工程管理系建筑施工技术 128页

建 筑 施 工 技 术 管理学院 第一章 土 方 工 程 第一节　概述 1 第二节　场地平整 2 第三节　基坑（槽）工程 3 第四节　土方机械化施工 4 本章内容： 本章学习要求： 了解土的分类，掌握土的基本物理性质。 了解土方工程的内容及施工特点，掌握土方量计算的方法、场地设计标高确定的方法和用表上作业法进行土方调配。 能了解识别基槽、深浅基坑的各种支护方法并了解其适用范围和基坑监测项目。 理解流沙产生的原因，并了解其防治方法；掌握轻型井点设计并了解喷射井点、电渗井点和深井井点的适用范围。 掌握填土压实的方法和影响填土压实质量的影响因素。 了解常用土方机械的性能及适用范围并能正确合理地选用。 按 土 的 基 本 物 质 组 成 按坚固性 硬质岩石和软质岩石 第一节 概述 一、土的分类与现场鉴别方法 按风化程度 微风化、中等风化、强风化、全风化和残积土 漂石、块石、卵石、碎石、圆砾、角砾 砾砂、粗砂、中砂、细砂、粉砂 黏土、粉质黏土 坚硬黏土、硬塑黏土、可塑黏土、软塑黏土、流塑黏土 松散砂土、稍密砂土、中密砂土、密实砂土 按密实度 按状态 岩石 碎石土 砂土 黏性土 特殊土 按土开挖的难易程度 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 。 表1.1 土的工程分类与现场鉴别方法 土的分类 土 的 名 称 可松性系数 现场鉴别方法 K S K’ s 一类土 ( 松软土 ) 砂，亚砂土，冲积砂土层，种植土，泥炭 ( 淤泥 ) 1.08～1.17 1.01～1.03 能用锹、锄头挖掘 二类土 ( 普通土 ) 亚粘土，潮湿的黄土，夹有碎石、卵石的砂，种植土，填筑土及亚砂土 1 . 14 ～ 1 . 28 1 . 02 ～ 1 . 05 用锹、锄头挖掘，少许用镐翻松 三类土 ( 坚土 ) 软及中等密实粘土，重亚粘土，粗砾石，干黄土及含碎石、卵石的黄土、亚粘土，压实的填筑土 1 . 24 ～ 1 . 30 1 . 04 ～ 1 . 07 要用镐，少许用锹、锄头挖掘，部分用撬棍 四类土 ( 砂砾坚土 ) 重粘土及含碎石、卵石的粘土，粗卵石，密实的黄土，天然级配砂石，软泥灰岩及蛋白石 1 . 26 ～ 1 . 32 1 . 06 ～ 1 . 09 整个用镐、撬棍，然后用锹挖掘，部分用楔子及大锤 五类土 ( 软石 ) 硬石炭纪粘土，中等密实的页岩、泥灰岩、白垩土，胶结不紧的砾岩，软的石炭岩 1 . 30 ～ 1 . 45 1 . 10 ～ 1 . 20 用镐或撬棍、大锤挖掘，部分使用爆破方法 六类土 ( 次坚石 ) 泥岩，砂岩，砾岩，坚实的页岩，泥灰岩，密实的石灰岩，风化花岗岩，片麻岩 1 . 30 ～ 1 . 45 1 . 10 ～ 1 . 20 用爆破方法开挖,部分用风镐 七类土 ( 坚石 ) 大理岩，辉绿岩，玢岩，粗、中粒花岗岩，坚实的白云岩、砂岩、砾岩、片麻岩、石灰岩，风化痕迹的安山岩、玄武岩 1 . 30 ～ 1 . 45 1 . 10 ～ 1 . 20 用爆破方法开挖 八类土 ( 特坚硬石 ) ) 安山岩，玄武岩，花岗片麻岩，坚实的细粒花岗岩、闪长岩、石英岩、辉长岩、辉绿岩、玢岩 1 . 45 ～ 1 . 50 1 . 20 ～ 1 . 30 用爆破方法开挖 二、土的基本性质 1 、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 式中 K S 、K S ′ —— 土的最初、最终可松性系数； V 1 —— 土在天然状态下的体积， m 3 ； V 2 —— 土挖出后在松散状态下的体积， m 3 ； V 3 —— 土经压(夯)实后的体积， m 3 。 土的最初可松性系数 K S 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 K s ′ 是计算填方所需挖土工程量的主要参数。 各类土的可松性系数 见表 1. 1 所示 。 2 、土的透水性 土的透水性（渗透性）：指土体被水透过的性质，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 （米 / 天）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。一般应通过室内渗透试验或现场抽水试验确定。 一般土的渗透系数见 表 1.2 所示 。 土的名称 渗透系数 ( m/d) 土的名称 渗透系数 ( m/d) 黏土、亚黏土 ＜ 0 . 1 含黏土的中砂 及纯细砂 20 ～ 25 亚 砂土 0 . 1 ～ 0 . 5 含黏土的 纯细砂及纯中砂 35 ～ 50 含黏土的粉砂 0 . 5 ～ 1.0 纯粗砂 50 ～ 75 纯粉砂 1.5 ～ 5 .0 粗砂加鹅卵石 50 ～ 100 含黏土的细砂 10 ～ 1 5 卵石 100 ～ 2 00 表 1 . 2 土的渗透系数参考表 3 、土的含水量 土的含水量：土中水的质量与固体颗粒质量之比的百分率。 式中： m 湿 —— 含水状态土的质量， kg； m 干 —— 烘干后土的质量， kg； m W —— 土中水的质量， kg； m S —— 固体颗粒经温度 105℃ 烘干后的质量， kg 。 土的含水量随气候条件、雨雪和地下水的影响而变化，对挖土的难易、边坡坡度、回填压实程度等有直接的影响。 4 、土的天然密度和干密度 土的天然密度 : 指在天然状态下，单位体积土的质量。 干密度 : 指土的固体颗粒质量与总体积的比值。 式中 ρ 、 ρ d —— 土的天然密度和 干密度 ， kg/m 3 ； m —— 土的总质量， kg； m S —— 固体颗粒质量， kg； V — 土的体积， m 3 。 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。 三、土方工程的内容及施工特点 1 、土方工程的内容 常见的土方工程有：场地平整、基坑（槽）的开挖、土方填筑、运输、压实等主要施工过程，以及场地清理、测量放线、施工排水、降水和土壁支护等准备与辅助工作。 2 、土方工程的施工特点 土石方施工工程量大、面广。 施工条件极为复杂，多为露天作业 ，易受地区气候条件影响 劳动强度较大 。 四、土方工程施工准备 1 、场地清理 包括：拆除房屋、古墓，拆迁或改建通信、电力线路以及上下水道或其他建筑物，迁移树木，去除耕植土及河塘淤泥等工作。 2 、排除地面水 场地内低洼地区的积水必须排除，同时应注意雨水的排除，使场地保持干燥，便于土方施工。 地面水的排除一般采用排水沟、截水沟、挡水土坝等措施。 3 、修筑临时设施 包括修筑临时道路、供水，供电及停机棚与修理间等临时设施。 第二节 场地平整 场地平整 ：就是将自然地面改造为工程所要求的设计平面。对于在地形起伏的场地，主要是削凸填凹，移挖方作填方。 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。 方格网法步骤： 确定场地设计标高 计算场地各点的施工高度 场地挖填土方量。 方格网法计算场地平整土方量 一、场地设计标高确定 确定场地设计标高时应考虑的因素： 满足生产工艺和运输的要求。 尽量利用地形，减少挖填方的数量。 争取在场地内挖填平衡，降低运输费。 有一定的泄水坡度，满足排水要求。 如果设计文件对场地设计标高无明确规定和特殊要求，可按照下述步骤和方法确定。 a ）地形图上划分方格； b ）设计标高示意图 1— 等高线； 2— 自然地面； 3— 设计标高平面； 4— 自然地面与设计标高平面的交线（零线） 图 1-1 场地设计标高计算简图 原则： 场地内挖填平衡，即场地内挖方总量等于填方总量。 （ 1 ）在地形图上将施工区域划分成边长为 10~40m 的若干个方格网 . 1 、初步计算场地设计标高 H 0 （ 2 ）确定各小方格角点的高程，方法： 1 ）可用水准仪测量； 2 ）可根据地形图上相邻两等高线的高程，用插入法求得 . 3 ）可用一条透明纸带，在上面画 6 根等距离的平行线，把该透明纸带放到标有方格网的地形图上，将 6 根平行线的最外两根分别对准 A 点和 B 点，这时 6 根等距离的平行线将 A 、 B 之间的 0.5m 或 1m( 等高线的高差 ) 分成五等分，于是便可直接读角点的地面标高。 图 1-2 插入法计算标高简图 图 1-3 插入法的图解法 h △ =0.5 X /L ， H 4 =44.0+ h △ H 4 =44.34 因为场地平整前后，土方量相等 式中： H 0 —— 场地设计标高的初步计算值（ m ）； a —— 方格边长（ m ）； N —— 方格个数； H 11 …… H 22 —— 任一方格的四个角点的标高。 从 图 1 － 1 中可知， H 11 系一个方格的角点标高， H 12 和 H 21 均系两个方格公共角点，它们分别在上式中要加一次、二次、因此，上式直接可改写成下列形式 : 式中： H 1 —1 个方格仅有的角点标高（ m ）； H 2 —2 个方格共有的角点标高（ m ）； H 3 —3 个方格共有的角点标高（ m ）； H 4 —4 个方格共有的角点标高（ m ） 2 、场地设计标高 H 0 的调整 原计划所得的场地设计标高 H 0 仅为一理论值，实际上，还需考虑以下因素进行调整。 (1) 土的可松性影响。 由于土具有可松性，一般填土会有多余，需相应地提高设计标高。设 Δh 为土的可松性引起设计标高的增加值，则设计标高调整后应为： H 0 ´ = H 0 + Δh 图 1-4 设计标高调整示意图 （ a ）理论设计标高 （ b ）调整设计标高 (2) 借土和弃土的影响。 由于场地内大型基坑挖出的土方、修筑路堤填高的土方，以及从经济观点出发，将部分挖方就近弃于场外，将部分填方就近取土于场外等，均会引起挖填土方量的变化。必要时亦需调整设计标高。 Q- 假定按初步场地设计标高 H 0 平整后多余或不足的土方量（ m 3 ）； n- 场地方格数； a- 方格边长（ m ）。 (3) 泄水坡度的影响。 当按调整后的同一设计标高进行场地平整时，则整个地表面均处于同一水平面；但实际由于排水的要求，场地表面需有一定的泄水坡度。因此，还得根据场地泄水坡度的要求 ( 单面泄水或双面泄水 ) ，计算出场地内各方格角点实际施工所用的设计标高。 图 1-5 单向泄水坡度的场地 H n =H 0 ″ ±li 图 1-6 双向泄水坡度的场地 H n =H 0 ″±l x i x ±l y i y 式中： H n — 场地内任一点的设计标高 ； l — 该点至 H 0 ″ -H 0 ″ 中心线的距离（ m ）； i — 场地单向泄水坡度； l x 、 l y — 该点沿 x-x 、 y-y 方向至场地中心线的距离； i y 、 i x — 该点沿 x-x 、 y-y 方向的泄水坡度 。 二、场地平整土方量计算 1 、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： 式中 h n —— 角点施工高度即填挖高度( m )，以 “ + ” 为填， “ - ” 为 挖 ； H n — 角点的设计标高（若无调整，即为场地的设计标高）； n — 方格的角点编号 ( 自然数列 1 ， 2 ， 3 ， … ， n) 。 2 、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”。零点位置按下式计算： 图 1.7 式中 x 1 、x 2 —— 角点至零点的距离， m； h 1 、h 2 —— 相邻两角点的施工高度( m )，均用绝对值 ； a— 方格网的边长（ m ） 。 确定零点的办法也可以用 图解法 ，方法是用尺在各角点上标出挖填施工高度相应比例，用尺相连，与方格相交点即为零点位置。将相邻的零点连接起来，即为 零线 。它是确定方格中挖方与填方的分界线。 图 1.7 3 、计算方格挖填土方量 （ 1 ） 四方棱柱体法。 ①按 方格底面积 计算，公式如 表 1.3 所列。 ②按 拟柱体计算 时（假设两端为两个平行面）则 （ a ）角点全填或全挖 (b) 角点二填或二挖 (c) 角点一填 ( 挖 ) 或三挖 ( 填 ) 填方部分： 挖方部分： 表 1 . 3 常用方格网点计算公式 项 目 图 式 计算公式 一点填方或挖方 (三角形) 两点填方或挖方 (梯形) 三点填方或挖方 (五角形) 四点填方或挖方 (正方形) （ 2 ）三 角棱柱体法。 三角棱柱体法，是将每一个方格顺地形的等高线沿对角线划分成两个三角形，然后分别计算每一个三角棱柱体的土方量。 ( (a) 全挖或全填 ( b) 有填有挖 图 1 － 8 三角棱柱体法 当三角形为全挖或全填时 〔 图 1 － 8(a)〕 ： 当三角形有填有挖时 〔 图 1 － 8(b)〕 ，则其零线将三角形分成两部分： 底面为四边形的楔体： 底面为 三角形的锥体 ： 4 、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。 三、土方调配 1 、土方调配目的 是在使土方运输量或土方运输成本最低的条件下，确定填、挖方区土方的调配方向和数量，已达到缩短工期和提高经济效益的目的。 2 、土方调配原则 1 ）挖填方基本平衡，减少重复倒运； 2 ）挖填方量与运距的乘积之和尽可能最小，即总土方运输量或运输费用最小； 3 ）好土应用在回填密实度要求较高的地区； 4 ）取土或弃土应尽量不占或少占农田； 5 ）分区调配应与全场调配相协调，避免只顾局部平衡、任意挖填而破坏全局平衡； 6 ）调配应与地下构筑物的施工相结合，地下设施的填土应留土后填； 7 ）选择恰当的调配方向、运输路线，土方运输无对流和乱流现象并便于极具调配、机械化施工。 3 、土方调配方案的编制 任务及步骤： 划分调配区 计算各调配区的土方量 计算每对挖、填方区之间的平均运距 确定挖方各调配区的土方调配方案 绘制土方调配图 （ 1 ）划分土方调配区 在场地平面图上先划出挖、填区的分界线 ( 零线 ) ，然后在挖方区和填方区适当地分别划出若干个调配区。划分时应注意以下几点： ① 划分应与建筑物的平面位置相协调，并考虑开工顺序、分期开工顺序。 ② 调配区的大小应满足土方机械的施工要求。 ③ 调配区范围应与场地土方量计算的方格网相协调，一般可由若干个方格组成一个调配区。 ④ 当土方运距较大或场地范围内土方调配不能达到平衡时，可考虑就近借土或弃土，一个借土区或一个弃土区可作为一个独立的调配区。 (2) 计算各调配区的土方量，并将它标注于图上。 ( 3) 求出每对调配区之间的平均运距 平均运距即挖方区土方重心至填方区土方重心的距离。因此，求平均运距，需先求出每个调配区的土方重心。其方法如下： 所有填挖方调配区之间的平均运距均需一一计算，并将计算结果列于土方平衡与运距表内。 当填、挖方调配区之间的距离较远，采用自行式铲运机或其他运土工具沿现场道路或规定路线运土时，其运距应按实际情况进行计算。 （ 4 ）用“表上作业法”求解最优调配方案 最优调配方案的确定，是以线性规划为理论基础，常用“表上作业法”求解。 （ 5 ）绘制土方调配图 调配方案确定后，绘制土方调配图 ( 如图1. 9 ) 。在土方调配图上要注明挖填调配区、调配方向、土方数量和每对挖填之间的平均运距。图中的土方调配，仅考虑场内挖方、填方平衡。 W 为挖方， T 为填方。 图 1.9 第三节 基坑（槽）工程 一、土方开挖 （一）定位与放线 1 、房屋定位 在基础施工之前根据建筑总平面图设计要求，将拟建房屋的平面位置和零点标高在地面上固定下来。 定位一般用经纬仪、水准仪和钢尺等测量仪器，根据主轴线控制点，将 外墙轴线的四个交点用木桩测设在地面上 ( 图 1.10 、图 1.11) 。 房屋外墙轴线测定后，根据建筑平面图将内部纵横的所有轴线都一一测出，并用木桩及桩顶面小钉标识出来。 图 1.10 建筑物定位示意图 图 1.11 建筑物定位施工图 2 、放线 1 ）基槽（坑）放线 房屋定位后，根据基础的宽度、土质情况、基础埋置深度及施工方法，计算确定基槽(坑)上口开挖宽度，拉通线后用石灰在地面上画出基槽(坑)开挖的上口边线即 放线 (图1. 12 )。 图 1.12 基槽（坑）放线示意图 2 ）柱基放线 在基坑开挖前，从设计图纸上查对基础的纵横轴线编号和基础施工详图，根据柱子的纵横轴线，用经纬仪在矩形控制网上测定基础中心线，同时在每个柱基中心线上，测定基础定位桩，每个基础的中心线上设置四个定位桩，其桩位离基础开挖线的距离为 0.5~1.0m 。若基础之间的距离不大，可每隔 1~2 个或几个基础打一定位桩，但两个定位桩的间距不超过 20m 为宜，以便拉线恢复中间柱基的中线。桩顶上钉一钉子，标明中心线的位置。然后按施工图上柱基的尺寸和按边坡系数确定的挖土边线的尺寸，放出基坑上口挖土灰线，标出挖土范围（如图 1.13 ）。 3 ）大开挖 大基坑开挖，根据房屋控制点用经纬仪放出基坑四周的挖土边线 图 1.13 柱基 放线示意图 3 、基槽开挖宽度的计算： 1)不放坡，不加挡土板支撑 2) 不放坡，但要留工作面 一般，当基槽(坑)底在地下水位以上时，每边要留出工作面宽度 ( 图1. 14 )，则基槽 放灰线尺寸为： 式中 d—— 基础放灰线宽， mm； a—— 基础底宽， mm； c— 工作面宽(一般 砖基础为： 200mm ；浆砌毛石、条石基础为 150mm ； 混凝土基础支模为：300 mm ；基础垂直面做防水层： 800mm( 防水面层 ) 。） 图 1.14 3) 留工作面并加支撑 当基础埋置较深，场地又狭窄不能放坡时，为防止土壁坍塌，必须设置支撑。此时，放灰线 尺寸除考虑基础底宽、工作面宽外，还需加上支撑所需尺寸(一般为100 mm)。 4) 放坡 如果基槽深度超过《土方和爆破工程施工及验收规范》的规定时，即使土质良好且无地下水 ，亦需根据挖土深度和土质情况，参照表1.5放坡。放灰线尺寸为( 图 1.15 )： 式中 b —— 放坡宽度， b=mh； m —— 坡度系数； h — 基槽开挖深度。 图 1.15 （二）土方边坡与土壁支撑 土壁的稳定，主要是由土体内摩擦阻力和粘结力来保持平衡，一旦土体失去平衡，土体就会塌方，这不仅会造成人身安全事故。同时会影响工期，有时还会危及附近的建筑物。 造成土壁塌方的原因主要有： ①边坡过陡，使土体的稳定性不足导致塌方；尤其是在土质差，开挖深度大的坑槽中。 ②雨水、地下水渗入土中泡软土体，从而增加土的自重同时降低土的抗剪强度，这是造成塌方的常见原因。 ③基坑上口边缘附近大量堆土或停放机具、材料，或由于行车等动荷载，使土体中的剪应力超过土体的抗剪强度。 ④土壁支撑强度破坏失效或刚度不足导致塌方。 为了防止塌方，保证施工安全，在基坑 ( 槽 ) 开挖时，可采取 放坡和做土壁支撑 的措施 1 、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. 16 )，即 土方边坡坡度= h/b=1/(b/h)=1∶m 式中 m=b/h 称为边坡系数。 图 1.16 放坡规定： 1 ）当地质条件良好、土质均匀且地下水位低于基坑(槽)或管沟底面标高时，其挖土深度不超过（表 1-4 ）中的规定的允许深度是，挖方边坡可做成直立壁不加支撑。 表 1 . 4 基坑（槽）或管沟不加支撑时的允许深度 项次 土的种类 允许深度 /m 1 密实、中密的砂土和碎石类土(充填物为砂土) 1.00 2 硬塑、可塑的粉土及粉质粘土 1.25 3 硬塑、可塑的粘土和碎石类土(充填物为粘性土) 1.50 4 坚硬的粘土 2.00 2 ）当地质条件良好，土质均匀且地下水位低于基坑(槽)或管沟底面标高时，挖方深度在5 m 以内且不加支撑的边坡的最陡坡度应符合 表 1.5 规定。 土的类别 边坡坡度(高∶宽 ) 坡顶无荷载 坡顶有静载 坡顶有动载 中密的砂土 1 ∶ 1 . 00 1：1.25 1：1.50 中密的碎石类土 ( 充填物为砂土 ) 1：0.75 1：1.00 1：1.25 硬塑的粉土 1：0.67 1：0.75 1：1.00 中密的碎石类土 ( 充填物为粘性土 ) 1：0.50 1：0.67 1：0.75 硬塑的粉质粘土、粘土 1：0.33 1：0.50 1：0.67 老黄土 1：0.10 1：0.25 1：0.33 软土 ( 经井点降水后 ) 1：1.00 -- -- 表1. 5 深度在5 m 内的基坑(槽)、管沟边坡的最陡坡度（不加支撑） 3 ） 永久性挖方边坡坡度应按设计要求放坡。使用时间较长的临时性挖方的边坡值应符合表 1.6 的规定。 表1. 6 使用时间较长临时性挖方边坡值 2 、土壁支护 基坑（槽）开挖，若受土质与周围场地条件限制不能按规定放坡或放坡开挖所增加的土方量太大，则可采用直立边坡加支护的施工方法。 （ 1 ）基槽支护 土壁支撑根据基坑（槽）及其深度和平面宽度大小可采用不同的形式。在开挖较窄的沟槽时，多用木挡板横撑式土壁支撑，由挡土板、楞木和工具式横撑组成（图 1.17 ）。 挡 土 板 放 置 方 式 不 同 水平挡土板 垂直挡土板 断续式 连续式 用于较潮湿的或散粒的黏土，，地下水很少，深度为 3~5m 用于松散的和湿度很高的土，地下水较少，挖土深度不限。 混合式挡土板 用于沟槽深度较大、下部有含水层的情况 适于能保持立壁的干土或天然湿度的黏土类土，地下水很少、深度在 3m 以内 图 1.17 （ 2 ）基坑支护 作用：确保支护结构能起挡土作用，基坑边坡保持稳定； 确保相邻的建（构）筑物、道路、地下管线的安全，不因土 体的变形、沉陷、坍塌受到危害；满足 本工程地下结构施工的要求。 按受力分类： 重力式支护结构 ： 深层搅拌水泥土围护墙、高压旋喷桩墙、 SWM 工法围护墙 非重力支护结构 ： 型钢横挡板围护墙、刚板桩、钢筋混凝土桩、地下连续墙 边坡稳定式结构 ： 土钉墙 1 ）深层搅拌水泥土围护墙 原理 ：是采用深层搅拌机就地将土和输入的水泥浆强行搅拌 , 形成连续搭接的水泥土柱状加固体挡墙（图 1.18 ）。 优点： 由于一般坑内无支撑 , 便于机械化快速挖土 ; 具有挡土、止水的双重功能 ; 一般情况下较经济 ; 施工中无振动、无噪音、污染少、挤土轻微 , 因此在闹市区内施工更显出优越性。 缺点： 位移相对较大 , 尤其在基坑长度大时；厚度较大 , 只有在红线位置和周围环境允许时才能采用，而且在水泥土搅拌桩施工时要注意防止影响周围环境。 适用条件 ： H ≤6m 的 任何平面形状的基坑 ， 另外深度大时可加筋 。 图 1.18 2 ）高压旋喷桩 原理 ：是利用高压经过旋转的喷嘴将水泥浆喷入土层与土体混合形成水泥土加固体 , 相互搭接形成排桩 , 用来挡土和止水。 优点 ：施工占地少、振动小、噪音较低。 缺点 ：容易污染环境，成本较高，对于特殊的不能使喷出浆液凝固的土质不宜采用。 适用条件 ： H ≤6m 的 任何平面形状的基坑 ；狭窄施工区域或贴近已有基础施工 时。 3 ） SWM （ Soil Mixing Wall ）工法围护墙（日本） 原理 ：以多轴型钻掘搅拌机在现场向一定深度进行钻掘，同时在钻头处喷出水泥系强化剂而与地基土反复混合搅拌，在水泥土混合体未结硬前插入 H 型钢或钢板形成一道具有一定强度和刚度的、连续完整的、无接缝的地下墙体。 优点 ：施工不扰动邻近土体，不会产生邻近地面下沉、房屋倾斜、道路裂损及地下设施移位等危害；有可靠的止水性；可在粘性土、粉土、砂土、砂砾土、 Φ100 以上卵石及单轴抗压强度 60MPa 以下的岩层应用；可成墙厚度 550 ～ 1300mm （常用厚度 600mm ）；成墙深度较大（目前最大深度为 65m, 视地质条件尚可施工至更深）；所需工期较其他工法为短；废土外运量远比其他工法少。 4 ）型钢横挡板围护墙 由工字钢和横挡板组成，再加上为邻、支撑等形成支护体系。 原理 ：将工字钢或 H 型钢沿挡土位置预先打入，间距为 1.0~1.5m ，然后边挖方，边将 3~6cm 厚的挡土板塞入型钢桩之间挡土，在横向挡板与型钢之间打入楔子，使横板与土体紧密接触。 优点： 施工成本低，沉桩易，噪声低，振动小，是最常见的一中简单经济的支护方法。 缺点： 不能止水，易导致周边地基产生下沉（凹）。 适用条件 ：适用适用土质较好、地下水位较低的地区。 5 ）钢板桩 钢板桩是最常用的一种板桩围护墙。钢板桩是带有锁口的一种型钢，常用的有 Z 形、波浪形（拉尔森式）、一字形、组合形（见图 1.19 ）等。 优点 ：材料质量可靠，在软土地区打设方便，施工速度快而且简便；有一定的挡水能力，可多次重复使用。 缺点 ：一般钢板桩的刚度不够大，用于较深的基坑时支撑工作量较大，否则变形较大；在透水性较好的土层中不能完全挡水；拔出时易带土，如处理不当回引起土层移动，可能危害周围的环境。 适用情况 ：周围环境要求不甚高的深不超过 4 米（波浪形 5~8 米）的基坑。 图 1.19 6 ）钻孔混凝土灌注桩 原理 ：利用钻孔机械钻出桩孔，并在孔中浇筑混凝土 ( 或先在孔中吊放钢筋笼 ) 而成的桩。 桩类型：钻孔灌注桩、沉管灌注桩、挖孔灌注桩。 优点 ：施工无噪声、无振动、无挤土，刚度大，抗弯能力强，变形小。 缺点 ：间隔排列，不具备止水功能，地下水位高时，需另做挡水帷幕。 适用情况 ： 钻孔桩： h7~13m 的基坑，深基坑支护 φ600—1100mm 沉管桩： h10 ｍ以下 , φ500—800 mm 挖孔桩：单层地下室 φ800—1200 mm 7 ）地下连续墙（ 详见第二章 ） 原理 ：是于基坑开挖前，利用各种挖槽机械，借助于泥浆的护壁作用，在地下挖出窄而深的沟槽，并在其内浇注适当的材料而形成一道具有防渗（水）、挡土和承重功能的连续的地下墙体。 优点 ：对周围环境影响小，能紧邻建筑物等进行施工；刚度大、整体性好，变形小；防渗性能好（由于墙体接头形式和施工方法的改进，使地下连续墙几乎不透水）；可用于逆做法施工；占地少，可以充分利用建筑红线以内有限的地面和空间。 缺点 ： 如果施工方法不当或施工地质条件特殊，可能出现相邻墙段不能对齐和漏水的问题；地下连续墙如果用作临时的挡土结构，比其它方法所用的费用要高些。 适用情况 ：各种深基础。 8 ）土钉墙 原理 ：由天然土体通过土钉墙就地加固并与喷射砼面板相结合，形成一个类似重力挡墙（图 1.20 ）以此来抵抗墙后的土压力；从而保持开挖面的稳定，这个土挡墙称为土钉墙。土钉墙是通过钻孔、插筋、注浆来设置的，一般称砂浆锚杆，也可以直接打入角钢、粗钢筋形成土钉。 优点 ：成土钉复合体、显著提高边坡整体稳定性和承受边坡超载的能力；施工设备简单，由于钉长一般比锚杆的长度小的多，不加预应力所以设备简单； 随基坑开挖逐层分段开挖作业，不占或少占单独作业时间，施工效率高，占用周期短； 施工不需单独占用场地，对现场狭小，放坡困难，有相邻建筑物时显示其优越性；土钉墙成本费较其他支护结构显著降低； 施工噪音、振动小，不影响环境；土钉墙本身变形很小，对相邻建筑物影响不大。 适用情况 ：非软土场地；基坑深度不大于 12m ；地下水位高于基坑底面时，应采取降水或截水措施。 施工工序： （初喷底层砼） 钻孔 放筋 注浆 绑钢筋网 喷第二层砼（面层） 图 1.20 （三）验槽 基坑挖至基底设计标高并清理后，施工单位必须会同勘察、设计、建设 ( 或监理 ) 等单位共同进行验槽，合格后方能进行基础工程施工。 1 、验槽目的 （ 1 ）检验勘察成果是否符合实际 　通常勘探孔的数量有限，布设在建筑物外围轮廓线 4 角与长边的中点。基槽全面开挖后，地基持力层土层完全暴露出来，首先检验勘察成果与实际情况是否一致？勘察成果报告的结论与建议是否正确和切实可行？地基土层是否到达设计时由地质部门给的数据的土层，是否有差别，如有不相符的情况，应协商解决，修改设计方案，或对地基进行处理等措施。 （ 2 ）基础深度是否达到设计深度，持力层是否到位或超挖，基坑尺寸是否正确，轴线位置及偏差、基础尺寸是否符合设计要求，基坑是否积水，基底土层是否被搅动。 　　 2 、验槽的主要内容 不同筑物对地基的要求不同，基础形式不同，验槽的内容也不同，主要有以下几点： (1) 根据设计图纸检查基槽的开挖平面位置、尺寸、槽底深度；检查是否与设计图纸相符，开挖深度是否符合设计要求； (2) 仔细观察槽壁、槽底土质类型、均匀程度和有关异常土质是否存在，核对基坑土质及地下水情况是否与勘察报告相符； (3) 检查基槽之中是否有旧建筑物基础、古井、古墓、洞穴、地下掩埋物及地下人防工程等； (4) 检查基槽边坡外缘与附近建筑物的距离，基坑开挖对建筑物稳定是否有影响； (5) 检查核实分析钎探资料，对存在的异常点位进行复核检查。 3 、验槽的方法 主要采用观察法，对于基底以下的土层不可见部位，要辅以钎探进行。 （ 1 ）观察法 1 ）观察槽壁、槽底的土质情况，验证基槽开挖深度，初步验证基槽底部土质是否与勘察报告相符，观察槽底土质结构是否被人为破坏。 2 ）基槽边坡是否稳定，是否有影响边坡稳定的因素存在，如地下渗水、坑边堆载或近距离扰动等 ( 对难于鉴别的土质，应采用洛阳铲等手段挖至一定深度仔细鉴别 ) 。 3 ）基槽内有无旧的房基、洞穴、古井、掩埋的管道和人防设施等。如存在上述问题，应沿其走向进行追踪，查明其在基槽内的范围、延伸方向、长度、深度及宽度。 4 ）在进行直接观察时，可用袖珍式贯入仪作为辅助手段。 （ 2 ）钎探 基础开挖达到设计标高后，按规定对基础底面以下的土层进行探察，探察是否存在坑穴、古墓、古井、防控掩体及地下埋设物等。 （ 1 ）钢钎（图 1.21 （ a ）） 方法：用锤将钢钎打入土中一定深度，从锤击数量和入土难易程度判断土的软硬程度，如钢钎急剧下降，说明该处有空洞或墓穴。 钎孔的间距、布置方式和深度，要根据基坑的大小、形状、土质等确定。 （ 2 ）洛阳铲（图 1.21 （ c ）） 方法：根据洛阳铲入土难易程度判断土的软硬程度。 （ 3 ）探孔 根据土质和建筑物重要性决定钎探深度，一般为 3~7 米，浅探只要探到天然土层以下 0.5 米处即可。 （ 4 ）夯探 方法：采用人工夯，在基槽内部按照一定顺序依次夯探，根据声音来确定基槽内部有无墓穴、坑洞等现象，如果存在墓穴等现象，夯探得声音很沉闷，与一般土层声音不一样。 图 1.21 基坑钎探 （ a ） 钢钎 （ b ） 基坑钎探示意图 （ c ） 洛阳铲 二、基坑排水 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，必须做好基坑的排水、降水工作，常采用的措施是集水井降水法和井点降水法。 （一）集水井降水法 方法 ：在开挖基坑或沟槽时，沿坑底的周围或中央开挖排水沟，设置集水井，使水在重力作用下经排水沟流入集水井区，然后用水泵抽出坑外 ( 见图 1.22) 。 适用于 ：降水深度较小且地层中无流砂时。 水坑设置 ： 平面：设在基础范围外，地下水上游 排水沟：宽 0.2 ～ 0.3m 深 0.3 ～ 0.6 沟底设纵坡 0.2% ～ 0.5% 始终比挖面低 0.4 ～ 0.5m 集水坑：宽径 0.6 ，土面 0.7 ～ 1.0m ，防边坡失稳 图 1.22 （二）流砂的形成与防治 1 、流砂现象 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，当挖至地下水位以下时，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 流砂现象 。 2 、流砂产生的原因 主要是水在土体中渗流所产生的动水压力作用的结果。 动水压力（渗透力） ：水在土中流动的过程中将受到土阻力的作用，使水头逐渐损失。同时，水的渗透将对土骨架产生拖曳力，导致土体中的应力与变形发生变化。这种渗透水流作用对土骨架产生的拖曳力称为渗透力（动水压力）。 水头差越大，动水压力越大，而渗透路程越长，动水压力越小。 当动水压力等于或大于土的浸水浮重度时，土粒失去自重，处于悬浮状态，土的抗剪强度等于零，土粒能随着渗流水一起流动。 3 、流砂的防治办法 原则 ：治流砂必治水 途径 ：消除、减小或平衡动水压力 具体措施 ： ①利用枯水期施工，以便减小坑内外水位差，减小动水压力。 ②打钢板桩 将钢板桩沿基坑周围打入坑底一定深度，增加地下水从坑外流入坑内的渗透路线，减小动水压力，防止流砂发生。 ③水下挖土 就是不排水施工，使坑内外水压相平衡，使其无发生流砂的条件，一般深井挖土均采用此法。 　　 ④设地下连续墙 以供承重、护壁，并达到截水防止流砂的发生。 ⑤人工降低地下水 采用轻型井点、管井井点等进行的方法进行土方施工，使动水压力方向向下，增大土粒间的动力，从而有效地制止流砂现象发生 ⑥抛大石块、快速施工 如在施工过程中发生局部或轻微的流砂现象，可组织人力分段抢挖，时挖土速度超过冒砂速度，挖至标高后，立即铺设芦席并抛大石块，增加动水压力。 （三）井点降水 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井 ( 管 ) ，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，从根本上解决地下水涌入坑内的问题，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点 ) ；另一类为管井点 ( 深井泵 ) 。 对不同的土质应采用不同的降水形式， 表 1.7 为常用的降水形式。 表 1 . 7 降水类型及适用条件 适合条件 井点类型 渗透系数( m/d) 降低的水位深度( m) 轻型井点 一级轻型井点 0.1~50 3～6 多级轻型井点 0.1~50 视井点级数而定 喷射井点 0.1~50 8～20 电渗井点 ＜ 0.1 视选用的井点而定 深井井管 20~200 ＞10 1 、轻型井点 轻型井点 ( 图 1.23) 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。 （ 1 ）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 1.24) 为进水设备，通常采用 1.0~1.5m 、直径 ¢38mm 或 ¢50mm 的无缝钢管。其构造是否合理对抽水设备影响很大。 井点管为直径 ¢38mm 或 ¢50mm 、长 5~7m 的钢管，上端用弯联管与总管相连。 集水总管为直径 ¢100~¢127mm 的无缝钢管，每段长 4m ，装有与井点管的短接头，间距为 0.8 或 1.2m 。 图 1.23 图 1.24 （ 2 ）轻型井点的布置 影响布置的因素 ：基坑平面形状及尺寸、基坑深度、土质、地下水位的高低及流向、降水深度等因素。 当基坑或沟槽宽度小于 6m ，水位降低深度不超过 5m 时，可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 1.25) 。 图 1.25 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6 m。 井点管的埋设深度 H( 不包括滤管)按下式计算( 图1. 25 ( b) )： 式中 H 1 —— 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0.5～1.0 m； 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。 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 1.26) ；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 图 1.26 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1.2 7 ）。 图 1.27 （ 3 ）轻型井点的安装 轻型井点的施工分为准备工作及井点系统安装。 1 ）准备工作 包括井点设备、动力、水泵及必要材料准备，排水沟的开挖，附近建筑物的标高监测以及防止附近建筑沉降的措施等。 2 ）埋设井点系统的顺序 根据降水方案放线定位 挖管沟 布设总管 冲孔 沉井点管 埋砂滤层 上部粘土封口 弯联管连接井点管与总管 安装抽水设备 试抽。 井点管的埋设一般用水冲法施工，分为冲孔 ( 图 1.28(a)) 和埋管 ( 图 1.28(b)) 两个过程 。 图 1.28 （ 4 ）轻型井点使用 轻型井点运行后，应保证连续不断地抽水，时抽时停，滤网容易堵塞，出水浑浊并引起附件建筑物由于土颗粒流失而沉降、开裂，同时由于中途停抽，使地下水回升，也可能引起边坡塌方等事故。 井点淤塞，一般可以通过听管内水流声响、手摸管壁感到有振动，正常工作的井管手触摸管壁有冬暖夏凉的感觉。 地下基础工程 ( 或构筑物 ) 竣工并进行回填土后，停机拆除井点排水设备。 2 、喷射井点 适用范围 ：当基坑开挖较深，降水深度要求大于 6m 时，采用一般轻型井点不能满足要求，采用多级井点又不经济是，可以采用喷射井点，其降水深度可达 20m 。 原理 ：喷射井点降水是在井点管内部装设特制的喷射器，用高压水泵或空气压缩机通过井点管中的内管向喷射器输入高压水（喷水井点）或压缩空气（喷气井点）形成水气射流，将地下水经井点外管与内管之间的缝隙抽出排走。 3 、电渗井点 适用范围： 在深基础工程施工中 , 有时会遇到渗透系数小于 0.1m/d 的土层 , 这类土含水量大 , 压缩性高 , 稳定性差。由于土粒间微小孔隙将水保持在孔隙内，单靠用真空吸力的一般降水方法效果不佳，此时，必须采用电渗井点降水。 原理： 井点管作阴极，在其内侧相应地插入钢筋或钢管做阳极，通入直流电后，在电场的作用下，使土中的水流加速向阴极渗透，流向井点管。 4 、管井井点 适用条件： 土的渗透系数大（ 20~200m/d ）、地下水量大的土层中。 方法： 管井井点就是沿基坑每隔一定距离设置一个管井，每个管井单独用一台水泵不断抽水来降低水位。 5 、深井井点 当降水超过 15m 时，在管井井点采用一般的潜水泵和离心泵满足不了降水的要求，可加大管井深度，改采用深井泵即深井井点来解决。 深井井点一般可降低水位 30--40m ，有的甚至可以达到 100m 以上。 6 、井点降水对邻近建筑物的影响和预防措施 （ 1 ）影响 井点降水会导致周围的建筑物基础下沉、房屋开裂。 （ 2 ）防止措施 回灌井点法：在降水井点与需要保护的原建筑物间设置一排井点。在降水的同时，回灌井点向土层内流入适量的水，使原建筑物下保持原有的地下水位，防止或减少由于井点降水导致原建筑物的沉降或沉降程度。 设置止水帷幕法：降水井点区域与原建筑物之间设置一道止水帷幕，使基坑外地下水的渗流路线延长，从而原建筑物的地下水位基本保持不变。 减缓降水速度法：减缓井点的降水速度，防止土颗粒随水流流出，可采取加长井点，调小离心泵，根据土的检验改换滤网，加大砂滤层厚度等措施，防止抽水过程中带出土颗粒。 三、基坑、基槽土方量计算 1 、基坑土方量计算 按立体几何中的拟柱体（由两个平行的平面做底的一种多面体）体积公式计算（见图 1.29 ）。 图 1.29 基坑土方量计算 式中 H —— 基坑深度（ m ）。 A1 、 A2—— 基坑上下两底面积（ m 2 ）。 A0 —— 基坑中截面面积（ m 2 ）。 2 、基槽土方量计算 基槽的土方量可以沿长度方向分段后，再用拟柱体计算（见图 1.30 ）。 图 1.30 基槽土方量计算 式中 V 1 、 V 2 … 、 V n —— 各分段的土方量（ m 3 ）。 式中 V 1 —— 第一段的土方量（ m 3 ）。 L 1 —— 第一段的长度（ m ）。 1 将各段土方量相加即得 总土方量 ： 四、土方填筑 1 、土粒选择 填方土料应符合设计要求，如设计无要求时，应符合下列规定： 1 ）碎石类土、砂土和爆破石渣（粒径不大于每层铺厚的 2/3 ）可用于表层下的填料； 2 ）含水量符合压实要求的粘性土，可用作各层填料； 3 ）碎块草皮和有机质含量大于 8% 的土，仅用于无压实要求的填方； 4 ）淤泥和淤泥质土一般不能用作填料，但在软土或沼泽地区，经过处理使含水量符合压实要求后，可用于填方中的次要部位； 5 ）有水溶性硫酸盐大于 5% 的土，不能用作回填土，在地下水作用下，硫酸盐会逐渐溶解流失，形成孔洞，影响土的密实性。 6 ）冻土、膨胀性土等不应作为填方土料。 2 、填筑要求 填土可以采用人工和机械填土，要求如下： 填土应分层进行，并尽量采用同类土填筑。换土回填时，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一起使用，以免填方内形成水囊。 当填方位于倾斜的山坡上时，应将斜坡挖成阶梯状，以防填土横向移动。 回填基坑和管沟时，应从四周或两侧均匀地分层进行，以防基础和管道在土压力作用下产生偏移或变形。 回填以前，应清除填方区的积水和杂物，如遇软土、淤泥，必须进行换土回填。在回填时，应防止地面水流入，并预留一定的下沉高度 ( 一般不得超过填方高度的 3%) 。 3 、填土压实方法 填土的压实方法一般有：碾压、夯实、振动压实。对于大面积填土工程，多采用碾压压实。对较小面积的填土工程，则宜用夯实机具进行压实。 （ 1 ）碾压法 原理： 是利用机械滚轮的压力压实土壤，使之达到所需的密实度。 碾压机械有平碾、羊足碾和气胎碾。 平碾又称光碾压路机 ( 如图 1.31 所示 ) ，适于压实砂类土和黏性土，适用土类范围较广；羊足碾 ( 如图 1.32 所示 ) 只能用来压实粘性土壤；气胎碾 ( 如图 1.33 所示 ) 对土壤压力较为均匀，故其填土质量较好。 用碾压法压实壤土时，铺土应均匀一致，碾压遍数要一样，碾压方向应从填土区的两边逐渐压向中心，每次碾压应有 15 ～ 20cm 的重叠。碾压机械进行大面积填方碾压，宜采用 “薄填、低速、多遍” 的方法。 （ a ） （ b ） 图 1.32 羊足碾 图 1.31 平碾（光轮压路机） 图 1.33 气胎碾 （ 2 ）夯实法 原理： 是利用夯锤自由下落的冲击力来夯实填土。 夯实机械有夯锤、内燃夯土机和蛙式打夯机等。 优点： 夯实机械具有体积小、质量小、对土适应性强等特点。 适用 ：较厚土层，在工程量小或作业面受限制的条件下尤为适用。 （ 3 ）振动压实法 原理： 是将振动压实机放在土层表面，借助振动机构使压实机振动土颗粒，土的颗粒发生相对位移而达到紧密状态。 适用： 非粘性土。 4 、影响填土压实的主要因素 填土压实的主要影响因素为压实功、土的含水量以及每层铺土厚度。 （ 1 ） 压实功的影响 填土压实后的密度与压实机械在其上所施加功的关系见图 1.34 。 当土的含水量一定，在开始压实时，土的密度急剧增加，待接近土的最大密度时，压实功虽然增加许多，而土的密度则变化很小。 实际施工中， 在压实机械和铺土厚度一定的条件下，压实一定的遍数即可， 过多的增加压实遍数对提高土的密度作用不大。 图 1.34 （ 2 ）含水量的影响 填土含水量的大小直接影响碾压 ( 或夯实 ) 遍数和质量。 较为干燥的 土，由于摩阻力较大，而不易压实；当 含水量超过一定限度 时，土颗粒之间孔隙由水填充而呈饱和状态，也不能压实。 当土具有适当含水量时，土的颗粒之间因水的润滑作用使摩阻力减小，在同样压实功作用下，得到最大的密实度，这时土的含水量称做 最佳含水量 ( 图 1.35 ) 。 各种土的最佳含水量和最大干密度见 表 1.8 所示。 （ 3 ）铺土厚度的影响 在压实功作用下，土中的应力随深度增加而逐渐减小 (图 1.36 )，其压实作用也随土层深度的增加而逐渐减小。 各种压实机械的压实影响深度与土的性质和含水量等因素有关。 铺土过厚 ，下部土体所受压实作用力小于土体本身的粘结力和摩擦力，土颗粒不能相互移动，无论压实多少遍，填方也不能被压实； 铺土过薄 ，则下层土体压实次数过多，而受剪切破坏。 最优的铺土厚度 应能使填方压实而机械的功耗费最小。对于重要填方工程，其达到规定密实度所需的压实遍数、铺土厚度等应根据土质和压实机械在施工现场的压实试验决定。若无试验依据应符合 表 1.9 的规定。 图 1.35 图 1.36 表1. 8 土的最佳含水量和最大干密度参考表 项次 土的种类 变动范围 最佳含水量(%) (质量比) 最大干密度 ( g/cm 3 ) 1 砂土 8～12 1.80～1.88 2 粘土 19～23 1.58～1.70 3 粉质粘土 12～15 1.85～1.95 4 粉土 16～22 1.61～1.80 表1. 9 填土施工时的分层厚度及压实遍数 压实机具 分层厚度( mm) 每层压实遍数 平碾 250～300 6～8 振动压实机 250～350 3～4 柴油打夯机 200～250 3～4 人工打夯 ＜200 3～4 5 、压实质量检验 填土压实后必须要达到密实度要求，填土密实度 以设计规定的控制干密度 ρ d ( 或规定的压实系数 λ c ) 作为检查标准。 压实系数 λ c ： 土的控制干密度与最大干密度之比。 填土控制干密度 ρ d ：土的最大干密度乘以规范规定或设计要求的压实系数。 土的实际干密度可用“环刀法”测定。 当土的实际干密度 ρ 0 ≥ ρ d ，则压实合格；当 ρ 0 ＜ ρ d 则压实不够，应采取相应措施，提高压实质量。 第四节 土方施工机械 一、推土机 推土机是土方工程施工的主要机械之一，是在履带式拖拉机上安装推土板等工作装置而成的机械。 常用推土机的发动机功率有 45 、 75 、 90 、 120 （ kW ）等数种。推土板有索式和液压操纵两种 1 、分类 按 行 走 的 方 式 履带式推土机 轮胎式推土机 强行驶速度快，灵活性好 附着力强，爬坡性能好，适应性 2 、优点 操纵灵活、运转方便、所需工作面较小、行驶速度快、能爬 30° 左右的缓坡 3 、适用 场地平整、清理、平沟坑、挖浅基坑； 1 － 3 类土。 4 、施工方法 下坡推土（图 1.37 （ a ））：顺地面坡度沿下坡方向切土和推土，借自重，增加推土能力，适用于狭长场地。 并列推土（图 1.37 （ b ）） ： 2 ～ 3 台机平排，增大推土量，适用于大面积场地。 槽形推土（图 1.37 （ c ）） ：多次在一条作业线上工作，使地面形成一条浅槽，以减少从铲刀两侧散漏，增大推土量。 多铲集运（图 1.37 （ d ）） ：多次铲土，一次推送，缩短运时，适用于硬质土。 (c) 槽形推土 (a) 下坡推土法 (b) 并列推土 图 1.37 推土机施工方法 （ d ）多铲集运 二、铲运机 是一种能综合完成全部土方施工工序 ( 挖土、装土、运土、卸土和平土 ) 的机械。 1 、分类 按行走方式： 自行式铲运机和拖式铲运机两种。 按铲斗的操纵系统：索式操纵和液压操纵两种。 2 、特点 操作灵活，速度快，生产率高，费用低 3 、适用 开挖大基坑、填筑堤坝，路基。含水量不超过去时 27 ％一～三类土。 4 、路线 根据填、挖方区分布情况，结合当地具体条件，合理选择运行路线，提高生产率。一般有环形路线（图 1.38 ）和“ 8” 字形路线（图 1.39 ）两种形式。 5 、施工方法 下坡铲土法：借自重 跨铲法：形成土槽 增加铲量，适用于较坚硬的土质 助铲法：与推土机协作业 图 1.38 适用于：施工地段较短，地形起伏不大 图 1.39 适用于：施工地段较长，地形起伏较大 三、单斗挖掘机 单斗挖土机按工作装置不同，可分为正铲、反铲、拉铲和抓铲四种。 1 、正铲挖土机 1 ）工作特点 前进行驶，铲斗由下向上强制切土，挖掘力大，生产效率高。 2 ）适用于 开挖含水量不大于 27% 的一至四类土，且与自卸汽车配合完成整个挖掘运输作业；可以挖掘大型干燥基坑和土丘等。 3 ）开挖方式 根据开挖路线与运输车辆的相对位置的不同，挖土和卸土的方式有以下两种： 正向挖土，侧向卸土 ( 图 1.40(b)) ；正向挖土，反向卸土 ( 图 1.40(a)) 图 1.40 2 、反铲挖土机 1 ）工作特点 机械后退行驶，铲斗由上而下强制切土 2 ）适用 开挖停机面以下的一至三类土，适用于挖掘深度不大于 4m 的基坑、基槽、管沟，也适用湿土、含水量较大的及地下水位以下的土壤开挖。 3 ）反铲挖土机的开行方式 沟端开挖 ( 图 1.41(a)) ：反铲挖土机停在沟端，向后退着挖土。 沟侧开挖 ( 图 1.41(b)) ：在沟槽一侧挖土，挖土机移动方向与挖土方向垂直。 图 1.41 3 、拉铲挖掘机 拉铲挖土机工作时利用惯性，把铲斗甩出后靠收紧和放松钢丝绳进行挖土或卸土。 1 ）挖土特点 后退向下，自重切土。 2 ）适用于 开挖停机面以下一类至三类的土，可开挖较大基坑 ( 槽 ) 和沟渠，挖取水下泥土，也可用于填筑路基、堤坝等。其挖土深度和挖土半径都很大。 3 ）开挖方式 与反铲挖掘机类似，有沟端开挖和沟侧开挖两种。 4 、抓铲挖掘机 1 ）挖土特点 直上直下，自重切土，挖土力较小。 2 ）适用于 开挖较松软的土；对施工面狭窄而深的基坑、深槽、深井效果理想；还可用于挖取水中淤泥，装卸碎石、矿碴等松散材料。 3 ）开挖方式 抓铲挖土时，通常立于基坑一侧进行，对较宽的基坑则在两侧或四侧抓土。 四、土方机械的选择 土方机械的选择，通常应根据工程特点和技术条件提出几种可行方案，然后进行技术经济分析比较，选择效率高、综合费用低的机械进行施工。 1 、土方机械选择的原则 施工机械的选择应与施工内容相适应； 土方施工机械的选择与工程实际情况相结合； 主导施工机械确定后，要合理配备完成其他辅助施工过程的机械； 选择土方施工机械要考虑其他施工方法，辅助土方机械化施工。 2 、土方开挖方式与机械选择 (1) 平整场地 常由土方的开挖、运输、填筑和压实等工序完成。 地势较平坦、含水量适中的大面积平整场地，选用铲运机较适宜。 地形起伏较大，挖方、填方量大且集中的平整场地，运距在 1000m 以上时，可选择正铲挖土机配合自卸车进行挖土、运土，在填方区配备推土机平整及压路机碾压施工。 挖填方高度均不大，运距在 100m 以内时，采用推土机施工，灵活、经济。 （ 2 ）地面上的坑式开挖 单个基坑和中小型基础基坑开挖，在地面上作业时，多采用抓铲挖土机和反铲挖土机。抓铲挖土机适用于一、二类土质和较深的基坑；反铲挖土机适于四类以下土质，深度在 4m 以内的基坑。 (3) 长槽式开挖 指在地面上开挖具有一定截面、长度的基槽或沟槽。 挖大型厂房的柱列基础和管沟，宜采用反铲挖土机； 若为水中取土或土质为淤泥，且坑底较深，则可选择抓铲挖土机挖土。 若土质干燥，槽底开挖不深，基槽长 30m 以上，可采用推土机或铲运机施工。 （ 4 ）整片开挖 对于大型浅基坑且基坑土干燥，可采用正铲挖土机开挖。若基坑内土潮湿，则采用拉铲或反铲挖土机，可在坑上作业。 (5) 对于独立柱基础的基坑及小截面条形基础基槽的开挖 采用小型液压轮胎式反铲挖土机配以翻斗车来完成浅基坑 ( 槽 ) 的挖掘和运土。 思考题： 1 、产生流砂的原因是什么？如何防治？ 2 、影响填土压实的因素有哪些？ 3 、某建筑场地方格网如图，方格边长 20m ，双向排水， i x =2 ‰ ， i y =3 ‰ ，按挖填平衡原则确定场地设计标高（不考虑土的可松性等影响），并计算填、挖土方量。 Ⅰ —Ⅰ Ⅱ —Ⅰ Ⅱ —Ⅱ Ⅰ —Ⅱ 1 5 4 3 2 8 7 6 9 28.1 27.6 27.2 27.7 28.0 28.3 29.0 29.2 28.5