土木工程施工金科-01

1、第二章 土方工程(t fn n chn)共八十二页本章主要(zhyo)内容学习目标：(1)掌握土的工程分类、工程性质、土方工程施工准备与辅助工作(gngzu)内容；(2)会使用一般方法确定场地标高及设计标高调整； (3)掌握土方量计算方法；(4)熟悉施工准备及辅助工作：施工准备，土方边坡，土壁支撑，基坑降水；(5)了解机械化施工。共八十二页本章主要(zhyo)内容本章重点、难点(ndin)：(1)场地标高及设计标高调整；(2)土方量计算方法；(3)基坑降水共八十二页2.1 概述(i sh)土方工程(t fn n chn)包括:场地平整共八十二页2.1 概述(i sh)机械开挖(ki w)土方共

2、八十二页2.1 概述(i sh)基坑(j kn)支护共八十二页2.1 概述(i sh)基坑(j kn)排水共八十二页2.1 概述(i sh)基坑或管沟 的开挖(ki w)、回填土方工程是：土木工程施工中首先进行的一项重要内容，主要包括：场地清表、场地平整、基坑沟槽开挖、边坡开挖、路基填筑和基坑沟槽回填等主要工作；同时还包括排水、降水、边坡维护、基础支护等辅助工作。共八十二页2.1 概述(i sh)土方施工(sh gng)的基本流程为：编制土方施工方案施工场地平整结构基础桩施工支护桩施工降水井施工并预降水土方开挖基础结构施工土方回填土方施工特点：1）面广量大，劳动繁重：机械，或机械人工。2）施工

3、条件复杂，露天作业，受自然环境影响大，地质情况不好探明。3）施工空间狭小，管线密集，周边建筑物高耸林里，对施工安全要求高。共八十二页2.1 概述(i sh)土方施工一般(ybn)要求在施工前做好调查研究工作，如土的性质，地下水位 情况，管线情况，气象水文等资料。根据工期、现场情况等制定详细的施工方案。做好土方的协调调配，尽量少占农田，缩短运距，避免 二次倒运。尽可能采用机械化施工。共八十二页2.1 概述(i sh)土的工程(gngchng)分类及工程(gngchng)性质土的基本性质与工程施工有关，在施工之前应详尽了解，避免造成工程事故。一、土的工程分类 *按土开挖的难易程度将土分为：松软土、

4、普通土、坚土、砂砾坚土、软石、次坚石、坚石、特坚硬石等八类。*土和普通土可直接用铁锹开挖（人工开挖），或用铲运机、推土机、挖土机施工（机械开挖）；*坚土、砂砾坚土和软石要用镐、撬棍开挖，或预先松土，部分用爆破的方法施工；*次坚石、坚石和特坚硬石一般要用爆破方法施工。详细见下表所示共八十二页2.1 概述(i sh)共八十二页2.1 概述(i sh)共八十二页2.1 概述(i sh)二、土的工程性质土的工程性质对土方施工方法的选择、劳动量和机械台班的消耗及工程费用等都有较大影响。1.土的含水量；2.土的天然密度和干密度；3.土的可松性系数(xsh)；4.土的渗透性；5.原状土压实后沉降量；共八十二

5、页2.1 概述(i sh)指土中水的质量与土的固体(gt)颗粒质量之比。1土的含水量：2土的密度：天然密度：指土在天然状态下单位体积的质量（kg/m3）。土的干密度：指单位体积土中固体颗粒的质量，即土体孔隙中无水时的单位土重（kg/m3） 。共八十二页2.1 概述(i sh)3.土的可松性：自然(zrn)状态下的土，经开挖，其体积因松散而增加，虽经回填压实，仍不能恢复成原来的体积。最终可松性系数最初可松性系数说明：（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 共八十二页2.1 概述(i sh)3.

6、土的可松性：土的类别可松性系数 KsKs第一类（松软土）1.081.171.011.04第二类（普通土）1.141.281.021.05第三类（坚土）1.241.301.041.07第四类（砾砂坚土）1.261.371.061.09第五类（软石）1.301.451.101.20第六类（次坚石）1.301.451.101.20第七类（坚石）1.301.451.101.20第八类（特坚石）1.451.501.201.30共八十二页2.1 概述(i sh)4土的渗透性：指水流(shuli)通过土中孔隙的难易程度。Lh当水力坡度 时，地下水在土中渗流的速度，称渗透系数K。5原状土经机械压实后的沉降量：

7、根据不同土质，其沉降量一般在：330cm之间。式中：P机械压实的有效作用力（MPa） C原状土的抗陷系数（MPa）（可查表获得）共八十二页2.1 概述(i sh)6、土方(tfng)边坡坡度： 土方边坡坡度 图 边坡坡度示意式中mB/H，称为坡度系数，指每开挖1m的放坡宽度。共八十二页2.2 场地平整(pngzhng)与规划2.2.1场地(chngd)设计标高设计标高一般由设计单位按竖向规划给定，或施工单位自行确定。单纯平整性的设计标高确定原则，一般是按场内挖填平衡算出。场地设计标高确定方法有挖填平衡法和最小二乘法共八十二页2.2 场地平整(pngzhng)与规划按挖填方平衡原则(yunz)确

8、定场地设计标高1初步确定场地设计标高H0： 测绘出场地的地形图；按挖填方平衡原则确定H0。根据相邻等高线，用插入法求出各方格角点的地面标高；aaaaaaH22H12H11H21将场区划分成方格网，1040m；共八十二页2.2 场地平整(pngzhng)与规划共八十二页2.2 场地平整(pngzhng)与规划场地初步(chb)标高：Hi1、Hi2、Hi3、Hi4 一个方格各角点的自然地面标高；n方格个数.或：H1一个方格所仅有角点的标高；H2、H3、H4分别为两个、三个、四个方格共用角点的标高.共八十二页2.2 场地平整(pngzhng)与规划2.设计标高H0的调整(tiozhng)（1）. 考

9、虑土的可松性而提高设计标高 调整前：VW=VT 调整后：VT=KSVW 由于: VW = VW -FW*h VT = VT + FT*h 得:共八十二页2.2 场地(chngd)平整与规划式中: VW 按理论标高计算出的总挖方体积(tj); FW,FT 按理论标高计算出的挖方区,填方区的总面积 .调整后设计标高: H0= H0+h共八十二页2.2 场地平整(pngzhng)与规划(2) 弃土或借土的调整为简便计算，此时场地(chngd)设计标高调整为其中：按初步场地设计标高的弃土或借土量共八十二页2.2 场地平整(pngzhng)与规划(3) 场地设计标高的调整考虑泄水(xi shu)坡度、土

10、的可松性、就近借弃土等进行调整.按泄水坡度调整各角点设计标高(如下图) ：单向排水时，各方格角点设计标高为: 双向排水时，各方格角点设计标高为：共八十二页2.2 场地(chngd)平整与规划共八十二页2.2 场地平整(pngzhng)与规划按最小二乘法球最佳(zu ji)设计平面最佳设计平面即设计标高满足规划、生产工艺及运输、排水及最高洪水水位等要求，并做到场地内土方挖填平衡，且挖填的总土方工程量最小。当地形比较复杂时，一般需设计成多平面场地，此时可根据工艺要求和地形特点，预先把场地划分成几个平面，分别计算出最佳设计单平面的各个参数。然后适当修正各设计单平面交界处的标高，使场地各单平面之间的变

11、化平缓且连续。共八十二页2.2 场地(chngd)平整与规划按最小二乘法球最佳(zu ji)设计平面 我们知道，任何一个平面在直角坐标体系中都可以用三个参数来确定。在这个平面上任何一点 的标高 ，可以根据下式求出： 共八十二页2.2 场地(chngd)平整与规划按最小二乘法球最佳(zu ji)设计平面 考虑方格网各点施工高度在计算土方量时被应用的次数Pi，令 为土方施工高度之平方和，则: 当的值最小时，该设计平面既能使土方工程量最小，又能保证填挖方量相等。这就是用最小二乘法求最佳设计平面的方法。 共八十二页2.2 场地(chngd)平整与规划2.2.2 场地(chngd)土方量计算场地土方量计

12、算方法有方格网法和断面法。计算场地各个角点的施工高度施工高度为角点设计地面标高与自然地面标高之差，是以角点设计标高为基准的挖方或填方的施工高度.各方格角点的施工高度按下式计算：编号施工高度地面标高设计标高确定零线：A0Bh2h1xa共八十二页2.2 场地平整(pngzhng)与规划2.2.2 场地(chngd)土方量计算土方量计算：（1）方格四个角点全部为挖（填）方时：（2）部分挖（填）方时：常用的有两种方法：四方棱柱体法或三角棱柱体法 共八十二页2.2 场地(chngd)平整与规划2.2.2 场地(chngd)土方量计算土方量计算：三角棱柱体的体积计算方法也分两种情况：1三角形三个角点全部为

13、挖或全部为填 式中 a方格边长，m； H1，H2，H3三角形各角点的施工高度，m，用绝对值代入。2三角形三个角点有填有挖 当三角形三个角点有填有挖时，零线将三角形分成两部分，一个是底面为三角形的锥体，一个是底面为四边形的楔体。 共八十二页2.2 场地平整(pngzhng)与规划2.2.2 场地(chngd)土方量计算土方量计算：共八十二页2.2 场地(chngd)平整与规划2.2.2 场地(chngd)土方量计算边坡土方量计算： 场地的挖方区和填方区的边沿都需要做成边坡,以保证挖方土壁和填方区的稳定。 边坡的土方量可以划分成两种近似的几何形体进行计算：一种为三角棱锥体(图中、)；另一种为三角棱

14、柱体(图中).共八十二页2.2 场地(chngd)平整与规划2.2.2 场地(chngd)土方量计算边坡土方量计算：共八十二页2.2 场地平整(pngzhng)与规划2.2.2 场地(chngd)土方量计算边坡土方量计算：A 三角棱锥体边坡体积 式中l1 边坡的长度； A1 边坡的端面积；h2 角点的挖土高度；m边坡的坡度系数，m=宽/高.B三角棱柱体边坡体积 共八十二页2.2 场地(chngd)平整与规划2.2.2 场地(chngd)土方量计算边坡土方量计算：两端横断面面积相差很大的情况下，边坡体积 式中l4 边坡的长度；A1、A2、A0 边坡两端及中部横断面面积共八十二页2.2 场地平整(

15、pngzhng)与规划2.2.2 场地(chngd)土方量计算计算土方总量：将挖方区（或填方区）所有方格计算的土方量和边坡土方量汇总,即得该场地挖方和填方的总土方量.小结：共八十二页2.2场地平整(pngzhng)与规划2.2.2 基坑(j kn)（槽）土方量计算 共八十二页2.2 场地平整(pngzhng)与规划2.2.3 土方(tfng)调配在平整场地土方工程量计算完成后进行.编制土方调配方案应根据地形及地理条件，把挖方区和填方区划分成若干个调配区，计算各调配区的土方量，计算每对挖、填方区之间的平均运距(即挖方区重心至填方区重心的距离)，确定挖方各调配区的土方调配方案，应使土方总运输量最小

16、或土方运输费用最少，而且便于施工，从而可以缩短工期、降低成本.土方调配的原则：力求达到挖方与填方平衡和运距最短的原则；近期施工与后期利用的原则.进行土方调配，必须依据现场具体情况、有关技术资料、工期要求、土方施工方法与运输方法，综合上述原则，并经计算比较，选择经济合理的调配方案.调配方案确定后，绘制土方调配图如下图共八十二页2.2 场地(chngd)平整与规划2.2.3 土方(tfng)调配在土方调配图上要注明挖填调配区、调配方向、土方数量和每对挖填之间的平均运距.图中的土方调配，仅考虑场内挖方、填方平衡.A为挖方，B为填方.共八十二页2.2 场地(chngd)平整与规划2.2.3 土方(tf

17、ng)调配土方最优调配方案初始方案不一定是最优方案，最优调配方案的判断条件是“全部检验数 ”。本问题可以采用线性规划问题的求解，中小工程采用表上作业法共八十二页2.3 基坑土方(tfng)施工2.3.1 土方(tfng)边坡(一)边坡稳定条件与影响因素1、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 CT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。共八十二页2.3 基坑土方(tfng)施工2.3

18、.1 土方(tfng)边坡2、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. (4) 基坑(槽)开挖顺序、方法未遵守“从上往下，分层开挖；开槽支撑，先撑后挖”的原则。共八十二页2.3 基坑土方(tfng)施工2.3.1 土方(tfng)边坡 (二)放坡与护面 1、直壁(不加支撑)的允许深度：密实、中密的砂土和砂填碎石土：1.00m；硬塑

19、、可塑的轻亚粘土及亚粘土：1.25m；硬塑、可塑的粘土和粘填碎石土：1.50m；坚硬的粘土：2m 。 2、放边坡 （1）边坡坡度I = tg=H/B=1:(B/H)=1:m m坡度系数。mB/H（2）边坡形式：斜坡、折线坡、踏步(台阶)式(见图所示) 共八十二页2.3 基坑土方(tfng)施工2.3.1 土方(tfng)边坡图 土方边坡形式 (a)直线边坡(b)不同土层折线边坡(c) 相同土层折线边坡 （3）临时性挖方的边坡值 应按表规定采用注：土质均匀、地下水位低、留置时间时间短、开挖深度在5m深以内时，方可采用。 共八十二页2.3 基坑(j kn)土方施工2.3.1 土方(tfng)边坡表

20、 深度在5m内的基坑、基槽、管沟边坡的最陡坡度 共八十二页2.3 基坑土方(tfng)施工2.3.1 土方(tfng)边坡3、边坡护面措施：覆盖法，挂网法，挂网抹面法，土袋、砌砖压坡法见图1-11 坡面挂网喷射混凝土共八十二页2.3 基坑(j kn)土方施工2.3.3 边坡支护(zh h)基坑支护 为保证地下结构施工 及基坑周边环境的安全 ,对基坑侧壁及周边环境采用的支挡、加固与保护措施。其作用是挡土和截水,保证基坑侧壁的稳定 。基坑类别支护结构墙顶位移支护结构墙体最大位移地面最大沉降 一级基坑305030二级基坑608060三级基坑80100100基坑变形的监控值 mm 共八十二页2.3 基

21、坑土方(tfng)施工2.3.3 边坡支护(zh h)支护结构水泥土挡墙式排桩与板墙式边坡稳定式深层搅拌水泥土桩墙高压旋喷桩墙板桩式排桩式板墙式组合式逆作拱墙式土钉墙喷灌支护钢板桩混合土板桩型钢横挡板钢管桩、预制混凝土桩钻孔灌筑桩挖孔灌筑桩现浇地下连续墙预制装配式地下地下连续墙加筋水泥土桩（SWM工法)高应力区加筋水泥土墙共八十二页2.3 基坑土方(tfng)施工2.3.3 边坡支护(zh h)（一）支护结构结构的类型非重力式式支护结构（柔性支护结构） 钢板桩、钢筋砼管桩、地下连续墙等 重力式支护结构（刚性支护结构） 水泥土挡墙、旋喷帷幕墙等当地质条件和周围环境不允许放坡时可使用非重力式式支护

22、结构或重力式支护结构如：1.横撑式支撑2.护坡桩挡墙3.土钉墙支护4.地下连续墙等共八十二页2.3 基坑(j kn)土方施工2.3.3 边坡支护(zh h)1横撑式支撑见下图所示共八十二页2.3 基坑(j kn)土方施工2.3.3 边坡支护(zh h)1横撑式支撑横撑式支撑由挡土板、楞木和工具式横撑组成，用于宽度不大、深度较小沟槽开挖的土壁支撑 基(沟) 槽开挖一般采用横撑式土壁支撑。可分为水平挡土板及垂直挡土板两大类。前者挡土板的布置又分为间断式和连续式两种。湿度小的粘性土挖土深度3m时，可用间断式水平挡土板支撑。 对松散、湿度大的土可用连续式水平挡土板支撑，挖土深度可达5m。对松散和湿度很

23、高的土可用垂直挡土板式支撑，其挖土深度不限。共八十二页2.3 基坑土方(tfng)施工2.3.3 边坡支护(zh h)2板桩式支撑板桩式支撑特别适用于地下水位较高且土质为细颗粒、松散饱和土的支护，可防治流砂现象产生。 板桩支撑作用：使地下水在土中的渗流路线延长，减小了动水压力，从而可预防流砂的产生；板桩支撑既挡土又防水，特别适于开挖较深、地下水位较高的大型基坑；可以防止基坑附近建筑物基础下沉。 共八十二页2.3 基坑土方(tfng)施工2.3.3 边坡支护(zh h)打入板桩的质量要求：板桩位置在板桩的轴线上，板壁面垂直，保证平面尺寸准确和垂直度；封闭式板桩墙要求封闭合拢；埋置达到规定深度要求

24、，有足够的抗弯强度和防水性能。 共八十二页2.3 基坑土方(tfng)施工2.3.3 边坡支护(zh h) 钢板桩施工钢板桩又可分平板桩和波浪式板桩两类。平板桩(图（a)防水和承受轴向压力性能良好，易打入地下，但长轴方向抗弯强度较小；波浪式板桩（图(b)）的防水和抗弯性能都较好，施工中多采用。 共八十二页2.3 基坑土方(tfng)施工2.3.3 边坡支护(zh h)共八十二页2.3 基坑(j kn)土方施工2.3.3 边坡支护(zh h) 板桩施工要正确选择打桩方法、打桩机械和流水段划分，以保证打设后的板桩墙有足够的刚度和防水作用。钢板桩打入法一般分为单独打入法、双层围檩插桩法和分段复打法。

25、 钢板桩单独打入法适用于桩长小于10m，且工程要求不高的钢板桩支撑施工。A 打桩方法的选择共八十二页2.3 基坑土方(tfng)施工2.3.3 边坡支护(zh h)双层围檩插桩法是在桩的轴线两侧先安装双层围檩(一定高度的钢制栅栏)支架后，将钢板桩依次锁口咬合全部插入双层围檩间。详见下图。共八十二页2.3 基坑土方(tfng)施工2.3.3 边坡支护(zh h)分段复打法是在板桩轴线一侧安装好单层围檩支架，将1020块钢板桩拼装组成施工段插入土中一定深度，形成一段钢板桩墙，即屏风墙。详见下图。共八十二页2.3 基坑(j kn)土方施工2.3.3 边坡支护(zh h)B 合理划分流水段 施工流水段

26、的划分应使板桩墙面垂直，满足墙面支撑安装要求，有利于封闭合拢，使行车路线短。 C 钢板桩打设准备工作 E 钢板桩的拔除 D 钢板桩的打设 钢板桩、围檩支架的矫正修理 按施工图放板桩的轴线进行测标高，作为控制板桩入土深度的依据。 桩锤不宜过重，以防桩头因过大锤击而产生纵向弯曲。 准确安装好围檩支架。 共八十二页2.3 基坑(j kn)土方施工2.3.3 边坡支护(zh h)当基坑深度较大，悬臂的挡墙在强度和变形方面不能满足要求时，需要设置支撑系统。支撑系统一般分为：基坑内支撑，如图（a）、（b）所示，以及基坑外拉锚，如图（c）、（d）所示。 共八十二页2.3 基坑(j kn)土方施工2.3.3

27、边坡支护(zh h)图 板式支护结构（a）水平支撑式支护；（b）斜撑式支护；共八十二页2.3 基坑土方(tfng)施工2.3.3 边坡支护(zh h)图 板式支护结构（c）水平拉锚支护；（d）土层锚杆支护 共八十二页2.3 基坑土方(tfng)施工2.3.3 边坡支护(zh h)1、基坑内支撑系统基坑内支撑常用的有钢结构支撑和钢筋混凝土结构支撑两类。钢筋混凝土支撑通常为现场浇筑形成，其布置形式可随基坑形状而变化，因而有多种，如对撑、角撑和架式支撑、圆形、拱形、椭圆形等多种形状支撑，如下图所示。 共八十二页2.3 基坑(j kn)土方施工2.3.3 边坡支护(zh h)（a）对撑；（b）角撑；（

28、c）圆形支撑；（d）桁架式支撑 共八十二页2.3 基坑土方(tfng)施工2.3.3 边坡支护(zh h)2、拉锚支护结构拉锚支护结构由挡墙、拉杆以及锚固体组成，如图所示。其挡墙多以型钢桩、钢板桩、钢筋混凝土板桩为主。拉杆通常采用钢筋或钢铰线，拉杆中间应设置紧固装置。以锚桩为锚固体的，称为桩式地面拉锚；以锚定板为锚固体的，称为板式地面拉锚。 共八十二页2.3 基坑(j kn)土方施工2.3.3 边坡支护(zh h)2、拉锚支护结构图 拉锚支护结构（a）桩式地面拉锚；（b）板式地面拉锚 共八十二页2.3 基坑土方(tfng)施工2.3.3 边坡支护(zh h)3、土层锚杆支护结构土层锚杆（亦称土

29、锚）是一种新型的受拉杆件，它的一端与支护结构等联结，另一端锚固在土体中，将支护结构和其他结构所承受的荷载（侧向的土压力、水压力以及水上浮力和风力带来的倾覆力等）通过拉杆传递到处于稳定土层中的锚固体上，再由锚固体将传来的荷载分散到周围稳定的土层中去。 共八十二页2.3 基坑(j kn)土方施工2.3.3 边坡支护(zh h)3、土层锚杆支护结构土层锚杆由锚头（亦称锚具）、钢拉杆（钢索）、塑料套管定位分隔器（钢铰线用）以及水泥砂浆等组成，它与挡土桩墙相连组成支护结构，如图所示。 共八十二页2.3 基坑土方(tfng)施工2.3.3 边坡支护(zh h)锚杆支护施工工艺冲击式钻机造孔 旋转式钻机造孔

30、 锚杆造孔近景 造孔：包括钻机就位、施钻成孔、清孔三个作业步骤。造孔用冲击式钻机、旋转式钻机或旋转式冲击钻机，偏心钻机跟进护壁套管方式钻进，造孔须干钻，严禁水钻；考虑沉渣厚度，孔底应超钻3050mm；成孔后高压风清洗孔壁，以保证砂浆与孔壁的粘结力。开山牌MGY-60型风动冲击式锚杆钻机 共八十二页2.3 基坑(j kn)土方施工2.3.3 边坡支护(zh h)制作完毕的锚索 包括下料、除锈防腐、焊接导向锥、绑扎、入孔六个步骤。拉杆常用钢管、粗钢筋或钢丝束、钢 绞线制成的锚索。锚索预留长度为1- 1.5m，锚固段间隔1-2m设置隔离架和 紧箍环，中心布置灌浆管；自由段外 套塑料管，前端切实作好隔浆措施。锚索入孔导向锥起入孔导向作用紧箍环自由段外套塑料管锚索预留长度 锚杆的制作与安装共八十二页2.3 基坑土方(tfng)施工2.3.3 边坡支护(zh h)注 浆 拉杆的预应力张拉 锚杆逐层向下支护施工 灌浆 基坑锚杆常采用埋管式灌浆的一次灌浆法，即由孔底向上有压一次性灌浆,压力0.60.8MPa，砂浆至孔口溢满为止，注浆管不拔出；当土体松散或岩石破碎易发生漏浆时采用二次灌浆法。制 浆 预应力张拉及封锚：共八十二页2.3 基坑土方(tfng)施工2.3.3 边坡支护(zh h)4土钉墙支护作用：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