同濟大學土木工程施工PPT第01章 土方工程

1、 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容第一章第一章 土方工程土方工程 第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述一、土方工程的工作內容： 土的挖掘、填筑和運輸?shù)冗^程， 排水、降水、土壁支撐等準備工作和輔助工程。二、土方工程施工特點： 工程量大、勞動繁重和施工條件復雜等；l 受氣候、水文、地質、地下障礙等因素的影響大， 不可確定的因素也較多，有時施工條件極為復雜。三、土的工程分類 施工中，根據(jù)土的“開挖難易程度”，將土分為八類，見下表：1 - 1 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容四、土的工程性質 1. 土的可松性： 自然狀態(tài)下的土，經(jīng)過開挖后，其體積因松散而增大，以后雖經(jīng)回填壓實，仍不能恢復。 土方工

2、程量是以自然狀態(tài)的體積來計算的，在土方調配、計算土方機械生產(chǎn)率及運輸工具數(shù)量等時，必須考慮土的可松性。 1 3 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容 土的可松性程度用可松性系數(shù)可松性系數(shù)表示，即 KS ：計算土方施工機械及運土車輛等的重要參數(shù)， KS：計算場地平整標高及填方時所需挖土量等的重要參數(shù)。13S12SVVKVVK；(1-1)式中 Ks最初可松性系數(shù)； Ks最后可松性系數(shù)； V1土在天然狀態(tài)下的體積（m3）； V2土經(jīng)開挖后的松散體積（m3）； V3土經(jīng)回填壓實后的體積（m3）。1 4 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容 2. 原狀土經(jīng)機械壓實后的沉降量 原狀土經(jīng)機械往返壓實

3、或經(jīng)其他壓實措施后，會產(chǎn)生一定的沉陷，根據(jù)不同土質，其沉陷量一般在330cm之間。 3. 土的透水性 土的透水性是指水流通過途中孔隙的難易程度， 用滲透系數(shù) K 來表示。 4. 土的其他工程性質 密實度、抗剪強度、土壓力等 1 5 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容第二節(jié)第二節(jié) 場地設計標高的確定場地設計標高的確定一、場地設計概念場地設計平面：大型工程項目，將自然地面通過場地平整，改造為人們所要求的平面；場地設計標高：要求滿足a. 規(guī)劃、生產(chǎn)工藝，運輸、排水，最高洪水位，等b. 場地內土方的挖填平衡、且土方工程量小。二、場地設計標高的確定 方格網(wǎng)法（見下圖） 條件：場地比較平緩，對場地設

4、計標高無特殊要求時。 1 6 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容1. 場地設計標高的計算原理挖填土方量平衡：)4(4321212iiiiniozzzzaznaniiiiiozzzznz14321)(41即1 7 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容)43z2(414321zzznzo 2. 場地設計標高的計算公式考慮各角點標高的“權” ： 式中， z1 - 一個方格獨有的角點標高（m）； z2 , z3 , z4 - 分別為二、三、四個方格所共有的角點標高（m）； z0 - 場地的中心標高（m） 。 上上式中， z0 - 場地設計標高（m）； n - 方格數(shù)； zi1 , zi2 ,

5、 zi3 , zi4 - 第 i 個方格四個角點的原地形標高（m）。1 8 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容 3. 場地任意點的設計標高以 z0 作為場地中心的標高（見圖）：yyxxoiililzz 式中， ix, iy - x , y 方向的泄水坡度。 4. 各角點的施工高度 Hi ： 若 Hi 為正值、該點為填方；若 Hi 為負值、該點為挖方。iiizzH1 9 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容三、最佳設計平面要求滿足：a. 規(guī)劃、生產(chǎn)工藝，運輸、排水，最高洪水位，等b. 場地內土方的挖填平衡、且土方工程量最小。最小二乘法原理： 如圖，在平面上任何一點的 標高，可以根據(jù)下式

6、求出：yixiiiyixcz1 10 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容iyixiiiiziyixczzH),1(niiziz 場地方格網(wǎng)角點的施工高度為 iyixiiiiziyixczzH),1(niiziz 式中, Hi 方格網(wǎng)各角點的施工高度； 方格網(wǎng)各角點的設計平面標高； 方格網(wǎng)各角點的原地形標高； n 方格角點總數(shù)。 1 11 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容 令為土方施工高度之平方和，則ninniiHpHpHpHp122222112 當?shù)闹底钚r，該設計平面既能使土方工程量最小，又能保證填挖方量相等（填挖方不平衡時，上式所得數(shù)值不可能最?。?。這就是最小二乘法求設計平面

7、的方法。 即有，0PziPyiPxcPyx0PxziPxyiPxxcPxyx0PyziPyyiPxycPyyx1 12 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容四、設計標高的調整 在實際工程中，應考慮下述因素，調整場地設計標高： (1) 考慮土的最終可松性； (2) 考慮工程余土或工程用土； (3) 由經(jīng)濟比較結果，確認場外取土或棄土的土方量的變化。1 13 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容 第三節(jié)第三節(jié) 土方工程量的計算與調配土方工程量的計算與調配一、 土方工程量計算 土方工程施工之前，需計算土方的工程量。但土方工程精確的計算工程量很困難。一般情況下，都將其假設或劃分成為一定的幾何形

8、狀，并采用具有一定精度而又和實際情況近似的方法進行計算。（一） 基坑（槽）和路堤的土方量計算 1 14 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容 基坑（槽）、路堤 的土方量 按擬柱體積 公式計算， 即式中 V 土方工程量（m3）； H 基坑的深度，或基槽或路堤的長度（m）； F1，F(xiàn)2 基坑的上下底面積，或基槽、路堤兩端的面積（m2）； F0 F1與F2之間的中截面面積（m2）。)4(621FFFHVo 基槽與路堤通常根據(jù)其形狀（曲線、折線、變截面等）劃分成若干計算段，分段計算土方量，然后再累加求得總的土方工程量。 如果基槽、路堤是等截面的，則 F 1=F 2= F 0，由上式計算 V = H

9、 F 1 。 1 15 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容（二）場地平整土方量的計算 1. “零線” 位置的確定： 零線即挖方區(qū)與填方區(qū)的交線，在該線上，施工高度為 0 ； 在相鄰角點施工高度為一挖一填的方格邊線上，用插入法求出零點的位置，如圖，將各相鄰的零點連接起來即為零線。 方格中土方量的計算有兩種方法：“四方棱柱體法”和“三角棱柱體法”。 1 16 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容2四方棱柱體的體積計算方法： （1）方格四個角點全部為填或全部為挖（圖1-6a）時： 式中 V 挖方或填方體積（m3）； H1，H2，H3，H4 方格四個角點的填挖高度，均取絕對值（m）。 )(4

10、43212HHHHaV1 17 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容（2）方格四個角點，部分是挖方、部分是填方（圖1-6b和c）時：HHaV22)(4填填HHaV22)(4挖挖式中 H 填（挖） 方格角點中填（挖）方施工高度的總和，取絕對值（m）； H 方格四角點施工高度之總和，取絕對值（m）； a 方格邊長（m）。1 18 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容3三角棱柱體的體積計算方法（1） 先把方格網(wǎng)順地形等高線，將各個方格劃分成三角形，如圖。每個三角形的三角點的填挖施工高度，用H1，H2，H3表示。1 19 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容（2）當三角形三個角點全部為挖或

11、全部為填時（如圖 1- 8a）： 式中 H1，H2，H3 三角形各角點的施工高度（m），用絕對值代入。)(63212HHHaV1 20 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容（3） 三角形三個角點有填有挖時，零線將三角形分成兩部分，一個是底面為三角形的錐體，一個是底面為四邊形的楔體（如圖 1- 8b）。 其中錐體部分的體積為： 楔體部分的體積為 式中，H1，H2，H3 分別為三角形各角點的施工高度（m）， 取絕對值，其中H3指的是錐體頂點的施工高度。）（錐32313326HHHHHaV12332313326HHHHHHHHaV）（楔1 21 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容二、土方調

12、配土方調配的目的：在使土方總運輸量（m3m）最小、或土方運輸成本（元）最小的條件下，確定填挖方區(qū)土方的調配方向和數(shù)量，從而達到縮短工期和降低成本的目的。（一）土方調配區(qū)的劃分，平均運距和土方施工單價的確定： 1調配區(qū)的劃分原則 （1）調配區(qū)的劃分應該與工程建（構）筑物的平面位置相協(xié)調，并考慮它們的開工順序、工程的分期施工順序； （2）調配區(qū)的大小應該滿足土方施工主導機械（鏟運機、挖土機等）的技術要求； （3）調配區(qū)的范圍應該和土方工程量計算用的方格網(wǎng)協(xié)調，通?？捎扇舾蓚€方格組成一個調配區(qū)； （4）當土方運距較大或場地范圍內土方不平衡時，可根據(jù)附近地形，考慮就近取土或就近棄土，這時一個取土區(qū)或棄

13、土區(qū)都可作為一個獨立的調配區(qū)。1 22 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容2平均運距的確定： 調配區(qū)的大小和位置確定之后，便可計算各填、挖方調配區(qū)之間的平均運距。 當用鏟運機或推土機平土時，挖土調配區(qū)和填方調配區(qū)土方重心之間的距離，通常就是該填、挖方調配區(qū)之間的平均運距。 當填、挖方調配區(qū)之間距離較遠，采用汽車、自行式鏟運機或其他運土工具沿工地道路或規(guī)定線路運土時，其運距應按實際情況進行計算。 3土方施工單價的確定 如果采用汽車或其他專用運土工具運土時，調配區(qū)之間的運土單價，可根據(jù)預算定額確定。 當采用多種機械施工時，確定土方的施工單價就比較復雜，因為不僅是單機核算問題，還要考慮運、填配

14、套機械的施工單價，確定一個綜合單價。 將上述平均運距或土方施工單價的計算結果填入土方平衡與單價表（表1-4）內。1 23 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容（二） 用“線性規(guī)劃”方法 進行土方調配 時的數(shù)學模型： 土方平衡與施工運距（單價）表1 24 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容 表格說明 ： 整個場地劃分為 m 個挖方區(qū)W1，W2，Wm，其挖方量應為a1, a2, , am； n 個填方區(qū)T1，T2，Tn，其填方量相應為b1，b2，,bn； xij 表示由挖方區(qū) i 到填方區(qū) j 的土方調配數(shù)， 由填挖方平衡，即njjmiiba111 25 土木施工工程學 第一章 土方工程

15、課程內容從 W1 到 T1 的價格系數(shù)（平均運距，或單位土方運價、或單位土方施工費用）為c11，即從 Wi 到 WJ 的價格系數(shù)為 cij ，則土方調配的數(shù)學模型表達： 求一組 xij 的值，使目標函數(shù) Z = 為最小值， 并滿足下列約束條件： （i = 1，2，m ） （j = 1，2，n） xij 0 minjijijxc11iniijax1jmjijbx11 26 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容（三）用“表上作業(yè)法”進行土方調配 通過“假想價格系數(shù)”求檢驗數(shù)， cij 表示假想系數(shù)，其值待定。 下面舉例說明，用表上作業(yè)法求調配最優(yōu)解的步驟與方法 圖示為一矩形廣場，方格內的數(shù)字為

16、各調配區(qū)的土方量，箭桿上的數(shù)字則為各調配區(qū)之間的平均運距。試求土方調配最優(yōu)方案。 1 27 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容1編制初始調配方案 （1）將土方量及價格系數(shù)（即 平均運距）填入計算表格中：1 28 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容（2）初始方案的確定：）初始方案的確定： 先找價格系數(shù)最小的方格（C22= C43= 40），如取C43 ，使X43最大為400。1 29 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容 再依次找出 價格系數(shù)較小的方格， ， 并滿足 挖填量的相等。 由此利用“最小元素法”確定的初始方案首先是讓 cij 最小的那些格內的 xij 值取盡可能大的值，

17、也就是優(yōu)先考慮“就近調配”，求得總運輸量是較小的。1 30 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容2最優(yōu)方案判別 采用“假想價格系數(shù)法”，求檢驗數(shù)： 求 無土方調配的方格（本例中的 W1-T3，W4-T2 等）的檢驗數(shù)ij ； 如所有檢驗數(shù)ij 0，則方案為最優(yōu)方案； 如所有檢驗數(shù)ij 0，則該方案不是最優(yōu)，需要進行調整。 （1）首先求出 表中各個方格的假想價格系數(shù)， 有調配土方的假想價格系數(shù) = ， 無調配土方方格的假想系數(shù)用下式計算： + = + 即，e f p q 構成的任一矩形四個方格內對角線上的假想價格系數(shù)之和相等。 由此填入下表：ijcijcefcpqceqcpfc1 31 土木

18、施工工程學 第一章 土方工程課程內容本矩形得出，C21 10本矩形得出，C12 1001 32 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容ijcijc （2）其次求出 無調配土方方格的檢驗數(shù)ij ， ij ，即有 把表中無調配土方的方格右邊兩小格的數(shù)字上下相減：如21 = 70(10) = 80，12 = 70100 = 30，將計算結果填入表中。 檢驗數(shù) ij 有負值，說明方案要調整。ijcijc1 33 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容3. 方案的調整 （1）在所有負檢驗數(shù)中，選一個最小的（本例中是C12），把 x12 作調整對象； （2）找出 x12 的閉回路：從 x12 方格出發(fā)

19、，沿水平與豎直方向前進，形成一條以有數(shù)字的方格為轉角點的、用水平和豎直線聯(lián)起來的閉回路，見下表。x125001003005001004001 34 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容 （3）在閉回路中，挑出一個最小值 x32 100，將其由x32調到x12方格中； （4）同時調整閉回路上其他的奇數(shù)次轉角上的數(shù)字都減去“100”，偶數(shù)次轉角上數(shù) 字都增加“100”，使得填挖方區(qū)的土方量仍然保持平衡，得到新調配方案，見 表。1 35 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容（5）對新調配方案，再次檢驗，直到找出最優(yōu)方案為止： 上表中所有檢驗均為正號，故該方案即為最優(yōu)方案。4. 最優(yōu)土方調配方

20、案的土方總運輸量 為 Z 40050 + 10070 + 50040 + 40060 + 10070 + 40040 94000（m3m） 將 土方調配數(shù)值繪成土方調配圖，圖中箭桿上數(shù)字為土方調配數(shù)。 1 36 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容5. 比較 “最佳方案” 與 “初始方案” 的運輸量： 初始方案的土方總運輸量為 Z0 = 50050 + 50040 + 30060 + 100110 + 10070 + 40040 = 97000（m3m）； 最佳方案的土方總運輸量為 Z 94000（m3m）， ZZ0 = 94000 97000 = 3000（m3m） 即，調整后總運輸量減

21、少了 3000（m3m）。 u 土方調配的最優(yōu)方案可以不只是一個，這些方案調配區(qū)或調配土方量可以不同，但它們的目標函數(shù) z 都是相同的。有若干最優(yōu)方案，為人們提供了更多的選擇余地。1 37 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容第四節(jié)第四節(jié) 土方工程的準備與輔助工作土方工程的準備與輔助工作一、土方工程施工前的準備工作（1）場地清理： 清理地面及地下各種障礙 包括，施工前拆除舊房和古墓，拆除或改建通訊、電力設備、地下管線及建筑物，遷移樹木，耕去除植土及河塘淤泥等。（2）排除地面水： 排除場地內的積水和雨水的，保持場地干燥 地面水的排除一般采用排水溝、截水溝、擋水土壩等措施。（3）臨時道路，供水

22、、供電等臨時設施 的修筑。（4）材料、機具及土方機械 的進場。（5）土方工程的測量、放線。（6）根據(jù)土方施工設計，做好土方工程的輔助工作，包括邊坡穩(wěn)定、基坑（槽）支護、降低地下水等。1 38 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容二、土方邊坡及其穩(wěn)定 1. 土方邊坡坡度：以其高度 H 與其底寬度 B 之比表示， 邊坡可做成直線形、折線形或踏步形，如圖。土方邊坡坡度 i = 式中，m = B / H，稱為坡度系數(shù)。mHBBH111 39 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容2. 邊坡穩(wěn)定影響邊坡坡度的因素：土質、開挖深度、施工工期、地下水水位、坡頂荷載及氣候條件。邊坡失穩(wěn)：土方邊坡在一定范

23、圍內整體地沿某一滑動面向下和向外移動而喪失其穩(wěn)定性。邊坡失穩(wěn)的原因：外界不利因素影響下觸動和加劇， 這些外界不利因素，導致土體下滑力的增加、或抗剪強度的降低。 引起下滑力增加的因素主要有：坡頂上堆物、行車等荷載；雨水或地面水滲入土中使土的含水量提高而使土的自重增加；地下水滲流產(chǎn)生一定的動水壓力；土體豎向裂縫中的積水產(chǎn)生側向靜水壓力等。 引起土體抗剪強度降低的因素主要是：氣候的影響使土質松軟；土體內含水量增加而產(chǎn)生潤滑作用；飽和的細砂、粉砂受振動而液化等。邊坡穩(wěn)定的分析方法：摩擦圓法、條分法、有限元法 等。1 40 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容三、土壁支護 開挖基坑（槽）時，不能按要

24、求的坡度放坡開挖，這時就需要進行基坑（槽）支護，以保證施工的順利和安全，并減少對相鄰建筑、管線等的不利影響?；?槽)支護結構的形式（根據(jù)受力狀態(tài)）橫撐式支撐板樁式支護結構重力式支護結構懸臂式支撐式1 41 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容（一）基槽支護 市政工程施工時，鋪設管溝開挖的溝槽一般較窄，多用橫撐式土壁支撐。 橫撐式土壁支撐 分為：水平擋土板式，垂直擋土板式 兩類。1 42 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容橫撐式土壁支撐水平擋土板支撐垂直擋土板式 ：間斷式：濕度較小的粘性土、挖土深 度小于3m連續(xù)式：對松散、濕度較大的土，挖 土深度可達5m對松散和濕度很高的土可用垂直

25、擋土板式支撐，其挖土深度不限支撐，所承受的荷載為土壓力。1 43 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容土壓力，與土的性質、開挖深度、支撐的形式及變形亦有關。實測資料表明，作用在橫撐式支撐上的土壓力的分布很復雜，工程中通常按下圖所示的幾種簡化圖形進行計算。1 44 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容支護結構設計要求：重力式水泥土墻板式支護結構土釘墻（二）基坑支護 基坑支護結構的形式：首先要考慮周邊環(huán)境的保護，其次要滿足本工程地下結構施工 的要求，再則應盡可能降低造價、便于施工。1 45 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容1重力式支護結構 水泥土攪拌樁（或稱深層攪拌樁）支護結構水泥

26、土攪拌樁是通過攪拌樁機將水泥與土進行攪拌，形成柱狀的水泥加固土。支護結構的攪拌樁的水泥摻量通常為12%20%，水泥土的強度可達0.81.5MPa、其滲透系數(shù)很?。ㄒ话?10-6cm/s）。支護結果由水泥土攪拌樁搭接而形成水泥土墻，它既具有擋土作用，又兼有隔水作用，可適用于46m深的基坑，最大可達78m。（1）水泥土重力式支護結構的設計 設計內容：整體穩(wěn)定、抗傾覆穩(wěn)定、抗滑移穩(wěn)定、位移等，有 時還應驗算抗?jié)B、墻體應力、地基強度等。1 46 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容水泥土墻的構造形式： 通常布置成格柵式，基坑開挖深度h ， 墻體的寬度b、 有 b = (0.60.8) h， 插入深

27、度hd、有 hd =（0.81.2) h 。 1 47 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容 水泥土支護結構的計算模型圖式：1 48 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容根據(jù)“水泥土墻的計算模型” 土壓力的計算： 主動土壓力 、 主動土壓力起算點 被動土壓力 、 地面荷載的 附加主動土壓力akcp21aaHkeakcz20pkcp122pdpkhe1aaqqqkkhe1 49 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容式中 Ka主動土壓力系數(shù) ，其中 為墻底 以上各土層內摩擦角按土層厚度的加權平均值( )； Kp被動土壓力系數(shù) ，其中 為墻底 至基坑底之間各土層內摩擦角按土層厚度的加權平

28、均值( )； H 水泥土墻的墻高( m )； hd水泥土墻的插入深度( m )； C 墻底以上各土層粘聚力按土層厚度的加權平均值( kPa )；）（245tan2a K ）（245tan12a K1 1 50 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容 C1墻底至基坑底之間各土層粘聚力按土層厚度的加權 平均值( kPa )； 墻底以上各土層天然重度按土層厚度的加權平均值 ( kN/m3 )； 1墻底至基坑底之間各土層天然重度按土層厚度的加 權平均值( kN/m3 )； hq地面荷載q的當量土層厚度( m )； b 水泥土擋墻的寬度( m )。1 51 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容 按

29、照計算圖式，墻后主動土壓力 Ea 按式（1-26）計算：式中，q 為地面荷載( kPa )。 其他符號意義同前。 墻前被動土壓力Ep按式（1-27）計算： 式中其他符號同前。 22a222(cKcHKqHhEaa）pdpdKhcKhE11p22 (1-26)(1-27)1 52 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容 整體穩(wěn)定的驗算 水泥土墻的插入深度應滿足整體穩(wěn)定性，整體穩(wěn)定驗算按式（1-28）簡單條分法計算：式中：li第i條沿滑弧面的弧長( m )， ； qi第i條土條處的地面荷載( kN/m )； bi第i條土條寬度( m )； Wi第i條土條重量( kN )；111Zsin)(tan

30、cos)( iiiiiiiiWbqWbqlCK cosiibl (1-28)1 53 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容 i 第 i 條滑弧中點的切線和水平線的夾角 ( )； Ci ，i 分別表示第 i 條土條滑動面上土的粘 聚力 ( kPa ) 和內摩擦角 ( )； KZ 整體穩(wěn)定安全系數(shù)，一般取 1.2 1.5 。1 54 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容 抗傾覆穩(wěn)定的驗算2/3/ )(2/2/3/2021pqHKZHqHKEbWhEhEKaaadpdp 根據(jù)整體穩(wěn)定得出的水泥土墻的hd以及選取的b按重力式擋土墻驗算墻體繞前趾A的抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)： 式中：W水泥土擋墻的自重

31、（kN），W=cbH，c為水泥土墻體的自重（kN/m3），根據(jù)自然土重度與水泥摻量確定，可取1819 kN/m3； Kp抗傾覆安全系數(shù)，一般取1.31.5； 其他符號意義同前。(1-29)1 55 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容 水泥土墻如滿足整體穩(wěn)定性及抗傾覆穩(wěn)定性，一般可不必進行抗滑移穩(wěn)定的驗算，在特殊情況下可按式（1-30）驗算沿墻底面滑移的安全系數(shù)：式中 分別表示墻底土層的內摩擦角( )與粘聚力(kPa)； Kh抗滑移穩(wěn)定安全系數(shù)，取1.21.3。 抗滑移穩(wěn)定的驗算apEEbcWK00htan 00c， (1-30)1 56 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容重力式支護

32、結構的位移，應在設計中足夠重視。由于重力式支護結構的抗傾覆穩(wěn)定有賴于被動土壓力的作用，而被動土壓力的發(fā)揮是建立在擋土墻一定數(shù)量位移的基礎上的，因此，重力式支護結構發(fā)生一定的位移是必然的，設計的目的是將該位移量控制在工程許可的范圍內。水泥土墻的位移可用“m”法等計算，突出影響水泥土墻水平位移的幾個主要因素，計算簡便、適用。 位移的計算1 57 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容位移的計算公式：施工質量影響系數(shù)：正常工序施工時，取=1.0； 未到正常施工要求，但水泥用量達到要求時，取 = 1.5； 嚴格控制施工質量，可取 = 0.8。bhLhkda2018. 0式中 0墻頂估計水平位移(cm

33、) ; L 開挖基坑的最大邊長(cm) ; 施工質量影響系數(shù)，取0.81.5； h 基坑開挖深度； 其他符號意義同前。（1-31）1 58 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容（2） 水泥土攪拌樁的施工 1） 施工機械：深層攪拌樁機，由深層攪拌機（主機），機架，灰漿攪拌 機和灰漿泵，等配套機械組成。1 59 滾管行走、桅桿式雙軸攪拌樁機械履帶行走式三軸攪拌樁機械三軸攪拌樁 機頭 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容 2） 施工工藝：依據(jù)水泥摻入比及土質情況，可采用“一次噴漿、二次攪拌” 或“二次噴漿、三次攪拌”工藝。 “一次噴漿、二次攪拌”的施工工藝流程如圖示。 “二次噴漿、三次攪拌”

34、工藝 可在圖示步驟 e）作業(yè)時也進行注漿，以后再重復 d）與 e）的過程。1 61 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容 3） 施工質量要求： 根據(jù)建筑地基基礎工程施工質量驗收規(guī)范GB 50202-2002，其中的 水泥土攪拌樁地基質量檢驗標準 項序檢查項目允許偏差或允許值檢查方法單位數(shù)值主控項目1水泥及外摻劑質量設計要求查產(chǎn)品合格證或抽樣送驗2水泥用量參數(shù)指標查看流量計3樁體強度設計要求按規(guī)定辦法4地基承載力設計要求按規(guī)定辦法一 般 項 目1機頭提升速度m/min0.5量機頭上升距離及時間2樁底標高mm200測機頭深度3樁頂標高mm+100-50水準儀（最上部500mm不計入）4樁位偏差

35、mm50用鋼尺量5樁徑 0.04D用鋼尺量，D為樁徑6垂直度%1.5經(jīng)緯儀7搭接mm200用鋼尺量1 62 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容2. 板式支護結構 板式支護結構的組成：擋墻系統(tǒng) ， 支撐(或拉錨)系統(tǒng) ， 懸臂式板樁支護結構則不設支撐(或拉錨)。1 63 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容板式支護結構擋墻系統(tǒng)（常用的材料）槽鋼、鋼板樁鋼筋混凝土預制板樁排樁：灌注樁、樹根樁地下連續(xù)墻支撐系統(tǒng)鋼支撐系統(tǒng)：鋼筋混凝土支撐工具式鋼管：609、 580H型鋼格構式鋼支撐：電焊加工拼接鋼圍檁：電焊加工拼接拉錨系統(tǒng)： 鋼筋、鋼索、型鋼或土錨桿鋼筋、鋼索、型鋼或土錨桿1 65 土木施

36、工工程學 第一章 土方工程課程內容（1）板樁計算 一般基坑工程中廣泛采用“支撐式板樁” 支護結構。 懸臂板樁 所需板樁的截面大，且位移也較大，僅用于34m的淺基坑工程?？偨Y板樁的工程事故，其失敗的原因主要有五方面： 板樁的入土深度不夠，走動而出現(xiàn)坑壁滑坡(圖1-21a)； 支撐或拉錨的強度不夠 (圖1-21b、c)； 拉錨長度不足，錨碇失去作用而使土體滑動(圖1-21d)； 板樁本身剛度不夠，在土壓力作用下失穩(wěn)彎曲(圖1-21e)； 板樁位移過大，造成周邊環(huán)境的破壞(圖1-21f)。1 66 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容1 67 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容u 板樁的設

37、計五大要素： 單支點板樁的計算原理及計算方法： 根據(jù)板樁入土深度與基坑深度比值的大小，將單支點板樁分成 自由支承單支點板樁 嵌固支承單支點板樁 (見下圖)。u板樁的入土深度、u截面彎矩、u支點反力、u拉錨長度、u板樁位移。1 68 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容兩種類型 單支點板樁 的土壓力分布、彎矩和變形也不盡相同。1 69 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容單點自由支承板樁：當板樁入土深度較淺，整個板樁都向坑內變形，板樁底端發(fā)生轉動并有微小的位移，坑底的被動土壓力得以全部發(fā)揮。如板樁的入土深度增加，由于作用在樁前被動土壓力也隨之增加，當達到某一平衡狀態(tài)時，樁底C僅在原位置發(fā)

38、生轉動而無位移。板樁底端的支承相當于簡支。單支點嵌固板樁：如果入土深度繼續(xù)增加，則樁前被動土壓力隨深度的增加繼續(xù)增加，當達到一定深度D點時，板樁底部有一段既無位移也無轉角，這時板樁在土中處于嵌固狀態(tài)。這種板樁在一定深度D點以下的彎矩為零。1 70 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容 單支點嵌固板樁的簡化計算方法相當梁法：板樁的精確 計算較為困難，主要是插入地下部分屬超靜定問題，其土 壓力分布難以精確確定。 1） 板墻部分的計算 一般將板樁的主動、被動土壓力簡化為線性分布來進行計算。 單支點嵌固板樁的計算模型相當梁法：1 71 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容 單支點嵌固板樁 計算

39、模型 的說明： 圖 a) 所示梁的一端固定、一端簡支； 梁在均布荷載作用下的彎矩圖（圖 b) 所示）及撓度曲線（圖 c) 所示）； 梁的反彎點C，假想該處截斷、并設簡單支承于截斷處（圖d) 所示），則稱AC為相當梁； 梁AC、梁CD均為靜定結構，易于計算。1 72 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容上圖是嵌固支承單支點板樁的計算簡圖：再近似假定 在距基坑底部 hc1的反彎點C 就是主動、被動土壓應力相同處的D點。1 73 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容 用相當梁法 計算 嵌固支承單支點板樁 的設計步驟：d.c.b.a.計算作用于板樁上的主動土壓力和被動土壓力； 計算板樁上土壓力

40、強度為零的點C至地面的距離hc1，利用下式 將板樁在C點截面，利用x=0，M=0計算相當梁AC的支座反力Rc和支撐或錨桿反力Tc1； )(11cacphhKhK apacKKhKh1即(1-32)計算板樁入土深度hd； 1 74 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容000200312312hKhhKhhRapc )(60apcKKRh 根據(jù)嵌固支承單支點板樁的特點，在樁底某一位置以下的彎矩為零，如該點位于D點，則由下段板樁CD可求得h0。因為CD段樁上矩形部分的主動土壓力相等，由MD=0得所以有 (1-33) 由于實際樁前被動部壓力較圖1-24所示者小，按式（1-33）計算得到h0的偏小，

41、故應增加入土深度h， h取0.2h0，因此板樁入土深度為012 . 1 hhhcd(1-34)1 75 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容e.其他符號意義同前。被動土壓力系數(shù)，主動土壓力系數(shù)，土的重力密度）中的符號意義如下：）至（上式（)245(tan)245(tan34132122 ppaaKKKK在剪力為零處求得Mmax； 1 76 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容2) 支撐（拉錨）系統(tǒng)的設計 一端固定在板樁上部的圍檁上， 支撐或拉錨的 另一端則支撐到基坑對面的板樁上， 或固定到樁墻后的錨錠、錨座板上。 支撐(或拉錨)的單位長度反力Tc1（沿板墻）：可通過板墻部分的計算 求得

42、，KN / m ； 根據(jù)支撐或拉錨布置的間距，即可求得每一支撐或拉錨的軸力。 如果支撐長度過大，則應在支撐中央設置豎撐，防止支撐在自重作用下?lián)隙冗^大引起附加內力。1 77 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容 拉錨長度計算：應保證錨錠或錨座板位于它本身引起的被動土楔滑移線、板樁位移引起的主動土楔滑移線和靜土楔滑移線之外的陰影區(qū)內。1 78 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容式中 L拉錨最小長度； h基坑深度； hc1對自由支承板樁，取板樁入土深度；對嵌固支承板樁，取基坑底至反彎點的距離； h1錨碇底端至地面的距離； 土的內摩擦角。a.b. 拉錨的最小長度，按下列a.、b.兩式計算結果

43、取較大值)245tan()245tan()(11hhhc21LLL)90tan(hL（1-35） 1 79 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容3） 圍檁的計算 圍檁計算的受力簡圖： 圍檁 主要材料型鋼：槽鋼、工字鋼、H型鋼、等 ：按簡支梁計算現(xiàn)澆混凝土結構 ：按連續(xù)梁計算1 80 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容（2）板樁墻的施工 本處介紹鋼板樁的施工方法，通常鋼板樁，有三種打樁方法：1) 單獨打入法：每塊鋼板樁逐塊插打，施工簡便，易向一邊傾斜、墻面平直度 差。一般在鋼板樁長度不大(小于10m)、工程要求不高時采用。2) 圍檁插樁法：用圍檁支架作板樁打 設導向，按階梯型逐漸將板樁

44、一塊 塊打入設計標高。此法優(yōu)點是可以 保證平面尺寸準確和鋼板樁垂直度， 但施工速度慢，不經(jīng)濟。圍檁拉森鋼板樁（小止口連接）1 81 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容3) 分段復打樁（屏風法）：將1020塊鋼板樁組成的施工段沿單層圍檁插入土中一定深度形成較短的屏風墻，先將其兩端的兩塊打入，嚴格控制其垂直度，打好后用電焊固定在圍檁上，然后將其他的板樁按順序以1/2或1/3板樁高度打入。此法可以防止板樁過大的傾斜和扭轉，防止誤差積累，有利實現(xiàn)封閉合攏，且分段打設，不會影響鄰近板樁施工。1 82 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容鋼板樁的拔出：地下工程施工結束后，鋼板樁應拔出重復使用。鋼

45、板樁的拔除須考慮： 選擇正確拔除方法、拔除順序； 板樁拔出時帶土所引起的土體變形，對周圍環(huán)境造成危害， 必要的注漿填充等方法。板樁的打樁錘設備有兩類：振動電動振動錘、液壓夾緊設備錘擊柴油打樁錘1 83 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容四、降水基坑(或溝槽)開挖的水源：土壤含水層被切斷后地下水滲入坑內； 雨季施工時，地面水也會流入坑內?；咏邓哪康模罕ＷC基礎工程施工的正常進行； 防止邊坡塌方，防止地基承載能力的下降。降水方法：重力降水（如集水井、明渠等）； 強制降水（如輕型井點、深井泵、電滲井點等）。 土方工程中較多采用 集水井降水和輕型井點降水。1 84 土木施工工程學 第一章 土方

46、工程課程內容（一）集水井降水 施工方法：在基坑或溝槽開挖時，在坑底設置集水井，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，然后 用水泵抽出坑外。1 85 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容 集水井降水的要求：l四周的排水溝及集水井，應設置在基礎范圍以外、地下水流的上游；l基坑面積較大時，可在基礎范圍內設置盲溝排水；l根據(jù)地下水量、基坑平面形狀及水泵能力，集水井每隔 20 40 m設置一個；l集水井的直徑或寬度，一般為 0.6 0.8 m；l集水井深度隨挖土而加深，底部低于挖土面 0.7 1.0 m；l基坑開挖完成，井底應低于坑底 1 2 m，并鋪設碎石濾水層；l做好較

47、堅固的井壁。 集水井降水方法比較簡單、經(jīng)濟，對周圍影響小，因而應用較廣。1 86 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容（二）、井點降水 井點降水：預先在基坑四周埋設一定數(shù)量的濾水管（井），在基坑開挖前和開挖中，利用真空原理，不斷抽出地下水，使地下水位降到坑底以下。1井點降水的作用防止地下水涌入坑內（圖1-29a）；防止邊坡由于地下水的滲流而引起塌方（圖1-29b）；消除地下水位差引起的壓力、防止了坑底的管涌（1-29c）；減少了板樁的橫向荷載（圖1-29d）；改變了地下水向外滲流，杜絕了流砂的出現(xiàn)（1-29e）；降低地下水位后，還能使土壤固結，增加地基的承載能力。1 87 土木施工工程學

48、第一章 土方工程課程內容1 88 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容降水前，積水狀況降水后，干枯狀況1 89 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容2流砂的成因與防治 流砂現(xiàn)象：土隨著水的滲出 堆積在外，影響基礎施工的正常進行、導致周 圍的土體變形。 產(chǎn)生原因：是水在土中滲流所產(chǎn)生的動水壓力 對土體作用的結果。 1 90 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容 動水壓力GD ：地下水的滲流對單位土體內骨架產(chǎn)生的壓力；GD與單位土體內滲流水受到土骨架的阻力 T 大小相等、方向相反；水在土體內從A向B流動，長度為L、橫截面積為F，AB之間的水頭差為HA-HB 。土體的重量和所受浮力的反力

49、之和為 w L F ，土體骨架對滲流水的總阻力為 TLF 。 得由0X0cosLFTLFFhFhwBwAw代入上式可得將L-ZZBAcosLHHL)Z(h)Z(hTBAwBBBAw1 91 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容（1-36） 由此， 動力水壓GD的大小與水力坡度成正比，即水位差HA-HB愈大，則GD愈大； 而滲透路程L愈長，則GD愈小。表示。比，稱為水力坡度，用為水頭差與滲透路徑之iLHHBA于是wDwiTGiT式中，負號表示GD與所設水滲流時的總阻力T的方向相反，即與水的滲流方向一致。1 92 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容 流砂產(chǎn)生的力學條件：當水流在水位差的作

50、用下，動水壓力不但使土粒受到了水的浮力，而且還受到向上動水壓力的作用。如果壓力等于或大于土的浮重度， 即 GD ，則土粒失去自重，處于懸浮狀態(tài)；當土的抗剪強度等于零，土粒能隨著滲流的水一起流動。 流砂產(chǎn)生的土質條件： 細顆粒、均勻顆粒、松散及飽和的土， 流砂現(xiàn)象經(jīng)常在細砂、粉砂及粉土中出現(xiàn)。 流砂的防治方法： 水下挖土法、凍結法、枯水期施工、搶挖法， 加設支護結構， 井點降水（根除流砂的有效方法）。1 93 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容3井點降水法的種類 井點有兩大類：輕型井點、管井類。 井點降水選擇：土的滲透系數(shù)、降水深度、設備條件及經(jīng)濟比較等因素。實際工程中，一般輕型井點應用較

51、為廣泛。下面介紹輕型井點降水。 1 94 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容4輕型井點降水 （1）一般輕型井點設備： “ 管路系統(tǒng)、抽水設備 ”組成。1 95 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容 管路系統(tǒng)包括：濾管、井點管、彎聯(lián)管及總管等。 濾管：長1.01.5m、直徑38mm或 51mm的無縫鋼管； 管壁鉆有直徑為1219mm 的濾孔； 構造如圖； 濾管上端與井點管連接。1 96 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容井點管：為直徑38mm或51mm、長57m的鋼管； 井點管上端用彎聯(lián)管與總管相連。集水總管：為直徑100127mm的無縫鋼管，每段長4m， 與井點管連結的短接頭，

52、間距0.8m或1.2m。 1 97 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容 抽水設備包括：真空泵、離心泵和水氣分離器等。 水氣分離器（集水箱）工作原理： 開動真空泵，空氣由上部真空泵排出，使水氣分離器內部形成真空度； 土中的水分和空氣受真空吸力作用而吸出，進入水氣分離器； 當分離器內的水達到一定高度，開動離心泵、水經(jīng)離心泵排出。1 98 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容 輕型井點設備的工作原理簡圖：1 99 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容 （2）輕型井點布置和計算水文地質資料工程要求設備條件 地下水含水層厚度，承壓或非承壓水及地下水變化情況，土體性質、滲透系數(shù)，不透水層位置

53、， 等；基坑（槽）形狀、大小，開挖深度；井管長度，泵的抽吸能力等。 井點設計依據(jù) 輕型井點設計內容高程布置：確定井點布置形式、總管長度、 井點管數(shù)量、水泵數(shù)量及位置、等；平面布置：確定井點管的埋設深度。 輕型井點降水的設計步驟： 確定平面布置 高程布置 計算井點管數(shù)量等 調整設計。1 100 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容 1） 確定平面布置方案： 單排布置，雙排布置，環(huán)形布置、或 U形布置。1 101 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容 單排布置：適用于基坑、槽寬度小于6m，且降水深度不超過5m的情況； 井點管應布置在地下水的上游一側； 兩端延伸長度不宜小于坑、槽的寬度。 雙

54、排布置：適用于基坑寬度大于6m或土質不良的情況。 環(huán)形布置：適用于大面積基坑。 U形布置，井點管不封閉的一段、應設在地下水的下游處。1 102 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容 2） 高程布置 確定：井點管埋深 濾管上口至總管埋設面的距離 。 1 103 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容 高程布置的計算公式： h h1 + h + i L 式中 h 井點管埋深（m）； h1 總管埋設面至基底的距離（m）； h 基底至降低后的地下水位線的距離（m）， 一般取0.51m； L 井點管至水井中心的水平距離， （m） 當井點管單排時，為井點管至對邊坡腳的水平距離；i 水力坡度， i 的

55、取值按照： 單排布置時 i = 1/4 1/5；雙排布置時 i = 1/7 ；環(huán)形布置時 i = 1/10 。當井點管為1 104 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容 上述計算結果，應滿足下式： h hpmax 式中 hpmax 為抽水設備的最大抽吸高度， 一般輕型井點的hpmax為67m。 上述計算結果，如出現(xiàn)： h hpmax 時， a) 當計算結果 h 略大于 hpmax 、且地下水位較深時， 可采用“降低總管埋設面”的方法先挖深、再埋設總管； b) 當計算結果 h 比 hpmax 較大時， 可采用“多級井點降水”的方法。濾管 必須埋設在含水層內。井點管布置 應離坑邊 0.71m，

56、以防止邊坡塌土而引起局部漏氣。井點管 露出地面的長度0.2m 。1 105 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容 3） 總管及井點管數(shù)量的計算總管長度根據(jù)基坑上口尺寸或基槽長度即可確定，進而可根據(jù)選用的水泵負荷長度確定水泵數(shù)量。 a) 水井的分類：1 106 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容水井理論：是計算 “井點系統(tǒng)的涌水量” 的依據(jù)，而后方可計算井點管數(shù)量。水井 的分類：依據(jù)水井與不透水層關系無壓井：水井布置自由潛水面的含水層中承壓井：水井布置在承壓含水層中完整井：水井底部達到不透水層非完整井：水井底部未達到不透水層水井 的分類：依據(jù)水井位于的地下水狀況 因此，上圖中有： 無壓

57、完整井、無壓非完整井、承壓完整井、承壓非完整井 。1 107 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容 b) 水井計算：是以法國水力學家裘布依（Dupuit）的水井理論為基礎的，按照無壓完整井的方法，推導出計算公式。 圖示為 無壓完整井 抽水時的 水位變化情況： 經(jīng)過一定時間的抽水，井周圍的 水面降低，成為向井邊傾斜的水 位降落漏斗。1 108 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容單井涌水量的計算（裘布依微分方程）：設不透水層基底為x軸，取井中心軸為y軸，將距井軸x處水流斷面近似地看作為一垂直的圓柱面，其面積為： = 2x y （1 42） 式中 x 井中心至計算過水斷面處的距離； y 距

58、井中心x處水位降落曲線的高度。根據(jù)裘布依理論的基本假定，這一過水面處水流的水力坡度是一個恒值，并等于該水面處的斜率，則該過水斷面的水力坡度 i= dx / dy。由達西定律水在土中的滲流速度為 v = K i （143）1 109 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容xyxyKxyKiKQdd2dd xxKQyydd2 rRlhKQlnln2 2 rRKQlHln2 2 xxKQyyRrHldd2 由式（1-42）和式（1-43）及裘布依定律i=dy/dx，可得到單井涌水量（m3/d）；將上式分離變量：水位降落曲線在x=r處，y=l；在x=R處，y=H， l 與H分別表示水井的水深及含水層

59、的深度。對式（1-45）兩邊積分于是1 110 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容 式中 K 土的滲透系數(shù)（m/d）； H 含水層厚度（m）； S 井水處水位降落高度（m）； R 為單井的降水影響半徑； r 為單井的半徑。rRSSHKQlnln)2(rRSSHKQlglg)2(364. 1則，設水井中水位降落值為,SHlS或（1-46）1 111 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容上述公式（1-46）是無壓完整單井的涌水量計算公式。但在井點系統(tǒng)中，各井點管是布置在基坑周圍，許多井點同時抽水，即群井共同工作的.群井涌水量的計算，可把由各井點管組成的群井系統(tǒng)，視為一口大的圓形單井。則，

60、 井點系統(tǒng)的涌水量計算公式為：ooxxRSSHKQlg)lg()2(364.1 式中 xo 為由井點管圍成的水井的半徑（m）； 其他符號含義同前。1 112 土木施工工程學 第一章 土方工程課程內容無壓非完整井的涌水量計算公式：地下水不僅從井的側面流入，還從井底滲入，因此涌水量要比完整井大。 為了簡化計算，仍采用計算公式式中 H 換成有效含水深度 H0 抽水時僅在H0范圍內受到抽水影 響，因而也可將H0視為抽水影響深度。oooxxRSSHKQlg)lg()2(364.1表中 S為井點管內水位降落值（m）；l為濾管長度（m）。 H0 可按照下表得到：但，當H0 H 時 ，取H0 H 。1 113