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第一章土方工程 土方工程包括土的開挖 運輸和填筑等施工過程 有時還要進行排水 降水 土壁支撐等準備工作 在建造工程中 最常見的土方工程有 場地平整 基坑 槽 開挖 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 勞動繁重和施工條件復(fù)雜等特點 土方工程施工又受氣候 水文 地質(zhì) 地下障礙等因素的影響較大 不可確定的因素也較多 有時施工條件極為復(fù)雜 土的分類繁多 其分類法也很多 如按土的沉積年代 顆粒級配 密實度 液性指數(shù)分類等 在土木工程施工中按土開挖的難易程度將土分為 松軟土 普通土 堅土 砂礫堅土 軟石 次堅石 堅石 特堅硬石等八類 第一節(jié)土的分類及工程性質(zhì) 一 土的分類與鑒別 表1 1土的工程分類與現(xiàn)場鑒別方法 1 土的含水量土的含水量 土中水的質(zhì)量與固體顆粒質(zhì)量之比的百分率 二 土的工程性質(zhì) 一 土的組成 式中 m濕 含水狀態(tài)土的質(zhì)量 kg m干 烘干后土的質(zhì)量 kg mW 土中水的質(zhì)量 kg mS 固體顆粒的質(zhì)量 kg 土的含水量隨氣候條件 雨雪和地下水的影響而變化 對土方邊坡的穩(wěn)定性及填方密實程度有直接的影響 二 土的工程性質(zhì) 土的天然密度 在天然狀態(tài)下 單位體積土的質(zhì)量 它與土的密實程度和含水量有關(guān) 土的天然密度按下式計算 2 土的天然密度和干密度 式中 土的天然密度 kg m3 m 土的總質(zhì)量 kg V 土的體積 m3 干密度 土的固體顆粒質(zhì)量與總體積的比值 用下式表示 式中 d 土的干密度 kg m3 mS 固體顆粒質(zhì)量 kg V 土的體積 m3 在一定程度上 土的干密度反映了土的顆粒排列緊密程度 土的干密度愈大 表示土愈密實 土的密實程度主要通過檢驗填方土的干密度和含水量來控制 3 土的可松性系數(shù) 土的可松性 天然土經(jīng)開挖后 其體積因松散而增加 雖經(jīng)振動夯實 仍然不能完全復(fù)原 土的這種性質(zhì)稱為土的可松性 土的可松性用可松性系數(shù)表示 即 式中KS KS 土的最初 最終可松性系數(shù) V1 土在天然狀態(tài)下的體積 m3 V2 土挖出后在松散狀態(tài)下的體積 m3 V3 土經(jīng)壓 夯 實后的體積 m3 土的最初可松性系數(shù)KS是計算車輛裝運土方體積及挖土機械的主要參數(shù) 土的最終可松性系數(shù)是計算填方所需挖土工程量的主要參數(shù) 各類土的可松性系數(shù)見表1 1所示 4 土的滲透性 土的滲透性 指土體被水透過的性質(zhì) 土的滲透性用滲透系數(shù)表示 滲透系數(shù) 表示單位時間內(nèi)水穿透土層的能力 以m d表示 它同土的顆粒級配 密實程度等有關(guān) 是人工降低地下水位及選擇各類井點的主要參數(shù) 土的滲透系數(shù)見表1 6所示 表1 6土的滲透系數(shù)參考表 第二節(jié)土方量計算與土方調(diào)配 一 基坑與基槽土方量計算 基坑土方量可按立體幾何中擬柱體 由兩個平行的平面作底的一種多面體 體積公式計算 圖1 1 即 式中H 基坑深度 m A1 A2 基坑上 下底的面積 m2 A0 基坑中截面的面積 m2 基槽土方量計算可沿長度方向分段計算 圖1 2 式中 V1 第一段的土方量 m3 L1 第一段的長度 m 將各段土方量相加即得總土方量 二 場地平整土方計算 對于在地形起伏的山區(qū) 丘陵地帶修建較大廠房 體育場 車站等占地廣闊工程的平整場地 主要是削凸填凹 移挖方作填方 將自然地面改造平整為場地設(shè)計要求的平面 場地挖填土方量計算有方格網(wǎng)法和橫截面法兩種 橫截面法是將要計算的場地劃分成若干橫截面后 用橫截面計算公式逐段計算 最后將逐段計算結(jié)果匯總 橫截面法計算精度較低 可用于地形起伏變化較大地區(qū) 對于地形較平坦地區(qū) 一般采用方格網(wǎng)法 方格網(wǎng)法計算場地平整土方量步驟為 1 讀識方格網(wǎng)圖 方格網(wǎng)圖由設(shè)計單位 一般在1 500的地形圖上 將場地劃分為邊長a 10 40m的若干方格 與測量的縱橫坐標相對應(yīng) 在各方格角點規(guī)定的位置上標注角點的自然地面標高 H 和設(shè)計標高 Hn 如圖1 3所示 2 計算場地各個角點的施工高度 施工高度為角點設(shè)計地面標高與自然地面標高之差 是以角點設(shè)計標高為基準的挖方或填方的施工高度 各方格角點的施工高度按下式計算 式中hn 角點施工高度即填挖高度 以 為填 為挖 m n 方格的角點編號 自然數(shù)列1 2 3 n 3 計算 零點 位置 確定零線方格邊線一端施工高程為 若另一端為 則沿其邊線必然有一不挖不填的點 即為 零點 圖1 4 零點位置按下式計算 式中x1 x2 角點至零點的距離 m h1 h2 相鄰兩角點的施工高度 均用絕對值 m a 方格網(wǎng)的邊長 m 確定零點的辦法也可以用圖解法 如圖1 5所示 方法是用尺在各角點上標出挖填施工高度相應(yīng)比例 用尺相連 與方格相交點即為零點位置 將相鄰的零點連接起來 即為零線 它是確定方格中挖方與填方的分界線 4 計算方格土方工程量 按方格底面積圖形和表1 3所列計算公式 逐格計算每個方格內(nèi)的挖方量或填方量 5 邊坡土方量計算 場地的挖方區(qū)和填方區(qū)的邊沿都需要做成邊坡 以保證挖方土壁和填方區(qū)的穩(wěn)定 邊坡的土方量可以劃分成兩種近似的幾何形體進行計算 一種為三角棱錐體 圖1 6中 另一種為三角棱柱體 圖1 6中 表1 3常用方格網(wǎng)點計算公式 A 三角棱錐體邊坡體積 式中l(wèi)1 邊坡 的長度 A1 邊坡 的端面積 h2 角點的挖土高度 m 邊坡的坡度系數(shù) m 寬 高 B 三角棱柱體邊坡體積 兩端橫斷面面積相差很大的情況下 邊坡體積 式中 l4 邊坡 的長度 A1 A2 A0 邊坡 兩端及中部橫斷面面積 C 計算土方總量 將挖方區(qū) 或填方區(qū) 所有方格計算的土方量和邊坡土方量匯總 即得該場地挖方和填方的總土方量 例1 1 某建筑場地方格網(wǎng)如圖1 7所示 方格邊長為20m 20m 填方區(qū)邊坡坡度系數(shù)為1 0 挖方區(qū)邊坡坡度系數(shù)為0 5 試用公式法計算挖方和填方的總土方量 解 1 根據(jù)所給方格網(wǎng)各角點的地面設(shè)計標高和自然標高 計算結(jié)果列于圖1 8中 由得 h1 251 50 251 40 0 10 h2 251 44 251 25 0 19 h3 251 38 250 85 0 53 h4 251 32 250 60 0 72h5 251 56 251 90 0 34 h6 251 50 251 60 0 10h7 251 44 251 28 0 16 h8 251 38 250 95 0 43 h9 251 62 252 45 0 83h10 251 56 252 00 0 44 h11 251 50 251 70 0 20h12 251 46 251 40 0 06 2 計算零點位置 從圖1 8中可知 1 5 2 6 6 7 7 11 11 12五條方格邊兩端的施工高度符號不同 說明此方格邊上有零點存在 由公式1 10求得 1 5線 x1 4 55 m 2 6線 x1 13 10 m 6 7線 x1 7 69 m 7 11線 x1 8 89 m 11 12線 x1 15 38 m 將各零點標于圖上 并將相鄰的零點連接起來 即得零線位置 如圖1 8 3 計算方格土方量 方格 底面為正方形 土方量為 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 底面為兩個梯形 土方量為 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 方格 底面為三邊形和五邊形 土方量為 V 65 73 m3 V 0 88 m3 V 2 92 m3 V 51 10 m3 V 40 89 m3 V 5 70 m3 方格網(wǎng)總填方量 V 184 12 80 65 73 2 92 40 89 306 34 m3 方格網(wǎng)總挖方量 V 171 24 59 0 88 51 10 5 70 253 26 m3 4 邊坡土方量計算 如圖1 9 按三角棱柱體計算外 其余均按三角棱錐體計算 可得 V 0 003 m3 V V 0 0001 m3 V 5 22 m3 V V 0 06 m3 V 7 93 m3 V V 0 01 m3 V 0 01 m3 V11 2 03 m3 V12 V13 0 02 m3 V14 3 18 m3 邊坡總填方量 V 0 003 0 0001 5 22 2 0 06 7 93 2 0 01 0 01 13 29 m3 邊坡總挖方量 V 2 03 2 0 02 3 18 5 25 m3 三 土方調(diào)配 土方調(diào)配是土方工程施工組織設(shè)計 土方規(guī)劃 中的一個重要內(nèi)容 在平整場地土方工程量計算完成后進行 編制土方調(diào)配方案應(yīng)根據(jù)地形及地理條件 把挖方區(qū)和填方區(qū)劃分成若干個調(diào)配區(qū) 計算各調(diào)配區(qū)的土方量 并計算每對挖 填方區(qū)之間的平均運距 即挖方區(qū)重心至填方區(qū)重心的距離 確定挖方各調(diào)配區(qū)的土方調(diào)配方案 應(yīng)使土方總運輸量最小或土方運輸費用最少 而且便于施工 從而可以縮短工期 降低成本 土方調(diào)配的原則 力求達到挖方與填方平衡和運距最短的原則 近期施工與后期利用的原則 進行土方調(diào)配 必須依據(jù)現(xiàn)場具體情況 有關(guān)技術(shù)資料 工期要求 土方施工方法與運輸方法 綜合上述原則 并經(jīng)計算比較 選擇經(jīng)濟合理的調(diào)配方案 一 調(diào)配區(qū)的劃分在場地的平面圖上先畫出挖填方區(qū)的分界線 零線 在根據(jù)地形及地理條件 在挖方區(qū)和填方區(qū)適當(dāng)劃分若干調(diào)配區(qū) 并計算出各調(diào)配區(qū)的土方量 在圖上注明 如下圖所示 圖土方調(diào)配圖箭線上方為土方量 m3 箭線下方為運距 m 二 調(diào)配區(qū)之間平均運距 平均運距就是挖方區(qū)土方重心至填方區(qū)土方重心之間的距離 為了簡化計算 假設(shè)每個方格上的土方是各自均勻分布的 從而用圖解法求出幾何中心代替方格的重心 取場地的縱橫兩邊作為坐標軸 各調(diào)配區(qū)的重心坐標為 重心求出后標在相應(yīng)的套配區(qū)圖上 然后用比例尺量出每對調(diào)配區(qū)之間的距離 式中 X Y 調(diào)配區(qū)的重心坐標 Vi 每個方格的土方量 xi yi 每個方格的重心坐標 每對調(diào)配區(qū)的平均運距 例題 W3 500 W4 400 500 500 500 600 800 T2 T1 W1 T3 W2 50 60 100 110 40 40 70 100 70 90 70 80 1 編制初始調(diào)配方案 利用 最小元素法 編制初始調(diào)配方案 其總運輸量是較小的 但不一定是總運輸量最小 因此還需判別它是否為最優(yōu)方案 判別的方法有 閉回路法 和 位勢法 其實質(zhì)相同 都是用檢驗數(shù) ij來判別 只要所有的檢驗數(shù) ij 0 則該方案即為最優(yōu)方案 否則 不是最優(yōu)方案 尚需進行調(diào)整 下面介紹用 位勢法 求檢驗數(shù) 2 方案檢驗 1 求位勢Ui和Vj位勢數(shù)就是在運距表的行或列中用運距 或單價 Cij同時減去的數(shù) 目的是使有調(diào)配數(shù)字的格檢驗數(shù) ij為零 而對調(diào)配方案的選取沒有影響 計算方法 將初始方案中有調(diào)配數(shù)方格的Cij列出 然后按下式求出兩組位勢數(shù)Ui i 1 2 m 和Vj j 1 2 n Cij Ui Vj 1 20 式中Cij 平均運距 或單位土方運價或施工費用 Ui Vj 位勢數(shù) 例如 本例兩組位勢數(shù)計算 設(shè)U1 0 則V1 C11 U1 50 0 50 U3 C31 V1 60 50 10 V2 110 10 100 見表所示 2 求檢驗數(shù) ij ij Cij Ui Vj 12 70 0 100 30 13 100 0 60 40 21 70 60 50 80 23 90 60 60 90 41 90 20 50 50 42 100 20 100 20 3 方案的調(diào)整 1 在所有負檢驗數(shù)中選取最小的一個 本例中為C12 把它所對應(yīng)的變量X12作為調(diào)整的對象 2 找出X12的閉回路 從X12出發(fā) 沿水平或豎直方向前進 遇到調(diào)調(diào)配土方數(shù)字的格作可以做90 轉(zhuǎn)彎 然后依次繼續(xù)前進 直到再回到出發(fā)點 形成一條閉回路 3 從空格X12出發(fā) 沿著閉回路方向 在各奇數(shù)次轉(zhuǎn)角點的數(shù)字中 挑出一個最小的土方量 本表即為500 100中選100 將它調(diào)到空格中 即由X32調(diào)到X12中 4 同時將閉回路上其他奇數(shù)次轉(zhuǎn)角上的數(shù)字都減去該調(diào)動值 100m3 偶次轉(zhuǎn)角上數(shù)字都增加該調(diào)動值 使得填 挖方區(qū)的土方量仍然保持平衡 這樣調(diào)整后 便得到了新的調(diào)配方案 再求位勢及空格的檢驗數(shù) 若檢驗數(shù)仍有負值 則重復(fù)以上步驟 直到全部 ij 0而得到最優(yōu)解 4 繪出調(diào)配圖 包括調(diào)運的流向 數(shù)量 運距 5 求出最優(yōu)方案的總運輸量 400 50 100 70 500 40 400 60 100 70 400 40 94000m3 m 40 50 60 50 50 U1 0 V1 50 V2 70 U2 30 U3 10 V3 60 U4 20 30 W3 500 W4 400 500 500 500 600 T2 T1 W1 T3 W2 800 400 100 500 400 400 100 第三節(jié)基坑降水與排水 基坑工程中的降低地下水亦稱地下水控制 即在基坑工程施工過程中 地下水要滿足支護結(jié)構(gòu)和挖土的施工要求 并且不因地下水位的變化 對基坑周圍的的環(huán)境和設(shè)施帶來危害 降水目的 1 防止涌水 流沙 保證在較干燥的狀態(tài)下施工 2 防止滑坡 塌方 坑底隆起 3 減少坑壁支護結(jié)構(gòu)的水平荷載 一 地面排水排除地面水 包括雨水 施工用水 生活污水等 常采用在基坑周圍設(shè)置排水溝 截水溝或筑土堤等辦法 并盡量利用原有的排水系統(tǒng) 或?qū)⑴R時性排水設(shè)施與永久性設(shè)施相結(jié)合使用 二 降低地下水位 一 集水井降水法 明渠排水法 集水井法是在基坑開挖過程中 沿坑底的周圍或中央開挖排水溝 并在基坑邊角處設(shè)置集水井 將水匯入集水井內(nèi) 用水泵抽走 這種方法可用于基坑排水 也可用于降水 1 集水井設(shè)置1 施工過程基坑或溝槽開挖時 在坑底設(shè)置集水井 并沿坑底的周圍或中央開挖排水溝 使水在重力作用下流入集水井內(nèi) 然后用水泵抽出坑外 2 構(gòu)造四周的排水溝及集水井一般應(yīng)設(shè)置在基礎(chǔ)范圍以外 地下水流的上游 基坑面積較大時 可在基坑范圍內(nèi)設(shè)置盲溝排水 根據(jù)地下水量 基坑平面形狀及水泵能力 集水井每隔20 40m設(shè)置一個 3 設(shè)置集水坑的直徑或?qū)挾纫话銥? 6 0 8m 其深度隨著挖土的加深而加深 并保持低于挖土面0 7 1 0m 坑壁可用竹 木材料等簡易加固 當(dāng)基坑挖至設(shè)計標高后 集水坑底應(yīng)低于基坑底面1 0 2 0m 并鋪設(shè)碎石濾水層 0 3m厚 或下部礫石 0 1m厚 上部粗砂 0 1m 的雙層濾水層 以免由于抽水時間過長而將泥砂抽出 并防止坑底土被擾動 特點 明排水法構(gòu)造簡單 其由集水井 排水溝和水泵組成 施工成本低 應(yīng)盡可能采用 優(yōu)點 方法簡單 經(jīng)濟 對周圍影響小 應(yīng)用較廣 缺點 當(dāng)涌水量較大 水位差較大或土質(zhì)為細砂或粉砂 有產(chǎn)生流砂 邊坡塌方及管涌等可能 集水井降水法1 排水溝 2 集水井 3 離心式水泵 4 基礎(chǔ)邊線 5 原地下水位線 6 降低后地下水位線 2 潛水泵潛水泵是由立式水泵與電動機組合而成 工作時完全浸在水中 水泵裝在電動機上端式或螺旋槳式 電動機設(shè)有密封裝置 潛水泵工作簡圖1 葉輪 2 軸 3 電動機 4 進水口 5 出水膠管 6 電纜 3 流砂及其防治基坑挖土至地下水位以下 土質(zhì)為細砂土或粉砂土的情況下 采用集水坑降低地下水時 坑下的土有時會形成流動狀態(tài) 隨著地下水流入基坑 這種現(xiàn)象稱為流砂現(xiàn)象 出現(xiàn)流砂現(xiàn)象時 土完全喪失承載力 土體邊挖邊冒流砂 至使施工條件惡化 基坑難以挖到設(shè)計深度 嚴重時會引起基坑邊坡塌方 臨近建筑因地基被掏空而出現(xiàn)開裂 下沉 傾斜甚至倒塌 1 流砂發(fā)生的原因動水壓力是流砂發(fā)生的重要條件 流動中的地下水對土顆粒產(chǎn)生的壓力稱為動水壓力 其性質(zhì)通過圖所示的試驗說明 動水壓力 地下水在滲流過程中受到土顆粒的阻力 使水流對土顆粒產(chǎn)生的一種壓力 大小與水力坡度成正比 方向同滲流方向 GD I w h L w當(dāng)動水壓力大于或等于土的浸水重度 GD 時 土粒被水流帶到基坑內(nèi) 主要發(fā)生在細砂 粉砂 輕亞粘土 淤泥中 3 流砂的防治減小動水壓力 板樁等增加L 平衡動水壓力 拋石塊 水下開挖 泥漿護壁 改變動水壓力的方向 井點降水 1 枯水期施工法 2 搶挖并拋大石塊法 3 打板樁 設(shè)止水帷幕法 4 水下挖土 5 人工降低地下水位法 此外 采用地下連續(xù)墻 壓密注漿法 土壤凍結(jié)法等 阻止地下水流入基坑 以防止流砂發(fā)生 二 井點降水法原理 井點降水法就是在基坑開挖前 預(yù)先在基坑四周埋設(shè)一定數(shù)量的濾水管 井 利用抽水設(shè)備從中抽水 使地下水位降落到坑底標高以下 并保持至回填完成或地下結(jié)構(gòu)有足夠的抗浮能力為止 方法有 輕型井點 噴射井點 電滲井點 管井井點 深井泵等 適用范圍見下表 1 輕型井點 1 輕型井點設(shè)備輕型井點設(shè)備是由管路系統(tǒng)和抽水設(shè)備組成 管路系統(tǒng)包括 井點管 由井管和濾管連接而成 彎聯(lián)管及總管等 井管 38 50 長5 7m 常用6m 無縫鋼管 絲扣連濾管 濾管 38 51 長1 1 7m 開孔 12 開孔率20 25 包濾網(wǎng) 總管 內(nèi)127無縫鋼管 每節(jié)4m 每隔0 8 1或1 2m有一短接口 連接管 使用透明塑料管 膠管或鋼管 宜有閥門 抽水設(shè)備 真空泵 教材 真空度高 體形大 耗能多 構(gòu)造復(fù)雜射流泵 常用 簡單 輕小 節(jié)能隔膜泵 少用 抽水設(shè)備是由真空泵 離心泵和水氣分離器 集水箱 組成 抽水原理為真空原理 2 輕型井點布置1 平面布置 當(dāng)坑槽寬度小于6米 水位降低不大于5米時 可單排線狀布置 單排井點布置簡圖 a 平面布置 b 高程布置1一總管 2 點管 3一抽水設(shè)備 2 輕型井點的布置 1 平面布置 當(dāng)坑槽寬度小于6米 水位降低不大于5米時 可單排線狀布置 環(huán)形井點布置簡圖 a 平面布置 b 高程布置1一總管 2一井點管 3一抽水設(shè)備 2 高程布置井管的埋置深度H1 可按下式計算 圖1 27b H1 H2十h十iL m 式中H2 總管平臺面至基坑底面的距離 m h 基坑中心線底面至降低后的地下水位線的距離 一般取0 5 1 0m i 水力坡度 根據(jù)實測 環(huán)形井點為1 10 單排線狀井點為1 4 3 輕型井點計算1 水井類型 水井的分類 a 無壓完整井 b 無壓非完整井 c 承壓完整井 d 承壓非完整井 井形示意圖 2 涌水量計算 無壓完整單井涌水量Q 用水量 m3 d H 含水層 m R抽水半徑 m R 水井半徑H 井內(nèi)水深K 滲透系數(shù)m3 d 無壓完整環(huán)狀井點涌水量計算 R 抽水影響半徑 m 取 x0 環(huán)形井點的假想半徑 m F 基坑周圍井點管所包圍的面積 m2 無壓非完整井環(huán)狀井點系統(tǒng)涌水量 有效深度H0值 注 表中S 為井管內(nèi)水位降低深度 l為濾管長度 承壓完整井涌水量承壓完整井環(huán)形井點涌水量計算公式為式中M 承壓含水層厚度 m K R x0 S 與上公式相同 m3 d 3 確定井點管數(shù)量與井距單井的最大出水量q 主要取決于土的滲透系數(shù) 濾管的構(gòu)造與尺寸 按下式確定 式中d 濾管直徑 m l 濾管長度 m K 滲透系數(shù) m d 確定井點管間距時 還應(yīng)注意以下幾點 a 井距過小時 彼此干擾大 影響出水量 因此井距必須大于15倍管徑 b 在滲透系數(shù)小的土中井距宜小些 否則水位降落時間過長 c 靠近河流處 井點宜適當(dāng)加密 d 井距應(yīng)能與總管上的接頭間距相配合 4 輕型井點的施工埋設(shè)井點的程序是 放線定位 打井孔 埋設(shè)井點管 安裝總管 用彎聯(lián)管將井點管與總管接通 安裝抽水設(shè)備 沖孔埋管填砂封口 2 管井井點管井井點就是沿基坑每隔一定距離設(shè)置一個管井 每個管井單獨用一臺水泵不斷抽水來降低地下水位 在土的滲透系數(shù)大 20 200m d 的土層中 宜采用管井井點 管井井點的設(shè)備主要是由管井 吸水管及水泵組成 圖1 36管井井點 a 鋼管管井 b 混凝土管管井1一沉砂管 2一鋼筋焊接骨架 3 濾網(wǎng) 4 管身 5 吸水管 6 離心泵 7 小礫石過濾層 8 粘土封口 9 混凝土實管 10 無砂混凝土管 11 潛水泵 12一出水管 a b 3 深井井點當(dāng)要求井內(nèi)降水深度超過15m時 可在管井中使用深井泵抽水 這種井點稱為深井井點 或深管井井點 深井井點一般可降低水位30 40m 有的甚至可達百米以上 常用的深井泵有兩種類型 一種是深井潛水泵 另一種是電動機安裝在地面上 通過傳動軸帶動多級葉輪工作而排水 4 噴射井點當(dāng)基坑開挖較深 降水深度要求較大時 可采用噴射井點降水 其降水深度可達8 20m 可用于滲透系數(shù)為0 1 50m d的砂土 淤泥質(zhì)土層 噴射井點施工順序是 安裝水泵設(shè)備及泵的進出水管路 鋪設(shè)進水總管和回水總管 沉設(shè)井點管 包括灌填砂濾料 接通進水總管后及時進行單根試抽 檢驗 全部井點管沉設(shè)完畢后 接通回水總管 全面試抽 檢查整個降水系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)狀況及降水效果 圖1 35噴射井點設(shè)備及平面布置簡圖 a 噴射井點設(shè)備簡圖 b 噴射揚水器原理圖 c 噴射井點平面布置1 噴射井管 2 濾管 3 進水總管 4 排水總管 5一高壓水泵 6 集水池 7 水泵 8 內(nèi)管 9 外管 10 噴嘴 11混合室 12 擴散管 13 壓力表 c b a 第四節(jié)土方邊坡與土壁支護 一 土方邊坡土方邊坡的坡度以挖方深度 或填方深度 h與底寬b之比表示 圖1 11 即 土方邊坡坡度 h b 1 b h 1 m 式中 m b h 稱為邊坡系數(shù) 當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件良好 土質(zhì)均勻且地下水位低于基坑 槽 或管溝底面標高時 挖方邊坡可做成直立壁不加支撐 但深度不宜超過下列規(guī)定 密實 中密的砂土和碎石類土 充填物為砂土 1 0m 硬塑 可塑的粉土及粉質(zhì)粘土 1 25m 硬塑 可塑的粘土和碎石類土 充填物為粘性土 1 5m 堅硬的粘土 2m 挖土深度超過上述規(guī)定時 應(yīng)考慮放坡或做成直立壁加支撐 當(dāng)挖地基坑較深或晾槽時間較長時 應(yīng)根據(jù)實行情況采取護面措施 常用的坡面保護方法有帆布 塑料薄膜覆蓋法 坡面拉網(wǎng)法或掛網(wǎng) 當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件良好 土質(zhì)均勻且地下水位低于基坑 槽 或管溝底面標高時 挖方深度在5m以內(nèi)且不加支撐的邊坡的最陡坡度應(yīng)符合表1 4規(guī)定 基坑 槽 或管溝挖好后 應(yīng)及時進行基礎(chǔ)工程或地下結(jié)構(gòu)工程施工 在施工過程中 應(yīng)經(jīng)常檢查坑壁的穩(wěn)定情況 表1 4深度在5m內(nèi)的基坑 槽 管溝邊坡的最陡坡度 永久性挖方邊坡坡度應(yīng)按設(shè)計要求放坡 臨時性挖方的邊坡值應(yīng)符合表1 5的規(guī)定 表1 5臨時性挖方邊坡值 二 土壁支撐 土壁支撐形式應(yīng)根據(jù)開挖深度和寬度 土質(zhì)和地下水條件以及開挖方法 相鄰建筑物等情況進行選擇和設(shè)計 橫撐式支撐由擋土板 楞木和工具式橫撐組成 用于寬度不大 深度較小溝槽開挖的土壁支撐 根據(jù)擋土板放置方式不同 分為水平擋土板和垂直擋土板兩類 見圖1 12 1 橫撐式支撐 2 板樁式支撐 板樁式支撐特別適用于地下水位較高且土質(zhì)為細顆粒 松散飽和土的支護 可防治流砂現(xiàn)象產(chǎn)生 板樁支撐作用 使地下水在土中的滲流路線延長 減小了動水壓力 從而可預(yù)防流砂的產(chǎn)生 板樁支撐既擋土又防水 特別適于開挖較深 地下水位較高的大型基坑 可以防止基坑附近建筑物基礎(chǔ)下沉 打入板樁的質(zhì)量要求 板樁位置在板樁的軸線上 板壁面垂直 保證平面尺寸準確和垂直度 封閉式板樁墻要求封閉合攏 埋置達到規(guī)定深度要求 有足夠的抗彎強度和防水性能 鋼板樁又可分平板樁和波浪式板樁兩類 平板樁 圖1 13 a 防水和承受軸向壓力性能良好 易打入地下 但長軸方向抗彎強度較小 波浪式板樁 圖1 13 b 的防水和抗彎性能都較好 施工中多采用 鋼板樁施工 板樁施工要正確選擇打樁方法 打樁機械和流水段劃分 以保證打設(shè)后的板樁墻有足夠的剛度和防水作用 鋼板樁打入法一般分為單獨打入法 雙層圍檁插樁法和分段復(fù)打法 鋼板樁單獨打入法適用于樁長小于10m 且工程要求不高的鋼板樁支撐施工 A打樁方法的選擇 雙層圍檁插樁法是在樁的軸線兩側(cè)先安裝雙層圍檁 一定高度的鋼制柵欄 支架后 將鋼板樁依次鎖口咬合全部插入雙層圍檁間 詳見圖1 14 分段復(fù)打法是在板樁軸線一側(cè)安裝好單層圍檁支架 將10 20塊鋼板樁拼裝組成施工段插入土中一定深度 形成一段鋼板樁墻 即屏風(fēng)墻 詳見圖1 15 B合理劃分流水段 施工流水段的劃分應(yīng)使板樁墻面垂直 滿足墻面支撐安裝要求 有利于封閉合攏 使行車路線短 C鋼板樁打設(shè)準備工作 E鋼板樁的拔除 D鋼板樁的打設(shè) 鋼板樁 圍檁支架的矯正修理按施工圖放板樁的軸線進行測標高 作為控制板樁入土深度的依據(jù) 樁錘不宜過重 以防樁頭因過大錘擊而產(chǎn)生縱向彎曲 準確安裝好圍檁支架 第五節(jié)土方工程的機械化施工 一 主要土方機械的性能 一 推土機施工推土機由拖拉機和推土鏟刀組成 按行走的方式分履帶式和輪胎式 按鏟刀的操作方式分為索式和液壓式 按鏟刀的安裝方式又分為固定式和回轉(zhuǎn)式 推土機是一種自行式的挖土 運土工具 適于運距在100m以內(nèi)的平土或移挖作填 以30 60m為最佳 一般可挖運一 三類土 履帶式推土機附著力強 爬坡性能好 適應(yīng)性強 輪胎式推土機行駛速度快 靈活性好 目前 我國生產(chǎn)的履帶式推土機有東方32100 T 120 黃河220等 輪胎式推土機有TL160等 為提高推土機的生產(chǎn)率 可采用以下幾種施工方法 1 槽子推土 利用已推過的土槽再次推土 可以減少鏟刀前土的散失 當(dāng)土槽推到一定程度 再推土埂 一般推土量可提高10 30 這種方法適宜于挖土層較厚 運距較遠的工程 2 分批集中 一次推送 當(dāng)推運距離較遠且土質(zhì)又較堅硬時 由于鏟刀切土深度較小 可將鏟起的少量土先集中在幾個中間地點 再一次推送 以便在鏟刀前保持滿載 有效地利用推土機的功率 縮短推運時間 3 下坡推土 在不大于15 的斜坡上 推土機順坡 向下切土 推運 借助機械本身的重力作用 增大切土深度 縮短鏟土?xí)r間 可提高生產(chǎn)率30 左右 4 并列推土 平整大面積的場地時 為了增大鏟刀前土壤的體積 一般采用 臺推土機并列推土 如圖1 32所示 這樣可以減少土的散失 提高生產(chǎn)率 并可增大推土量15 30 兩臺推土機刀片間距保持30 50cm 平均運距不宜超過50 75 不宜小于20 5 附加側(cè)板 在鏟刀兩側(cè)設(shè)置擋土板 增加鏟刀前土的體積 以減少土的散失 提高生產(chǎn)率 下坡推土法 槽形推土法 并列推土法 二 鏟運機施工鏟運機是一種能綜合完成全部土方施工工序 挖土 裝土 運土 卸土和平土 的機械 按行走方式分為自行式鏟運機 圖a 和拖式鏟運機 圖b 兩種 常用的鏟運機斗容量為2m3 5m3 6m3 7m3等數(shù)種 按鏟斗的操縱系統(tǒng)又可分為機械操縱和液壓操縱兩種 a 自形式鏟運機 b 拖式鏟運機 1 鏟運機的開行路線 1 環(huán)形路線 2 8 字形路線 1 鏟運機的開行路線 1 環(huán)形路線 2 8 字形路線 2 提高鏟運機生產(chǎn)率的措施 1 下坡鏟土 借助機械本身自重的作用 來加大切土深度和縮短鏟土?xí)r間 但縱坡不得超過25 橫坡不得超過6 鏟運機不能在陡坡上急轉(zhuǎn)彎 以免翻車 2 推土機助鏟 在較硬的土層中用推土機在鏟斗后助推 可加大鏟刀切削力 切土深度和鏟土速度 推土機在助鏟的空隙時間可兼做松土或平整工作 為鏟運機創(chuàng)造工作條件 3 雙聯(lián)鏟運法 當(dāng)拖拉式鏟運機的牽引力有富裕時 可在拖拉機后面串聯(lián)兩個鏟斗進行雙聯(lián)鏟運 如果土質(zhì)較硬 可用雙聯(lián)單鏟操作 即先將一個土斗鏟滿 再鏟第二個土斗 對于松軟的土 則用雙聯(lián)雙鏟 即兩個土斗同時推土 三 單斗挖土機施工 a 正鏟挖土機 b 反鏟挖土機 c 拉鏟挖土機 d 抓鏟挖土機 1 正鏟挖土機正鏟挖土機的工作特點是前進行駛 鏟斗由下向上強制切土 挖掘力大 生產(chǎn)效率高 適用于開挖含水量不大于27 的一至三類土 且與自卸汽車配合完成整個挖掘運輸作業(yè) 可以挖掘大型干燥基坑和土丘等 正鏟挖土機的開挖方式 根據(jù)開挖路線與運輸車輛的相對位置的不同 挖土和卸土的方式有以下兩種 a 正向挖土 側(cè)向卸土b 正向挖土 反向卸土 開挖方式 正鏟挖土機開挖方式 a 正向挖土側(cè)向卸土 b 正向挖土后方卸土l一正鏟挖土機 2一自卸汽車 2 反鏟挖土機施工反鏟挖土機的挖土特點是 后退向下 強制切土 其挖掘力比正鏟小 適于開挖停機面以下的一 三類土的基坑 基槽或管溝 每層經(jīng)濟合理的開挖深度為1 5 3 0m 對地下水位較高處也適用 1 溝端開挖 挖土機停在溝端 向后倒退挖土 汽車停在兩旁裝土 2 溝側(cè)開挖 挖土機沿溝一側(cè)直線移動挖土 3 拉鏟挖土機拉鏟挖土機的挖土特點是 后退向下 自重切土 其挖土半徑和挖土深度較大 能開挖停機面以下的一 二類土 拉鏟挖土機的開挖方式 與反鏟挖土機相似 也分為溝端開挖和溝側(cè)開挖 拉鏟挖土機的工作尺寸 4 抓鏟挖土機施工抓鏟挖土機的挖土特點是 直上直下 自重切土 能開挖一 二類土 適于施工面狹窄而深的基坑 深槽 沉井等開挖 清理河泥等工程 最適于水下挖土 或裝卸碎石 礦渣等松散材料 抓鏟挖土機工作示意 a 抓鏟開挖柱基基坑 b 抓鏟斗工作示意 a b 二 土方機械的選擇1 選擇土方機械的原則土方機械化開挖應(yīng)根據(jù)基礎(chǔ)形式 工程規(guī)模 開挖深度 地質(zhì) 地下水情況 土方量 運距 現(xiàn)場和機具設(shè)備條件 工期要求以及土方機械的特點等合理選擇挖土機械 以充分發(fā)揮機械效率 節(jié)省機械費用 加速工程進度 二 挖土機與運土車輛配套計算1 挖土機數(shù)量確定 臺 式中Q 土方量 m3 P 挖土機生產(chǎn)率 m3 臺班 可查定額手冊或按公式計算 T 工期 工作日 C 每天工作班數(shù) K 時間利用系數(shù) 0 8 0 9 m3 臺班 t 挖土機每次作業(yè)循環(huán)延續(xù)時間 s W1 100正鏟挖土機為25 40s W1 100拉鏟挖土機為45 60s q 挖土機斗容量 m3 Kc 土的充盈系數(shù) 可取0 8 1 1 Ks 土的最初可松性系數(shù) KB 工作時間利用系數(shù) 一般為0 7 0 9 2 自卸汽車配套計算式中T1 自卸汽車每一工作循環(huán)的延續(xù)時間 min t1 自卸汽車每次裝車時間 min t1 nt n 自卸汽車每車裝土次數(shù) Ql 自卸汽車的載重量 m3 實土表觀密度 一般取1 7t m3 L 運土距離 m VC 重車與空車的平均速度 m min 一般取20 30km h t2 卸車時間 一般為lmin t3 操縱時間 包括停放待裝 等車 讓車等 取2 3min 三 開挖施工要點1 應(yīng)根據(jù)地下水位 機械條件 進度要求等合理選用施工機械 2 土方開挖應(yīng)繪制土方開挖圖 3 基底標高不一時 可采取先整片挖至一平均標高 然后再挖個別較深部位 4 基坑邊角部位 機械開挖不到之處 應(yīng)用少量人工配合清坡 5 挖掘機 運土汽車進出基坑的運輸?shù)缆?應(yīng)盡量利用基礎(chǔ)一側(cè)或地下車庫坡道部位作為運輸通道 以減少挖土量 一 土料選擇選擇填方土料應(yīng)符合設(shè)計要求 碎石類土 砂土和爆破石碴 可用作表層以下的填料 含水量符合壓實要求的粘性土 可用作各層填料 碎塊草皮和有機質(zhì)含量大于8 的土 僅用于無壓實要求的填方工程 淤泥和淤泥質(zhì)土一般不能用作填料 但在軟土或沼澤地區(qū) 經(jīng)過處理其含水量符合壓實要求后 可用于填方中的次要部位 含鹽量符合規(guī)定的鹽漬土 一般可以使用 但填料中不得含有鹽晶 鹽塊或含鹽植物的根莖 碎石類土或爆破石碴用作填料時 其最大粒徑不得超過每層鋪填厚度的2 3 當(dāng)使用振動輾時 不得超過每層鋪填厚度的3 4 鋪填時 大塊料不應(yīng)集中 且不得填在分段接頭處或填方與山坡連接處 填方內(nèi)有打樁或其他特殊工程時 塊 漂 石填料的最大粒徑不應(yīng)超過設(shè)計要求 三 土方填筑與壓實 二 基底的處理 三 填筑要求 四 填土的壓實方法1 碾壓法 d 自行式平碾 6 拖式羊腳碾 2 夯實法 MM120SR打夯機 多用途工務(wù)機械設(shè)備 裝有兩套獨立的牽引系統(tǒng) 鐵路和公路 旋轉(zhuǎn)塔樓和起重臂 它通過了意 大利鐵路局 FS 和法國鐵路局 SNCF 的審查驗證 3 振動壓實法 平板振動機 1壓實功的影響填土壓實后的密度與壓實機械在其上所施加功的關(guān)系見 土的密度與壓實功的關(guān)系示意圖 五 影響填土壓實的因素 2含水量的影響填土含水量的大小直接影響碾壓 或夯實 遍數(shù)和質(zhì)量 較為干燥的土 由于摩阻力較大 而不易壓實 當(dāng)土具有適當(dāng)含水量時 土的顆粒之間因水的潤滑作用使摩阻力減小 在同樣壓實功作用下 得到最大的密實度 這時土的含水量稱做最佳含水量 各種土的最佳含水量和最大干密度見表所示 圖土的干密度與含水量的關(guān)系 表土的最佳含水量和最大干密度參考表 3鋪土厚度的影響在壓實功作用下 土中的應(yīng)力隨深度增加而逐漸減小 見圖所示 其壓實作用也隨土層深度的增加而逐漸減小 各種壓實機械的壓實影響深度與土的性質(zhì)和含水量等因素有關(guān) 對于重要填方工程 其達到規(guī)定密實度所需的壓實遍數(shù) 鋪土厚度等應(yīng)根據(jù)土質(zhì)和壓實機械在施工現(xiàn)場的壓實試驗決定 若無試驗依據(jù)應(yīng)符合表的規(guī)定 壓實作用沿深度的變化 4 填土壓實的質(zhì)量要求和檢驗 放線 房屋定位后 根據(jù)基礎(chǔ)的寬度 土質(zhì)情況 基礎(chǔ)埋置深度及施工方法 計算確定基槽 坑 上口開挖寬度 拉通線后用石灰在地面上畫出基槽 坑 開挖的上口邊線即放線 一 放線 第六節(jié)基坑 槽 施工 二 基槽 坑 土方開挖 基槽 坑 開挖有人工開挖和小型液壓挖土機開挖兩種形式 開挖基槽 坑 應(yīng)按規(guī)定的尺寸 合理安排開挖順序和分層進行 且連續(xù)施工 土方開挖的順序 方法必須與設(shè)計工況一致 并遵循 開槽支撐 先撐后挖 分層開挖 嚴禁超挖 的原則 三 驗槽 基槽 坑 開挖完畢并清理好以后 在墊層施工以前 施工單位應(yīng)會同勘察 設(shè)計單位 監(jiān)理單位 建設(shè)單位一起進行現(xiàn)場檢查并驗收基槽 通常稱為驗槽 驗槽 坑 的主要內(nèi)容和方法如下 核對基槽 坑 的位置 平面尺寸 坑底標高 核對基槽 坑 土質(zhì)和地下水情況 空穴 古墓 古井 防空掩體及地下埋設(shè)物的位置 深度 形狀 對整個基槽 坑 底進行全面觀察 注意土的顏色是否一致 土的堅硬程度是否一樣 有無軟硬不一或弱土層 局部的含水量有無異?，F(xiàn)象 走上去有無顫動的感覺等 驗槽的重點應(yīng)選擇在樁基 承重墻或其他受力較大部位 第七節(jié)質(zhì)量驗收及安全技術(shù) 一 土方工程質(zhì)量驗收 1 場地平整挖填方工程的驗收內(nèi)容 平整區(qū)域的坐標 高程和平整度 挖填方區(qū)的中心位置 斷面尺寸和標高 邊坡坡度要求及邊坡的穩(wěn)定 泄水坡度 水溝的位置 斷面尺寸和標高 填方壓實情況和填土的密實度 隱蔽工程記錄 2 基槽的驗收內(nèi)容 基槽 坑 的軸線位置 寬度 基槽 坑 底面的標高 基槽 坑 和管溝底的土質(zhì)情況及處理 槽 坑 壁的邊坡坡度 槽 坑 管溝的回填情況和密實度 二 安全技術(shù) 施工前進行場地清理 拆除施工區(qū)域內(nèi)的房屋 古墓 拆除或改建通訊和電力設(shè)備 上下管道 地下電纜等 遷移樹木 清除樹墩及含有大量有機物的草皮 耕植土和河塘淤泥等 基槽 坑 開挖時 人工操作間距應(yīng)不小于2 5m 采用機械作業(yè)時 挖土機的間距應(yīng)大于10m 挖土應(yīng)由上而下逐層進行 基槽 坑 的開挖嚴格按要求放坡