建筑施工技術(shù) 課件全套 趙潔 第1-8章　土方工程施工 -裝飾裝修工程施工

第1章土方工程施工1.1概述1.2土方量與土方調(diào)配量計算1.3土方工程施工要點1.4土方工程的機械化施工1.5土方填筑與壓實1.6土方工程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與安全技術(shù)要求1.7工程實踐案例本章小結(jié)

1.1概述1.1.1土方工程的施工特點常見的土方工程包括以下內(nèi)容。

(1)場地平整：包括確定場地設(shè)計標(biāo)高，計算挖、填土方量，并合理地進行土方調(diào)配等。

(2)開挖溝槽、基坑、豎井、隧道，修筑路基、堤壩，這些工程包括施工排水、降水，以及土壁邊坡和支護結(jié)構(gòu)的處理。

(3)土方回填與壓實，包括土料的選擇、填土壓實及密實度的檢驗等。

1.1.2土的工程分類

土的種類繁多，其分類方法各異。在土方工程施工中，按土的開挖難易程度不同，土可分為八類，如表1.1所示。表中一至四類為土，五至八類為巖石。在選擇施工挖土機械和確定建筑安裝工程勞動定額時，要依據(jù)土的工程類別而定。

1.1.3土的基本性質(zhì)

1.土的天然含水量

土的天然含水量w是天然狀態(tài)下土中水的質(zhì)量與固體顆粒的質(zhì)量之比的百分率，即

(1.1)

式中：mw——土中水的質(zhì)量(kg)；

ms——土中固體顆粒的質(zhì)量(kg)。

2.土的天然密度和干密度

在天然狀態(tài)下，單位體積的土的質(zhì)量稱為土的天然密度。土的天然密度用ρ表示，即

(1.2)

式中：m——土的總質(zhì)量(kg)；

V——土的天然體積(m3)。

土的干密度越大，表示土越密實。工程上常把土的干密度作為評定土體密實程度的標(biāo)準(zhǔn)，以控制填土工程的壓實質(zhì)量。土的干密度ρd與土的天然密度ρ之間有如下關(guān)系：

(1.4)

即

(1.5)

3.土的可松性

土具有可松性，即自然狀態(tài)下的土經(jīng)開挖后，其體積因松散而增大，即使以后經(jīng)過回填壓實(或夯實)，也不能恢復(fù)其原來的體積。土的可松性程度用可松性系數(shù)表示，即

(1.6)

(1.7)

土的可松性對確定場地設(shè)計標(biāo)高、土方量的平衡調(diào)配，計算運土機具的數(shù)量和棄土坑的容積，以及計算填方所需的挖方體積等都有很大影響。各類土的可松性系數(shù)參考值見表1.2。

4.土的滲透性

土的滲透性指水流通過土中孔隙的難易程度。水在單位時間內(nèi)穿透土層的能力稱為土的滲透系數(shù)，用K表示，單位為m/d。水在土中的滲流速度一般可按達西定律計算，公式如下：

(1.8)

從達西公式(1.8)可以看出滲透系數(shù)的物理意義：水力坡度i等于1時的滲透速度v即為滲透系數(shù)K，單位同樣為m/d。K值的大小反映土滲透性的強弱，土的滲透性影響施工降水與排水的速度。土的滲透系數(shù)可以通過室內(nèi)滲透試驗或現(xiàn)場抽水試驗測定，一般土的滲透系數(shù)參考值見表1.3。

1.2土方量與土方調(diào)配量計算1.2.1基坑、基槽土方量計算

1.土方邊坡在開挖基坑、溝槽或填筑路堤時，為了防止塌方，保證施工安全及邊坡穩(wěn)定，其邊沿應(yīng)考慮放坡。土方邊坡的坡度以其高度H與底寬B之比表示(如圖1.1所示)，即式中：m——坡度系數(shù)，m?=?B/H。式(1.9)的意義為：當(dāng)土方邊坡的高度為H時，其底寬B等于mH。圖1.1土方邊坡

2.基坑、基槽土方量計算

基坑土方量可按立體幾何中的擬柱體(由兩個平行的平面作底的一種多面體)體積公式計算(如圖1.2所示)，即

(1.10)

式中：H——基坑深度(m)；

A1、A2——基坑上、下的底面積(m2)；

A0——基坑的中間位置截面面積(m2)。圖1.2基坑土方量計算

基槽和路堤的土方量可以沿長度方向分段(如圖1.3所示)后，再用同樣方法計算，公式為

(1.11)

式中：V1——第一段的土方量(m3)；

L1——第一段的長度(m)。

將各段的土方量相加可得總土方量，即

V總?=?V1?+?V2?+?V3?+?…?+?Vn

式中：V1，V2，…，Vn?——各段的土方量(m3)。

圖1.3基槽土方量計算

1.2.2場地平整土方量計算

1.場地設(shè)計標(biāo)高的確定

確定場地設(shè)計標(biāo)高時應(yīng)考慮以下因素：

(1)滿足生產(chǎn)工藝和運輸?shù)囊螅?/p>

(2)盡量利用地形，分區(qū)或分臺階布置，分別確定不同的設(shè)計標(biāo)高；

(3)盡量使場地內(nèi)挖填方平衡，這樣可使土方運輸量最少；

(4)要有一定的泄水坡度(≥2‰)，以滿足排水要求；

(5)要考慮最高洪水位對場地設(shè)計的影響。

場地設(shè)計標(biāo)高一般應(yīng)在設(shè)計文件中明確規(guī)定。若設(shè)計文件中未對場地設(shè)計標(biāo)高作出規(guī)定，則可按照以下步驟來確定。

1)初步計算場地設(shè)計標(biāo)高

初步計算場地設(shè)計標(biāo)高的原則是場地內(nèi)挖填方平衡，即場地內(nèi)挖方總量等于填方總量。計算場地設(shè)計標(biāo)高時，首先將場地的地形圖根據(jù)要求的精度劃分為邊長為10～40?m的方格網(wǎng)，如圖1.4(a)所示。然后，求出各方格角點的地面標(biāo)高，當(dāng)?shù)匦纹教箷r，可根據(jù)地形圖上相鄰兩等高線的標(biāo)高，采用插入法進行計算求得；當(dāng)?shù)匦纹鸱^大或無地形圖可供參考時，可在地面用木樁打好方格網(wǎng)，再使用儀器直接測出。圖1.4場地設(shè)計標(biāo)高H0計算示意圖

按照場地內(nèi)土方在平整前及平整后相等，即挖填方平衡的原則，如圖1.4(b)所示，場地設(shè)計標(biāo)高可按下式計算：

(1.12)

即

(1.13)

式中：H0——所計算的場地設(shè)計標(biāo)高(m)；

a——方格邊長(m)；

n——方格數(shù)；

H11、H12、H21、H21——任一方格的四個角點的標(biāo)高(m)。

從圖1.4(a)可以看出，H11是一個方格的角點標(biāo)高，H12及H21是相鄰兩個方格的公共角點標(biāo)高，H22是相鄰四個方格的公共角點標(biāo)高。如果將所有方格的四個角點標(biāo)高相加，則類似H11這樣的角點標(biāo)高加一次，類似H12、H21的角點標(biāo)高需加兩次，類似H22的角點標(biāo)高要加四次。若令H1為一個方格獨有的角點標(biāo)高，H2為兩個方格共有的角點標(biāo)高，H3為三個方格共有的角點標(biāo)高，H4為四個方格共有的角點標(biāo)高，則場地設(shè)計標(biāo)高的計算公式(1.13)可改寫為

(1.14)

2)調(diào)整場地設(shè)計標(biāo)高

按式(1.13)和式(1.14)計算的場地設(shè)計標(biāo)高H0僅為一理論值，在實際運用中還需考慮以下因素進行調(diào)整。

(1)土的可松性的影響。

由于土具有可松性，若根據(jù)挖填方平衡原則計算得到的場地設(shè)計標(biāo)高進行挖填施工，則填土將有剩余。特別地，當(dāng)土的最后可松性系數(shù)較大時，土的可松性更不容忽視。

如圖1.5所示，設(shè)Δh為土的可松性引起的設(shè)計標(biāo)高的增加值，則設(shè)計標(biāo)高調(diào)整后的總挖方體積V'W應(yīng)為

(1.15)

總填方體積V'T應(yīng)為

式中：VW、VT?——按理論設(shè)計標(biāo)高計算的總挖方、總填方體積；

FW?——按理論設(shè)計標(biāo)高計算的挖方區(qū)總面積；

K's——土的最后可松性系數(shù)。

此時，填方區(qū)的標(biāo)高也應(yīng)與挖方區(qū)的標(biāo)高一樣增加Δh，即

移項、整理并簡化得(當(dāng)VT?=?VW)

故考慮土的可松性后，場地設(shè)計標(biāo)高調(diào)整為

(1.16)

式中，F(xiàn)T——按理論設(shè)計標(biāo)高計算的填方區(qū)總面積。

(2)場地挖方和填方的影響。

場地內(nèi)大型基坑挖出的土方、修筑路堤所需的填方，以及出于經(jīng)濟考慮將部分挖方就近棄于場外或就近從場外取土作為填方的情況，均會引起挖填土方量的變化。必要時，也需要對場地設(shè)計標(biāo)高進行調(diào)整。

為了簡化計算，場地設(shè)計標(biāo)高的調(diào)整值H'0可按下列近似公式確定：

(1.17)

式中：Q——場地根據(jù)H0平整后多余或不足的土方量。

(3)場地泄水坡度的影響。

按照上述計算和調(diào)整后的場地設(shè)計標(biāo)高進行場地平整后，理論上平整后的場地應(yīng)處于同一個水平面。但實際上，由于排水的要求，場地表面通常都會設(shè)置一定的泄水坡度，因此平整后的場地表面坡度需要符合設(shè)計要求。當(dāng)沒有具體的設(shè)計要求時，一般應(yīng)向排水溝方向做成不小于2‰的坡度。所以，在計算得到的H0或經(jīng)過調(diào)整后的H'0的基礎(chǔ)上，還需要根據(jù)場地要求的泄水坡度，進一步計算出場地內(nèi)各方格角點在實際施工時的設(shè)計標(biāo)高。對于單向泄水和雙向泄水的場地，各方格角點設(shè)計標(biāo)高的求法如下。

①

單向泄水時場地各方格角點的設(shè)計標(biāo)高(如圖1.6(a)所示)。

以計算出的設(shè)計標(biāo)高H0或調(diào)整后的設(shè)計標(biāo)高H'0作為場地中心線的標(biāo)高，則場地內(nèi)任意一個方格角點的設(shè)計標(biāo)高為

(1.18)

式中：Hdn——場地內(nèi)任意一個方格角點的設(shè)計標(biāo)高(m)；

l——該方格角點至場地中心線的距離(m)；

i——場地泄水坡度(不小于2‰)；

±——若該方格角點比H0高，則取“+”；反之則取“-”。

例如，圖1.6(a)中場地內(nèi)角點10的設(shè)計標(biāo)高為

圖1.6場地泄水坡度示意圖

②

雙向泄水時場地各方格角點的設(shè)計標(biāo)高(如圖1.6(b)所示)。

以計算出的設(shè)計標(biāo)高H0或調(diào)整后的標(biāo)高H'0作為場地中心線的標(biāo)高，則場地內(nèi)任意一個方格角點的設(shè)計標(biāo)高為

式中：lx、ly——該點在x-x、y-y方向上距場地中心線的距離(m)；

ix、iy——場地在x-x、y-y方向的泄水坡度。

例如，圖1.6(b)中場地內(nèi)角點10的設(shè)計標(biāo)高為

【例1.1】

某建筑場地的地形圖和方格網(wǎng)如圖1.7所示，方格邊長為20?m，x-x方向上的泄水坡度ix、y-y方向上的泄水坡度iy分別為2‰、3‰。土建設(shè)計、生產(chǎn)工藝設(shè)計和最高洪水位等方面均無特殊要求，試根據(jù)挖填方平衡原則(不考慮土的可松性)確定場地設(shè)計標(biāo)高，并根據(jù)x-x、y-y方向上的泄水坡度推算各方格角點的設(shè)計標(biāo)高。圖1.7某建筑場地方格網(wǎng)布置圖

解(1)計算各方格角點的自然地面標(biāo)高。

根據(jù)地形圖上標(biāo)設(shè)的等高線，用插入法求出各方格角點的自然地面標(biāo)高，如圖1.8所示。由于地形是連續(xù)變化的，因此可以假定兩等高線之間的地面高低是呈直線變化的。從圖1.7中可看出，角點4的地面標(biāo)高(H4)處于與兩等高線相交的直線AB上。由圖1.8根據(jù)相似三角形的性質(zhì)，可寫出

圖1.8插入法計算地面標(biāo)高簡圖

在地形圖上，只要量出x?(角點4至44.0等高線的水平距離)和l?(44.0等高線和44.5等高線與直線AB相交的水平距離)的長度，便可算出H4的數(shù)值。但是，這種計算過程較為煩瑣，因此，通常采用圖解法來求得各角點的自然地面標(biāo)高。如圖1.9所示，在一張透明紙上面畫出6根等距離的平行線(線條盡量畫細些，以免影響讀數(shù)的準(zhǔn)確)。把該透明紙放到標(biāo)有方格網(wǎng)的地形圖上，將6根平行線的最外2根分別對準(zhǔn)點A與點B，這時6根等距離的平行線將A、B兩點之間的0.5?m的高差分成五等分，于是便可直接讀得角點4的地面標(biāo)高H4?為44.34?m。其余各角點的標(biāo)高均可采用相同的方法求出。用圖解法求得的各角點標(biāo)高見圖1.7中方格網(wǎng)角點左下角標(biāo)示。圖1.9插入法的圖解法

(2)計算場地設(shè)計標(biāo)高H0。

因為

(3)按照要求的泄水坡度計算各方格角點的設(shè)計標(biāo)高。

以場地中心點(即角點8)為H0?(見圖1.7)，某些角點(這里只列舉幾個角點)的設(shè)計標(biāo)高為

其余各角點設(shè)計標(biāo)高均可類似求出，詳見圖1.7中方格網(wǎng)角點右下角標(biāo)示。

2.場地土方工程量計算

場地土方量的計算方法通常有方格網(wǎng)法和斷面法兩種。方格網(wǎng)法適用于地形較為平坦、面積較大的場地，斷面法則多用于地形起伏變化較大或地形狹長的地帶。

1)方格網(wǎng)法

此處仍以例1.1為例，場地土方工程量計算步驟如下。

(1)劃分方格網(wǎng)并計算場地各方格角點的施工高度。

根據(jù)已有地形圖(一般用1/500的地形圖)，將要計算的場地劃分成若干個方格網(wǎng)，盡量使方格網(wǎng)與測量的縱、橫坐標(biāo)網(wǎng)對應(yīng)，方格的邊長為10～40?m，將角點的自然地面標(biāo)高和設(shè)計標(biāo)高分別標(biāo)注在方格角點的左下角和右下角(見圖1.10)。圖1.10方格角點的標(biāo)高

角點設(shè)計標(biāo)高與自然地面標(biāo)高的差值即為各角點的施工高度，表示為

式中：hn——角點的施工高度，以“+”為填，以“-”為挖，標(biāo)注在方格角點的右上角；

Hdn——角點的設(shè)計標(biāo)高(無泄水坡度時，即為場地設(shè)計標(biāo)高)；

Hn——角點的自然地面標(biāo)高。

計算各方格角點的施工高度，得

各角點的施工高度標(biāo)注于圖1.11各方格角點的右上角。圖1.11某建筑場地方格網(wǎng)挖填土方量計算圖

(2)計算零點位置。

在一個方格網(wǎng)內(nèi)同時存在填方和挖方時，首先要計算出方格網(wǎng)邊的零點位置，即不挖不填的點，并將其標(biāo)注在方格網(wǎng)上。由于地形是連續(xù)的，因此連接這些零點得到的零線即成為填方區(qū)與挖方區(qū)的分界線(如圖1.11所示)。根據(jù)相似三角形原理(如圖1.12所示)，可得零點的位置為圖1.12零點的位置按相似三角形原理原理計算示意圖

圖1.11中網(wǎng)格線兩端分別是填方點與挖方點，故中間必有零點，零點至角點3的距離為

同理得

(3)計算方格內(nèi)的土方量。

按方格網(wǎng)底面積圖形和表1.4所列公式，計算每個方格內(nèi)的挖方或填方量。

方格Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ

底面為正方形，土方量為

方格Ⅱ底面為兩個梯形，土方量為

方格Ⅵ底面為三角形和五邊形，土方量為

方格

Ⅶ

底面為兩個梯形，土方量為

方格Ⅷ底面為三角形和五邊形，土方量為

方格網(wǎng)的總填方量為

方格網(wǎng)的總挖方量為

(4)計算邊坡的土方量。

為了維持土體的穩(wěn)定，無論場地的邊沿是挖方區(qū)還是填方區(qū)，都需要做成相應(yīng)的邊坡。因此，在實際工程中，還需要計算邊坡的土方量。邊坡土方量的計算相對簡單，限于篇幅，這里就不詳細介紹了。圖1.13是例題1.1中場地邊坡的平面示意圖。圖1.13場地邊坡平面圖

2)斷面法

沿場地的縱向或相應(yīng)方向取若干個相互平行的斷面(可利用地形圖定出或?qū)嵉販y量得出)，將所取的每個斷面(包括邊坡)劃分成若干個三角形和梯形，如圖1.14所示。對于某一斷面，其中三角形和梯形的面積分別為

圖1.14斷面法計算圖

求出各個斷面面積后，即可計算土方體積。設(shè)各斷面面積分別為F1，F(xiàn)2，…，F(xiàn)n，相鄰兩斷面之間的距離依次為l1，l2，…，ln，則所求土方體積為

圖1.15所示是用斷面法求面積的一種簡便方法，叫作累高法。此法不需用公式計算，只需將所取的斷面繪于普通坐標(biāo)紙上(d取等值)，用透明紙尺從h1開始，依次量出(用大頭針向上撥動透明紙尺)各點標(biāo)高(h1，h2，…)，累計得出各點標(biāo)高之和，然后將此值與d相乘，即可得出所求斷面面積。

圖1.15用累高法求斷面面積

1.2.3土方調(diào)配量計算

1.土方調(diào)配的原則

土方調(diào)配的主要原則包括：

(1)力求達到挖填方平衡和運輸量最小，以降低土方工程的成本。

(2)考慮近期施工與后期利用的結(jié)合。

(3)盡可能與大型地下建筑物的施工相結(jié)合。

(4)調(diào)配區(qū)大小的劃分應(yīng)滿足主要土方施工機械工作面大小(如鏟運機鏟土長度)的要求，以充分發(fā)揮土方機械和運輸車輛的效率。

2.土方調(diào)配區(qū)的劃分

1)劃分調(diào)配區(qū)

在場地平面圖上，首先畫出挖、填區(qū)的分界線(即零線)，然后在挖方區(qū)和填方區(qū)分別適當(dāng)?shù)貏澇鋈舾蓚€調(diào)配區(qū)。劃分調(diào)配區(qū)時應(yīng)注意以下幾點：

(1)調(diào)配區(qū)的劃分應(yīng)與建筑物的平面位置相協(xié)調(diào)，并考慮開工順序及分期施工的順序。

(2)調(diào)配區(qū)的大小應(yīng)滿足土方機械的施工要求。

(3)調(diào)配區(qū)的范圍應(yīng)與場地土方量計算用的方格網(wǎng)相協(xié)調(diào)，一般可由若干個方格組成一個調(diào)配區(qū)。

(4)當(dāng)土方運距較大或場地范圍內(nèi)的土方調(diào)配不能達到平衡時，可考慮就近借土或棄土。每一個借土區(qū)或一個棄土區(qū)可作為一個獨立的調(diào)配區(qū)。

2)求出每對調(diào)配區(qū)之間的平均運距

平均運距是指挖方區(qū)土方重心至填方區(qū)土方重心的距離。因此，要求平均運距，需先求出每個調(diào)配區(qū)的土方重心，其方法如下。

取場地或方格網(wǎng)中的縱、橫兩邊為坐標(biāo)軸，以一個角的頂點作為坐標(biāo)原點(如圖1.16所示)，分別求出各區(qū)土方的重心坐標(biāo)X0、Y0：

(1.19)

式中：xi、yi——第i塊方格的重心坐標(biāo)；

Vi——第i塊方格的土方量。圖1.16土方調(diào)配區(qū)間的平均運距

填方區(qū)、挖方區(qū)之間的平均運距L0為

(1.20)

式中：x0T、y0T——填方區(qū)的重心坐標(biāo)；

x0W、y0W——挖方區(qū)的重心坐標(biāo)。

求出各調(diào)配區(qū)的重心后，將其標(biāo)注在相應(yīng)的調(diào)配區(qū)上。然后，使用比例尺量出每對調(diào)配區(qū)重心之間的距離，這就是相應(yīng)的平均運距(L11，L12，L13，…)。所有填、挖方調(diào)區(qū)之間的平均運距均需一一計算，并將計算結(jié)果列于土方平衡與運距表1.5中。

【例1.2】

已知某矩形廣場的挖方區(qū)為W1、W2、W3、W4，填方區(qū)為T1、T2、T3，各調(diào)配區(qū)的土方量和平均運距如圖1.17所示。圖中，小方格中的數(shù)字為各調(diào)配區(qū)的土方量，箭桿上的數(shù)字則為各調(diào)配區(qū)之間的平均運距，試求最優(yōu)土方調(diào)配方案并繪出土方調(diào)配圖。圖1.17各調(diào)配區(qū)的土方量和平均運距

解(1)用“最小元素法”編制初始調(diào)配方案。

根據(jù)對應(yīng)于價格系數(shù)cij最小的土方量xij取最大值的原則進行調(diào)配，具體步驟如下。

①

將土方數(shù)及價格系數(shù)(本例即平均運距)填入計算表格中，見表1.6。

②

在運距小方格中找一個cij的最小數(shù)值，如c22?=?c43?=?40，任取其中一個，現(xiàn)取c43。由于運距最短，經(jīng)濟效益最大，于是先確定x43的值，使其盡可能地大，即取x43?=?400(即將W4的400m3土全部運至T3)。由于挖方區(qū)W4的土方全部調(diào)到填方區(qū)T3，所以x41和x42都等于零。此時，將400填入x43格內(nèi)，同時在x41、x42格內(nèi)畫一個“×”號。然后，在沒有填數(shù)字和“×”號的方格內(nèi)再選一個運距最小的方格，即c22?=?40，便可確定x22?=?40，同時使x21?=?x23?=?0。此時，又將400填入x22格內(nèi)，并在x21、x23格內(nèi)畫“×”號。重復(fù)上述步驟，依次確定其余xij的數(shù)值，最后得出如表1.7所示的初始調(diào)配方案。

由于利用“最小元素法”確定的初始調(diào)配方案是讓cij最小的方格內(nèi)的xij值取盡可能大的值，這符合“就近調(diào)配”的原理，因此求得的總運輸量是比較小的。但這并不能保證該調(diào)配方案所求得的總運輸量最小，所以還需要進行判別，以確定該方案是否為最優(yōu)方案。判別的方法有“閉回路法”和“假想價格系數(shù)法”，其實質(zhì)都是通過求檢驗數(shù)λij來進行判別。

(2)最優(yōu)方案判別。

下面采用“假想價格系數(shù)法”求檢驗數(shù)。該方法是設(shè)法求得無調(diào)配土方的方格的檢驗數(shù)λij，并判別λij是否為非負。若所有λij≥0，則該方案為最優(yōu)方案；否則，該方案不是最優(yōu)方案，需要進行調(diào)整。

首先，求出表中各個方格的假想價格系數(shù)cij。對于有調(diào)配土方的方格，其假想價格c′ij?=?ci；對于無調(diào)配土方的方格，其假想價格系數(shù)可利用任一矩形的四個方格內(nèi)對角線上的假想價格系數(shù)之和相等的原理求出。然后，按照公式λij?=?cij?-?c′ij計算出表中無調(diào)配土方方格的檢驗數(shù)，并列于表1.8中。

(3)方案的調(diào)整。

①

在所有負檢驗數(shù)中選一個(一般選最小的一個)，本例中唯一的負檢驗數(shù)是λ12，因此選擇它所對應(yīng)的變量x12作為調(diào)整對象。

②

找出x12的閉回路，具體做法是：從x12格出發(fā)，沿水平與豎直方向前進，遇到適當(dāng)?shù)挠袛?shù)字的方格時作90°轉(zhuǎn)彎(也可不轉(zhuǎn)彎)，然后繼續(xù)前進。如果路線得當(dāng)，那么有限步后便能回到出發(fā)點，形成一條以有數(shù)字的方格為轉(zhuǎn)角點、用水平和豎直線連起來的閉合回路，如表1.9所示。

③

從空格x12(其轉(zhuǎn)角次數(shù)為零或偶數(shù))出發(fā)，沿著閉合回路前進(方向任意，轉(zhuǎn)角次數(shù)逐次累加)。在各奇數(shù)次轉(zhuǎn)角點的數(shù)字中挑出一個最小的(本例是從500、100中選100)，然后將它從x32方格調(diào)到x12方格(即空格)中。

④

將“100”填入x12方格中，被挑出的x32變?yōu)?(該格變?yōu)榭崭?。同時，將閉合回路上其他奇數(shù)次轉(zhuǎn)角上的數(shù)字都減去“100”，偶數(shù)轉(zhuǎn)角上的數(shù)字都增加“100”，以保持填、挖方區(qū)的土方量平衡。這樣調(diào)整后，便可得到如表1.10所示的新調(diào)配方案。

將表1.10中的土方調(diào)配數(shù)值繪制成土方調(diào)配圖，如圖1.18所示。圖中，箭桿上的數(shù)字表示調(diào)配區(qū)之間的運距，箭桿下的數(shù)字表示最終的土方調(diào)配量。圖1.18最優(yōu)方案土方調(diào)配圖

最后來比較一下最佳方案與初始方案的土方運輸量。

初始調(diào)配方案的總土方運輸量為

Z1=500×50+500×40+300×60?+100×110+100×70+400×40?=?97000?(m3·m)

最優(yōu)調(diào)配方案的總土方運輸量為

Z2=400×50?+100×70+500×40+400×60+100×70+400×40?=?94000?(m3·m)

因為

Z2?-?Z1?=?94?000?-?97?000?=?-3000?(m3·m)

所以調(diào)整后總土方運輸量減少了3000?m3·m。

1.3土方工程施工要點

1.3.1施工準(zhǔn)備

1.清理場地清理場地包括清理地面及地下各種障礙。

2.排除地面水場地內(nèi)低洼地區(qū)的積水必須排除，同時需關(guān)注雨水的排放，確保場地保持干燥，以利于土方施工的進行。在排除地面水時，常采用排水溝、截水溝、擋水土壩等措施。

3.修筑臨時設(shè)施

修筑好臨時道路及供水、供電等臨時設(shè)施，確保材料、機具及土方機械能夠順利進場。

4.測量放線

在放灰線時，可使用裝有石灰粉末的長柄勺輕輕靠著木質(zhì)板的側(cè)面，邊走邊撒，以在地面上清晰地標(biāo)出基礎(chǔ)挖土的界線。

(1)基槽放線：基于房屋的主軸線控制點，首先使用木樁將外墻軸線的交點標(biāo)記在地面上，并在樁頂釘上鐵釘作為明顯的標(biāo)志。隨后，根據(jù)建筑物平面圖，逐一測設(shè)出內(nèi)部開間的所有軸線。最后，以中心軸線為依據(jù)，使用石灰在地面上撒出基槽開挖的邊線。同時，在房屋四周設(shè)置龍門板(如圖1.19所示)或在軸線延長線上設(shè)置軸線控制樁(又稱引樁，如圖1.20所示)，以便于基礎(chǔ)施工過程中的軸線位置復(fù)核。若基槽附近有已建的建筑物，則可利用經(jīng)緯儀將軸線投射至建筑物的墻面上?；謴?fù)軸線時，只需將經(jīng)緯儀安置在某一軸線一端的控制樁上，瞄準(zhǔn)另一端的控制樁，即可輕松恢復(fù)該軸線的位置。圖1.19龍門板設(shè)置示意圖圖1.20軸線控制樁(引樁)平面布置圖

為了控制基槽的開挖深度，在接近槽底設(shè)計標(biāo)高時，應(yīng)使用水準(zhǔn)儀依據(jù)地面上的

±0.000水準(zhǔn)點，在基槽的側(cè)壁上每隔2～4?m及所有拐角處設(shè)置一水平樁，如圖1.21所示。在測設(shè)時，應(yīng)確保水平樁的上表面距離槽底的設(shè)計標(biāo)高為整分米數(shù)，這樣便可作為清理槽底和打設(shè)基礎(chǔ)地基時控制高程的準(zhǔn)確依據(jù)。圖1.21基槽底抄平水準(zhǔn)測量示意圖

(2)柱基放線：在基坑開挖之前，需從設(shè)計圖中核對基礎(chǔ)的縱、橫軸線編號及基礎(chǔ)施工詳圖。依據(jù)柱子的縱、橫軸線，利用經(jīng)緯儀在矩形控制網(wǎng)上精確測定基礎(chǔ)中心線的端點位置。同時，在每個柱基中心線上設(shè)置定位樁，每個基礎(chǔ)中心線上通常設(shè)置四個定位木樁，其位置需確保樁位離基礎(chǔ)開挖線的距離為0.5～1.0?m。若基礎(chǔ)間距較近，則可每隔1～2個或幾個基礎(chǔ)打設(shè)一定位樁，但兩定位樁之間的間距應(yīng)控制在不超過20?m，以便于通過拉線恢復(fù)中間柱基的中線。樁頂需釘上釘子，明確標(biāo)注中心線的位置。

隨后，依據(jù)施工圖上柱基的尺寸及已確定的挖土邊線尺寸，放出基坑上口挖土的灰線，清晰標(biāo)出挖土范圍。當(dāng)基坑挖掘至一定深度時，應(yīng)在坑壁四周距離坑底設(shè)計高程0.3～0.5?m處測設(shè)若干水平樁(如圖1.22所示)，這些水平樁將作為基坑修坡及檢查坑深的重要依據(jù)。圖1.22基坑定位高程測設(shè)示意圖

1.3.2土方邊坡與土壁支撐

土壁的穩(wěn)定主要是由土體內(nèi)的摩擦阻力和黏結(jié)力來維持的。一旦土體失去這種平衡狀態(tài)，就會發(fā)生塌方，這不僅可能引發(fā)人身安全事故，還會影響工期，甚至可能危及附近的建筑物。

土壁塌方的主要原因包括：

(1)邊坡過陡，導(dǎo)致土體的穩(wěn)定性降低，進而引發(fā)塌方，尤其在土質(zhì)不良、開挖深度較大的坑槽中更為顯著。

(2)雨水或地下水滲入土中，使土體軟化，這既增加了土的自重，又降低了土的抗剪強度，這是造成塌方的一個常見原因。

(3)基坑上口邊緣附近大量堆土、停放機具或材料，以及行車等動荷載的作用，會使土體中的剪應(yīng)力增大，超過土體的抗剪強度，從而導(dǎo)致塌方。

(4)土壁支撐的強度不足或失效，或支撐結(jié)構(gòu)的剛度不夠，也是導(dǎo)致塌方的一個重要因素。

為了防止塌方，確保施工安全，在基坑(槽)開挖過程中，可采取以下措施。

1.放足邊坡

土方邊坡(如圖1.1所示)的坡度應(yīng)依據(jù)土質(zhì)、開挖深度、開挖方式、施工工期、地下水位、坡頂負載及氣候條件等多種因素來決定。在常規(guī)情況下，對于黏性土，邊坡可以較陡，而對于砂性土，則邊坡應(yīng)更為平緩。若基坑附近有重要建筑物，則建議邊坡比例維持在1∶1.0～1∶1.5之間。

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》(GB50202—2018)，臨時性挖方的邊坡值應(yīng)符合表1.11的規(guī)定。

2.設(shè)置支撐

為了縮減施工面積、減少土方量，或受場地限制無法進行放坡時，可以設(shè)置土壁支撐。表1.12列出了一般溝槽的支撐方法，其中主要采用橫撐式支撐；表1.13則展示了一般淺基坑的支撐方法，這些方法主要結(jié)合了上端放坡、拉錨等單支點板樁或懸臂式板樁支撐，也可能采用重力式支護結(jié)構(gòu)，例如水泥攪拌樁等；表1.14所列為一般深基坑的支護(撐)方法，其中多采用多支點板樁。

1.3.3施工排水與降水

1.明排水法

在施工現(xiàn)場，常用的明排水法包括截流、疏導(dǎo)和抽取三個步驟。截流旨在阻擋流向基坑的水；疏導(dǎo)則是排干積水；抽取是指在開挖基坑或溝槽時，在坑底設(shè)置集水井，并沿坑底周邊或中心挖掘排水溝，引導(dǎo)水流經(jīng)排水溝匯入集水井，隨后使用水泵將水抽出基坑。利用集水井降低地下水位的示意圖見圖1.23。圖1.23利用集水井降低地下水位的示意圖

2.人工降低地下水位法

人工降低地下水位法是在基坑開挖前，預(yù)先在基坑四周埋設(shè)一定數(shù)量的濾水管(井)，利用抽水設(shè)備在基坑開挖前和開挖過程中不斷地抽出地下水，從而使地下水位降低到坑底以下(輕型井點降低地下水位的全貌如圖1.24所示)。

圖1.24輕型井點降低地下水位的全貌圖

這種方法能夠從根本上解決地下水涌入坑內(nèi)的問題(如圖1.25(a)所示)，防止邊坡因受地下水流的沖刷而導(dǎo)致的塌方(如圖1.25(b)所示)，消除了坑底土層由地下水位差產(chǎn)生的壓力，也避免了坑底土的上冒現(xiàn)象(如圖1.25(c)所示)；消除了水壓力，使板樁所受的橫向荷載減少(如圖1.25(d)所示)；由于沒有了地下水的滲流，還能有效防止流砂現(xiàn)象的產(chǎn)生(如圖1.25(e)所示)。降低地下水位后，土體會固結(jié)，進而使土層變得更加密實，提高地基土的承載能力。圖1.25人工降低地下水位的作用

流砂現(xiàn)象的產(chǎn)生是水在土中滲流時產(chǎn)生的動水壓力作用于土體的結(jié)果。動水壓力原理如圖1.26所示，通過對截取的一段砂土脫離體(兩端的高、低水頭分別為h1、h2)進行受力分析，可以容易地得出動水壓力產(chǎn)生的原因及大小。圖1.26動水壓力原理圖

水在土中滲流時，作用在砂土脫離體中的全部水體上的力有：作用在土體左端a-a截面處的總水壓力，其方向與水流方向一致，其大小為γwh1F，其中為水的重度，F(xiàn)為土截面面積；作用在土體右端b-b截面處的總水壓力，其方向與水流方向相反，其大小為γwh2F；水滲流時整個水體受到土顆粒的總阻力，其大小為TlF(T為單位體積土體阻力)。

我們稱GD為動水壓力，其單位為N/cm3或kN/m3。由式(1.22)可知，動水壓力GD的大小與水力坡度成正比，即水頭差h1?-?h2愈大，GD愈大；而滲透路程度l愈長，則GD愈?。粍铀畨毫Φ淖饔梅较蚺c水流方向(向右方向)相同。當(dāng)水流在水頭差的作用下對土顆粒產(chǎn)生向上壓力時，動水壓力不僅使土粒受到水的浮力，而且還使土粒受到向上的動水壓力。如果動水壓力等于或大于土的浮重度γ'w，即

則土粒失去自重，處于懸浮狀態(tài)，此時土的抗剪強度等于零，土粒能隨著滲流的水一起流動，這種現(xiàn)象稱為“流砂現(xiàn)象”。

細顆粒(顆粒粒徑在0.005～0.05?mm)、均勻顆粒、松散(土的天然孔隙比大于75%)、飽和的土容易發(fā)生流砂現(xiàn)象。然而，動水壓力的大小是決定是否出現(xiàn)流砂現(xiàn)象的重要條件。因此，防治流砂應(yīng)著眼于減小或消除動水壓力。

防治流砂的方法主要有水下挖土法、打板樁法、搶挖法、地下連續(xù)墻法、枯水期施工法及井點降水法等。

(1)水下挖土法：即不排水施工，使基坑內(nèi)外的水壓達到平衡，從而避免形成動水壓力。

(2)打板樁法：將板樁沿基坑周圍打入不透水層，以起到截住水流的作用；或者將板樁打入坑底面一定深度，使地下水在流至樁底以下后再流入基坑。

(3)搶挖法：即組織分段搶挖，使挖土速度超過冒砂速度，并拋出大石塊以平衡動水壓力。

(4)地下連續(xù)墻法：沿基坑周圍先澆筑一道鋼筋混凝土的地下連續(xù)墻，以起到承重、截水和防流砂的作用。該地下連續(xù)墻同時也是深基礎(chǔ)施工的可靠支護結(jié)構(gòu)。

(5)枯水期施工法：選擇枯水期間進行施工，因為此時地下水位較低，坑內(nèi)外水位差減小，動水壓力也隨之減小，從而可以預(yù)防和減輕流砂現(xiàn)象。

需要注意的是，以上這些方法在應(yīng)用上都存在一定的局限性，適用范圍有限。

(6)井點降水法：采用此方法可以降低地下水位至基坑底以下，使動水壓力方向向下，增大土顆粒間的有效應(yīng)力，有助于減少或消除細、粉砂層中的流砂現(xiàn)象。實際上，井點降水方法是避免流砂危害的常用且有效的方法。

3.井點的種類

井點主要分為輕型井點、噴射井點、電滲井點、管井井點和深井井點。在選擇井點降水方法時，通常需考慮土壤的滲透系數(shù)、所需的降水深度、現(xiàn)有設(shè)備條件及經(jīng)濟性等因素，可參照表1.15進行選擇。其中，輕型井點的應(yīng)用最為廣泛。

4.輕型井點設(shè)備

輕型井點設(shè)備主要由管路系統(tǒng)和抽水設(shè)備組成，其工作原理如圖1.27所示。管路系統(tǒng)包括濾管、井點管、彎聯(lián)管及集水總管等部件。圖1.27輕型井點設(shè)備工作原理

(1)濾管。濾管(其構(gòu)造如圖1.28所示)作為進水設(shè)備，通常采用長度為1.0～1.5?m、直徑為38?mm或51?mm的無縫鋼管制作。管壁鉆有直徑為12～18?mm、呈梅花形排列的濾孔，濾孔面積占據(jù)濾管表面積的20%～25%。鋼管外部包裹兩層孔徑不同的濾網(wǎng)，內(nèi)層為細濾網(wǎng)，采用黃銅絲或尼龍絲布制成，規(guī)格為30～50孔/cm2；外層為粗濾網(wǎng)或棕皮，采用與濾孔相同的材料，規(guī)格為3～10孔/cm2。為確保流水順暢，鋼管與濾網(wǎng)之間用塑料管或梯形鉛絲隔開，塑料管沿著鋼管以螺旋形式纏繞。濾網(wǎng)外部再加繞一層粗鐵絲作為保護網(wǎng)，而濾管下端裝有一個鑄鐵塞頭。濾管上端則與井點管相連接。圖1.28濾管的構(gòu)造

(2)井點管。井點管是直徑為38?mm或51?mm、長為5～7?m的鋼管，可整根或分節(jié)組成。井點管的上端用彎聯(lián)管與集水總管相連。

(3)彎聯(lián)管。彎聯(lián)管通常由與井點管相同或相兼容的材質(zhì)制成，如無縫鋼管，以確保連接的強度和密封性。

(4)集水總管。集水總管是直徑為100～127?mm的無縫鋼管，每段長4?m，其上裝有與井點管連接的短接頭，間距為0.8～1.6?m。

5.輕型井點的布置

1)平面布置

當(dāng)基坑或溝槽的寬度小于6?m，且降水深度不超過5?m時，可采用單排線狀井點(如圖1.29所示)。這些井點應(yīng)設(shè)置在地下水流的上游一側(cè)，并確保兩端延伸的長度不小于坑槽的寬度。圖1.29單排線狀井點布置圖

當(dāng)基坑或溝槽的寬度大于6?m或土質(zhì)不良時，采用雙排線狀井點(見圖1.30)。在地下水流的上游，一排井點管的間距應(yīng)設(shè)置得小一些，而在下游的一排，井點管的間距可以稍大。對于面積較大的基坑，推薦使用環(huán)狀井點布置(如圖1.31所示)，有時也可以布置成U形，以方便挖土機和運土車輛進出基坑。井點管與基坑壁的距離通?？稍O(shè)為0.7～1.2?m，以防止局部發(fā)生漏氣。井點管的間距通常為0.8?m、1.2?m或1.6?m，具體由計算或經(jīng)驗來確定。在集水總管的四角部位，井點管應(yīng)適當(dāng)加密。圖1.30雙排線狀井點布置圖圖1.31環(huán)狀井點布置圖

2)高程布置

輕型井點的降水深度從理論上講可達10.3?m，但由于管路系統(tǒng)的水頭損失，其實際降水深度一般不超過6?m。井點管的埋設(shè)深度HA?(不包括濾管)按下式計算：

HA≥?H1?+?h?+?iL

(1.23)

若一級輕型井點無法滿足降水深度需求，則可采用二級輕型井點降水方法，即首先挖除第一級輕型井點所排干的土壤，隨后在其底部安裝第二級輕型井點。二級輕型井點示意圖參見圖1.32。圖1.32二級輕型井點示意圖

6.輕型井點的設(shè)計與計算

井點系統(tǒng)的設(shè)計與計算必須建立在可靠資料的基礎(chǔ)之上，例如施工現(xiàn)場地形圖、水文地質(zhì)勘察資料以及基坑的設(shè)計文件等。在設(shè)計井點系統(tǒng)時，除需要確定井點系統(tǒng)的具體布置外，還應(yīng)當(dāng)明確井點系統(tǒng)的涌水量，確定井點的數(shù)量和間距，并選擇合適的井點設(shè)備。

1)井點系統(tǒng)的涌水量

井點系統(tǒng)所需井點管的數(shù)量是依據(jù)其涌水量來確定的，而井點系統(tǒng)的涌水量則是基于水井理論來進行計算的。根據(jù)井底是否達到不透水層，水井可分為完整井與不完整井，凡井底到達含水層下方的不透水層頂面的井稱為完整井，否則稱為不完整井。根據(jù)地下水有無壓力，水井又可分為無壓井與承壓井。水井的分類如圖1.33所示。不同類型的井，其涌水量的計算方法也有所差異，其中，無壓完整井的理論相對較為成熟。圖1.33水井的分類

(1)無壓完整井的環(huán)狀井點系統(tǒng)的涌水量。

對于無壓完整井(如圖1.34(a)所示)的環(huán)狀井點系統(tǒng)，其涌水量計算公式為

(1.24)

圖1.34環(huán)狀井點系統(tǒng)涌水量計算簡圖

當(dāng)計算涌水量時，需先確定x0、R、K的數(shù)值。式(1.24)的理論基礎(chǔ)源于圓形井點系統(tǒng)的假設(shè)。實踐表明，對于長寬比不大于5的矩形基坑，可將環(huán)狀井點系統(tǒng)圍成的不規(guī)則形狀簡化為一個假想半徑為x0的圓井進行計算，且計算結(jié)果滿足工程需求。即令

得

(1.25)

式中：F——環(huán)狀井點系統(tǒng)所包圍的面積(m2)。

抽水影響半徑R是指井點系統(tǒng)抽水后，地下水位降落曲線達到穩(wěn)定狀態(tài)時的影響范圍，它與土的滲透系數(shù)、含水層厚度、水位降低的數(shù)值以及抽水時間等因素有關(guān)。在抽水2～5?d后，水位降落形成的漏斗形狀會趨于穩(wěn)定，此時，抽水影響半徑可以通過以下公式進行近似計算：

(2)無壓非完整井的環(huán)狀井點系統(tǒng)的涌水量。

在實際工程中，往往會遇到無壓非完整井的環(huán)狀井點系統(tǒng)，如圖1.34(b)所示。在這種情況下，地下水不僅會從井的側(cè)面流入，還會從井底滲入，因此其涌水量會比完整井的更大。為了簡化計算過程，無壓非完整井的環(huán)狀井點系統(tǒng)的涌水量仍然可以使用式(1.24)進行計算，但需要將式(1.24)中的含水層厚度H替換為有效含水深度H0，即

抽水影響半徑按式(1.26)計算，僅將式(1.26)中的H換成H0，即

H0的值可通過查表1.16確定。當(dāng)計算得到的H0大于實際的含水層厚度H時，仍采用H值，此時無壓非完整井可以被視為無壓完整井。

(3)承壓完整井的環(huán)狀井點系統(tǒng)的涌水量。

承壓完整井的環(huán)狀井點系統(tǒng)涌水量Q的計算公式為

式中：M——承壓含水層厚度(m)。

2)井點管數(shù)量及井點管間距

確定井點管數(shù)量時，首要步驟是確定單根井點管的出水量。單根井點管的最大出水量q可通過以下公式計算：

(1.29)

式中：d——濾管的直徑(m)；

l——濾管的長度(m)；

K——土的滲透系數(shù)(m/d)。

井點管的最少數(shù)量n由下式確定：

(1.30)

式中：1.1——考慮井點管堵塞等因素時的放大備用系數(shù)。

井點管的平均間距為

(1.31)

式中：L——集水總管的長度(m)。

實際采用的井點管平均間距D應(yīng)與集水總管上的接頭尺寸相匹配，通常采用的間距為0.8?m、1.2?m、1.6?m或2.0?m。

【例1.3】

某工程需開挖一矩形基坑，基坑底部的寬度為12?m、長度為16?m，基坑的深度為4.5?m。挖土邊坡比例為1∶0.5。基坑的平面和剖面圖如圖1.35所示。經(jīng)地質(zhì)勘探確認(rèn)，天然地面以下首先是厚度為1.0?m的黏土層，緊接著是8?m厚的中砂層(滲透系數(shù)K為12?m/d)。在離天然地面9?m以下的深度，存在不透水的黏土層。地下水位位于地面以下1.5?m處。為降低地下水位，本工程決定采用輕型井點系統(tǒng)，請進行井點系統(tǒng)的設(shè)計。

解(1)布置井點系統(tǒng)。

為使集水總管接近地下水位且不影響地面交通，考慮到天然地面以下1.0?m內(nèi)的土質(zhì)為具有內(nèi)聚力的黏土層，我們將集水總管埋設(shè)在地面下0.5?m處。具體做法是先挖一個深度為0.5?m的溝槽，然后在槽底鋪設(shè)集水總管。此時，基坑上口平面尺寸(A?×?B)為

將井點系統(tǒng)布置成環(huán)狀，但為使反鏟挖土機和運土車輛有開行路線，在地下水的下游方向一般布置成端部開口(本例中端部開口為7?m)。另外，考慮到集水總管距離基坑邊緣1.0?m，則總管長度為

基坑短邊井點管至基坑中心的水平距離為

基坑中心要求降水深度為

s?=?(4.8?-?0.3)?-?1.5?+?0.5?=?3.5?m

采用一級輕型井點，井點管的埋設(shè)深度HA?(不包括濾管)按下式計算：

采用長為6.0?m、直徑為51?mm的井點管，濾管長度為1.0?m。為確保與集水總管順利連接，井點管露出地面0.2?m，埋入土中的實際長度為5.8?m(不包括濾管)(該長度大于所需的最小埋設(shè)深度5.4m)，故高程布置符合要求。

采用長為6.0?m、直徑為51?mm的井點管，濾管長度為1.0?m。為確保與集水總管順利連接，井點管露出地面0.2?m，埋入土中的實際長度為5.8?m(不包括濾管)(該長度大于所需的最小埋設(shè)深度5.4m)，故高程布置符合要求。

此時，基坑中心實際降水深度應(yīng)修正為圖1.35輕型井點布置計算實例示意圖

(2)計算基坑涌水量。

(3)確定井點管數(shù)量及井點管間距。

(4)選擇抽水設(shè)備。

抽水設(shè)備所帶動的集水總管長度為80?m，故可選用W5型干式真空泵一套。

水泵的抽水流量為

水泵的吸水揚程為

根據(jù)Q1及Hs的數(shù)值，選用3B33型離心泵，實際施工中選用2臺，其中1臺作為備用。

3)井點管的埋設(shè)與使用

(1)井點管的埋設(shè)。

輕型井點的施工過程主要包括準(zhǔn)備工作，井點管的埋設(shè)、使用及拆除。準(zhǔn)備工作包括井點設(shè)備、動力、水源及必要材料的準(zhǔn)備，排水溝的開挖，附近建筑物的標(biāo)高觀測以及防止附近建筑物沉降措施的實施。

埋設(shè)井點管的程序是先排放集水總管，接著埋設(shè)井點管，并用彎聯(lián)管將井點管與集水總管接通，最后安裝抽水設(shè)備。井點管的埋設(shè)一般采用水沖法，并分為沖孔(如圖1.36(a)所示)與埋管(如圖1.36(b)所示)兩個步驟。圖1.36井點管的埋設(shè)

(2)井點管的使用。

使用輕型井點時，應(yīng)保證連續(xù)不斷地抽水，并準(zhǔn)備雙電源。若時抽時停，則濾網(wǎng)易堵塞，也容易抽出土粒，導(dǎo)致水質(zhì)混濁，并可能引起附近建筑物因土粒流失而沉降開裂。正常的出水規(guī)律是“先大后小，先混后清”。抽水過程中需要經(jīng)常觀測真空度，以判斷井點系統(tǒng)是否正常工作，真空度一般應(yīng)不低于55.3～66.7?kPa。造成真空度不足的原因較多，但通常是由于管路系統(tǒng)漏氣，應(yīng)及時檢查并采取相應(yīng)措施。

8.回灌井點法

井點降水具有諸多優(yōu)點，在基礎(chǔ)施工中得到廣泛應(yīng)用，但其影響范圍較大，影響半徑可達百米甚至數(shù)百米，且會導(dǎo)致周圍土壤固結(jié)，進而引起地面沉陷。

回灌井點的布置圖與水位圖如圖1.37所示。圖1.37回灌井點的布置圖與水位圖

8.其他井點

1)噴射井點

噴射井點根據(jù)其工作時使用的噴射介質(zhì)(液體和氣體)的不同，分為噴水井點和噴氣井點兩種。噴射井點設(shè)備主要由噴射井點管、高壓水泵(或空氣壓縮機)和管路系統(tǒng)等組成。噴射井點設(shè)備及平面布置簡圖如圖1.38所示。圖1.38噴射井點設(shè)備及平面布置簡圖

2)電滲井點

電滲井點適用于土的滲透系數(shù)小于0.1?m/d的含水層中，當(dāng)使用一般井點無法降低地下水位時，尤其宜用于淤泥排水。

電滲井點降水的原理(如圖1.39所示)是在降水井點管的內(nèi)側(cè)打入金屬棒(鋼筋或鋼管)，并連接導(dǎo)線。當(dāng)通入直流電后，土顆粒會發(fā)生從井點管(陰極)向金屬棒(陽極)移動的電泳現(xiàn)象，而地下水則會出現(xiàn)從金屬棒(陽極)向井點管(陰極)流動的電滲現(xiàn)象，從而達到使軟土地基易于排水的目的。圖1.39電滲井點降水示意圖

3)管井井點

管井井點(見圖1.40)就是沿基坑每隔20～50?m設(shè)置一個管井，每個管井配備一臺水泵(如潛水泵、離心泵)進行不斷抽水，以降低地下水位。采用管井井點法時，地下水位可降低5～10?m，這種方法適用于土的滲透系數(shù)較大(K?=?20～200?m/d)且地下水量大的砂類土層。圖1.40管井井點

1.4土方工程的機械化施工

1.4.1常用的土方施工機械土方工程的施工過程包括土方開挖、運輸、填筑與壓實等步驟。由于土方工程量大、勞動繁重，施工時應(yīng)盡可能采用機械化或半機械化施工方式，以減輕繁重的體力勞動，加快施工進度，并降低工程造價。

1.推土機

推土機是土方工程施工中的主要機械之一，它是由履帶式拖拉機安裝推土鏟刀等工作裝置構(gòu)成的機械。根據(jù)鏟刀操縱機構(gòu)的不同，推土機分為索式推土機和液壓式推土機兩種。索式推土機的鏟刀依靠自身重量切入土中，在硬土中的切土深度較小。而液壓式推土機則利用液壓操縱，能使鏟刀強制切入土中，具有較大的切土深度。同時，液壓式推土機的鏟刀還可以調(diào)整角度，具有更大的靈活性，是目前常用的一種推土機，其外形如圖1.41所示。圖1.41液壓式推土機外形圖

(1)下坡推土法(如圖1.42所示)。

推土機順地面坡勢沿下坡方向推土，借助機械本身的重力作用，可增大鏟刀的切土深度和運土數(shù)量，從而提高推土機的效率和縮短推土?xí)r間，一般可提高生產(chǎn)率30%～40%。但坡度不宜大于15°，以免后退時爬坡困難。圖1.42下坡推土法

(2)槽形推土法(如圖1.43所示)。

當(dāng)運距較遠且挖土層較厚時，利用已推過的土槽再次推土，可以減少鏟刀兩側(cè)土的散漏，這樣作業(yè)可提高生產(chǎn)率10%～30%。槽深以1?m左右為宜，槽間土埂寬約0.5?m。在推出多條槽后，再將土埂推入槽內(nèi)，然后統(tǒng)一運出。

圖1.43槽形推土法

(3)并列推土法(如圖1.44所示)。

對于大面積的施工區(qū)，可用2～3臺推土機并列推土。推土?xí)r，兩鏟刀相距15～30?cm，這樣可以減少土的散失并增大推土量，能提高生產(chǎn)率15%～30%。但平均運距不宜超過50～75?m，亦不宜小于20?m；且推土機數(shù)量不宜超過3臺，否則倒車不便，行駛不一致，反而會影響生產(chǎn)率的提高。

(4)集中推土法。

當(dāng)運距較遠且土質(zhì)又比較堅硬時，由于切土的深度不大，宜采用多次鏟土、集中推土的方法，使鏟刀前保持滿載，以提高生產(chǎn)率。圖1.44并列推土法

2.鏟運機

鏟運機是一種能夠獨立完成鏟土、運土、卸土、填筑、整平等作業(yè)的土方機械。按行走機構(gòu)的不同，鏟運機可分為拖式鏟運機(如圖1.45所示)和自行式鏟運機(如圖1.46所示)兩種。拖式鏟運機由拖拉機牽引行駛，而自行式鏟運機的行駛和作業(yè)都依靠其本身的動力設(shè)備。圖1.45C6-2.5型拖式鏟運機外形圖圖1.46C3-6型自行式鏟運機外形圖

1)合理選擇鏟運機的開行路線

在場地平整施工中，鏟運機的開行路線應(yīng)根據(jù)場地挖、填方區(qū)分布的具體情況合理選擇，這對提高鏟運機的生產(chǎn)率有很大影響。鏟運機的開行路線一般有以下幾種：

(1)環(huán)形路線。當(dāng)?shù)匦纹鸱淮?，施工地段較短時，多采用環(huán)形路線(如圖1.47(a)、(b)所示)。環(huán)形路線每一循環(huán)只完成一次鏟土和卸土，挖土和填土交替進行。當(dāng)挖、填方區(qū)之間距離較短時，可采用大環(huán)形路線(如圖1.47(c)所示)，一個循環(huán)能完成多次鏟土和卸土，這樣可減少鏟運機的轉(zhuǎn)彎次數(shù)，提高工作效率。

(2)“8”字形路線。當(dāng)施工地段較長或地形起伏較大時，多采用“8”字形路線(如圖1.47(d)所示)。采用這種開行路線時，鏟運機在上下坡時斜向行駛，受地形坡度限制較?。灰粋€循環(huán)中兩次轉(zhuǎn)彎方向不同，可避免機械行駛時的單側(cè)磨損；一個循環(huán)完成兩次鏟土和卸土，減少了轉(zhuǎn)彎次數(shù)及空車行駛距離，從而亦可縮短運行時間，提高生產(chǎn)率。

尚需指出，鏟運機應(yīng)避免在轉(zhuǎn)彎時鏟土，否則鏟刀受力不均，容易引起翻車事故。因此，為了充分發(fā)揮鏟運機的效能，保證能在直線段上鏟土并裝滿鏟斗，鏟土區(qū)應(yīng)有足夠的最小鏟土長度。圖1.47鏟運機開行路線

2)合理選擇施工方法

(1)下坡鏟土法。鏟運機利用地形進行下坡推土，借助鏟運機的重力，加深鏟斗切土深度，縮短鏟土?xí)r間；但縱坡不得超過25°，橫坡不得大于5°。鏟運機不能在陡坡上急轉(zhuǎn)彎，以免翻車。

(2)跨鏟法(如圖1.48所示)。跨鏟法是指鏟運機采用間隔鏟土的方式，預(yù)留土埂。這樣，在間隔鏟土?xí)r，由于形成一個溝槽，可減少向外撒土量；在鏟土埂時，鏟土阻力會減小。一般土埂的高度不大于300?mm，寬度不大于拖拉機兩履帶間的凈距。圖1.48跨鏟法

(3)推土機助鏟法(如圖1.49所示)。在地勢平坦、土質(zhì)較堅硬的情況下，可使用推土機在鏟運機后面進行頂推，以加大鏟刀的切土能力，縮短鏟土?xí)r間，提高生產(chǎn)率。在助鏟的間隙，推土機還可以兼作松土或平整工作，為鏟運機創(chuàng)造更好的作業(yè)條件。圖1.49推土機助鏟

(4)雙聯(lián)鏟運法(如圖1.50所示)。當(dāng)拖式鏟運機的動力有余時，可在拖拉機后面串聯(lián)兩個鏟斗以進行雙聯(lián)鏟運。對于堅硬土層，可采用雙聯(lián)單鏟的方式，即先鏟滿一個鏟斗，再鏟另一個鏟斗；對于松軟土層，則可采用雙聯(lián)雙鏟的方式，即兩個鏟斗同時鏟土。

(5)掛大斗鏟運法。在土質(zhì)松軟地區(qū)，可改用大型鏟斗，以充分利用拖拉機的牽引力，從而提高生產(chǎn)效率。圖1.50雙聯(lián)鏟運法

3.單斗挖土機

1)正鏟挖土機

正鏟挖土機的挖土特點是前進向上，強制切土。它適用于開挖停機面以上的一至三類土，且需與運土汽車配合完成整個挖運任務(wù)。正鏟挖土機挖掘力大，生產(chǎn)率高。

(1)正鏟挖土機的作業(yè)方式。

根據(jù)挖土機的開挖路線與汽車相對位置的不同，正鏟挖土機的作業(yè)方式分為正向挖土、側(cè)向卸土和正向挖土、后向卸土兩種。

正向挖土、側(cè)向卸土如圖1.51(a)所示，即挖土機沿前進方向挖土，運輸車輛停在側(cè)面裝土(可停在停機面上或高于停機面)。采用這種作業(yè)方式時，挖土機卸土?xí)r動臂轉(zhuǎn)角小，運輸車輛行駛方便，因此生產(chǎn)率高，應(yīng)用較廣。

正向挖土、后向卸土如圖1.51(b)所示，即挖土機沿前進方向挖土，運輸車輛停在挖土機后方進行裝土。采用這種作業(yè)方式時，挖土機卸土?xí)r的動臂轉(zhuǎn)角較大，導(dǎo)致生產(chǎn)率較低，且運輸車輛需要倒車進入。這種方式一般在基坑窄而深的情況下采用。圖1.51正鏟挖土機的作業(yè)方式

(2)正鏟挖土機的工作面。

挖土機的工作面是指挖土機在一個停機點進行挖土?xí)r的工作范圍。工作面的形狀和尺寸取決于挖土機的性能和卸土方式。根據(jù)正鏟挖土機作業(yè)方式的不同，其工作面分為側(cè)工作面和正工作面兩種。

挖土機側(cè)向卸土?xí)r形成的工作面是側(cè)工作面。根據(jù)運輸車輛與挖土機的停放標(biāo)高是否相同，側(cè)工作面可分為高卸側(cè)工作面(車輛停放處高于挖土機停機面)及平卸側(cè)工作面(車輛與挖土機在同一標(biāo)高)。高卸、平卸側(cè)工作面的形狀及尺寸分別見圖1.52(a)和圖1.52(b)。

挖土機后向卸土?xí)r形成的工作面為正工作面，該工作面的形狀和尺寸是左右對稱的。正工作面的右半部與圖1.52(b)中平卸側(cè)工作面的右半部相同。。圖1.52側(cè)工作面的形狀及尺寸

(3)正鏟挖土機的開行通道。

開行通道指的是挖土機作業(yè)時所需遵循的既定開行路線和預(yù)設(shè)的工作面區(qū)域。這些通道和工作面的設(shè)計旨在明確挖土機的開行次序和次數(shù)，以確?；娱_挖工作能夠高效、有序地進行。

當(dāng)基坑開挖深度較小時，可布置一層開行通道(如圖1.53所示)?；娱_挖時，挖土機需開行三次。第一次開行采用正向挖土、后向卸土的作業(yè)方式，其工作面為正工作面。挖土機進入基坑時需挖設(shè)坡道，坡道的坡度約為1∶8。第二、三次開行時采用正向挖土、側(cè)向卸土的作業(yè)方式，工作面為平卸側(cè)工作面。圖1.53正鏟一層通道多次開挖基坑

當(dāng)基坑寬度稍大于正工作面的寬度時，為了減少挖土機的開行次數(shù)，可采用加寬工作面的方法。此時，挖土機按“之”字形路線開行，如圖1.54(a)所示。

當(dāng)基坑開挖深度較大時，開行通道可布置成多層。三層通道開挖的情況如圖1.54(b)所示。圖1.54正鏟開挖基坑

2)反鏟挖土機

反鏟挖土機的挖土特點是后退向下，強制切土。反鏟挖土機的挖掘力比正鏟挖土機的小，能開挖停機面以下的一至三類土(機械傳動反鏟挖土機只宜挖一至二類土)。它不需設(shè)置進、出口通道，特別適用于一次開挖深度在4?m左右的基坑、基槽、管溝，也可用于地下水位較高的土方開挖。在深基坑開挖時，依靠止水擋土結(jié)構(gòu)或井點降水，反鏟挖土機通過下坡道，采用臺階式接力方式進行挖土也是常用方法。反鏟挖土機可以與自卸汽車配合，裝土運走，也可將土棄置于坑槽附近。履帶式機械傳動反鏟挖土機如圖1.55所示，履帶式液壓反鏟挖土機見圖1.56。

圖1.55履帶式機械傳動反鏟挖土機圖1.56履帶式液壓反鏟挖土機

反鏟挖土機的作業(yè)方式可分為溝端開挖(如圖1.57(a)所示)和溝側(cè)開挖(如圖1.57(b)所示)兩種。溝端開挖是指挖土機停在基坑(槽)的端部，向后倒退進行挖土，汽車停在基槽兩側(cè)進行裝土。溝端開挖的優(yōu)點是挖土機停放平穩(wěn)，裝土或甩土?xí)r的回轉(zhuǎn)角度小，因此挖土效率較高，且挖的深度和寬度也較大。當(dāng)基坑較寬時，可采用多次并行開挖的方式，如圖1.58所示。

圖1.57反鏟挖土機的作業(yè)方式

圖1.58反鏟挖土機多次并行挖土

3)拉鏟挖土機

拉鏟挖土機的鏟斗用鋼絲繩懸掛在挖土機長臂上，挖土?xí)r鏟斗在自重作用下落到地面切入土中，其挖土特點是后退向下、自重切土。拉鏟挖土機的挖土深度和挖土半徑均較大，能開挖停機面以下的一至二類土，但其動作的靈活性和準(zhǔn)確性不如反鏟挖土機，適用于開挖較深、較大的基坑(槽)、溝渠，挖取水中泥土以及填筑路基、修筑堤壩等作業(yè)。

履帶式拉鏟挖土機(如圖1.59所示)的挖斗容量有0.35?m3、0.5?m3、1?m3、1.5?m3、2?m3等數(shù)種，其最大挖土深度為7.6?m(W3-50型起重機)～16.3?m(W1-200型起重機)。圖1.59履帶式拉鏟挖土機

4)抓鏟挖土機

抓鏟挖土機是在挖土機臂端用鋼絲繩吊裝一個抓斗，其挖土特點是直上直下、自重切土。抓鏟挖土機的挖掘力較小，能開挖停機面以下的一類、二類土，特別適用于開挖軟土地基基坑，尤其是窄而深的基坑、深槽、深井，采用抓鏟挖土機時效果理想。此外，抓鏟挖土機還可用于疏通舊有渠道以及挖取水中淤泥等，或用于裝卸碎石、礦渣等松散材料。也有采用液壓傳動操縱抓斗作業(yè)的液壓傳動抓鏟挖土機，其挖掘力和精度優(yōu)于機械傳動抓鏟挖土機。履帶式抓鏟挖土機如圖1.60所示。圖1.60履帶式抓鏟挖土機

基坑開挖采用單斗(如反鏟等)挖土機施工時，需配合運土車輛，將挖出的土隨時運走。因此，挖土機的生產(chǎn)率不僅取決于挖土機本身的性能，還應(yīng)與所選運土車輛的運土能力相協(xié)調(diào)。為使挖土機充分發(fā)揮生產(chǎn)能力，應(yīng)配備足夠數(shù)量的運土車輛，以保證挖土機連續(xù)工作。下面將介紹確定挖土機數(shù)量和運土車輛數(shù)量的方法。

(2)計算運土車輛。

【例1.4】

某工程基坑土方開挖，土方量為9640?m3?，F(xiàn)有一臺WY100型反鏟挖土機，其斗容量為1?m3，為減少基坑暴露時間，挖土工期限制在7天。挖土采用載重量為8?t的自卸汽車配合運土，要求運土車輛數(shù)能保證挖土機連續(xù)作業(yè)。已知Kc?=?0.9，Ks=?1.15，K1?=?KB?=?0.85，t?=?40?s，l?=?1.3?km，Vc?=?20?km/h。試求：

(1)?WY100型反鏟挖土機的數(shù)量；

(2)運土車輛數(shù)。

1.4.2土方挖運機械選擇和機械挖土的注意事項

選擇土方挖運機械和機械挖土?xí)r，應(yīng)注意以下事項。

(1)機械開挖應(yīng)根據(jù)工程規(guī)范、地下水位高低、施工機械條件、進度要求等合理地選用施工機械，以充分發(fā)揮機械效率，節(jié)省機械費用，加快工程進度。

(2)使用大型土方機械在坑下作業(yè)時，若地基為軟土地基或在雨期施工，則土方機械進入基坑行走需鋪墊鋼板或鋪設(shè)路基箱墊道。對于大型軟土基坑，為減少分層挖運土方的復(fù)雜性，還可采用“接力挖土法”，如圖1.61所示。圖1.61接力挖土法示意圖

該方法是利用兩臺或三臺挖土機分別在基坑的不同標(biāo)高處同時挖土，其中一臺挖土機在地表，其余挖土機在基坑不同標(biāo)高的臺階上，邊挖土邊向上傳遞到上層，由地表挖土機裝車，再用自卸汽車運至棄土地點。例如，上部可選用大型反鏟挖土機，中、下層可選用反鏟液壓中、小型挖土機，以便實現(xiàn)挖土、裝車的均衡作業(yè)。機械開挖不到之處，再配以人工開挖修坡、找平?；涌v向兩端設(shè)有道路出入口，上部汽車單向行駛。采用“接力挖土法”開挖基坑時，可一次挖到設(shè)計標(biāo)高，一般兩層挖土可挖到?-10?m，三層挖土可挖到?-15?m左右。與通常的開坡道運輸汽車運土法相比，這種挖土方法可能會使土方運輸效率受到一定影響。

但對于某些面積不大、深度較大的基坑，由于本身開坡道有困難，利用此法可避免載重汽車開進基坑裝土、運土，工作條件好，效率也較高，并可降低成本。最后用搭枕木垛的方法使挖土機開出基坑(如圖1.62所示)或牽引拉出。若坡度過陡，則也可用吊車吊運出坑。

圖1.62挖土機開出基坑示意圖

(3)土方開挖前應(yīng)繪制土方開挖圖，明確開挖路線、順序、范圍、基底標(biāo)高、邊坡坡度、排水溝、集水井位置以及挖出的土方堆放地點。繪制土方開挖圖時，應(yīng)盡可能考慮使機械多挖。

(4)由于大面積基礎(chǔ)群基坑底標(biāo)高不一，機械開挖次序一般采取先整片挖至一平均標(biāo)高，然后再挖個別較深部位。當(dāng)一次開挖深度超過挖土機最大挖掘高度(5?m以上)時，宜分二至三層開挖，并修筑10%～15%的坡道，以便挖土機及運輸車輛進出。

(5)基坑邊角部位，即機械開挖不到之處，應(yīng)用少量人工配合清坡，將松土清至機械作業(yè)半徑范圍內(nèi)，再用機械掏取運走。人工清土所占比例一般為1.5%～4%，修坡的誤差限制應(yīng)以厘米計。大基坑宜另配一臺推土機進行清土、送土、運土作業(yè)。

(6)對于挖土機、運土車輛進出基坑的運輸?shù)缆芬?guī)劃，應(yīng)盡量利用基坑基礎(chǔ)一側(cè)或兩側(cè)尚未開挖且后續(xù)需開挖的部位，使之相互貫通以作為運輸?shù)缆?，或者利用已提前挖除土方的地下空間(如地下設(shè)施已移除的區(qū)域)，構(gòu)建相鄰基坑之間的地下運輸通道，以減少挖土量和運輸成本。

(7)由于機械挖土對土的擾動較大，且不能準(zhǔn)確地將地基抄平，容易出現(xiàn)超挖現(xiàn)象，因此，施工中機械挖土只能挖至基底以上20～30?cm，其余20～30?cm的土方采用人工或其他方法挖除。

(8)機械挖土施工的工藝流程為：確定開挖的順序和坡度→分段分層平均下挖→修邊和清底。

1.4.3基坑土方開挖方式

1.無支護結(jié)構(gòu)基坑的放坡開挖

采用放坡開挖(如圖1.63(a)所示)時，一般基坑深度較淺，挖土機可以一次開挖至設(shè)計標(biāo)高。在地下水位高的地區(qū)，對于軟土基坑，通常采用反鏟挖土機配合運土汽車在地面進行作業(yè)。如果地下水位較低且坑底堅硬，則也可以讓運土汽車下坑，配合正鏟挖土機在坑底進行作業(yè)。當(dāng)開挖基坑深度超過4?m，土質(zhì)較好，地下水位較低，且場地條件允許放坡時，邊坡宜設(shè)置階梯平臺，進行分階段、分層開挖，每級平臺的寬度不宜小于1.5?m。圖1.63有支護結(jié)構(gòu)基坑的開挖

2.有支護結(jié)構(gòu)基坑的開挖

有支護結(jié)構(gòu)基坑的開挖，按其坑壁結(jié)構(gòu)，可分為直立壁無支撐開挖(如圖1.63(b)所示)、直立壁內(nèi)支撐開挖(如圖1.63(c)所示)和直立壁拉錨(或土釘、土錨桿)開挖(如圖1.63(d)所示)。有支護結(jié)構(gòu)基坑的開挖順序和方