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1、土方工程基本知识,1.1 土的基本知识,1.2 场地平整及土方量调配,1.3 土方边坡及支护,1.5 施工排水与降水,1.4 基坑(槽)土方量计算及开挖,任务,1.6 土方填筑与压实,1.7 土方机械选择和车辆配套计算,1.8 土方工程质量验收与安全技术,按土开挖的难易程度将土分为:松软土、普通土、坚土、砂砾坚土、软石、次坚石、坚石、特坚硬石等八类。 松土和普通土可直接用铁锹开挖,或用铲运机、推土机、挖土机施工; 坚土、砂砾坚土和软石要用镐、撬棍开挖,或预先松土,部分用爆破的方法施工; 次坚石、坚石和特坚硬石一般要用爆破方法施工。 土的工程分类与现场鉴别方法见表1.1所示。,1.1 土的基本知
2、识,1.1.1 土的分类与鉴别,表1.1 土的工程分类与现场鉴别方法,土的含水量:土中水的质量与固体颗粒质量之比的百分率。,1.1.2 土的工程性质,一、 土的含水量,式中:m湿含水状态土的质量,kg;m干烘干后土的质量,kg;mW 土中水的质量,kg;mS固体颗粒的质量,kg。,土的含水量随气候条件、雨雪和地下水的影响而变化,对土方边坡的稳定性及填方密实程度有直接的影响。,(1.1),土的天然密度: 在天然状态下,单位体积土的质量。它与土的密实程度和含水量有关。 土的天然密度按下式计算:,二、 土的天然密度和干密度,式中土的天然密度,kg/m3;m 土的总质量,kg;V 土的体积,m3。,(
3、1.2),干密度: 土的固体颗粒质量与总体积的比值,用下式表示:,式中d土的干密度,kg/m3;mS 固体颗粒质量,kg;V 土的体积,m3。,在一定程度上,土的干密度反映了土的颗粒排列紧密程度。土的干密度愈大,表示土愈密实。土的密实程度主要通过检验填方土的干密度和含水量来控制。,(1.3),三、 土的可松性系数,土的可松性:天然土经开挖后,其体积因松散而增加,虽经振动夯实,仍然不能完全复原,土的这种性质称为土的可松性。 土的可松性用可松性系数表示,即,(1.4),(1.5),土的最初可松性系数KS是计算车辆装运土方体积及挖土机械的主要参数; 土的最终可松性系数是计算填方所需挖土工程量的主要参
4、数,各类土的可松性系数见表1.1所示。,四、 土的渗透性,土的渗透性:指土体被水透过的性质。土的渗透性用渗透系数表示。 渗透系数:表示单位时间内水穿透土层的能力,以m/d表示;它同土的颗粒级配、密实程度等有关,是人工降低地下水位及选择各类井点的主要参数。土的渗透系数见表1.2所示。,表1.2 土的渗透系数参考表,场地挖填土方量计算有方格网法和横截面法两种。横截面法是将要计算的场地划分成若干横截面后,用横截面计算公式逐段计算,最后将逐段计算结果汇总。横截面法计算精度较低,可用于地形起伏变化较大地区。对于地形较平坦地区,一般采用方格网法。,1.2 场地平整及土方量调配,方格网法计算场地平整土方量步
5、骤为: (1) 读识方格网图方格网图由设计单位(一般在1/500的地形图上)将场地划分为边长a=1040m的若干方格,与测量的纵横坐标相对应,在各方格角点规定的位置上标注角点的自然地面标高(H)和设计标高(Hn),如图1.3所示。,(2)计算场地各个角点的施工高度施工高度为角点设计地面标高与自然地面标高之差,是以角点设计标高为基准的挖方或填方的施工高度。各方格角点的施工高度按下式计算:,(1.9),+表示需填,-表示需挖,(3) 计算“零点”位置,确定零线方格边线一端施工高程为“+”,若另一端为“-”,则沿其边线必然有一不挖不填的点,即为“零点”(图1.4)。,零点位置按下式计算:,(1.10
6、),(4) 计算方格土方工程量按方格底面积图形和表1-2所列计算公式,逐格计算每个方格内的挖方量或填方量。 (5) 边坡土方量计算场地的挖方区和填方区的边沿都需要做成边坡,以保证挖方土壁和填方区的稳定。边坡的土方量可以划分成两种近似的几何形体进行计算,一种为三角棱锥体(图1.6中、),另一种为三角棱柱体(图1.6中)。,已知:场地设计标高为100,方格网边长为10m,各角点自然地面标高如下图,计算场地土方量。,102,103,102,104,98,103(-3),102(-2),104(-4),1、计算各角点的施工高度 2、判断是否有零点 3、选择公式计算每个方格网土方量,V1=10*10*(
7、-2-5-0-6)/4=-325m V2=10*10*(-5-4-6-3)/4=-450m V3=10*10*(-4-2-3-2)/4=-300m V4=-300m V5=-350m V6=-275m V7=-275m V8=-325m V9=-350m V=V1+V2+V9=-2950m,X,10-x,4/2=(10-x)/x X=3.33,4,3.33,A三角棱锥体边坡体积,(1.11),B三角棱柱体边坡体积,两端横断面面积相差很大的情况下,边坡体积,C计算土方总量将挖方区(或填方区)所有方格计算的土方量和边坡土方量汇总,即得该场地挖方和填方的总土方量。,(1.12),(1.13),土壁稳
8、定,主要是由土体内摩阻力和粘结力保持平衡,一旦失去平衡,土壁就会塌方。造成土壁塌方的主要原因有:,边坡过陡,使土体本身稳定性不够,尤其是在土质差、开挖深度大的坑槽中,常引起塌方。 雨水、地下水渗入基坑,使土体重力增大及抗剪能力降低,是造成塌方的主要原因。 基坑(槽)边缘附近大量堆土,或停放机具、材料,或由于动荷载的作用,使土体产生的剪应力超过土体的抗剪强度,1.3 土方边坡与支护,一、 土方边坡,土方边坡的坡度以挖方深度(或填方深度) h与底宽b之比表示(图1.11),即土方边坡坡度= h/b=1/(b/h)=1m式中 m=b/h 称为边坡系数。,当地质条件良好、土质均匀且地下水位低于基坑(槽
9、)或管沟底面标高时,挖方边坡可做成直立壁不加支撑,但深度不宜超过下列规定:密实、中密的砂土和碎石类土(充填物为砂土):1.0m;硬塑、可塑的粉土及粉质粘土: 1.25m;硬塑、可塑的粘土和碎石类土(充填物为粘性土):1.5m;坚硬的粘土: 2m。挖土深度超过上述规定时,应考虑放坡或做成直立壁加支撑。,基坑放坡坡度较大,施工期和暴露时间较长,为防止基坑边坡因气温变化或失水而风化或松散等,应采取一定边坡保护措施,以保证基坑边坡稳定。常见方法有: 薄膜覆盖或砂浆覆盖法 挂网或挂网抹面法 喷射混凝土或混凝土护面法 土袋或砌石压坡法,挂网或挂网抹面法,喷射混凝土或混凝土护面法,二、 基坑及管沟支护,土壁
10、支撑形式应根据开挖深度和宽度、土质和地下水条件以及开挖方法、相邻建筑物等情况进行选择和设计。,横撑式支撑由挡土板、楞木和工具式横撑组成,用于宽度不大、深度较小沟槽开挖的土壁支撑。 根据挡土板放置方式不同,分为水平挡土板和垂直挡土板两类(见图1.12)。,(1) 横撑式支撑,三、基坑支护,支护结构一般有具有挡土、止水功能的围护结构和维持围护结构平衡的支撑结构组成。 1、水泥土挡墙式 (1)深层搅拌水泥土桩 以水泥作为固化剂,通过机械,将图与水泥强制搅拌形成水泥土,使软土硬化成整体性,具有一定强度的挡土、防渗墙。,深搅桩施工,(2)旋喷桩 钻机钻孔后,钻杆逐渐上提,利用钻杆上的喷嘴,向周围土体喷射
11、固化剂,将软土与固化剂强制混合,胶结硬化后形成直径均匀的圆柱体。,2、板桩式支撑板桩式支撑特别适用于地下水位较高且土质为细颗粒、松散饱和土的支护,可防治流砂现象产生。,钢板桩又可分平板桩和波浪式板桩两类。 平板桩(图1.13(a)防水和承受轴向压力性能良好,易打入地下,但长轴方向抗弯强度较小; 波浪式板桩(图1.13(b))的防水和抗弯性能都较好,施工中多采用。,钢板桩施工,钢板桩施工,钢筋混凝土排桩 常见的有钻孔灌注桩和人工挖孔桩 不具备挡水功能,人工挖孔桩,地下连续墙 采用泥浆护壁放钢筋笼浇筑混凝土 大跨度时采用内支撑 采用逆作法施工,3.边坡稳定式 土钉墙 钢筋或钢管(钢丝束)锚杆(锚索
12、)+喷射混凝土护面 起主动嵌固作用,1.4 土 方 计 算,1.4.1 基坑与基槽土方量计算,基坑土方量可按立体几何中拟柱体(由两个平行的平面作底的一种多面体)体积公式计算(图1.1)。即,(1.6),基槽土方量计算可沿长度方向分段计算(图1.2):,将各段土方量相加即得总土方量:,(1.7),(1.8),1.4.2土方量开挖 开挖程序:放线确定开挖顺序开挖修整边坡清底验槽开挖 放线:放基坑(槽)上口边线 确定开挖顺序:合理顺序 开挖:预留1530cm用人工修筑 清底:人工开挖预留土层 验槽:检查与勘查设计资料是否相符 开挖,为了保持基坑干燥,防止由于水浸泡发生边坡塌方和地基承载力下降,必须做
13、好基坑的排水、降水工作,常采用的措施是明沟排水法和井点降水法。,1.5.1 明沟排水法,明沟排水法是一种设备简单、应用普遍的人工降低水位的方法。,1.5 人工降低地下水位,施工方法是,开挖基坑或沟槽过程中,遇到地下水或地表水时,在基础范围以外地下水流的上游,沿坑底的周围开挖排水沟,设置集水井,使水经排水沟流入井内,然后用水泵抽出坑外(见图1.16)。 明沟排水法适用于水流较大的粗粒土层的排水、降水,也可用于渗水量较小的粘性土层降水,但不适宜于细砂土和粉砂土层,因为地下水渗出会带走细粒而发生流砂现象。,流砂:当开挖深度大、地下水位较高而土质为细砂或粉砂时,如果采用集水井法降水开挖,当挖至地下水位
14、以下时,坑底下面的土会形成流动状态,随地下水涌入基坑,这种现象称为流砂。,流砂现象,如果土层中产生局部流砂现象,应采取减小动水压力的处理措施,使坑底土颗粒稳定,不受水压干扰。其方法有: 如条件许可,尽量安排枯水期施工,使最高地下水位不高于坑底0.5m; 水中挖土时,不抽水或减少抽水,保持坑内水压与地下水压基本平衡; 采用井点降水法、打板桩法、地下连续墙法防止流砂产生。,井点降水:基坑开挖前,在基坑四周预先埋设一定数量的滤水管(井),在基坑开挖前和开挖过程中,利用抽水设备不断抽出地下水,使地下水位降到坑底以下,直至土方和基础工程施工结束为止。 井点降水有两类:一类为轻型井点(包括电渗井点与喷射井
15、点);另一类为管井点(深井泵)。,1.5.2 井点降水法,(1) 轻型井点,轻型井点(图1.17)就是沿基坑周围或一侧以一定间距将井点管(下端为滤管)埋入蓄水层内,井点管上部与总管连接,利用抽水设备将地下水经滤管进入井管,经总管不断抽出,从而将地下水位降至坑底以下。 轻型井点法适用于土壤的渗透系数为0.150m/d的土层中;降低水位深度:一级轻型井点36m,二级井点可达69m。,轻型井点设备由管路系统和抽水设备组成。管路系统包括滤管、井点管、弯联管及总管等。 滤管(图1.18)为进水设备,其构造是否合理对抽水设备影响很大。,轻型井点的布置 当基坑或沟槽宽度小于6m,水位降低深度不超过5m时,可
16、用单排线状井点布置在地下水流的上游一侧,两端延伸长度一般不小于沟槽宽度(图1.19)。,在考虑到抽水设备的水头损失以后,井点降水深度一般不超过6m。井点管的埋设深度H(不包括滤管)按下式计算(图1.19(b):,式中 H1井点管埋设面至基坑底的距离,m;h基坑中心处坑底面(单排井点时,为远离井点一侧坑底边缘)至降低后地下水位的距离,一般为0.51.0m;i地下水降落坡度;环状井点为1/10,单排线状井点为1/4;L井点管至基坑中心的水平距离(单排井点中为井点管至基坑另一侧的水平距离),m。,(1.14),如宽度大于6m或土质不定,渗透系数较大时,宜用双排井点,面积较大的基坑宜用环状井点(图1.20);为便于挖土机械和运输车辆出入基坑,可不封闭,布置为U形环状井点。,当一级井点系统达不到降水深度时,可采用二级井点,即先挖去第一级井点所疏干的土,然后在基坑底部装设第二级井点,使降水深度增加(图1.21)。,