第一章土方工程本章重點：1、土方量的計算、場地計劃標高確定的方法；2、輕型井點設計和回填土的質量要求及檢驗標準；3、土壁失穩和產生流砂、管涌的原因，及相應的防治措施4、土方工程施工及土方填筑和壓實的基本方法。§1．1概述1、土方工程內容2、土方工程的特點3、土方工程施工前應準備資料4、土的工程分類5、土的工程性質6、土方邊坡1、土方工程內容土方工程內容：

挖、填、運排水、降水、土壁支撐（挖要挖的安全填要填的密實）2、土方工程的特點：1）工程量大，勞動力或機械設備用量大且施工工期較長；2）施工難度較大，受地質、水文、氣候、地下障礙物等因素影響；3）事故多，基坑深度、面積大的易出現較大事故。3、土方工程施工前應準備資料1）當地實測地形圖（包括測量成果），比例一般為1：500～1：1000；2）原有地下管線、構筑物的竣工圖；3）土石方施工圖或基礎結構圖；4）工程地質資料；5）平面控制樁和水準點的有關資料；6）施工組織設計或施工方案：由施工單位編制且經上級技術主管部門批準，并已得到建設單位和監理單位審核；地下室工程的土方工程，必須經市級建設主管部門組織的技術專家組審核通過4、土的工程分類：土的分類繁多，其分類法也很多，如按土的沉積年代、顆粒級配、密實度、液性指數分類等。在土木工程施工中，按土的開挖難易程度將土分為八類。5、土的工程性質：土的質量密度含水量滲透性可松性壓縮性沉降量等5、土的工程性質：1）土的質量密度天然密度干密度5、土的工程性質：2）土的含水量含水狀態時土的質量土烘干后的質量土的含水量會影響：

土方施工方法的選擇，邊坡的穩定，回填土的質量。回填土的回填質量的影響更為明顯：回填土的質量控制為獲取最大干重度，而最大干重度的獲得必需有最佳含水量，方能將土夯壓密實。wrdrdmax最佳含水量5、土的工程性質：3）土的滲透性是指水在土體中滲流的性能。一般用滲透系數K表示。影響：降水方案的選擇和涌水量的計算5、土的工程性性質：4）土的可松性土具有可松性，，自然狀態下的的土經開挖后，，其體積因松散散而增加，稱為為土的最初可松松性，以后雖雖經回填壓實，，仍不能恢復到到原來的體積，，稱為土的最終終可松性。最初可松性系數數最終可松性系數數2、土的可松性性的用途：土方量的平衡調調配，確定運土土機具的數量及及棄土體積，以以及計算基坑填填土所需的填方方量。1)計算挖土的體積積：實際的基坑大小小，即指在自然然狀態下土的體體積2)機具運土的體積積：開挖后松散體積積即即3)現場預留土方量量作為回填土：：基坑回填體積=基坑體積—基基礎在基坑內的的體積4）有有：：5、土的工程性性質：6、土方邊坡1）邊坡的表示示方法為1：m，m為坡度系系數即：土方邊坡坡度=（（m越大越平緩））6、土方邊坡2）影響坡度的的因素：土質、、開挖深度、開開挖方法、施工工工期、地下水水位、坡頂荷載載的大小、及氣氣候條件。3）m的確定原原則：保證土體穩定、、施工安全，又又要節省土方§1．2土方量計算的基基本方法1、基坑（槽））和路堤的土方方量計算2、場地平整土土方量計算———方格網法3、例題1、基坑（槽））和路堤的土方方量計算1）基坑（槽））：基坑（槽））和路堤的土方方量按擬柱體體體積計算公式計計算：1、基坑（槽））和路堤的土方方量計算2、場地平整土土方量計算—方方格網法方格網大小（a×a）：10m×10m，，15m×15m，20m××20m，25m×25m，，30m×30m，35m××35m，40m×40m，，45m×45m，50m××50m。1）四方棱柱體體法半挖半填一挖三填（三挖一填）全挖或全填2、場地平整土土方量計算—方方格網法2、場地平整土土方量計算—方方格網法2）三棱柱體計計算法全挖全填：部分挖填：2、場地平整土土方量計算—方方格網法例1．按下圖計計算基坑的挖方方量解：由擬柱體體公式得：上口面積：坑底面積：中間截面積：：代入上列基坑坑挖方量計算算公式得：3/17/202323shanghainormaluniversity例2．某建筑筑外墻采用毛毛石基礎，其其斷面尺寸如如下圖所示，，地基為粘土土，已知土的的可松性系數數,試試計算每100m長長基槽的挖方方量；若留下下回填土后，，余土要求全全部運走，計計算預留填土土量及棄土量量。，。3/17/202324解：基槽開挖挖截面積按梯梯形計算，即即：每100m長基槽的挖挖方量：基礎所占的體體積：預留填方量(按原土計算算)：棄土量(按松松散體積計算算)：3/17/202325shanghainormaluniversity§1．3場場地平整土方量計計算一、場地設計標高高的確定二、場地設計標高高的調整三、場地土方量計計算四、場地邊坡土方方量計算一、場地設計標高高的確定1、場地設計標高高確定應滿足的條條件1）滿足建筑規劃劃、生產工藝及運運輸、場地排水和和最高洪水位等要要求；2）力求使場地內內土方挖填平衡且且土方量最小。3）充分利用地形形、分區或分臺階階布置，分別確定定不同的設計標高高。一、場地設計標高高的確定2、場地設計標高高確定的具體步驟驟：1）劃分方格網；；2）確定各小方格格角點的高程；3）按填挖方平衡衡確定設計標高2）確定各小方格格角點的高程方法：①水準儀測量；②插入法數值法：：根據地形圖上相相鄰兩等高線的高程，，用插入法求得；；③插入法圖解法：：透明紙帶法一、場地設計標高高的確定一、場地設計標高高的確定3）按填挖方平衡衡確定設計標高二、場地設計標高高的調整1）土的可松性影影響2）場內挖方和填填方的影響3）場地泄水坡度度的影響二、場地設計標高高的調整1）土的可松性影影響（填土多余，需提提高設計標高）二、場地設計標高高的調整因總的填方體積為：：此時，填方區的標標高也應與挖方區區一樣，提高即即：當時，故考慮了土的可松松性后，場地設計計標高調整為：二、場地設計標高高的調整2）場內挖方和填填方的影響棄土于場外、從場場外取土回填等情情況。場地設計標高的調調整值為為：其中：Q----場地根據平衡后后多余或不足的土土方量。二、場地設計標高高的調整3）場地泄水坡度度的影響泄水坡度有單面泄泄水、雙面泄水單面泄水：場地內內只有一個方向排排水；雙面泄水：場地內內只有兩個方向排排水，且互相垂直直。①場地有單面泄水水坡度時的設計標標高將場地內已調整的的設計標高為為場地中心心線的標高（因此此將場地中心作為為坐標的原點）圖1-12，場地地內任意點的設計計標高則為：二、場地設計標高高的調整②場地有雙面泄水水坡度時的設計標標高場地內已調整的設設計標高為場地縱縱橫方向中心線的的標高（因此將場場地中心作為坐標標的原點）說明：的取取值三、場地土方量計計算式中：角角點的施工工高度，以“+””為填土，“－””為挖土；角點的設計標高（（考慮泄水坡度））；角點的自然地面標標高。三、場地土方量計計算場地土方量計算步步驟如下：1）確定場地設計計標高，先計算出出（2）場地設計標標高的調整，一般般考慮土的可松性性和場地泄水坡度度的影響（分清單單面泄水或雙面泄泄水），計算出；；（3）求各方格角角點的施工高度三、場地土方量計計算(4)繪出零線“零線”：挖方區區與填方區的交線線。即不填不挖的的交線。確定方法：在相鄰角點施工高高度為一挖一填的的方格邊線上，用用插入法求出零點位置，將各相鄰的的零點連接起來就就為零線。如不需要計算零線線的確切位置，則則繪出零線的大致致走向即可。(5)計算場地土土方量四、場地邊坡坡土方量計算場地平整時，還要要計算邊坡土方量量（圖1-16）），其計算步驟如如下：（1）標出場地四四個角點A、B、、C、D填、挖高高度和零線位置；；（2）根據土質確確定填、挖邊坡的的坡度系數（邊坡坡率）；；（3）計算出四個個角點的放坡寬度度，如A點=，，D點=；；（4）繪出邊坡圖圖。（5）計算邊坡的的土方量。土方調配的內容：一、劃分調配區區；二、計算土方調配配區之間的平均運運距三、確定土方最優優調配方案；四、繪制土方調配配圖表。1.1.6土方調配1、原則：1）應力求挖填平平衡、運距最短、、費用最省；2）便于改土造田田、支援農業；3）考慮土方的利利用，以減少土方方的重復挖填和運運輸。一、土方調配配區的劃分二、調配區之之間的平均運距1、定義：平均運運距就是指挖方區區土方重心至填方方區土方重心的距距離。因此，求平均運距距，需先求出每個個調配區重心。2、求調配區重心心的方法：取場地或方格網中中的縱橫兩邊為坐坐標軸，分別求出出挖填區土方的重重心位置，即：式中：挖挖或填方調調配區的重心坐標標；每個方格的土方量量；每個方格的重心坐坐標。3、求平均運距：：式中：挖、填方區之間的的平均運距；填方區的重心坐標標；挖方區的重心坐標標。三、最優調配方方案的確定方法：表上作業法法（基于線性規劃劃理論）已知某場地有四個個挖方區和三個填填方區，其相應的的挖填土方量和各各對調配區的運距距如表1-8所示示。表上作業法步驟：：（1）用“最小元元素法”編制初始始調配方案方法：閉回路法和和位勢法檢驗數≥≥0即可可認為方案最優①首先將初始方案案中有調配數方格格的運距列出②然后按下式求出出兩組位勢數③最后根據下式計計算各空格的檢驗驗數（2）最優方案的的判別法例如，本例兩組位位勢數如表所示。。①在所有負檢驗數數中選一個（一般般可選最小的一個個），把它所對應應的變量作為調整整的對象。②找出調整的對象象的閉回路。③在各奇數次轉角角點的數字中，挑挑出一個最小的，，將它調到負檢驗驗數所對應的空格格中④根據挖填方平衡衡，調整閉合回路路中的挖填方量（3）方案的調整整四、土方調配圖最后將調配方案繪繪成土方調配圖。。在土方調配圖上應應注明挖填調配區區、調配方向、土土方數量以及每對對挖填調配區之間間平均運距。1.2土方工工程施工要點一、土壁穩定二、施工排水三、流砂防治四、填土壓實土壁的穩定，主要要是由土體內摩擦擦阻力、粘結力和和土體中的剪力的的平衡實現的。1土壁塌方的的原因（1）邊坡過陡，，使土體的穩定性性不夠，而引起塌塌方現象；尤其是是在土質差，開挖挖深度大的坑槽中中；（2）雨水、地下下水滲入基坑，重重量增大，抗剪強強度降低，土坡失失穩；（3）基坑上邊邊邊緣附近大量堆土土或停放機具、材材料，或由于動荷荷載的作用，使土土體的剪應力超過過土體的抗剪強度度一、土壁穩定3/17/202362shanghainormaluniversity（1）放足足邊坡，除除按第一節節所講述的的內容外，，邊坡系數數除按土體體穩定分析析確定，還還有各地區區的經驗有有關。（2）設置置支撐表1-13所列為一一般溝槽支支撐方法；；表1-14所列為一一般基坑支支撐方法；；表1-15所列為深深基坑的支支護方法。。2防治治塌方的措措施一般溝槽支支撐方法水平支撐(擋土板水水平放置)垂直支撐(擋土板垂垂直放置)混合支撐間斷式斷續式連續式間斷式斷續式連續式一般基坑支支撐方法借助柱樁的的支撐方式式放坡不夠時時的支撐方方式深基坑的支支護方法影響施工的的支護方法法不影響施工的的支護方法逆施法即地面面以下工程自自上往下進行行，先沿工程程周圍筑地下下連續墻，此此墻即為建筑筑物外墻或是是基坑擋土結結構，同時打打入框架支柱柱、灌注樁或或臨時支柱，，然后開挖第第一層土方到到第一層地下下底面標高，，筑該層的縱縱橫梁和樓板板與地下連續續墻交圈，實實際是利用地地下室梁板作作支撐系統。。“逆作法”施施工“逆作法”施施工施工中開挖基基坑時，流入入坑內的水有有：地面水和和地下水降水方法：集集水井降水和和井點降水1、集水井降降水（明溝排排水）：主要由排水溝溝，集水井，，水泵構成二、施工排水水2井點降降水1、定義：在在基坑開挖前前，預先在基基坑四周埋設設一定數量的的濾水管（井井），在基坑坑開挖前和開開挖過程中，，利用真空原原理，使地下下水位降低到到坑底以下。。2、分類：輕輕型井點噴射井點電滲井點管井井點深井泵井點1）適用范圍（1）土壤的的滲透系數K=0.1～～50m/d的土層中；；（2）降水深深度一般為：：單級輕型點點為3-6m；多級輕型型點為6～12m。2）輕型井點點設備設備主要有：管路系統抽水系統濾管井點管彎聯管總管真空泵設備射流泵設備3、輕型井點點：3）輕型井點點布置（1）平面布布置：單排，，雙排，U型型、環型（2）高程布布置：輕型井點降水水深度一般不不大于6m。。井點管埋置深深度H（不包包括濾管），，可按下式計計算H≥3、輕型井點點井點系統的設設計內容：井點系統的布布置井點的數量、、間距、井點設備的選選擇。①井點系統的的涌水量計算算井點管的數量量，是根據其其涌水量來計計算的。4）輕型井點點的計算幾個基本概念念：水井分類承壓井無壓井承壓完整井承壓非完整井井無壓完整井無壓非完整井井A、無壓完整整井的環狀井井點系統，涌涌水量計算公公式：的數值確定：：(現場抽水實驗驗)3/17/202383shanghainormaluniversityB、無壓非完完整井涌水量量計算公式：：式中：H0---有效深度（m）當查表得到的的H0大于H時，，則取H0=HC、承壓完整整環狀井點，，涌水量計算算公式：式中：M---承壓含水水層的厚度（（m）。單根井管的出出水量：井點管最少數數量：井點管最大間間距：式中：總總管長度度（m）；1.1考考慮井點堵堵塞等因素，，井點管備用用系數。②確定井管數數量及間距一般多采用真真空泵井點抽抽水設備，型型號為V5、V6型其中V5型總管長度≤≤100m，，井點管數量量為80根；；V6型總管長度≤≤120m，，井點管數量量為100根根。③抽水設備選選擇5)輕型井點施工工準備工作：設設備動力力水源監監測測措施井點系統埋設設：沖孔（鉆鉆孔)埋埋管灌砂砂封口井點系統使用用：試抽檢檢查調調整運運行井點出水規律律：先大后小，先先渾后清拆除：回回填6）輕型井點點系統設計示示例某基礎工程需需開挖如圖1-25所示示的基坑，基基坑底寬10m，長15m，深4.1m,邊坡坡為1：0.5。地質資資料為：天然然地面下有0.5m厚的的粘土層；7.4m厚的的極細砂層，，再下面為不不透水的粘土土層。試按輕輕型井點降水水系統設計。。①井點系統布布置該基坑底面積積10×15m2，放坡后，上上口（+5.2m處）面面積為13.7×18.7m2，考慮井管距距基坑邊緣1m，則井管管所圍成的平平面面積為15.7×20.7m2,由于其長、、寬比小于5，故按環狀狀井點布置。。基坑中心降水水深度S=5.00-1.50+0.50=4.00(m)故故按一級井井點設計。表層為粘土，，為使總管接接近地下水位位，可挖去0.4m，在在+5.20m標高處布布置井點系統統。取井管外外露0.2m，則6m長長的標準井管管埋入土中5.8m；而而要求埋深=（5.2-1.5）+0.5+(1/10)×15.7/2=4.99m，小小于實際埋深深5.8m，，故高程布置置符合要求。。②有效抽水影響響深度H0（無壓非完整整井）取濾管長，，井點點管中水位降降落，，則則求得1.85×(5.6+1.2)=12.6m，，，但實際含含水層厚度。。故取，按按無無壓完整井計計算涌水量。。③總涌水量計計算假定求得K=30m/d，已知井點點管所圍成的的面積F=15.7×20.7m2,則：基坑的假想半半徑：抽水影響半徑徑：總涌水量：④計算井管數量量一根井管的的出出水量為：井點管數量：：（（根）取取63根井點管的平均均間距：取1.2m實用井點管數數量為：根。適用范圍：當當基坑開挖較較深，采用多多級輕型井點點不經濟時，，宜采用噴射射井點，其降降水深度可達達8－20m。4、噴射井點點適用范圍：滲滲透系數K小小于0.1m/d淤泥排水電泳：在通直流電后，土顆粒的的移動稱為電電泳現象電滲：水的移移動稱電滲現現象5、電滲井點點適用范圍：滲滲透系數大（（K＝20－200m/d）地下水量大其降水深度大大于15m。。6、管井井點點1流砂現現象及其危害害1）流砂現象象：粒徑很小、無無塑性的土壤壤，在動水壓壓力推動下，，極易失去穩穩定，而隨地地下水一起流流動涌入坑內內，這種現象象稱為流砂現現象。2）流砂現象象的危害：土失去承載力力，引起塌方方，土邊挖邊邊冒，難以施施工。三、流砂的防防治原因：內因和和外因1）內因：取取決于土的性性質，當土的的孔隙比大、、含水量大、、粘粒含量少少、粉粒多、、滲透系數小小、排水性能能差等均產生生流砂現象。。流砂現象極極易發生在在細砂、粉砂砂和亞粘土土中。2）外因：：動水壓力力2產生生流砂的原原因1、原則：：一是減小小或平衡動動水壓力；；二是截住住地下水流流；三是改改變動水壓壓力的方向向。2、方法：：1）枯水期期施工2）打板樁樁3）水中挖挖土4）人工降降低地下水水位5）地下連連續墻法6）拋大石石塊，搶速速度施工。。3防治治流砂的方方法四、填填土壓實1填土土的要求要求：1）填土滿滿足強度、、穩定性要要求和必須須合理設計計邊坡，正正確選擇土土料以及填填筑方法；；2）不能作為填填土使用的的土料：含有大量量有機物的的土，石膏膏或水溶性性硫酸鹽含含量大于2%的土，，凍土或液液化狀態的的泥炭、粘粘土或粉狀狀砂質粘土土，含水量量大的軟弱弱土等。3）填土具具體要求：：（最佳含水量量）壓實方法：：碾壓法、、夯實法和和振動法（1）碾壓壓法：適用用于大面積積填土，如如場地平整整、路基、、堤壩等工工程每次碾壓要要有150～200㎜的重疊疊。（2）夯實實法：適用用于小面積積填土，，，夯實厚度度一般在200㎜以以內。（3）振動動法：適用用于非粘性性土壤2填土土的壓實方方法3填土土壓實的質質量檢驗實際干密度度控制干密度度施工機械：：推土機鏟運機挖土機平土機松土機碾壓、夯實實機械1.3土方工程機機械化施工工1推土土機的適用用范圍1）性能：：構造簡單單，操作靈靈活，運轉轉方便，所所需工作面面較小，功功率較大，，行駛速度度較快，易易于轉移，，能爬300的緩坡。2）適用范范圍：挖土土深度不大大的場地平平整，鏟土土并能運送送至棄土區區；開挖深深度不大于于1.5m的基坑；；回填基坑坑或溝槽；；堆筑高度度在1.5m以內的的路基、堤堤壩；平整整其他機械械卸置的土土堆；推送送松散的硬硬土、巖石石和凍土；；配合鏟運運機施工，，為挖土機機清理余土土和創造工工作面。推土機的運運距宜在100m以以內，經濟濟運距為40～60m。一、推推土機施工工2提高高推土機生生產率的方方法（1）下坡坡推土（2）并列列推土（3）分批批集中，一一次推送（4）槽形形推土分為：自行行式和拖式式1鏟運運機的適用用范圍1）性能：：鏟、裝、、運、卸土土、填筑、、壓實。2)適用范范圍：大面面積的場地地平整，開開挖大型基基坑、溝槽槽，以及填填筑路基、、堤壩。鏟運機的鏟鏟斗容量為為2.5～～8m3,自行式鏟鏟運機的經經濟運距為為800～～1500m。二、鏟鏟運機施工工自行式鏟運運機拖式鏟運機機2鏟運運機的運行行路線環形路線和和“8”字字路線3提高高鏟運機生生產率的措措施(1)下坡坡鏟土(2)挖近近填遠，挖挖遠填近（3）推土土機助鏟（4）雙聯聯鏟運法（5）掛大大斗鏟運（6）跨鏟鏟法三、單單斗挖土機機施工種類：正鏟鏟、反鏟、、拉鏟和抓抓鏟1正鏟鏟挖土機（1）正鏟鏟的性能及及適用范圍圍1、性能：：一般只用用于開挖停停機面上的的土體，需需要設置進進出口通道道。挖土特點：“向前向向上，強制制切土”2、適用：土質質較好、無無地下水的的地區工作作。（2）正鏟鏟挖土和卸卸土的方式式正向挖土、、后方卸土土和正向挖挖土、側向向卸土（3）正鏟鏟挖土機的的工作面及及開行通道道挖土機在停停機點所能能開挖的土土方面稱為為工作面。。正向挖土、、側向卸土土正向挖土、、后方卸土土3/17/2023113shanghainormaluniversity2反鏟鏟挖土機（1）反鏟鏟的性能及及適用范圍圍1、反鏟挖挖土機是開開挖停機面面以下的土土體，不需需設置進出出口通道。。2、適用：開挖挖小型基坑坑、基槽和和管溝。尤尤其適用于于開挖獨立立柱基，以以及泥濘的的或地下水水位較高的的土體。3、一般反反鏟的最大大挖土深度度為4－6m，經濟濟合理的挖挖土深度為為3－5m。反鏟也也需要配備備運土汽車車進行運輸輸。（2）反鏟鏟挖土機的的開行方式式溝端開行和和溝側開行行溝端開行溝側開行3拉鏟鏟挖土機（1）拉鏟鏟的構成拉鏟可以由由起重機上上懸吊鏟斗斗直接改裝裝而成（2）拉鏟鏟的性能及及適用范圍圍拉鏟挖土時時，依靠土土斗自重及及拉索拉力力切土，卸卸土時斗齒齒朝下，利利用慣性，，較濕的粘粘土也能卸卸凈。但其其開挖的邊邊坡及坑底底平整度較較差，需更更多的人工工修坡（底底）。適用：開挖挖大型基坑坑、基槽和和管溝。也也可開挖水水下和沼澤澤地帶的土土壤。（2）拉鏟鏟挖土機的的開行方式式溝端開行和和溝側開行行4抓鏟鏟挖土機（1）抓鏟鏟的構成抓鏟一般由由正、反鏟鏟挖土機更更換工作裝裝置而成，，也可以由由履帶式起起重機改裝裝而成。（2）適用：開挖挖獨立柱基基的基坑和和沉井，最最適宜于水水中挖土。。1.土方工工程的類型型及規模。。2.施工現現場周圍環環境及水文文地質情況況。3.現有機機械設備條條件。4.工期要要求。四、土方機機械的選擇擇1.4爆爆破施工爆破在土木木工程施工工中應用較較廣，如石石方開挖、、施工現場場樹根和障障礙物的清清除、凍土土開挖、場場地平整以以及清除舊舊的建筑物物或構筑物物等，都需需要采用爆爆破。1.4爆爆破施工一、爆破原原理二、爆破材材料三、爆破藥藥包量計算算四、爆破安安全措施一、爆破原原理炸藥引爆后后，由原來來體積很小小的炸藥，，經過化學學變化，在在極短的時時間內，由由固體狀態態轉變為氣氣體狀態，，體積增加加數百倍甚甚至數千倍倍，同時產產生很高的的溫度和巨巨大的沖擊擊力，使周周圍的介質質受到程度度不同的破破壞，這就就叫做爆破破。（一）爆破作用用圈(1）壓縮圈（或稱破碎圈））：這個圈距離爆破破中心最近，在在巨大的爆破作作用的影響下，，可塑性的泥土土會被壓縮而形形成孔穴；堅硬硬的巖石會被粉粉碎。（2）拋擲圈：這個圈的破壞較較壓縮圈小，但但介質也會受到到破壞，分裂成成各種形狀的碎碎塊，爆破作用用力使這些碎塊塊獲得運動速度度，產生拋擲現現象。（3）破壞圈（松動圈）：這個圈內的介質質，被破碎成為為獨立碎塊，不不產生拋擲現象象或只是形成裂裂縫、互相間仍仍然連成整體。。（4）振動圈：在這個圈內，，爆破作用力已已減弱到不能使使介質結構產生生破壞，只是發發生振動。（二