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(gè)級(jí)別）：松軟土、普通土、堅(jiān)土、砂礫堅(jiān)土、軟石、次堅(jiān)石、堅(jiān)石、特堅(jiān)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(shí)，仍不能恢復(fù)成原來(lái)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(wú)水時(shí)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(guò)土中孔隙的難易程度。LΔh5．原狀土經(jīng)機(jī)械壓實(shí)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(jī)械壓實(shí)的有效作用力（MPa）

C——原狀土的抗陷系數(shù)（MPa）當(dāng)水力坡度

時(shí)，地下水在土中滲流的速度，稱滲透系數(shù)K。1.2場(chǎng)地平整1.2.1按挖填方平衡原則確定場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高1．初步確定場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高H0：⑴測(cè)繪出場(chǎng)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(diǎn)的地面標(biāo)高；aaaaaaH22H12H11H21⑵將場(chǎng)區(qū)劃分成方格網(wǎng)；2．場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高的調(diào)整：挖方區(qū)有：填方區(qū)有：

3．最后確定場(chǎng)地各方格角點(diǎn)的設(shè)計(jì)標(biāo)高（Hn）：⑴當(dāng)設(shè)計(jì)對(duì)泄水坡度有規(guī)定時(shí)，按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行；⑵當(dāng)設(shè)計(jì)無(wú)要求時(shí)，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(jì)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(chǎng)地、地形復(fù)雜1.2.3場(chǎng)地平整土方量計(jì)算1．計(jì)算場(chǎng)地各方格角點(diǎn)的施工高度：“＋”為填方；“－”為挖方。2．確定零線：3．計(jì)算每一方格的挖填方工程量：編號(hào)施工高度地面標(biāo)高設(shè)計(jì)標(biāo)高A0Bh2h1xa⑴方格四個(gè)角點(diǎn)全部為挖（填）方時(shí)：⑵兩個(gè)角點(diǎn)為挖、兩個(gè)角點(diǎn)為填時(shí)：挖方：填方：⑶方格三個(gè)角點(diǎn)為挖、另一個(gè)角點(diǎn)為填時(shí)：填方：挖方：⑷零線通過(guò)方格的對(duì)角線時(shí)：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(dāng)基坑深為1米時(shí)，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(shí)間。*土含水量增加，對(duì)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(yīng)力增加；土含水量增加，土顆粒間粘結(jié)力減小，土的抗剪強(qiáng)度降低。1.3.2土壁支護(hù)：三種類型：加固型支護(hù)、支擋型支護(hù)、混合型支護(hù)。1.加固型支護(hù)：是對(duì)基坑邊坡滑動(dòng)棱體范圍及其附近土體進(jìn)行加固，改善其物理力學(xué)性能，使其成為具有一定強(qiáng)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(hù)；

◆

高壓噴射旋噴樁支護(hù)。

2.支擋型支護(hù)：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(hù)（土釘墻）；

土層錨桿支護(hù)；

排樁式支護(hù)；

板樁支護(hù)；

鋼木支撐。*若按受力狀態(tài)分：橫撐式支撐、板樁式支護(hù)結(jié)構(gòu)（懸臂式、支撐式）、重力式支護(hù)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(guò)攪拌樁機(jī)將水泥與土進(jìn)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(hù)結(jié)構(gòu)。重力式水泥土墻支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)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(yàn)算抗?jié)B、墻體應(yīng)力、地基強(qiáng)度。⑵板樁：1．板樁設(shè)計(jì)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(dòng)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(qiáng)度不夠；●

拉錨長(zhǎng)度不足，錨碇失去作用而使土體滑動(dòng)；

●

板樁位移過(guò)大，造成周邊環(huán)境的破壞?！?/p>

入土深度；★截面彎矩；★支點(diǎn)反力；★拉錨長(zhǎng)度；★板樁位移。2．“等值梁法“計(jì)算原理：?jiǎn)沃c(diǎn)板樁的計(jì)算原理（分：自由支撐和嵌固支撐）⑴自由支撐單支點(diǎn)板樁：計(jì)算Mmax，選擇板樁截面。epeaHtH1Haeaep-eaMmaxf⑵嵌固支撐單支點(diǎn)板樁：用等值梁法計(jì)算嵌固支撐單支點(diǎn)板樁內(nèi)力：①計(jì)算作用于板樁上的主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力；②計(jì)算板樁上土壓力強(qiáng)度為零的點(diǎn)C至地面的距離；③將板樁在C點(diǎn)截?cái)?，利用∑X=0，∑M=0，計(jì)算等值梁AC

段的支座反力Rc和支撐反力Ra；④計(jì)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(jì)算1．基坑：2．基槽：⑴條形基礎(chǔ)的基槽在某一段長(zhǎng)度內(nèi)，基槽截面形狀、尺寸不變時(shí)：⑵管溝土方量計(jì)算：F0HF2F1HI－I1.3.4降水降水方法：集水坑降水法、井點(diǎn)降水法。1．集水坑降水法：是在基坑開挖過(guò)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(gè)集水坑，地下水通過(guò)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(dòng)水壓力方向；◆

減小動(dòng)水壓力，增大滲流路徑。

Q

F

GDρh1Fρh2Fh1Lh2TLF2．井點(diǎn)降水法：3．輕型井點(diǎn)：⑴輕型井點(diǎn)設(shè)備：管路系統(tǒng)：濾管、井點(diǎn)管、彎聯(lián)管、總管。抽水設(shè)備：真空泵、射流泵、隔膜泵。井點(diǎn)類型K(m/d)H(m)輕型井點(diǎn)0.1~503~6（6~12）噴射井點(diǎn)0.1~28~20電滲井點(diǎn)＜0.1管井井點(diǎn)20~2003~5深井井點(diǎn)10~250＞15⑵輕型井點(diǎn)布置：①平面布置：?jiǎn)闻啪€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(diǎn)管的埋設(shè)深度（m）；

H1——井點(diǎn)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(diǎn)管至基坑中心的水平距離。（當(dāng)井點(diǎn)管為單排布置時(shí)，為井點(diǎn)管至對(duì)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(diǎn)降水。試確定：⑴平面布置類型；⑵井點(diǎn)管最小埋深及要求的降水深度；⑶當(dāng)采用6m長(zhǎng)井點(diǎn)管時(shí)，其實(shí)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(jì)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(diǎn)管，確定HA和S：【解】⑶輕型井點(diǎn)系統(tǒng)涌水量計(jì)算：①輕型井點(diǎn)系統(tǒng)的類型：無(wú)壓完整井、無(wú)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(diǎn)管包圍的面積（m2）。適用條件：①矩形基坑的長(zhǎng)寬比≤5；②基坑寬度≤2R。無(wú)壓完整井涌水量計(jì)算：②涌水量計(jì)算：無(wú)壓非完整井涌水量計(jì)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(zhǎng)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(diǎn)管長(zhǎng)6米，直徑50毫米，濾管長(zhǎng)1米。試進(jìn)行輕型井點(diǎn)設(shè)計(jì)。示例：⑷井點(diǎn)管的數(shù)量及間距：①數(shù)量：

式中：q——單根井點(diǎn)管的最大出水量（m3/d）；

d——濾管直徑（m）；

l——濾管長(zhǎng)度（m）；【解】⑴井點(diǎn)管布置：根據(jù)基坑尺寸，采用環(huán)狀井點(diǎn)。而∴滿足要求。⑵判斷井點(diǎn)管類型：∴屬無(wú)壓非完整井?！酀M足條件。⑶計(jì)算涌水量：而含水層深度：又：⑷井點(diǎn)管布置：數(shù)量：井距：1.4土方填筑與壓實(shí)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(shí)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(jī)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(shí)；▲采用兩種回填土?xí)r，應(yīng)分層填筑，不得混雜使用。1.4.2填土壓實(shí)的方法：碾壓法——大面積填筑工程。滾輪壓力。壓路機(jī)、平碾、羊足碾……夯實(shí)法——小面積填筑工程。沖擊力。蛙式夯、柴油夯、人工夯……振動(dòng)壓實(shí)法——非粘性土填筑。顆粒失重、排列填充。振動(dòng)夯、平板振搗器1.4.3影響填土壓實(shí)質(zhì)量的因素

土的含水量、鋪土厚度、壓實(shí)功。1．土的含水量：最優(yōu)含水量：使填土壓實(shí)獲得最大密實(shí)度時(shí)的含水量。2．鋪土厚度：填方每層鋪土厚度應(yīng)根據(jù)土質(zhì)、壓實(shí)的密實(shí)度要求和壓實(shí)機(jī)械的性能確定。一般H?。?00mm~300mm。3．壓實(shí)功：不同機(jī)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(yīng)為最優(yōu)含水量zσ壓實(shí)機(jī)械每層鋪土厚度（mm）壓實(shí)遍數(shù)平碾250~3006~8振動(dòng)壓實(shí)機(jī)250~3503~4柴油打夯機(jī)200~2503~4人工打夯＜2003~4ρW(N·m)0壓實(shí)遍數(shù)1.4.4填土壓實(shí)的質(zhì)量檢查1．質(zhì)量要求：壓實(shí)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(shí)系數(shù)2．檢查方法：采用“環(huán)刀法”按規(guī)定取樣。（一般場(chǎng)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(xiàng)次土的種類變動(dòng)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(jī)械化施工1.5.1推土機(jī)：作業(yè)方法：下坡推土法；并列推土；槽形推土；多鏟集運(yùn)；鏟刀上附加側(cè)板。適用范圍：場(chǎng)地清理、場(chǎng)地平整、開挖深度不大的基坑、回填土等。1.5.2單斗挖土機(jī)：正鏟、反鏟、抓鏟、拉鏟。1．正鏟挖土機(jī)：工作特點(diǎn)：前進(jìn)向上，強(qiáng)制切土。適用范圍：基坑內(nèi)作業(yè)、3m以上無(wú)地下水的干燥基坑。

停機(jī)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(jī)2．反鏟挖土機(jī)：

工作特點(diǎn)：后退向下、強(qiáng)制切土。適用范圍：開挖停機(jī)面以下、一至三類的砂土或粘土，最大挖土深度4~6m?；?、基槽、管溝等。作業(yè)方式：溝端開挖；溝側(cè)開挖。3．抓鏟挖土機(jī)：工作特點(diǎn)：直上直下、自重切土。適用范圍：停機(jī)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(jī)：工作特點(diǎn)：后退向下、自重切土。適用范圍：停機(jī)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(jī)抓鏟挖掘機(jī)拉鏟挖掘機(jī)土方工程場(chǎng)地平整基坑工程填筑壓實(shí)機(jī)械化施工H0△hHnhnVm支護(hù)板樁降水填壓方法影響因素質(zhì)量檢查工作特點(diǎn)總結(jié)1.1土的可松性在工程中有哪些應(yīng)用？1.2場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)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(shuō)明原因。1.4土壁支護(hù)有哪些形式？1.5試述“相當(dāng)梁法”的計(jì)算原理。1.6水泥土墻設(shè)計(jì)應(yīng)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(jiǎn)述流砂產(chǎn)生的原因及防治措施？1.9輕型井點(diǎn)的設(shè)備包括哪些？1.10輕型井點(diǎn)的設(shè)計(jì)包括哪些內(nèi)容？其設(shè)計(jì)步驟如何？1.11單斗挖土機(jī)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(shí)的主要因素？1.13填土的密實(shí)度如何評(píng)價(jià)？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(hù)結(jié)構(gòu)？1.16什么是土釘墻？簡(jiǎn)述其工作原理。土釘墻支護(hù)具有哪些優(yōu)點(diǎn)？1.17基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的選型應(yīng)滿足哪些要求？復(fù)習(xí)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(dòng)水壓力：⑸坡度系數(shù)：⑹壓實(shí)系數(shù)：⑺土的最佳含水量：⑻土的可松性：⑼基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)：⑽土層錨桿：⑾土釘墻：練習(xí)2．單項(xiàng)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(yùn)量為：（）A．B．C．D．⑵井點(diǎn)降水系統(tǒng)計(jì)算時(shí)引入假想半徑ｘ０的條件是基坑長(zhǎng)寬比（）。A．不大于5B．不小于5C．不大于6D．小于8練習(xí)⑶在含有自由潛水面的兩個(gè)不透水層之間的砂性含水層中，當(dāng)埋入的井點(diǎn)達(dá)到下面不透水層時(shí)，該水井類型為（）。A．無(wú)壓完整井B．無(wú)壓非完整井C．承壓完整井D．承壓非完整井⑷當(dāng)基坑的土是細(xì)砂或粉砂時(shí)，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(shí)采用方法Ａ與ＢＤ．輕型井點(diǎn)降水⑸場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高的調(diào)整，考慮土的可松性影響，引起場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高的變化（）。A．B．C．D．練習(xí)⑹當(dāng)用單斗挖掘機(jī)開挖基槽時(shí)，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(shí)的每層鋪土厚度應(yīng)考慮的因素為（）。A．壓實(shí)方法Ｂ．土的含水量Ｃ．壓實(shí)遍數(shù)Ｄ．綜合考慮A和C⑻在土方工程中，對(duì)于大面積場(chǎng)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(jī)械為（）。A．單斗挖土機(jī)Ｂ．推土機(jī)Ｃ．鏟運(yùn)機(jī)Ｄ．多斗挖土機(jī)⑼輕型井點(diǎn)降水中系統(tǒng)中，離心泵的吸水揚(yáng)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(shí)功條件下，土的含水量對(duì)壓實(shí)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(shí)好練習(xí)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(diǎn)的布置應(yīng)根據(jù)（）、（）、（）、（）而定。⑶填土壓實(shí)方法有（）、（）、（）。⑷影響填土壓實(shí)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(hù)的類型有（）、（）、（）三種。⑺板樁設(shè)計(jì)的五要素（）、（）、（）、（）、（）。⑻基坑降水的方法有（）、（）。⑼井點(diǎn)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(diǎn)平面布置的形式有（）、（）、（）。練習(xí)⑾輕型井點(diǎn)系統(tǒng)的類型有：（）、（）、（）、（）。⑿無(wú)壓完整井涌水量的計(jì)算公式是：（）。⒀正鏟挖土機(jī)的工作特點(diǎn)：（）。⒁反鏟挖土機(jī)的工作特點(diǎn)：（）。⒂單斗挖土機(jī)包括：（