環(huán)境工程施工第二章土石方工程與地基技術

環(huán)境工程施工第二章土石方工程與地基技術第一頁，共102頁。第2章土石方工程與地基技術

土石方工程是水工程施工的主要項目之一勞動量大耗資大影響工程進度土石方工程施工特點:1.影響因素多、施工條件復雜：受地形/貌、水文地質(zhì)、位置等2.量大面廣且勞動繁重a.水工程施工多數(shù)為線性往往數(shù)公里或者數(shù)十公里:引松入長、南水北調(diào)工程等

b.工程規(guī)模：三峽工程3.質(zhì)量要求高，與相關施工緊密配合標高、斷面準確、土體足夠強度和穩(wěn)定性（安全事故：塌方）施工排水、溝槽支撐、堅硬巖土的爆破開挖第二頁，共102頁。第三頁，共102頁。倒了，但結(jié)構未破壞第四頁，共102頁。自然界的土是由巖石經(jīng)風化、搬運、堆積而形成的。

“土”一詞在不同的學科領域有其不同的涵義。就土木工程領域而言，土是指覆蓋在地表的沒有膠結(jié)和弱膠結(jié)的顆粒堆積物。土與巖石的區(qū)分僅在于顆粒間膠結(jié)的強弱。土的形成物理風化：指巖石經(jīng)受風、霜、雨、雪的侵蝕，溫度濕度的變化、不均勻膨脹與收縮，使巖石產(chǎn)生裂隙，崩解為碎塊。這種風化僅改變顆粒大小與形狀，不改變原來礦物成分。生成的土呈松散狀態(tài)，無粘性土?；瘜W風化：指巖石碎屑與空氣、水和各種水溶液相接觸，經(jīng)氧化、碳化和水化作用，改變原來礦物成分，形成新的礦物(次生礦物)。生成的土為細粒土，粘性土。生物風化：由動物、植物和人類對巖體的破壞稱生物風化。第2章土石方工程與地基技術

2.1土的工程性質(zhì)與分類一、土的組成第五頁，共102頁。土是由固相、液相、氣相組成的三相分散系。第2章土石方工程與地基技術

2.1土的工程性質(zhì)與分類

固相：包括多種礦物成分組成土的骨架，骨架間的空隙為液相和氣相填滿，這些空隙是相互連通的，形成多孔介質(zhì)；液相：主要是水(溶解有少量的可溶鹽類)；氣相：主要是空氣、水蒸氣，有時還有沼氣等。一、土的組成第六頁，共102頁。土的固體顆粒

土是巖石風化的產(chǎn)物。因此土粒的礦物組成將取決于成土母巖的礦物組及其后的風化作用。成土礦物可分為兩大類：

原生礦物

由巖石經(jīng)物理風化生成的

顆粒成分與母巖的相同

常見的有石英、長石和云母

顆粒較粗，多呈渾圓形狀

吸附水的能力弱，無塑性次生礦物

原生礦物經(jīng)化學風化生成的新礦物

它的成分成分與母巖的完全不同

高嶺石、伊利石和蒙脫石粘土礦物

顆粒極細，且多呈片狀

性質(zhì)活潑，吸附水能力強，具塑性第2章土石方工程與地基技術

2.1土的工程性質(zhì)與分類

一、土的組成第七頁，共102頁。水溶鹽可溶性次生礦物。常見的有巖鹽、鉀鹽、石膏、方解石，硫酸鹽類還對金屬和混凝土有一定的腐蝕作用。有機質(zhì)動植物分解后的殘骸，稱為腐殖質(zhì)。其顆粒極細，粒徑小于0.1m，呈凝膠狀，帶有電荷，具極強的吸附性。天然土是由無數(shù)大小不同的土粒所組成，通常是把大小相近的土粒合并為一組，稱為粒組。注：不同的粒組具有不同的性質(zhì)。第2章土石方工程與地基技術

2.1土的工程性質(zhì)與分類

一、土的組成第八頁，共102頁。粒組名稱粒徑范圍（mm）一般特性漂石或塊石顆粒＞200透水性大，無黏性，無毛細水卵石或碎石顆粒200～20透水性大，無黏性，無毛細水圓礫或角礫顆粒20～2透水性大，無黏性，毛細水上升高度不超過粒大小砂礫2～0.05易透水，當混入云母等雜物時透水性減小，而壓縮型增加；無黏性遇水不膨脹，干燥時松散；毛細水上升高度不大，隨粒徑變小而增大粉粒0.05～0.005透水性小，濕時稍有黏性，遇水膨脹小，干時稍有收縮；毛細水上升高度較大較快，極易出現(xiàn)凍脹現(xiàn)象黏粒＜0.005透水性小，濕時有黏性，遇水膨脹大，干時收縮顯著；毛細水上升高度大，且速度較慢工程上采用的六大粒組第2章土石方工程與地基技術

2.1土的工程性質(zhì)與分類

一、土的組成第九頁，共102頁。

土中水處于不同位置和溫度條件下，可具有不同的物理狀態(tài)：固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)。液態(tài)水是土中孔隙水的主要存在狀態(tài)，因其受土粒表面雙電層影響程度的不同可分為結(jié)合水、毛細水、重力水。后兩者也稱為非結(jié)合水（自由水）。土中水土中水的分類水的類型主要作用力結(jié)合水物理化學力非結(jié)合水毛細水表面張力和重力重力水重力第2章土石方工程與地基技術

2.1土的工程性質(zhì)與分類

一、土的組成第十頁，共102頁。結(jié)合水土顆粒表面帶有一定的電荷，當土粒與水相接觸時，由于靜電作用力，將吸引水化離子和水分子，形成雙電層，在雙電層影響下的水膜稱為表面結(jié)合水。雙電層的厚薄也反映了結(jié)合水的厚薄，結(jié)合水具有與一般自由水不同的性質(zhì)，其密度較大、粘滯度高、流動性差、冰點低、比熱較大、介電常數(shù)較低。這種差異隨距離增加而減弱。自由水

在雙電層影響以外的水為自由液態(tài)水，它主要受重力作用的控制，土粒表面吸引力居次要地位，這部分水稱為非結(jié)合水，它包括毛細水和重力水。

毛細水

毛細水是受到水與空氣交界面處表面張力作用的自由水。毛細現(xiàn)象是毛細管壁對水的吸力和水的表面張力共同作用的結(jié)果。第2章土石方工程與地基技術

2.1土的工程性質(zhì)與分類

一、土的組成第十一頁，共102頁。第2章土石方工程與地基技術

2.1土的工程性質(zhì)與分類

土的三相比例指標是其物理性質(zhì)的反映，但與其力學性質(zhì)有內(nèi)在聯(lián)系，顯然固相成分的比例越高，其壓縮性越小，抗剪強度越大，承載力越高。

三相比例指標反映了土的干燥與潮濕、疏松與緊密，是評價土的工程性質(zhì)的最基本的物理性質(zhì)指標，也是工程地質(zhì)勘察報告中不可缺少的基本內(nèi)容。三相比例指標可分為兩種，一種是試驗指標（基本指標）；另一種是換算指標。二、土的三項比例指標第十二頁，共102頁。第2章土石方工程與地基技術

2.1土的工程性質(zhì)與分類

土的質(zhì)量密度ρ定義：單位體積土的質(zhì)量稱為土的質(zhì)量密度，簡稱土的密度公式：

單位：t/m3

土的重量密度γ（土的重度）定義：單位體積土的重量。公式：

單位：kN/m3二、土的三項比例指標第十三頁，共102頁。第2章土石方工程與地基技術

2.1土的工程性質(zhì)與分類

土粒相對密度（比重）ds定義：土粒重度與同體積4℃時純水的重度比值。公式：

單位：無量綱土的類別砂土粉土黏性土粉質(zhì)黏土黏土土粒比重2.65～2.692.70～2.712.72～2.732.73～2.74二、土的三項比例指標第十四頁，共102頁。第2章土石方工程與地基技術

2.1土的工程性質(zhì)與分類

土的含水量ω定義：土中水的重量與土粒重量之比值。公式：

單位：無意義：表示濕度的物理指標，與土的種類，埋藏條件及其所處的自然地理環(huán)境等有關。測定方法：烘干法二、土的三項比例指標第十五頁，共102頁。第2章土石方工程與地基技術

2.1土的工程性質(zhì)與分類

定義：單位體積土中固體顆粒的重量。公式：單位：t/m3土的干密度定義：單位體積土中固體顆粒的重力。公式：單位：kN/m3土的干重度二、土的三項比例指標第十六頁，共102頁。定義：土的孔隙中全部充滿水時單位體積土的重度。公式：單位：kN/m3土的飽和重度土的孔隙比e定義：土中孔隙體積與土粒體積之比。公式：

單位：無量綱第2章土石方工程與地基技術

2.1土的工程性質(zhì)與分類

二、土的三項比例指標第十七頁，共102頁。土的孔隙率n定義：土中孔隙所占總體積之比，用百分數(shù)表示。公式：單位：%土的飽和度Sr定義：土中水的體積與孔隙體積之比，用%表示。物理意義：表示水在孔隙中充滿的程度。公式：第2章土石方工程與地基技術

2.1土的工程性質(zhì)與分類

二、土的三項比例指標第十八頁，共102頁。砂土、碎石土統(tǒng)稱為無黏性土。國內(nèi)外多采用砂土相對密度Dr作為分類指標：密實度松散稍密中密密實標準貫入試驗錘擊數(shù)NN≤1010＜N≤1515＜N≤3030＜N砂土的密室度（貫入試驗法）1≥

Dr＞０.６７

密實的０.６７≥

Dr

＞０.３３

中密的０.３３≥

Dr＞０

松散的第2章土石方工程與地基技術

2.1土的工程性質(zhì)與分類

三、無黏性土的密實度第十九頁，共102頁。界限含水量

粘性土有一種狀態(tài)轉(zhuǎn)到另一種狀態(tài)的分界含水量，稱為界限含水量。粘性土的物理狀態(tài)與含水量的關系

土由可塑狀態(tài)轉(zhuǎn)到流動狀態(tài)的界限含水量為液限，用wL表示。由半固態(tài)轉(zhuǎn)到可塑狀態(tài)的界限含水量為塑限，用wP表示。由固態(tài)轉(zhuǎn)到半固態(tài)的界限含水量為縮限，用wS表示。第2章土石方工程與地基技術

2.1土的工程性質(zhì)與分類

四、黏性土的物理特征第二十頁，共102頁。塑性指數(shù)和液性指數(shù)液限和塑限是土處于可塑狀態(tài)的上限和下限含水量塑性指數(shù):去掉%后的液限和塑限的差值.

液性指數(shù):粘性土的天然含水量和塑限的差值(去掉%)與塑性指數(shù)之比.第2章土石方工程與地基技術

2.1土的工程性質(zhì)與分類

四、黏性土的物理特征第二十一頁，共102頁。碎石土土的名稱顆粒形狀粒組含量漂石塊石圓形及亞圓形為主棱角形為主粒徑大于200mm的粒徑超過全重50%卵石碎石圓形及亞圓形為主棱角形為主粒徑大于20mm的粒徑超過全重50%圓礫角礫圓形及亞圓形為主棱角形為主粒徑大于2mm的粒徑超過全重50%碎石土的分類碎石土是粒徑大于2mm的顆粒超過50%的土第2章土石方工程與地基技術

2.1土的工程性質(zhì)與分類

五、土的工程分類第二十二頁，共102頁。砂土

砂土是指粒徑大于2mm的顆粒含量不超過全重50%、粒徑大于0.075的顆粒超過全重50%的土。土的名稱顆粒級配礫砂粒徑大于2mm的顆粒占全重25%-50%粗砂粒徑大于0.5mm的顆粒超過全重50%中砂粒徑大于0.25mm的顆粒超過全重50%細砂粒徑大于0.075mm的顆粒超過全重85%粉砂粒徑大于0.075mm的顆粒超過全重50%砂土分類第2章土石方工程與地基技術

2.1土的工程性質(zhì)與分類

五、土的工程分類第二十三頁，共102頁。粉土

粉土是指塑性指數(shù)Ip小于或等于10，而大于0.075mm的顆粒含量不超過全重50%的土。粘性土粘性土是指塑性指數(shù)Ip大于10的土。土的名稱粉質(zhì)黏土黏土塑性指數(shù)10＜Ip≤17Ip＞17黏性土按塑性指數(shù)分類第2章土石方工程與地基技術

2.1土的工程性質(zhì)與分類

五、土的工程分類第二十四頁，共102頁。人工填土

人工填土是指人類活動而形成的堆積物，其物質(zhì)成分雜亂，均勻性差。土的名稱組成物質(zhì)素填土由碎石、砂土、粉土、粘性土等組成的填土雜填土含有建筑垃圾、工業(yè)廢料、生活垃圾等雜物的填土沖填土由水力沖填泥砂形成的填土人工填土按組成物質(zhì)分類第2章土石方工程與地基技術

2.1土的工程性質(zhì)與分類

五、土的工程分類第二十五頁，共102頁。第二十六頁，共102頁。第二十七頁，共102頁。第二十八頁，共102頁。

土方工程施工前應進行挖、填方的平衡計算，綜合考慮土方運距最短、運程合理和各個工程項目的合理施工順序等，做好土方平衡調(diào)配，減少重復挖運。同時，土方平衡調(diào)配應盡可能與城市規(guī)劃和農(nóng)田水利相結(jié)合將余土一次性運送到指定棄土場，做到文明施工。

主要介紹講解基坑的土方量計算方法以及土地平整的計算方法。第2章土石方工程與地基技術

2.2土石方平衡與調(diào)配

2.2.1土石方工程量的計算第二十九頁，共102頁。第2章土石方工程與地基技術

2.2土石方平衡與調(diào)配

2.2.1土石方工程量的計算

V=H（F1+4F0+F2）/6基坑土方量的計算第三十頁，共102頁。場地設計標高的確定設計標高選擇，需考慮以下因素：滿足生產(chǎn)工藝和運輸?shù)囊?；盡量利用地形，以減少挖方數(shù)量；盡量使場地內(nèi)挖填平衡，以降低土方運輸費用；有一定泄水坡度（≥2‰），滿足排水要求；考慮最高洪水位的要求。場地平整土方量的計算注：場地的設計標高，可根據(jù)挖填平衡的原則確定。第2章土石方工程與地基技術

2.2土石方平衡與調(diào)配

2.2.1土石方工程量的計算第三十一頁，共102頁。方格網(wǎng)法：四個角點挖（填）方兩個角點填方，另外兩個角點挖方一個角點填（挖）三個角點挖（填）方斷面法:

公式法;累高法場地平整土方量的計算第2章土石方工程與地基技術

2.2土石方平衡與調(diào)配

2.2.1土石方工程量的計算第三十二頁，共102頁。土方工程量的計算場地設計標高計算簡圖a）地形圖上劃分方格；b）設計標高示意圖1—等高線；2—自然地面；3—設計標高平面；第三十三頁，共102頁。土方工程量的計算四角全填（全挖）挖方量：第三十四頁，共102頁。一個角點填（挖）三個角點挖（填）方土方工程量的計算挖方量：填方量：第三十五頁，共102頁。土方工程量的計算挖方量：填方量：第三十六頁，共102頁。斷面法土方工程量的計算斷面面積：土方體積：第三十七頁，共102頁。邊坡土方量的計算三角棱柱體邊坡體積:三角棱體邊坡體積:而或第2章土石方工程與地基技術

2.2土石方平衡與調(diào)配

2.2.1土石方工程量的計算第三十八頁，共102頁。應力求挖、填平衡和運距最短；調(diào)配去的劃分應該與建筑物的平面位置相協(xié)調(diào)，并考慮它們的分期施工順序，對有地下設施的填土，應留土后填；好土要用在回填質(zhì)量要求高的地區(qū)；分區(qū)調(diào)配應與全場調(diào)配相協(xié)調(diào)，避免只顧局部平衡，任意挖填而妨礙全局平衡；取土或棄土應盡量少占或不占農(nóng)田及便于機械施工；盡可能與大型地下建筑的施工相結(jié)合；選擇恰當?shù)卣{(diào)配方向、運輸路線，充分發(fā)揮功效。土方調(diào)配原則第2章土石方工程與地基技術

2.2土石方平衡與調(diào)配

2.2.2土石方的平衡調(diào)配第三十九頁，共102頁。例:某給水廠場地開挖的土方規(guī)劃方格網(wǎng),如圖所示,方格邊長為20m，方格角點右上角標注為地面標高，右下角為設計標高，單位均以m計，試計算其土方量．第四十頁，共102頁。施工準備場地清理（拆除或搬遷施工區(qū)內(nèi)有礙施工的障礙物）地面排水修建運輸?shù)缆泛屯练綑C械的運行道路修建臨時水、電、氣等管線設施做好挖土、運輸車輛及各種輔助設備的維修檢查、試運轉(zhuǎn)和進場工作等定位放線建筑物定位建筑物放線第2章土石方工程與地基技術

2.3土石方開挖與機械化施工

2.3.1開挖的準備工作第四十一頁，共102頁。土方邊坡目的：保證土體穩(wěn)定，防止塌方，保證施工安全。第2章土石方工程與地基技術

2.3土石方開挖與機械化施工

2.3.2基坑邊坡坡度與開挖斷面土方邊坡坡度以其高度h與其底寬a之比表示。其中稱為坡度系數(shù)。溝槽底寬為邊坡的大小和坡頂有無荷載，是動載還是靜載均有關。邊坡可做成直線形、折線形或踏步形。上口寬度計算公式:S=W+2nH第四十二頁，共102頁。土方邊坡土方工程量的計算第四十三頁，共102頁。第2章土石方工程與地基技術

2.3土石方開挖與機械化施工

2.3.2基坑邊坡坡度與開挖斷面第四十四頁，共102頁。溝槽及土方量的計算第2章土石方工程與地基技術

2.3土石方開挖與機械化施工

2.3.2基坑邊坡坡度與開挖斷面

V=H（F1+4F0+F2）/6

V=（F1+F2）L1/2第四十五頁，共102頁。已知:某一給水管線縱斷面圖設計如圖,土質(zhì)為粘土，無地下水，采用人工開槽法施工，其開槽邊采用1：0.25，工作面寬度b=0.4，計算土方量。第四十六頁，共102頁。 土方工程施工機械的種類繁多，有推土機、鏟運機、平土機、松土機、單斗挖土機及多斗挖土機和各種碾壓、夯實機械等。在建筑工程施工中，以推土機、鏟運機和挖掘機應用最廣，也具有代表性。現(xiàn)將這幾種機械的性能、適用范圍及施工方法予以介紹。 推土機是土方工程施工的主要機械之一，是在履帶式拖拉機上安裝推土板等工作裝置而成的機械。常用推土機的發(fā)動機功率有45、75、90、120（kW）等數(shù)種。推土板有索式和液壓操縱兩種。圖示是液壓操縱的推土機外形圖。液壓操縱推土板的推土機除了可以升降推土板外，還可調(diào)整推土板的角度，因此具有更大的靈活性。推土機第2章土石方工程與地基技術

2.3土石方開挖與機械化施工

2.3.3土方機械施工第四十七頁，共102頁。推土機操縱靈活、運轉(zhuǎn)方便、所需工作面較小、行駛速度快、能爬30°左右的緩坡，因此應用范圍較廣。推土機作業(yè)以切土和推運土為主，切土時應根據(jù)土質(zhì)情況盡量采用最大切土深度在最短距離(6～10m)內(nèi)完成，以便縮短低速行進的時間，然后直接推運到預定地點。上下坡度不得超過35°，橫坡不得超過10°。幾臺推土機同時作業(yè)時，前后距離應大于8m。液壓操縱推土機外形圖第四十八頁，共102頁。推土機經(jīng)濟運距在100m以內(nèi)，效率最高的運距為60m。為提高生產(chǎn)率，可采用下述方法：

槽形推土：推土機多次在一條作業(yè)線上工作，使地面形成一條淺槽，以減少從鏟刀兩側(cè)散漏。這樣作業(yè)可增加推土量10％～30％。槽深以1m左右為宜，槽間土埂寬約0.5m。在推出多條槽后，再將土埂推入槽內(nèi)，然后運出。

下坡推土：在斜坡上方順下坡方向工作。坡度不宜大于15°，以免后退時爬坡困難。

并列推土：在大面積場地平整時，可采用多臺推土機并列作業(yè)。通常兩機并列推土可增大推土量15％～30％，三機并列推土可增加30％～40％。并列推土的運距宜為20～60m。槽形推土

下坡推土法并列推土第四十九頁，共102頁。推土機共工作場面推土機共工作場面第五十頁，共102頁。

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和拖式鏟運機兩種。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)又可分為鋼絲繩操縱和液壓操縱兩種。C3－6型自行式鏟運機外形圖 鏟運機操縱簡單，不受地形限制，能獨立工作，行駛速度快，生產(chǎn)效率高。鏟運機第五十一頁，共102頁。鏟運機適于開挖一類至三類土，常用于坡度20°以內(nèi)的大面積土方挖、填、平整、壓實，大型基坑開挖和堤壩填筑等。鏟運機運行路線和施工方法視工程大小、運距長短、土的性質(zhì)和地形條件等而定。其運行路線可采用環(huán)形路線或8字路線。其中托式鏟運機的適用運距為80～800m，當運距為200～350m時效率最高。而自行式鏟運機的適用運距為800～1500m。采用下坡鏟土、跨鏟法、推土機助鏟法等，可縮短裝土時間提高土斗裝土量，以充分發(fā)揮其效率。環(huán)形路線

大環(huán)形路線

8字形路線1－鏟土；2－卸土第五十二頁，共102頁。挖土特點是：前進向上，強制切土。它適用于開挖停機面以上的土方，且需與汽車配合完成整個挖運工作。正鏟挖掘機挖掘力大，適于開挖含水量小于27％的一類土至四類土和經(jīng)爆破的巖石及凍土。正鏟開挖方式根據(jù)開挖路線與汽車相對位置的不同分為：正向開挖、側(cè)向裝土以及正向開挖、后方裝土兩種，前者生產(chǎn)率較高。挖掘機 挖掘機按行走方式分為履帶式和輪胎式兩種。按傳動方式分為機械傳動和液壓傳動兩種。斗容量有0.2m3、0.4m3、1.0m3、1.5m3、2.5m3等多種，工作裝置有正鏟、反鏟、抓鏟，機械傳動挖掘機還有拉鏟。使用較多的是正鏟與反鏟。挖掘機利用土斗直接挖土，因此也稱為單斗挖土機。正鏟挖掘機外形正挖土反卸土

正挖土側(cè)卸土

正鏟挖掘機第五十三頁，共102頁。反鏟適用于開挖一類至三類的砂土或粘土。挖土特點是：后退向下，強制切土。主要用于開挖停機面以下的土方，最大挖土深度4～6m，經(jīng)濟合理的挖土深度為2～4m。反鏟也需配備運土汽車進行運輸。反鏟的開挖方式可以采用溝端挖法，即反鏟停于溝端，后退挖土，向溝一側(cè)棄土或裝汽車運走，也可采用溝側(cè)開挖法，即反鏟停于溝側(cè)，沿溝邊開挖，它可將土棄于距溝較遠的地方，如裝車則回轉(zhuǎn)角度也小，但邊坡不易控制。反鏟挖掘機反鏟挖掘機外形溝端開挖溝側(cè)開挖第五十四頁，共102頁。適用于一類至三類的土，可開挖較大基坑(槽)和溝渠，挖取水下泥土，也可用于填筑路基、堤壩等。挖土特點是：后退向下，自重切土，其挖土深度和挖土半徑都很大。拉鏟能開挖停機面以下的土方。拉鏟挖土時，依靠土斗自重及拉索拉力切土，卸土時斗齒朝下，利用慣性，較濕的粘土也能卸凈。它的開挖方式也有溝端開挖和溝側(cè)開挖兩種。拉鏟挖掘機拉鏟工作狀況第五十五頁，共102頁。抓鏟適用于開挖較松軟的土。挖土特點是：直上直下，自重切土，挖土力較小。對施工面狹窄而深的基坑、深槽、深井采用抓鏟可取得理想效果。抓鏟還可用于挖取水中淤泥，裝卸碎石、礦碴等松散材料。抓鏟的傳動方式主要有機械傳動和液壓傳動兩種。抓鏟挖土時，通常立于基坑一側(cè)進行，對較寬的基坑則在兩側(cè)或四側(cè)抓土。挖淤泥時抓斗易被淤泥“吸住”，應避免起吊用力過猛，以防翻車。抓鏟挖掘機抓鏟工作狀況第五十六頁，共102頁。反挖掘機第五十七頁，共102頁。第2章土石方工程與地基技術

2.3土石方開挖與機械化施工

2.3.4土方施工發(fā)生塌方與流砂處理邊坡塌方塌方現(xiàn)象： 溝槽、基坑邊坡的穩(wěn)定，主要是由土體的內(nèi)摩擦阻力和黏結(jié)力來保持平衡的。當土地失去平衡，邊坡就會塌方。邊坡塌方會引起人身事故，同時也妨礙施工的正常進行，嚴重塌方還會危及附近建筑物的安全。邊坡塌方的防護措施：溝槽開挖本著“先深后淺”的原則進行，且溝槽開挖后，如遇暗濱、淤泥質(zhì)土邊坡出現(xiàn)塌方時，在邊坡上呈梅花型打入止滑樁，在坡腳用草袋裝土堆砌，防止坡腳處水土流失；開挖時按要求放坡，坡上堆土應在上口線5.0米處；選用合適的支護設備保證支護結(jié)構的剛度。第五十八頁，共102頁。流砂流砂現(xiàn)象 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。產(chǎn)生流砂現(xiàn)象的原因 產(chǎn)生流砂現(xiàn)象的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(jié)果。引起流砂的因素大致有：主要外因取決于水力坡度的大小，即該地區(qū)地下水位越高，基坑挖深越大，水力壓力差越大，越容易產(chǎn)生流砂現(xiàn)象；土的顆粒組成中粘土含量小于10%，而粉砂含量大于75%；第五十九頁，共102頁。流砂的防治 防治流砂的主要途徑有：減少或平衡動水壓力；設法使動水壓力方向向下；截斷地下水流。具體措施有：枯水期施工法；搶挖并拋大石塊法；設止水帷幕法；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。土的不均勻系數(shù)D60/D10<5。易發(fā)生流砂地區(qū)取得不均勻系數(shù)的值在1.6～3.2之間；土的含水量大于30%或者土的空隙率大于43%；在粘性土中有砂夾層的地質(zhì)構造中，砂質(zhì)粉土或砂層的厚度大于250mm第六十頁，共102頁。第2章土石方工程與地基技術

2.3土石方開挖與機械化施工

2.3.5土石方爆破施工 在鐵路建設、水利工程、采礦工程以及其它土石方工程中，爆破是目前應用最為廣泛、最為有效的一種破巖手段。為了優(yōu)化爆破參數(shù)，必須了解巖石在爆破作用下的破碎機理、裝藥量的計算原理以及各種相關因素對爆破效果的影響。 爆破原理一般在建筑工程中，炸藥按其敏感性和爆速不同，可分為起藥和主炸藥兩類。起爆技術有：火花起爆、電力起爆、導爆索起爆、導爆管起爆等爆破方法：在建筑工程中常用的爆破方法有：淺孔法、定向爆破法、微差爆破法和光面爆破。第六十一頁，共102頁。第2章土石方工程與地基技術

2.4溝槽及基坑支撐

2.4.1支撐種類及其使用條件 當出現(xiàn)不愿放坡的時侯或不便放坡的時候，應采用設置土壁支撐的方法施工。

支撐是防止溝槽土壁坍塌的一種臨時性擋土結(jié)構，由木材或鋼材做成。支撐的荷載就是原土和地面荷載所產(chǎn)生的側(cè)土壓力。 用于較窄溝槽的橫（豎）式支撐；用于深基坑的支護結(jié)構：板樁、灌注樁、深層攪拌樁、地下連續(xù)墻等。支撐結(jié)構應滿足條件：牢固可靠，進行強度和穩(wěn)定性計算和校核；支撐材料要求質(zhì)地和尺寸合格，保證施工安全；在保證安全的前提下，節(jié)約用料，宜采用工具式鋼支撐；便于支設和拆除及后續(xù)工序的操作。第六十二頁，共102頁。溝槽支撐形式有橫撐、豎撐和板樁撐，開挖大基坑時還采用錨碇式支撐等。橫撐、豎撐橫撐和豎撐由撐板（擋土板）、立柱和撐桿組成。橫撐根據(jù)撐板放置方式的不同可以分成：水平撐板斷續(xù)式和連續(xù)式兩種。斷續(xù)式橫撐是撐板之間有間距；連續(xù)式橫撐是各撐板間密接鋪設。豎撐為擋土板垂直連續(xù)放置。適用條件：斷續(xù)式橫撐適用于開挖濕度小的黏性土及挖土深度小于3m時。連續(xù)式橫撐用于較潮濕的或散粒土及挖深不大于5m的溝槽。豎撐用于松散的和濕度高的土，挖土深度可以不限。第六十三頁，共102頁。橫撐、豎撐簡圖第六十四頁，共102頁。主要支護方法:鋼板樁、柱列式鋼筋砼樁、連續(xù)墻等，對方形或圓形基坑采用拱圈。利用深層攪拌法加固基坑四周土體。逆作法施工技術日益被重視。地下連續(xù)墻柱列式灌注樁土錨桿土釘墻大面積深基坑支護支護特點：先進的施工技術： 在開挖深度或面積較大的基坑和溝槽時，橫（豎）支撐往往達不到經(jīng)濟有效的支撐效果。為了更加安全可靠的完成挖方，對待支護結(jié)構的設計和施工均應采取極慎重的態(tài)度，在保證施工安全的前提下，盡量做到經(jīng)濟合理和便于施工。第六十五頁，共102頁。槽鋼鋼板樁

施工中常用的鋼板多是槽鋼或工字鋼并排或正反扣搭接組成，以便提高板樁撐的整體性和水密性。槽鋼長6～8m，多用于深度不超過4m的基坑。頂部宜設一道支撐或拉錨。鋼板樁 按照材料的不同又可以分為：槽鋼鋼板樁和熱軋鎖口鋼板樁。使用鋼板樁支撐要消耗大量鋼材，由于他在各種支撐中安全可靠度高，因此，在弱飽和土層中，常被采用。槽鋼鋼板樁的示意圖第六十六頁，共102頁。其形式有U型、Z型、一字型、H型和組合型。熱軋鎖口鋼板樁U型Z型一字型鋼筋混凝土板樁該板樁截面帶企口，有一定的擋水作用，頂部設圈梁，用后不再拔除，永留地基土中。適于3—6m基坑，但應用較少。鋼筋混凝土板樁示意圖第六十七頁，共102頁。 地下連續(xù)墻已是目前深基坑的主要支護結(jié)構之一。對地下結(jié)構層數(shù)多的深基坑的施工非常有利。優(yōu)點：結(jié)構整體性好，剛度大，可作防滲墻，形狀靈活。缺點：需用專用機械，成本較高注意：分段施工；接頭嚴密地下連續(xù)墻連續(xù)墻施工順序第六十八頁，共102頁。 以鋼筋砼灌注樁配合土錨桿或橫向支撐以減少柱身彎距的擋土結(jié)構優(yōu)點：可使用鉆孔機械，按通常灌注柱施工缺點：整體性能較差，無防水能力柱列式灌注樁樁-水泥土復合示意圖第六十九頁，共102頁。土層錨桿是一種埋入土層深部的受拉桿件，它一端與構筑物相連，另一端錨固在土層中。鉆孔－安放拉桿－灌漿－養(yǎng)護－安裝錨頭－張拉錨固和挖土土層錨桿預應力錨桿用于深基礎工程a.深基坑支擋b.地下室抗浮c.地下停車場d.地下鐵道或地下街道第七十頁，共102頁。土釘墻及土錨桿

土釘墻由被加固土體、放置在土中的土釘體和噴射砼面板組成，形成一個以土擋土的重力式擋土墻。施工順序：土釘墻自上而下施工，靠土釘?shù)南嗷プ饔眯纬蓮秃险w作用。適用條件：土層錨桿適用于地下水低于土坡開挖段或降水措施后使地下水位低于開挖層的情況，但其失效影響較大，不適用于沒有臨時自穩(wěn)能力的淤泥、飽和軟弱土層。施工工藝：開挖工作面噴射砼設置土釘鋪設鋼筋網(wǎng)設置排水系統(tǒng)其它支撐第七十一頁，共102頁。土釘墻第七十二頁，共102頁。第2章土石方工程與地基技術

2.5土方回填

填方土料應符合設計要求，保證填方的強度與穩(wěn)定性，選擇的填料應為強度高、壓縮性小、水穩(wěn)定性好、便于施工的土、石料。如設計無要求時，應符合下列規(guī)定：

碎石類土、砂土和爆破石渣（粒徑不大于每層鋪厚的2/3）可用于表層下的填料；含水量符合壓實要求的粘性土，可為填土。在道路工程中粘性土不是理想的路基填料，在使用其作為路基填料時必須充分壓實并設有良好的排水設施。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。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)過處理含水量符合壓實要求，可用于填方中的次要部位。

填土應嚴格控制含水量，施工前應進行檢驗。當土的含水量過大，應采用翻松、晾曬、風干等方法降低含水量，或采用換土回填、均勻摻入干土或其他吸水材料、打石灰樁等措施；如含水量偏低，則可預先灑水濕潤，否則難以壓實。土料的選用與處理第七十三頁，共102頁。填土可采用人工填土和機械填土。人工填土一般用手推車運土，人工用鍬、耙、鋤等工具進行填筑，從最低部分開始由一端向另一端自下而上分層鋪填。機械填土可用推土機、鏟運機或自卸汽車進行。用自卸汽車填土，需用推土機推開推平，采用機械填土時，可利用行駛的機械進行部分壓實工作。填土必須分層進行，并逐層壓實。特別是機械填土，不得居高臨下，不分層次，一次傾倒填筑。填土的方法自卸式土方運輸車第七十四頁，共102頁。填土的壓實方法有碾壓、夯實和振動壓實等幾種。碾壓適用于大面積填土工程。碾壓機械有平碾（壓路機）、足碾和汽胎碾。羊足碾

在滾筒上裝置許多凸塊的壓路碾。由于凸塊形似羊足故稱羊足碾，亦稱羊腳碾。凸塊形狀有羊足形、圓柱形及方柱形等。滾筒軸支承于牽引機架軸承上，擴大使用范圍。滾筒內(nèi)可裝水、砂或鐵砂以增加碾壓重量。在滾筒前后的機架下方裝有梳狀刮板，以清除凸塊間粘嵌的泥塊。

需要較大的牽引力而且只能用于壓實粘性土，因在砂土中碾壓時，土的顆粒受到‘羊足’較大的單位壓力后會向四面移動，而使土的結(jié)構破壞。壓實方法

第七十五頁，共102頁。第七十六頁，共102頁。應用最普遍的是剛性平碾。利用運土工具碾壓土壤也可取得較大的密實度，但必須很好地組織土方施工，利用運土過程進行碾壓。如果單獨使用運土工具進行土壤壓實工作，在經(jīng)濟上是不合的，它壓實費用要比用平碾壓實貴一倍左右。壓實方法

第七十七頁，共102頁。第七十八頁，共102頁。第七十九頁，共102頁。

夯實主要用于小面積填土，可以夯實粘性土或非粘性土。夯實的優(yōu)點是可以壓實較厚的土層。夯實機械有夯錘、內(nèi)燃夯土機和蛙式打夯機等。夯錘借助起重機提起并落下，其重量大于1.5t，落距2.5-4.5m，夯土影響深度可超過1m，常用于夯實濕陷性黃土、雜填土以及含有石塊的填土。內(nèi)燃夯土機作用深度為0.4-0.7m，它和蛙式打夯機都是應用較廣的夯實機械。人力夯土（木夯、石硪）方法則已很少使用。夯實強夯地基加固機械第八十頁，共102頁。振動壓實主要用于壓實非粘性土，采用的機械主要是振動壓路機、平板振動器等。振動壓實振動式壓路機振動法示意圖第八十一頁，共102頁。填土壓實質(zhì)量與許多因素有關，其中主要影響因素為：壓實功、土的含水量以及每層鋪土厚度。壓實功的影響

填土壓實后的重度與壓實機械在其上所施加的功有一定的關系。土的重度與所耗的功的關系見下圖。當土的含水量一定，在開始壓實時，土的重度急劇增加，待到接近土的最大重度時，壓實功雖然增加許多，而土的重度則沒有變化。此外，松土不宜用重型碾壓機械直接滾壓，否則土層有強烈起伏現(xiàn)象，效率不高。如果先用輕碾，再用重碾壓實就會取得較好效果。影響填土壓實的因素土的重度與壓實功的關系第八十二頁，共102頁。 在同一壓實功條件下，填土的含水量對壓實質(zhì)量有直接影響。較為干燥的土，由于土顆粒之間的摩阻力較大而不易壓實。當土具有適當含水量時，水起了潤滑作用，土顆粒之間的摩阻力減小，從而易壓實。每種土壤都有其最佳含水量。土在這種含水量的條件下，使用同樣的壓實功進行壓實，所得到的重度最大。各種土的最佳含水量和所能獲得的最大干重度，可由擊實試驗取得。施工中，土的含水量與最佳含水量之差可控制在-4%～+2%范圍內(nèi)。

含水量的影響土的含水量對其壓實質(zhì)量的影響第八十三頁，共102頁。 土在壓實功的作用下，壓應力隨深度增加而逐漸減小，其影響深度與壓實機械、土的性質(zhì)和含水量等有關。鋪土厚度應小于壓實機械壓土時的有效作用深度，而且還應考慮最優(yōu)土層厚度。鋪得過厚，要壓很多遍才能達到規(guī)定的密實度；鋪得過薄，則要增加機械的總壓實遍數(shù)。最優(yōu)的鋪土厚度應能使土方壓實而機械的功耗費最