第二章 土石方工程

1、主要讲授内容1.1 概述1.2 土方工程的机械化施工1.3 土方填筑与压实1.4 深基坑施工1.5 土石方工程常见事故及处理学习要点：学习要点： 结合土的工程分类和物理性质学习土方工程的内容及施工结合土的工程分类和物理性质学习土方工程的内容及施工特点，对常用土方机械及土方施工工艺的学习要注意身边特点，对常用土方机械及土方施工工艺的学习要注意身边工地的施工过程进行印证以加深理解，场地平整土方量的工地的施工过程进行印证以加深理解，场地平整土方量的计算方法通过实际操作来掌握，结合一些安全事故从反面计算方法通过实际操作来掌握，结合一些安全事故从反面学习土方施工过程的安全技术学习土方施工过程的安全技术

2、重点、难点：重点、难点： (1)土的工程分类；土的工程分类； (2)基坑（槽）及场地平整土方量的计算；基坑（槽）及场地平整土方量的计算； (3)土的回填与压实施工工艺；土的回填与压实施工工艺； (4)土方施工过程的安全技术土方施工过程的安全技术。 学习方式：学习方式： 在理论教学同时，结合图片及影像等在理论教学同时，结合图片及影像等形式体会和理解土方工程的施工工艺，形式体会和理解土方工程的施工工艺，从而掌握土方工程的施工方法土方量的从而掌握土方工程的施工方法土方量的计算方法以及土方工程的质量标准与安计算方法以及土方工程的质量标准与安全技术。全技术。 第一节概述 土方工程是建筑施工中主要工程之一

3、。它包括土（或石）的开挖、运输、填筑、平整与压实等施工过程以及排除地面水、降低地下水位和土壁支撑等辅助性工作。工业与民用建筑工程中的土方工程一般分为四类： 1.场地平整 场地平整是在地面上进行挖填作业，将建筑场地平整为符合设计标高要求的平面。 2.基坑（槽）、管沟开挖指在地面以下为浅基础、桩承台及地下管道等施工而进行的土方开挖1.1 土石方工程的种类与特点4.土方填筑土方填筑是对低洼处用土方分层填平。土方工程的施工工程量大，劳动繁重，施工工期长。因此，为了减轻繁重的劳动强度，提高劳动生产率，缩短工期，降低工程成本，在组织土方施工时，应合理地选择土方机械，尽可能采用机械化施工。此外土方工程施工条

4、件复杂，其施工的难易程度，直接受地形、地质、水文、施工季节及施工场地周围环境等因素的影响。所以施工前应深入调查，详尽地掌握以上各种资料，然后根据该工程的特点和规模，拟订合理的施工方案及其相应的技术措施组织施工。3.地下大型土方开挖指在地面以下为大型设备基础、地下建筑物或深基础等施工而进行的土方开挖。1.2 土石的分类与现场鉴别方法土的种类繁多，其分类方法也很多，在土方工程施工中，根据土的开挖难易程度将土分为八类，见表1.1。概要：土中三相（质量与体积）组成比例关系，概要：土中三相（质量与体积）组成比例关系，直接影响土的工程性质（干湿、软硬、松密等）。直接影响土的工程性质（干湿、软硬、松密等）。

5、气气水水土粒土粒WWwWSVVSVvVaVw1.2 土的工程性质（重点）2022-5-279( (一一) )土的密度土的密度 : :1 天然密度:土在天然状态下单位体积的质量.2 干密度d :单位体积土中固体颗粒的质量. .( (二二) )土的含水量土的含水量 : : 土中所含水分质量与土颗粒质量的比值。 %100221GGG 式中: 土的含水量 G1含水状态时土的质量； G2烘干后土的质量。 G1- G2=水份的质量. 干土干土: : 30%VW基本基本指标（可由试验直接测得）指标（可由试验直接测得）1.土的密度土的密度(kN/m3)一般用环刀法测定，天然土一般用环刀法测定，天然土在在162

6、2 kN/m3之间。之间。 土的重度土的重度Vm(g/cm3)（以下定义指标可由上述三个指标推算得出）以下定义指标可由上述三个指标推算得出） VWsdVVWwvssatwsatwssVVW3.土的有效重度土的有效重度（地下水位以下水受浮力作用）（地下水位以下水受浮力作用）(kN/m3)2.土的饱和重度土的饱和重度(kN/m3)(kN/m3)1.土的干重度土的干重度2022-5-2712 自然状态下的土,经开挖后,其体积因松散而增加,以后虽经回填压实,仍不能恢复成原来的体积.土的这种性质称为可松性. 土的可松性大小用可松性系数表示:式中 :Ks 最初可松性系数;Ks 最终可松性系数; V1土在自

7、然状态下的体积(天然密实土)； V2土经开挖后松散状态下的体积(松土)； V3土经回填压实后的体积(压实土)。 V V1 1 V V3 3 V V2 2 1 K 1 KS S K KS S1312VVKVVKss土土的可松性的可松性: :312VVV2022-5-2713说明：（1）计算土方量：用天然密实土的体积V1 （2）土方运输：用松土的体积V2，考虑 KS （3）土方回填：用压实土的体积V3 ，考虑 KS 土的类型KsKs 一类土 1.08 1.171.01 1.03 二类土 1.14 1.241.02 1.05 三类土 1.24 1.30 1.04 1.07 四类土 1.26 1.45

8、1.06 1.20 五类土 1.30 1.50 1.10 1.30 六类土 1.45 1.501.28 1.30土的可松性系数2022-5-2714 土体孔隙中的自由水在重力作用下会产生流动,土体被水透过的性质称为渗透性.土的渗透性是土的水力学主要性质之一.土土的渗透性的渗透性: :L Lh h2 2h h1 1v vA AB B达西达西(H.Darcy)(H.Darcy)定律定律: :V=K V=K = K = KI I h h1 1-h-h2 2 L L式中式中: : I I= = = - = -称为水力坡度称为水力坡度 ; ; K- K-渗透系数渗透系数(m/(m/h,mh,m/d) /

9、d) 为一比例系数为一比例系数, , 当当 I I =1.0=1.0时时, , V=KV=Kh h1 1-h-h2 2 L L h h L L2022-5-2715土的类型K (m/d)土的类型K (m/d) 漂石(无砂质充填) 500 1000 粉 砂0.5 1 卵 石 100 500 黄 土0.25 0.5 砾 石 50 150 粘砂土0.1 0.5 粗 砂 20 50 轻砂粘土0.05 0.1 中 砂 5 20 重砂粘土0.001 0.05 细 砂 1 5 粘 土6m，或土质不良。，或土质不良。 环状：在坑槽四周布置。环状：在坑槽四周布置。 用于面积较大的基坑。用于面积较大的基坑。(图示

10、图示) 5计算涌水量计算涌水量Q：(环状井点系统环状井点系统) (1)判断井型判断井型 (2)无压完整井井点计算无压完整井井点计算(积分解积分解) (3)无压完整井群井井点计算无压完整井群井井点计算 (4)无压非完整井群井系统涌水量计算无压非完整井群井系统涌水量计算(近似近似解解)(1)判断井型判断井型(图图) 按照滤管与不透水层的关系：按照滤管与不透水层的关系：(见图见图1-19所所示示) 完整井完整井到不透水层到不透水层非完整井非完整井未到不透水层未到不透水层. 按照是否承压水层：按照是否承压水层：(见图见图1-19所示所示) 承压井或无压井承压井或无压井图图1-19 井形示意图井形示意图

11、 (2)(2)无压完整井井点计算无压完整井井点计算( (积分解积分解) )图图1-31 1-31 无压完整无压完整井水位降落曲线井水位降落曲线目前有关水井的理论计算方法都是以法国水目前有关水井的理论计算方法都是以法国水力学家力学家裘布依（裘布依（DupuitDupuit）的水井理论）的水井理论为基础为基础的。的。根据该水井理论根据该水井理论: :当均匀地从井内抽水当均匀地从井内抽水时，井内水位开始下降，而周围含水层中的时，井内水位开始下降，而周围含水层中的潜水流向水位降低处。经过一定时间的抽水潜水流向水位降低处。经过一定时间的抽水后，水井周围原有的水面就由水平变成弯曲后，水井周围原有的水面就由

12、水平变成弯曲水面，最后这个曲线逐渐稳定，成为向水井水面，最后这个曲线逐渐稳定，成为向水井倾斜的水位降落漏斗。倾斜的水位降落漏斗。 根据上述假定和达西直线渗透法则，如根据上述假定和达西直线渗透法则，如图图1-311-31所示，以井轴为轴，对于无压完整所示，以井轴为轴，对于无压完整井，可以推导出井，可以推导出涌水量计算公式为：涌水量计算公式为：(2)1.366lglgHS SQkRr式中式中 Q Q 单井涌水量（单井涌水量（m3/dm3/d）；）； k k 土的渗透系数（土的渗透系数（m/dm/d）；）； H H 含水层厚度（含水层厚度（m m）；）； S S 水井处降水深度（水井处降水深度（m

13、m）；）； R R水井的抽水影响半径（水井的抽水影响半径（m m）；）； r r 井点的半径（井点的半径（m）。）。（1-49） (3)无压完整井群井井点计算无压完整井群井井点计算(积分解积分解) 公式（公式（1-491-49）是无压完整单井涌水量的计算公式。但在）是无压完整单井涌水量的计算公式。但在实际实际的井点系统中，各井点管是布置在基坑周围，许多井点同时抽的井点系统中，各井点管是布置在基坑周围，许多井点同时抽水，即群井共同工作，其涌水量不能用各井点管内涌水量进行水，即群井共同工作，其涌水量不能用各井点管内涌水量进行简单相加求得。简单相加求得。群井涌水量的计算是把由各井点管组成的群井群井涌

14、水量的计算是把由各井点管组成的群井系统，视为一口大的单井，设该井为圆形的，并假设在群井抽系统，视为一口大的单井，设该井为圆形的，并假设在群井抽水时，每一井点管（视为单井）在大圆井外侧的影响范围不变，水时，每一井点管（视为单井）在大圆井外侧的影响范围不变，仍为，则有仍为，则有: 0(2)1.366lglgHS SQkRx（1-50）式中： 群井降水影响半径（m），； 环状井点系统的假想圆半（m）； S井点管处水位降落值（m）。R0 x 应用上述公式计算时，必须首先确定应用上述公式计算时，必须首先确定 、R和和k值。由于值。由于目前计算目前计算轻型轻型井点所用的计算公式，均有一定的适用条件井点所用

15、的计算公式，均有一定的适用条件，例如，矩形基坑的长、，例如，矩形基坑的长、宽比大于宽比大于5、或基坑宽度大于、或基坑宽度大于2倍的抽水半径时，则不能直接利用现有倍的抽水半径时，则不能直接利用现有公式进行计算，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，再相加即可得到总涌水量后分别计算每小块的涌水量，再相加即可得到总涌水量。 由于基坑在大多数情况下并非是圆形的，因此不能直接得到。由于基坑在大多数情况下并非是圆形的，因此不能直接得到。对矩形基坑的长、宽比不大于对矩形基坑的长、宽比不大于5时，可将不规则的平面形状

16、化时，可将不规则的平面形状化成一个假想半径为的圆井进行计算成一个假想半径为的圆井进行计算 式中式中 F-环状井点系统包围的面积（环状井点系统包围的面积（m2）。）。0 x0Fx（1-51） 抽水影响半径抽水影响半径则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。则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。它与它与土的渗透系数、含水层厚度、水位降低值土的渗透系数、含水层厚度、水位降低值及及抽水时间抽水时间等因素有关。一般等因素有关。一般在抽水在抽水15d后，水位降落曲线基本稳定，此时，抽水影响半径可近似地按后，水位降落曲线基本稳定，此时，抽水影响半径可近似地按下式进行计算下式进行

17、计算 （1-52） 式中，式中，S、H 的单位为的单位为m；k 的单位为的单位为m/d。 渗透系数渗透系数k值的确定是否正确，对计算结果影响较大，值可通过值的确定是否正确，对计算结果影响较大，值可通过现场抽水试现场抽水试验验或或实验室测定实验室测定。对重大工程，宜采用。对重大工程，宜采用现场抽水实验法现场抽水实验法测定渗透系数值。测定渗透系数值。1.95RSHk(4)无压非完整井群井系统涌水量计算无压非完整井群井系统涌水量计算(近似解) 在实际工程中往往会遇到无压非完整井的井点系统，这时地下水在实际工程中往往会遇到无压非完整井的井点系统，这时地下水不仅从井的侧面流入，而且还从井底渗入，导致涌水

18、量要比无压不仅从井的侧面流入，而且还从井底渗入，导致涌水量要比无压完整井大。为了简化计算，仍可采用无压完整井的环状井点系统完整井大。为了简化计算，仍可采用无压完整井的环状井点系统涌水量计算公式。此时，仅将式（涌水量计算公式。此时，仅将式（1-50）中）中H换成有效深度换成有效深度H0 ，实际应用时，可以查表实际应用时，可以查表1-14，当算得的大于实际含水层的厚度时，当算得的大于实际含水层的厚度时，则仍取值，视为无压完整井。则仍取值，视为无压完整井。H0的确定方法：的确定方法： 注意：注意：1、当、当H0值超过值超过H时，取时，取H0H； 2、计算、计算R时，也应以时，也应以H0代入代入表表1

19、-14 含水层有效厚度的计算含水层有效厚度的计算 对于对于承压完整环状井点承压完整环状井点,如果地下水的运动为层流如果地下水的运动为层流,含水层上下两个不透水层含水层上下两个不透水层是水平的是水平的,若含水层厚度为若含水层厚度为,且井中水深时且井中水深时,则则涌水量计算公式为涌水量计算公式为: (1-54) 式中，式中， M -承压含水层的厚度（承压含水层的厚度（m）；）； 环状井点系统的假想圆半径（环状井点系统的假想圆半径（m）.02.73lglgMSQkRx0 x6确定井管的数量与间距确定井管的数量与间距 确定井管数量要先确定单根井管的出水量。单根井管的最大出水量确定井管数量要先确定单根井

20、管的出水量。单根井管的最大出水量为为 （1-55） 式中式中 d 滤管直径（滤管直径（m）；）； 滤管的长度（滤管的长度（m）；）； k渗透系数（渗透系数（m/d）。）。 井点管最少数量为井点管最少数量为 （1-56） 井点管最大间距为井点管最大间距为 （1-57） 式中式中 总管长度（总管长度（m）；）； 1.1考虑井点堵塞等因素，井点管备用系数。考虑井点堵塞等因素，井点管备用系数。365qdl kl1.1QnqLDnL求出的管距应大于求出的管距应大于15d、小于、小于2m，并应与，并应与总管接头的间距（总管接头的间距（0.8m、1.2m、1.6m等）等）相吻合。相吻合。7井点管的埋设与使用井点管的埋设与使用 (1)埋设方法：埋设方法： 水冲法：水枪、井管自身水冲法：水枪、井管自身(高压水高压水) 钻孔法：正循环钻钻孔法：正循环钻 、反循环钻、冲击钻等。、反循环钻、冲击钻等。 (2)使用要求：使用要求： 开挖前开挖前25天开泵降水；天开泵降水； 连续抽水不间断连续抽水不间断(水量先大后小，先混后清水量先大后小，先混后清