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1、土木工程施工,江苏大学理学院土木工程系,第一章 土方工程,一、土方工程的内容、特点与施工要求 1、土方工程的内容 （1）场地平整。 （2）基坑、隧道开挖，路基修筑。 （3）土方回填与压实,第一节 土方规划(概述),2、土方工程施工的特点 （1）面广量大、劳动繁重。 （2）施工条件复杂。,总的来说土方工程包括一切土的挖掘、填筑和运输等过程以及排水、降水、土壁支撑等准备工作和辅助工程。 最常见的土方工程包括 场地平整、基坑（槽）开挖、地坪填土、路基填筑及基坑回填土等。,3、组织土方工程施工的要求 （1）在条件允许的情况下应尽可能采用机械化施工； （2）要合理安排施工计划，尽量避开冬、雨期施工； （
2、3）为了降低土石方工程施工费用，减少运输量和占用农田，要对土方进行合理调配、统筹安排。 （4）在施工前要做好调查研究， 拟定合理的施工方案和技术措施，以保证工程质量和安全，加快施工进度。,2、土的含水量,土的含水量W是土中所含的水与土的固体颗粒间的质量比，以百分数表示：,(1-1),式中,土的含水量影响土方施工方法的选择、边坡的稳定和回填土的质量。,土的渗透性是指水在土体中渗流的性能，一般以渗透系数K表示。 达西地下水流动速度公式： v =KI (1-2) 式中：v水在土中的渗流速度。 K土的渗透系数。,3、土的渗透性,4、土的可松性* 土具有可松性，即自然状态下的土，经过开挖后，其体积因松散
3、而增加，以后虽经回填压实，仍不能恢复其原来的体积。,例11：某场地平整有4000m3的填方量需从附近取土填筑，其土质为密实的砂粘土，试计算：(1)填土的挖方量；(2)已知运输工具的斗容量为2 m3，需运多少车次？,三、土方边坡,土木工程中，在结构施工时一般都需要进行基坑开挖，土壁失稳塌方是基坑开挖中必须注意的问题。 当基坑周围场地较大，且周边环境简单，基坑开挖宜采用放坡形式，即可不必做成直壁式。常见的边坡可做成直线形、折线形或踏步形。,图11 边坡坡度示意,边坡坡度应根据不同的挖填高度、土的性质及工程的特点而定，要保证土体的稳定和施工安全，又要节省土方。,四、预备知识：土方量的计算方法,图12
4、 场地平整,图13 基坑开挖,1、平均高度法,1)、四方棱柱体法,a)、全挖全填格,式中： V挖方或填方的土方量(m)； h1,h2,h3,h4方格四个角点的挖填高度，以绝对值代人(m)。,图13 全挖(或全填),b)、部分挖部分填格,图14 两挖和两填的方格,图15 三挖一填方格,图16 三角形网格,2)、三角棱柱体法,a)、全挖全填,图17 全挖全填网格,b)、有挖有填,图18 有挖有填网格,式中： a 方格边长(m)； hl，h2，h3三角形各角点的施工高度(m)，用绝对值代人。,2、平均断面法,1)、近似公式,基坑、基槽、路堤、场地平整的土方量计算，均可采用平均断面法。,2)、精确公式
5、,式中：,当断面不规则时：,图110 不规则断面,各个断面面积求出后，设各断面面积分别为F1，F2，Fn，相邻两断面间的距离依次为l1，l2，ln，则所求的土方体积为 ：,在上述土方量计算基本方法中，由于计算公式不同，其计算的精度亦有所不同。一般来说，在地形平坦地区可将方格尺寸划分得大一些，采用四方棱柱体计算即可。而在地形起伏较大的地区，则应将方格尺寸划分得小些，亦采用三角棱柱体计算土方量。,五、场地平整的计算*,场地平整就是将自然地面改造成人们所要求的平面。场地设计标高应满足规划、生产工艺及运输、排水等要求。,1、场地设计标高H0的确定,场地设计标高是进行场地平整和土方量计算的依据。合理确定
6、场地设计标高，对减少土方量和加速工程进度均具有重要的经济意义。,如场地设计标高无其他特殊要求时，可根据挖填平衡的原则加以确定。其步骤如下： 1)、在地形图上将施工区域划分为边长a为1050m(一般采用20m或40m)若干个方格网。,2)、确定各小方格角点的高程。可用水准仪测量，或根据地形图上相邻两等高线的高程，用插入法求得。 3)、按照挖填平衡的原则确定设计标高H0。,1)、初步设计标高,式中：N 方格网数； Hij 方格网中任意一个角点的高程。,式中：H1 一个方格仅有的角点标高； H2 两个方格共有的角点标高； H4 四个方格共有的角点标高。,2、场地设计标高的调整,1)、土的可松性影响,
7、由于土有可松性，一般填土会有多余，需相应提高设计标高。,假设： VW , VT 按理论设计标高计算出的总挖方、总填方体积； FW , FT 按理论设计标高计算出的挖方区、填方区总面积； Ks土的最终可松性系数。,实际总挖方体积为：,实际总填方体积为：,整理简化得：,此时，填方区的标高也应与挖方区一样，提高h ，即：,故考虑土的可松性后，场地设计标高调整为：,2)、场地泄水坡度的影响*,a)、单向泄水时各方格角点的设计标高,图113 单向泄水坡度示意图,式中： H0 根据挖填平衡原则确定的场地中任意网格角 点的设计标高； l 该网格角点至场地中心线的距离； i 场地泄水坡度。,b)、双向泄水时各
8、方格角点的设计标高,图114 双向泄水坡度示意图,式中： H0 根据挖填平衡原则确定的场地中任意网格角 点的设计标高； lx，ly 该网格角点沿XX、YY方向至场地中心线的距离； ix，iy 场地沿XX、YY方向的泄水坡度。,3)、场内挖方和填方的影响,有时从经济角度出发，会将部分挖方就近弃于场外，或将部分填方就近取土于场外等，此时，也会导致挖填土方量的变化。必要时，亦需调整设计标高。可采用如下近似公式计算。,式中： Q就近场外取土量或弃土量。就近取土时取“”，就近弃土时取“”。,式中： hn 该角点的挖、填高度，以“”为填方高度，以“”为挖方高度(m)； Hn 该角点的设计标高(m)； H
9、该角点的自然地面标高(m)。,3、场地土方量计算步骤,1)、计算场地各方格角点的施工高度 各方格角点的施工高度(即挖、填方高度) hn,式中： h1，h2 相邻两角点挖、填方施工高度(以绝对值代入)； a 方格边长； x 零点距角点A的距离。,图115 零点位置计算,2)、绘出“零线” 方格线上的零点位置见图115，可按下式计算：,3)、计算场地挖、填土方量 零线求出后，也就划出了场地的挖方区和填方区，便可按平均高度法分别计算出挖、填区各方格的挖、填土方量。,例题：,某工程场地平整，方格网(20m 20m)如图所示，不考虑泄水坡度、土的可松性影响，试求场地设计标高H0 ，定性标出零线位置。,解
10、：,零线位置如下图所示：,第二节 土方工程施工要点,土方工程的施工要点，主要应解决土壁稳定、施工排水、流砂防治和填土压实等四个问题。,一、土壁稳定*,基坑开挖后，土体缺少内摩擦阻力和粘聚力来保持平衡，容易引起塌方，这不仅会造成人身安全事故，同时亦会影响工期，甚至会危及附近的建筑物。,1、土壁塌方的原因,1)、边坡过陡，使得土体的稳定性不够，尤其在土质差、开挖深度大的坑槽中。 2)、雨水、地下水渗入基坑，使得土体抗剪强度降低，这是造成塌方的主要原因。 3)、基坑上边缘附近大量堆土或停放机具、材料，或由于动荷载的作用，使土体中的剪应力超过土体的抗剪强度。 4)、土方开挖顺序、方法未遵守“从上往下，
11、分层开挖；开槽支撑，先撑后挖”的原则。,2、防治塌方的措施,边坡的留设应符合规范的规定，其坡度大小应根据土壤的性质、施工方法、开挖深度、工期的长短等因素确定。例如，粘性土的边坡可以陡一点，砂性土则应平缓些。,2)、设置支撑,为了缩小施工面、减少土方，或受场地限制不能放坡时，则可设置土壁支撑。,1)、放足边坡,市政工程施工时，常需在地下铺设管沟，因此需开挖沟槽。开挖较窄的沟槽，多用横撑式土壁支撑。,a)、基槽支护,b)、基坑支护,基坑支护结构一般根据地质条件、基坑开挖深度以及对周边环境保护要求采取重力式水泥土墙、板式支护结构、土钉墙等形式。,重力式水泥土墙,板式支护结构,(1)、型钢横挡板挡墙,
12、(2) 钢板桩挡墙,钢板桩施工现场,(3) 板墙式挡墙,土钉墙,土钉墙的施工顺序为：按设计要求自上而下分段、分层开挖工作面，修整坡面埋设喷射混凝土厚度控制标志，喷射第一层混凝土钻孔，安设土钉钢筋注浆，安设连接件绑扎钢筋网，喷射第二层混凝土设置坡顶、坡面和坡脚的排水系统。若土质较好亦可采取如下顺序：开挖工作面、修坡绑扎钢筋网成孔安设土钉注浆、安设连接件喷射混凝土面层。,二、施工排水*,开挖基坑时，流入坑内的地下水和地面水如不及时排除，不但会使施工条件恶化，造成土壁塌方，亦会影响地基的承载力。因此，在土方施工中，做好施工排水工作，保持土体干燥是十分重要的。施工排水可分为明排水法和人工降低地下水位法
13、两种。,1、明排水法,明排水法也叫集水井降水法。这种方法是在基坑或沟槽开挖时，在坑底设置集水井，并沿坑底的周围或中央开挖排水沟，使水在重力作用下流入集水井内，然后用水泵抽出坑外。四周的排水沟及集水井一般应设置在基础范围以外。,1、排水沟的设置 排水沟底宽应不少于0.20.3m，沟底设有0.20.5的纵坡,在开挖阶段，排水沟深度应始终保持比挖土面低0.40.5m 2、集水井的设置 集水井应设置在基础范围以外。间距应根据水量大小、基坑平面形状及水泵能力确定，一般为2040m。,人工降低地下水位，就是在基坑开挖前，先在基坑周围埋设一点数量的滤水管(井)，利用抽水设备从中抽水，使地下水位降落到坑底以下
14、，直至基础工程施工完毕为止。 人工降低地下水位的方法有轻型井点* 、喷射井点、电渗井点、管井井点以及深井泵井点等。,2、人工降低地下水位法,轻型井点,轻型井点，就是沿基坑周围将许多直径较小的井点管埋入蓄水层内，井点管上部与总管连接，通过总管利用抽水设备将地下水从井点管内不断抽出，使原有的地下水位降至坑底以下。,(1) 、轻型井点设备,轻型井点设备主要包括：井点管(下端为滤管)、集水总管、弯联管及抽水设备。,(2) 、轻型井点的布置,(a) 、平面布置,井点管的平面布置可分为单排布置、双排布置、环形布置和U形布置。单排布置时，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。单排布置时
15、，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。,图1-26 轻型井点的平面布置,图1-27 单排轻型井点的布置,(b) 、高程布置,(*),式中：,H1 井点管埋设面至坑底面的距离(m)； h 降低后的地下水位至基坑中心底面的距离，一般为0.51m ； i 水力坡度，环形井点为1/10，单排井点为1/4； L 井点管至基坑中心的水平距离(m)；,如H值大于降水深度6m时，可采用二级井点。,(3)、轻型井点计算,设计内容除井点系统的布置外，还需确定井点的数量、间距、井点设备的选择等。,(a) 、井点系统的涌水量计算,井点系统所需井点管的数量，是根据涌水量来确定的。而井点系
16、统的涌水量，则是按水井理论进行计算。根据地下水有无压力，水井分为无压井和承压井。无压井分为无压完整井和无压非完整井。对于无压完整井的环状井点系统，涌水量计算公式为：,(m3d),式中： K渗透系数(md)，应由实验测定； H含水层厚度(m)； S水位降低值(m)； R抽水影响半径(m)，取：,x0 环形井点的假想半径(m)：,F基坑周围井点管所包围的面积(m2 ),式中： M承压含水层厚度(m)； K、R、x0、S与无压完整井公式相同。,承压完整井环形井点涌水量计算公式为：,(m3d),式中 ： d滤管直径(m)； l 滤管长度(m)； K 渗透系数(md)。,(m3d),(b) 、确定井点管数量与井距,确定井管数量先要确定单根井管的出水量，单井的最大出水量q，主要取决于土的渗透系数、滤管的构造与尺寸，按下式确定：,式中： 1.1备用系数，考虑井点管堵塞等因素。其它符号同前； L 总管长度(m) 。,(根),(m),井点管的最少根数nmin，按下
