第一章土方工程(2)

1、1.3 土方工程的准备工作土方工程的准备工作 边坡支护边坡支护l土方边坡坡度坡宽坡角坡肩坡顶坡底坡高边坡各部位名称BH令：边坡系数令：边坡系数 m=B/Hm=B/H 边坡坡度边坡坡度1:m=H/B1:m=H/Bl边坡形式 土的类型挖方深度 密实、中密的砂土和碎石类土(充填物为砂石) 1.00 硬塑、可塑的轻亚粘土及亚粘土 1.25 硬塑、可塑的粘土及碎石类土(充填物为粘性土) 1.50 坚硬的粘土 2.00 直壁不加支撑挖方深度直壁不加支撑挖方深度l一般要求 土的类型边坡坡度(1:m) 坡顶无荷载坡顶有荷载坡顶有动载 中密的砂土 1:1.00 1:1.25 1:1.50 中密的碎石土(充填物为

2、砂土) 1:0.75 1:1.00 1:1.25 硬塑的轻亚粘土 1:0.67 1:0.75 1:1.00 中密的碎石类土(充填物为粘性土) 1:0.50 1:0.67 1:0.75 硬塑的亚粘土、粘土 1:0.33 1:0.50 1:0.67 老黄土 1:0.10 1:0.25 1:0.33 软土(经井点降水后) 1:1.00深度在深度在5m5m内的基坑内的基坑( (槽槽) )、管沟边坡的最陡坡度管沟边坡的最陡坡度土的类型边坡坡度(1:m) 砂土(不包括细砂、粉砂) 1：1.251：1.50 一般性粘土 硬 1：0.75 1：1.00 硬、塑 1：1.00 1：1.25 软 1：1.50或更

3、缓 碎石类土 充填坚硬、硬塑粘性土 1：0.50 1：1.00 充填砂土 1：1.00 1：1.50临时性挖方边坡坡度值临时性挖方边坡坡度值挖土性质边坡坡度(1:m) 在天然湿度及层理均匀、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 1:1.001:1.25土质同上,深度为312m 1:1.25 1:1.50 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在碎石土和泥灰岩土内的挖方,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

4、度确定 1:0.20 1:1.50在微风化岩内的挖方,岩石无裂缝且无倾向挖方披角的岩层 1:0.10 在未风化的完整岩石内的挖方 直立的永久性土工构筑物挖方的边坡坡度永久性土工构筑物挖方的边坡坡度l稳定分析 边坡稳定的条件： 土壁稳定,主要是由土体内摩阻力和粘结力保持平衡,一旦失去平衡,土壁就会塌方. 即T C T土体下滑力。下滑土体的分力，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。 土体的稳定条件是：在土体的重力及外部荷载作用下所产生的剪应力小于土体的抗剪强度。fsK式中 : 土体滑动面上的抗剪强度； 土体滑动面上的剪应力。若 表示边坡稳定；

5、表示边坡处于极限平衡状态； 表示边坡处于不稳定状态。1.0sK 1sK 10sKf边坡稳定分析属于土力学中的稳定问题，详细的研究内容在土力学课程中已经讲授，此处不再详细讲述。造成土壁塌方的主要原因有：(1)边坡过陡，使土体本身稳定性不够，尤其是在土质差、开挖深度大的坑槽中，常引起塌方。(2)雨水、地下水渗入基坑，使土体重力增大及抗剪能力降低，是造成塌方的主要原因。 (3)基坑(槽)边缘附近大量堆土，或停放机具、材料，或由于动荷载的作用，使土体产生的剪应力超过土体的抗剪强度.P92 思考题4？ 非重力式支护结构（柔性支护结构） 钢板桩、钢筋砼板桩、地下连续墙等 重力式支护结构（刚性支护结构） 水

6、泥土挡墙、旋喷帷幕墙等 支护结构支护结构l支护结构的类型 整体失稳 在松软的地层中，当基坑平面尺寸较大，由于作为支护结构的板桩墙插入深度不够或施工时几何形状和相互连接不符合要求。支撑位置不当，支撑与围檩系统结合不牢等原因，围护墙产生位移过大的前倾或后仰、导致基坑外土体大滑坡，支护结构系统整体失稳破坏（如右图） l支护结构的破坏形式在软弱的粘性土层中开挖基坑，当基坑内土体不断挖去，围护墙内外土面的高差引起的体系不平衡力相当于等于墙外在基坑开挖水平面上作用一附加荷载。挖探增大，荷载也增大。若墙体入土深度不足，则会使基坑内土体大量隆起，基坑外土体过量沉陷，支撑系统应力陡增，导致支撑结构整体失稳破坏（

7、如右图 ） 基坑隆起含水砂层中的基坑支护结构，在基坑开挖过程中，围护墙内外形成水头差，当动水压的渗流速度超过临界流速或水梯度超过临界梯度时，就会引起管涌及流砂现象。基坑底部和墙体外面大量的砂随地下水涌人基坑，导致地面塌陷，同时使墙体产生过大位移，引起整个支护系统崩塌。有时开挖面下有薄不透水层，薄不透水层下是一层有承压水头的砂层，当薄不透水层抵挡不住水头压力，在渗流作用下被切割成小块脱离原位，也会造成支护结构的崩塌破坏（如图 管涌及流砂当设置的支撑间距过大或数量太少，强度不足或刚度不够时，在较大的侧向土压力作用下，发生支撑破坏或压屈、引起围护墙变形过大，导致支护结构破坏（如右图 支撑强度不足或压

8、屈 墙体强度不够或连接构造不好，在土压力、水压力作用下，产生的最大弯矩超过墙体抗弯强度，产生强度破坏（如右图） 墙体破坏由于支护结构平面变形过大，或是降水造成周围土体沉降，使基坑外围的土体发生垂直或水平位移。有时，这种变形对支护结构本身尚未带来妨碍和危害，但对邻近建筑物或地下管线造成有害影响，造成建筑物下沉、倾斜、开裂，或造成上、下水管、煤气管；供电和通讯电缆变形、张拉或断裂。 支护结构平面变形超过限度l常见的支护结构 钢板桩A、适用范围：（1）可用于开挖57m的基坑。由于一次性投资较大，支护工程完毕后，要将桩拔出，否则很不经济。拔出后按摊销计算，比灌注桩节省。截面形式:1.平板式; 2.波浪

9、式; 3.Z型断面l常见的支护结构 钢筋混凝土板桩预制钢筋混凝土构件，用打入法就位，并且相互嵌入，具有较大的刚度和不透水性，一般是一次性的 钻孔灌注排桩钢板桩用打入或振动法施工，但是由于钢板桩柔性较大，在基坑较深时，支撑或拉锚工程量大，对坑内施工会带来一定的困难，而且施工完毕后拔出时由于带土，如处理不当会引起土层移动，严重时会给施工的结构或周围的设施带来危害 一字相间排列一字搭接排列一字相接排列交错相接排列交错相间排列钢筋水泥混凝土灌注桩排布置形式平面布置:竖向布置:排桩以某种桩型按队列式布置组成的基坑支护结构冠梁设置在支护结构顶部的钢筋混凝土连梁 腰梁设置在支护结构顶部以下传递支护结构与锚杆

10、或内支撑点力的钢筋混凝土梁或钢梁d dh hh h冠梁冠梁腰梁腰梁排桩排桩类型:悬臂式内支撑式锚固式深层搅拌水泥土桩、旋喷桩防护图 这类挡土结构的优点是不设支撑，不渗水，并且只需水泥，不需要钢材，造价低。但为了满足稳定性要求，一般宽度很大 深层搅拌法是利用特制的深层搅拌机在边坡土体需要加固的范围 内，将软土与固化剂强制拌合，使软土硬结成具有整体性、水稳性和足够强度的水泥加固土，又称为水泥土搅拌桩。 深层搅拌法利用的固化剂为水泥浆或水泥砂浆，水泥的掺量为加固土重的7 15，水泥砂浆的配合比为1：1或1：2 深层搅拌水泥土桩、旋喷桩挡墙土钉墙支护 土钉墙-采用土钉加固的基坑 侧壁土体与护面等组成的

11、支护结构作用：土钉与土体形成复合体，提高边坡稳定性和超载能力，增强土体破坏延性； 特点：土体稳定性好，位移小，施工简便，费用低，对邻近建筑物影响小。分层分段施工，阶段不稳定性。 适用于：地下水位以上的杂填土、粘性土、非松散砂土。边坡坡度7090 。 工艺过程：挖土喷射混凝土打孔插筋、注浆铺放、压固钢筋网喷射混凝土挖下层土。土层锚杆支撑土层锚杆由设置钻孔内 、端部伸入稳定土层中的钢筋或钢绞线与孔内注浆体组成的受拉杆体 (一)锚杆构造: 组成:锚头、杆体和浆体 . (二)锚杆施工 : 施工工艺: 定位钻孔安放杆体灌浆养护(张拉)锚固地下连续墙作用：防渗、挡土，地下室外墙的一部分；适用于：坑深大，土

12、质差，地下水位高；邻近有建(构)筑物，采用逆作法施工。工艺过程：作导槽钻槽孔放钢筋笼水下灌注混凝土基坑开挖与支撑 地下水控制 为保证支护结构施工、基坑挖土 、地下室施工及基坑周边环境安全而采取的排水、降水 、截水或回灌措施 .地下水控制地下水控制降水目的降水目的 防止涌水、流砂，保证在较干燥的状态下施工； 防止滑坡、塌方、坑底隆起； 减少坑壁支护结构的水平荷载。 l集水井法(明排水法) 用于土质较好、水量不大、基坑可扩大者 挖至地下水位时，挖排水沟设集水井抽水再挖土、沟、井 要求： (1)排水沟：沿基坑底四周设置，底宽300mm，沟底低于坑底500mm，坡度1。 (2)集水井：沿基坑底边角设置

13、，间距2040m，直径0.60.8m，井底低于坑底12m。长期用，有护壁和碎石压底。 (3)水泵：离心泵、潜水泵、污水泵构造要求:水泵的选择: 1.离心泵 2.潜水泵 潜水泵工作简图潜水泵工作简图1-1-叶轮叶轮;2-;2-轴轴;3-;3-电动机电动机;4-;4-进水口进水口;5-;5-出水胶管出水胶管;6-;6-电缆电缆流砂现象:当基坑开挖到地下水位以下时,有时坑底土会进入流动状态,随地下水涌入基坑 GDGD2 21 1动力压力原理图动力压力原理图(a)(a)水在土中渗流的力学现象水在土中渗流的力学现象;(b);(b)动力压力对地基土的影响动力压力对地基土的影响 1 1、2-2-土颗粒土颗粒

14、bw wh2 2F Fh1 1h2 2w wh1 1F FbaaTLFLl流砂及其防治: (一)动水压力: 当动水压力大于或等于土的浸水重度(GD)时，土粒被水流带到基坑内。主要发生在细砂、粉砂、轻亚粘土、淤泥中(二)流砂发生的条 件 : (三)流砂的防治: 1.途径: (1)减小或平衡动水压力 . (2)改变动水压力的方向 . (3)截断地下水流 .2.方法: （1）抢挖法； （2）打钢板桩法； （3）水下挖土法； （4）在枯水季节开挖基坑； （5）地下连续墙法； （6）用井点法降低地下水位； 作用: 消除流砂现象 、稳定土方边坡 、加速土的固结真空井点:(轻型井点)l降水 井点设备井点设备

15、: :( (1)管路系统: 井点管：直径50mm，长5 m、6m或7m的钢管 滤 管： 直径同井点管，长1m、1.2m、1.5m 总 管：直径100 127mm，每段4m， 接头间距 0.8m 弯联管：硬塑料透明管(2)排水设备: 真空泵设备：真空泵、离心泵、水气分离箱 射流泵设备：射流器、离心泵、循环水箱7 76 65 54 43 32 21 18 81000100015001500 滤管构造1-钢管;2-管壁上小孔;3-缠绕的铁丝;4-细滤网;5-粗滤网;6-粗铁丝保护网;7-井点管;8-铸铁头井点布置井点布置: : (1)平面布置 : 单排井点：基坑上口宽度 B 6m，降水深度 5m 要

16、求：布置在地下水上游一侧，两端伸出基坑 B 环形井点：基坑面积较大 井点管距离基坑壁 1m（2）高程布置: 井点管露出地面200300mm，滤管宜埋在透水层内。 井点管的埋设深度（不包括滤管） H HA AHH1 1+h+IL+h+IL H1井点管埋置面至基 坑底面的距离(m)； h基坑底面至降低后 的地下水位线的距 离，一般 0.5 m I水力坡度，单排井 点取1/4，环形井点 取1/10； L环状井点：井点管至基坑中心的水平距离 (短边)(m) 单排井点：井点管至基坑对边的水平距离 (m)A AA A井点管长度 = HA + 0.2(m)当井点管的长度不能满足降水要求时 ,可采用:降低井点

17、管的埋设面降低井点管的埋设面 ; ;采用多级井点采用多级井点 . .3.涌水量计算: 涌水量Q;单位时间内通过某过水断面的水流量 (m/h, m/d). 采用“水井理论”.井的类型：无压井：无压完整井、无压非完整井井的类型：无压井：无压完整井、无压非完整井 承压井：承压完整井、承压非完整井承压井：承压完整井、承压非完整井无压完整井井点计算(积分解)无压完整井水位降落曲线无压完整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力学家裘布依（Dupuit）的水井理论为基础的。根据该水井理论:当均匀地从井内抽水时，井内水位开始下降，而周围含水层中的潜水流向水位降低处。经过一定时间的抽水后，水井周

18、围原有的水面就由水平变成弯曲水面，最后这个曲线逐渐稳定，成为向水井倾斜的水位降落漏斗。 根据上述假定和达西直线渗透法则，以井轴为轴，对于无压完整井，可以推导出涌水量计算公式为：(2)1.366lglgHS SQkRr式中 Q 单井涌水量（m3/d）； k 土的渗透系数（m/d）； H 含水层厚度（m）； S 水井处降水深度（m）； R水井的抽水影响半径（m）； r 井点的半径（m）。（1）无压完整井群井井点计算(积分解) 公式（1）是无压完整单井涌水量的计算公式。但在实际的井点系统中，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。群

19、井涌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: 0(2)1.366lglgHS SQkRx（2）式中： 群井降水影响半径（m），； 环状井点系统的假想圆半径（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x0、R和k值。由于目前计算轻型井点所用的计算公式，均有一定的适用条件，例如，矩形基坑的长、宽比大于5、或基坑宽度大于2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，然后分别计算每小块的涌水量，再相加即可

20、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。对矩形基坑的长、宽比不大于5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 式中 F-环状井点系统包围的面积（m2）。0 x0Fx（3） 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。它与土的渗透系数、含水层厚度、水位降低值及抽水时间等因素有关。一般在抽水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下式进行计算 （4） 式中，S、H 的单位为m；k 的单位为m/d。 渗透系数k值的确定是否正确，对计算结果影响较大，值可通过现场抽水试验或实验室测定。对重大工程，宜采用现场抽水实验法

21、测定渗透系数值。1.95RSHk(4)(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涌水量计算公式。此时，仅将式中H换成有效深度H0 ，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，则仍取值，视为无压完整井。H H0 0的确定方法：的确定方法： 注意：注意：1 1、当、当H H0 0值超过值超过H H时，取时，取H H0 0H H； 2 2、计算、计算R R时，也应以时，也应以H

22、H0 0代入代入含水层有效厚度的计算含水层有效厚度的计算 对于承压完整环状井点,如果地下水的运动为层流,含水层上下两个不透水层是水平的,若含水层厚度为H,且井中水深时,则涌水量计算公式为: (5) 式中， M -承压含水层的厚度（m）； 环状井点系统的假想圆半径（m）.02.73lglgMSQkRx0 x5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为 （6） 式中 d 滤管直径（m）； 滤管的长度（m）； k渗透系数（m/d）。 井点管最少数量为 （7） 井点管最大间距为 （8） 式中 总管长度（m）； 1.1考虑井点堵塞等因素，井点管备用系数。365qd

23、l 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，并应与总管接头的间距（与总管接头的间距（0.8m、1.2m、1.6m等）相吻合。等）相吻合。5.5.抽抽水水设设备备的的选选择：择： 真真空空泵泵和和离离心心泵泵 真真空空泵：泵：总总管管长长度、度、井井点点管管根根数、数、真真空空度度 最最低低真真空空度度( (h hk)k)： 离离心心泵：泵：流流量量（1.1.5 5Q Q）、吸吸水水扬扬程程（h hA A+ +h h）)(10hhhAk6.施工:安装顺序:排放总管埋设井点管用弯联管连接安装抽水设备球 阀球 阀开放开放球 阀球 阀关闭关闭直接用井点管水

24、冲下沉法直接用井点管水冲下沉法 (a)(a)水冲下射时水冲下射时 (b)(b)抽水时抽水时(a)(a)(b)(b) 冲水管冲孔法冲水管冲孔法 1-1-冲管冲管;2-;2-冲嘴冲嘴;3-;3-胶皮管胶皮管;4-;4-高压水泵高压水泵;5-;5-压力表压力表; ;6-6-起重吊钩起重吊钩;7-;7-井点管井点管;8-;8-滤管滤管;9-;9-填砂填砂;10-;10-粘土封口粘土封口 一、土方的填筑与压实 : (一)土料的选择 :首先应采用原回填 . (二)填筑方法 :分层填土、分层压实 . (三)压实方法 :碾压法碾压法平碾平碾( (压路机压路机) )羊足碾羊足碾夯实法夯实法振动打夯机振动打夯机蛙

25、式打夯机蛙式打夯机振动压实法振动压实法1.4 土方工程的施工土方工程的施工 蛙式打夯机1-夯头;2-夯架;3-三角带;4-底盘(四)影响压实质量的因素 :1.含水量:最优含水量使填土压实获得最大密实度时土的含水量 .项次土的种类变动范围项次土的种类变动范围最优含水量/%(WT)最大密度/(gcm?)最优含水量/%(WT)最大密度/(gcm?)1砂土8121.80 1.883砂土12 151.85 1.952粘土19 231.58 1.704粘土16 221.61 1.80土的最优含水量和最大干密度参考表2. 压实功(压实遍数)3. 铺土厚度 填土施工时的分层厚度和压实遍数压实机械每层铺土厚度(

26、mm)每层压实遍数平碾2503006 8振动压实机2503503 4柴油打夯机2002503 4人工打夯0.96在地基主要持力层范围内砌体承重结构和框架结构0.85一般堆放物件场地回填土0.9室内地坪、管道地沟回填土0.910.93在地基主要持力层范围以下0.930.96在地基主要持力层范围以下压实系数c填土部位结构类型填土压实系数rmaxrl最大干密度施工控制干密度压实系数dcd2.2. 实际干密度实际干密度 : : 实际干密度实际干密度 0 0 = =1+0.011+0.01式中式中: : 土的天然密度土的天然密度; ; 土的含水量土的含水量. .3.3.检查检查:实际干密度实际干密度 0 0 控制干密度控制干密度 d d, ,则压实合格则压实合格; ; 实际干密度实际干密度 0 0 控制干密度控制干密度 d,d,则压实不合格。则压实不合格。二、施工机械