第1章 土方工程

第1章土方工程1.1概述1.1.1土的工程分類八大類（16個級別）：松軟土、普通土、堅土、砂礫堅土、軟石、次堅石、堅石、特堅石。1.1.2土的工程性質(zhì)1.土的可松性：自然狀態(tài)下的土，經(jīng)開挖，其體積因松散而增加，雖經(jīng)回填壓實，仍不能恢復成原來的體積?！罱K可松性系數(shù)——最初可松性系數(shù)2．土的密度：⑴天然密度：指土在天然狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量（kg/m3）。⑵土的干密度：指單位體積土中固體顆粒的質(zhì)量，即土體孔隙中無水時的單位土重（kg/m3）

。指土中水的質(zhì)量與土的固體顆粒質(zhì)量之比。3．土的含水量：4．土的滲透性：指水流通過土中孔隙的難易程度。LΔh5．原狀土經(jīng)機械壓實后的沉降量：根據(jù)不同土質(zhì)，其沉降量一般在：3~30cm之間。式中：P——機械壓實的有效作用力（MPa）

C——原狀土的抗陷系數(shù)（MPa）當水力坡度

時，地下水在土中滲流的速度，稱滲透系數(shù)K。1.2場地平整1.2.1按挖填方平衡原則確定場地設(shè)計標高1．初步確定場地設(shè)計標高H0：⑴測繪出場地的地形圖；⑷按挖填方平衡原則確定H0。⑶根據(jù)相鄰等高線，用插入法求出各方格角點的地面標高；aaaaaaH22H12H11H21⑵將場區(qū)劃分成方格網(wǎng)；2．場地設(shè)計標高的調(diào)整：挖方區(qū)有：填方區(qū)有：

3．最后確定場地各方格角點的設(shè)計標高（Hn）：⑴當設(shè)計對泄水坡度有規(guī)定時，按設(shè)計要求進行；⑵當設(shè)計無要求時，取泄水坡度i≥2‰；⑶排水方向取順自然地面方向。(b)雙向泄水(a)單向泄水1.2.2用最小二乘法原理求最佳設(shè)計平面式中：αacbxzy0βixiy目的：滿足填、挖方平衡，又滿足總的土方量最小。適用范圍：大型場地、地形復雜1.2.3場地平整土方量計算1．計算場地各方格角點的施工高度：“＋”為填方；“－”為挖方。2．確定零線：3．計算每一方格的挖填方工程量：編號施工高度地面標高設(shè)計標高A0Bh2h1xa⑴方格四個角點全部為挖（填）方時：⑵兩個角點為挖、兩個角點為填時：挖方：填方：⑶方格三個角點為挖、另一個角點為填時：填方：挖方：⑷零線通過方格的對角線時：小結(jié)：1.3基坑工程1.3.1土方邊坡及其穩(wěn)定：m=B/H，m——坡度系數(shù)m的物理意義：當基坑深為1米時，邊坡寬度的大小。邊坡可以做成：直線形、折線形、踏步形。1.邊坡坡度圖BH影響邊坡系數(shù)m大小的因素：2.⑴土質(zhì)；⑵挖土深度；⑶施工期間邊坡上的荷載；⑷土的含水率及排水情況；⑸邊坡的留置時間。*土含水量增加，對邊坡穩(wěn)定的影響：土含水量增加，將增大土的自重，從而使剪應力增加；土含水量增加，土顆粒間粘結(jié)力減小，土的抗剪強度降低。1.3.2土壁支護：三種類型：加固型支護、支擋型支護、混合型支護。1.加固型支護：是對基坑邊坡滑動棱體范圍及其附近土體進行加固，改善其物理力學性能，使其成為具有一定強度和穩(wěn)定性的土體結(jié)構(gòu)，從而保證土體結(jié)構(gòu)，并兼有抗?jié)B作用。按施工方法分：◆

深層攪拌水泥土樁墻支護；

◆

高壓噴射旋噴樁支護。

2.支擋型支護：是利用設(shè)置在基坑土壁上的支擋構(gòu)件承受土壁的側(cè)壓力及其他荷載，保持土體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。按施工方法分：

土釘支護（土釘墻）；

土層錨桿支護；

排樁式支護；

板樁支護；

鋼木支撐。*若按受力狀態(tài)分：橫撐式支撐、板樁式支護結(jié)構(gòu)（懸臂式、支撐式）、重力式支護結(jié)構(gòu)（如：地下砼連續(xù)墻）。⑴重力式水泥土墻：水泥土墻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（攪拌樁），而構(gòu)成重力式支護結(jié)構(gòu)。重力式水泥土墻支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計包括：①整體穩(wěn)定；②抗傾覆穩(wěn)定；③抗滑移穩(wěn)定；④位移；⑤其他：驗算抗?jié)B、墻體應力、地基強度。⑵板樁：1．板樁設(shè)計的五要素：板樁工程事故失敗的主要原因：●

入土深度不夠，在土壓力的作用下，板樁的入土部分走動而出現(xiàn)坑壁滑坡；●

板樁本身剛度不夠，在土壓力作用下失穩(wěn)彎曲；●

支撐或拉錨的強度不夠；●

拉錨長度不足，錨碇失去作用而使土體滑動；

●

板樁位移過大，造成周邊環(huán)境的破壞。★

入土深度；★截面彎矩；★支點反力；★拉錨長度；★板樁位移。2．“等值梁法“計算原理：單支點板樁的計算原理（分：自由支撐和嵌固支撐）⑴自由支撐單支點板樁：計算Mmax，選擇板樁截面。epeaHtH1Haeaep-eaMmaxf⑵嵌固支撐單支點板樁：用等值梁法計算嵌固支撐單支點板樁內(nèi)力：①計算作用于板樁上的主動土壓力和被動土壓力；②計算板樁上土壓力強度為零的點C至地面的距離；③將板樁在C點截斷，利用∑X=0，∑M=0，計算等值梁AC

段的支座反力Rc和支撐反力Ra；④計算板樁的入土深度；⑤根據(jù)“等值梁”的受力圖，求得Mmax；選擇板樁截面。1.3.3基坑、基槽土方工程量計算1．基坑：2．基槽：⑴條形基礎(chǔ)的基槽在某一段長度內(nèi)，基槽截面形狀、尺寸不變時：⑵管溝土方量計算：F0HF2F1HI－I1.3.4降水降水方法：集水坑降水法、井點降水法。1．集水坑降水法：是在基坑開挖過程中，沿坑底周圍或中央開挖有一定坡度的排水溝，在坑底每隔一定距離設(shè)一個集水坑，地下水通過排水溝流入集水坑中，然后用水泵抽走。適用范圍：面積較小、土質(zhì)較好、粗顆粒土層或粘性土層、降水深度不大的基坑（槽）開挖工程。⑴集水坑的設(shè)置：⑵抽水設(shè)備：離心泵、潛水泵、軟軸水泵。⑶流砂的產(chǎn)生與防治：①產(chǎn)生的原因：②防治方法：◆

改變動水壓力方向；◆

減小動水壓力，增大滲流路徑。

Q

F

GDρh1Fρh2Fh1Lh2TLF2．井點降水法：3．輕型井點：⑴輕型井點設(shè)備：管路系統(tǒng)：濾管、井點管、彎聯(lián)管、總管。抽水設(shè)備：真空泵、射流泵、隔膜泵。井點類型K(m/d)H(m)輕型井點0.1~503~6（6~12）噴射井點0.1~28~20電滲井點＜0.1管井井點20~2003~5深井井點10~250＞15⑵輕型井點布置：①平面布置：單排線狀布置：B＜6m雙排線狀布置；環(huán)狀布置。②高程布置：L②高程布置：式中：HA——井點管的埋設(shè)深度（m）；

H1——井點管埋設(shè)面至基坑底面的距離；

h1——基坑底面至降低后的地下水位的距離；取0.5~1m。

I——水力坡度；單排：1/4；雙排：1/10。

L——井點管至基坑中心的水平距離。（當井點管為單排布置時，為井點管至對邊坡腳的水平距離）示例：基坑底寬1.8m，深3m，地下水位距地面1.2m，土方邊坡1：0.5，采用輕型井點降水。試確定：⑴平面布置類型；⑵井點管最小埋深及要求的降水深度；⑶當采用6m長井點管時，其實際埋深及降水深度。最小降水深度S：基坑中心的降水深度⑴計算基槽上口寬度：∴采用單排線狀布置。⑵最小埋深HA及降水深度S：⑶若采用6m井點管，確定HA和S：【解】⑶輕型井點系統(tǒng)涌水量計算：①輕型井點系統(tǒng)的類型：無壓完整井、無壓非完整井；承壓完整井、承壓非完整井。地下含水構(gòu)造的種類滯水層不透水層潛水層不透水層承壓水層不透水層式中：Q——涌水量（m3/d）；

K——滲透系數(shù)（m/d）；

H——含水層厚度（m）；

S——水位降低值（m）；

R——抽水影響半徑（m）；

x0——假想半徑（m）；F——井點管包圍的面積（m2）。適用條件：①矩形基坑的長寬比≤5；②基坑寬度≤2R。無壓完整井涌水量計算：②涌水量計算：無壓非完整井涌水量計算：H0——抽水影響深度（m）。H0的取值：H00.80.50.30.2承壓完整井涌水量：M——承壓含水層厚度。承壓水位不透水層含水層不透水層hsHMR②間距：設(shè)備基礎(chǔ)施工，基坑底寬8米，長12米，深4米，土方邊坡1：0.5，不透水層距地面9米，地下水位距地面1.5米，K=5，井點管長6米，直徑50毫米，濾管長1米。試進行輕型井點設(shè)計。示例：⑷井點管的數(shù)量及間距：①數(shù)量：

式中：q——單根井點管的最大出水量（m3/d）；

d——濾管直徑（m）；

l——濾管長度（m）；【解】⑴井點管布置：根據(jù)基坑尺寸，采用環(huán)狀井點。而∴滿足要求。⑵判斷井點管類型：∴屬無壓非完整井?！酀M足條件。⑶計算涌水量：而含水層深度：又：⑷井點管布置：數(shù)量：井距：1.4土方填筑與壓實1.4.1土料的選擇和填筑方法1．土料的選擇：⑴碎石類土、砂土、爆破石渣，可作表層以下的填料；⑵含水量符合壓實要求的粘性土，可作各層填料。不能選用的幾種土：▲含水量大的土；▲淤泥、凍土、膨脹性土及有機物含量＞8%的土；▲硫酸鹽含量＞5%的土。▲在道路工程中，粘性土不是理想的路基填料。2．填筑方法：▲接近水平的分層填土、分層壓實；▲采用兩種回填土時，應分層填筑，不得混雜使用。1.4.2填土壓實的方法：碾壓法——大面積填筑工程。滾輪壓力。壓路機、平碾、羊足碾……夯實法——小面積填筑工程。沖擊力。蛙式夯、柴油夯、人工夯……振動壓實法——非粘性土填筑。顆粒失重、排列填充。振動夯、平板振搗器1.4.3影響填土壓實質(zhì)量的因素

土的含水量、鋪土厚度、壓實功。1．土的含水量：最優(yōu)含水量：使填土壓實獲得最大密實度時的含水量。2．鋪土厚度：填方每層鋪土厚度應根據(jù)土質(zhì)、壓實的密實度要求和壓實機械的性能確定。一般H?。?00mm~300mm。3．壓實功：不同機械有效影響深度不同。ρw0——小則不粘結(jié)、摩阻大，大則橡皮土；應為最優(yōu)含水量zσ壓實機械每層鋪土厚度（mm）壓實遍數(shù)平碾250~3006~8振動壓實機250~3503~4柴油打夯機200~2503~4人工打夯＜2003~4ρW(N·m)0壓實遍數(shù)1.4.4填土壓實的質(zhì)量檢查1．質(zhì)量要求：壓實系數(shù)（λc）：是土的施工控制干密度和土的最大干密度的比值。P42表1-23填土壓實系數(shù)2．檢查方法：采用“環(huán)刀法”按規(guī)定取樣。（一般場地平整0.9，填土作地基0.93~0.96）土的最優(yōu)含水量和最大干密度參考表項次土的種類變動范圍最優(yōu)含水量（%）（質(zhì)量比）最大干密度（103kg/m3）1砂土8~121.80~1.882粘土19~231.58~1.703粉質(zhì)粘土12~151.85~1.954粉土16~221.61~1.801.5土方工程機械化施工1.5.1推土機：作業(yè)方法：下坡推土法；并列推土；槽形推土；多鏟集運；鏟刀上附加側(cè)板。適用范圍：場地清理、場地平整、開挖深度不大的基坑、回填土等。1.5.2單斗挖土機：正鏟、反鏟、抓鏟、拉鏟。1．正鏟挖土機：工作特點：前進向上，強制切土。適用范圍：基坑內(nèi)作業(yè)、3m以上無地下水的干燥基坑。

停機面以上、含水量30％以下、一～四類土的大型基坑開挖。作業(yè)方式：正向挖土、側(cè)向卸土；正向挖土、后方卸土。正鏟挖掘機2．反鏟挖土機：

工作特點：后退向下、強制切土。適用范圍：開挖停機面以下、一至三類的砂土或粘土，最大挖土深度4~6m?；印⒒?、管溝等。作業(yè)方式：溝端開挖；溝側(cè)開挖。3．抓鏟挖土機：工作特點：直上直下、自重切土。適用范圍：停機面以下、開挖較松軟的土（一～二類土），窄而深的基坑、沉井，特別是水下挖土。作業(yè)方式：立于作業(yè)面一側(cè)。4．拉鏟挖土機：工作特點：后退向下、自重切土。適用范圍：停機面以下、一至三類土，較大基坑、溝渠，挖取水下泥土。填筑路基、堤壩、河道清淤。作業(yè)方式：溝端開挖；溝側(cè)開挖。反鏟挖掘機抓鏟挖掘機拉鏟挖掘機土方工程場地平整基坑工程填筑壓實機械化施工H0△hHnhnVm支護板樁降水填壓方法影響因素質(zhì)量檢查工作特點總結(jié)1.1土的可松性在工程中有哪些應用？1.2場地設(shè)計標高的確定方法有幾種？它們有何區(qū)別？1.3試述影響邊坡穩(wěn)定的因素有哪些？并說明原因。1.4土壁支護有哪些形式？1.5試述“相當梁法”的計算原理。1.6水泥土墻設(shè)計應考慮哪些因素？1.7降水方法有哪些？其適用范圍有哪些？1.8簡述流砂產(chǎn)生的原因及防治措施？1.9輕型井點的設(shè)備包括哪些？1.10輕型井點的設(shè)計包括哪些內(nèi)容？其設(shè)計步驟如何？1.11單斗挖土機有幾種形式？分別適用開挖何種土方？1.12敘述影響填土壓實的主要因素？1.13填土的密實度如何評價？1.14雨季施工為什么易塌方？1.15在什么情況下，需設(shè)置基坑支護結(jié)構(gòu)？1.16什么是土釘墻？簡述其工作原理。土釘墻支護具有哪些優(yōu)點？1.17基坑支護結(jié)構(gòu)的選型應滿足哪些要求？復習思考1.名詞解釋：⑴土的最終可松性系數(shù)：⑵流砂現(xiàn)象：⑶滲透系數(shù)：⑷動水壓力：⑸坡度系數(shù)：⑹壓實系數(shù)：⑺土的最佳含水量：⑻土的可松性：⑼基坑支護結(jié)構(gòu)：⑽土層錨桿：⑾土釘墻：練習2．單項選擇：⑴某基坑開挖土方量為V1，基礎(chǔ)在坑內(nèi)占體積為V2，土的最初可松性系數(shù)和最終可松性系數(shù)分別為Ks和K’s。則該基坑除留下回填用土后的多余土方外運量為：（）A．B．C．D．⑵井點降水系統(tǒng)計算時引入假想半徑ｘ０的條件是基坑長寬比（）。A．不大于5B．不小于5C．不大于6D．小于8練習⑶在含有自由潛水面的兩個不透水層之間的砂性含水層中，當埋入的井點達到下面不透水層時，該水井類型為（）。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⑷當基坑的土是細砂或粉砂時，宜選用的降水方法是（）。Ａ．四周設(shè)排水溝與集水井Ｂ．用抽水泵從基坑內(nèi)直接抽水Ｃ．同時采用方法Ａ與ＢＤ．輕型井點降水⑸場地設(shè)計標高的調(diào)整，考慮土的可松性影響，引起場地設(shè)計標高的變化（）。A．B．C．D．練習⑹當用單斗挖掘機開挖基槽時，宜采用的工作裝置為（）。A．正鏟B．反鏟Ｃ．拉鏟D．抓鏟⑺確定填土壓實的每層鋪土厚度應考慮的因素為（）。A．壓實方法Ｂ．土的含水量Ｃ．壓實遍數(shù)Ｄ．綜合考慮A和C⑻在土方工程中，對于大面積場地平整、開挖大型基坑、填筑堤壩和路基等，宜首先選擇的土方機械為（）。A．單斗挖土機Ｂ．推土機Ｃ．鏟運機Ｄ．多斗挖土機⑼輕型井點降水中系統(tǒng)中，離心泵的吸水揚程（）。A．越小越好B．越大越好C．大小均可D．等于零⑽在同一壓實功條件下，土的含水量對壓實質(zhì)量的影響是（）。A．含水量大好B．含水量小好C．含水量為某一值好D．含水量為零時好練習3．填空題：⑴土的工程分類是按土開挖的難易程度將土分為（）大類。⑵輕型井點的布置應根據(jù)（）、（）、（）、（）而定。⑶填土壓實方法有（）、（）、（）。⑷影響填土壓實的因素有（）、（）、（）。⑸流砂產(chǎn)生的原因是（），防治流砂的方法有（）、（）等。⑹基坑坑壁支護的類型有（）、（）、（）三種。⑺板樁設(shè)計的五要素（）、（）、（）、（）、（）。⑻基坑降水的方法有（）、（）。⑼井點降水根據(jù)開挖深度不一樣，滲流速度不一樣，可劃分為（）、（）、（）、（）和（）五種類型。⑽輕型井點平面布置的形式有（）、（）、（）。練習⑾輕型井點系統(tǒng)的類型有：（）、（）、（）、（）。⑿無壓完整井涌水量的計算公式是：（）。⒀正鏟挖土機的工作特點：（）。⒁反鏟挖土機的工作特點：（）。⒂單斗挖土機包括：（