1、建筑工程施工方案验算技能培训,同济大学土木工程学院 徐蓉,中建八局技术质量部,第二章 土方工程,概述：建筑场地选定之后，需要对建筑场地进行平整， 这就涉及到土方的填挖问题场地平整。在对场地进行平整的过程中涉及到施工降水、土 坡稳定、土方直立壁开挖高度以及挖土机械和运土汽 车协同工作等问题。在施工时需要综合考虑各种问题 。以使土方工程顺利进行。,土方工程,计算内容,基槽开挖时，常常有可能遇到水的侵袭，使施工条件恶化。为了消除施工中可能遇到的水侵袭，当基底标高处于地下水位以下时，则必须采取人工降水措施，降水的方法主要有集水井降水法和井点降水法。,(2) 集水井降水法当采用集水井降水法时，应根据现场
2、土质条件保持开挖边坡的稳定。当边坡坡面上有地下水位渗出时，应在渗水处设置过滤层，防止土粒流失，并应设置排水沟，将水引出坡面，以免水流冲刷土坡面而造成塌方。施工时，沿槽（坑）四周挖排水沟，并设置集水井（一般集水井每隔2040m设置），集水井的直径一般为0.60.8m，低于工作面0.71m,当挖到设计标高后坑底应低于基底12m,并铺设碎石层，以免在抽水时将泥沙抽出，造成基底土壤结构破坏。,(1) 概述,(3) 井点降水法井点降水法有轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点和深井井点降水。其中轻型井点应用较为广泛。 1）轻型井点设备轻型井点系统主要由滤管、井点管、弯联管、集水总管和抽水设备组成。 2）
3、轻型井点布置轻型井点的布置，应根据基坑大小与深度、土质、地下水位高低与流向、降水深度等要求而定。井点的布置主要包括：平面布置，高层布置。井点的平面布置见表2-1.轻型井点的使用高度一般不超过6m。井点管的埋置深度H按下式计算。式中：H1井点管埋设面至基坑底面的距离（m)。,表2-1 基坑的平面布置形状,h基坑底面至降低后的地下水位线的最小距离，一般 取0.51.0m;i水力坡度，根据实测：双排和环状井点为1/10，单排井点为1/41/5;L井点管至基坑中心的水平距离，单排井点为至基坑另一边的距离（m).,3）轻型井点的种类井点系统是以水井理论进行计算的。根据地下水有无压力，水井分为无压井和承压
4、井（见图1.11）；水井布置在含水土层中，当地下水表面为自由水时，称为无压井，当含水层处于二不透水层之间，地下水表面有一定水压时称为承压井。,图1-12完整井水位降落曲线 1不透水层；2透水层；3水井；4原地下水位线；5水位降落曲线；6距井轴x处的过水断面；7压力水位线,水井类型不同，其涌水量的计算公式亦不相同，而无压完整井的计算最为完善。完整井抽水时水位降落曲线如图1-12。经过一定时间的抽水之后，其水位降落曲线趋于稳定，呈漏斗状曲面，水井轴线距漏斗边缘的水平距离，称之为抽水半径R。,4）轻型井点的计算轻型井点的计算目的，是求出规定的水位降低深度时，每昼夜抽取的地下水流量，即涌水量；确定井管
5、数量和间距，并选择设备。轻型井点的计算主要包括：平面高程布置，涌水量的计算、单根井管的最大出水量和井点管的最大间距。,5）轻型井点的计算步骤,准备工作渗透系数K的确定 设一个观测孔时：设两个观测孔时：式中, K渗透系数（m/d);Q抽水量（m3/d);r抽水井半径（m); r1,r2观测孔1、观测孔2至抽水井的距离（m);h由抽水井底标高算起完全井的动水位（m);h1,h2观测孔1、观测孔2的水位（m);,s抽水井的水位降低值（m);s1,s观测孔1、观测孔2水位降低值；H含水层厚度（m).,a 进行高程布置,根据题目条件选定井管的长度h,井点高程布置计算图,式中,h 井点管埋深， m ； h
6、 1 总管埋设面至基底的距离， m ； h 基底至降低后的地下水位线的距离， m ； i 水力坡度。对单排布置的井点， i 取 1/41/5 ；对双 排布置的井点， i 取 1/7 ；对 U 形或环形布置的井 点， i取 1/10 。 L 井点管至水井中心的水平距离，当井点管为单排布置时， L 为井点管至对边坡角的水平距离， m 。,要点：必须要保证h 大于0,b 涌水量计算,群井的涌水量 Q （ m 3 /d ）计算公式,或,式中,R 群井降水影响半径， R=R+ x 0 ， m x 0 由井点管围成的大圆井的半径， m S 井点管处水位降落值， m,在实际工程中往往会遇到无压非完整井的井点
7、系统，这时地下水不仅从井的面流入，还从井底渗入。因此涌水量要比完整井大。此时，式中 H 换成有效含水深度 H 0 ，有效含水深度 H 0 的意义是，抽水是在 H 0 范围内受到抽水影响，而假定在 H 0 以下的水不受抽水影响，因而也可将 H 0 视为抽水影响深度。,无压非完整井计算简图,无压非完整井的涌水量对于单井有：,或,对于群井有：,或,式中,H 0 有效含水层厚度， m,H0 可查下表 。当计算得到的 H 0大于实际含水层的厚度 H 时，取 H 0 = H 。 含水层有效厚度 H 0,注： S / （ S + l ）的中间值可采用插入法求 H 0 。,上表中， S 为井点管中的水位降落值
8、； l 为滤管长度， m,应用上述公式时，先要确定 x 0 ， R ， K,由于基坑大多不是圆形，因而不能直接得到 x 0 。当矩形基坑长宽比不大于 5 时，环形布置的井点可近似作为圆形井来处理，并用面积相等原则确定，此时将近似圆的半径作为矩形水井的假想半径：,式中,x 0 环形井点系统的假想半径， m F 环形井点所包围的面积， m 2,抽水影响半径，与土的渗透系数、含水层厚度、水位降低值及抽水时间等因素有关。在抽水 25d 后，水位降落漏斗基本稳定，此时抽水影响半径可近似地按下式计算,式中，,S ， H 的单位为 m ； K 的单位为 m/d,渗透系数 K 值对计算结果影响较大。 K 值的
9、确定可用现场抽水试验或实验室测定。对重大工程，宜采用现场抽水试验以获得较准确的值,c 计算井点管数量,涌水量计算后，可根据涌水量布置井点数量，井点管最少数量由下式确定,（根）,式中， q 为单根井管的最大出水量，由下式确定：,(m 3 /d),式中,d 、 l 分别为滤管的直径及长度， m,根据布置的井点总管长度及井点管数量，井点管间距便容易求得。 实际采用的井点管间距 D 应当与总管上接头尺寸相适应。即尽可能采用 0.8m ， 1.2m ， 1.6m 或 2.0 m, 实际采用的井点数一般应当增加 10% 左右，以防井点管堵塞等影响抽水效果。,补充：水位降低数值校核井点管数与间距确定后，可按
10、下式校核所采用的布置方式是否能将地下水位降低到规定的标高，即h是否小于规定的数值：式中，h滤管外壁处或坑底处任意点的动水位高度（m），对 完整井算至井底，对不完整井算至有效深度；x1,x2,xn所核算的滤管外壁或坑底任意点至各井点管的水平距离（m）。 抽水设备的确定一般按涌水量、渗透系数、井点管数量与间距、降水深度及需用水泵功率等综合数据来选水泵型号（包括流量、扬程、吸程等）。,计算内容,概述土坡失稳不仅影响工程顺利进行，有时还会造成人身和工程事故，因此研究和分析计算土坡稳定是地基工程中的常遇课题，也是施工中的重要问题，土坡稳定的计算主要包括以下主要内容： 无粘性土边坡稳定计算 粘性土边坡稳定
11、计算 土坡稳定的圆弧法计算 挖方安全边坡计算,由粗粒土所堆筑的土坡称无粘性土坡，无粘性土坡的稳定分析比较简单。如图2-6所示，一坡角为的无粘性均质土坡，坡高为H，土颗粒之间没有粘聚力（c=0），设斜坡上有一土颗粒M、重力为G，土的内摩擦角为，则土颗粒的下滑力 ，土的抗,（1）无粘性土边坡稳定计算,图2-6 无粘性图坡稳定性计算简图,1）当坡角 = 时，Ks = 1，此时的抗滑力等于滑动力，土坡处于极限 平衡状态（土坡稳定的极限坡角等于砂土的内摩擦角时，坡角通称为自然休止角或天然坡度角）； 2）当Ks 1（即 时），土坡处于不稳定状态。,（2-7）,滑力 。设无粘性土坡的稳定系数（抗滑力和滑动力
12、的比值）为Ks，Ks值应符合下式要求：,（2）粘性土边坡稳定计算为简化计算工作量，曾有不少学者根据他们所掌握的大量计算资料，整理出坡高H、坡角、与土的抗剪强度指标c、和容重等参数之间的关系，并绘成图供直接查用。其中较为简便实用的如图2-7所示的前苏联学者洛巴索夫的土坡稳定计算图。,图2-7 计算简单土坡稳定用图表,对于均质的简单土坡，高度在10m以内时可以直接查用。对于更高的土坡，也有参考价值，图中N称为稳定数，其中c为粘聚力以kPa计，为土的容重，以kN/m3计，H为土坡的高度，以m计。利用这张图表，可以很快地解决下列两个主要的土坡稳定问题。,（2-8）,1） 已知坡角、土的内摩擦角、粘聚力
13、c以及容重，求土坡的许可高度H。 2）已知土的性质指标c、以及坡高H，求许可的坡角。 （见Word文档例题）,（3）土坡稳定的圆弧法计算用圆弧法（又称条分法，下同）分析土坡稳定，是基于对失稳土坡现场观测得知土坡失稳时的滑动曲面呈圆弧形，本法适用于各向同性的均质粘性土坡，也可用于分层土坡。,（2-9）,（4）挖方安全边坡计算 如图2-10，假定边坡滑动面通过坡脚一平面，滑动面上部土体为ABC，其重力为:由于：当土体处于极限平衡状态时，挖方边坡的允许最大高度可按下式计算:,（2-11）,式中 土的重度（kN/m3）；边坡的坡度角（ o ）；土的内摩擦角（ o ）；c 土粘聚力（kN/m2）,（2-
14、10）,图2-10 挖方边坡计算简图1一滑动面,由上式，如知土的值，假定开挖边坡的坡度角值，即可求得挖方边坡的允许最大高度h值。 （见Word文档例题）,计算内容,概述土方开挖时，当土质均匀，且地下水位低于基坑（槽、沟）底 面标高时，挖方边坡可以做成直立壁不加支撑。 （1）对粘性土垂直壁允许最大高度hmax计算 可以按以下步骤计算（图2-11）： 令作用在坑壁上土压力Ea=0，即解之得：取安全系数为K（一般用1.25），则,当坑顶护道上有均布荷载q（kN/m2）作用时，则,图2-11 直立壁开挖高度计算简图,式中 坑壁土的重度（kN/m3）；坑壁土的内摩擦角（ o ）c 坑壁土的粘聚力（kN/
15、m2）；h 基坑开挖高度（m）。,（2）基坑开挖最小深度的验算,基坑开挖后，应进行验槽，除了检验基坑尺寸、标高、土质是否符合设计要求外，应检验或核算基坑开挖的深度能否满足承载力要求，下面简介一种简单验算方法。如图2-12所示，假定基础底AB上，因上部结构物重量，受到单位压力pl作用，在基底四周的土层，应有一个侧压力p2来支持，按朗肯理论，两者的关系为:,图2-12 基础坑的最小深度,式中 土壤的内摩擦角压力p3等于基地以上土重，其深度为D，设土壤单位重度 则：所以无粘性土的最小开挖深度为：,上式为无粘性土壤中基础的理论最小深度，如果为粘性土，分析方法同上，根据土压力计算公式可得到相当于式（2-12）的最小深度公式为：,（2-12）,式中 c 粘聚力。 【例】 某柱基础厂房，其基础对地基压力为250kN/m2，地基上为砂土，重度为18.0kN/m3，内摩擦角30，试求该基础最小埋置深度（安全系数取K2）。 【解】由式2-12得：,
