施工基本技术Word文件下载.docx

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式中ρ、ρd——分别为土的天然密度和干密度

m——土的总质量（kg）

ms——土中固体颗粒的质量（kg）

V——土的体积（m3）

2．土的天然含水量

在天然状态下，土中水的质量与固体颗粒质量之比的百分率叫土的天然含水量，反映了土的干湿程度，用下式表示：

（2-3）

式中mw——土中水的质量（kg）

ms——土中固体颗粒的质量（kg）

3．土的孔隙比和孔隙率

孔隙比和孔隙率是土中孔隙的比率，它反映了土的密实程度。

孔隙比和孔隙率越小土越密实。

孔隙比（2-4）

孔隙率（2-5）

式中V——土的总体积（m3）；

V＝Vs＋Vv

Vs——土的固体体积（m3）

Vv——土的孔隙体积（m3）

4．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，这种现象称为土的可松性。

土的可松性用可松性系数表示：

土的最初可松性系数（2-6）

土的最后可松性系数（2-7）

Ks、K/s——土的最初、最后可松性系数

V1——土在天然状态下的体积（m3）

V2——土挖后松散状态下的体积（m3）

V3——土经压（夯）实后的体积（m3）

5．土的透水性

土的透水性是指水流通过土中孔隙的难易程度，用渗透系数K（单位时间内水穿透土层的能力，单位m/d）表示。

根据土的渗透系数不同，可分为透水性土（如砂土）和不透水性土（如粘土）。

土的透水性影响施工降水与排水的速度，一般土的渗透系数见表2-1。

表2-1土的渗透系数参考表

土的名称渗透系数（m/d）土的名称渗透系数（m/d）

粘土、亚粘土＜0.1含粘土的中砂及纯细砂20～25

亚砂土0.1～0.5含粘土的细砂及纯中砂35～50

含粘土的粉砂0.5～1.0纯粗砂50～75

纯粉砂1.5～5.0粗砂夹卵石50～100

含粘土的细砂10～15卵石100～200

三．土的分类与现场鉴别方法

在建筑施工中，根据土的坚硬程度及开挖的难易程度，将土分为松软土、普通土、坚土、砂砾坚土、软石、次坚石、坚石、特坚石等八类。

前四类属一般土，后四类属岩石。

土的类别对土方工程施工方法的选择、劳动量和机械台班的消耗及工程费用都有较大的影响，应高度重视。

土的这种八类分类法及其现场鉴别方法见表2-2

表2-2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

KsK/s

一类土

（松软土）砂；

亚砂土；

冲积砂土层；

种植土；

泥炭（淤泥）1.08～1.171.01～1.03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；

填筑土及亚砂土1.14～1.281.02～1.05用锹、条锄挖掘，少许用镐翻松

三类土

（坚土）软及中等密度粘土；

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1.24～1.301.05～1.07主要用镐，少许用锹、条锄挖掘

四类土

（沙砾坚土）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1.26～1.351.06～1.09整个用镐、条锄挖掘，少许用撬棍挖掘

五类土

（软石）硬石灰纪粘土；

中等密度的页岩、泥灰岩、白垩土；

胶结不紧的砾岩；

软的石灰岩1.30～1.401.10～1.15用镐或撬棍、大锤挖掘，部分用爆破方法

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1.35～1.451.11～1.20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1.40～1.451.15～1.20用爆破方法开挖

八类土

（特坚石）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1.45～1.501.20～1.30用爆破方法开挖

2．1．2．土方量的计算

一．基坑、基槽土方量的计算

（一）基坑土方量的计算

基坑土方量可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（图2-2）。

即

（2-8）

式中H——基坑深度（m）

A1、A2——基坑上、下的底面积（m3）

A0——基坑中截面的面积（m3）

图2-2基坑土方量计算图2-3基槽土方量的计算

（二）基槽土方量的计算

基槽和路堤的土方量可以沿长度方向分段后，再用同样方法计算（图2-3）

（2-9）

式中V1——第一段的土方量（m3）

L1——第一段的长度（m）

将各段土方量相加即得总土方量

（2-10）

式中V1、V2、…Vn——各分段的土方量（m3）

二．场地平整土方量的计算

场地平整就是将天然地面改造成我们所要求的设计平面。

场地设计平面通常由设计单位在总图竖向设计中确定。

由设计平面的标高和天然地面的标高之差，可以得到场地各点的填挖高度，由此可计算场地平整的土方量。

场地平整的土方量计算通常采用方格网法。

其计算步骤为：

（一）划分方格网

根据已有地形图（一般用1/500的地形图），将地面划分成若干个方格网，尽量与测量的纵、横坐标网对应，方格一般采用20m×

20m～40m×

40m。

（二）在方格网上标注填挖高度

1．场地设计标高值的确定

在进行场地设计时，设计单位应综合各方面因素确定场地的设计标高，这个设计标高可以是一固定值，但实际上由于排水的要求，场地表面均应有一定的泄水坡度。

因此，应根据场地泄水坡度的要求（单向泄水或双向泄水），计算出场地内各方格角点实际施工时所采用的设计标高。

（1）单向泄水时，场地各点设计标高的求法

场地用单向泄水时，以设计给定的场地中心线（与排水方向垂直的中心线）标高H0作为原始标高（图2-5），场地内任意一点的设计标高为；

（2-11）

式中H0——场地内设计确定的标高；

l——该点至场地中心线的距离；

i——场地泄水坡度（不小于2‰）。

例如：

图2-5中H52点的设计标高为：

（2）双向泄水时，场地各点设计标高的求法

场地用双向泄水时，设计给定的场地中心点标高H0作为原始标高（图2-6），场地内任意一点的设计标高为：

（2-12）

式中lx、ly——该点对场地中心线x-x、y-y的距离：

ix、iy——x-x、y-y方向的泄水坡度。

图2-6中场地内H42点的设计标高为：

图2-5单向泄水坡度的场地图2-6双向泄水坡度的场地

2．场地填挖高度的标注

将设计标高和自然地面标高分别标注在方格点的右上角和右下角。

设计地面标高与自然地面标高的差值，即各角点的填挖高度，填在方格网的左上角，挖方为（－），填方为（＋）。

（三）计算方格网的零点位置

在一个方格网内同时有填方或挖方时，要先算出方格网的零点位置，并标注于方格网上，连接零点就得零线，它是填方区与挖方区的分界线（见图2-9）。

零点位置的确定可用计算法（见图2-7）或图解法。

零点的位置按下式计算：

；

（2-13）

式中x1、x2——角点至零点的距离（m）

h1、h2——相邻两角点的施工高度（m），均用绝对值

a——方格网的边长（m）

图2-7零点位置计算法示意图图2-8零点位置图解法示意图

在实际工作中，为省略计算，常采用图解法直接求出零点，如图2-8所示，方法是用尺在各角上标出相应比例，用尺相连，与方格相交点即为零点位置，甚为方便，同时可避免计算或查表出错。

（四）计算方格网中各方格的土方量

按照表2-3所列公式，分别计算每个方格内的挖方或填方量。

表2-3常用方格网计算公式

项目图式计算公式

一点填方或挖方

（三角形）

二点填方或挖方

（梯形）

三点填方或挖方

（五角形）

四点填方或挖方

（正方形）

注：

1．a--方格网的边长（m）；

b、c——零点到一角的边长（m）；

h1、h2、h3、h4——方格网四角点的填挖高度（m），用绝对值代入；

∑h——填方或挖方高度的总和（m），用绝对值代入；

V--挖方或填方体积（m3）。

2．本表公式是按各计算图形底面积乘以平均施工高程而得出的．

（五）计算边坡土方量

图2-9是一场地边坡的平面示意图。

从图中可看出：

边坡的土方量可以划分为两种近似的几何形体进行计算，一种为三角棱锥体（如体积1～3，5～11），另一种为三角棱柱体（如体积4）。

1．三角棱锥体边坡体积

例如图2-9中的①，其体积计算公式为：

（2-14）

式中l1一一边坡①的长度

A1一一边坡①的端面积，即

h2一一角点的挖土高度

m一一边坡①的坡度系数，

注：

在计算A1时，图2-9剖面系近似表示，实际上，地表面不完全是水平的。

图2-9场地边坡平面图

2．三角棱柱体边坡体积

例如图2-9中的④计算公式如下

（2-15）

当两端横断面面积相差很大的情况下，则应按下式计算：

（2-16）

式中l4一一边坡④的长度

A1、A2、A0、一一边坡④的两端及中部的横截面面积面积，算法同上

（六）计算土方总量

将挖方区（或填方区）的所有方格土方量和边坡土方量汇总后即得场地平整挖（填）方的工程量。

（七）例题

某建筑场地方格网如图2-10所示，方格边长为20m×

20m，填方区边坡坡度系数为1.0，挖方区边坡坡度系数为0.5，试用公式法计算挖方和填方的土方总量。

解:

（1）标注施工高度。

根据所给方格网各角点的设计地面标高和自然地面标高，计算方格角点的施工高度（填挖高度），计算结果标于图中。

（2）计算零点位置。

从图2-10中可知，2－3、7－8、8－13三条方格边两端的施工高度符号不同，说明在此方格边上有零点存在。

由公式求得如下零点位置

2－3线

7－8线

8－13线

14点本身就是零点，将各零点标于图上，并将零点连接起来，即得零线位置，如图2-10。

标注图例：

施工高度设计高度

角点编号自然高度

图2-10某建筑场地方格网布置图

（3）计算方格土方量。

A.方格Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅷ为四点挖方（填方）。

由公式求得如下结果：

B.方格Ⅱ为二点挖方（填方）。

C.方格Ⅵ为三点填方、一点挖方。

D.方格Ⅶ为一点填方、二点挖方，其中填方底面为三角形、挖方底面为梯形。

因此：

方格网的总填方量

方格网的总挖方量

（4）计算边坡土方量。

图2-11场地边坡平面图

如图2-11所示，除④、⑩按三角棱柱体计算外，其余均按三角棱锥体计算。

边坡的总填方量

边坡的总挖方量

三．土方调配

土方量计算完成后，即可着手土方的调配工作。

土方调配，就是对挖土的利用、土方的堆弃和填土的取得这三者之间的关系进行综合协调的处理。

好的土方调配方案，应该是使土方运输量或运输费用达到最小，而且又能方便施工。

土方调配应按以下原则进行：

（1）应力求达到挖方与填方基本平衡和就近调配，使挖方量与运距的乘积之和尽可能为最小，即使土方运输量或费用最小；

（2）土方调配应考虑近期施工与后期利用相结合的原则，考虑分区与全场相结合的原则，还应尽可能与大型地下建筑物的施工相结合，以避免重复挖运和场地混乱；

（3）合理布置挖、填方分区线，选择恰当的调配方向、运输线路，使土方机械和运输车辆的性能得到充分发挥，

（4）好土用在回填质量要求高的地区。

总之，进行土方调配，必须根据现场具体情况、有关技术资料、工期要求、土方施工方法与运输方法，综合考虑上述原则，并经计算比较，选择经济合理的调配方案。

2．1．3．施工准备及辅助工作

土方工程施工前通常需完成下列准备工作：

施工现场准备，土方工程的测量放线（见2．1．5）和编制施工组织设计等；

有时尚需完成下列辅助工作，如：

基坑、沟槽的边坡保护，土壁的支撑，降低地下水位等。

一．施工现场准备

（一）场地清理

1．地面以上的场地清理：

拆迁或改建通讯、电力设备（电杆、高压线等）。

2．地面的场地清理：

拆除房屋，迁移树木，去除耕植土及河塘淤泥等。

3．地面以下的场地清理：

拆迁或改建通讯、电力设备（地下埋设部分），拆除或改建上下水管道及其它各种管道。

（二）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，以利土方施工。

地面水的排除一般采用排水沟、截水沟、挡水土坝等措施。

应尽量利用自然地形来设置排水沟，使水直接排至场外，或流向低洼处再用水泵抽走。

主排水沟最好设置在施工区域的边缘或道路的两旁，其横断面和纵向坡度应根据最大流量确定。

一般排水沟的横断面不小于0.5m×

0.5m，纵向坡度一般不小于3‰。

平坦地区，如出水困难，其纵向坡度不应小于2‰。

，沼泽地区可减至1‰。

场地平整过程中，要注意排水沟保持畅通，必要时应设置涵洞。

山区的场地平整施工，应在较高一面的山坡上开挖截水沟。

在低洼地区施工时，除开挖排水沟外，必要时应修筑挡水土坝，以阻挡雨水的流入。

（三）修建临时设施

根据施工现场的实际需要，修建临时办公室、宿舍、食堂、厕所、仓库等；

修筑临时道路；

布置临时水电管线及安全防护设施。

二．土方边坡保护

土方开挖过程中及开挖完毕后，基坑（槽）边坡土体由于自重产生的下滑力在土体中产生剪应力，该剪应力主要靠土体的内摩阻力和内聚力平衡，一旦土体中力的体系失去平衡，边坡就会塌方。

造成边坡塌方的原因有两方面，其一是土体剪应力增加。

如坡顶堆物、行车等荷载；

基坑边坡太陡；

开挖深度较大；

雨水或地面水渗入土中，使土的含水量增加而使土的自重增加；

地下水的渗流产生一定的动水压力；

土体竖向裂缝中的积水产生侧向静水压力等。

其二是土的抗剪强度（土体的内摩阻力和内聚力）降低。

如本身土质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。

土体自重P

基坑（槽）边坡线

外加压力

（土壁支撑）

边坡土体滑移线

图2-12防止边坡土体塌方原理示意图

为了防止塌方保证施工安全，在基坑（槽）开挖深度超过一定限度时，土壁应做成有斜率的边坡以减少土体自重P，或者加以临时的土壁支撑利用外加压力以保持土体的稳定（如图2-12）。

土方边坡的坡度以土方挖方深度H与底宽B之比表示。

即：

（如图2－13）

式中称为坡度系数

土方边坡的大小主要与土质、开挖深度、开挖方法、边坡留置时间的长短、边坡附近的各种荷载状况及排水情况有关。

根据施工经验，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，挖方边坡可作成直立壁不加支撑，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；

图2-13边坡坡度示意图

坚硬的粘土——2m。

挖方深度超过上述规定时，应考虑放坡或做成直立壁加支撑。

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5m以内，根据施工经验，不加支撑的边坡的最陡坡度应符合表2-4规定。

表2-4挖方深度在5m以内不加支撑的边坡的最陡坡度

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：

1.001：

1.251：

1.50

中密的碎石类土（充填物为砂土）1：

0.751：

1.25

硬塑的粉土1：

0.671：

1.00

中密的碎石类土（充填物为粘土）1：

0.501：

0.75

硬塑的粉质粘土、粘土1：

0.331：

0.67

老黄土1：

0.11：

0.251：

0.33

软土（经井点降水后）1：

1.00----

静载指堆土或材料等；

动载指机械挖土或汽车运输作业等。

静载或动载距挖方边缘的距离应保证边坡和直立壁的稳定；

堆土或材料应距挖方边缘0.8m以外，高度不超过1.5m。

永久性挖方边坡应按设计要求放坡。

对于临时性挖方，根据现行规范，其边坡的挖方深度及边坡的最陡坡度应符合表2-5规定。

表2-5临时性挖方边坡值

土的类别边坡值（高：

砂土（不包括细砂、粉砂）1：

1.25～1：

一般性粘土硬1：

0.75～1：

硬、塑1：

1.00～1：

软1：

1.50或更缓

碎石类土充填坚硬、硬塑粘土1：

0.50～1：

充填砂土1：

1．设计有要求时，应符合设计要求；

2．如采用降水措施或其它加固措施，可不受本表限制，但应计算复核；

3．开挖深度，对软土不应超过4m，对硬土不应超过8m。

三．土壁支撑

开挖基坑（槽）时，如地质和周围条件允许，可放坡开挖。

但在建筑稠密地区施工或基坑深度较大时，无法按要求放坡的宽度开挖；

或者施工时有防止地下水渗入基坑要求，这时就需要用土壁支撑支撑土体，以保证施工的顺利和安全，并减少对相邻已有建筑物等的不利影响。

土壁支撑的种类甚多，如用于较窄沟槽的横撑式支撑；

用于深基坑的支护结构：

板桩、灌注桩、深层搅拌桩、地下连续墙等。

横撑式支撑根据挡土板的不同，分为水平挡土板（图2-14a）和垂直挡土板（图2-14b）两类，前者挡土板的布置又分断续式和连续式两种。

湿度小的粘性土挖土深度小于3m时，可用断续式水平挡土板支撑，松散、湿度大的土可用连续式水平挡土板支撑，挖土深度可达5m。

对松散和湿度很高的土可用垂直挡土板式支撑，挖土深度不限。

图2-14横撑式支撑示意图

（a）断续式水平挡土板支撑（b）垂直挡土板支撑

1-水平挡土板；

2-竖楞木；

3-工具式横撑；

4-竖直挡土板；

5-横楞木

采用横撑式支撑时，应随挖随撑，支撑牢固。

施工中应经常检查，如有松动、变形等现象时，应及时加固或更换。

支撑的拆除应按回填顺序依次进行，多层支撑应自下而上逐层拆除，随拆随填。

四．降低地下水位

在开挖基坑、地槽、管沟或其他土方时，土的含水层常被切断，地下水将会不断地渗入坑内。

雨季施工时，地面水也会流入坑内。

为了保证施工的正常进行，防止边坡塌方和地基被水浸泡导致承载能力的下降，必须做好基坑降水工作。

降水方法可分集水井降水和井点降水两类。

（一）集水井降水法

这种方法是在基坑或沟槽开挖时，在坑底设置集水井,沿坑底的周围或中央开挖排水沟，使水由排水沟流入集水井内，然后用水泵抽出坑外（图2-15）。

图2-15集水井降水示意图

l-排水沟；

2-集水坑；

3-水泵

四周的排水沟及集水井应设置在基础范围以外，地下水流的上游。

根据地下水量、基坑平面形状及水泵能力，集水井每隔20～40m设置一个。

集水井的直径或宽度，一般为0.7m～0.8m。

其深度随着挖土的加深而加深，要始终低于挖土面0.8m～1.0m。

井壁可用竹、木等简易加固。

当基坑挖至设计标高后，井底应低于坑底1～2m，井铺设0.3m碎石滤水层，以免在抽水时将泥砂抽出，并防止井底的土被搅动。

从基坑中直接抽出地下水的方法比较简单，应用也较广，但若土质为细砂或粉砂，地下水渗出时会产生流砂现象，使边坡塌方，坑底冒砂，工作条件恶化，并有引起附近建筑物下沉的危险，此时常用井点降水的方法进行施工。

（二）井点降水法

1．井点降水的概念与作用

井点降水就是在基坑开挖前，预先在基坑四周埋设一定数量的滤水管（井），在基坑开挖前和开挖过程中，利用真空原理，不断抽出地下水，使地下水位降低到坑底以下，从根本上解决地下水涌入坑内的问题（图2-16a）；

防止边坡由于受地下水流的冲刷而引起的塌方（图2-16b）；

使坑底的土层消除了地下水位差引起的压力，因此防止了坑底土的上冒（图2-16c）；

由于没有水压力，使板桩减少了横向荷载（图2-16d）；

由于没有地下水的渗流，也就消除了流砂现象（图2-16e）。

降低地下水位后，由于土体固结，还能使土层密实，增加地基土的承载能力。

其中，防治流砂现象是井点降水的主要目的。

图2-16井点降水的概念与作用

（a）防止涌水；

（b）使边坡稳定；

（c）防止土体上冒；

（d）减小横向荷载；

（e）防止流砂

2．流砂现象产生的原因

如图2-17所示的试验说明：

由于高水位的左端（水头为h1）与低水位的右端（水头为h2）之间存在压力差，水经过长度为l，断面积为F的土体由左端向右端渗流（图2-17a）。

水在土中渗流时，作用在土体上的力有：

——作用在土体左端口a-a截面处的总水压力，其方向与水流方向一致

（γw-——水的重度）；

——作用在土体右端b-b截面处的总水压力,其方向与水流方向相反；

——水渗流时受到土颗粒的总阻力（T——单位土体阻力）。

由静力平衡