第三章土石方工程施工与地基处理

第三章、土石方工程施工与地基处理土石方工程是环境工程土建施工中主要工程之一它包括一切土(石)方挖掘、运输、填筑、平整等施工过程以及施工排水、地基处理等辅助工程。工程量大，施工条件复杂，工程所需劳动量和机械动力消耗都很大，这些往往是影响施工进度、成本及工程质量原因。1/318土石方工程一般分为两大类：1、场地平整施工，即在地面上进行挖填方作业。将拟建工程场地按照场区竖向规划设计要求平整为符合设计标高平面2、沟槽、基坑施工，在地面下列开挖多种断面形式地下管道沟槽，当两条或多条管道共同埋设时，还需采取联合槽。2/318土石方工程特点是影响原因多，施工条件复杂。土壤中天然物质种类多，成份复杂，性质各异，又多为露天作业，施工直接收到地域地形、水文地质、气候以及工程地质等很多条件影响，在繁华都市中施工．还会受到施工环境影响；工程量大，施工面积广。环境工程管道施工属于线型工程，长度常达数十千米，而某些大型污水处理工程，在场地平整和大型基坑开挖中，土方施工工程量往往可达数十万到百万立方米。3/318因此，合理地选择土方机械，有组织地进行机械化施工，对于缩短工期，减少工程成本具有主要意义。为此，施工前要作好调查研究，充足掌握施工区域地形地物、水文地质和气象资料，采取合理、有效施工方案组织施工。本章将围绕上述特点来论述土工程性质和分类、施工场地平整、沟槽与基坑开挖、施工排水、支撑设置、土方回填与扎实、地基加固处理及土石方爆破施工等内容。4/318第一节、工程地质情况土是岩石在地质作用下经风化、破碎、剥蚀、搬运、沉积等过程产物。土是由固体颗粒、水和气体组成三相分散系。固体颗粒组成土骨架，颗粒大小及其搭配是影响土性基本原因；土中水是溶解着多种离子溶液，其含量多少也显著影响土性质．如含水量高土往往比较软，尤其是由细小颗粒组成粘性土，含水多少直接影响土强度；土中气能够与大气相连，也能够气泡形式存在，对土性影响相对较小。5/318土性质一方面取决于每一相特性，另一方面取决于土三相百分比关系。由于气体易被压缩，水能从土体流进或流出，土三相相对百分比会随时间和荷载条件变化而变化，土一系列性质也随之变化。土在形成过程中所经历每一种步骤以及在形成后沉积时间长短、外界环境变化、都对土性质有显著影响。6/318一、土组成1、土固体颗粒土中固体颗粒大小和形状、矿物成份及其颗粒大小互相搭配情况是决定土物理、力学性质主要原因。粗大土粒往往是岩石经物理风化作用形成原生矿物，主要呈块状或粒状，而细小土粒主要是岩石经化学风化作用形成次生矿物和生成过程中混入有机物质．主要呈片状。7/318（1）、土颗粒级配工程土经常是不一样粒组（共分六大粒组见P28表）混合物，而土性质主要取决于不一样粒组相对含量，土颗粒级配(又称土粒度成份)是指大小土粒搭配情况，一般以土中各个粒组于土相对含量百分比来表达。为了理解各粒组相对含量，就需进行颗粒分析，颗粒分析办法有筛分法和比重（密度）计法。8/318筛分法适用于粒径在60mm—0.1mm土。试验时，将风干均匀土祥放入一套孔径不一样标准筛，标准筛孔径依次为60mm、40mm、20mm、10mm、5mm、2mm、1.0mm、0.5mm、0.25mm、0.1mm．经筛析机上、下震动，将土粒分开，称出留在每个筛上土重，即可求出留在每个筛上土重相对含量。9/318对于粒径不大于0.1mm土，可用比重计法，土粒大小相称于在比重计中与实际土粒有相同沉降速度抱负圆球体直径。根据颗粒大小分析试验成果，能够绘制如下列图所示颗粒级配累积曲线。其横坐标表达粒径。由于土粒粒径相差常在百倍、干倍以上，因此宜采取对数坐标表达。纵坐标则表达不大于(或大于)某粒径土质量含量(或称合计百分含量)。由曲线坡度能够大体判断土均匀程度。例如，曲线较陡，则表达粒径大小相差不多，土粒较均匀；反之，曲线平缓，则表达粒径大小相差悬殊，土粒不均匀，级配良好。10/31811/318利用不均匀系数Ku来评价土均匀程度，即式中d10——不大于某粒径土粒质量合计百分数为10％时，该粒径称为有效粒径d10。；d60——不大于某粒径土粒质量合计百分数为60％时，该粒径称为限定径直径d60。Ku越大表达土粒大小分布范围越大，其级配越良好，作为填方工程土料时，则比较容易取得较大密实度。12/318尚有一项指标就是Kc，即Kc叫做曲率系数，描写累积曲线分布范围，反应曲线整体形状。工程上把Ku＜5土看做是均粒土，属级配不良；Ku＞10土，属级配良好。事实上，单独只用一种指标Ku来确定级配情况是不够，要同步考虑累积曲线整体形状。例如，砾类土或砂类土同步满足Ku＞5和Kc＝1—3两个条件时，则定名为良好级配砾或良好级配砂。13/318对于级配良好土，较粗颗粒间孔隙被较细颗粒所填充，因而土密实度较好，对应地基土强度和稳定性也较好，透水性和压缩性也较小，可用作堤坝或其他土建工程填方土料。14/318（2）、土里矿物成份土粒矿物成份决定于母岩成份及所经受风化过程。粗大土粒如漂石、卵石、圆砾都是岩石碎屑，其矿物成份与母岩相同；砂粒大部分是母岩单矿物颗粒，如石英、长石、云母等；粉粒矿物成份主要是某些难溶盐，如MgCO3，、CaCO3等。粘粒矿物成份主要有粘土矿物、氧化物、氢氧比物及多种难溶盐类，它们都是次生矿物。15/318粘土矿物颗粒很微小，形状为鳞片状或片状，内部具有层状晶体构造。它是由两种原子层（称为晶片）组成，一种是硅氧晶片，另—种是铝氢氧晶片(如右图)。16/318两种晶片不一样组合(晶胞)，便组成了不一样粘土矿物，如：蒙脱石、伊里石和高岭石三类17/318蒙脱石构造单元是两层硅氧晶片之间夹一层铝氢氧晶片组成(如上图a)，晶胞之间都是氧原子，联接很弱，水分子很容易进入晶胞之间。因此，当土中具有较多蒙脱石时，土具有较大吸水膨胀和脱水收缩特性。伊里石构造单元类似蒙脱石(如上图b)，不一样是Si-O四周体中Si4+被Al3+、Fe3+取代，为赔偿正电荷不足，晶胞之间出现一价正离子，使晶胞之间有薄弱联接，其亲水性不如蒙脱石。高岭石构造单元是由一层铝氢氧晶片和一层硅氧晶片组成(如上图c)，晶胞一面是氢氧基，另一面是氧原子，具有较强联接力，水分子不能进入，亲水性小。18/3182、土中水一般情况下，土中总是含水。土中水按其形态可分为液态、固态、气态。19/318（1）、土中液态水液态水主要有：结合水和自由水。（1）结合水结合水是受土粒表面电场吸引水，分强结合水和弱结合水。当土颗粒比较细小时，颗粒表面往往带有负电荷，因此，在土粒周围形成电场．土中水分子是极性分子，氢原子端展现正电荷，氧原子端展现负电荷，水分子及水溶液中阳离子(如Na+、Ca2+、Al3+等)被土粒电场所吸引，水分子呈定向排列。

20/318水溶液中阳离子，一方面受电场吸引，另一方面受由于布朗运动扩散力作用、在最接近土粒表面、静电引力大于扩散力，水分子被牢靠吸附在颗粒表面，形成强结合水层(又称固定层)。在离土粒表面较远地方，静电引力比较小，水分子活动性比较大，从而形成弱结合水层(又称扩散层)。21/318结合水分子定向排列图22/318结合水不具有一般水性质，强结合水没有溶解盐类能力，不能传递静水压力，密度在12—24kN／m3，冰点为—78℃，具有极大粘滞度、弹性和抗剪强度，其性质接近于固体。弱结合水，其离土粒表面愈远，受到电分子引力愈小，并逐渐过渡到自由水。23/318(2)自由水自由水是不受土粒电场吸引水，其性质与一般水相同。自由水又分重力水与毛细水。重力水是存在于地下水位下列透水土层中水，它能在重力或压力差作用下运功。对土颗粒有浮力作用。毛细水是存在于地下水位以上透水层中水。它是由于水与空气交界处表面张力作用而产生。若把土孔隙看作是连续变截面毛细管，根据物理学可知，毛细管直径越小，毛细水上升高度越高。因此，粘性土中毛细水上升高度比砂类土要大。24/318（2）、土中固态水本地层温度降至0℃下列时，土中水便结冰。形成固态水。水结冰，体积会大．因此．土中水结冰，可吸取周围未结冰水，形成扁冰片，使土体产生冻胀，破坏土构造。冻胀力会使路基破坏、基础上抬；冻土融化后，基土构造破坏，含水量增大，形成翻浆冒泥，又使土体强度大大减少，道路开裂，房屋建筑产生大量下沉。25/3183、土中气土中气体常与大气连通或以封闭气泡形式存在于土中，前者在受到外力作用时，能很快从孔隙中被挤出，对土性质影响不大；后者在外力作用时，气泡可被压缩或溶解于水中，当外力减小时，气泡会恢复原状或重新游离出来，使土压缩性增大。26/3184、土构造与构造土构造是指土颗粒大小、形状、互相联结方式。一般有三种构造：单粒构造．蜂窝构造和絮状构造。单粒构造一般是由砂粒或更粗大颗粒在水或空气中沉积形成。由于颗粒自重大于颗粒之间引力，颗拉是以单个颗粒互相联结。涣散单粒构造是不稳定，在荷载作用下变形很大；密实单粒构造是良好天然地基，如下列图。27/318蜂窝构造是由粉粒(粒径在0.075mm—0.005mm)在水中下沉时形成，由于颗粒之间引力大于自重应力，下沉中颗粒遇到已沉积颗粒时，就停留在最初接触点上不再下沉，形成具有很大孔隙蜂窝构造，如下列图所示。28/318絮状构造是由粘粒(粒径＜0.005mm)集合体组成。这些颗粒不因自重而下沉．长期悬浮在水中，组成孔围很大絮状构造，如下列图所示。29/318二、土三相百分比指标土是由固体颗粒、土中水、气三相组成。三相相对含量不一样，对土工程性质有主要影响，表达土三相组成百分比关系指标，称为土三相百分比指标。30/3181、指标意义为便于分析，将互相分散三相，抱负化地各自集合起来，如下列图所示土三相组成示意图来表达各部分之间数量关系。31/31832/318图中符号意义如下：ms—土粒质量；mw—土中水质量；m—土总质量，m=ms+mw；Vs—土粒体积；Vw—土中水体积；Va——土中气体体积；Vv—土中孔隙体积，Vv＝Vw十Va；V—土总体积，V＝Vs十Vw十Va。33/318（1）土粒比重(相对密度)ds土粒重量与同体积4℃时纯水重量之比称为土粒比重(无量纲)。即：34/31835/318土粒相对密度在数值上就等于土粒密度，土粒相对密度决定于土矿物成份，它数值一般为2.6—2.8；有机质土为2.4—2.5；泥炭土为1.5一1.8。同一种类土，其相对密度变化幅度很小。土粒相对密度可在试验室内用比重瓶法测定。出于相对密度变化幅度不大，一般可按经验数值选用，一般土粒相对密度参照值见课本P33表3-2。36/318（2）土含水量ω土中水重量与土粒重量之比，称为土含水量,以百分数计，即37/318土含水量一般用烘干法测定。先称小块原状土样湿土重量，然后置于烘箱内维持100℃一105℃烘至恒重，再称干土重量，湿、干土重量之差与干土重量之比就是土含水量。土含水量反应土干湿程度。含水量越大，土越湿，一般说来土也愈软。土含水量变化幅度很大，它与土种类、埋藏条件及所处地理环境等有关。—般干粗砂土，其值接近于零，而饱和砂土，可达40％；坚硬粘土含水量约不大于30％，饱和状态软粘土，可达60％一70％。泥炭土含水量可达300％甚至更高。38/318（3）土密度ρ土单位体积质量，称为土密度ρ(单位为g／cm3或t／m3)，即39/318土密度一般用“环刀法’’测定，用一种圆环刀(刀刃向下)放在削平原状土样面上，渐渐削去环刀外围土，边削边压，使保持天然状态土样压满环刀内，称得环刀内土样质量，求得它与环刀容积之比即为其密度。40/318天然状态下土密度变化范围在16—22kN／m3之间ρ＞20.0kN／m3土一般是比较密实；而当ρ＜18.0kN／m3时，则多是较松软。41/318（4）土干密度ρ

d、饱和密度

ρ

sat和有效密度ρ′单位体积中固体颗粒部分质量，称为土干密度ρ

d，即在工程上常把干密度作为评定土体紧密程度标准．以控制填土工程施工质量。42/318土孔隙中充满水时单位体积质量，称为土饱和密度ρ

sat，即式中ρ

w——水密度。43/318在地下水位下列，单位土体积中土粒质量扣除浮力后，即为单位土体积中土粒有效质量．称为土浮密度ρ′，即44/318（5）土孔隙比e和孔隙率n孔隙比是土中孔隙体积与土颗粒体积之比．即

孔隙比e能够用来评价天然土层密实程度。一般e＜0.6土是密实低压缩性土；e＞1.0土是疏松高压缩性土。45/318土孔隙率是土中孔隙体积与总体积之比，以百分数表达，即46/318（6）土饱和度Sr饱和度是指土孔隙被水充满程度，即土中水体积与孔隙体积比值，以百分数表达，即：47/318三、无粘性土密实度无粘性土构造无粘性土一般具有单粒构造。最能反应无粘性土工程性质是密实度，呈密实状态时（如下列图），土强度较大．可作为良好天然地基；呈疏松状态时，尤其是饱和粉细砂，动力作用下构造常处于不稳定状态，是不良地基。48/318抱负砂土颗粒排列49/3182、无粘性土密实状态鉴别一般用相对密实度Dr来鉴别无粘性土密实度，其体现式为：50/31851/31852/318因此，Dr值能反应无粘性土密实度。砂土根据Dr值分为下列三种状态：53/318按N值判定砂土密实度

相对密实度从理论上讲是表达无粘性土密实度好办法，它反应了颗粒级配，颗粒形状等原因。但由于天然状态e值不易确定，测定emax，emin人为误差较大，故土建工程上常用原位测试办法评价砂土密实度。常用办法是根据标准贯入锤击数N值进性鉴别。下表是“港口工程地基规范(JTJ250—98)”砂土密实度按N值鉴别标准。54/318四、粘性土状态（物理特性）粘性土状态主要是指其软硬程度。粘性土伴随含水量变化，可具有不一样状态，含水量很大时呈泥浆状液体状态，伴随含水量减小，泥浆变稠，逐渐变成可塑状态；所谓可塑状态，是指粘性土在某含水量范围内，可用外力塑成任何形状而不产生裂纹、并当外力移去后，仍能保持既得形状，粘性土这种特性叫做可塑性。土由一种状态转到另一种状态分界含水量叫做界限含水量（见下列图）。55/318粘性土物理状态与含水量关系56/3181、粘性土界限含水量液限ωl

土由可塑状态转到流动状态界限含水量叫液限(也称为流限或塑性上限)。我国目前采取锥式液限仪(如下列图)测定土液限。57/318锥式液限仪将盛土杯中装满调匀土样、刮平土面，净重76g、锥角为30。圆锥体放在试样表面中心，锥体在自重作用下渐渐沉入土中，若经5秒钟正好沉入10mm，测定此时杯内土样含水量即为液限。58/318塑限ωp土由半固态转到可塑状态界限含水量叫塑限(也称塑性下限)。塑限采取搓条法测定。将直径不大于10mm土球放在毛玻璃板上，用手掌慢慢搓成直径3mm长细条时，正好产生断裂，此时土条含水量就是塑限。59/318缩限ωs土由半固态不停蒸发水分，体积逐渐缩小，直到体积不再缩小时含水量叫缩限。缩限用蒸发皿法测定。土半固态与可塑状态区分在于前者塑成任何形状态后，产生裂纹，后者没有裂纹；流动状态与可塑状态区分在于前者不能保持已有形状，发生流动变形。而后者能保持既得形状。60/3182、粘性土塑性指数和液性指数塑性指数Ip液限与塑限差值(省去％符号)称为塑性指数，用符号Ip，表达，即61/318塑性指数Ip，表达土处于可塑状态含水量变化范围。它与土中结合水含量、土颗粒组成、矿组成份以及土中水离子成份和浓度等原因有关。一船来说，土粒越细、且细颗粒(粘粒)含量越高，则其比表面和也许结合水含量愈高，Ip值愈大；粘土矿物(尤其是蒙脱石)也许具有结合水量大，Ip也大；水中高价阳离子浓度增加时．土粒表面吸附反离子层厚度变薄，结合水含量对应减少，Ip也小，反之则大。因此。塑性指数Ip，在一定程度上综合反应了影响粘性上特性多种主要原因，在工程上常用其对粘性土进行分类。62/318液性指数IL粘性土天然含水量与塑限差值除以塑性指数称为液性指数，用符号IL，表达，即63/318由上式能够看出因此，液性指数值能够反应粘性土软硬状态。IL值愈大，土愈软。64/318《建筑地基基础设计规范》(GBJ7—89)以及《港口工程地基规范》(JTJ250—98)要求粘土根据液性指数值划分为坚硬、硬塑、可塑、软塑及流塑五种状态，见下表。65/3183、粘性土敏捷度和触变性粘性土一种主要特性是具有天然构造性，当天然构造被破坏时，土粒间胶结物质以及土粒、离子、水分子之间所组成平衡体系遭到破坏，粘性土强度减少，压缩性增大。具有天然构造粘性土强度与完全扰动后土强度之比(含水量、重度等不变、称为粘性土敏捷度，用St表达。即：66/318根据敏捷度可将粘性土分为：低敏捷度(1＜St＜2)、中敏捷度(2＜St≤4)、高敏捷度(St＞4)。土敏捷度越高．构造性越强，扰动后土强度减少越多。再加以IL值鉴别粘性土软硬程度时，没有考虑土构造性影响，ωl、ωp值是土样在完全扰动情况下测得。室内测得IL＞1.0天然土并末真正处于流动状态。在含水量相同情况下，原状土要比重塑土坚硬，用IL鉴别重塑土软硬程度是合适，但对于原状土就差。粘性土扰动后土强度减少，但伴随时间增大，土粒、离子、水分子之间又组成新平衡体系．土强度可逐渐恢复，这种性质称为土触变性。67/318五、土压实机理有时为了提升回填土强度，增加土密实度，减少其透水性和压缩性，一般用分层压实措施来处理地基。实践经验表白，对过湿土进行扎实或碾压时就会出现软弹现象(俗称‘橡皮土”)，此时土密实度是不会增大。对很干土进行扎实或碾压，显然也不能把土充足压实。因此，要使土压实效果最佳，其含水量一定要合适。在一定压实能量下使土最容易压实，并能达成最大密实度时含水量，称为土最优含水量(或称最佳含水量)，用ωop表达。68/318相对应干密度叫做最大干密度，以ρdmax表达。土最优含水量可在试验室内进行击实试验测得。测定各试样击实后含水量ω和于密度ρd后，绘制含水量与干密度关系曲线称为压实曲线。如下列图所示。从图中能够懂得，当含水量较低时，伴随含水量增大，土干密度也逐渐增大，表白压实效果逐渐提升；当含水量超出某一限值观ωop时，干密度则伴随含水量增大而减小，即压实效果下降。这说明土压实效果随含水量变化而变化。并在击实曲线上出现—个干密度峰值(即最大干密度ρdmax)，对应于这个峰值含水量就是最优含水量。69/318干密度与含水量关系70/318最大干密度能够由击实试验测定，也能够按下式进行计算，即71/31872/318施工时，所控制土干密度ρd与最大干密度ρdmax之比称为压实系数，它反应填土压实质量。在地基主要受力层范围内，按不一样构造类型，要求压实系数达成0.94一0.96以上。73/318试验证明，最优含水量还与压实能量有关。对同一种土，用人力扎实时，因能量小，要求土粒之间有较多水分使其更为润滑，因此，最优含水量较大而得到最大干密度却较小，如下列图中曲线3。当用机械扎实时，压实能量较大，得出曲线如图中曲线1和2。因此，当填土压实程度不足时，能够改用大压实能量补夯，以达成所要求密度。

74/318压实能量对压实效果影响75/318在同类土中，土颗粒级配对土压实效果影响很大，颗粒级配不均匀容易压实，均匀则不容易压实。76/318在上图中还给出了理论饱和曲线，它表达当土处于饱和状态下干密度ρd与含水量ω关系。在实践中，土不也许被压实到完全饱和程度。试验证明，粘性土在最优含水量时，压实到最大干密度ρdmax，其饱和度一般为80％左右。此时，由于土孔隙中气体越来越难于和大气相通，压实时不能将其完全排出去。因此，压实曲线只能趋于理论饱和曲线左下方，而不也许与它相交。77/318六、土压缩性见课本P3878/318七、土工程分类土根据不一样部门用途采取不一样分类办法。分类目标就是根据分类名称大体鉴别土工程特性，并结合其他指标确定地基承载力。建筑工程中，土是作为地基以承受建筑物荷裁，分类着眼于土工程性质，我国《建筑地基基础规范》将地基土分为碎石土、砂土、粉土、粘性土和人工填土等。79/318碎石类土碎石类土是粒径大于2mm颗粒含量超出全重50％土。碎石类土根据粒粗含量及颗粒形状分为漂石或块石、卵石或碎石、圆砾或角砾．其分类标准见下表。80/31881/318砂类土砂类土是指粒径大于2mm颗粒含量不超出全重50%、粒径大于0.075mm颗粒超出全重50％土。砂类土按粒组含量分为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂，其分类标准见下表。82/31883/318粉土粉土是指粒径大于0.075mm颗粒含量不超出全重50％、塑性指数Ip不大于或等于10土。必要时可根据颗粒级配分为砂质粉土(粒径不大于0.005mm颗粒含量不超出全重10％)和粘质粉土(粒径不大于0.005mm颗粒含量超出全重10％)。84/318黏性土黏性土是指塑性指数Ip大于10土。黏性土工程性质与土成因、生成年代关系很密切，不一样成因和年代粘性土，尽管其某些物理性指标值也许很接近，但其工程性质也许相差很悬殊。另外还和粒度成份和粘土矿物亲睡度等有关。85/318黏性土按塑性指数进行分类可分为粉质黏土和黏土：86/318人工填土

人工填土是指由人类活动而堆填土。其物质成份较复杂、均匀性较差。根据其物质组成和堆填方式，填土可分为素填土、杂填土和冲填土三类。各类填土应根据下列特性给予区分：(1)素填土是由碎石、砂或粉土、粘性土等一种或几个材料组成填土，其中不含杂质或含杂质很少。按主要组成物质分为碎石素填土、砂性素填土、粉性素填土及粘性素填土。经分层压实后则称为压实填土。(2)杂填土是由含大量建筑垃圾、工业废料或生活垃圾等杂物填土。成份和特性分为建筑垃圾土、工业废料土及生活垃圾土。(3)冲填土是由水力冲填泥砂形成填土。87/318第二节、沟槽及基坑工程施工主要包括：场地平整施工、基坑开挖、减少地下水位、土回填与压实四部分内容88/318一、场地平整施工场地平整应以建设工程规模和性质、场地设计标高、现场地形地貌、施工期限和技术力量等条件为根据。环境工程场地标高是场区竖向规划设计内容，一般由设计文献要求。确定标高，应在满足建设规划和生产工艺要求下，尽可能考虑填挖方平衡，使总土方工程量最小。确定场地平整施工次序，应按照工程建设布署，结合基抗、沟槽开挖要求加以选择。—般有三种情况。89/318①先进行整个场地平整，然后开挖构筑物及地下管道基坑和管沟等。这种方案，可为土方机械施工提供较大工作面，充足发挥其工作效率，但工期较长，多适用于场区高低不平，填挖土方量较大施工现场。②先开挖建筑物、构筑物等基坑(槽)，后进行场地平整。这种方案能够加快土建工程施工进度，减少反复填挖土方数量，多适用于地形平坦施工现场。③划分施工区(段)，平整与开挖结合。这种方案是根据工程特点和现场详细条件，将场地划分若干施工区，分别进行平整和开挖。90/318在场地平整施工前，先作好必要准备工作，主要内容如下。①清理场地。在施工区域内，对原有地上地下房屋、构筑物疏通或改建，对耕植土及淤泥等进行清理。②排除地面积水。在排除地面积水同步，尽可能利用自然地形设置排水沟雨水积存，使场地保持干燥，以利于土方施工。③修筑临时道路以供机械进场和土方运输等。91/3181、场地平整土方量计算场地土方量计算办法，一般有方格网法和断面法两种。方格网法适用于地形较为平坦、面积较大场地，断面法则多用于地形起伏变化较大或地形狭长地带。主要介绍方格网法92/318方格网法方格网法是采取方格网控制整个场地面计算土方量。方格边长取决于地形变化复杂程度，一般取10m、20m、30m或40m。土方量计算步骤是：根据每个方格角点自然地面标高和实际采取设计标高，算出对应角点挖填高度(称施工高度)，然后计算每一方格土方量(大规模场地土方量计算，可使用专门土方工程量计算表)，并算出场地边坡土方量，相加后，即可得到整个场地挖、填土方总量。93/318场地各方格土方量，一般可分为下述三种不一样类型进行计算。(1)方格四个角点所有为填或所有为挖(见下列图)，其土方量为：94/31895/318(2)方格相邻两角点为挖方，另两角点为填方(下列图)，96/318其挖方部分土方量为：填方部分土方量为：97/318(3)方格三个角点为挖，另一种角点为填(或相反)(下列图)，98/318其填方部分土方量为：挖方部分土方量为：99/3182、土方平衡与调配土方调配标准(1)应力求达成挖、填平衡和运输量最小标准，这样能够减少土方工程成本。然而，仅限于场地范围平衡，往往很难满足运输量最小要求。因此还需根据场地和其周围地形条件综合考虑，必要时可在填方区周围就近借土．或在挖方区周围就近弃土，而不是只局限于场地以内挖、填平衡，这样才能做到经济合理。

100/318(2)应考虑近期施工与后期利用相结合标准。当工程分期分批施工时，先期工程土方余额应结合后期工程需要而考虑其利用数量与堆放位置，方便就近调配。堆放位置选择应为后期工程发明良好工作而和施工条件，力求避免反复挖运。如先期工程有土方欠额时，可由后期工程地点挖取。101/318(3)尽也许与大型地下建筑物施工相结合。当大型建筑物位于填土区而其基坑开挖土方量又较大时，为了避免土方反复挖、填和运输，该填土区临时不予填土，待地下建筑物施工之后再行填土。为此，在填方保存区附近应有对应挖方保存区，或将附近挖方工程余土按需要合理堆放，方便就近调配。

102/318(4)调配区大小划分应满足主要土方施工机械工作面大小(如铲运机铲土长度)要求，使土方机械和运输车辆效率能得到充足发挥。总之，进行土方调配，必须根据现场详细情况、有关技术资料、工期要求、土方机械与施工办法，结合上述标准，给予综合考虑，从而作出经济合理调配方案。103/318土方平衡与调配方法场地土方平衡与调配，需编制对应土方调配图表，方便施工中使用。其方法如下：(一)划分调配区在场地平面图上先划出挖、填区分界限(零线)，然后在挖方区和填方区适本地分别划出若干个调配区。划分时应注意以下几点：104/318(1)划分应与建筑物平面位置相协调，并考虑开工次序、分期施工次序；(2)调配区大小应满足土方机械施工要求；(3)调配区范围应与场地土方量计算方格网相协调、一般可由若干个方格组成一种调配区；(4)当土方运距较大或场地范围内土方调配不能达成平衡时，可考虑就近借土或弃土．一种借土区或一种弃土区可作为一种独立调配区。(5)计算各调配区土方量，并将它标注于图上。如下列图105/318

土方调配图(场地内挖、填方平衡调配图)

注：箭头上面数字表达土方量，箭头下面数字表达运距106/318(二)求出每对调配区之间平均运距平均运距即挖方区土方重心至填方区土方重心距离。因此，求平均运距，需先求出每个调配区土方重心（见下列图）。其办法如下:

107/318取场地或方格网中纵横两边为坐标轴，以一种角作为坐标原点，分别求出各区土方重心坐标X0、Y0：108/318109/318为了简化xi、yi计算，可假定每个方格(完整或不完整)上土方是各自均匀分布，于是可用图解法求出形心位置以替代方格重心位置。各调配区重心求出后，标于对应调配区上，然后用百分比尺量出每对调配区重心之间距离，此即对应平均运距。所有填挖方调配区之间平均运距均需一一计算，并将计算成果列于土方平衡与运距表内，见下表。110/318111/318二、基坑（沟槽）开挖主要包括土方机械化施工基坑（沟槽）边坡基坑（沟槽）断面选择与土方量计算基坑及沟槽支撑112/318（一）、土方机械化施工由于基坑开挖土方量大，若采取人工，其劳动强度大，工期在工程总工期中所占比重达25％一30％，成为影响工程进度主要原因。因此，除使用合适人力作为辅助开挖外，应尽也许采取生产率高大型挖土和运输机械施工。113/318推土机施工推土机是土方工程施工主要机械之一，它是在履带式拖拉机上安装推土板等工作装置而成机械。常用推土机发动机功率有45kW、75kW、90kW、120kW等数种。推土板多用油压操纵。液压操纵推土板推土机除了能够升降推土板外，还可调整推土板角度，因此具有更大灵活性。推土机操纵灵活，运转方便，所需工作面较小、行驶速度快、易于转移，能爬30度左右缓坡，因此应用范围较广。

下列图所示是液压操纵T2-100型推土机外形图114/318T2-100型推土机115/318116/318117/318推土机适于开挖一至三类土。多用于平整场地，开挖深度不大基坑，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。

推土机作业以切土和推运土方为主，切土时应根据土质情况，尽可能采取最大切土深度在最短距离（6~10m）内完成，方便缩短低速行进时间，然后直接推运到预定地点。上下坡坡度不得超出35度，横坡不得超出10度。几台推土机同步作业时，前后距离应大于8m。推土机经济运距在100m以内，效率最高运距为60m。为提升生产率，可采取槽形推土、下坡推土以及并列推土等办法118/318①下坡推土。即借助于机械本身重力作用以增加推土能力和缩短推土时间，一般可提升生产率30％左右，推土坡度不宜超出15度，不然推土后退时爬坡困难。②并列推土。平整较大面积场地时，可采取两台或三台推土机并列推土．以减少土散失，提升生产效率，一般采取两机并列推土可增加推土量15％一30％。平均运距不宜超出50—75m，亦不宜不大于20m。③槽形推土。推土机连续数次在一条作业线上切土和推运，使地面逐渐形成一条浅槽，以减少土散失，从而提升推土量。一般推土量可提升10％一30％。当挖土层较厚、运距较远时，采取此法较为合适。119/318④分批集中、一次推送。当推运距离较远而土质又较坚硬时．由于切土深度不大采取数次铲土，分批集中，一次推送，方便有效地利用推土机功率，缩短运土时间另外，还可在推土板两侧附加侧板，以增加推土板前推土体积。120/318铲运机施工铲运机是一种能综合完成所有土方施工工序（挖土、装土、运土、卸土和平土）机械。按行走方式分为自行式铲运机和拖式铲运机（下列图）两种。常用铲运机斗容量为2m3，5m3，6m3，7m3等数种，按铲斗操纵系统又可分为机械操纵和液压操纵两种。121/318自行式铲运机外形图

122/318拖式铲运机外形图123/318124/318铲运机操纵简单，不受地形限制，能独立工作，行驶速度快，生产效率高。铲运机适于开挖一至三类土，常用于坡度20

以内大面积土方挖、填、平整、压实，大型基坑开挖和堤坝填筑等。铲运机运行路线和施工办法视工程大小、运距长短、土性质和地形条件等而定。其运行线路可采取环形路线或8字路线（下列图）。适用于运距为600~1500m，当运距为200~350m时效率最高。采取下坡铲土、跨铲法、推土机助铲法等，可缩短装土时间，提升土斗装土量，以充足发挥其效率。125/318对于地形起伏不大，施工地段在100m以内和填土高度1.5m以内路堤、基坑及场地平整施工常采取环形外行线路如图(a)所示。当填、挖交替，且互相之间距离较短时．则可采取图(b)所示大环形路线。每一种循环能完成数次铲土和卸土，减少了铲运机转弯次数，对应提高了工作效率。①环形路线126/318②“8”字形路线施工地段较长或地形起伏较大时，多采取“8”字形开行路线，如图(c)所示。这种开行路线，铲运机在上下坡时斜向开行，每一循环完成两次作业(两次铲土和卸土)，比环形路线运行时间短．减少了转弯和空驶距离。同步，一种循环两次转弯方向不一样，机械磨损较为均匀。127/318③据齿形路线是“8”字形路线发展，适合工作地段很长，如堤坝、路基填筑，采取这种开行路线最为有效。128/318提升铲运机生产率措施①下坡铲土利用机械重力作用所产牛附加牵引力加大切土深度，坡度一般为3度—9度，最大不得超出20度，铲土厚度以20cm左右为宜，其效率可提升25％左右。当在平坦地形铲土时，可将取土地段一端先铲低，并保持一定坡度向后延伸，逐渐发明一种下坡铲土地形。

129/318②跨铲法在较坚硬土层铲土时，采取预留土埂间隔铲土法，如下列图所示，可使铲运机在挖土埂时增加两个自由面，阻力减小，铲土快，易于充满铲斗，约提升效率10％。

130/318③交错铲土法在铲较坚硬土层时，为了减少铲土阻力，可采取此法，如下列图所示。由于铲土阻力大小与铲土宽度成正比，交错铲土法就是随铲土阻力增加而合适减小铲土宽度。131/318④助铲法在坚硬土层中，采取另配推土机助铲(如图)，以缩短铲土时间。一般每台推土机配3—4台铲运机。132/318挖掘机施工挖土机适用于开挖场地为—至四类、含水量不大于27％丘陵地带土壤及经爆破后岩石和冻土，挖土高度一般在3m以上(使每次挖土可装满铲斗)运输距离超出1km，且土方量大而集中工程。一般挖土机作业时，需配合自卸汽车运土，并在卸土区配备推土机平整土堆。133/3181．正铲挖掘机正铲挖掘机外型如下列图所示。它适用于开挖停机面以上土方，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一类土和经爆破岩石及冻土。134/318135/318136/318正铲开挖方式根据开挖路线与汽车相对位置不一样分为正向开挖、侧向装土以及正向开挖、后方装土两种（下列图）。前者生产率较高。137/318正铲开挖方式

a）正向开挖、侧向装土；

b）正向开挖、后方装土138/318正铲生产率主要决定于每斗作业循环延续时间。为了提升其生产率，除了工作面高度必须满足装满土斗要求之外，还要考虑开挖方式和与运土机械配合。尽可能减少回转角度，缩短每个循环延续时间。

139/3182．反铲挖掘机反铲适用于开挖一至三类砂土或粘土。主要用于开挖停机面下列土方，一般反铲最大挖土深度为4~6m，经济合理挖土深度为3~5m。反铲也需要配备运土汽车进行运输。反铲外型如下列图所示。140/318141/318142/318反铲开挖方式能够采取沟端开挖法，即反铲停于沟端，后退挖土，向沟一侧弃土或装汽车运走（图a），也可采取沟侧开挖法，即反铲停于沟侧，沿沟边开挖，它可将土弃于距沟较远地方，如装车则回转角度较小，但边坡不易控制（图b）。143/318反铲开挖方式

a沟端开挖；

b沟侧开挖144/3183．抓铲挖掘机机械传动抓铲外形如下列图所示。它适用于开挖较松软土。对施工面狭窄而深基坑、深槽、深井采取抓铲可取得抱负效果。抓铲还可用于挖取水中淤泥、装卸碎石、矿渣等涣散材料。抓铲也有采取液压传动操纵抓斗作业。145/318146/318抓铲挖土机挖土特点是：“直上直下，自重切土”。其挖掘力较小，只能开挖I～Ⅱ级土，抓铲挖土机抓铲能在回转半径范围内开挖基坑上任何位置土方。宜于开挖窄而深基坑或水中淤泥。抓铲挖土时，一般立于基坑一侧进行，对较宽基坑则在两侧或四侧抓土。抓挖淤泥时，抓斗易被淤泥“吸住”，应避免起吊用力过猛，以防翻车。147/3184、拉铲挖掘机拉铲挖掘机开挖方式和反铲挖掘机相同，分沟端开挖和沟侧开挖拉铲挖掘机挖土特点是：“后退向下，自重切土”。其挖土半径和挖土深度较大，能开挖停机面下列I～II级土，工作时，利用惯性力将铲斗甩出去，挖得比较远。但不如反铲灵活精确，宜用于开挖大而深基坑或水下挖土。148/318149/318150/3185、多斗挖土机见课本P58151/318（二）、基坑（沟槽）边坡1、边坡稳定性施工中，土方放坡坡度留设应考虑土质、开挖深度、施工工期、地下水水位、坡顶荷载及气候条件原因。本地下水水位低于基底，在湿度正常土层中开挖基坑或管沟，如敞露时间不长，在一定程度内可挖成直壁不加支撑。152/318施工中除应正确确定边坡，还要进行护坡，以防边坡发生滑动。土坡滑动一般是指土方边坡在一定范围内整体地沿某一滑动面向下和向外移动而丧失其稳定性。边坡失稳往往是在外界不利原因影响下触动和加剧。这些外界不利原因造成土体下滑力增加或抗剪强度减少。土体下滑使土体中产生剪切应力。引发下滑力增加原因主要有：坡顶上堆物、行车等荷载；雨水或地面水渗入土中使土含水量提升而使土自重增加；地下水渗流产生一定动水压力；土体竖向裂缝中积水产生侧向静水压力等。引发土体抗剪强度减少原因主要是：气候影响使土质松软；土体内含水量增加而产生润滑作用；饱和细砂、粉砂受振动而液化等。153/318因此，在土方施工中，要预估多种也许出现情况，采取必要措施护坡防坍，尤其要注意及时排除雨水、地面水，避免坡顶集中堆载及振动。必要时可采取钢丝网细石混凝土（或砂浆）护坡面层加固。如是永久性土方边坡，则应做好永久性加固措施。154/318155/3182、边坡坡度确定边坡可做成直线形、折线形或踏步形a)直线形；b)折线形；c)踏步形156/318土方边坡坡度以其高度H与其底宽度B之比表达土方边坡坡度=

式中，m=B/H，称为坡度系数。157/318（三）、基坑及沟槽支撑开挖基坑（槽）时，如地质条件及周围环境许可，采取放坡开挖是较经济。但在建筑稠密地域施工，或有地下水渗入基坑（槽）时往往不也许按要求坡度放坡开挖，这时就需要进行基坑（槽）支护，以确保施工顺利和安全，并减少对相邻建筑、管线等不利影响。158/318沟槽支撑市政工程施工时，常需在地下铺设管沟，因此需开挖沟槽。开挖较窄沟槽，多用横撑式土壁支撑。横撑式土壁支撑根据挡土板不一样，分为水平挡土板式（图a）以及垂直挡土板式（图b）两类。前者挡土板布置又分为间断式和连续式两种。湿度小粘性土挖土深度不大于3m时，可用间断式水平挡土板支撑；对涣散、湿度大土可用连续式水平挡土板支撑，挖土深度可达5m。对涣散和湿度很高土可用垂直挡土板式支撑，其挖土深度不限。

159/318a)间断式水平挡土板横撑；b)垂直挡土板竖撑

1—

水平挡土板；2—立柱；3—工具式横撑；

4—垂直挡土板；5—横楞木；6—调整螺丝

160/318基坑支撑水泥土搅拌桩板式支护构造161/318水泥土搅拌桩水泥土搅拌桩（或称为深层搅拌桩）支护构造是近年来发展起来一种重力式支护构造。它是通过搅拌桩机将水泥与土进行搅拌，形成柱状水泥加固土（搅拌桩）。用于支护构造水泥土其水泥掺量一般12%~15%（单位土体水泥掺量与土重力密度之比），水泥土强度可达0.8～1.2MPa，其渗入系数很小，一般不大于10～6cm/s。由水泥土搅拌桩搭接而形成水泥土墙，它既具有挡土作用，又兼有隔水作用。它适用于4～6m深基坑，最大可达7～8m。162/318水泥土墙一般布置成格栅式，格栅置换率（加固土面积：水泥土墙总面积）为0.6～0.8。墙体宽度b、插入深度hd根据基坑开挖深度h估算，一般b=(0.6～0.8)h，hd=（0.8～1.2）h（下列图）。１—搅拌桩；２—插筋；３—面板163/318164/318水泥土搅拌桩施工机械深层搅拌桩机组成由深层搅拌机（主机）、机架及灰浆搅拌机、灰浆泵等配套机械组成（如图）。165/318深层搅拌桩机机组

1—主机；2—机架；3—灰浆拌制机；4—集料斗；5—灰浆泵；6—贮水池；

7—冷却水泵；8—道轨；9—导向管；10—电缆；11—输浆管；12—水管166/318水泥土搅拌桩施工工艺

搅拌桩成桩工艺可采取“一次喷浆、二次搅拌”或“二次喷浆、三次搅拌”工艺，主要根据水泥掺入比及土质情况而定。水泥掺量较小，土质较松时，可用前者，反之可用后者。“一次喷浆、二次搅拌”施工工艺流程如下列图所示。当采取“二次喷浆、三次搅拌”工艺时可在图示步骤e）作业时也进行注浆，后来再反复d）与e）过程。167/318“一次喷浆、二次搅拌”施工流程

a)定位；b)预埋下沉；c)提升喷浆搅拌；d)反复下沉搅拌；e)反复提升搅拌；f)成桩结束168/318水泥土搅拌桩施工中应注意水泥浆配合比及搅拌制度、水泥浆喷射速率与提升速度关系及每根桩水泥浆喷注量，以确保注浆均匀性与桩身强度。施工中还应注意控制桩垂直度以及桩搭接等，以确保水泥土墙整体性与抗渗性。169/318

有关知识

支护构造也许发生破坏形式如下170/318整体失稳在松软地层中，当基坑平面尺寸较大，由于作为支护构造板桩墙插入深度不够，或施工时几何形状和互相连接不符合要求，支撑位置不当，支撑与围檩系统结合不牢等原因，板桩墙产生位移过大前倾或后仰，造成基坑外土体大滑坡，支护构造系统整体失稳破坏。171/318(2)基坑隆起在软弱粘性土层中开挖基坑，当基坑内土体不停挖去，板桩墙内外土面高差等于墙外在基坑开挖水平面上作用一附加荷载。挖深增大，荷载亦增加。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，造成支护构造整体失稳破坏。172/318(3)管涌及流砂(流土)含水砂层中基坑支护构造，在基坑开挖过程中，板桩墙内外形成水头差，当动水压力渗流速度超出临界流速或水力梯度超出临界梯度时，就会引发管涌及流砂现象。基坑底部和墙体外面大量砂随处下水涌入基坑，造成地面坍陷，同步使墙体产生过大位移，引发整个支护系统崩坍。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(流土)，也会造成支护构造崩坍破坏。173/318(4)支撑强度不足或压屈当设置支撑间距过大或数量太少，强度不足或刚度不够时，在较大侧向土压力作用下，发生支撑破坏或压屈，引发板桩墙变形过大，造成支护构造破坏。174/318(5)墙体破坏墙体强度不够或连接构造不好，在土压力、水压力作用下，产生最大弯矩超出墙体抗弯强度，产生强度破坏。175/318(6)支护构造平面变形超出程度由于支护构造平面变形过大，或是降水造成周围土体沉降，使基坑外围土体发生垂直或水平位移。有时，这种变形对支护构造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，造成上、下水管、煤气管、供电和通讯电缆变形、张紧或断裂。在都市中开挖较深基坑，这个问题越来越突出，由此造成事故不少，必须引发充足重视。176/318板式支护构造

板式支护构造由两大系统组成：挡墙系统和支撑(或拉锚)系统(如图)，悬臂式板桩支护构造则不设支撑(或拉锚)。177/3181—板桩墙；2—围檩；3—钢支撑；4—斜撑；5—拉锚；

6—土锚杆；7—先施工基础；8—竖撑178/318挡墙系统常用材料有槽钢、钢板桩、钢筋混凝土板桩、灌注桩及地下连续墙等。钢板桩有平板形和波浪形两种(如图)。钢板桩之间通过锁口互相连接，形成一道连续挡墙。由于锁口连接，使钢板桩连接牢靠，形成整体，同步也具有较好隔水能力。钢板桩截面积小，易于打入。U形、Z形等波浪式钢板桩截面抗弯能力较好。钢板桩在基础施工完成后还可拔出反复使用。179/318钢板桩形式

a)平板式

b)波浪式180/318钢板桩施工

板桩施工要正确选择打桩办法、打桩机械和流水段划分，方便使打设后板桩墙有足够刚度和良好防水作用，且板桩墙面平直，以满足基础施工要求，对封闭式板桩墙还要求封闭合拢。181/318182/318钢板桩打桩办法单独打入法此法是从一角开始逐块插打，每块钢板桩自起打到结束半途不停顿。因此，桩机行走路线短，施工简便，打设速度快。不过，由于单块打入，易向一边倾斜，合计误差不易纠正，墙面平直度难以控制。一般在钢板桩长度不大(不大于10m)、工程要求不高时可采取此法。另外尚有围檩插桩法

分段复打桩理解183/318围檩插桩法要用围檩支架作板桩打设导向装置(如图)。围檩支架由围檩和围檩桩组成，在平面上分单面围檩和双面围檩，高度方向有单层和双层之分。在打设板桩时起导向作用。双面围檩之间距离，比两块板桩组合宽度大8～15mm。184/318185/318双层围檩插桩法是在地面上，离板桩墙轴线一定距离先筑起双层围檩支架，而后将钢板桩依次在双层围檩中所有插好，成为一种高大钢板桩墙，待四角实现封闭合拢后，再按阶梯型逐渐将板桩一块块打入设计标高。此法长处是能够确保平面尺寸精确和钢板桩垂直度，但施工速度慢，不经济。186/318分段复打桩此法又称屏风法，是将10～20块钢板桩组成施工段沿单层围檩插入土中一定深度形成较短屏风墙，先将其两端两块打入，严格控制其垂直度，打好后用电焊固定在围檩上，然后将其他板桩按次序以1/2或1/3板桩高度打入。此法能够避免板桩过大倾斜和扭转，避免误差积累，有利实现封闭合拢，且分段打设，不会影响邻近板桩施工。187/318打桩锤根据板桩打入阻力确定，该阻力包括板桩端部阻力，侧面摩阻力和锁口阻力。桩锤不宜过重，以防因过大锤击而产生板桩顶部纵向弯曲，一般情况下，桩锤重量约为钢板桩重量2倍。另外，选择桩锤时还应考虑锤体外形尺寸，其宽度不能大于组合打入板桩块数宽度之和。地下工程施工结束后，钢板桩一般都要拔出，方便反复使用。钢板桩拔除要正确选择拔除办法与拔除次序，由于板桩拔出时带土，往往会引发土体变形，对周围环境造成危害。必要时还应采取注浆填充等办法。188/318有关知识破坏形式

总结板桩工程事故，其失败原因主要有五方面：①

板桩入土深度不够，在土压力作用下，板桩入土部分走动而出现坑壁滑坡(图a)；②

支撑或拉锚强度不够(图b、c)；③

拉锚长度不足，锚碇失去作用而使土体滑动(图d)；④

板桩本身刚度不够，在土压力作用下失稳弯曲(图e)；⑤

板桩位移过大，造成周围环境破坏(图f)。为此，板桩入土深度、截面弯矩、支点反力、拉锚长度及板桩位移称为板桩设计五大要素。189/318板桩工程事故

a)

板桩下部走动；b)拉锚破坏；c)支撑破坏；d)拉锚长度不足；

e)板桩失稳弯曲；f)板桩变形及桩背土体沉190/318三、减少地下水位在基坑开挖过程中，当基底低于地下水位时，由于土含水层被切断，地下水会不停地渗入坑内。雨期施工时，地面水也会不停流入坑内。假如不采取降水措施，把流入基坑内水及时排走或把地下水位减少，不但会使施工条件恶化，并且地基土被水泡软后，容易造成边坡塌方并使地基承载力下降。另外，当基坑下遇有承压含水层时，若不降水减压，则基底也许被冲溃破坏。因此，为了确保工程质量和施工安全，在基坑开挖前或开挖过程中，必须采取措施，控制地下水位，使地基土在开挖及基础施工时保持干燥。191/318减少地下水位办法有集水井降水法和井点降水法。集水井降水法一般适用于降水深度较小且土层为粗粒土层或渗水量小粘性土层。当基坑开挖较深，又采取刚性土壁支护构造挡土并形成止水帷幕时，基坑内降水也多采取集水井降水法。如降水深度较大，或土层为细砂、粉砂或软土地域时，宜采取井点降水法降水但仍有局部区域降水深度不足时，可辅以集水井降水。无论采取何种降水办法，均应连续到基础施工完成，且土方回填后方可停顿降水。192/318（一）、集水井降水施工1、施工过程基坑或沟槽开挖时，在坑底设置集水井，并沿坑底周围或中央开挖排水沟，使水在重力作用下流入集水井内，然后用水泵抽出坑外。193/3182、构造四周排水沟及集水井一般应设置在基础范围以外、地下水流上游，基坑面积较大时，可在基坑范围内设置盲沟排水。根据地下水量、基坑平面形状及水泵能力，集水井每隔20~40m设置一种。194/3183、设置集水坑直径或宽度一般为0.6~0.8m，其深度伴随挖土加深而加深，并保持低于挖土0.7~1.0m。坑壁可用竹、木材料等简易加固。当基坑挖至设计标高后，集水坑底应低于基坑底面1.0~2.0m，并铺设碎石滤水层（0.3m厚）或下部砾（0.1m厚）上部粗砂（0.1m）双层滤水层，以免由于抽水时间过长而将泥砂抽出，并避免坑底土被扰动。195/318有关知识

流砂现象基坑挖土至地下水位下列，土质为细砂土或粉砂土情况下，采取集水坑减少地下水时，坑下土有时会形成流动状态，伴随地下水流入基坑，这种现象称为流砂现象。出现流砂现象时，土完全丧失承载力，土体边挖边冒流砂，至使施工条件恶化，基坑难以挖到设计深度。严重时会引发基坑边坡塌方；临近建筑因地基被掏空而出现开裂、下沉、倾斜甚至倒塌。流砂现象产生原因，是水在土中渗流所产生动水压力对土体作用成果。地下水渗流对单位土体内骨架产生压力称为动水压力，用GD表达，它与单位土体内渗流水受到土骨架阻力T大小相等，方向相反，196/318197/318引发流砂原因根据常发生流砂地域工程实践及土工分析，可发觉引发流砂原因大体有：1)．主要外因取决于水力坡度大小，即该地域地下水位越高，基坑挖深越大，水力压力差越大，越容易产生流砂现象；2)．土颗粒组成中粘土含量不大于10%，而粉砂含量大于75%；3)．土不均匀系数D60/D10<5（式中D60为限定颗粒，即不大于某粒径土粒重量计百分数为60%时；D10为有效粒径，即不大于某粒径土粒重量计百分数为10%时）。易发生流砂地域取得不均匀系数值在1.6～3.2之间；198/3184)．土含水量大于30%；5)．土空隙率大于43%；6)．在粘性土中有砂夹层地质构造中，砂质粉土或砂层厚度大于250mm。199/318流砂防治由于在细颗粒、涣散、饱和非粘性土中发生流砂现象主要条件是动水压力大小和方向。当动水压力方向向上且足够大时，土转化为流砂，而动水压力方向向下时，又可将流砂转化成稳定土。因此，在基坑开挖中，防治流砂标准是“治流砂必先治水”。防治流砂主要途径有：减少或平衡动水压力；设法使动水压力方向向下；截断地下水流。其详细措施有：200/318（1）枯水期施工法。枯水期地下水位较低，基坑内外水位差小，动水压力小，就不易产生流砂。（2）抢挖并抛大石块法。分段抢挖土方，使挖土速度超出冒砂速度，在挖至标高后立即铺竹、芦席，并抛大石块，以平衡动水压力，将流砂压住。此法适用于治理局部或轻微流砂。（3）设止水帷幕法。将连续止水支护构造（如连续板桩、深层搅拌桩、密排灌注桩等）打入基坑底面下列一定深度，形成封闭止水帷幕，从而使地下水只能从支护构造下端向基坑渗流，增加地下水从坑外流入基坑内渗流途径，减小水力坡度，从而减小动水压力，避免流砂产生。201/318（4）人工减少地下水位法。即采取井点降水法（如轻型井点、管井井点、喷射井点等），使地下水位减少至基坑底面下列，地下水渗流向下，则动水压力方向也向下，从而水不能渗流入基坑内，可有效地避免流砂发生。因此，此法应用广泛且较可靠。

另外，采取地下连续墙、压密注浆法、土壤冻结法等，制止地下水流入基坑，以避免流砂发生。202/318（二）、井点降水井点降水原理井点降水就是在基坑开挖前，预先在基坑四周埋设一定数量滤水管（井）。在基坑开挖前和开挖过程中，利用真空原理，不停抽出地下水，使地下水位减少到坑底下列。203/318井点降水作用1）避免地下水涌入坑内（图a）；2）避免边坡由于地下水渗流而引发塌方（图b）；3）使坑底土层消除了地下水位差引发压力，因此避免了坑底管涌（图c）；4）降水后，使板桩减少了横向荷载（图d）；5）消除了地下水渗流，也就避免了流砂现象（图e）；6）减少地下水位后，还能使土壤固结，增加地基土承载能力。204/318井点降水作用

a)避免涌水

b)稳定边坡

c)避免管涌

d)减少横向荷载

e)避免流砂

205/318井点降水在基坑施工时意义

基坑开挖施工与降水

基坑开挖施工，无论是采取支护体系垂直开挖还是放坡开挖，假如施工地域地下水位较高，都将包括到地下水对基坑施工影响这一问题。206/318当开挖施工开挖面低于地下水位时，土体含水层被切断，地下水便会从坑外或坑底不停地渗入基坑内，另外在基坑开挖期间由于下雨或其他原因，也许会在基坑内造成滞留水，这样会使坑底地基土强度减少，压缩性增大。这样一来，从基坑开挖施工安全角度出发，对于采取支护体系垂直开挖，坑内被动区土体由于含水量增加造成强度、刚度减少，对控制支护体系稳定性、强度和变形都是十分不利；207/318对于放坡开挖来讲，也增加了边坡失稳和产生流砂也许性。从施工角度出发，在地下水位下列进行开挖，坑内滞留水一方面增加了土方开挖施工难度，另一方面也使地下主体构造施工难以顺利进行。并且在水浸泡下，地基土强度大大减少，也影响了其承载力。208/318因此，为确保深基坑工程开挖施工顺利进行，同步确保地下主体构造施工正常进行以及地基土强度不遭受损失，一方面在地下水位较高地域，当开挖面低于地下水位时，需采取减少地下水位措施；另一方面基坑开挖期间坑内需采取排水措施以排出坑内滞留水，使基坑处于干燥状态，以利于施工。209/318井点降水类型井点有两大类：轻型井点和管井。一般根据土渗入系数、降水深度、设备条件及经济比较等原因确定，可参照下表选择。210/318井点类别土渗入性(m/d)降水深度(m)轻型井点一级轻型井点0.1~503~6多级轻型井点0.1~50视井点级数而定喷射井点0.1~508~20电渗井点<0.1视选用井点而定管井类管井井点20~2003~5深井井点10~250>15211/318轻型井点设备1）组成

轻型井点设备由管路系统和抽水设备组成（图）管路系统包括：滤管、井点管、弯联管及总管。212/318213/318

滤管（图）为进水设备，一般采取长1.0~1.5m、直径38mm或51mm无缝钢管，管壁钻有直径为12~19mm滤孔。骨架管外面包以两层孔径不一样生丝布或塑料布滤网。为使流水通畅，在骨架管与滤网之间用塑料管或梯形铅丝隔开，塑料管沿骨架绕成螺旋形。滤网外面在绕一层粗铁丝保护网、滤管下端为一铸铁塞头。滤管上端与井点管连接。214/318215/318井点管为直径38mm和51mm、长5~7m钢管。井点管上端用弯联管与总管相连。

集水总管为直径100~127mm无缝钢管，每段长4m，其上端有井点管联结短接头，间距0.8m或1.2m。216/3182）抽水设备抽水设备是由真空泵、离心泵和水气分离器（又叫集水箱）等组成，其工作原理如图所示。抽水时先开动真空泵10，将水气分离器6内部抽成一定程度真空，使土中水分和空气受真空吸力作用而吸出，进入水气分离器6。当进入水气分离器内水达一定高度，即可开动离心泵13。在水气分离器内水和空气向两个方向流去：水经离心泵排出；空气集中在上部由真空泵排出，少许从空气中带来水从放水12，9放出。

一套抽水设备负荷长度（即集水总管长度）为100~120m。常用W5，W6型干式真空泵，其最大负荷长度分别为100m和

120m。217/318218/318轻型井点平面布置根据基坑（槽）形状，轻型井点可采取单排布置（图a）、双排布置（图b）、环形布置（图c），当土方施工机械需进出基坑时，也可采取U形布置（图d）。单排布置适用于基坑、槽宽度不大于6m，且降水深度不超出5m情况，井点管应布置在地下水上游一侧，两端延伸长度不宜不大于坑槽宽度。双排布置适用于基坑宽度大于6m或土质不良情况。环形布置适用于大面积基坑，如采取U形布置，则井点管不封闭一段应在地下水下游方向。219/318220/318轻型井点施工1）准备工作包括井点设备、动力、水源及必要材料准备，开挖排水沟，观测附近建筑物标高以及实行避免附近建筑物沉降措施等。2）埋设井点程序排放总管→埋设井点管→用弯联管将井点与总管接通→安装抽水设备。221/318冲孔

埋管

填砂

封口

222/3183）连接与试抽

井点系统所有安装完成后，需进行试抽，以检查有没有漏气现象。开始抽水后不要停抽。时抽时停，滤网易堵塞，也容易抽出土粒，使水混浊，并引发附近建筑物由于土粒流失而沉降开裂。正常排水是细水长流，出水澄清。

抽水时需要经常检查井点系统工作是否正常，以及检查观测井中水位下降情况，假如有较多井点管发生堵塞，影响降水效果时，应逐根用高压水反向冲洗或拔出重埋。223/3184）井点运转与监测包括：井点运转管理

井点监测224/3185）井点拆除

地下室或地下构造物完工后并将基坑进行回填土后，方可拆除井点系统，拔出井点管多借助于倒链、起重机等。所留孔洞用砂或土塞，对地基有防渗要求时，地面下2m可用粘土填塞密实。另外，井点拔除应在基础及已施工部分自重大于浮力情况下进行，且底板混凝土必须要有一定强度，避免因水浮力引发地下构造浮动或破坏底板。225/318有关知识套管法井管埋设

为确保施工时井点周围滤砂层质量设计要求，可采取套管法施工。施工时用吊车先将套管就位，然后开泵冲孔，当套管下沉时，渐渐加大高压水泵压力，必须控制下沉速度。在上游地域，当工作水压力为0.8MPa时，下沉速度控制在0.3～0.8m/min，碰见粘土层时，套管要迟缓起落冲沉，以加大冲击面。有时，为加速下沉，应将工作水压力提升1.2～1.5MPa。当冲孔深度达成设计标高时，需继续冲洗一段时间，根据土质情况能够减小工作水压力或维持本来水压力。226/318在井点未放入套管此前，先倒入少许砂，其作用是使泥砂沉淀并避免井点插入粘土中，一般孔深比井点埋设标高深1m左右，然后再将井点放入套管内，砂分2～3次填完，最后拔出套管。如一次填到设计标高，井点易被挤在套管内，此时则能够应用振动器助拔套管，不然在套管提升时会将井点一起带出，井点就会高出设计标高。为使井点处于中间位置，在滤管顶部可利用3根钢筋制成定位导向器，放入时向外伸张，井点拔出时可收紧。227/318228/318射水法井管沉设

利用射水法进行井点管埋设就是在井点管下安装射水或滤管，在地面挖小坑，将射水或井点管插入后，下有射水球阀，上接可旋动节管和高压胶管、水泵等。利用高压水在井管下端冲刷土体，使井点管下沉。下沉时，随时转动管子，以增加下沉速度，并确保垂直。射水压力为0.4～0.6MPa，当为大颗粒砂粒土时，应为0.9～1.0MPa，冲至设计深度后，取下软管，再与集水总管连接，抽水时球阀能够自由关闭。冲孔直径一般为300mm，冲孔深度应比滤管底深0.5m左右，以利沉泥。灌砂办法要求与水冲法相同。本法长处为一次冲孔成，直接埋管。其构造如图。229/318230/318井点降水对周围环境不利影响及防治措施一、井点降水不利影响

井点管埋设完成开始抽水时，井内水位开始下降，周围含水层水不停流向滤管，在无承压水等环境条件下，通过一段时间之后，在井点周围形成漏斗状弯曲水面，即所谓“降水漏斗”，231/318这个漏斗状水面逐渐趋于稳定，一般需要几天到几周时间，降水漏斗范围内地下水位下降后来，就必然会造成地面固结沉降，由于漏斗形降水面不是平面，因而所产生沉降也是不均匀。在实际工程中，由于井点管滤管滤网和砂滤层构造不良，把土层中粘土颗粒、粉土颗粒甚至细砂同地下水一同抽出地面情况是经常发生，这种现象会使地面产生不均匀沉降加剧，造成附近建筑物及地下管线不一样程度损坏。232/318二、防备井点降水不利影响措施

由于井点降水对引发周围地层不均匀沉降，但在高水位地域开挖深基坑又离不开降水措施，因此一方面要确保开挖施工顺利进行，另一方面又要防备对周围环境不利影响，即采取对应措施，减少井点降水对周围建筑物及地下管线造成影响。（一）、在降水前认真做好对周围环境调研工作（二）、合理使用井点降水，尽也许减少对周围环境影响

233/318降水必然会形成降水漏斗，从而造成对周围地面沉降，但只要合理使用井点，能够把此类影响控制在周围环境能够承受范围之内。1、防备抽水带走土层中细颗粒。2、合适放缓降水漏斗线坡度。3、井点应连续运转，尽可能避免间歇和反复抽水。4、防备基坑开挖时产生基底下列承压水而造成流砂，致使坑周产生大量地面沉陷。5、假如降水现象周围有湖、河、塘等贮水体时，应考虑在井点和贮水体之间设置挡水帷幕，以防备井点与贮水体穿通，抽出大量地下水而水位不下降，反而带出许多土颗粒，甚至产生流砂现象，妨碍深基坑工程开挖施工。234/3186、在建筑物和地下管线密集等对地面沉降控制有严格要求地域开挖深基坑，可采取坑内降水方法，即在围护结构内部设置井点，疏干坑内地下水，以利开挖施工，同步，需利用支护墙体本身或另设挡土帷幕切断坑外地下水涌入。要求挡水墙有足够入土深度，一般需较井点滤管下端深2m左右。这样既不妨碍开挖施工，又可大大减轻对周围环境影响，收到良好效果。7、对不宜采取井点降水土层，不要盲目使用井点降水。235/318（三）、降水场地外侧设置挡土帷幕，减少降水影响范围

即在降水场地外侧有条件情况下设置一圈挡水帷幕，切断降水漏斗曲线外侧延伸部分，减小降水影响范围，从而把降水对周围影响减小到最低程度，一般挡水帷幕底标高应低于降落后水位2m以上，如图所示。

236/318常用挡土帷幕有下列几个：1、深层水泥搅拌桩2、砂浆防渗板桩3、树根桩隔水帷幕4、直接利用能够挡水挡土构造作为挡土帷幕，如钢板桩、地下连续墙。（四）、降水场地外缘设置回灌水系统

降水对周围环境不利影响主要是由于漏斗形降水曲线引发周围建筑物和地下管线基础不均匀沉降造成，因此，在降水场地外缘设置回灌水系统保持需保护部位地下水位，可消除所产生危害。

回灌水系统包括回灌井点和砂沟、砂井回灌两种型式。237/318四、土回填与压实土料选用与处理填土办法压实办法影响填土压实原因238/318（一）、土料选用与处理填方土料应符合设计要求，确保填方强度与稳定性，选择填料应为强度高、压缩性小、水稳定性好、便于施工土、石料。如设计无要求时，应符合下列要求：（1）碎石类土、砂土和爆破石渣（粒径不大于每层铺厚2/3）可用于表层下填料。（2）含水量符合压实要求粘性土，可为填土。在道路工程中粘性土不是抱负路基填料，在使用其作为路基填料时必须充足压实并设有良好排水设施。（3）碎块草皮和有机质含量大于8%土，仅用于无压实要求填方。239/318（4）淤泥和淤泥质土，一般不能用作填料，但在软土或沼泽地域，通过处理含水量符合压实要求，可用于填方中次要部位。填土应严格控制含水量，施工前应进行检查。当土含水量过大，应采取翻