基本模块一土方工程

1、基本模块一 土方工程 主要内容：土的分类及工程性质、土方量计算、施工辅助工作、土方机械化施工及土方工程质量验收； 学习重点、难点：土的工程性质及其对施工的影响，基坑（槽）及场地平整土方量的计算，降低地下水位的方法。1学习要求:1)了解土的分类和现场鉴别土的种类；2)掌握基坑(槽)、场地平整土石方工程量的计算方法；3)了解土壁塌方和发生流砂现象的原因及防止方法；4)熟悉常用土方施工机械的特点、性能、适用范围及提高生产率的方法；6)掌握回填土施工方法及质量检验标准。21.1 土的分类及工程性质 1.2 土方量计算及土方调配 1.3 施工准备与辅助工作 1.5 土方的填筑与压实 1.4 土方机械化施

2、工 1.6 基坑(槽)施工1.7 土方质量标准及安全技术 End 本 章 内 容31.土的分类土的分类方法较多，主要有下列两种：1）按建筑地基基础设计规范GB50007-2002，将建筑 物地基的土石分为：岩石、碎石土、砂土、粉土、粘性土和人工填土等六类。 2）在施工中，根据土的坚硬程度和开挖方法将土分为：松软土、普通土、坚土、砂砾坚土、软石、次坚石、坚石、特坚硬石等八类。1.1 土的分类及工程性质一、 土的分类与鉴别 4 一类土八类土，从软到硬。一类土四类土称为土，五类土八类土称为石。 分类目的是为了合理选用施工机械及准确地进行施工预算。2.土的鉴别1）松土和普通土可直接用铁锹开挖，或用铲运

3、机、推土机、挖土机施工；2）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；3）次坚石、坚石和特坚硬石一般要用爆破方法施工。土的工程分类与现场鉴别方法见表1.1所示。5表1.1 土的工程分类与现场鉴别方法土的分类 土 的 名 称 可松性系数 现场鉴别方法 KSKs一类土(松软土) 砂，粉土；冲积砂土层；种植土；泥炭(淤泥) 1.081.17 1.011.03 能用锹、锄头挖掘 二类土(普通土) 粉质粘土；潮湿的黄土；夹有碎石、卵石的砂；种植土；填筑土及粉土混卵（碎）石 1.141.28 1.021.05 用锹、锄头挖掘，少许用镐翻松 三类土(坚土) 中等密实粘土；重粉质

4、粘土；粗砾石，干黄土及含碎石、卵石的黄土、粉质粘土；压实的填筑土 1.241.30 1.041.07 主要用镐，少许用锹、条锄挖掘四类土(砂砾坚土) 坚硬密实粘性土及含碎石、卵石的粘土；粗卵石；密实的黄土，天然级配砂石；软泥灰岩及蛋白石 1.261.32 1.061.09 整个用镐、条锄挖掘，少许用撬棍挖掘 6土的分类 土 的 名 称 可松性系数 现场鉴别方法 KSKs五类土(软石) 硬质粘土；中等密实的页岩、泥灰岩、白垩土；胶结不紧的砾岩；软的石炭岩 1.301.45 1.101.20 用镐或撬棍、大锤挖掘，部分使用爆破方法 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

5、岩；风化花岗岩；片麻岩 1.301.45 1.101.20 用爆破方法开挖,部分用风镐 七类土 (坚石) 大理岩，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，风化痕迹的安山岩、玄武岩 1.301.45 1.101.20 用爆破方法开挖 八类土(特坚硬石) 安山岩；玄武岩；花岗片麻岩，坚实的细粒花岗、闪长岩、石英岩、辉长岩、辉绿岩、玢岩 1.451.50 1.201.30 用爆破方法开挖 7土的含水量：土中水的质量与固体颗粒质量之比的百分率。二、土的工程性质 1.土的含水量 式中：m湿含水状态土的质量，kg； m干烘干后土的质量，kg； mW 土中水的质量，kg； m

6、S固体颗粒的质量，kg。 工程应用：土的含水量在5%及以下称为干土；含水量大于5%，小于等于30%称为潮湿土；含水量大于30%称为湿土。（1.1）81）土的天然密度: 在天然状态下，单位体积土的质量。它与土的密实程度和含水量有关。土的天然密度按下式计算： 2.土的天然密度和干密度 式中土的天然密度，kg/m3； m 土的总质量，kg； V 土的体积，m3。 （1.2）92）干密度: 土的固体颗粒质量与总体积的比值，用下式表示： 式中d土的干密度，kg/m3； mS 固体颗粒质量，kg； V 土的体积，m3。 工程应用：在一定程度上，土的干密度反映了土颗粒排列的紧密程度。土的干密度愈大，表示土愈

7、密实。土的密实程度主要通过检验填方土的干密度和含水量来控制。 （1.3）103.土的可松性系数 土的可松性： 天然土经开挖后，其体积因松散而增加，虽经振动夯实，仍然不能完全复原，土的这种性质称为土的可松性。土的可松性用可松性系数表示，即 式中 KS、KS土的最初、最终可松性系数；V1土在天然状态下的体积，m3；V2土挖出后在松散状态下的体积，m3；V3土经压(夯)实后的体积，m3。（1.4）（1.5）11工程应用： 土的最初可松性系数KS是计算车辆装运土方体积及挖土机械的主要参数； 土的最终可松性系数KS是计算填方所需挖土工程量的主要参数，各类土的可松性系数见表1.1所示。 124.土的渗透性

8、土的渗透性：指土体被水透过的性质。土的渗透性用渗透系数表示。渗透系数：表示单位时间内水穿透土层的能力，以m/d表示；它同土的颗粒级配、密实程度等有关，是人工降低地下水位及选择各类井点的主要参数。土的渗透系数见表1.2所示。 13表1.2 土的渗透系数参考表 14 在土方施工之前，必须计算土方的工程量。但各种土方工程的外形有时很复杂，而且不规则。一般情况下，将其划分成为一定的几何形状，采用具有一定精度而又和实际情况近似的方法进行计算。1.2 土方工程量计算及土方调配15一、基坑与基槽土方量计算 基坑土方量可按立体几何中拟柱体(由两个平行的平面作底的一种多面体)体积公式计算（图1.1）。即 式中

9、H 基坑深度，m； A1、A2基坑上、下底的面积，m2； A0 H/2处的基坑截面面积，m2。（特别注意）（平均断面法）(1.6)16基槽和路堤管沟的土方量计算可沿长度方向分段计算(图1.2)： 17式中V1第一段的土方量，m3； L1 第一段的长度，m。 将各段土方量相加即得总土方量： （1.7）（1.8）18 计算断面面积是关键，当断面不规则时，求断面面积的一种简便方法是累高法。只要将测出的断面划分为若干个三角形或梯形，则面积为某一断面面积为：19二、 场地平整土方计算 对于在地形起伏的山区、丘陵地带修建较大厂房、体育场、车站等占地广阔工程的平整场地，主要是削凸填凹，移挖方作填方，将自然地

10、面改造平整为场地设计要求的平面。 场地平整前，首先要确定场地设计标高，计算挖、填土方工程量，确定土方平衡调配方案。并根据工程规模，施工期限，土的性质及现有机械设备条件，选择土方机械，拟定施工方案。 场地挖填土方量计算一般采用方格网法。 20方格网法计算场地平整土方量步骤为： 1.读识方格网图2.确定场地设计标高3.计算场地各个角点的施工高度4.计算“零点”位置，确定零线5.计算方格土方工程量6.边坡土方量计算7.计算土方总量8.例题及计算过程 21方格网法计算场地平整土方量步骤为：1.读识方格网图 方格网图由设计单位(一般在1/500的地形图上)将场地划分为边长a=1040m的若干方格，与测量

11、的纵横坐标相对应，在各方格角点规定的位置上标注角点的自然地面标高(H)和设计标高(Hn)，如图1.3所示。22232. 确定场地设计标高 确定场地设计标高的步骤：（1）考虑的因素（2）初步标高（按挖填平衡）（3）场地设计标高的调整24（1）考虑的因素：1） 满足生产工艺和运输的要求；2） 尽量利用地形，减少挖填方数量；3）争取在场区内挖填平衡，降低运输费；4）有一定泄水坡度，满足排水要求。5）场地设计标高一般在设计文件上规定，如无规定：小型场地挖填平衡法；大型场地最佳平面设计法（用最小二乘法，使挖填平衡且总土方量最小）。25 图1.4 场地设计标高H0计算示意图 (a)方格网划分；(b)场地设

12、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)（2）初步标高（按挖填平衡）26场地初步标高：H0=(H11+H12+H21+H22)/4N （1.9）式中：H11、H12、H21、H22 一个方格各角点的自然地面标高； N 方格个数。或：H0=(H1+2H2+3H3+4H4)/4N （1.10）式中：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。27（3）场地设计标高的调整 按泄水坡度、土的可松性、就近借弃土等调整。 按泄水坡度调整各角点设计标高 ：1）单向排水时，各方格角点设计标高为: Hn = H0 l i （1.1

13、1）式中： H0 场地中心线的标高； Hn场地内任一点的设计标高； l 该点至场地中心线的距离； i 场地泄水坡度。282）双向排水时，各方格角点设计标高为： Hn = H0 lx ix ly i y （1.12） H0 场地中心点的标高； Hn场地内任一点的设计标高； lx ，l y该点至场地中心线y-y、x-x的距离； ix，i yx-x 、y-y方向的泄水坡度。29(a)(b)图1.5 场地泄水坡度示意图 (a)单向泄水；(b)双向泄水 303.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

14、式计算： 式中 hn角点施工高度即填挖高度(以“+”为填，“-”为 挖)，m； n 方格的角点编号(自然数列1，2，3，n)。 （1.13）314.计算“零点”位置，确定零线 方格边线一端施工高程为“+”，若另一端为“-”，则沿其边线必然有一不挖不填的点，即为“零点”(图1.6)。图1.6 零点位置示意图32零点位置按下式计算： 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(均用绝对值)，m；a方格网的边长，m。(1.14)33 确定零点的办法也可以用图解法，如图1.7所示。方法是用尺在各角点上标出挖填施工高度相应比例，用尺相连，与方格相交点即为零点位置。将相邻的零点连

15、接起来，即为零线。它是确定方格中挖方与填方的分界线。 图1.7 零点位置图解法345.计算方格土方工程量 按方格底面积图形和表1.3所列计算公式，逐格计算每个方格内的挖方量或填方量。6.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1.8中、)，另一种为三角棱柱体(图1.8中)。 35表1.3 常用方格网点计算公式 36图1.8 场地边坡平面图371） 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。（1.15）382

16、） 三角棱柱体边坡体积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。 7.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。 （1.16）（1.17）398.例题1-1：某建筑场地方格网如图1.9所示，方格边长为20m20m，填方区边坡坡度系数为1.0，挖方区边坡坡度系数为0.5，试用公式法计算挖方和填方的总土方量。图1.9 某建筑场地方格网布置图40【解】 (1) 根据所给方格网各角点的地面设计标高和自然标高，计算结果列于图1.10中。 由公式1.13得： h1=251.50-2

17、51.40=0.10 h2=251.44-251.25=0.19 h3=251.38-250.85=0.53 h4=251.32-250.60=0.72 h5=251.56-251.90=-0.34 h6=251.50-251.60=-0.10 h7=251.44-251.28=0.16 h8=251.38-250.95=0.43 h9=251.62-252.45=-0.83 h10=251.56-252.00=-0.44 h11=251.50-251.70 =-0.20 h12=251.46-251.40=0.0641图1.10 施工高度及零线位置42(2) 计算零点位置。从图1.10中可知

18、，15、26、67、711、1112五条方格边两端的施工高度符号不同，说明此方格边上有零点存在。 由公式1.14 求得： 15线 x1=4.55(m) 26线 x1=13.10(m) 67线 x1=7.69(m) 711线 x1=8.89(m) 1112线 x1=15.38(m) 43 将各零点标于图上，并将相邻的零点连接起来，即得零线位置，如图1.10。 (3) 计算方格土方量。方格、底面为正方形，土方量为： V(+)=202/4(0.53+0.72+0.16+0.43)=184(m3) V(-)=202/4(0.34+0.10+0.83+0.44)=171(m3) 方格底面为两个梯形，土方

19、量为： V(+)=20/8(4.55+13.10)(0.10+0.19)=12.80(m3) V(-)=20/8(15.45+6.90)(0.34+0.10)=24.59(m3)44 方格、底面为三边形和五边形，土方量为： V(+)=65.73 (m3) V(-)=0.88 (m3) V(+)=2.92 (m3) V(-)=51.10 (m3) V(+)=40.89 (m3) V(-)=5.70 (m3) 方格网总填方量： V(+)=184+12.80+65.73+2.92+40.89=306.34 (m3) 方格网总挖方量： V(-)=171+24.59+0.88+51.10+5.70=25

20、3.26 (m3)45(4) 边坡土方量计算。如图1.11，、按三角棱柱体计算外，其余均按三角棱锥体计算， 依式 1.16、1.17 可得： V(+)=0.003 (m3) V(+)=V(+)=0.0001 (m3) V(+)=5.22 (m3) V(+)=V(+)=0.06 (m3) V(+)=7.93 (m3) 46图1.11 场地边坡平面图47V(+)=V(+)=0.01 (m3) V=0.01 (m3) V11=2.03 (m3) V12=V13=0.02 (m3) V14=3.18 (m3) 边坡总填方量：V(+)=0.003+0.0001+5.22+20.06+7.93+20.01

21、+0.01 =13.29(m3) 边坡总挖方量： V(-)=2.03+20.02+3.18=5.25 (m3) 48三、土方调配 土方调配是土方工程施工组织设计（土方规划）中的一个重要内容，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，并计算每对挖、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。 49（一） 土方调配的原则： 1.力求达到挖、填平衡和运输量最小的原则； 2.近期施工与后期

22、利用相结合的原则。 3.尽可能与大型地下建筑物的施工相结合。 4.合理布置挖、填方分区线，选择恰当的调配方向、运输线路，使土方机械和运输车辆的性能得到充分发挥。 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。（二）土方调配图表的编制 调配方案确定后，绘制土方调配图如图1.12。50图1.12 土方调配图511.划分调配区 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。2.计算土方量并标写在图上3.计算调配区之间的平

23、均运距 平均运距即挖方区重心至填方区重心的距离。52 为了简化计算，可用作图法近似地求出形心位置来代替重心位置。重心求出后，标于相应的调配区图上，然后用比例尺量出每对调配区之间的平均运距。4.确定土方最优调配方案 常用“表上作业法”求得5.绘制土方调配图、调配平衡表531.3 施工准备与辅助工作一、 施工准备 （1）场地清理 对施工区域内障碍物要调查清楚，制订方案，并征得主管部门意见和同意，拆除影响施工的建筑物、构筑物；拆除和改造通讯和电力设施、自来水管道、煤气管道和地下管道；迁移树木。（2）排除地面水 一般采用排水沟、截水沟或挡水坝措施。排水沟断面不小于0.50.5m，纵向坡度不小于3。把施

24、工区域内的雨雪自然水、低洼地区的积水及时排除，使场地保持干燥，便于土方工程施工。54（3）修筑临时设施 修好临时道路、电力、通讯及供水设施，以及生活和生产用临时房屋。（4）测设方格网 对于大型平整场地，利用经纬仪、水准仪，将场地设计平面图的方格网在地面上测设固定下来，各角点用木桩定位，并在桩上注明桩号、施工高度数值，以便施工。55二、 土方边坡与土壁支撑 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。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

25、，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。 56（一）土方边坡 土方边坡的坡度以挖方深度（或填方深度）h与底宽b之比表示（图1.11），即 土方边坡坡度= h/b=1/(b/h)=1m 式中m=B/H称为边坡系数 土方边坡的大小主要与土质、开挖深度、开挖方法、边坡留置时间的长短、边坡附近的各种荷载状况及排水情况有关。图1-13 边坡的表示方法57 当地质条件良好、土质均匀且地下水位低于基坑(槽)或管沟底面标高时，挖方边坡可做成直立壁不加支撑，但深度不宜超过下列规定：1）密实、中密的砂土和碎石类土(充填物为

26、砂土)：1.0m；2）硬塑、可塑的粉土及粉质粘土：1.25m；3）硬塑、可塑的粘土和碎石类土(充填物为粘性土)： 1.5m；4）坚硬的粘土：2m。 挖土深度超过上述规定时，应考虑放坡或做成直立壁加支撑。 58 基坑(槽)或管沟挖好后，应及时进行基础工程或地下结构工程施工。在施工过程中，应经常检查坑壁的稳定情况。 1）当挖地基坑较深或晾槽时间较长时，应根据实行情况采取护面措施。常用的坡面保护方法有帆布、塑料薄膜覆盖法，坡面拉网法或挂网。2）当地质条件良好，土质均匀且地下水位低于基坑(槽)或管沟底面标高时，挖方深度在5m以内且不加支撑的边坡的最陡坡度应符合表1.4规定。 59表1.4 深度在5m内

27、的基坑(槽)、管沟边坡的最陡坡度 土的类别 边坡坡度(高宽) 坡顶无荷载 坡顶有静载 坡顶有动载 中密的砂土 11.00 1：1.251：1.50中密的碎石类土(充填物为砂土) 1：0.751：1.001：1.25硬塑的粉土 1：0.671：0.751：1.00中密的碎石类土(充填物为粘性土) 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) 1：1.00-60 永久性挖方边坡坡度应按设计要求放坡。临时性挖方的边坡值应符合表1.5的规定。 表1.5 临时性挖方边坡值 土的类别 边坡值(高

28、宽) 砂土(不包括细砂、粉砂) 11.2511.50 一般性粘土 硬 10.7511 .00硬、塑 11.0011.25 软 11.50或更缓 碎石类土 充填坚硬、硬塑粘性土 10.5011.00 充填砂土 11.0011.50 61（二） 土壁支撑 在基坑或沟槽开挖时，为了缩小施工面，减少土方量或受场地条件的限制不能放坡时，可设置土壁支撑的方法施工。 土壁支撑形式应根据开挖深度和宽度、土质和地下水条件以及开挖方法、相邻建筑物等情况进行选择和设计。 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。 根据挡土板放置方式不同，分为水平挡土板和垂直挡土板两类（见图

29、1.14）。 62图 1-14 横撑式支撑63 为了保持基坑干燥，防止由于水浸泡发生边坡塌方和地基承载力下降，必须做好基坑的排水、降水工作，常采用的措施是明沟排水法和井点降水法。三、降低地下水位 （一） 明沟排水法 明沟排水法是一种设备简单、应用普遍的人工降低水位的方法。64 施工方法是，开挖基坑或沟槽过程中，遇到地下水或地表水时，在基础范围以外地下水流的上游，沿坑底的周围开挖排水沟，设置集水井，使水经排水沟流入井内，然后用水泵抽出坑外(见图1.15)。1排水沟的设置 排水沟底宽应不少于0.5m*0.5m ，沟底设有0.10.2的纵坡， 在开挖阶段，排水沟深度应始终保持比挖土面低0.40.5m

30、。2.集水井的设置 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、基坑平面形状及水泵能力确定，一般为2040m。 65 图1-15 集水井降水 1-排水沟 2-集水井 3-水泵66 明沟排水法适用于水流较大的粗粒土层的排水、降水，也可用于渗水量较小的粘性土层降水，但不适宜于细砂土和粉砂土层，因为地下水渗出会带走细粒而发生流砂现象。 673.流砂产生及防止 （1）现象 当开挖深度大、地下水位较高而土质为细砂或粉砂时，如果采用集水井法降水开挖，当挖至地下水位以下时，坑底下面的土会形成流动状态，随地下水涌入基坑，这种现象称为流砂。 68图116 动水压力原理图 (a) 水在土中渗流的力学现

31、象；(b) 动水压力对地基土的影响 l、2土颗粒（a）（b）1TLFWh1F-Wh2F+TLF0 动水压力GD 地下水在渗流过程中受到土颗粒的阻力，使水流对土颗粒产生的一种压力。其大小与水力坡度成正比，方向同渗流方向。 GD-T=Iw =(h/L) w 。水位差越大，动水压力越大，而渗透路程越长，动水压力越小。69 （2）原因 当基坑底挖至地下水位以下时，坑底的土就受到动水压力的作用。如果动水压力等于或大于土的浸水重度(GD )时，土粒失去自重处于悬浮状态，能随着渗流的水一起流动，带入基坑边发生流砂现象。（3）危害 发生流砂现象时，土完全丧失承载能力，使施工条件恶化，难以达到开挖设计深度。严重

32、时会造成边坡塌方及附近建筑物下降、倾斜、倒塌等。总之，流砂现象对土方施工和附近建筑物有很大危害。70（4）易产生流砂的土1）土的颗粒组成中，黏粒含量小于10%，粉粒（颗粒为0.005-0.05mm）含量大于75%。2）颗粒级配中，土的不均匀系数小于5；3）土的天然孔隙比大于0。75；4）土的天然含水量大于30% 因此主要发生在细砂、粉砂及粉土。71（5）流砂的防治办法 1）流砂的防治原则：治流砂必治水。 2）主要途径有：消除、减少或平衡流动水压力。 3）主要方法有： 抢挖法、打板桩法、水下挖土法、人工降低地下水位法、地下连续墙。其中：减小动水压力(打板桩等增加L)； 平衡动水压力(水下挖土法、

33、抛石块、泥浆护壁)；改变动水压力的方向(人工降低地下水位法)。72（二）人工降低地下水位法原理 基坑开挖前，在基坑四周预先埋设一定数量的滤水管(井)，在基坑开挖前和开挖过程中，利用抽水设备不断抽出地下水，使地下水位降到坑底以下，直至土方和基础工程施工结束为止。 分类 有两类：一类为轻型井点(包括电渗井点与喷射井点)；另一类为管井点(深井泵)。 选用 根据土的渗透系数、降低水位的深度、工程特点、设备及经济技术比较等具体条件参照表1.6。 73表1.6 降水类型及适用条件 适合条件降水类型渗透系数(cm/s) 可能降低的水位深度(m) 轻型井点多级轻型井点 10-210-5 36612喷射井点 1

34、0-310-6 820 电渗井点 10-6 宜配合其他形式降水使用 深井井管 10-5 10 74 1.轻型井点 轻型井点(图1.17)就是沿基坑周围或一侧以一定间距将井点管(下端为滤管)埋入蓄水层内，井点管上部与总管连接，利用抽水设备将地下水经滤管进入井管，经总管不断抽出，从而将地下水位降至坑底以下。 轻型井点法适用于土壤的渗透系数为0.150m/d的土层中；降低水位深度：一级轻型井点36m，二级井点可达69m。 7576（1）轻型井点设备由管路系统和抽水设备组成。管路系统包括滤管、井点管、弯联管及总管等。 滤管（图1.18）为进水设备，其构造是否合理对抽水设备影响很大。 图1-18 滤管构

35、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 77井点管 38、51，长57m（常用6m），无缝钢管，丝扣 连滤管；上端用弯联管与总管相连。滤管 38、51，长11.2m，开孔12，开孔率2025，包滤网； 总管 内100127无缝钢管，每节4m，每隔0.8或1.2m有一短接口；弯连管 使用透明塑料管、胶管或钢管，宜有阀门；抽水设备 由真空泵、离心泵和水气分离器等组成。 一套抽水设备的负荷长度（即集水总管长度），采用大于W5型时，不大于100m；采用W6型时，不大于200m；78（2）轻型井点的布置 根据基坑平面形状与大小、土质、地下水位高低与

36、流向、降水深度要求等确定。 1）平面布置 当基坑或沟槽宽度小于6m，水位降低深度不超过5m时， 可用单排线状井点布置在地下水流的上游一侧，两端延伸长度一般不小于沟槽宽度（图1.19）。 79 如宽度大于6m或土质不定，渗透系数较大时，宜用双排井点。 面积较大的基坑宜用环状井点（图1.20）；为便于挖土机械和运输车辆出入基坑，可不封闭，布置为U形环状井点。 802）高程布置 在考虑到抽水设备的水头损失以后，井点降水深度一般不超过6m。井点管的埋设深度H(不包括滤管)按下式计算(图1.19(b)： 式中 H1井点管埋设面至基坑底的距离，m； h基坑中心处坑底面(单排井点时，为远离井点一侧坑底边缘)

37、至降低后地下水位的距离，一般为0.51.0m； i地下水降落坡度；环状井点为1/10，单排线状井点为1/4； L井点管至基坑中心的水平距离(单排井点中为井点管至基坑另一侧的水平距离)，m。 （1.18）81 当一级井点系统达不到降水深度时，可采用二级井点，即先挖去第一级井点所疏干的土，然后在基坑底部装设第二级井点，使降水深度增加（图1.21）。 82（3）轻型井点的计算 包括涌水量计算、井点管数量与井距确定、抽水设备的选用。1）计算涌水量Q：（环状井点系统）判断井型 （见图1-22所示）按照滤管与不透水层的关系：完整井到不透水层 非完整井未到不透水层.按照是否承压水层：承压井或无压井 83图1

38、-22 水井的分类84无压完整井群井井点计算（积分解） 图1-23 环形井点涌水量计算简图 (a)无压完整井；(b)无压非完整井 85 (m3/d)K土层渗透系数(m/d)；H含水层厚度(m)；S水位降低值(m)；R抽水影响半径(m)， X0环状井点系统的假想半径(m)；当长宽比A/B5时， ，否则分块计算涌水量再累加。F井点系统所包围的面积。86无压非完整井群井系统涌水量计算(近似解) 以有效影响深度H0代替含水层厚度H用上式计算Q。 H0的确定方法：注：表中S为井管内水位降低深度；l为滤管长度。1、当H0值超过H时，取H0H；2、计算R时，也应以H0代入。87承压完整井环形井点涌水量计算公

39、式为式中 M承压含水层厚度(m)；K、R、x0、S与无压完整井相同。 882） 确定井管的数量与间距a单井出水量： d、l滤管直径、长度(m)；b最少井点数：n1.1Q / q (根)1.1备用系数。c最大井距：DL总管 / n (m)；d确定井距： 15d井距DD，且符合总管的接头间距。 e确定井点数：nL总管/ D893） 抽水设备的选择：按总管长度选用。 当总管长度不大于100m时可采用大于W5型时；总管长度不大于200m ，采用W6型。4） 轻型井点的安装 根据降水方案放线挖管沟布设总管冲孔下井点管埋砂滤层粘土封口弯联管连接井点管与总管安装抽水设备试抽。 井点管的埋设一般用水冲法施工，

40、分为冲孔（图1.24(a)）和埋管（图1.24(b)）两个过程 。90 图124 井点管的埋设(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）915）轻型井点使用 轻型井点运行后，应保证连续不断地抽水。正常的出水规律是“先大后小、先浑后清”。 井点淤塞，一般可以通过听管内水流声响、手摸管壁感到有振动、手触摸管壁有冬暖夏凉的感觉等简便方法检查。 地下基础工程（或构筑物）竣工并进行回填土后，停机拆除井点排水设备。 92轻型井点系统降水设计实例 某基坑底宽12m，长16m。地面标高为-0.3

41、m，基坑底标高-4.8m。挖土边坡1：0.5，基坑剖面图如下图所示。地质资料表明，在天然地面以下1m为粘土层，其下有8m厚的砂砾层（渗透系数K=12m/d），再下面为不透水的粘土层。地下水位在地面以下1.5m。现决定采用轻型井点降低地下水位，试进行井点系统设计。9394951）井点系统布置：总管埋设在地面下0.5m处（标高-0.8m），此时基坑开挖深度为4m。基坑上口的尺寸（12+40.52）（16+40.52）=1620m，井点管布置在距基坑边1m，则井点管所围成的平面面积为F=1822，总管长度L=（18+22）2=80m。由于基坑长宽比小于5，且基坑宽度小于2倍抽水影响半径R，故按环状井

42、点布置。基坑中心的降水深度为： S=4.8-1.8+0.5=3.5m 井点管的要求埋设深度H为：96 采用长6m ，直径38mm的井点管，井点管外露0.2m，则井点管买入土中的实际深度为6.0-0.2=5.8m，大于要求埋设深度，故高层布置符合要求。2）基坑涌水量计算： 取滤水管长度l=1m，则井点管及滤管总长为7m，滤管底部距不透水层为9.3-（5.8+1+0.8）=1.7m，故按无压非完整井环形井点系统计算，其涌水量S=5.8+0.8-1.8=4.8m有效抽水影响深度H0计算，由表1-8得由于实际含水层厚度H=9.3-1.8=7.5m。故取H0=H=7.5m97抽水影响半径R：基坑假想圆半

43、径涌水量：983）计算井点管数量级井距：单根井点管涌水量（选井点管直径为38mm）：井点管数量：取54根井距：取井距为1.4 m，井点管实际总根数为57根。99 4）选择抽水设备 抽水设备所带动的总管长度为80m，小于100m，故选用W5型干式真空泵。（二）喷射井点 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820 m，可用于渗透系数为0.12.0 md的砂土、淤泥质土层。 1）分为喷射井点和喷气井点两种。其设备主要由喷射井点、高压水泵和管路系统组成。 100 2） 喷射井点的平面布置 基坑宽度小于10m，井点可作单排布置；大于10m时，可作双排布置；基坑面积较大时

44、，宜采用环形布置，井点间距一般采用2-3m。 3）喷射井点施工顺序 安装水泵设备及泵的进出水管路；铺设进水总管和回水总管；沉设井点管(包括灌填砂滤料)，接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，全面试抽，检查整个降水系统的运转状况及降水效果。 常用喷射井点管的规格直径为：38、50、63、100、150mm。101（三）深井井点 深井井点降水是将抽水设备放置在深井中进行抽水来达到降低地下水位的目的。适用于抽水量大、降水较深的砂类土层，降水深度可达50m以内。 1）管井井点的设备 主要是由管井和水泵组成。 102 图1-25 管井井点 (a)钢管管井；(b)混凝土

45、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）1032）深井井点施工程序 井位放样 做井口 安护筒 钻孔就位 钻孔 回填井底砂垫层 吊放井管 回填管壁与孔壁的过滤层 安装抽水控制电路 试抽 降水井正常 工作3）降水对周围建筑的影响 会产生较大的地面沉降 四周土层的自重应力变化不一而导致不均匀沉降，使周围建筑物基础下沉或房屋开裂。4）防治措施： 在降水区域和原有建筑物之间的土层中设置一道固体抗渗屏幕外，还可用回灌井点补充地下水的办法来保持地下水位。 104图126 回灌井点布

46、置示意图（a）降水与回灌井点；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105 人工开挖只适用于小型基坑（槽）、管沟及土方量少的场所。大量土方一般均应采用机械化施工。一、 常用土方施工机械 （一） 推土机 按行走的方式，可分为履带式推土机和轮胎式推土机。1. 特点 推土机操作灵活，运转方便，所需工作面较小、行驶速度快、易于转移，能爬30左右的缓坡，因此应用较广。2. 应用 多用于场地清理和平整、开挖深度1.5m以内的基坑，填平沟坑，以及配合铲运机、挖土机工作。是一种自行式的挖土、运土工具。经济运距在l0

47、0m以内，效率最高为60m。可推挖一三类土。1.4 土方机械化施工1063.提高生产效率的措施：1）下坡推土法 方法：在斜坡上，推土机顺下坡方向切土与堆运，借助于机械 本身向下的重力作用切土，增大切土深度和运间，可提高生产率30%-40%，但坡度不宜超过15度。 适用：半挖半填地区推土丘、回填沟、渠时使用。 图127 下坡推土法107图128 并列推土法2）平列推土 方法：平整较大面积场地时，可采用2-3台推土机并列作业（1530cm），以减少土体漏失量，提高效率20%。 适用：大面积场地平整及运送土用。1083）多刀送土 方法：在硬质土中，切土深度不大，将土先积聚在一个或数个中间点，然后再整

48、批推送到卸土区，使铲刀前保持满载。 适用：适于运送距离较远，而土质又比较坚硬，或长距离分段送土时采用。 堆积距离不宜大于30m，堆土高度以2m内为宜（提高效率12%18%）109图129 槽形推土法4）槽形推土 方法：推土机重复多次在一条作业线上切土和推土，使地面逐渐形成一条浅槽，再反复在沟槽中进行推土，以减少土从铲刀两侧漏散，可增加10%-30%的推土量。槽的深度以1m左右为宜，槽与槽之间的土坑宽约50cm。 适用：推土层较厚，运距较远的情况。110（二） 铲运机 按行走方式分为牵引式铲运机和自行式铲运机；按铲斗操纵系统分，有液压操纵和机械操纵两种。1.特点 能综合完成挖土、运土、平土、或填

49、土等全部土方施工工序。对行驶道路要求较低；操纵灵活、运转方便，生产率高。2.应用 土方工程中常应用用于大面积场地平整，开挖大基坑、沟槽以及填筑路基、堤坝等工程。适宜于铲运含水量不大于27%的松土和普通土，三、四类土宜用助铲或松土机配合将土翻松。 自行式铲运机的经济运距以800-1500m为宜。拖式铲运机的运距以600m为宜，200-300m时效率最高。111（a）自形式铲运机图130 铲运机（b）拖式铲运机1123.铲运机的运行路线：一般有环形路线和“8”字形路线两种形式。（1）环形路线1）小环形开行路线（一个循环只完成一次铲土和卸土） 适于长100m内填土高15m内的路堤、路堑及基坑开挖、

50、场地平整等工程采用。(a、b) 2）大环行开行路线（一个循环完成多次铲土和卸土） 适于工作面很短（50-100m）和填不高(0.1-1.5m)的路 堤、路堑、基坑以及场地平整等工程采用。(c) （2）“8”字形开行路线（一个循环完成两次铲土和卸土） 适于开挖管沟、沟边卸土或土坑较长（300-500m）的侧 向取土、填筑路基以及场地平整等工程采用。(d)113图131 铲运机开行路线（a）、（b）环形路线；（c）大环形路线；（d）8字路线（c）（d）1144.提高铲运机的生产效率：1）下坡铲土：适于斜坡地形大面积场地平整或推土回填沟渠用。2）跨铲法：较坚硬的土铲土回填或场地平整。土埂高度不大于3

51、00mm。宽度以不大于铲土机两履带间净距为宜。3）推土机推土助铲：地势平坦、土质坚硬、宽度大、长度长的大型场地平整。（铲土机+推土机）图132 助铲法示意图1铲运机；2推土机115（三） 单斗挖土机 单斗挖土机按其操纵机构的不同，可分为机械式和液压式两类。 单斗挖土机按工作装置不同，可分为正铲、反铲、拉铲和抓铲四种（图1.33）。 按行走装置的不同分为履带式和轮胎式两类。116图1-33 单斗挖土机工作简图（a）正铲挖土机；（b）反铲挖土机；（c）拉铲挖土机；（d）抓铲挖土机1171. 正铲挖土机 （1）工作特点 是“向前向上，强制切土”，挖掘力大，生产效率高；（2)应用 适用于开挖停机面以上

52、的一至三类土，且与自卸汽车配合完成整个挖掘运输作业；可以挖掘大型干燥基坑和土丘等。 （3）开挖方式 根据开挖路线与运输车辆的相对位置的不同，挖土和卸土的方式有以下两种(图1.34) ：1）正向挖土，侧向卸土：工作面较小，深度不大的边坡、基坑（槽）、沟渠和路重等。2）正向挖土，反向卸土：工作面较小且较深的基坑。118 图1-34 正铲挖土机开挖方式(a)正向挖土侧向卸土；(b)正向挖土后方卸土 l一正铲挖土机；2一自卸汽车1192. 反铲挖土机 （1）工作特点 “后退向下，强制切土”（2）应用 用于开挖停机面以下的一至三类土，适用于挖掘深度不大于4m的基坑、基槽、管沟，有地下水的土或泥泞土（3）

53、开挖方式(图1.35) 。 1）沟端开挖：反铲挖土机停在沟端，向后退着挖土。 2）沟侧开挖：挖土机在沟槽一侧挖土，挖土机移动方向与挖土方向垂直。120图135 反铲挖土机开挖方式（a）沟端开挖；（b）沟侧开挖1反铲挖土机；2自卸汽车；3弃土堆 31213.拉铲挖土机 （图1-36）（1）特点 “后退向下，自重切土”（2）应用 可以开挖停机面以下的一、二类。可以开挖大而深的 基坑或水下挖土。 （3）开挖方式 与反铲相似，可沟端开挖，也可沟侧开挖。122图136 拉铲挖土机的工作尺寸1234.抓铲挖土机 （图1-37）（1）特点 “直上直下、自重切土” （2）应用 挖掘力小，适用于开挖停机面以下的

54、一、二类土，如窄而深的基坑、疏通旧有渠道以及挖取水中淤泥等，或用于装卸碎石、矿渣等松散材料。124图1-37 抓铲挖土机工作示意(a)抓铲开挖柱基基坑；(b)抓铲斗工作示意 （a）（b）125二、土方机械的选择及配套计算（一）土方机械的选择1.依据 基础形式、工程规模、开挖深度、地质、地下水情况、土方量、运距、现场和机具设备条件、工期要求以及土方机械的特点等。2.要求合理选择挖方机械，以充分发挥机械效率，节省机械费用，加速工程进度。3.要点（1）当地形起伏不大，坡度在20以内，挖填平整土方的面积较大，土的含水量适当，平均运距短时（一般在1km以内），采用铲运机较为合适。（地形起伏不大，运距1k

55、m ）126（ 2）地形起伏较大的丘陵地带，一般挖土高度在3m以上，运距超过1m，工程量较大且集中。（地形起伏较大，运距1km） 可采用：正铲配合自卸汽车；推土机配合汽车；推土机、装载机配合汽车。（3）开挖基坑时可根据下述原则选择机械：（含水量、运距、深度） 1）含水量较小，结合运距长短、挖掘深浅，分别采用推土机、铲运机或正铲挖土机配合自卸汽车施工。 2）地下水位较高，又不采用降水措施，或土质松软，可能造成正铲挖土机和铲运机陷车时，则采用反铲、拉铲或抓铲配合自卸汽车。127（二）挖土机械配套计算挖土机数量确定 （台） 式中 Q土方量（m3）； P挖土机生产率（m3台班） ，可查定额手册 T工期

56、（工作日）； C每天工作班数； K时间利用系数（0.80.9）。128 （m3台班） t挖土机每次作业循环延续时间（s），W1100正铲挖土机为2540s，W1100拉铲挖土机为4560s； q挖土机斗容量（m3）；Kc土的充盈系数，可取0.81.1；Ks土的最初可松性系数；KB工作时间利用系数，一般为0.70.9。129 填筑前准备工作： 在土方填筑前，应清除基底上的垃圾、树根等杂物，抽除坑穴中的水、淤泥。 坡度陡于1/5时，应将基底挖成12阶梯形，阶梯宽不小于1m。一、填筑的要求1.土料要求 填土的土料应符合设计要求。碎石类土砂土和爆破石碴，可用作表层以下的填料；含水量符合压实要求的粘性土

57、，可用作各层填料； 含水量大的粘土、含有大量有机质的土、含水溶性硫酸盐大于5%的土、以及淤泥、冻土、膨胀土等均不应作为填方土料； 1.5 土方填筑与压实1302.应分层回填压实。 填土应分层进行，并尽量采用同类土填筑。 如采用不同土填筑时，应将透水性较大的土层置于透水性较小的土层之下，不能将各种土混杂在一起使用，以免填方内形成水囊。 注意事项：填土应预留一定的下沉量；房心土回填应在相对两侧或四周同时进行回填夯实；回填管沟应用人工在管子周围填土夯实，并应从管子两边同时进行，直至管顶0.5m以上，在确保无损管道的情况下方可机械回填夯实。131二 土的压实方法 填土的压实方法一般有碾压、夯实、振动压

58、实等几种。 1.碾压法（图1-38）（1）原理：利用机械滚轮的压力压实土壤，使之达到所需的密实度。（2）应用：适用于大面积填土工程。（3）分类：碾压机械有光面碾(压路机)、羊足碾、汽胎碾。 1）光面碾：适用于碾压粘性和非粘性土。 2）羊足碾：一般羊足碾适用于压实中等深度的粉质粘土、粉土、黄土等粘性土。行驶速度控制在3km/h。 132图1-38 碾压机械(d)自行式平碾；(6)拖式羊脚碾1332.夯实方法（1）原理 利用夯锤自由下落的冲击力来夯实土壤。（2）应用 适用于小面积填土的压实。夯实砂性土、湿陷性黄土、杂填土以及含有石块的填土。（3）分类 人工夯实和机械夯实（夯锤、内燃夯土机和蛙式打夯

59、机）134 图1-39 蛙式打夯机1夯头；2夯架；3三角皮带；4托盘1353.振动压实法（1）原理 振动压实法是将振动压实机放在土层表面，借助机械使压实机械振动，土颗粒在振动力的作用下发生相对位移达到紧密状态。（2）应用 适用于振实非粘性土。 （大面积）136 图1-40 平板振动机137三、填土压实的影响因素 填土压实的主要影响因素为压实功、土的含水量以及每层铺土厚度。 1.压实功的影响 填土压实后的密度与压实机械在其上所施加功有一定的关系，见图1.41。 图1-41 土的密度与压实功的关系示意图1382.含水量的影响 填土含水量的大小直接影响碾压（或夯实）遍数和质量。 较为干燥的土，由于摩

60、阻力较大，而不易压实；当土具有适当含水量时，土的颗粒之间因水的润滑作用使摩阻力减小，在同样压实功作用下，得到最大的密实度，这时土的含水量称做最佳含水量(图1.42)。 各种土的最佳含水量和最大干密度见表1.7所示。 139图1-42 土的干密度与含水量关系140表1.7 土的最佳含水量和最大干密度参考表 项次 土的种类 变动范围 最佳含水量(%)(质量比) 最大干密度(g/cm3) 1砂土 812 1.801.88 2粘土 19231.581.70 3粉质粘土1215 1.851.95 4粉土 1622 1.611.80 1413.铺土厚度的影响 在压实功作用下，土中的应力随深度增加而逐渐减小