土木工程施工：第一章 土方工程

1、土木工程施工2014/2/17课程大纲第一章 土方工程第二章 基础工程第三章 混凝土结构工程第四章 预应力工程第五章 装配式结构安装工程第六章 地下工程施工第七章 道路、桥梁和隧道工程第八章 流水施工第九章 网络计划第十章 单位工程施工组织设计第一章 土方工程1.1土方工程概述1.2土方施工的准备工作与辅助工作1.3土方工程量的计算与土方调配1.4土方工程的机械化施工2014/2/17 1.1 土方工程概述土方工程是土木工程施工中主要部分工程之一，任何一项工程施工都是从土方工程开始。它包括土方的开挖、运输、填筑与弃土、平整与压实等主要施工过程，以及场地清理、测量放线、施工排水、降水和土壁支护等

2、准备工作与辅助工作（见图1.1.1）。2014/2/17图1.1.1 常见的土方工程 2014/2/17 一、土方工程的特点与施工要求土方工程施工，作业对象独特，施工方法多样，具有明显特点。（一） 面广量大、劳动繁重（二） 施工条件复杂2014/2/17 组织土方工程施工的要求有以下4点：（一）在条件允许的情况下应尽可能采用机械化施工，尽可能减轻繁重的体力劳动。（二）要合理安排施工计划，尽量避开冬季、雨季施工；否则，应做好相应的准备工作。（三）为了降低土方工程施工费用，减少运输量和占用农田，要对土方进行合理调配、统筹安排。（四）在施工前要做好调查研究，了解土壤的种类和工程性质，工期要求、质量要

3、求及施工条件，施工地区的地形、地质、水文、气象资料，拟合合理的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。2014/2/17 土的种类很多，其分类方法也很多，如按土的沉积年代、颗粒级配、密实度、液性指标分类等。在土木工程中，土方工程按土的开挖难易程度将土分为8类，如表1.1.1所示。表中列出了土的工程分类直观的鉴别方法，就是根据开挖难易程度和开挖中使用的不同工具和方法来进行分类。 土的开挖难易程度直接影响土方工程的施工方案，劳动量消耗和工程费用。土越硬，劳动量消耗越多，工程成本高。二 土的工程分类2014/2/17 表1.1.1 土的工程分类土的分类土 的 名 称土的密度开挖方法可

4、松性系数一类土(松软土)砂土、粉土、冲积砂土层、疏松的种植土、淤泥(泥炭)0.51.5用锹、锄头挖掘，少许用脚蹬1.081.171.011.03二类土(普通土)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0.116用锹、锄头挖掘，少许用镐翻松1.141.281.021.05三类土(坚土)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1.751.9主要用镐，少许用锹、锄头挖掘，部分用撬棍1.241.30 1.041.07四类土(砂砾坚土)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

5、1.9先用镐、撬棍，后用锹挖掘，部分用楔子及大锤1.261.371.061.09五类土(软石)硬质粘土；中密的页岩、泥灰岩、白垩土；胶结不紧的砾岩；软石灰及贝壳石灰石1.12.7用镐或撬棍、大锤挖掘，部分使用爆破方法1.301.401.101.20六类土(次坚石)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2.22.9用爆破方法，部分用风镐1.301.451.301.45七类土(坚石)大理石；辉绿岩；玢岩；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2.53.1用爆破方法开挖1.301.451.101.20八类土（特坚石）安山

6、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、玢岩、角闪岩2.73.3用爆破方法开挖1.451.501.201.302014/2/17 三、 土的工程性质 土的工程性质对土方工程施工有直接影响，也是进行土方施工设计所必须掌握的基本资料。土的工程性质主要有土的可松性、土的压缩性、土的含水量、土的透水性和土的休止角等。2014/2/17 （一）土的可松性 自然状态下的土经开挖后组织被破坏，其体积因松散而增大，以后虽经回填压实，也不能恢复为原来状态时的体积。土的可松性程度，一般用最初可松性系数和最后可松性系数来表示 ，见式（1.1.1）与式（1.1.2）。 （1.1.1）

7、2014/2/17 （1.1.2）2014/2/17 2014/2/17一般称含水量在5%以下的为干土；在5%-30%的称为潮湿土；大于30%的称为湿土。 （1.1.4） （四）土的透水性 土的透水性是指水流通过土中孔隙的难易程度。地下水在土中渗流速度一般可按达西定律计算见（图1.1.2），计算公式为式（1.1.5） ： （1.1.5）图1.1.2 水力坡度示意图2014/2/17 2014/2/17 （五）土的休止角 土的休止角（安息角）是指在某一状态下的土体可以稳定的坡度（见图1.1.3）。图1.1.3 土的休止角示意图2014/2/17 四 土方边坡坡度 （一）土方边坡的形式及坡度的表示

8、方法2014/2/17图1.1.4 土方边坡示意图 2014/2/17 （二）确定土方边坡坡度应考虑的因素 确定土方边坡坡度应该考虑如下因素：土质、开挖深度、施工工期、地下水水位、排水情况、施工方法、边坡留置时间、坡顶荷载、气候条件、相邻建筑物等。边坡坡度应根据不同的挖填高度、土的工程性质及工程特点而定，既要保证土体稳定和施工安全，又要节省土方。临时性挖方边坡可按建筑地基基础工程施工质量验收规范GB50202确定如表1.1.2所示： 表1.1.2 临时性挖方的边坡值2014/2/17 场地边坡开挖应采取沿等高线自上而下、分层、分段依次进行。在边坡上采取多台阶同时进行开挖时，上台阶应比下台阶开挖

9、进深不少于30m，以防塌方。边坡台阶开挖，应作成一定坡势以利泄水。边坡下部设有护脚矮墙及排水沟时，在边坡修完后，应立即进行护脚矮墙和排水沟的砌筑和疏通，以保证坡面不被冲刷和坡脚范围内不积水。2014/2/171.2 土方施工的准备工作与辅助工作场地平整前的施工准备工作（一）了解施工现场技术资料地下管线、工程水文地质、气象等。（二）场地清理建筑物、构筑物、管道、坟墓、沟坑、垃圾、树根等。（三）地面水排除施工区域设置排水设施，如排水沟、截水沟、挡水土坝。（四）修建临时道路、临时设施主要道路结合永久性道路一次修筑，临时道路整平铺上碎石面层即可。（五）制定冬雨季施工措施防洪、边坡稳定、冻土开挖、填方等

10、。一、场地平整的准备工作2014/2/17二、排水与降水开挖基坑或沟槽时，土壤中的含水层常被切断，地下水将会不断的涌入坑内，如不及时进行排除，不仅影响正常施工，还会造成地基承载力降低或边坡坍塌事故。（一）排除地面水地面水的排除有设置排水沟（图1.2.1）、截水沟（图1.2.2）、修筑土堤（图1.2.3）等方法。排水沟的设置利用地形，以便将水直接排除场外，或流至低洼处再用水泵抽走。截水沟的设置，在山坡地区施工，在较高一面山坡处设置截水沟，阻止山坡处水流入施工现场。修筑土堤，在场地平坦处，除设置排水沟外，还要修筑土堤，以防止场外水流入施工现场。2014/2/17图1.2.1 排水沟 图1.2.2

11、截水沟图1.2.3 修筑土堤2014/2/17（二）降低地下水当基地面标高处于地下水位以下时，则必须采取人工降水措施，降水的方法有集水井降水法和井点降水法。1 集水井降水法（1）集水井的工作原理集水井降水也称基坑排水，是指在基坑开挖过程中，在基坑底设置集水井，并在基坑底四周或中央开挖排水沟，使水流入集水井内，然后用水泵抽走的一种施工方法（图1.2.4）。特点为设备简单，管理维护方便，主要适应于土质情况较好，地下水不很旺的情况。2014/2/17图1.2.4-a 集水井降水立面图1-排水沟；2-集水井；3-反滤层；4-进水口；5-撑杠；6-竖撑板；7-撑板2014/2/171-水泵；2-排水沟；

12、3-集水井；4-排水管；5-降落曲线；6-水流曲线图1.2.4-b 集水井降水剖面图2014/2/17（2）集水井及排水沟的设置 集水井应设置在基础范围以外，地下水走向的上游。根据地下水量大小、基坑平面形状及水泵能力，集水井每隔2040m设置一个。直径和宽度0.60.8m；深度低于挖土面0.71m；集水井底低于基坑底12m；井底铺碎石滤水层，坑壁加固以免泥砂流失。 排水沟底宽应不少于0.3m。沟底设有0.2%-0.5%的纵坡，使水流不致堵塞。在开挖阶段，排水沟深度应始终保持比挖土面低0.4-0.5m。在基础施工阶段，排水沟应距离基础有足够远的距离且适当保护，并保证排水畅通。2014/2/17（

13、3）降水设备的选用 集水降水法是用水泵从集水井中排水，常用的水泵有潜水泵（图1.2.5）、离心式水泵（图1.2.6）和泥浆泵（图1.2.7）。 图1.2.5 潜水泵 图1.2.6 离心式水泵 图1.2.7 泥浆泵 2014/2/172014/2/17图1.2.8 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1、2土颗粒2014/2/17由上式可以看出，动水压力GD与水力坡度 I 成正比，水位差越大，动水压力越大，而渗透路程越长，动水压力越小。2014/2/17 当动水压力等于或大于土的浸水密度时，土颗粒处于悬浮状态，并随地下水一起涌入基坑，即发生流砂现象。即：流砂宜

14、发生在细砂、粉砂、亚砂土中。在粗大砂砾中，因孔隙大，水在其间流过时阻力小，动水压力也小，不易出现流砂。2）流砂现象产生流砂现象主要是由于地下水的水力坡度大，即动水压力大，而且动水压力的方向（与水流方向一致）与土的重力方向相反。因此，土不仅受到水的浮力，而且受到动水压力的作用，有向上举的趋势，如图1.2.8所示。（1.2.1）2014/2/173） 流砂的防治： 发生流砂的重要条件是动水压力的大小和方向。防止流砂的途径：减小或平衡动水压力；设法使动水压力的方向向下；增加渗流路线和截断地下水流。防止流砂的主要措施：在枯水期施工 ，减少动水压力；抛大石块， 以平衡动水压力；打板桩，增加水流途径，减少

15、动水压力；水下挖土 ，平衡或减少动水压力；井点降低地下水位，使动水压力向下；搅拌桩或地下连续墙，截水，支承土水压力；采用冻结法施工工艺1 。2014/2/17 4）管涌冒沙此外当基坑坑底位于不透水层内，而其下面为承压水的透水层，基坑不透水层的覆盖厚度的重量小于承压水的顶托力时，基坑底部便可能发生管涌现象(图1.2.9)，即：图1.2.9 管涌冒砂1不透水层；2透水层；3压力水位线；4承压水的顶托力（1.2.2）2014/2/17 井点降水法是在基坑开挖前，预先在基坑四周埋设一定数量的滤水管(井)，利用抽水设备从开挖前和开挖过程中不断地抽水，使地下水位降低到坑底以下，直至基础工程施工完毕。 各类

16、井点适应土层的渗透系数，降低水位深度参照表1.2.1井点降水的方法有：轻型井点喷射井点电渗井点管井井点深井井点选用土层的渗透系数降低水位的深度设备条件经济性比较2 井点降水法2014/2/17井的类别土层渗透系数K(m/d)降低水位深度（m）单层轻型井点0.15036多层轻型井点0.150612喷射井点（基坑较深）0.12820电渗井点（淤泥排水）15 表1.2.1 各类井点的适用范围2014/2/17（1）轻型井点 轻型井点是沿基坑四周每隔一定距离埋入井点管(下端为滤管)至地下蓄水层内，井点管上端通过弯联管与总管连接，利用抽水设备将地下水从井点管内不断抽出，使原有地下水位降至坑底以下。如下图

17、1.2.10所示：图1.2.10 轻型井点全貌图2014/2/17 轻型井点设备主要是由井点管、滤管（图1.2.11）、集水总管及抽水机组等组成。井点管 井点管直径为3850mm、长为57m（一般为6m）；下端配有外径3851mm，长1.01.2m滤管；滤管上的滤孔面积占表面积2025；下端为铸铁头。集水总管集水总管为内径127mm的无缝钢管；每段长4m，上面装有与井点管连接的短接头；接头间距0.8m、1.2m、1.6m、2.0m。1） 轻型井点设备2014/2/17图1.2.11滤管构造 1 钢管；2管壁上的孔；3塑料管；4细滤网 5粗滤网；6粗铁丝保护网；7井点管；8铸铁头 2014/2/

18、17 图1.2.12干式真空泵工作原理1 滤管；2井点管；3弯联管；4集水总管；5过滤室；6水气分离器；7进水管；8副水气分离器；9放水口；10真空泵；11电动机；12循环水泵；13离心水泵 2014/2/17 平面布置基坑宽度小于6m，降水深度不大于5m，单排井点布置在地下水流上游；基坑宽度大于6m或土质不良，双排线状井点，布置在地下水流上游；基础面积较大，环形井点，并在四角加密；井点管距井壁边缘保持在0.71m，间距一般为0.81.6m。.2）轻型井点布置 根据基坑（槽）形状，轻型井点可采用单排布置、双排布置、环形布置，当土方施工机械需进出基坑时，也可采用U形布置，如下图1.2.13201

19、4/2/17a）单排布置；b）双排布置；c）环形布置（d）U形布置 图1.2.13 井点的平面布置2014/2/17 高程布置 轻型井点的降水深度，在井点管底部(不包括滤管)处，一般不超过6m。对井点系统进行高程布置时，应考虑井点管的标准长度，井点管露出地面的长度(约0.20.3m)，以及滤管必须在透水层内。2014/2/17井点管的埋设深度H1，（如上图），可按下式计算：（1.2.3）2014/2/17 单层轻型井点系统所能降低的水位，一般为36m。当用一层轻型井点达不到降水深度要求时，可采用二层轻型井点(图1.2.14)，即先挖去第一层井点降水后所排干的土，然后再在其底部装设第二层点。1第

20、一层井点管；2第二层井点管；3原地下水位线；4降低后的地下水位线图1.2.14 二层轻型井点2014/2/17井点计算由于受水文地质条件和井点设备等许多不易确定的因素影响，目前计算出的数值只是近似值。 井点系统的涌水量按水井理论进行计算。轻型井点的计算内容涌水量计算；井点管数量与间距确定；抽水设备选择等。 3） 轻型井点计算2014/2/17 水井的类型 水井根据其井底是否到达不透水层，分为完整井与非完整井。井底到达不透水层的称为完整井；否则为非完整井。 A 无压完整井井底到达不透水层，且地下水无压力（图1.2.15a）； B 无压非完整井井底未到达不透水层，且地下水无压力（图1.2.15b）

21、； 2014/2/17C 承压完整井井底到达不透水层，两不透水层间为有压地下水（图1.2.15c）； D 承压非完整井井底未到达不透水层，两不透水层间为有压地下水（图1.2.15d）2014/2/172014/2/17A 无压完整井基坑涌水量计算图1.2.16 无压完整井基坑涌水量计算简图（a）基坑远离地面水源；（b）基坑近河岩；（c）基坑位于两地表水体之间；（d）基坑靠近隔水边界2014/2/17 根据基坑是否邻近水源，分别计算如下：（a）基坑远离地面水源时（图1.2.16a）（1.2.4）2014/2/17kHSR2= 对承压含水层按下式计算： kSR10= k土的渗透系数； r0基坑等效

22、半径；当基坑为圆形时，基坑等效半径取圆半径。当基坑非圆形时，对矩形基坑的等效半径按下式计算： r00.29（ab） 式中 a、b分别为基坑的长、短边。 对不规则形状的基坑，其等效半径按下式计算： pAr=0 式中 A基坑面积。 （1.2.5）（1.2.6）（1.2.7）（1.2.8）2014/2/17 基坑近河岸（图1.2.16-b) 02lg)2(366.1rbSSHkQ-= （b0.5R） （c）基坑位于两地表水体之间或位于补给区与排泄区之间时（图1.2.16-c） )()(2cos)(2lg)2(366.12121021bbbbrbbSSHkQ+-+-=pp （d）当基坑靠近隔水边界时

23、)2(lg)lg(2)2(366.1000rbrrRSSHkQ+-+-= （图1.2.16-d）（1.2.9）（1.2.10）（1.2.11）（b）2014/2/17B 无压非完整井基坑涌水量计算图1.2.17 无压非完整井涌水量计算简图 （a）基坑远离地面水源；（b）基坑近河岸，含水层厚度不大； （c）基坑近河岸，含水层厚度很大 2014/2/17（a）基坑远离地面水源（图1.2.17-a） )2.01lg()1lg(366.10022rhllhrRhHkQmmm+-+-= )2(hHhm+= （1.2.12) （b）基坑近河岸，含水层厚度不大时（图1.2.17-b） 14.0lg25.06

24、6.0lg2lg366.122200lMbMlrllrbslksQ-+= （bM/2） （1.2.13） 式中 M由含水层底板到滤头有效工作部分中点的长度。 （c）基坑近河岸（含水层厚度很大时）： (图1.2.17-c)44.022.066.0lg2lg366.100blarshrllrbslksQ-+= （bl） （1.2.14） 11.066.0lg2lg366.100blrllrbslksQ-+= （bl） （1.2.15） 2014/2/17C 承压水完整井基坑涌水量计算 图 1.2.18 均质含水层承压完整井涌水量计算简图 （a）基坑远离地面水源；（b）基坑近河岸；（c）基坑位于两地

25、表水体之间 2014/2/17（a）基坑远离地面水源(图1.2.18-a) )1lg(73.20rRMSkQ+= (1.2.16) 式中 M承压含水层厚度。 （b）基坑近河岸（图1.2.18-b） )2lg(73.20rbMSkQ= （b0.5r0） （1.2.17） （c）基坑位于两地表水体之间或位于补给区与排泄区之间（图1.2.18-c） )()(2cos)(2lg)2(73.22121021bbbbrbbSSHkQ+-=pp （1.2.18） 2014/2/17 D 承压水非完整井基坑涌水量计算图1.2.19 均质含水层承压水非完整井涌水量计算简图 （1.2.19）2014/2/17 E

26、 大井法在基坑涌水量计算中的应用2 大井法将场地水文地质条件概化成均值、等厚的含水层,再利用裘布依井流推导出来的计算公式进行求解。 根据施沉井群分布,沉井群的基坑可以概化为“带状大井”, 设计要求整个沉井区水位降低基本一致,相当于一个“大井”的底。2014/2/17沉井群布置成“L”型(图1.2.20) ,开挖基坑形状不规则,由于基坑周围含水层为层状非均值,故可以将“L”型的弯曲段“拉直”概化成一个长矩形基坑,图1.2.20虚线所示经试算分析,若采用圆型大井计算,结果偏大,故只适宜采用窄长公式计算基坑涌水量。图1.2.20 对沉井群段基坑的处理2014/2/17井点管数量与井距的确定 井点管的

27、数量n，根据井点系统涌水量Q和单根井点管最大出水量q，按下式计算 d 滤管直径（m）； l 滤管长度(m)。 井点管间距D，按下式计算： 式中 L总管长度(m) （1.2.20）（1.2.21）2014/2/17 轻型井点的施工 轻型井点系统的施工，主要包括施工准备、井点系统安装与使用。 井点系统的安装顺序是：挖井点沟槽、铺设集水总管冲孔、沉设井点管、灌填砂滤料用弯联管将井点管与集水总管连接安装抽水设备试抽。 井点管的沉设方法，常用的有下列两种： A 用冲水管冲孔后，沉设井点管； B 直接利用井点管水冲下沉。 2014/2/17图1.2.21 冲水管冲孔法沉设井点管(a)冲孔；（b）埋管1冲管

28、；2冲嘴；3胶皮管；4高压水泵；5压力表；6起重机吊钩7井点管；8滤管；9填砂；10粘土封口冲管直径5070mm；长度比井点管长1.5m；水压0.61.2MPa；孔径不小于300mm；冲孔深度比滤管底部低0.5m。2014/2/17冲管直径5070mm；长度比井点管长1.5m；水压0.61.2MPa；孔径不小于300mm；冲孔深度比滤管底部低0.5m。 井孔冲成后，应立即拔出冲水管，插入井点管，并在井点管与孔壁之间，填灌干净粗砂做砂滤层，砂滤层厚度一般为60100mm，填灌高度至少达到滤管顶以上11.5m，以保证水流畅通。上端地面处0.51m间用粘土填实封口。 轻型井点的使用井点管使用时应连续

29、抽水，否则井管易堵塞或使边坡塌方。2014/2/17 超轻型井点降水设备3 A井点管及滤水管 井点管、滤水管的作用是抽取并传送地下水至集水总管，因轻型井点降水所用地层渗透系数较小，且井点间距一般小于1.5m单井出水量很小。根据实践经验一般in(12.7mm)钢管即可满足通水要求,钢管可通过管箍丝扣连接,满足不同长度要求.滤水管可采用聚乙烯塑料管制成.长度0.2-0.5m.管面钻直径6-8mm滤孔,间距30mm左右.外部及底部包80-110目尼纶纱网多层(不少于3层),纱网用几道细铁丝(火烧丝)绑扎即可.滤水管选用内径与井点管外径相同.与井点管紧密插接即可.轻化后的井点管使用轻巧、方便，造价低廉

30、。滤水管为一次性使用，在起拔井点管时留于孔底。 2014/2/17 B 集水总管与接连管 关于集水总管作用，许多施工人员认为是沉淀抽出的砂子与通过大量的水，这也是现行集水总管较粗的原因。其实，集水总管通过水量的大小与管径粗细无关。它仅取决于真空泵的抽吸能力，对于特定的真空泵，它的抽吸能力是一定的。当出水量大于真空泵抽吸能力时抽出的全部为水，当出水量小于抽吸能力时，抽出的是水气混合物。对于集水总管，当采用大直径管时，流速慢，反之流速加快，但总量不变。采用较小直径的集水总管（1.5-2in即可）因过水断面小而流速加快，抽吸上来的少许泥砂不会沉淀。 2014/2/172014/2/17C 真空泵 真

31、空泵的作用是产生真空，针对现行射流真空泵的缺点，可选用潜水式射流真空泵（专利技术）专利号（ZL01233751.X）替换现行射流泵，潜水式射流真空泵将供水泵由普通离心泵换作潜水泵，将潜水泵与射流器置于同一水箱内，外观就是一个能产生真空的水箱，从而使潜水式射流真空泵具备了结构更加简单、体积更小、质量更轻、使用更加安全等优点，并可使真空泵的使用范围拓展至场地狭小、泥水较多的场地及地下隧道的降水工程。 2014/2/17 横插滤水管集水法，实际上是轻型井点方法的变化应用，即将普通轻型井点中自地面向下竖插的滤水管(井管)，改由基坑立端面沿滞水带向内横(水平)插，各滤水管(井管)仍按照轻型井点的工艺汇集

32、连接至真空泵(图1.2.22) 横插滤水管集水法4图1.2.22 横插滤水管集水2014/2/172014/2/17 滤水管间隔增减长度法是针对在轻型井点工艺下出现部分井点空吸现象而提出的，视具体水文地质条件，按间隔(一般为一间一、二间一、一间二、一间三等将滤水管减少一定长度(一般减至设计长度的1213)，或者增加一定长度，从而恢复集排系统正常工作的方法(图1.2.23) 滤水管间隔增减长度法4图1.2.23 滤水管间隔增减长度法2014/2/172014/2/17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断抽水来降低地下水位。在土的渗透系数大（20200m/d）、地

33、下水量大的土层中，宜采用管井井点。管井井点的设备主要是由管井、吸水管及水泵组成。管井可用钢管管井和混凝土管管井等。吸水管可采用直径为50100mm的钢管或胶皮管水泵可采用24英寸潜水泵或单级离心泵。（2）管井井点2014/2/17深井井点降水是在深基坑的周围埋置深于基底的井管，通过设置在井管内的潜水泵将地下水抽出，使地下水位低于坑底。适于渗透系数较大（10250m/d），土质为砂类土，地下水丰富，降水深，面积大，时间长的情况，降水深可达50m以内。（3）深井井点（相对于管井井点，主要是水泵的更换）2014/2/172014/2/17（4）喷射井点 喷射井点是以高压水泵或高压空气为动力能源，通过

34、管路系统往井管内喷射高速水气流，高速水气流穿过喷射器时形成瞬时真空，将地下水吸出。喷射井点理论降水深度最大可达20m，在实际应用过程中，由于井损的影响，喷射井点降水深度一般不超过15m。喷射井点的不足在于长时间降水后，喷嘴容易损坏，喷射井点无法正常工作，导致高压水泵喷射的高速水流倒灌。 2014/2/17（5）电渗井点 对于渗透系数很小的土（K小于0.1m/d），因土粒间微小空隙的毛细血管作用，可以采用的方法。 电渗井点是井点管作阴极，在其内侧相应地插入钢筋或钢管做阳极，通入直流电后，在电场的作用下，使土中的水流加速向阴极渗透，流向井点管。这种方法耗电多，只在特殊情况下使用。 2014/2/1

35、7真空深井井点是近年来上海等软土地基地区深基坑施工应用较多的一种深层降水设备，主要适应土壤渗透系数较小情况下的深层降水，能达到预期的效果。真空深井井点即在深井井点系统上增设真空泵抽气集水系统。对于渗透系数小的粘土、粉质粘土、粘质粉土层等降水效果差。随着技术的发展, 负压真空被引入用于辅助加速地下水往井内汇集, 提高排水效率及降水效果, 形成常规真空管井降水工艺。（6）真空深井井点2014/2/17（7）超强真空降水井5, 62014/2/17图1.2.25 超强真空降水井原理示意图2014/2/17三、降低地下水位辅助施工的几种简易方法7（一）反滤层导流2014/2/172014/2/17当建

36、筑物修筑在粘土场地，开挖高程达到设计要求时，若地基上出现单个的涌水点，使砼砂浆流失，基础砼浇筑工作无法进行，则必须针对单个的涌水点逐个进行处理处理时采用导管导流最为简单易行、经济实用。具体做法是对准涌水点挖一个长、宽、深各为0.5m的坑洞，填入天然级配的混合卵石，并另作一个尺寸和坑洞一样大的底部带导管的铁皮箱盒，将箱盒罩入坑洞，坑洞的水自然沿着导管流出，如图1.2.27，这样就起到降低地下水的目的.（二）导管导流2014/2/172014/2/17（三）机井排流机井排流适用于建筑物采用砼桩基工程，地基为砂性土，地下水位高，出水量大，一旦遇到这种情况，往往孔壁坍塌桩孔成型困难，即使千方百计将桩孔

37、打成，由于孔内出水量大，砼也难以浇筑。解决这个问题的最好办法就是采用机井排流法。具体做法是在离建筑物周边2m左右的地方打井，机井深度大于桩孔设计深度1m，机井直径1-1.2m，井壁采用砼护壁，井深5m以内的也可用毛竹护壁，然后在井中安装潜水电泵排走地下水，将地下水位降到桩孔设计开挖深度以下。2014/2/17具体做法是在建筑物及建筑物周边2m范围之内设置盲沟，盲沟的间距根据土质情况而定，一般纵横各30m左右.首先开挖沟槽，沟槽边坡用木头、毛竹或者编织袋装砂粒拦淤，沟槽底部抛石排淤，使沟槽基本稳定，再用块石、卵石、粗砂填筑成排水棱体, 排水棱体可做成梯形断面，也可做成矩形断面，其大小可根据地下水

38、量而定，排水棱体中块石平均厚度不小于1m，大中卵石(粒径4-8cm左右) 厚度不小于0.2m，细粒卵石(粒径1cm左右)厚度不小于0.1m，坑内其它空间用粗砂回填. 排水棱体顶上用0.3-0.5m,厚的粘土夯实，如图1.2.29) 待半个月左右，各条盲沟之间的地基地下水就会渗入盲沟，再结合其它排水设施，使地基中的地下水位下降、承载力提高，基础就可以进行施工了.（四）盲沟导流2014/2/172014/2/171.3 土方工程量的计算与土方调配一 、场地平整的程序（一）了解施工现场技术资料地下管线、工程水文地质、气象等；（二）场地清理建筑物、构筑物、管道、坟墓、沟坑、垃圾、树根等；（三）地面水排

39、除施工区域设置排水设施，如排水沟、截水沟、挡 水土坝（四）修建临时道路、临时设施主要道路结合永久性道路一次修筑，临时道路整平铺上碎石面层即可；（五）制定冬雨季施工措施防洪、边坡稳定、冻土开挖、填方等。2014/2/17 二、 场地平整土方量的计算 场地平整前，要确定场地设计标高，计算挖填土方量以便据此进行土方挖填平衡计算，确定平衡调配方案，并根据工程规模、施工期限、现场机械设备条件，选用土方机械，拟定施工方案。 （一）场地设计标高确定 2014/2/17计算前，将场地划分为方格网（1010m4040m），利用地形图求出各方格角点的设计标高，一般来说理想的设计标高应使场地内土方在平整前和平整后相

40、等。见图1.3.1。图1.3.1 场地设计标高简图（a） 地形图上划分方格； （b）设计标高示意图1等高线；2自然地坪；3设计标高平面；4自然地面与设计标高平面的交线（零线）1.初步确定场地设计标高（H0） 2014/2/17（1.3.1）（1.3.2）2014/2/17式中： n 方格网数； H11方格所独有的角点标高(m)； H22个方格共有的角点标高(m)； H33个方格共有的角点标高(m)； H44个方格共有的角点标高(m)。（1.3.3）2014/2/17（1）土的可松性但是，由于土具有可松性，按照公式（1.3.3）确定的场地标高进行施工，会造成多余的土，因此需要相应提高设计标高，如

41、图1.3.2 所示，图1.3.2 设计标高调整示意图（a）理论设计标高（b）调整设计标高2014/2/17对于设计标高增加值，设h 为土的可松性影响引起的设计标高增加值，则设计标高调整后的总挖方体积 总填方体积为: 此时，填方区域的标高也相应与挖方区域一样，提高h，即: 从而得到考虑土的可松性影响后，场地设计标高应调整为: （1.3.4）（1.3.5）（1.3.6）（1.3.7）2014/2/17 （2）考虑泄水坡度对设计标高的影响 按上述计算出设计标高进行场地平整时，是假设整个场地为一个水平面，实际上由于排水的要求，场地表面要有一定的泄水坡度。 泄水坡度按设计要求确定；无设计要求，一般要求泄

42、水坡度不小于0.2。单向泄水场地较小，降水量较小；双向泄水场地较大或降水量较大时。2014/2/17 场地为单向泄水时，场地内任意点的设计标高则为：图1.3.3-a 单向泄水（1.3.7） （1.3.8 ）图1.3.3-b 双向泄水2014/2/172014/2/17土方量计算网格法横截面法三维模拟和最小二乘法1 方格网法（二） 场地平整土方量的计算用于地形较平缓或台阶宽度较大的地段。计算方法较为复杂，但精度较高，其计算步骤和方法如下：2014/2/17 (1.3.9)（2）确定零线（填、挖方的分界线）即确定相邻一挖一填两角点间方格边线上的零点，此点即不挖也不填，方格中各相邻边线的零点间的连线

43、即为零线（挖、填方分界线）。2014/2/17图1.3.4 零点位置计算示意图零点的位置按下式计算（图1.3.4）ahhhx+=2111 ahhhx+=2122 （1.3.10）2014/2/17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）。（3）计算土方工程量按方格网底面积图形和表1.3.1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，有关计算用表见表1.3.1。常用方格网点计算公式 （表1.3.1）2014/2/17表1.3.1 常用方格网点计算公式2014/2/17注： a方格网的边长（m）； b、c零

44、点到一角的边长（m）； h1、h2、h3、h4方格网四角点的施工高程 （m）， 用绝对值代入； h填方或挖方施工高程的总和（m），用绝对 值代入； V挖方或填方体积（m3）。注：本表公式是按各计算图形底面积乘以平均施工高程而得出的。将挖方区（或填方区）所有方格计算土方量汇总，即得该场地挖方和填方的总土方量。（4）计算土方总量2014/2/172横截面法 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： （1）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AA、BB、CC（图1.3.5

45、)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。 2014/2/17 图1.3.5 横截面示意图 1-自然地面；2-设计地面2014/2/17（2）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。 （3)计算横截面面积 按表1.3.2横截面面积计算公式，计算每个截面的挖方或填方截面面积。 2014/2/17表1.3.2 常用断截面计算公式2014/2/17（4)计算土方量 根据横截面面积按下式计算土方量： sAAV+=221 (1

46、.3.10) 式中 V A1、A2相邻两横截面的挖（）（或填（）的截面积 2014/2/17（5）土方量汇总截面填方面积（m2）挖方面积（m2）截面间距（m)填方体积（m3）挖方体积（m3）A-AB-BC-C合计按表1.3.3格式汇总全部土方量。表1.3.3 土方量汇总表2014/2/17 在自然地形变化复杂时, 场地设计的重点是确定与调整设计标高, 利用计算机软件可以完成对自然地形的三维模拟分析, 在保证土石方平衡及其他因素的情况下, 给出初步的设计基准面, 同时可以自由确定各设计面之间以及自然地面间的放坡关系, 最后模拟出设计场地与自然地形结合的三维效果。 根据数学最小二乘法原理, 对于一

47、组空间点可以找出唯一平面, 这个平面最接近或通过这些空间点。这些点可以看作是自然离散点, 这个面就是最佳设计面, 若这个自然离散点在设计面的上方, 则该点为挖方, 否则为填方。该点的影响范围(面积) 可以作为该点的权系数参加计算, 因此, 可以计算出该点的土方量就是权系数乘以空间点与设计面的高差. 按此方法计算的最佳设计面, 一定能满足挖方与填方量相等, 且绝对值之和最小。 3 运用三维模拟方法和最小二乘法原则解决场地平整问题8, 92014/2/17（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。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

48、划分为两种近似的几何形体（图1.3.6)，一种为三角棱体（如体积、）；另一种为三角棱柱体（如体积），然后应用表1.3.4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（）的量。图1.3.6 场地边坡计算简图 2014/2/17表1.3.4 常用边坡三角棱体、棱柱体计算公式2014/2/17 三、土方调配（一）土方调配的原则 土方调配工作是土石方施工设计的重要内容之一，一般在土方工程量计算完毕后即可着手进行。土方调配，就是对挖土的利用、堆弃和填土三者之间的关系进行综合协调处理。土方调配的目的，挖、填方平衡，土方施工的费用最少。 1.遵循填、挖方量平衡和总运输总量最小的原则。2.

49、考虑近期施工与后期利用相结合的原则。3.土方工程分区进行施工时，每个分区范围内土方的欠额或余额，必须结合全场土方调配，不能只考虑本区土方的填挖平和和运输量最小而定。（二） 划分调配区 1.调配区的划分应与房屋或构筑物的位置相协调，并满足主导土方施工机械的要求； 2.当土方运距较大，可根据地形就近弃土或借土，每一个借土区或弃土区可作为一个独立的调配区； 3.调配区的范围和方格网相协调，若干个方格组成一个调配区。 4.遵循与大型地下建筑施工相吻合的原则。 5.布置填方区和挖方区，选择合适的调配方向、运输路线，使综合施工过程所需要的机械设备的功效得到充分的利用。（三） 计算平均运距 计算平均运距即挖

50、土区土方重心至填方区土方重心的距离。因此，确定平均运距需先求出各个调配区土方重心，其方法如下： 取场地方格网中的纵横两边为坐标轴，分别求出各区土方重心的位置。 （1.3.11）（ 1.3.12）2014/2/17（1.3.13）式中： x0T、y0T填方区的重心坐标； x0W、y0W挖方区的重心坐标。 2014/2/17表1.3.5 挖填方量及平均运距表T1T2TjTn挖方量W1X11C11X12C12X1jC1jX1nC1na1W2X21C21X22C22X2jC2jX2nC2na2WiXi1Ci1Xi2Ci2XijCijXinCinaiWmXm1Cm1Xm2Cm2XmjCmjXmnCmna

51、m填方量b1b2bjbn挖方区填方区（四）用线性规划方法进行土方调配2014/2/171、数学模型的建立 n个填方区： T1，T2，Tn假定挖填方平衡：从W1到T1的平均运距为C11，调配的土方量为X11；从Wi到Tj的平均运距为Cij，调配土方量为Xij。=2014/2/17为最小值，并满足下列条件：（1.3.14）（1.3.15）（1.3.16）2014/2/17从这个目标函数可以看出这是线性规划中的运输问题，可以用表上作业法和单纯形法求解，运输问题用表上作业法较方便。调配的步骤如下：用“最小元素法”编制初始调配方案最优方案判别绘制土方调配图最优方案判别方案的调整是否2.用表上作业法进行土

52、方调配2014/2/17图1.3.7所示是一矩形场地，现已知各调配区的土方量和各填、挖区相互之间的平均运距，试求最优土方调配方案。 用表上作业法是以线性理论为基础的，其方法和步骤如下：（1）首先将图中的数值填入土方平衡及运距表1.3.6。T1T2T3挖方量(m3)W1X1150X1270X13100500W2X2170X2240X2390500W3X3160X32110X3370500W4X4180X42100X4340400填方量(m3)8006005001900挖方区填方区表1.3.6 挖填方量及平均运距表2014/2/17500500800600500500400W1T1W3605070

53、1108070401009040100W4T3W2T270挖方区编号填方区编号挖方区需调出土方填方区需调进土方调配区间的平均运距图1.3.7 各调配区的土方量和平均运距2014/2/17（2）作初始方案2014/2/17表1.3.7 初始调配方案表T1T2T3挖方量W15005070100500W2705004090500W33006010011010070500W48010040040400填方量8006005001900填方量挖方量2014/2/17闭回路法位势法为最优方案 位势法较闭回路法简便,只介绍用位势法求检验数 （3）最优方案判别2014/2/17 1） 检验时首先将有调配数字的平

54、均运距列出来,然后根据这些数字方格,按下式求出两组位势数:(1.3.18)(1.3.17)所有检验数为正数，说明该方案为最优方案，否则需调整。2014/2/172）求位势表1.3.8 位势数、运距和检验数表位势T1T2T3 v1=50v2=100v3=60 W1u1=0050-307040100W2u2=-6080700409090W3u3=100600110070W4u4=-20508020100040填方区挖方区uivj注：白的数字为有调配数字方格的平均运距。2014/2/17 位势求出后，按公式（1.3.18）求检验数（求各空格检验数）（出现负检验数，不是最优方案）（4）方案调整2014

55、/2/172014/2/17 T1T2T3W1500X12W2500W3300100100W4400填方区挖方区奇奇2014/2/172014/2/17表1.3.10 新方案的位势数、运距和检验数表位势T1T2T3挖方量v1=50v2=70v3=60 W1u1=04005010070500W2u2=-307050040500W3u3=104006011010070500W4u4=-208040040400填方量8006005001900vjui填方区挖方区2014/2/17对新调配方案，仍用位势法检验，判断是否为最优方案，经检验该方案所有检验数为正值。其目标函数为：2014/2/1750050

56、0800600500500400W1T1W3400601007040040W4T3W2T2100705004040050图1.3.8 土方调配图土方调配图为：2014/2/173 常用软件Excel 的“规划求解”功能和LINGO 求解功能在土方调配计算中的应用10 利用Excel 规划求解功能和LINGO 求解功能求解土方调配问题的方法适用范围较广，它们不仅适用于挖填平衡条件下的土方调配，而且也适用于挖填不平衡的情况，即可以应用于所有线性运输问题( LTP) 。挖填不平衡时，只需采用相应的线性规划模型并改变Excel“规划求解参数设置”约束条件即可，而LINGO 只需在模型窗口中改变约束条件

57、即可。Excel 计算表在土方调配中可以重复使用，效率较高。当土地平整工程和土方调配任务发生变化时，只需根据挖填区个数删除或插入相应的单元格即可，而Excel 计算表的公式和规划求解参数通常无需修改。此外，如果需要经常性进行土方调配工作，还可设置“清空数据”和“土方调配”等命令按纽以及快捷菜单，方便清除数据，达到优化用户作界面的目的。而利用LINGO 程序求解则无需这样。 2014/2/17（1） Excel 表具有强大的规划求解功能，具体操作步骤如下。 1) 在已建好的填挖方平衡及运距Excel 表中，建立如图1.3.9 所示单元格。 图1.3.9 目标单元格和可变单元格 2014/2/17

58、其中，单元格B8: D11 与线性规划模型中变量Xij相对应，为可变单元格，保持原始值0 空置不填; 单元格B12: D12和E8: E11 为约束条件的部分表达式，在E8 单元格中输入公式“= SUM ( B8: D8) ”( 即X11 +X12 +X13) ，在E9 单元格中输入公式“= SUM ( B9: D9) ”，在E10 单元格中输入公式“=SUM ( B10: D10 ) ”，在E11 单元格中输入公式“= SUM( B11: D11) ”，在B12 单元格中输入公式“= SUM ( B8:B11) ”，在C12 单元格中输入公式“= SUM ( C8: C11) ”，在D12

59、单元格中输入公式“= SUM ( D8: D11) ”; 单元格F2 与线 性规划模型中目标函数的表达式相对应，是目标单元格，输入公式“= SUMPRODUCT ( B2: D5，$ B $ 8: $ D $ 11) ”，数学含义为“50X11 +70X12 +100X13 +80X41 +100X42+40X43”，实际含义为“土方总运输量”。计算式中$ B$8: $ D$11 为绝对地址，这样做是为了方便计算式的复制。 2014/2/17 按上述输入后，单元格B12: D12、E8: E11 和F2 的值暂时变为0，见图1.3.9。 2)加载“规划求解”程序。一般情况下，Microsoft

60、 Excel软件中规划求解的功能都尚未安装，需要加载。单击“工具”菜单，然后点击“加载宏”，然后在弹出菜单中选中“规划求解”项，最后单击“确定”即可。 3)设置“规划求解参数”。点击“工具”中的“规划求解”选项打开规划求解参数设置页面。在“设置目标单元格中”填入“$ F $ 2”，在“等于”选项中选择“最小值”，在“可变单元格”选项中填入“$ B $ 8:$ D $ 11”。在“约束”选项中点击“添加”按纽，添加约束条件“$ B $ 12: $ D $ 12= $ B $ 6: $ D $ 6、$ E $ 8: $ E $ 11 = $ E$ 2: $ E$5 和$ B $ 8: $D $ 1