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1、第十七章 施工与管理 第一节 土石方工程 土石方工程包括土(或石)的挖掘、运输和填筑等过程，以及排水、降低地下水位和支护结构等施工。 一、土石方工程的准备与辅助工作 土石方工程的准备与辅助工作，除通常所说的“三通一平”(路通、水通、电通、场 地平整)外，还包括降水与施工支护结构等，是保证土石方工程顺利进行的重要条件。 1土方边坡与支护结构 开挖基坑时，当挖深不大，且敞露时间不长时，可直立壁开挖。当挖深超过一定限度则需放坡开挖，边坡坡度(高：宽)可做成直线形、折线形或踏步形，取决于土质种类、开挖方法、挖土深度、地面超载大小等，有参考数据供施工时采用。 当挖土深度较大，放坡不经济或周围附近有设施(
2、建筑物、地下管线、道路等)不允许放坡时，如要保持直立土壁的稳定，则需增设基坑的支护结构，起挡土、挡水作用，并保护周围环境，减少对相邻设施的不利影响。 根据工程特点、基坑周边环境、开挖深度、工程地质与水文地质、施工作业设备和施工季节等条件，基坑支护可选用排桩、地下连续墙、水泥土墙、逆作拱墙、土钉墙原状土放坡或上述型式的组合。支护结构选型适用条件见表1711。 支护结构选型表 表1711结构型式适用条件排桩或地下连续墙1 适于基坑侧壁安全等级一、二、三级2 悬特式结构在软土场地中不宜大干5m3 当地下水位尚于基坑底画时，宜采用降水、排桩加截水帷幕或地下连续墙水泥土墙1，基坑侧壁安全等级直：为二、二
3、级2，水泥土桩施工范围内地基上承载力不宜大干150kPa3，基坑深度不宜大干6m土钉墙1基坑侧壁安全等级官为二、三级的非软土场地2基坑深度不宜大于12m3当地下水位高于基坑底面时，应采取降水或截水措施逆作拱墙1基坑侧壁安全等级宜为二、二级2淤泥和淤泥质土场地不宜采用3拱墙轴线的矢跨比不宜小于184基坑深度不宜大于12m5地下水位高于基坑底面时，应采取降水或截水措施放坡1基坑侧壁安全等级宜为三级2施工场地应满足放坡条件3可独立或与上述其他结构结合使用4当地下水位高于坡脚时，应采取降水措施对支护结构要进行强度、稳定和变形方面的计算，三方面都需满足要求。计算方法包括圆弧滑动简单条分法、弹性支点法等，
4、后者应用较多。在弹性支点法中，支护结构水平荷载标准值eajk应按当地可靠经验确定。2地下水控制地下水控制的设计和施工应满足支护结构设计要求，根据场地及周边工程地质条件、水文地质条件和环境条件并结合基坑支护和基础施工方案综合分析、确定。地下水控制方法可分为明排集水、降水、截水和回灌等型式单独或组合使用。见表1712。方法名称土类渗透系数(m/d)降水深度(m)水文地质特征集水明排填土、粉土、黏性土、砂土7205上层滞水或水量不大的潜水降水真空井点0.1-20单级6多级20喷射井点0.1-205含水丰富的潜水、承压水、裂隙水截水粉土、黏性土、砂土、碎石土、可溶岩不限不限回灌填土、粉土、砂土、碎石土
5、0.-200不限在地下水位高的地区开挖较深的基坑，如无能挡水的支护结构，多数要降水。对软土地区的深基坑，即便设有挡水的支护结构，基坑外的地下水不会流人基坑，但为了便于机械挖土，亦多需在挖土前进行坑内降水，同时降水后能提高被动土压力，有利于支护结构的稳定和减小变形。其中，井点降水是使用较多的地下水控制方法：在基坑开挖前，预先在基坑四周埋设一定数量下部带滤管的井点管，在基坑开挖前和开挖过程中，利用真空设备不断抽取地下水，使地下水位降至坑底以下，不使地下水在基坑开挖过程中流人坑内。井点降水一般有轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点和深井井点等，根据土的渗透系数、降水深度、设备条件及经济比较等因素确
6、定。井点管为直径3851mm、长57m的钢管。滤管直径常与井点管直径相同，长度为10-17m，管壁上钻有直径1219mm、呈星棋状排列的滤孔，外面包以两层孔径不同的生丝布或塑料布滤网。降水井宜在基坑外缘采用封闭式布置，井间距应大于15倍井管直径，在地下水补给方向应适当加密；当基坑面积较大、开挖较深时，也可在基坑内设置降水井。其深度应根据设计降水深度、含水层的埋藏分布和降水井的出水能力确定，设计降水深度在基坑范围内不宜小于基坑底面以下0.5m。井点降水的涌水量按水井理论计算。根据地下水有无压力，水井分为无压井和承压井。水井底部到达不透水层时称完整井，否则称非完整井。所以水井共分四种，即无压完整井
7、、无压非完整井、承压完整井和承压非完整井。各种井的涌水量计算公式不同，如：无压完整井当基坑远离边界时，其涌水量计算公式为：Q=1.366k(2H-S)S/lg(1+R/r0)式中 Q基坑涌水量；k-渗透系数；H-潜水含水层厚度；S-基坑水位降深；R-降水影响半径(宜通过试验或根据当地经验确定，当基坑侧壁安全等级为二、三级时，可按经验公式计算R =2S(kH)0.5)；ro-基坑等效半径(当基坑为圆形时，取圆半径；当基坑为非圆形时，按下式计算：矩形基坑ro=0.29(a+b)，其中a、b分别为基坑的长、短边；不规则块状基坑r0=(A/)0.5，式中A为基坑面积)。无压非完整井当基坑远离边界时，其
8、涌水量计算公式为Q=1.366(H2-h2m)/(lg(1+R/r0)+lg(1+0.2hm/r0)(hm-l)/l)式中hm=(H+h)/2承压完整 当基坑远离边界时，其涌水量则按下式计算： Q=2.73kMS/lg(1+R/r0)式中 R降水影响半径(宜通过试验或根据当地经验确定，当基坑侧壁安全等级为二、三级时，可按经验公式计算R=10Sk0.5)；M承压含水层厚度；l过滤器进水部分长度(m)；其他符号同前。 至于单根井点管的出水量，由下式计算： q=120rsl (17116) 式中:q-单根井点管的出水量(m3d)； rs-过滤器半径(m)； 其他符号同前。 降水井的数量n可按下式计算
9、： n=1.1Q/q (17-1-17)二、机械化施工推土机操纵灵活、运转方便、所需工作面较小，多用于场地清理和平整、开挖深度不大的基坑、填平沟坑，以及配合铲运机工作。推运距离宜在l00m以内，以运距50m左右经济效果最好。铲运机可综合完成挖土、运土、卸土和平土的全部土方施工工序，分自行式铲运机和拖式铲运机两种，目前多为油压操纵，常用于大面积的场地平整、填筑堤坝和路基、在开阔地带开挖长度大的大型基坑。单斗挖土机目前多为液压传动，分为正铲、反铲和抓铲等，其行走装置有履带和轮胎式等。正铲挖土机适合开挖停机面以上的土方，需汽车配合运土。反铲挖土机用以挖掘停机面以下的土方，主要用于开挖基坑、沟槽等，亦
10、需汽车配合运土。抓铲挖土机宜用于开挖沟槽、基坑和装卸粒状材料，于水下亦可抓土。机械选择主要取决于施工对象特点、地下水位高低和土壤含水量。(一)当地形起伏不大，坡度在200以内，挖填平整土方的面积较大，土的含水量适当，平均运距短(一般在lkm以内)时，采用铲运机较为合适。如果土质坚硬或冬季冻土层厚度超过1015crn时，必须由其他机械辅助翻松再铲运。当一般土的含水量大于25，或坚硬的黏土含水量超过30时，铲运机要陷车，必须使水疏干后再施工。(二)地形起伏较大的丘陵地带，一般挖土高度在3m以上，运输距离超过lkm，工程量较大且又集中时，一般可采用下述三种方式进行挖土和运土：正铲挖土机配合自卸汽车进
11、行施工，并在弃土区配备推土机平整土堆。选择铲斗容量时，应考虑到土质情况、工程量和工作面高度。当开挖普通土，集中工程量在1.5万m3以下时，可采用0.5m3的铲斗；当开挖集中工程量为1.5万-5万m3时，以选用1.0m3的铲斗为宜，此时，普通土和硬土都能开挖。用推土机将土推人漏斗，并用自卸汽车在漏斗下承土并运走，这种方法适用于挖土层厚度在5-6m以上的地段。漏斗上口尺寸为3m左右，由宽3.5m的框架支承，其位置应选择在挖土段的较低处，并预先挖平，漏斗左右及后侧土壁应予支撑。使用73.5kW(100马力)的推土机两次可装满8t自卸汽车，效率较高。用推土机预先把土推成一堆，用装载机把土装到汽车上运走
12、，效率也很高。(三)开挖基坑时根据下述原则选择机械：1土的含水量较小，可结合运距长短、挖掘深浅，分别采用推土机、铲运机或正铲挖土机配合自卸汽车进行施工。当基坑深度在1-2m，基坑不太长时可采用推土机；深度在2m以内的线状基坑，宜由铲运机开挖；当基坑较大，工程量集中时，可选用正铲挖土机挖土。2如地下水位较高、又没有采用降水措施，或土质松软，可能造成正铲挖土机和铲运机陷车时，则采用反铲、拉铲或抓铲挖土机配合自卸汽车较为合适，挖掘深度见有关机械的性能表。3移挖作填以及基坑和管沟的回填，运距在60-l00m以内时可用推土机。上述各种机械的适用范围都是相对的，选用机械时应根据具体情况考虑。如果有多种机械
13、可供选择时，应当进行技术经济比较，选择效率高、费用低的机械进行施工。 当挖土机挖出的土方需用运土车辆运走时，挖土机的生产率不仅取决于本身的技术性能，而且还决定于所选的运输工具是否与之协调。由技术性能，可按下式算出挖土机的生产率户：P=8* 3600qKcKB/tKs(m3台班) (171-18)式中 t-挖土机每次作业循环延续时间(s)，一般为2540s； Q挖土机斗容量(m3)； Ks-土的最初可松性系数； Kc-土斗的充盈系数，可取0.81.1； KB工作时间利用系数，一般为0.60.8。为了使挖土机充分发挥生产能力，应使运土车辆的载重量Q与挖土机的每斗土重保持一定的倍率关系，并有足够数量
14、的车辆以保证挖土机连续工作。从挖土机方面考虑，汽车的载重量越大越好，可以减少等待车辆调头的时间；从车辆方面考虑，载重量小，台班费便宜而数量要增加，载重量大，台班费高但数量可减少。最合适的车辆载重量应当是使土方施工单价为最低，可以通过核算确定。一般情况下，汽车载重量宜为每斗土重的3-5倍。运土车辆的数量N，可按下式计算： N=T/(t1+t2) (17119)式中 T运输车辆每一工作循环延续时间(mm)，由装车、重车运输、卸车、空车开回及等待等时间组成；t1运输车辆装满一车土的时间(min)；t2运输车辆调头而使挖土机等待的时间(min)：t1=n.t (17-120)n=Q.Ks/qKc. (
15、17121)式中 n运土车辆每车装土次数； Q运土车辆的载重量(t)； -实土重度(tm3)。三、土方填筑与压实(一)填土的要求为了保证填方工程在强度和稳定性方面的要求，必须正确选择土壤种类和填筑方法。含有大量有机物的土壤，石膏或水溶性硫酸盐含量大于5的土壤，冻结或液化状态的泥炭、黏土或粉状砂质粘土等，一般不能作填土之用。但在场地平整工程中，除修建房屋和构筑物的地基填土外，其余各部分填方所用的土壤，则不受此限制。填土应分层进行，并尽量采用同类土填筑。如采用不同土壤填筑时，应将透水性较大的土层置于透水性较小的土层之下，不能将各种土混杂在起使用，以免填方内形成水囊。当填方位于倾斜的山坡上时，应将斜坡改成阶
