何产生的呢？动水压力是流砂发生的重要条流砂是如何产生的呢？动水压力是流砂发生的重要条件。件。流动中的地下水对土颗粒产生的压力称为动水压流动中的地下水对土颗粒产生的压力称为动水压力，其性质通过图力，其性质通过图120所示的试验说明。所示的试验说明。 Wh1FWh2FTLF0WW21ILhhT图12

35、1 动水压力原理图 (a) 水在土中渗流的力学现象；(b) 动水压力对地基土的影响 l、2土颗粒（a）（b）1TLF 由上式可知，动水压由上式可知，动水压GD与水力坡度与水力坡度I成正成正比，水位差越大，动水压力越大，而渗比，水位差越大，动水压力越大，而渗透路程越长，动水压力越小。透路程越长，动水压力越小。 产生流砂现象主要是产生流砂现象主要是由于地下水的水由于地下水的水力坡度大，即动水压力大，而且动水压力坡度大，即动水压力大，而且动水压力的方向力的方向(与水流方向一致与水流方向一致)与土的重力方与土的重力方向相反，土不仅受水的浮力，而且受动向相反，土不仅受水的浮力，而且受动水压力的作用，有向

36、上举的趋势，水压力的作用，有向上举的趋势，当动当动水压力等于或大于土的浸水密度时，水压力等于或大于土的浸水密度时，GDr土颗粒处于悬浮状态，并随地下水土颗粒处于悬浮状态，并随地下水一起流入基坑，即发生流砂现象。一起流入基坑，即发生流砂现象。 2流砂的防治流砂的防治 流砂防治的主要途径是减小或平衡动水压力、改变流砂防治的主要途径是减小或平衡动水压力、改变其方向、延长其方向、延长渗流路线。具体措施为：。具体措施为： （1）抢挖法：）抢挖法：即组织分段抢挖，使挖土速度超过冒即组织分段抢挖，使挖土速度超过冒砂速度，挖到标高后立即铺席并抛大石块体平衡动水砂速度，挖到标高后立即铺席并抛大石块体平衡动水压力

37、，压住流砂。此法既能解决轻微流砂现象。压力，压住流砂。此法既能解决轻微流砂现象。 （2）水下挖土法：）水下挖土法：采用不排水开挖，但挖完后怎么采用不排水开挖，但挖完后怎么办？办？ （3）止水帷幕法：）止水帷幕法：钻孔灌注桩、打钢板桩、地下连钻孔灌注桩、打钢板桩、地下连续墙、深层搅拌桩、高压旋喷桩、压密注浆等形成不续墙、深层搅拌桩、高压旋喷桩、压密注浆等形成不透水墙。透水墙。 （4）在枯水季节开挖：）在枯水季节开挖：利用地下水位下降，但受季利用地下水位下降，但受季节影响。节影响。 （5）井点降水法：）井点降水法：先降水减少或消除动水压力。先降水减少或消除动水压力。 四、井点降水法四、井点降水法

38、当基坑开挖深度较大，当基坑开挖深度较大，地下水位较高而土质地下水位较高而土质较差时，用集水井降较差时，用集水井降水容易产生流砂、管水容易产生流砂、管涌和造成边坡失稳，因此应考虑采用井点降水。涌和造成边坡失稳，因此应考虑采用井点降水。 井点降水法就是在基坑开挖前，预先在基坑四井点降水法就是在基坑开挖前，预先在基坑四周埋设一定数量的滤水管周埋设一定数量的滤水管(井井)，利用抽水设备，利用抽水设备从中抽水，使地下水位降落到坑底标高以下，从中抽水，使地下水位降落到坑底标高以下，并保持至回填完成或地下结构有足够的抗浮能并保持至回填完成或地下结构有足够的抗浮能力为止。力为止。 井点降水的最主要目的是防止流

39、砂。井点降水的最主要目的是防止流砂。 （一）轻型井点（一）轻型井点 1.轻型井点设备轻型井点设备 轻型井点设备是由管路系统和抽水设备组轻型井点设备是由管路系统和抽水设备组成。管路系统包括：井点管成。管路系统包括：井点管(由井管和滤管由井管和滤管连接而成连接而成)、弯联管及总管等。、弯联管及总管等。 图1-22 轻型井点法降低地下水位全貌图1井管；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 图1-23 滤管构造 1钢管；2管壁上的小孔；3缠绕的塑料管；4细滤网；5粗滤网；6粗铁丝保护网；7井管；8铸铁头 图124 真空泵轻型井点设备工作原理简图 l滤管；2井管；3弯

40、管；4阀门；5集水总管；6闸门：7滤网，8过滤室，9淘砂孔；10水气分离器；11浮筒；12阀门：13真空计；14进水管；15真空计；16副水气分离器；17挡水板；18放水口；19真空泵；20电动机；2l冷却水管；22冷却水箱；23循环水泵；24离心水泵图l25 射流泵抽水设备工作简图(a)工作简图；(b)射流器构造 1一水泵；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；13一接水管（a）（b） 2.轻型井点布置轻型井点布置 （重点掌握）（重点掌握） 1)平面布置平面布置图1-26 单排井点布置简图 (a)平面

41、布置；(b)高程布置1一总管；2点管；3一抽水设备 2)高程布置高程布置 图1-27 环形井点布置简图 (a)平面布置；(b)高程布置1一总管；2一井点管；3一抽水设备 井管的埋置深度井管的埋置深度HA，可按下式计算，可按下式计算(图图1-27b)： HAH1十十h十十iL (m) (1-22) 式中式中 H1总管平台面至基坑底面的距总管平台面至基坑底面的距离离(m)； h基坑中心线底面至降低后的地基坑中心线底面至降低后的地下水位线的距离，一般取下水位线的距离，一般取0.51.0m； i水力坡度，根据实测：环形井水力坡度，根据实测：环形井点为点为110，单排线状井点为，单排线状井点为14； 图

42、128 二级轻型井点1第一层井点管；2第二层井点管 3轻型井点计算轻型井点计算 （掌握）（掌握） （1）井型判定）井型判定 （重点掌握）（重点掌握）图1-29 水井的分类（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 （2）涌水量计算）涌水量计算 无压完整井涌水量无压完整井涌水量 图1-30 环形井点涌水量计算简图 (a)无压完整井；(b)无压非完整井 (m3d) 0lgxlgRS)S(2HK366.1Q 式中式中 K渗透系数渗透系数(md)，应由实验测定，应由实验测定，表表112仅供参考；仅供参考； H含水层厚度含水层厚度(m)； S水位降低值水位降低值(m)； R抽

43、水影响半径抽水影响半径(m)，取：，取： x0环形井点的假想半径环形井点的假想半径(m)： F基坑周围井点管所包围的面积基坑周围井点管所包围的面积(m2)。 HKS95. 1R Fx0 无压非完整井涌水量无压非完整井涌水量 (m3d) 00lgxlgRS)S(2HK366. 1Q 有效深度有效深度H0值值 表表112S(S l)0.20.30.50.8H01.3(S l)1.5(S l)1.7(S l)1.85(S l)注：表中S为井管内水位降低深度；l为滤管长度。 承压完整井涌水量承压完整井涌水量 承压完整井环形井点涌水量计算公式为承压完整井环形井点涌水量计算公式为 式中式中 M承压含水层厚

44、度承压含水层厚度(m)； K、R、x0、S与公式与公式(1-22)相同。相同。 ： (m3d) 0lgxlgRMSK73.2Q （3） 确定井点管数量与井距确定井点管数量与井距 单井最大出水量单井最大出水量 单井的最大出水量单井的最大出水量q，主要取决于土的渗，主要取决于土的渗透系数、滤管的构造与尺寸，按下式确透系数、滤管的构造与尺寸，按下式确定：定： 式中式中 d滤管直径滤管直径(m)； l滤管长度滤管长度(m)； K渗透系数渗透系数(md)。 (m3d) 3Kld65q 最少井数最少井数 井点管的最少根数井点管的最少根数nmin，按下式计算：，按下式计算： 式中式中 1.1备用系数，考虑井

45、点管堵塞等因备用系数，考虑井点管堵塞等因素。其它符号同前。素。其它符号同前。 最大井距最大井距 式中式中 L总管长度总管长度(m)； (根) qQ1.1nmin (m) minmaxnLD 确定井点管间距时，还应注意以下几点：确定井点管间距时，还应注意以下几点： (a)井距过小时，彼此干扰大，影响出井距过小时，彼此干扰大，影响出水量，水量，因此井距必须大于因此井距必须大于15倍管径。倍管径。 (b)在渗透系数小的土中井距宜小些，在渗透系数小的土中井距宜小些，否则水位降落时间过长。否则水位降落时间过长。 (c)靠近河流处，井点宜适当加密。靠近河流处，井点宜适当加密。 (d)井距应能与总管上的接头

46、间距相配井距应能与总管上的接头间距相配合。合。 根据实际采用的井点管间距，最后确根据实际采用的井点管间距，最后确定所需的井点管根数。定所需的井点管根数。例题例题 某工程基坑底尺寸某工程基坑底尺寸1510m，坑深，坑深4.1m，边坡边坡1：0.5，土质情况，地面下，土质情况，地面下0.5m为粘为粘土层，再下有土层，再下有7.2m厚的细砂层，再下是不厚的细砂层，再下是不透水粘土层，进行轻型井点降水设计。井透水粘土层，进行轻型井点降水设计。井点管长点管长6.0m。解：解： 1、井点布置、井点布置 为使总管接近地下水位，可先挖去为使总管接近地下水位，可先挖去0.4m（不下卧也够），基坑平面尺寸为：（不

47、下卧也够），基坑平面尺寸为： 15（4.10.4）0.5210（ 4.10.4 ）0.52 =18.713.7m 以布置环形井点为宜，距基坑边以布置环形井点为宜，距基坑边1.0m，则，则井点布置尺寸为井点布置尺寸为20.715.7m。 要求的降水深度要求的降水深度S=4.10.60.5=4.0m 井点管在井点管在-0.4m处埋设，距不透水层为处埋设，距不透水层为7.7-0.4=7.3m 井点管长井点管长6.0m，滤管取，滤管取1.2m长，井点管总长长，井点管总长为为7.2m，上露，上露0.2m，井点管距离不透水层为，井点管距离不透水层为0.3m，可视为无压完整井。可视为无压完整井。 井点管的埋

48、置深度：井点管的埋置深度：HA=3.7+0.5+1/10（5+1.85+1.0）=5.3m6.0-0.2=5.8m 一级井点降水一级井点降水 2 2、基坑涌水量计算、基坑涌水量计算 确定确定K K、H H、S S、R R、x x0 0 1) 1) 含水层厚度含水层厚度H=7.7-0.6=7.1mH=7.7-0.6=7.1m 2 2）降水深度）降水深度S=4.0mS=4.0m 3 3）渗透系数）渗透系数K,K, 4 4）假想半径）假想半径 = 20.7= 20.715.7/3.14=10.17m 5 5）影响半径）影响半径R=1.95s R=1.95s HK=1.95HK=1.9547.130=

49、114m0lgxlgRS)S(2HK366.1QFx0 3、井点管数量、井距、井点管数量、井距 单井出水量，用单井出水量，用38管管 q=65dl =28.9 所需井管数量所需井管数量n=1.1Q/q=1.11592/28.9=61根根 井管的平均间距井管的平均间距D=L/N=72.8/61=1.19m取取D=1.2m150.038=0.57m3K 4轻型井点的轻型井点的施工施工 埋设井点的程序埋设井点的程序是：放线定位是：放线定位打井孔打井孔埋设井埋设井点管点管安装总管安装总管用弯联管将井用弯联管将井点管与总管接通点管与总管接通安装抽水设备。安装抽水设备。 （录象）录象） 图131 井点管的

50、埋设(a) 冲孔；（b）埋管1一冲管，2一冲嘴；3一胶皮管；4一高压水泵，5一压力表；6一起重吊钩；7一井点管，8一滤管；9一填砂；10一粘土封口 （a） （b） （二）喷射井点（二）喷射井点 当基坑开挖较深，降水深度要求较大时，当基坑开挖较深，降水深度要求较大时，可采用喷射井点降水。其降水深度可达可采用喷射井点降水。其降水深度可达820 m，可用于渗透系数小于，可用于渗透系数小于0.1md的淤泥质土层。的淤泥质土层。 喷射井点施工顺序是：安装水泵设备及喷射井点施工顺序是：安装水泵设备及泵的进出水管路；铺设进水总管和回水泵的进出水管路；铺设进水总管和回水总管；沉设井点管总管；沉设井点管(包括灌

51、填砂滤料包括灌填砂滤料)，接，接通进水总管后及时进行单根试抽、检验；通进水总管后及时进行单根试抽、检验；全部井点管沉设完毕后，接通回水总管，全部井点管沉设完毕后，接通回水总管，全面试抽，检查整个降水系统的运转状全面试抽，检查整个降水系统的运转状况及降水效果。况及降水效果。图1-35 喷射井点设备及平面布置简图 (a)喷射井点设备简图；(b)喷射扬水器原理图；(c)喷射井点平面布置 1喷射井管；2滤管；3进水总管；4排水总管；5一高压水泵；6集水池；7水泵；8内管；9外管；10喷嘴；11混合室；12扩散管；13压力表（c）（b）（a） （三）管井井点（三）管井井点 管井井点就是沿基坑每隔一定距离

52、设置管井井点就是沿基坑每隔一定距离设置一个管井，每个管井单独用一台水泵不一个管井，每个管井单独用一台水泵不断抽水来降低地下水位。在土的渗透系断抽水来降低地下水位。在土的渗透系数大数大(20200md)的土层中，宜采用的土层中，宜采用管井井点。管井井点。 管井井点的设备主要是由管井、吸水管管井井点的设备主要是由管井、吸水管及水泵组成。及水泵组成。 图1-36 管井井点 (a)钢管管井；(b)混凝土管管井1一沉砂管；2一钢筋焊接骨架；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无砂混凝土管；11潜水泵；12一出水管（a）（b） （四）深井井点（四）深井井点 当

53、要求井内降水深度超过当要求井内降水深度超过15m时，可在时，可在管井中使用深井泵抽水。这种井点称为管井中使用深井泵抽水。这种井点称为深井井点（或深管井井点）。深井井点深井井点（或深管井井点）。深井井点一般可降低水位一般可降低水位3040m，有的甚至可，有的甚至可达百米以上。达百米以上。 常用的深井泵有两种类型。常用的深井泵有两种类型。 一种是深井潜水泵，一种是深井潜水泵， 另一种是电动机安装在地面上，通过传另一种是电动机安装在地面上，通过传动轴带动多级叶轮工作而排水。动轴带动多级叶轮工作而排水。 （五）电渗井（五）电渗井点点 电渗井点是在电渗井点是在轻型或喷射井轻型或喷射井点中增设电极点中增设

54、电极而形成，主要而形成，主要用于渗透系数用于渗透系数小于小于0.1md的的土层。土层。 图137 电渗井点 1一井点管；2一电极；3直流电源 五、降水对周围地面的影响及预防措五、降水对周围地面的影响及预防措施施 降低地下水位时，由于土颗粒流失或土体压降低地下水位时，由于土颗粒流失或土体压缩固结，易引起周周地面沉降。由于土层的不缩固结，易引起周周地面沉降。由于土层的不均匀性和形成的水位呈漏斗状，地面沉降多为均匀性和形成的水位呈漏斗状，地面沉降多为不均匀沉降，可能导致周围的建筑物倾斜、下不均匀沉降，可能导致周围的建筑物倾斜、下沉、道路开裂或管线断裂。因此，井点降水时，沉、道路开裂或管线断裂。因此，

55、井点降水时，必须采取相应措施，以防造成危害。必须采取相应措施，以防造成危害。 1回灌井点法：回灌井点法： 在降水井与建筑物或构筑物在降水井与建筑物或构筑物之间距降水井不大于之间距降水井不大于6m处设置一排回灌井点，处设置一排回灌井点，以减小沉降。以减小沉降。 2设置止水帷幕法：设置止水帷幕法： 3减缓降水速度法：减缓降水速度法：（a）（b）图138 回灌井点布置示意图（a）降水与回灌井点；（b ）加阻水支护结构的回灌井点1原有建筑物；2开挖基坑；3降水井点；4回灌井点；5原有地下水位线；6降灌井点间水位线；7降水后的水位线；8不回灌时的水位线；9基坑底第四节第四节 土方边坡与土壁支护土方边坡与

56、土壁支护 为防止土壁坍塌和滑移及保证施工安全，基坑边缘需为防止土壁坍塌和滑移及保证施工安全，基坑边缘需做成一定的边坡或支护。做成一定的边坡或支护。 一、土方边坡一、土方边坡 (一一) 边坡稳定条件及其影响因素边坡稳定条件及其影响因素 GCT图139 边坡稳定条件示意 1、边坡稳定的条件、边坡稳定的条件 土方边坡的稳定主要是由于土体内颗粒土方边坡的稳定主要是由于土体内颗粒之间存在摩阻力和内聚力，从而使土体之间存在摩阻力和内聚力，从而使土体具有一定的抗剪强度。在一般情况下土具有一定的抗剪强度。在一般情况下土方边坡失去稳定，发生滑动，是：方边坡失去稳定，发生滑动，是： T C T土体下滑力。下滑土体

57、的分力，受坡上荷载、雨水、静水压力影响。 C土体抗剪力。由土质决定，受气候、含水量及动水压力影响。2、边坡失稳的原因分析（重点掌握）、边坡失稳的原因分析（重点掌握） 土方边坡失去稳定，发生滑动，土方边坡失去稳定，发生滑动，其原因可分为两类：其原因可分为两类：土体内的抗剪强度降低或剪应力增加土体内的抗剪强度降低或剪应力增加 1）引起抗剪强度降低的原因有：）引起抗剪强度降低的原因有：因风化、气候等影响因风化、气候等影响是土质变得松软；粘土中的夹层因侵水而产生润滑作是土质变得松软；粘土中的夹层因侵水而产生润滑作用；饱和的细砂、粉砂土等因素受振动而液化。用；饱和的细砂、粉砂土等因素受振动而液化。 2）

58、引起剪应力增加的原因有：）引起剪应力增加的原因有：基坑上边缘附近存在基坑上边缘附近存在荷载（堆土、机具），尤其是存在动荷载；雨水、施荷载（堆土、机具），尤其是存在动荷载；雨水、施工用水渗入边坡，使土的含水量增加，从而使土体字工用水渗入边坡，使土的含水量增加，从而使土体字中增加；有地下水时，地下水在土中渗流产生一定的中增加；有地下水时，地下水在土中渗流产生一定的动水压力；水侵入土体中的裂缝内产生静水压力。动水压力；水侵入土体中的裂缝内产生静水压力。 3、直立壁（不加支撑）的允许深度（掌握）、直立壁（不加支撑）的允许深度（掌握） 在土质均匀、开挖范围内无地下水、土的含水量在土质均匀、开挖范围内无地

59、下水、土的含水量正常、施工期较短的情况下，可优先考虑直立壁正常、施工期较短的情况下，可优先考虑直立壁开挖开挖深度参考如下：开挖开挖深度参考如下： 密实、中密的砂土和砂填碎石密实、中密的砂土和砂填碎石1.00m； 硬塑、可塑的轻亚粘土及亚粘硬塑、可塑的轻亚粘土及亚粘1.25m； 硬塑、可塑的粘土和粘填碎石硬塑、可塑的粘土和粘填碎石1.50m； 坚硬的粘土：坚硬的粘土： 2.0m 。 若加深可采取相应的处理措施（若加深可采取相应的处理措施（有哪些？有哪些？） （二）边坡坡度的确定（掌握）（二）边坡坡度的确定（掌握） （a）（b）（c）（d）图140 土方边坡（a）直线边坡；（b）不同土层折线边坡；

60、（c）不同深度折线边坡；（d）阶梯边坡深度在深度在5m内的基坑、基槽、管沟边坡的最陡坡度内的基坑、基槽、管沟边坡的最陡坡度（重点掌握）（重点掌握）土的类别边坡坡度（高:宽）坡顶无无荷载坡顶有静静载坡顶有动动载中密的砂土1 :1.001:1.251:1.50中密的碎石类砂土1:0.751:1.001:1.25硬塑的粉土1:0.671:0.751:1.00中密的碎石类粘土1:0.501:0.671:0.75硬塑的粉质粘土、粘土1：0.331：0.501：0.67 老黄土1：0.101：0.251：0.33软土（经井点降水后）1：1.00 二、土壁支护二、土壁支护 常见的土壁支护形式可分为传统支护方