1、,工 程 施 工,土木工程学院工 程 管 理 系,土木工程施工,1.土方工程 1.1 土方规划,1.1.1 土方工程内容及施工要求 1 内容： （1）场地平整： （2）开挖： （3）土方回填与压实：,2 土方工程的特点： 1）工程量大，劳动力或机械设备、工期较长； 2）施工难度较大，受地质、水文、气候、地下障碍物等因素影响； 3）事故多，基坑深度、面积大的易出现较大事故。,1.1.2 土的工程分类及性质依开挖难易程度分为八类。 1.1.2.1 土的质量密度：分为天然密度和干密度 1.1.2.2 土的含水量：,1.1.2.3 土的渗透性渗透系数单位时间内水在土体中渗流的距离（m/d），渗透系数常
2、用K表示。,1、最初可松性系数：2、最后可松性系数：,1.1.2.4 土的可松性多用于土方的平衡调配，确定运土机具的数量，以及计算基坑填土所需的填方量及余土外运量。如表1.4。,例题1：某建筑物外墙下为条形毛石基础，基础截面积为3.0。基槽深2.0m，底宽1.5m，地基为亚粘土。计算100长基槽的挖方量、填方量和弃土量（1：m1：0.5；Ks=1.30 ,Ks=1.05）,解：挖方量填方量弃土量,1.1.3 土方边坡,概念：土方边坡坡度= 坡度系数 m=,2 影响坡度的因素：土质、开挖深度、开挖方法、施工工期、地下水位、坡顶荷载的大小、及气候条件。 3 确定坡度原则：保证土体稳定、施工安全，尽
3、量减少土方量。,4 边坡形式：,5 坡度取值规定可参见教材表1.5、1.6,1.1.5 场地平整土方量计算与土方调配,划分方格网根据场地设计标高，确定方格网各角点处的施工高度利用土方量计算公式，计算挖填量划分调配区，确定土方的调配方案,1.1.5.1 场地设计标高H0的确定,1 场地设计标高确定原则：1）规划、生产工艺及运输、场地排水和最高洪水位； 2）场地内土方挖填平衡且土方量最小；3）可以充分利用地形、分区或分台阶布置，分别确定不同的设计标高。,2 场地设计标高确定方法和步骤挖填平衡法（方格网法） 1）将施工区域划分为边长为1050m若干个方格网； 2）确定各小方格角点的高程；水准仪实测根
4、据地形图上相邻两等高线的高程，用插入法求得,方格网划分与插入法求角点实际标高,3）按填挖方平衡确定设计标高 按每一个方格的角点的计算次数，即方格的角点为几个方格共有的情况。式中： N- 方格数；H1- 一个方格仅有的角点标高；H2- 两个方格共有的角点标高；H3-三个方格共有的角点标高；H4- 四个方格共有的角点标高。,例如：图1.9中的为：H0=（252.45+251.40+250.60+251.60） +2(252.00+251.70+251.90+250.95+251.25+250.85) +4(251.60+251.28) =251.45m,1.1.5.2 场地设计标高的调整,1）土的
5、可松性影响,因为,调整后的挖方量,又因为,故考虑了土的可松性后，场地设计标高调整为：式中：按理论设计标高计算的总挖方、总填方体积；按理论设计标高计算的挖方区、填方区面积；土的最后可松性系数。,2）场内挖方和填方的影响包含弃土于场外、从场外取土回填。式中：Q-场地根据平衡后多余或不足的土方量。,3）角点设计标高的确定：,场地有单面泄水坡度时的设计标高,式中： 该点沿X-X，Y-Y方向距场地中心线的距离；场地沿X-X，Y-Y方向的泄水坡度。,场地有双面泄水坡度时的设计标高,1.1.5.3 场地平整土方量计算,（1）场地设计标高的确定，先计算出H0； （2）调整场地设计标高为H0，根据泄水坡度，计算
6、出各角点设计标高Hn； （3）求各方格角点的施工高度hn：式中：角点的施工高度，以“+”为填土，“-”为挖土,角点的设计标高（考虑泄水坡度）,角点的自然地面标高,(4)绘出零线在相邻角点施工高度为一挖一填的方格边线上，用插入法求出零点位置（图1-7），将各相邻的零点连接起来就为零线。 (5)计场算地挖、填土方量1.1.4节公式,1.1.4 土方量计算的基本公式（一般了解即可）,1、基坑（槽）和路堤的土方量计算,式中： 土方工程量（m3）,如图所示。,场地平整土方量计算平均高度法 1）四方棱柱体的体积计算方法,1.1.5.4 场地边坡土方量计算,1.1.6 土方调配 1.1.6.1 土方调配区的
7、划分1 原则：1）应力求挖填平衡、运距最短、费用最省；2）便于改土造田、支援农业；3）考虑土方的利用，以减少土方的重复挖填和运输。,2、划分调配区方法与要点：,1）与建（构）筑物的位置相协调，考虑工程施工顺序和分期施工要求。 2）考虑土方及运输机械的技术性能，使其功能得到充分发挥。 3）调配区的范围应与计算土方量用的方格网相协调。 4）就近借土或就近弃土区均可作为一个独立的调配区。 5）考虑地下建筑物或地上景观，避免土方重复开挖。,1.1.6.2 调配区之间的平均运距,取场地或方格网中的纵横两边为坐标轴，分别求出各区土方的重心位置，即：,式中： 挖或填方调配区的重心坐标；每个方格的土方量；每个
8、小方格的重心坐标。,平均运距：,式中： L - 挖、填方区之间的平均运距；填方区的重心坐标；挖方区的重心坐标。,1.1.6.3 最优调配方案的确定,例题2 已知某场地有四个挖方区和三个填方区，其相应的挖填土方量和各对调配区的运距如表1-8所示。,假定有m个挖方区，n个填方区，第i个挖方区向第j个填方区的调配数为Xij,其运距为Cij，求总运量最小。相当于已知约束条件：,求变量共有mn个，而方程只有m+n-1个（因为前m个方程之和减去后n-1个方程和的差为第n个方程，可以证明mn m+n-1,）因此，只能用单纯形法或表上作业法求解,数学模型的建立：,（1）用“最小元素法”编制初始调配方案,即先在
9、运距表（小方格）中找一个最小运距，如有两个或两个以上的最小运距，任意选取其中一个，尽可能大地填入调配数。,也可以用 表上作业法求解,土方初始调配方案表1.8,70,60,80,50,70,40,110,100,100,90,70,40,400,500,500,300,100,100,（2）最优方案的判别法位势法,首先将初始方案中有调配数方格的 (运距) 列出，然后按下式求出两组位势数 m）和 （j=1，2，n）式中： -平均运距（或单位土方运价或施工费用）；-位势数。 位势数求出后，便可根据下式计算各空格的检验数：,平均运距和位势数 表1.9,位势数求解过程：,先令 ，则（可暂取任意值）本例各
10、空格的检验数如表所示。如 （在表中只写“+”或“” ），可不必填入数值。若所有的位势数不小于零，则初始方案为最优。否则用闭合回路法进行调整。,平均运距位势数和检验数表1.10,（3）方案的调整闭合回路法,在所有负检验数中选一个（一般可选绝对值最大者，本例中为 ），把它所对应的变量作为调整的对象。,找出 的闭回路：从 出发，沿水平或竖直方向前进，遇到适当的有调配数的方格作90转弯。然后依次继续前进再回到出发点，形成一条闭回路（见表）。,1有调配数才可以转弯； 2也可以不转 3只能转直角弯,闭合回路,从空格x12出发，沿闭回路（方向任意）前进，在各奇数次（起点编号为0）转角点的数字中，挑出最小值（
11、本表即为500、100中选100），奇次角点调配数减100，偶次角点调配数加100即得新调配方案。再用“位势法”进行检验，看其是否最优方案。若检验数中仍有负数出现那就仍按上述步骤调整，直到求得最优方案为止。本例再检验表中所有检验数均为正号，故该方案即为最优方案。其土方的总运输量为：Z=40050+10070+50040+40060+10070+40040=94 000（m3.m）。（原运量为96000）,（4）绘制土方调配图,最后将调配方案绘成土方调配图（见图）。在土方调配图上应注明挖填调配区、调配方向、土方数量以及每对挖填调配区之间平均运距。图1-17（a）为本例的土方调配。仅考虑场内的挖填
12、平衡即可解决。如有场外借土或弃土用同样的方法确定最优调配方案,土方调配图,1.2 土方工程施工要点 -土壁稳定、施工排水、流砂防治和填土压实,1.2.1 土壁稳定 1.2.1.1 土壁塌方的原因（1）边坡过陡；（2）雨水、地下水渗入； （3）坡顶堆土或停放机具、材料，或动荷载的作用，使土体的剪应力超过土体的抗剪强度；（4）违背“从上往下，分层开挖，开槽支撑、先撑后挖” 的一般原则。,1.2.1.2 防止塌方的措施 （1）放足边坡； （2）设置支撑；表1-13所列为一般沟槽支撑方法；表1-14所列为一般基坑支撑方法；表1-15所列为深基坑的支护方法。,基坑、基槽支撑分类,如图,如图,如图,如图,
13、如图,搅拌桩,1.2.2 施工排水,1 集水井（动画）降水（明沟排水）：,排水沟： 排水沟及集水井一般应设置在基础范围以外，地下水流的上游，基坑面积较大时，可在基础范围内设置盲沟； 宽为0.4-0.6m,深为0.4-0.6m,并有一定的坡度(2左右)。集水井： 根据地下水量、基坑平面形状及水泵能力，集水井每隔20-40m设置一个；基坑四个角应各设一个； 集水井直径或宽度一般为0.6-0.8m,深度低于挖土面0.5-1.0m； 集水井井壁用竹、木等加固，并在井底铺设碎石滤水层，以免在抽水时将泥砂抽出。,（1）概念：基坑开挖前，预先在基坑四周埋设一定数量的滤水管（井），在基坑开挖前和开挖过程中，利
14、用真空原理，使地下水位降低到坑底以下。,2 井点降水,1）防止地下水涌入坑内； 2）防止边坡由于地下水渗流引起的塌方； 3）消除地下水位差引起的压力，因此防止管涌； 4）减小深基坑围护结构的水平荷载； 5）消除地下水的渗流，防止流砂现象； 6）使土体固结，增加地基土的承载力。,（2）井点作用：,（3）种类：,按井点关数量和抽水设备配套关系可分为轻型井点和管井类，可根据土的渗透系数、降水深度、设备条件等选用。,1.2.2.1 轻型井点,(1）轻型井点设备：井点管（下端为滤管）、集水总管、弯联管及抽水设备。,井点管：直径38-55的钢管，长6-9m，下端配有滤管和一个锥形铸铁塞头，其构造如图1-1
15、9所示。滤管：长1.0-1.5m，管壁上钻有12-18成梅花形排列的滤孔；管壁外包两层滤网，内层为30-50孔/cm2的黄铜丝或尼龙丝布的细滤网，外层为3-10孔/cm2粗滤网，以防泥砂进入井点管。,集水总管：直径75-100的钢管分节连接，每节长4m，其上装有与井点管联接的短接头，间距为0.8-1.6m。总管应有2.5-5坡向泵房的坡度。总管与井点管用900弯头或塑料管连接。 真空泵设备（动画）,(2）轻型井点布置（设计计算）,轻型井点设计计算程序 平面布置 高程布置 涌水量计算 单井抽水能力计算 井点管数量 抽水设备选择,1）平面布置单排井点：当宽度小于6m，降水深度不超过5m时可采用，将
16、井点管布置在地下水流的上游一侧，两端延伸长度不小于坑槽宽度（图1-21）。,反之，则应采用双排井点，位于地下水流上游一排井点管的间距应小些，下游一排井点管的间距可大些。当基坑面积较大时，则采用环状井点（图1-22），环状布置考虑施工机械进出基坑通常采用三面布置。井点管距离基坑壁不应小于1.01.5m,间距一般为0.81.6m。,2）高程布置,式中： 井点管埋设面至坑底面的距离；降水后的地下水位至基坑中心底面的距离，一般为0.51.0m；水力坡度，环状井点为1/10，单排井点 1/4，双排井点1/7；井点管至基坑中心的水平距离。,H,如H 值小于降水深度6m时，则可用一级井点；当H 值稍大于6m
17、时，如降低井点管的埋置面后，可满足降水深度要求时，仍可用一级井点降水；当一级井点达不到降水深度要求时，则可采用二级井点（图1-23）。在确定井点管埋置深度时，还应考虑井点管露出地面0.20.3m，滤管必须埋在透水层中。,3）轻型井点的计算,井点系统的设计内容：井点系统的布置，井点的数量、间距、井点设备的选择。 井点系统的涌水量计算水井分类： 无压井：当水井布置在具有潜水自由面的含水层中时。 承压井：布置在承压含水层中时。 完整井：当水井底部达到不透水层时。 非完整井：当水井底部未达到不透水层时。,水井分类,A、无压完整井的环状井点系统，涌水量计算公式：,式中：Q-井点系统的涌水量（m3/d）；
18、K-土的渗透系数（m/d）H-含水层厚度（m）；S-降水深度（m）；R-抽水影响半径（m）；,X0环状井点系统的假想圆半径（m）。,X0,R,B、无压非完整井涌水量计算公式：,式中： H0有效深度（m）,按表1-16计算，若计算值大于H，按H取值。,C、承压完整环状井点，涌水量计算公式：,式中：M-承压含水层的厚度（m）。,确定井管数量及间距 单根井管的出水量：,式中： d-滤管直径（m）；l-滤管的长度（m）；k-渗透系数（m/d）。,井点管最大间距：式中： 总管长度（m）；考虑井点堵塞等因素，井点管备用系数。求出的管距应大于15d，小于2m，并应与总管接头的间距（0.8m、1.2m、1.6
19、m等）相吻合。,井点管最少数量：,抽水设备选择,一般多采用真空泵井点抽水设备，型号为V5、V6型其中 :V5型总管长度100m，井点管数量为80根；V6型总管长度120m，井点管数量为100根。,4）井点管的埋设与使用,安装程序：先排放总管 埋设井点管 用弯联管连接井点管与总管 安装抽水设备。 井点管的埋设：用冲水管冲孔，或钻孔，孔径一般为300，以保证井管四周有一定厚度的砂滤层，冲孔深度宜比滤管底深0.5m，冲孔孔径上下一致，砂滤层宜用粗砂，以免堵塞管的网眼。砂滤层灌好后，距地面0.51.0m深度内，应用粘土封口捣实，防止漏气。,冲孔时砂质土易塌孔怎么办？,井点降水时，尚应对附近的建筑物进行
20、沉降观测。为防止临近建筑物沉降，可采用高压反灌井进行反灌。,井点管埋设完毕后，即可接通总管和抽水设备进行试抽水，检查无漏气、漏水现象，出水是否正常，正常的出水规律为“先大后小，先浑后清”。轻型井点使用时，应保证连续不断抽水，若时抽时停，漏网易于堵塞；中途停抽，地下水回升，也会引起边坡塌方等事故。,1.2.2.2 喷射井点射流泵较深的基坑开挖，820m； 1.2.2.3电渗井点：渗透系数K0.1的土质； 1.2.2.4 管井井点：渗透系数K20200，涌用水量较大的土层，一泵一井，配合深井泵降深可达到15M。,1.2.3 流砂的防治,1.2.3.1 流砂现象及其危害1、流砂现象：当动水压力大于土
21、颗粒的浸水容重时，土粒悬浮并随水流动的现象称为流砂现象。2、流砂现象的危害：土失去承载力，引起塌方，土边挖边冒，难以施工并可能引起临近建筑物的沉降。,1.2.3.2 产生流砂的原因,1 内因：取决于土的性质，当土的孔隙比大、含水量大、粘粒含量少、粉粒多、渗透系数小、排水性能差等均产生流砂现象，易发生在细砂、粉砂和亚粘土中。,2 外因 动水压力,1.2.3.3 防治流砂的方法,原则：1）减小或平衡动水压力；2）截住地下水流；3）改变动水压力的方向。 2 方法：1）枯水期施工；2）打板桩；3）水中挖土；4）人工降低地下水位；5）地下连续墙法；6）抛大石块，抢速度施工。,1.2.4.1 填土的要求1
22、、填土满足强度、稳定性要求，必须合理设计边坡，正确选择土料以及填筑方法；2、不能作为填土使用的土料：含有大量有机物的土，石膏或水溶性硫酸盐含量大于2%的土，冻土或液化状态的泥炭、粘土或粉状砂质粘土，含水量大的软弱土等。,1.2.4 填土压实,3、填土施工要求： 铺土厚度: 应分层铺土压实，最好采用同类土填筑。如采用不同类别的土填筑时，应将透水性较大的土置于透水性较小的土层之下，严禁不均匀地混杂在一起使用。应根据压实机具的性能确定：羊角碾每层铺土厚度200-350，每层压实遍数8-15遍；平碾为200-300，压6-8遍；蛙式打夯机为200-250，压3-4遍；人工打夯不大于200，压3-4遍。
23、,含水量： 回填土含水量过大或过小都难以压实，应控制最优含水量，才能达到最大干密度。压实功：,1.2.4.2 填土的压实方法,（1）碾压法：适用于大面积填土，如场地平整、路基、堤坝等工程，常用刚性平碾，气胎碾和羊足碾。每次碾压要有150-200的重叠。,（2）夯实法：适用于小面积填土，夯实厚度一般在200以内。蛙式打夯机、内燃夯锤。 （3）振动法适用于石渣、碎石、砂土或轻亚粘土。,1 要求： 压实后的干密度（干重度）应有90%以上符合设计要求，其余10%的最低值与设计值的差，不得大于0.088g/cm3,且应分散,不得集中于某一区域。,1.2.4.3 填土压实的质量检验,2 检验方法：采用环刀
24、法取样，测定土的湿密度和含水量，换算成实际干密度。其取样组数为：基坑回填每20-50m3取一组（每个基坑不小于一组）；基槽或管沟回填每层按长度20-50m取一组；室内填土每层按100-500m2取一组；场地平整填土每层按400-900m2取一组。 3判断：填土压实系数：一般场地平整为0.9左右，地基填土为0.910.97；,1.3.1 推土机施工 1.3.1.1 推土机（图）的适用范围1、性能：构造简单，操作灵活，运转方便，所需工作面较小，功率较大，行驶速度较快，易于转移，能爬300的缓坡。2、适用范围：挖土深度不大的场地平整，铲土并能运送至弃土区；开挖深度不大于1.5m的基坑；回填基坑或沟槽
25、；堆筑高度在1.5m以内的路基、堤坝；平整其他机械卸置的土堆；推送松散的硬土、岩石和冻土；配合铲运机施工，为挖土机清理余土和创造工作面。推土机的运距宜在100m以内，经济运距为40-60m。,1.3 土方工程机械化施工,1.3.1.2 提高推土机生产率的方法,（1）下坡推土（2）并列推土（3）分批集中，一次推送（4）槽形推土,1.3.2 铲运机施工,1.3.2.1 铲运机的适用范围 1、性能：铲土、运土、卸土、填筑、压实。 2、适用范围： 大面积的场地平整，开挖大型基坑、沟槽，以及填筑路基、堤坝。铲运机的铲斗容量为2.5-8m3,自行式铲运机的经济运距为800-1500m。,1.3.2.2 铲
26、运机的运行路线,环形路线、大环形和“8”字路线 1.3.2.3 提高铲运机生产率的措施(1)下坡铲土(2)挖近填远，挖远填近（3）推土机助铲（4）双联铲运法（5）挂大斗铲运（6）跨铲法,1.3.3 单斗挖土机施工,种类：正铲、反铲、拉铲和抓铲,1.3.3.1 正铲挖土机一般只用于开挖停机面上的土体，需要设置进出口通道。适用于土质较好、无地下水的地区工作。,正向开挖，侧向装土图,正向开挖，后方装土,1.3.3.2 反铲挖土机反铲挖土机是开挖停机面以下的土体，不需设置进出口通道。适用于开挖小型基坑、基槽和管沟。尤其适用于开挖独立柱基，以及泥泞的或地下水位较高的土体。（动画）,1.3.4土方工程综合
27、机械化施工：1 挖土机选择,2 载重汽车选择：载重量以每斗土重的3-5倍为宜，数量,横撑式支撑构造,搅拌桩,高压旋喷桩,钢板桩,锚杆,沉井,实物,铲运机,铲运机路线,推土机助铲,逆 作 法,筑岛法,附录：渗透系数现场测定法,现场测定法的试验条件比实验室测定法更符合实际土层的渗透情况，测得的渗透系数k值为整个渗流区较大范围内土体渗透系数的平均值，是比较可靠的测定方法，但试验规模较大，所需人力物力也较多。现场测定渗透系数的方法较多，常用的有野外注水试验和野外抽水试验等，这种方法一般是在现场钻井孔或挖试坑，在往地基中注水或抽水时，量测地基中的水头高度和渗流量，再根据相应的理论公式求出渗透系数k值。,渗透系数K现场抽水试验对重大工程，宜采用现场抽水实验，其方法为在现场设置一抽水孔，并距抽水孔为 处设两个观测井（三者在一条直线上），待抽水稳定后，测得 处观测孔中的水深 ，并由抽水孔中相应的抽水量的公式：,（m/d）,射流泵,
