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第一章 土方工程,第一节 土的工程分类及其工程物理性质,一、土方工程的施工特点1、量大面广；2、劳动强度大，人力施工效率低、工期长；3、施工条件复杂，受地质、水文、气侯影响大，不确定因素多。,概述 土方工程包括土的开挖、运输和填筑等施工过程，有时还要进行排水、降水、土壁支撑等准备工作。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。,长江三峡工程船闸高边坡,土体为砂土,然后淤泥软土,广州市海珠城广场工地基坑挡土墙发生坍塌事故,北京西城一工地连续塌陷一路人被埋身亡2008-01-14 坍塌处最终形成长约23米、宽约8米、深约17米的缺口,20060103北京东三环京广桥附近主辅路出现200平方米的大坑,南京闹市煤气管道爆炸原因系地铁施工路面下沉,09-04-28 浙江金华一公安局长在别墅区挖井引爆煤气管,第一节 土的工程分类及其工程物理性质,二、土方施工的准备工作(1)制定施工方案(2)场地清理(3)排除地面水(4)修筑好临时道路及供水、供电等临时设施。(5)做好材料、机具、物资及人员的准备工作。(6)设置测量控制网，打设方格网控制桩，进行建筑物、构筑物的定位放线等。(7)根据土方施工设计做好边坡稳定、基坑(槽)支护、降低地下水等土方工程的辅助工作。,第一节 土的工程分类及其工程物理性质,三、土的分类在建筑施工中，按照开挖难易程度（土的硬度系数）土可以分为以下八类，其中前一至四类为土，五至八类为岩石。只有充分掌握各类土的特性及其对施工的影响才能正确的选择施工方法：,土的工程分类,第一节 土的工程分类及其工程物理性质,四、土的工程物理性质1.土的含水量 土的含水量：土中水的质量与固体颗粒质量之比的百分率。土的含水量随气候条件、雨雪和地下水的影响而变化，对土方边坡的稳定性及填方密实程度有直接的影响。,第一节 土的工程分类及其工程物理性质,2、土的天然密度和干密度土的天然密度: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：干密度:土的固体颗粒质量与总体积的比值，用下式表示：在一定程度上，土的干密度反映了土的颗粒排列紧密程度。土的干密度愈大，表示土愈密实。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。,土的密实程度可用土的压实系数来表示：土的干密度可以用“环刀法”等进行测定。,第一节 土的工程分类及其工程物理性质,3、土的可松性土的可松性：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：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。,第一节 土的工程分类及其工程物理性质,4、土的渗透性土的渗透性：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。,本节小结：1.掌握土方工程施工的特点2.掌握土的分类原则，熟悉土的分类3.熟悉土的含水量、干密度对土方施工的影响4.掌握土的可松性的定义及计算,第二节 土方基坑开挖,一、土方边坡1.边坡坡度 土方边坡坡度=式中：m成为坡度系数边坡坡度应根据不同的填挖高度、土的工程物理性质和工程的重要性、边坡附近地面堆载情况由设计确定。在满足土体边坡稳定的条件下，可做成直线形、折线形、阶梯形的边坡来减少土方量。,第二节 基坑开挖,二、基坑、基槽和路堤的土方量计算,基坑土方量即可按拟柱体的体积公式式中 H基坑深度(m)；V1，V2基坑上下两底面积(m2)；F0F1与F2之间的中截面面积(m2)；,第二节 基坑开挖,当基槽和路堤沿长度方向断面呈连续性变化时其土方量可以用同样方法分段计算。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，即：式中 V1，V2Vn为各分段土的土方量(m3)。,第二节 基坑开挖,三、场地平整标高与土方量（一）确定场地设计标高 1初步设计标高 场地设计标高即为各个方格平均标高的平均值。可按下式计算：式中：H。所计算的场地设计标高(m)；a方格边长(m)；N方格数；H1l，H22任一方格的四个角点的标高(m)。,在场地平整土方工程施工之前，通常要计算土方的工程量。但土方外形往往复杂，不规则，要得到精确的计算结果很困难。一般情况下，可以按方格网将其划为一定的几何形状，并采用具有一定精度而又和实际情况近似的方法进行计算。,第二节 基坑开挖,第二节 基坑开挖,三、场地平整土方量的计算（一）确定场地设计标高 1初步设计标高 场地设计标高即为各个方格平均标高的平均值。可按下式计算：式中：H。所计算的场地设计标高(m)；a方格边长(m)；N方格数；H1l，H22任一方格的四个角点的标高(m)。,第一节 土的工程分类及其工程物理性质,如令H11个方格仅有的角点标高；H22个方格共有的角点标高；H33个方格共有的角点标高；H44个方格共有的角点标高。则场地设计标高H0可改写成下列形式,第二节 基坑开挖,2场地设计标高的调整(1)土的可松性影响,H0H0+h式中：Vw按理论标高计算出的总挖方体积；FW，FT按理论设计标高计算出的挖方区、填方区总面积；Ks土的最后可松性系数。,第二节 基坑开挖,(2)场内挖方和填土的影响（3）场地泄水坡度的影响 1）单向泄水时各方格角点的设计标高 HnH0li,第二节 基坑开挖,2）双向泄水时各方格角点的设计标高 HnH0lxixlyiy,第二节 基坑开挖,（二）场地土方量计算 1.计算场地各方格角点的施工高度各方格角点的施工高度(即挖、填方高度)h0 hnHn-Hn 式中 hn该角点的挖、填高度，以“”为填方高度，以“”为挖方高度(m)；Hn该角点的设计标高(m)；Hn该角点的自然地面标高(m)。2.绘出“零线”方格线上的零点位置见图，可按下式计算：式中：h1，h2相邻两角点挖、填方施工高度(以绝对值代入)；a方格边长；x零点距角点A的距离,零点位置计算,第二节 基坑开挖,3.场地土方量计算（1）四方棱柱体法 1）全挖全填格式中：V挖方或填方的土方量（m）；h1,h2,h3,h4方格四个角点的挖填高度，以绝对值代人（m）。,第二节 基坑开挖,2）部分挖部分填格,第三节 基坑降水及土壁支护,土方工程主要包括土石的开挖、填筑、运输等施工过程及排水、降水与土壁支护等准备和辅助过程。塌方的主要原因：1、边坡过陡，土壁支撑力不足；2、雨水或地下水进入基坑，土体自重增大而超过土体的抗剪能力；3、边坡顶面大量堆土或施工材料、施工机械等；4、土方开挖时未遵循“开槽支撑，先撑后挖，分层开挖，严禁超挖”的原则。,堆填路堤引起滑坡,无锡新区金源大厦基坑塌方现场报道（事故发生在07年7月2日),北京地铁十号线熊猫环岛站事故2005.11.30,上海地铁4号线地面坍陷,哈尔滨一建筑工地塌方6人被埋已有3人死亡,哈尔滨一建筑工地塌方6人被埋已有3人死亡,一、施工排水、降水 在基坑开挖过程中，当基底低于地下水位时，由于土的含水层被切断，地下水会不断地渗入坑内。雨期施工时，地面水也会不断流入坑内。土方施工过程中进入基坑内的水对施工的影响：1、施工条件恶化 2、土壁塌方 3、影响地基承载力,第三节 基坑降水及土壁支护,（一）集水坑降水法,第三节 基坑降水及土壁支护,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的粘性土层。当基坑开挖较深，又采用刚性土壁支护结构挡土并形成止水帷幕时，基坑内降水也多采用集水井降水法。在井点降水仍有局部区域降水深度不足时，也可辅以集水井降水。,第三节 基坑降水及土壁支护,第三节 基坑降水及土壁支护,当土方开挖至地下水位且采用集水坑降水法时，水位存在高差形成动水压力。由于动水压力的影响，地下水会不停的涌入基坑。当动水压力大于或等于土的浮容量（浮土重度）时，土粒会处于悬浮状态，随渗流一起流动，这种现象叫做“流砂”。,流砂的危害：1、施工条件变恶劣；2、影响施工进度；3、严重时地面开裂、土方崩塌。,流砂现象及其防治在一定动水压力作用下，松散而饱和的细砂和粉砂容易产生流砂现象，降低地下水位，改变水流方向，消除动水压力，是防治流砂现象的重要途径。防治流砂的原则是“治沙必治水”，其具体措施有：1、枯水期施工 地下水位低，坑内外水位差小，动水压力减小，不易产生流砂。2、打钢板桩法 将钢板桩打入坑底一定深度，增加地下水由坑 外流入坑内的渗流路线，减小水力坡度，从而减小动水压力。浇筑地下连续 墙可起到同样的效果。3、水下挖土法不排水施工，使坑内水头较大，减小动水压力。此法常在沉井挖土下沉过程中采用。,第三节 基坑降水及土壁支护,第三节 基坑降水及土壁支护,4、人工降低地下水位采用井点降水法可使地下水渗流方向朝下，向下 的动水压力增大了土粒间的压力，从而有效地制止了流砂现象。5、设地下连续墙原理等同打钢板桩。6、抛大石块法 基坑开挖中出现流砂现象，枪挖至标高后，立 即铺设芦席并抛大石块，增加土的压重，以平衡动水压力。此法解决解决局 部或轻微流砂现象是有效的。,地下连续墙 地下连续墙既可挡土护壁，截水防渗，也可用作承受上部结构荷载。地下连续墙作为临时性支护措施不经济，常用做永久性结构.地下连续墙施工工艺过程是：修筑导墙挖槽吊放接头管（箱）、吊放钢筋笼浇注混凝土。,铣削钻 成槽机,铣削钻 成槽机,铣削钻 成槽机,地铁施工,盾构内部全景,双圆（dot）盾构法.,第三节 基坑降水及土壁支护,（二）井点降水法井点降水法就是在基坑开挖之前，先埋设一定数量的滤水管（井），利用抽水设备从中抽水，使地下水降低到坑底以下，直至施工完毕为止。,（1）管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2050m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，每个井管单独用一台水泵不断抽水，以使水位降低。,第三节 基坑降水及土壁支护,（2）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 6，土层渗透系数为 0.12.0的弱水层时，可采用喷射井点，降水深度可达20。,第三节 基坑降水及土壁支护,第三节 基坑降水及土壁支护,（3）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。,(一）轻型井点降水系统 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（见下图）。,轻型井点设备1 地面；2水泵；3总管；4井点管；5滤管；6降落后的水位；7原地下水位；8基坑底,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,抽水机械,轻型井点设计 轻型井点设计包括：井点系统的平面布置 井点系统的高程布置 涌水量计算 确定井点管的数量 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。,a）单排布置；b）双排布置；c）环形布置（d）U形布置,井点的平面布置,井点系统的平面布置：当基坑（槽）宽度小于6m，且降水深度不超过5m时，一般可用单排井点，布置在地下水的上游一侧，其两端延伸长度一般不小于该坑（槽）的宽度为宜；如基坑宽度大于6m或土质不良，则宜采用双排井点。当基坑面积较大时，宜采用环形井点。为便于挖土机械和运土车辆出入基坑，环形井点也可以地下水的下游保留一段不设井管，而形成不封闭的布置。井管与坑壁距离不宜小于1m，以防止坑壁产生泄漏而影响抽水系统的真空度。井管间距应根据土质、降水深度，工程性质按计算或经验确定，一般为0.81.6m。靠近河流处与总管四角部位，井管应适当加密。,井点系统的高程布置：高程布置即是井点系统的竖向布置，取决于基坑的开挖深度，地下水位高度、降水深度等条件。井管的埋设深度H（不包括滤管）可按下式计算；H1：井点管埋设面至基坑底面的距离，M：h：降低后的地下水位到基坑中心底面的距离，一般为0.51.0m；I：地下水降落坡度，环形井点为0.1，单排井点为0.2L：井点管至基坑中心的水平距离，m。,由于轻型井点系统中的真空泵的实际真空度一般不能达到理论值，以及管路系统的水头损失和可能的局部漏水等都会影响有效吸水深度，因此按上式计算出的埋设深度不大于6。,城墙侧湖底段采用围堰挡水，二级轻型井点降水，辅以管井井点降水，放坡大开挖，挂网喷浆护坡。,第三节 基坑降水及土壁支护,二、边坡稳定(一)基槽支护结构 开挖较窄的沟槽，多用横撑式土壁支撑。,1水泥土挡墙,第三节 基坑降水及土壁支护,(2)水泥土搅拌桩的施工,搅拌水泥土墙施工流程（a）定位；（b）预埋下沉；（c）提升喷浆搅拌；（d）重复下沉搅拌（e）重复提升搅拌；（f）成桩结束,第三节 基坑降水及土壁支护,3）土钉墙支护的施工 土钉墙的施工顺序为：按设计要求自上而下分段、分层开挖工作面，修整坡面埋设喷射混凝土厚度控制标志，喷射第一层混凝土钻孔，安设土钉钢筋注浆，安设连接件绑扎钢筋网，喷射第二层混凝土设置坡顶、坡面和坡脚的排水系统。若土质较好亦可采取如下顺序：开挖工作面、修坡绑扎钢筋网成孔安设土钉注浆、安设连接件喷射混凝土面层。,土钉墙支护1土钉；2喷射混凝土面层；3垫板,第三节 基坑降水及土壁支护,4板桩挡墙（1）型钢横挡板挡墙,（2）钢板桩挡墙,第三节 基坑降水及土壁支护,第三节 基坑降水及土壁支护,第四节 土方机械化施工,基坑土方的开挖，力争机械施工，以减轻繁重的体力劳动并加快施工速度。采用机械挖土时，由于不能准确地挖至设计标高，往往会使基土遭受破坏，因此，要预留200mm（铲运机）300mm（挖土机）土层由人工铲除。,推土机,（一）推土机施工,为了提高推土机生产效率，缩短推土机的工作循环时间，减少土的散失，主要采用以下方式进行操作。1、下坡推土在不大于15顺坡推土，利用机械自身的重力作用，增强推土能力。,第四节 土方机械化施工,2、并列推土当施工面较大时，可采用23台推土机并列作业，铲刀相距1530cm，减少土的散失。3、槽型推土推土机重复多次在一条作业线上切土和推土，使地面逐步形成一条浅槽，减少土的散失，增加推土量。,第四节 土方机械化施工,4、多铲集运硬土切土时，每次切土深度不大，可采用多次铲土，分批集中，一次推送的方法，可以有效地利用推土机的功率，缩短运土时间。,第四节 土方机械化施工,（二）单斗挖土机施工挖土机是大型基坑开挖中最常用的一种机械，根据其工作装置不同，可分为；正铲、反铲、拉铲、抓铲等（图示）(反铲）。,第四节 土方机械化施工,第四节 土方机械化施工,1正铲挖土机施工正铲挖土机的挖土特点是：“前进向上，强制切土”。其挖掘力大，生产率高，能开挖停机面以上的IIV级土，宜用于开挖高度大于2m的干燥基坑，但需设置上下坡道。,第四节 土方机械化施工,2.反铲挖土机挖土特点：“后退向下，强制切土”。其挖掘力比正铲小，能开挖停机面以下的III级土，宜用于开挖深度不大于4m的基坑，对地下水位较高处也适用。反铲挖土机的开挖方式，可分为沟端开挖与沟侧开挖。(图示),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。,第四节 土方机械化施工,第四节 土方机械化施工,3拉铲挖土机施工 拉铲挖土机的开挖方式，基本上与反铲挖土机形似，也分为沟端开挖和沟侧开挖.拉铲挖土机的挖土特点是：“后退向下，自重切土”。其挖土半径和挖土深度较大，能开挖停机面以下的III级土，工作时，利用惯性力将铲斗甩出去，挖得比较远。但不如反铲灵活准确，宜用于开挖大而深的基坑或水下挖土。,4、抓铲挖土机施工 抓铲挖土机一般是正、反铲液压挖土机将铲斗更换为抓斗而成，或由履带式起重机改装而成。抓铲挖土机的挖土特点是：“直上直下，自重切土”。其挖掘力较小，只能开挖的I级土，抓铲挖土机的抓铲能在回转半径范围内开挖基坑上任何位置的土方。宜于开挖窄而深的基坑或水中淤泥。,第四节 土方机械化施工,第五节 土方的填筑与压实,一、土料选择1、碎石类土、砂土、爆破石渣及含水量符合压实要求的粘性土均可作为填方土料。2、冻土、淤泥、膨胀性土及有机物含量大于8的土、可溶性硫酸盐含量大于5的土均不能做填土。3、填方土料为粘性土时，应检验其含水量是否在控制范围内，含水量大的粘土不宜做填土用。二、填筑要求 填方应尽量采用同类土填筑。当采用土料的透水性不同时，不得掺杂乱倒，应分层填筑，并将透水性较小的土料填在上层，三、填土压实方法(一)碾压法,碾压机械(d)自行式平碾；(6)拖式羊脚碾,平碾,第五节 土方的填筑与压实,第五节 土方的填筑与压实,羊足碾,第五节 土方的填筑与压实,第五节 土方的填筑与压实,（二）夯实法,第五节 土方的填筑与压实,人工夯,人工夯,人工夯,(三)振动压实法,平板振动机,第五节 土方的填筑与压实,振动压路机,BV 6高密实度压路机前后设置68个高频振动夯锤,单缸振动碾,振动压路机,三、影响填土压实的因素 1压实功的影响填土压实后的干密度与压实机械在其上施加的功有一定的关系。在开始压实时，土的干密度急剧增加，待到接近土的最大干密度时，压实功虽然增加许多，而土的干密度几乎没有变化。因此，在实际施工中，不要盲目过多地增加压实遍数。2、含水量的影响在同一压实功条件下，填土的含水量对压实质量有直接影响。较为干燥的土，由于土颗粒之间的摩阻力较大，因而不易压实。当土具有适当含水量时，水起了润滑作用，土颗粒之间的摩阻力减小，从而易压实。各种土壤都有其最佳含水量。土在这种含水量的条件下，使用同样的压实功进行压实，可得到最大干密度。各种土的最佳含水量和所能获得的最大干密度，可由击实试验取得。,第五节 土方的填筑与压实,3、铺土厚度的影响土在压实功的作用下，压应力随深度增加而逐渐减小，其影响深度与压实机械、土的性质和含水量等有关。铺土厚度应小于压实机械压土时的作用深度，但其中还有最优土层厚度问题，铺得过厚，要压很多遍才能达到规定的密实度。铺得过薄，则也要增加机械的总压实遍数。恰当的铺土厚度（参考表）能使土方压实而机械的功耗费最少。,第五节 土方的填筑与压实,第六节 坑槽开挖及验槽,一、坑槽开挖 1、做好施工排水工作，防止水进入基坑内；2、坑底玉楼20cm的土层人工整平；3、人工整平后如若不立即砌筑基础，可保留1530cm的土层不挖，待下一施工程序开始前挖除；4、临近基坑开挖，应先深后浅或同时开挖。二、钎探 土方开挖后，应探测地质状况是否符合设计，查验地下是否存在空洞、墓穴、沙窝等，并标注到检测报告里。常用来检测的方式是钎探。钎探的方法有一般钎探、自由落锤式钎探和洛阳铲等。三、验槽 1、基槽标高 2、平面尺寸 3、打钎记录,