第2章 土方工程1.ppt

1、第2章 土方工程 2.1 概述 2.1.1 土方工程内容及特点 土方工程包括一切土的挖掘、填筑和运输等 过程及排(降)水、土壁支护等准备工作。常见 的土方工程有： 1）场地平整。包括确定场地的设计标高, 计算挖填方量，合理进行土方调配。 2）基坑（槽）开挖、隧道、人防等地下结 构的土方开挖，包括排水、降水、土壁 支护等。 3）土方回填与压实。包括土料的选择、填 土的压实方法和密度检验等。 土方工程的特点： 1）量大面广。 2）劳动繁重、工期长。 3）施工条件复杂，受地质、水文、气侯影响 大，不确定因素多。 因此，在组织土方工程施工因此，在组织土方工程施工 前，应制订出技术可行经济前，应制订出技

2、术可行经济 合理的施工设计方案。合理的施工设计方案。 1）根据工程条件，选择适宜的施工方案和效率较 高、费用较低的机械进行施工； 2）合理调配土方，使总的施工量最小； 3）合理组织机械施工，保证机械发挥最大的适用 效率； 4）安排好运输道路、排水、降水、土壁支护等一 切准备工作； 5）合理安排施工计划，尽量避免雨季施工； 6）保证施工质量，对施工中的可能遇到的流砂、 塌方等提出解决方案； 7）确保安全施工。 2.1.2 土方工程的要求 要选择适宜的施工方案，首先来看一下土的分 类。建筑地基基础设计规范GB50007-2011 根据颗粒级配或塑性指数划分为岩石、碎石土、 砂土、粉土、粘性土和人工

3、填土六大类。在土木 工程施工中，按土的开挖由易到难程度分为八类： 第一类：（松软土） 第五类：（软石） 第二类：（普通土） 第六类：（次坚石） 第三类：（坚土） 第七类：（坚石） 第四类：（砂砾坚土） 第八类：（特坚石） 2.1.3 土的工程分类 1.土的可松性 土具有可松性。即自然状态的土，经开挖后，其 体积因松散而增大，以后虽经回填压实，仍不能 恢复。土的可松性程度用可松性系数表示，即： （2-1） 2.1.4 土的工程性质 2 V 3 V 最初可松性系数； 土开挖后松散的体积； 土经回填压实后的体积。 s K 土自然状态下的体积； s K 最终可松性系数； 1 V 2. 土的密度 天然密

4、度天然密度 ：土在天然状态下单位体积的质量。 干密度干密度 d：单位体积的土，将水分烘干后的质量。 是检测填土密实程度的指标。 3.土的含水量 土中所含水与土的固体颗粒间的质量土中所含水与土的固体颗粒间的质量 比，以百分数表示。比，以百分数表示。 天然含水量天然含水量: W=（G湿-G干）/G干 最佳含水量最佳含水量: 可使填土获得最大密实度的含水量 （击实试验、手握经验确定）。 4. 土的渗透性 土体孔隙中的自由 水在重力作用下 会透过土体而运 动，这种土体被 水透过的性质称 为土的渗透性。 H-水头差； L- 渗流路径长度； A-土体横截面积)； I-水力梯度。K- 渗透系数。 达西(Da

5、rcy)定律 2.2.1 场地设计标高的确定 1.确定原则 挖、填平衡 主要考虑因素:1）满足工艺和运输 的要求；2）尽量利用地形，减少挖填方量； 3）场地内挖、填方平衡，土方运输总费用 最少；4）有一定的泄水坡度（0.002）， 满足排水要求，并考虑最大洪水位的影响。 2.2 场地平整 方法方法：将场地划分为每格边长 1040m的方格网，找出每个 方格各个角点的地面标高(实 测法、等高线插入法)。 按照挖填平衡的原则，场地 设计标高可按下式计算： aaa aaa 11121314 21222324 31323334 41424344 21 11 22 12 n i iiii zzzz azn

6、a 1 43212 0 2 ) 4 ( n i iiii zzzz n z 1 43210 )( 4 1 所计算场地的设计标高（m）； 0 z n方格数； 、 2. 一般方法 （2-2） 为便于计算将式2-2进行变形得： 、 aaa aaa 11121314 21222324 31323334 41424344 21 11 22 12 )432( 4 1 43210 zzzz n z 一个方格独有的角点标高； 1 z 1 i z 2i z 、 3i z 、 4i z 第i方格四个角点的原地形标高（m）。 （2-3） 二个方格共有的角点标高； 三个方格共有的角点标高； 四个方格共有的角点标高；

7、2 z 3 z 4 z 泄水坡度 的影响： （2-4） yyxxn iLiLZZ 0 n z 场地内任一点的设计标高； x L y L 、 计算点沿x，y方向距场地中心点的距离； 由场地中心点沿x，y方向指向计算点时，若其方向 与 ， 同向时取”-”，反之则取”+“。 、 场地在x，y方向的泄水坡度； x i y i x i y i 2.2.2 最小二乘法求最佳设计平面 方法方法：将场地划分为每格边 长1040m的方格网，找出每 个方格各个角点的地面标高(实 测法、等高线插入法)。 高数的平面截距式方程: 则这个平面上任意一点i的标高 可表示为： y i b c a x i Z Y X o 1

8、 c z b y a x y b c x a c cz ii xi y zcx iy i (2-5) i Z i x i yi点在x方向的坐标； i点在y方向的坐标。 与前述方法类似，将场地分成方格网，并 将原地形标高 i Z标于图上，设最佳设计平 面的方程为式（2-5），则该场地方格网角点的施工高 度为： ),.,1( niZiYiXcZZH iyixiiii （2-6） 式中式中 方格网各角点的施工高度；方格网各角点的施工高度； 方格网各角点的设计平面标高；方格网各角点的设计平面标高； 方格网各角点的原地形标高；方格网各角点的原地形标高； 方格角点总数。方格角点总数。 i H i z i

9、z n 由于施工高度有正（填方），有负（挖方）。若把施工 高度平方之后再相加，则其总和能够反映土方工程填挖 方绝对值之和的大小。 将式（2-6）带入式（2-7），得 （2-7） 令为土方施工高度之平方和，则 22 2 2 11 1 2 nni n i ii HPHPHPHP 式中， i P为i角点的应用次数。 2 1111 2 2222 2 () () xy xy nn xn yn p cx iy iz p cx iy iz pcx iy iz （2-8） c x i y i 该式中有3个未知量：、 （2-9） yx iic、 由高等数学多元函数求极值的方法，将上式分别对 三个未知量求偏导数，

10、并令其为零，则 n i iyixiii y n i iyixiii x n i iyixii ZiyixcyP i ZiyixcxP i ZiyixcP c 1 1 1 0)(2 0)(2 0)(2 经过整理，可写成下列方程： 可得到如下方程组： （2-7） yx iic、 由高等数学多元函数求极值的方法，将上式分别对 求偏导数，并令其为零，有 n i iyixiii y n i iyixiii x n i iyixii ZiyixcyP i ZiyixcxP i ZiyixcP c 1 1 1 0)(2 0)(2 0)(2 经过整理，可得写成列方程： 0 0 0 PyziPyyiPxycPy

11、 PxziPxyiPxxcPx PZiPyiPxcP yx yx yx （2-8） (2-10) 2-1 以上为采用列表法求常系数线性方程组 （如教材例1-1中表2-10）的过程，详细过程 可参考教材例1-1。还可利用Matlab程序或自 编Fortran程序求解。将求得的 回带可 求得最佳设计平面。 yx iic、 1. 可松性的影响 2.2.3 设计标高的调整 根据挖填平衡原则，不考虑理可松性时有（a）图： WT VV 考虑土的可松性之后，填方取得标高要增加，所 以可以少挖一些。设为土的可松性引起的设计标 高的增加值，则调整后的挖、填关系为： hh按上式求得后，每个角点的设计标高应增加 。

12、 。 2.2.3 设计标高的调整 2. 考虑工程余土或工程用土，相应提高或 降低设计标高。 3. 如采用场外取土或弃土的施工方案，则 应考虑因此引起的土方量的变化，需将设 计标高进行调整。 场地设计平面的调整工作是繁重的，如修改设场地设计平面的调整工作是繁重的，如修改设 计标高，则须重新计算土方工程量。计标高，则须重新计算土方工程量。 2.3 土方工程量的计算与调配 1.基坑（槽）和路堤土方量计算 2.3.1 土方工程量的计算 F 1 F 0 F 2 H F 2 F 1 F 0 H a) b) 1-4 a）基坑土方量计算 ；b）基槽、路堤土方量计算 )4( 6 201 FFF H V （2-1

13、1） 1.基坑（槽）和路堤土方量计算 2.3.1 土方工程量的计算 对基坑而言， 为基坑的深度， 、 分别为基坑的 上下底面积（ ）；对基槽或路堤， 为基槽或路 堤的长度， 、 分别为两端的面积（ ）； 与 之间的中截面面积（ ）; 此式的物理意义：来源于高数积分的思想， 函数 无具体表达式，故只能采用数值方法求近 似解。利用数值分析的辛普生（Simpson）公式 可得（2-11）式，该式适用性强。 式中 土方工程量（m3）。 H2 F 1 F m2H 1 F 2 Fm2 0 F 1 F 2 Fm2 H dxxFV 0 )( )(xF V 2.场地平整土方量计算 2.3.1 土方工程量的计算

14、1）计算各角点的施工高度 =设计标高-自然标高，施工高度：“+”填方； “-”挖方。 2）确定“零线” “零点”方格网边界上施工高度为0的点。 在相邻角点施工高度一正一负的方格网边线上， 用线性差值方法求零点位置如图所示。 n h “零线” “零点”的连线。“零线”即为挖填 方区的分界线，复杂场地的零线可有多条。例如 下图中“蓝色线”即为确定的零线。 3）计算方格网内的土方量 零线确定后，可逐个方格网计算土方量。方格网 中土方量计算有两种方法：四棱柱法和三棱柱法。 以四棱柱法法为例，分（a）全挖或全填；（b） 二挖二填；（c）一填（挖）三挖（填）；（d） 一挖一填，四种情况套用公式计算。 2.

15、场地平整土方量计算 3.场地平整土方量计算步骤（教材P15P17页 例题） 2.3.1 土方工程量的计算 1）划分方格网； 2）计算各方格网角点的地面标高； 3）计算场地设计标高； 4）根据泄水坡度计算角点设计标高； 5）计算方格角点的施工高度； 6）确定零点画零线； 7）计算土方量。 8）统计挖、填土方量。 土方调配是大型土方施工设计的一个重要 内容。土方调配的目的是在使土方总运输 量（ ）最小或土方运输成本（元）最小 的条件下，确定填挖方区土方的调配方向 和数量，从而达到缩短工期和降低成本的 目的。 2.3.2 土方调配 mm 3 重要 概念 实质：最优化问题。 在施工区域内，挖方、填方或

16、借、弃土的综合协调。 土方调配是大型土方施工设计的一个重要 内容。土方调配的目的是在使土方总运输 量（ ）最小或土方运输成本（元）最小 的条件下，确定填挖方区土方的调配方向 和数量，从而达到缩短工期和降低成本的 目的。 2.3.2 土方调配 mm 3 重要 概念 实质：最优化问题。 3.场地平整土方量计算步骤（教材P15P17页 例题） 2.3.1 土方工程量的计算 1）划分方格网； 2）计算各方格网角点的地面标高； 3）计算场地设计标高； 4）根据泄水坡度计算角点设计标高； 5）计算方格角点的施工高度； 6）确定零点画零线； 7）计算土方量。 8）统计挖、填土方量。 - 到 的运距； - 到

17、 的运土量。 二、线性规划方法土方调配数学模型 ij C i A j Bij x i Aj B 土方调配问题可用以下数学模型，求一组的 值，使目标函数 二、线性规划方法土方调配数学模型 ij m i n j ij xcZ 11 （2-12） 为最小值，并满足下列约束条件： 0 ),.,2 , 1( )(),.,2 , 1( 1 1 ij m i jij n j iij x njbx miax （竖向各列） 横向各行 未知量有mn个，方程数为m+n个。由于挖填平衡，独立 方程的数量实际只有m+n-1个。由于变量的数目多于独立 方程的数目，因此方程组有无穷多的解。 （2-13） 三、表上作业法 1

18、.同前；2.初始调配方案 方法方法：先从运距小的开始，使其土方量最大。首先在表2-2 中找到一个最小运距，表中的 。任取其一， 如 ，确定 的值，使其尽量大 =400。再取 ，则 =500。重复上面步骤，完成其余方格土方量的确定，表2-3。 40 4322 cc 43 c 43 x 43 c 22 c 22 x 3. 判别是否为最优方案 用位势法求检验数 ij，若所有ij 0，则方案为最 优解。 1）求位势Ui和Vj： 位势和就是在运距表的行或列中用运距（或 单价）同时减去的数，目的是使有调配数字的格 检验数为零，而对调配方案的选取没有影响。 首先将初始方案中有调配数方格的列出（表2- 4中涂

19、红数字），然后按下式求出两组位势数Ui （=1,2,m）和Vj（=1,2,n）。 ij c i U j V + 位势数 计算方法 2）求检验数 ij ： 位势数求出后，便可根据下式计算没有调配 数的空格（表示的方格）的检验数： 有土方调配数的方格的检验数必为零，空格 的检验数（表2-5中涂红数字）计算如下： 同理求其他，求得的检验数见表2-5。 jiijij VUC 8050)60(70 122121 VUC 5050)20(80 144141 VUC 4. 方案调整 调整方法：闭回路法。 调整顺序：从负值最大的格开始。 1)找闭回路 a）在所有的负检验数中选一个（一般可选最小的 一个，本例中

20、为 ），把它所对应的变量 作 为调整的对象。 b）找 的闭合回路：在运距表2-3中，从 出 发，沿闭合回路前进，在各奇次转角点（1、3） 的 数字中，挑出最小的一个，本题中取 min（500,100）=100。 12 c 12 x 12 x12 x ij x 2)调整调配值 c）将100填入 方格中，同时将闭合回路中的奇次转折 点处的调配数减100；偶次转角点处调配数加100。最终调 平表格。 d）对新调配方案，仍按1）、2）方法计算出有调配数方 格的位势数、无调配数方格的检验数。发现调整后所有检 验数为+，则为最优方案，调配结束。 12 x 4. 方案调整 调整方法：闭回路法。 调整顺序：从

21、负值最大的格开始。 1)找闭回路 a）在所有的负检验数中选一个（一般可选最小的 一个，本例中为 ），把它所对应的变量 作 为调整的对象。 b）找 的闭合回路：在运距表2-3中，从 出 发，沿闭合回路前进，在各奇次转角点（1、3） 的 数字中，挑出最小的一个，本题中取 min（500,100）=100。 12 c 12 x 12 x 12 x ij x 4)最终调配方案 5)土方运输量 Z=400 x50+400 x60+100 x70+500 x40+100 x70+400 x40=94000( )。mm 3 6)土方调配图 四 土方调配的现代计算方法 当土方调配区数量较多时，用“表上 作业法

22、”计算最优方案仍为较费工。“表 上作业法”是线性规划的单纯形方法求解 运输问题的一种简化方法。故可采用 FORTRAN编程实现，或借助MATLAB优化 工具箱编程实现。 2.4.1土方边坡及其稳定性 2.4 土方边坡与土壁支护 一、边坡稳定条件与影响因素 1. 破坏形式： 2.4.1土方边坡及其稳定性 一、边坡稳定条件与影响因素 2. 边坡稳定条件： T C T土体下滑力。土体下滑力。 C土体抗剪力。土体抗剪力。 或者说：或者说：土体的稳定条件是：土体的稳定条件是：在土体的重力及外在土体的重力及外 部荷载作用下所产生的剪应力小于土体的抗剪强部荷载作用下所产生的剪应力小于土体的抗剪强 度。度。

23、Q重力及外荷载的合力。重力及外荷载的合力。 一、边坡稳定条件与影响因素 3. 影响边坡稳定的因素 1）引起土体剪应力增加的因素：坡顶堆物、行车； 基坑边坡太陡；开挖深度过大；雨水或地下水渗入 土中，使土的含水量增加而造成土的自重增加；地 下水渗流产生的动水压力；土体竖向裂缝中积水产 生的侧向静水压力等。（荷载效应） 2）引起土体抗剪强度降低的因素：土质本身较差或 因气候影响使土质变软；土体内含水量增加而产生 润滑作用；饱和的细砂、粉砂受振动而液化等。 （抗力） 二、放坡与护面 1.直壁（不加支撑）的允许深度： 适用条件：开挖深度在地下水位以上，土质均匀。 二、放坡与护面 2. 放坡： 二、放坡

24、与护面 2. 放坡： （2）边坡形式：）边坡形式：斜坡、折线坡、踏步（台阶）式斜坡、折线坡、踏步（台阶）式 B 1:m a) H BBB b) 21 c) H 1:m 1H 1 2 21:m H 边坡形式（a）直线形 （b）折线形 （c）阶梯形 二、放坡与护面 2. 放坡： （3）最陡坡度规定：）最陡坡度规定： 土质均匀、无不良地质现象、地下水土质均匀、无不良地质现象、地下水 不丰富时，不加支撑的基坑、基槽、管沟边坡最陡坡度不丰富时，不加支撑的基坑、基槽、管沟边坡最陡坡度 GB50007-2011建筑地 基基础设计规范 基坑边坡护面方法示意图基坑边坡护面方法示意图 （d）土袋或砌石压坡护面）土

25、袋或砌石压坡护面 （c）钢丝网混凝土或钢筋混凝土护面）钢丝网混凝土或钢筋混凝土护面（a）薄膜或砂浆覆）薄膜或砂浆覆 盖盖 （b）挂网或挂网抹砂浆护面）挂网或挂网抹砂浆护面 3. 边坡护面： 三、边坡稳定性分析 边坡稳定分析方法很多，如条分法、摩擦圆法、 极限分析法、有限单元法等。 l 瑞典条分法瑞典条分法 将圆弧滑动体分成若干土条。 计算各土条的力系，滑动力和抗滑稳定力。 抗滑稳定力与滑动力之比称为土坡的稳定安全系数。 选择多个滑动圆心，就可求出相应不同的i，要求其 中最小稳定安全系数min=1.11.5。 滑弧的稳定安全系数 第 个土条滑动面圆弧长度如土中标红处，滑动 面上的法向力、切向力见

26、（1-33）、（1-34）。 i 对O点取矩后相 加，得（1-35） 和（1-36）。边 坡稳定安全系数 计算式见（1-37） 式，分子括号内 的表达式为土抗 剪承载力计算公 式。 i L 2.4.2 土壁支护 2.4 土方边坡与土壁支护 开挖基坑（槽）时，如地质条件及周围环境许可，开挖基坑（槽）时，如地质条件及周围环境许可，采用采用 放坡开挖是较经济的放坡开挖是较经济的。此法依靠土体自身的抗剪承载力。此法依靠土体自身的抗剪承载力 来保持土体的稳定。前提条件是放足坡度或满足稳定性来保持土体的稳定。前提条件是放足坡度或满足稳定性 验算要求。验算要求。 但在建筑稠密地区施工，或有地下水渗入基坑（槽

27、）时但在建筑稠密地区施工，或有地下水渗入基坑（槽）时 往往不可能按要求的坡度放坡开挖，往往不可能按要求的坡度放坡开挖，这时就需要进行基这时就需要进行基 坑（槽）支护，坑（槽）支护，以保证施工的顺利和安全，并减少对相以保证施工的顺利和安全，并减少对相 邻建筑、管线等的不利影响。邻建筑、管线等的不利影响。 1 基槽支护 2.4 土方边坡与土壁支护 横撑式支撑（横撑式支撑（a）水平挡土板式）水平挡土板式 （b）垂直挡土板式）垂直挡土板式 1-水平挡土板；2-立柱；3-工具式横撑；4-垂直挡土板； 5-横楞木；6-调节螺丝 2 3 1 6 5 3 4 6 a)b) 水平挡土 板又分断 续式（开 挖深度

28、3m 以内；及 连续式 （开挖深 度5m以内。 垂直挡土 板开挖深 度不限。 一、基槽支护 2.4 土方边坡与土壁支护 2）支撑所承受的荷载）支撑所承受的荷载土压力土压力： 土压力的分布不仅土压力的分布不仅与土的性质、土坡高度有与土的性质、土坡高度有 关，且与支撑的形式及变形亦有关关，且与支撑的形式及变形亦有关。 由于沟槽的支护多为随挖、随铺、随撑，支由于沟槽的支护多为随挖、随铺、随撑，支 撑构件的刚度不同，撑紧的程度又难以一致，撑构件的刚度不同，撑紧的程度又难以一致， 故作用在支撑上的土压力不能按库伦或朗肯故作用在支撑上的土压力不能按库伦或朗肯 土压力理论计算土压力理论计算。 实测资料表明，

29、作用在横撑式支撑上的土压实测资料表明，作用在横撑式支撑上的土压 力的分布很复杂，也很不规则。工程中通常力的分布很复杂，也很不规则。工程中通常 按下图所示几种简化图形进行计算按下图所示几种简化图形进行计算。 2）支撑所承受的荷载）支撑所承受的荷载土压力土压力： 2.4 土方边坡与土壁支护 a）密砂）密砂b）松砂）松砂c）粘土）粘土 h-4C 0.15h0.3h 0.8hka 0.8h 0.2h a 0.2h 0.8hk 0.6h 0.2h 0.55h 二、基坑支护 2.4 土方边坡与土壁支护 基坑支护设计的原则基坑支护设计的原则： 首先要考虑周边环境的保护； 其次要满足本工程地下结构施工的要求；

30、 再则应尽可能降低造价、便于施工。 基坑支护的类型：基坑支护的类型： 重力式水泥土墙、桩墙式支护结构、土钉墙、重力式水泥土墙、桩墙式支护结构、土钉墙、 喷锚网支护等形式。喷锚网支护等形式。 二、基坑支护 2.4 土方边坡与土壁支护 1. 重力式水泥土墙重力式水泥土墙 水泥土墙是近年来发展起来的一种重力式支护结 构。它是通过搅拌桩机将水泥与土进行搅拌，形 成柱状的水泥加固土（搅拌桩）。其工作原理同 土力学课程中的重力式挡土墙。 用于支护结构的水泥土：用于支护结构的水泥土：水泥掺量通常为水泥掺量通常为12%15% （单位土体水泥掺量与土的重力密度之比）；强度可（单位土体水泥掺量与土的重力密度之比）

31、；强度可 达达0.81.2 MPa，渗透系数很小，一般不大于，渗透系数很小，一般不大于 cm/s。 由水泥土搅拌桩搭接而形成水泥土墙，它既具有挡土由水泥土搅拌桩搭接而形成水泥土墙，它既具有挡土 作用，又兼有隔水作用。它适用于作用，又兼有隔水作用。它适用于46 m深的基坑，最深的基坑，最 大可达大可达78m。 6 10 2）布置形式：）布置形式： 1 重力式水泥土墙 搅拌桩；搅拌桩；插筋；插筋；面板面板 水泥土墙通常布置水泥土墙通常布置 成格栅式，格栅的置成格栅式，格栅的置 换率（加固土的面积换率（加固土的面积: 水泥土墙的总面积）水泥土墙的总面积） 为为0.60.8。 墙体的宽度墙体的宽度b、

32、插入、插入 深度深度hd根据基坑开挖根据基坑开挖 深度深度h估算，一般估算，一般 b=(0.60.8)h，hd= （0.81.2）h 3）水泥土墙的设计： 1 重力式水泥土墙 a.墙的抗滑移稳定性验算； pk ak G ak pk d 抗滑移稳定性验算 sl ak mpk K E cBBuGE tan 3）水泥土墙的设计： b.墙的抗倾覆稳定性验算； pk ak G ak pk d 抗倾覆稳定性验算 ov aak Gmppk K aE aBuGaE 3）水泥土墙的设计： c. 墙抗圆弧滑动稳定性验算； j j j j 2 j d j i 整体滑动稳定性验算 s jjjj jjjjjjjjj K

33、 Gbq luGbqlc sin)( tancos)( 3）水泥土墙的设计： d. 重力式水泥土墙嵌固深度抗隆起稳定性验算； e. 重力式水泥土墙墙体的正截面应力验算； f. 当地下水位高于基底时，应进行地下水渗透稳定性 验算。 g.位移计算： 重力式支护结构的位移在设计中应引起足够重 视，由于重力式支护结构的抗倾覆稳定有赖于被动 土压力的作用，而被动土压力的发挥是建立在挡土 墙一定位移的基础上，因此，重力式支护结构发生 一定的位移是必然的，设计的目的是将位移控制在 工程许可的范围内。 l 详细计算见建筑基坑支护技术规程JGJ 120- 2012。 4）水泥土墙施工： 施工机械：深层搅拌桩机

34、8 9 10 1 2 4 5 7 6 11 12 3 深层搅拌桩机机组 1主机；2机架；3灰浆拌制机；4集料斗；5灰浆泵；6贮水池 7冷却水泵；8道轨；9导向管；10电缆；11输浆管；12水管 4）水泥土墙施工： 施工工艺： p “一次喷浆、二次搅拌一次喷浆、二次搅拌”：适用于水泥掺量较小，适用于水泥掺量较小， 土质较松时；土质较松时； a)定位；定位；b)预埋下沉；预埋下沉；c)提升喷浆搅拌；提升喷浆搅拌；d)重复下重复下 沉搅拌；沉搅拌；e)重复提升搅拌；重复提升搅拌；f )成桩结束成桩结束 p “二次喷浆、三次搅拌二次喷浆、三次搅拌”：适用于水泥掺量较适用于水泥掺量较 大，土质较密实的情

35、况。大，土质较密实的情况。 注意问题： p 注意水泥浆配合比及搅拌制度、水泥浆喷射速率注意水泥浆配合比及搅拌制度、水泥浆喷射速率 与提升速度的关系及每根桩的水泥浆喷注量，与提升速度的关系及每根桩的水泥浆喷注量，以保以保 证注浆的均匀性与桩身强度。证注浆的均匀性与桩身强度。 p 施工中还应注意控制桩的垂直度以及桩的搭接等，施工中还应注意控制桩的垂直度以及桩的搭接等， 以保证水泥土墙的整体性与抗渗性。以保证水泥土墙的整体性与抗渗性。 1.重力式支护结构 （5）水泥土搅拌桩施工 施工工艺 图1-32 “一次喷浆、二次搅拌”施工流程 a)定位；b)预埋下沉；c)提升喷浆搅拌；d)重复下沉搅拌； e)重

36、复提升搅拌；f )成桩结束 当采用当采用“二次喷浆、三次搅拌二次喷浆、三次搅拌”工艺时可在图示工艺时可在图示步骤步骤5作业作业 时也进行注浆，以后再时也进行注浆，以后再重复重复4与与5的过程。的过程。 4）水泥土墙施工： 施工工艺： p “一次喷浆、二次搅拌一次喷浆、二次搅拌”：适用于水泥掺量较小，适用于水泥掺量较小， 土质较松时；土质较松时； a)定位；定位；b)预埋下沉；预埋下沉；c)提升喷浆搅拌；提升喷浆搅拌；d)重复下重复下 沉搅拌；沉搅拌；e)重复提升搅拌；重复提升搅拌；f )成桩结束成桩结束 p “二次喷浆、三次搅拌二次喷浆、三次搅拌”：适用于水泥掺量较适用于水泥掺量较 大，土质较

37、密实的情况。大，土质较密实的情况。 注意问题： p 注意水泥浆配合比及搅拌制度、水泥浆喷射速率注意水泥浆配合比及搅拌制度、水泥浆喷射速率 与提升速度的关系及每根桩的水泥浆喷注量，与提升速度的关系及每根桩的水泥浆喷注量，以保以保 证注浆的均匀性与桩身强度。证注浆的均匀性与桩身强度。 p 施工中还应注意控制桩的垂直度以及桩的搭接等，施工中还应注意控制桩的垂直度以及桩的搭接等， 以保证水泥土墙的整体性与抗渗性。以保证水泥土墙的整体性与抗渗性。 2 桩墙式支护结构 挡墙有桩式和板式两种基本类型： 桩式挡墙的形式有：钢筋混凝土板柱、钢板 桩等连续式排桩；钻孔灌注桩、人工挖孔桩、 大孔径沉管灌注桩、钢筋混

38、凝土预制桩、H型 钢桩、工字型钢桩等分离式排桩。 板式挡墙一般采用现浇地下连续墙或有加劲 性钢筋的水泥土支护墙。 支撑系统一悬臂式支护结构、内撑式支护系 统和坑外锚拉式支护结构。悬臂式一般仅在 顶部设置一道连梁；内撑式有坑内斜撑、单 （多）层水平支撑；内撑可用钢筋混凝土、 型钢或钢筋混凝土一型钢混合。 2 桩墙式支护结构 桩墙式支护结构一般由挡墙和支撑系统组成， 悬臂式桩墙支护结构则不设支撑（或拉锚）。 桩墙式支护结构的破坏形式 a)桩墙下部走动；b)拉锚破坏；c) 支撑破坏； d)拉锚长度不足； e)桩墙失稳弯曲； f ) 桩墙变形及土体沉降 a) b)c) d) e) f) 1）挡墙类型

39、a）钢板桩 围护墙有桩式和板 式两种基本类型： 桩式围护墙的形 式有：钢筋混凝土 板柱、钢板桩等连 续式排桩；钻孔灌 注桩、人工挖孔桩、 大孔径沉管灌注桩、 钢筋混凝土预制桩、 H型钢桩、工字型 钢桩等分离式排桩。 钢板桩支护 钢板桩支护 钢筋混凝土板桩 2 桩墙式支护结构 a）挡墙类型 围护墙有桩式和板式两种基本类型： 桩式围护墙的形式有：钢筋混凝土板柱、钢 板桩等连续式排桩；钻孔灌注桩、人工挖孔 桩、大孔径沉管灌注桩、钢筋混凝土预制桩、 H型钢桩、工字型钢桩等分离式排桩。 板式围护墙一般采用现浇地下连续墙或有加 劲性钢筋的水泥土支护墙。 支撑系统一悬臂式支护结构、内撑式支护系 统和坑外锚拉

40、式支护结构。悬臂式一般仅在 顶部设置一道连梁；内撑式有坑内斜撑、单 （多）层水平支撑；内撑可用钢筋混凝土、 型钢或钢筋混凝土一型钢混合。 钢筋混凝土灌注桩支护 2 桩墙式支护结构 a）挡墙类型 围护墙有桩式和板式两种基本类型： 桩式围护墙的形式有：钢筋混凝土板柱、钢 板桩等连续式排桩；钻孔灌注桩、人工挖孔 桩、大孔径沉管灌注桩、钢筋混凝土预制桩、 H型钢桩、工字型钢桩等分离式排桩。 板式围护墙一般采用现浇地下连续墙或有加 劲性钢筋的水泥土支护墙。 支撑系统一悬臂式支护结构、内撑式支护系 统和坑外锚拉式支护结构。悬臂式一般仅在 顶部设置一道连梁；内撑式有坑内斜撑、单 （多）层水平支撑；内撑可用钢

41、筋混凝土、 型钢或钢筋混凝土一型钢混合。 钢筋混凝土灌注桩支护 3）连续排桩 兼 3. 土层锚杆 4. 土钉墙 土钉墙支护土钉墙支护 1-土钉；土钉；2-喷射混凝土；喷射混凝土；3-垫板垫板 土钉墙与工作面开挖土钉墙与工作面开挖 用洛阳铲人工开挖土钉孔用洛阳铲人工开挖土钉孔 土钉与钢筋网连接土钉与钢筋网连接 喷射土钉墙混凝土喷射土钉墙混凝土 南京玄武湖隧道工程施工梁洲段的土壁支护采南京玄武湖隧道工程施工梁洲段的土壁支护采 用了土钉支护结构。用了土钉支护结构。 钻孔，插入钢筋或螺钻孔，插入钢筋或螺 旋管，灌浆，形成土钉旋管，灌浆，形成土钉 基坑放坡大开挖是一种最简单的基坑施工方法，优点是施基坑放

42、坡大开挖是一种最简单的基坑施工方法，优点是施 工速度快，相对措施费用不高；缺点是周边场地要空旷，开工速度快，相对措施费用不高；缺点是周边场地要空旷，开 挖和回填土方量大。放坡坡度的大小与地区土质有关。挖和回填土方量大。放坡坡度的大小与地区土质有关。 大型基坑放坡开大型基坑放坡开 挖，坡面喷混凝土挖，坡面喷混凝土 保护保护 管井井点降水管井井点降水 钢板桩支护既挡土又止水，悬臂钢板桩支护结构的刚钢板桩支护既挡土又止水，悬臂钢板桩支护结构的刚 度小。钢板桩拔桩时，易带土造成邻近房屋不均匀沉降。度小。钢板桩拔桩时，易带土造成邻近房屋不均匀沉降。 钢板桩+水平钢管支撑 水泥土搅拌桩 发电厂车间内开挖设

43、备基础的大型深基坑，采取发电厂车间内开挖设备基础的大型深基坑，采取 有效的钢管内撑支护方案，避免影响已建厂房。有效的钢管内撑支护方案，避免影响已建厂房。 钢管内撑钢管内撑 地铁站施工，土方开挖的深基坑支护采用钻孔地铁站施工，土方开挖的深基坑支护采用钻孔 灌注桩钢管内撑支护方案。灌注桩钢管内撑支护方案。 钢筋混凝土压顶梁钢筋混凝土压顶梁 第一道钢管内撑第一道钢管内撑 钻孔灌注桩排桩钻孔灌注桩排桩 粉沙土粉沙土 型钢腰梁型钢腰梁 高层建筑基础施工，土方开挖的深基坑支护采高层建筑基础施工，土方开挖的深基坑支护采 用钻孔灌注桩混凝土梁内撑支护方案。用钻孔灌注桩混凝土梁内撑支护方案。 钻孔灌注桩支护钻孔

44、灌注桩支护 基坑第一道钢筋基坑第一道钢筋 混凝土梁内撑混凝土梁内撑 第二道钢内撑第二道钢内撑 钢筋混凝土梁内支撑的优点是刚度大，经济性好，能有效控制基钢筋混凝土梁内支撑的优点是刚度大，经济性好，能有效控制基 坑变形；缺点是施工时间长（混凝土达到设计强度需时间），拆除不坑变形；缺点是施工时间长（混凝土达到设计强度需时间），拆除不 便（凿除或爆破）。便（凿除或爆破）。 水泥土内插型水泥土内插型 钢（钢（ SMW工工 法）支护结构法）支护结构 基坑开挖深度在基坑开挖深度在6m左右，采用水泥土搅拌桩作为支护结构兼止水，左右，采用水泥土搅拌桩作为支护结构兼止水， 插入的插入的H型钢能增加桩的抗弯承载力，

45、插入水泥土的型钢能增加桩的抗弯承载力，插入水泥土的H型钢周边涂减摩型钢周边涂减摩 剂，可抽拔出重复使用。剂，可抽拔出重复使用。 插入水泥土的插入水泥土的H型钢型钢 CCTV新址基坑内标高变化大、错台较多；因此采用了 土钉墙支护、土钉墙+钻孔灌注桩+土层锚杆、钻孔灌注 桩+土层锚杆几种形式。 2.5 排水与降水 在开挖基坑（槽）过程中，当地下 水位高于开挖底面时，地下水就会不断 渗入基坑；另外，地面上的雨水等（地 表水）也会流入基坑。如果不采取降水 措施或未及时排走流入坑内的水，不但 会使施工条件恶化，更会引发边坡塌方 和地基承载力下降。 原因：土 的渗透性 2.5 排水与降水 降低地下水位的目

46、的目的 1、防止涌水、冒砂，保证在较干燥的状 态下施工； 2、防止滑坡、塌方、坑底隆起； 3、减少坑壁支护结构的水平荷载。 25 排水沟排水沟 集水井集水井 水泵水泵 2.5.1 集水井法（明排水法） 用于土质较好、水量不大、基坑可扩大者 挖至地下水位时，挖排水沟设集水井抽水 再挖土、沟、井 要求：要求： （ 1）排水沟：）排水沟：沿基坑底四周设置，底宽300mm，沟底 低于坑底500mm，坡度1。 （ 2）集水井：）集水井：沿基坑底边角设置，间距2040m，直径 0.60.8m，井底低于坑底12m。长期用，有护壁和碎石 压底。 （ 3）水泵：）水泵：离心泵、潜水泵、污水泵 适用条件：适用条件

47、： 降水深度较小且土层为粗粒土或渗水量小的粘性土。不 适用于粉砂土和细砂土，在这类土中易形成流砂。 （一）普通明沟排水法（一）普通明沟排水法 （二）分层明沟排水法（二）分层明沟排水法 离心泵工作简图 集水井降水施工流程动画 2.5.2 流砂及其防治 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，在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。 流砂的危害：土体完全丧失承载力， 土体边挖边冒砂，至使施工条件恶化， 基坑难以挖到设计深度。严重时会引起 基坑边坡塌方、临近建筑因流砂而出现 地基被掏空的现象，引起建筑开裂、沉

48、 降、甚至倒塌。 1. 流砂产生的原因 由静力平衡条件得 0 21 AlTAhAh ww 化简得 w l hh T 21 l hh 21 为水头差与渗透路径长度之比，即水力梯度i w iT 由于单位土体阻力T与水在土中渗流时对土体骨架的 压力（称为动水压力）大小相等，方向相反，所以 wD iTG 1. 流砂产生的原因 动水压力的性质： 作用方向与水流方向相同； 与水力坡度和水头差成正比； 与渗透路径成反比。 流砂产生的原因： 当水在土中渗流方向改变时，动水压力对土的影 响将随之改变。如水流从上向下，则动水压力与 重力作用方向相同，对流砂防治是有利的。如水 流从下向上，则土颗粒除了受到水的浮力作

49、用外， 还受到动水压力向上的托举作用。如果动水压力 等于或大于土的有效重度 时（ ），便产生 流砂。（有效重度=饱和重度-水的重度） 2. 流砂的防治 2.5.3 井点降水法 概念概念 井点降水法就是在坑槽开挖前，预先在其四周埋设一定 数量的滤水管（井），利用抽水设备从中抽水，使地下 水位降落到坑槽底标高以下。 特点特点 效果明显，使土壁稳定、避免流砂、防止隆起、方便施 工； 可能引起周围地面和建筑物沉降。 2.5.3 井点降水法 井点类型及适用范围 井点类型见下表，其中轻型井点、管井井点、深井井点井点类型见下表，其中轻型井点、管井井点、深井井点 应用最广。应用最广。 井点类型渗透系数降水深度

50、 最大井距主要原理 单级轻型井点 0.120 m/d 36 m 1.62 m 地上真空泵或喷 射嘴真空吸水 多级轻型井点 620 喷射井点 0.12082023m 地下喷射嘴真空吸水 电渗井点 0.156 极距1m 钢筋阳极加速渗流 管井井点 20200352050 单井真空泵、离心泵 深管井井点 1025025303050 单井潜水泵排水 水平辐射井点大面积降水平管引水至大口井排出 引渗井点 不透水层下有渗存水层打穿不透水层，引至下一存水层 轻型井点降水全貌图轻型井点降水全貌图 二级轻型井点降水二级轻型井点降水 喷射井点喷射井点 井点管 电极 6m时：降低埋设面； 采用二级井点； 改用其它井