施工技术课件

第1章土方工程1.1概述

土方工程包括土的开挖、运输和填筑等主要施工过程，有时还要进行放坡、排水、降水、土壁支撑等辅助准备工作。在建造工程中，最常见的土方工程有：场地平整、基坑（槽）开挖、地坪填土、路基填筑及基坑回填土等。

土方工程施工往往具有工程量大、劳动繁重和施工条件复杂等特点；土方工程施工又受气候、水文、地质、地下障碍等因素的影响较大，不可确定的因素也较多，有时施工条件极为复杂。

土的工程分类土的分类繁多，其分类法也很多，如按土的沉积年代、颗粒级配、密实度、液性指数分类等。在土木工程施工中，按土的开挖难易程度将土分为八类八大类：松软土、普通土、坚土、砂砾坚土、软石、次坚石、坚石、特坚石。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必须掌握的基本资料。土的主要工程性质有：土的可松性、渗透性、密实度、抗剪强度、土压力等。

⑴土具有可松性即自然状态下的土，经过开挖后，其体积因松散而增大，以后虽经回填压实，仍不能恢复。土的可松性程度用可松性系数表示，即

⑵土的渗透性是指土体被水透过的性质。土体孔隙中的自由水在重力作用下会发生流动，当基坑开挖至地下水位以下，地下水在土中渗透时受到土颗粒的阻力，其大小与土的渗透性及地下水渗流路线长短关。

—最初可松性系数—最后可松性系数土的渗透性：指水流通过土中孔隙的难易程度。LΔh当水力坡度

时，地下水在土中渗流的速度，称渗透系数K。⑵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）

。土方量的计算基坑、基槽土方量的计算

土方量可按拟柱体积的公式算：

式中V——土方工程量，H，F1，F2如下图所示。

F1、F2分别为基坑的上下底面积，F0为中截面面积，

a）基坑土方量计算；b）基槽、土方量计算场地平整土方量按挖填方平衡原则确定场地设计标高1．初步确定场地设计标高H0：⑴测绘出场地的地形图；⑷按挖填方平衡原则确定H0。⑶实测或根据相邻等高线，用插入法求出各方格角点的地面标高；aaaaaaH22H12H11H21⑵将场区划分成方格网；2．场地设计标高的调整：3．最后确定场地各方格角点的设计标高（Hn）：⑴当设计对泄水坡度有规定时，按设计要求进行；⑵当设计无要求时，取泄水坡度i≥2‰；⑶排水方向取顺自然地面方向。(b)双向泄水(a)单向泄水场地平整土方量计算1．计算场地各方格角点的施工高度：“＋”为填方；“－”为挖方。2．确定零线：3．计算每一方格的挖填方工程量：编号施工高度地面标高设计标高A0Bh2h1xa⑴方格四个角点全部为挖（填）方时：⑵两个角点挖、两个角点为填时与方格三个角点为挖、另一个角点为填时：土方调配目的调配区的划分、平均运距和土方施工单价线性规划、表上作业法土方调配图土方边坡及其稳定：m=B/H，m——坡度系数m的物理意义：当基坑深为1米时，边坡宽度的大小。边坡可以做成：直线形、折线形、踏步形。1.边坡坡度图BH影响边坡系数m大小的因素：⑴土质；⑵挖土深度；⑶施工期间边坡上的荷载；⑷土的含水率及排水情况；⑸边坡的留置时间。边坡稳定计算：⑴条分法；⑵摩擦圆法；⑶解析法；⑷有限元；⑸边界元。*土含水量增加，对边坡稳定的影响：土含水量增加，将增大土的自重，从而使剪应力增加；土含水量增加，土颗粒间粘结力减小，土的抗剪强度降低。土壁支护：三种类型：加固型支护、支挡型支护、混合型支护。1.加固型支护：是对基坑边坡滑动棱体范围及其附近土体进行加固，改善其物理力学性能，使其成为具有一定强度和稳定性的土体结构，从而保证土体结构，并兼有抗渗作用。按施工方法分：◆

深层搅拌水泥土桩墙支护；

◆

高压喷射旋喷桩支护。

2.支挡型支护：是利用设置在基坑土壁上的支挡构件承受土壁的侧压力及其他荷载，保持土体结构的稳定。按施工方法分：

土钉支护（土钉墙）；

土层锚杆支护；

排桩式支护；

板桩支护；

钢木支撑。*若按受力状态分：横撑式支撑、板桩式支护结构（悬臂式、支撑式）、重力式支护结构。重力式水泥土墙：水泥土墙是通过搅拌桩机将水泥与土进行搅拌，形成柱状的水泥加固土（搅拌桩），而构成重力式支护结构。重力式水泥土墙支护结构的设计包括：①整体稳定；②抗倾覆稳定；③抗滑移稳定；④位移；⑤其他：验算抗渗、墙体应力、地基强度。1．板桩设计的五要素：板桩工程事故失败的主要原因：●

入土深度不够，在土压力的作用下，板桩的入土部分走动而出现坑壁滑坡；●

板桩本身刚度不够，在土压力作用下失稳弯曲；●

支撑或拉锚的强度不够；●

拉锚长度不足，锚碇失去作用而使土体滑动；

●

板桩位移过大，造成周边环境的破坏。★

入土深度；★

截面弯矩；★

支点反力；★

拉锚长度；★

板桩位移。降水方法：集水坑降水法、井点降水法。1．集水坑降水法：是在基坑开挖过程中，沿坑底周围或中央开挖有一定坡度的排水沟，在坑底每隔一定距离设一个集水坑，地下水通过排水沟流入集水坑中，然后用水泵抽走。适用范围：面积较小、土质较好、粗颗粒土层或粘性土层、降水深度不大的基坑（槽）开挖工程。⑴集水坑的设置：⑵抽水设备：离心泵、潜水泵、软轴水泵。⑶流砂的产生与防治：①产生的原因：内因、外因②防治原理：◆

截断水流；◆

减小动水压力，增大渗流路径。

Q

F

GDρh1Fρh2Fh1Lh2TLF◆

改变动水压力方向；5.水下开挖2．井点降水法：3．轻型井点：⑴轻型井点设备：管路系统：滤管、井点管、弯联管、总管。抽水设备：真空泵、射流泵、隔膜泵。井点类型K(m/d)H(m)轻型井点0.1~503~6（6~12）喷射井点0.1~28~20电渗井点＜0.1管井井点20~2003~5深井井点10~250＞15⑵轻型井点布置：①平面布置：单排线状布置：B6,H5双排线状布置；环状布置。②高程布置：L②高程布置：

HA≤Hmax抽水设备最大抽吸高度式中：HA——井点管的埋设深度（m）；

H1——井点管埋设面至基坑底面的距离；

h1——基坑底面至降低后的地下水位的距离；取0.5~1m。

I——水力坡度：单排：1/4-1/5；双排：1/7；环形：1/10

L——井点管至基坑中心的水平距离。（当井点管为单排布置时，为井点管至对边坡脚的水平距离）最小降水深度S：基坑中心的降水深度⑶轻型井点系统涌水量计算：①轻型井点系统的类型：无压完整井、无压非完整井；承压完整井、承压非完整井。式中：Q——涌水量（m3/d）；

K——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——假想半径（m）；F——井点管包围的面积（m2）。适用条件：①矩形基坑的长宽比≤5；②基坑宽度≤2R。无压完整井涌水量计算：②涌水量计算：无压非完整井涌水量计算：H0——抽水影响深度（m）。H0的取值：H00.80.50.30.2承压完整井涌水量：M——承压含水层厚度。承压水位不透水层含水层不透水层hsHMR②间距：与接头尺寸相适应⑷井点管的数量及间距：①数量：

式中：q——单根井点管的最大出水量（m3/d）；

d——滤管直径（m）；

l——滤管长度（m）；轻型井点系统的安装

轻型井点系统的安装程序是，先排放总管，再埋设井点管，用弯联管将井管与总管联接，然后安装抽水设备。井管的埋设一般用水冲法进行。分为冲孔、埋管与封口三个施工过程。轻型井点使用的缺点及解决方式（二）喷射井点当开挖的基坑（槽）深度较大，且地下水位较高时，若布置一层轻型井点则不能满足降水深度要求，如采用多层轻型井点布置，则在技术经济上又不合理，因此，当降水深度超过6ｍ，土层渗透系数为0.1~2.0ｍ／ｄ的弱水层时，可采用喷射井点，降水深度可达20ｍ。喷射井点的平面布置：当基坑宽度小于10m时，井点可做单排布置；当大于10m时，可做双排布置；当基坑面积较大时，宜采用环形布置[图1-20（c）]，井点间距一般取2~3m。涌水量计算与井管的埋设，与一般轻型井点相同。

（三）电渗井点

在深基坑施工中，有时会遇到渗透系数小于0.1m/d的土质，这类土含水量大，压缩生高，稳定性差。由于土粒间微小孔隙的毛细管作用，将水保持在孔隙内，单靠用真空吸力的降水方法效果已不大，此时，常用采电渗井点降水。

在饱和黏土中插入两根电极，通入直流电时，黏土粒即能沿电力线向阳极移动，称为电泳；而水分子则向阴极移动称为电渗。电渗井点就是运用上述电渗现象，将一般轻型井点或喷射井点的井管作为阴极，并在其内侧相距约1.2m处增设对应的垂直阳电极。阳极可用钢筋或其他金属材料插入，通电后土层中的水分子即能迅速渗至井管周围，便于抽出排水

（四）管井井点与深井井点在土的渗透系数（20-200m/d），地下水含量的土层中降水，宜采用管井或深井井点。管井井点就是在基坑四周每隔10~50m钻孔成井，然后放入钢管或钢筋混凝土管，其底部设置一段滤水管，每个井管用一台水泵不断抽水，以使水位降低。深井井点与管井井点基本相同，只是井较深，井内用深井泵抽水。深井泵的扬程可达100m，故当要求降水深度很大，采用管井井点已不能满足要求时，则用深井井点。

1.4土方填筑与压实1.4.1土料的选择和填筑方法1．土料的选择：⑴碎石类土、砂土、爆破石渣，可作表层以下的填料；⑵含水量符合压实要求的粘性土，可作各层填料。不能选用的几种土：▲含水量大的土；▲淤泥、冻土、膨胀性土及有机物含量＞8%的土；▲硫酸盐含量＞5%的土。▲在道路工程中，粘性土不是理想的路基填料。2．填筑方法：▲接近水平的分层填土、分层压实；▲采用两种回填土时，应分层填筑，不得混杂使用。1.4.2填土压实的方法：碾压法——大面积填筑工程。滚轮压力。压路机、平碾、羊足碾……夯实法——小面积填筑工程。冲击力。蛙式夯、柴油夯、人工夯……振动压实法——非粘性土填筑。颗粒失重、排列填充。振动夯、平板振捣器1.4.3影响填土压实质量的因素

土的含水量、铺土厚度、压实功。1．土的含水量：最优含水量：使填土压实获得最大密实度时的含水量。2．铺土厚度：填方每层铺土厚度应根据土质、压实的密实度要求和压实机械的性能确定。一般H取：200mm~300mm。3．压实功：不同机械有效影响深度不同。ρw0——小则不粘结、摩阻大，大则橡皮土；应为最优含水量zσ压实机械每层铺土厚度（mm）压实遍数平碾250~3006~8振动压实机250~3503~4柴油打夯机200~2503~4人工打夯＜

2003~4ρW(N·m)0压实遍数1.4.4填土压实的质量检查1．质量要求：压实系数（λc）：是土的施工控制干密度和土的最大干密度的比值。P42表1-23填土压实系数2．检查方法：采用“环刀法”按规定取样。（一般场地平整0.9，填土作地基0.93~0.96）土的最优含水量和最大干密度参考表项次土的种类变动范围最优含水量（%）（质量比）最大干密度（103kg/m3）1砂土8~121.80~1.882粘土19~231.58~1.703粉质粘土12~151.85~1.954粉土16~221.61~1.801.5土方工程机械化施工

一、推土机推土机适于推挖一至三类土。用于平整场地，移挖作填，回填土方，堆筑堤坝以及配合挖土机集中土方、修路开道等。推土机的作业效率与运距有很大关系，下表为直铲作业时的经济运距。

行走装置机

型经济运距（m）备

注履带式大

型中

型小

型50~l00（最远l50）60~100（最远120）＜50上坡用小值下坡用大值轮胎式

50~80（最远150）

推土机

为提高推土机的生产率，可采用以下几种施工方法。（1）下坡推土。在不大于15°的斜坡上，推土机顺坡．向下切土、推运，借助机械本身的重力作用，增大切土深度，缩短铲土时间，可提高生产率30％左右。（2）并列推土。平整大面积的场地时，为了增大铲刀前土壤的体积，一般采用２台推土机并列推土，如图1－32所示。这样可以减少土的散失，提高生产率，并可增大推土量15％～30％。两台推土机刀片间距保持30～50cm，平均运距不宜超过50～75ｍ，不宜小于20ｍ。（3）槽子推土。如图1－32所示，利用已推过的土槽再次推土，可以减少铲刀前土的散失。当土槽推到一定程度，再推土埂。一般推土量可提高10％～30％。这种方法适宜于挖土层较厚、运距较远的工程。（4）分批集中，一次推送。当推运距离较远且土质又较坚硬时，由于铲刀切土深度较小，可将铲起的少量土先集中在几个中间地点，再一次推送，以便在铲刀前保持满载，有效地利用推土机的功率，缩短推运时间。（5）附加侧板。在铲刀两侧设置挡土板，增加铲刀前土的体积，以减少土的散失，提高生产率。

二、铲运机铲运机是一种能综合完成挖、装、运、填的机械，对行驶道路要求较低，操纵灵活，生产率较高。按行走机构可将铲运机分为拖拉机式铲运机（图1－34）和自行式铲运机两种（图1－35）；按铲斗操纵方式，又可将铲运机分为钢索式和液压式两种。铲运机铲运机１．铲运机的开行路线铲运机由挖至卸运行的循环路线称为开行路线。开行路线合理与否，将直接影响生产效率，所以要预先根据挖填方区的分布合理地组织。开行路线一般有以下两种形式：（1）环形路线。（2）８字形路线。2．提高铲运机生产率的措施（1）下坡铲土。借助机械本身自重的作用，来加大切土深度和缩短铲土时间。但纵坡不得超过25°，横坡不得超过6°；铲运机不能在陡坡上急转弯，以免翻车。（2）推土机助铲。在较硬的土层中用推土机在铲斗后助推，可加大铲刀切削力、切土深度和铲土速度。推土机在助铲的空隙时间可兼做松土或平整工作，为铲运机创造工作条件。（3）双联铲运法。当拖拉式铲运机的牵引力有富裕时，可在拖拉机后面串联两个铲斗进行双联铲运。如果土质较硬，可用双联单铲操作，即先将一个土斗铲满，再铲第二个土斗；对于松软的土，则用双联双铲，即两个土斗同时推土。挖掘机

基坑土方开挖一般均采用挖掘机施工，对大型的、较浅的基坑有时也可采用堆土机。挖掘机按行走方式分为履带式和轮胎式两种。按传动方式分为机械传动和液压传动两种。斗容量有0.2m3、0.4m3、1.0m3、1.5m3、2.5m3等多种。挖掘机利用土斗直接挖土，因此也称为单斗挖土机，按土斗作业装置分为正铲、反铲、抓铲及拉铲，使用较多的是前三种。

⑴正铲

正铲挖掘机外型如下图-1所示。它适用于开挖停机面以上的土方，且需与汽车配合完成整个挖运工作。正铲挖掘机挖掘力大，适用于开挖含水量较小的一类土和经爆破的岩石及冻土。一般用于大型基坑工程，也可用于场地平整施工。

正铲挖土和卸土的方式根据正铲挖土机与运输汽车的相对位置不同，正铲挖土和卸土方式有以下两种：（1）正向挖土、后方卸土。（2）正向挖土、侧向卸土。

3．正铲挖土机的工作面及开行通道挖土机挖掘出的上方的几何断面称为工作面，也叫掌子面。工作面的大小和形状，一般根据机械的性能、挖土和卸土的方式以及土壤的性