第二章土方工程.docx
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第二章土方工程
第二章土方工程
第一节概述
[目的要求]
了解：
建筑施工课程的研究对象和方法，建筑施工规范、规程。
熟悉：
土方工程分类及施工特点。
掌握：
土的工程性质，土的工程分类。
[讲授重点]土的工程分类，
[讲授难点]土的渗透性
[讲授内容]土的可松性
一、土方工程施工特点
（1）面广量大、劳动繁重
（2）施工条件复杂
二、土的工程分类
在建筑施工中，根据开挖的难易程度土方工程一般分为八类：
三、土的工程物理性质
1、土的天然含水量
2、土的密度
天然密度ρ
干密度ρd
天然状态下的土由三部分组成：
土颗粒、土中的水和土中的气如图1—1所示。
图1—1土的组成示意图
天然密度是指土在天然状态下单位体积的质量，用ρ表示，即
G1——含水状态下土的质量；
3、土的可松性
4、土地渗透性
V——五、土的工程分类
第二节 基坑（基槽）的土方开挖
[目的要求]
了解:
临时性挖方边坡值。
三棱柱法计算土方量，边坡土方量计算方法。
熟悉：
影响土方边坡的稳定的因素及土方边坡的形式，场地设计标高的调整方法。
掌握：
基坑（基槽）土方量计算公式，场地平整的基本原则和计算步骤及方法。
[讲授重点]基坑（基槽）土方量计算，场地平整的基本原则和计算步骤及方法。
[讲授难点]场地平整的基本原则和计算步骤及方法。
[讲授内容]
一、土方边坡
C——粘结力，又叫内聚力；
F——下滑力，由土体自重分解而来，
边坡愈陡，下滑力F愈大。
土体抗剪强度的大小与土质有关，粘性土颗粒之间，不仅具有摩阻力，而且具有粘结力。
砂性土颗粒之间只有摩阻力，没有粘结力，所以粘性土的边坡可陡些，砂性土的边坡则应平缓些。
土方边坡坡度以其挖方深度H与边坡底宽B之比来表示。
m=b/h ，称为边坡系数。
土方边坡大小应根据土质、开挖深度、开挖方法、施工工期、地下水位、坡顶荷载及气候条件等因素确定。
边坡可做成直线形、折线形或阶梯形图1—7。
土方边坡坡度一般在设计文件上有规定，若设计文件上无规定，可按照《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB50202-2002第6.2.3的规定执行（见表1—3）。
图1-7图方边坡 （a）直线形 （b）折线形 （c）阶梯形
表1—3 临时性挖方边坡值
土的类别
边坡值（高：
宽）
砂土（不包括细砂、粉砂）
1：
1.25~1：
1.50
一般性粘土
硬
1：
0.75~1：
1.00
硬、塑
1：
1.00~1：
1.25
软
1：
1.50或更缓
碎石类土
充填坚硬、硬塑粘性土
1：
0.50~1：
1.00
充填砂土
1：
1.00~1：
1.50
注：
1、设计有要求时，应符合设计标准。
2、如采用降水或其他加固措施，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。
二、土方工程量计算
（一）基坑土方量计算
基坑土方量的计算，可近似地按拟柱体体积公式计算（图1—8）。
图1—8基坑土方量计算 图1—9基坑土方量计算
H——基坑深度（m）。
A1、A2——基坑上下两底面积（m2）。
A0——基坑中截面面积（m2）。
（二）基槽土方量计算
基槽土方量可沿长度方向分段计算（图1—9）
若该段内基槽横截面形状、尺寸不变时，其土方量即为该段横截面的面积乘以该段基槽长度。
V=A· L
（三） 场地平整
1、什么叫场地平整?
根据建筑设计要求,将拟建的建筑物场地范围内,高低不平的地形整为平地,即为场地平整。
2、场地平整的基本原则：
总挖方=总填方
即场地内挖填平衡，场地内挖方工程量等于填方工程量。
3、计算步骤及方法
（1）初步确定场地设计标高
方法：
首先将场地地形图，根据要求的精度划分为长10～40米的方格网（图1—11），
图1—10 场地不同设计标高的比较
然后求出各方格角点的地面标高。
图1—11场地设计标高计算示意图 （a）地形地图方格网（b）计标高示意图
1—等高线；2—自然地面；3—设计地面
（2）场地设计标高的调整
按上述公式计算的场地设计标高H0系一理论值，还需要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，按理论计算的H施工，填土回有剩余，为此要适当提高设计标高。
理论计算标高 调整设计标高
图1—12 设计标高调整计算简图
如图1—12所示，设Δh为土的可松性引起的设计标高增加值，则设计标高调整后的总挖方体积V应为V/w = Vw -Fw·Δh
总填方体积为：
V/T=V/w ·K/s=（Vw-Fw·Δh） K/s
由于设计标高H0的提高而需要增加的填方体积为：
ΔhFT=V/T-VT =（VW-FWΔh）K/S-VT
因为VT= VW 所以ΔFT=（VW-FWΔh）K/S-VW
考虑土的可松性后，场地设计标高应调整为：
H/0=H0+Δh
在场地内修筑路堤等需要土方，此时，若按H0施工，则会出现用土不足，为了保证有足够的土，需降低设计标高，降低值为
Q为不足土方量。
Q为多余土方。
考虑借土或弃土的影响后，场地设计标高应
Q按场地初步设计标高（H0）平整后多余或不足的土方量。
借土取“+”，弃土取“—”。
③考虑泄水坡度对设计标高的影响
平整场地坡度，一般标明在图纸上，如设计无要求，一般取不小于2‰的坡度，根据设计图纸或现场情况，泄水坡度分单向泄水和双向泄水。
A 单向泄水
什么叫单向泄水？
当场地向一个方向排水时，称为单向泄水。
单向泄水时场地设计标高计算，是将已调整的设计标高（H//0）作为场地中心线的标高参考图1—13，场地内任一点设计标高为：
1、深层搅拌法水泥土桩挡墙
A、深层搅拌机
图1—26为SJB-1型深层搅拌机，它采用双搅拌轴中心管输浆方式。
图1—27是利用进口钻机改装的GZB-600型深层搅拌机，它采用单轴搅拌、叶片喷浆方式。
深层搅拌水泥土桩挡墙的施工工艺流程如图1—28。
（1）定位
（2）预拌下沉
（3）制备水泥浆
（4）提升、喷浆、搅拌
图1—28施工工艺流程
（a）定位；（b）预搅下沉；（c）喷浆搅拌上升；
（d）重复搅拌下沉；（e）重复搅拌上升；（f）完毕
（5）重复上下搅拌
（6）清洗、移位
C、深层搅拌水泥土桩挡墙，宜用425号水泥，掺灰量应不小于10%，以12~15%为宜，横截面宜连续，形成封闭的实体（图1—29）或格状结构（图1—30）。
图1—29 深层搅拌水泥土桩挡墙（格状连续壁）
图1—30 深层搅拌水泥土桩挡墙（块状连续壁）
D、提高深层搅拌水泥土桩挡墙支护能力的措施
深层搅拌水泥土桩挡墙属重力式支护结构，主要由抗倾覆、抗滑移和抗剪强度控制截面和入土深度。
目前这种支护的体积都较大，为此可采取下列措施：
（1）卸荷
（2）加筋
（3）起拱
（4）挡墙变厚度
2、旋喷桩挡墙
又叫高压喷射注浆法
（二）非重力式支护墙类型
1、H型钢支柱挡板支护挡墙
2、钢板桩
（1）槽形钢板桩
（2）热轧锁口钢板桩
型式有：
U型 图1—33（a）,Z型图1—33（b）（又叫“波浪型”或“拉森型”；一字型 图1—33（c）（又叫平板桩）；组合型图1—33（d）。
图1—33常用钢板桩截面形式
（a）Z型；（b）U型；（c）一字型；（d）组合型
（3）单锚钢板桩常见的工程事故及其原因：
1）钢板桩的入土深度不够
当钢板桩长度不足或由于挖土超深或基底土过于软弱，在土压力作用下，可能使钢板桩入土部分向外移动，使钢板桩绕拉锚点转动失效，坑壁滑坡。
图1—34（a）。
图1—34单锚钢板桩破坏情况及原因
（a）板桩的入土深度不足（b）板桩截面太小（c）锚碇设置在土体破坏稜体以内 1—板桩；2—拉杆；3—锚碇；4—堆土；5—破坏面；
2）钢板桩本身刚度不足
3）拉锚的承载力不够或长度不足
（4）钢板桩的施工
①钢板桩打设前的准备工作
（A）钢板桩的检验与矫正
1）表面缺陷矫正
2）端部矩形比矫正
3）桩体挠曲矫正
4）桩体扭曲矫正
5）桩体截面局部变形矫正
6）锁口变形矫正
（B）导架安装
图1—35 导架及屏风式打入法
1—围檩桩；2—导梁；3—两端先打入的定位钢板桩。
（C）沉桩机械的选择
②钢板桩的打设
1）钢板桩打设方式选择
（A）单独打入法
（B）屏风式打入法
2）钢板桩的打设
3）钢板桩的拔除
3、钢筋水泥桩排桩挡墙
常用直径500-1000毫米，计算确定，做成排桩挡墙，顶部浇筑钢筋混凝土圈粱。
图1一38为钢筋混凝土灌注桩灌注桩的布置形式。
图1—38钢筋混凝土灌注桩的布置形式
双排桩在平面上可按三角形布置，也可按矩形布置（图1一39）。
前后排桩距δ=1．5 ～3．0（中心距），桩项连梁宽度为（6+d+20>，即比双排桩稍宽一点。
图1—39双排桩挡土结构
（a）三角形布置（b）矩形布置
4、地下连续墙
图1—40 接头管接头的施工程序（a）开挖槽段；（b）吊放接头管和钢筋笼；
（c）浇筑混凝土； （d）拔出接头管；（e）形成接头1一导墙；2一已浇筑混
凝土的单元槽段；3一开挖的槽段；4一未开挖的槽段；5—接头管；6—钢筋笼；7一正浇筑混凝土的单元槽段；8—接头管拔出后的孔洞。
（三）支护结构的破坏形式
1、非重力式支护结构的破坏
⑴非重力式支护结构的强度破坏
①拉锚破坏或支撑压曲（1—46a）
②支护墙底部走动（1—46b）
③支护墙的平面变形过大或弯曲破坏（1—46c）
⑵非重力式支护结构的稳定性破坏
①墙后土体整体滑动失稳（1—46d）
②坑底隆起（1—46e）
③管涌（1—46f）
2、重力式支护结构的破坏亦包括强度破坏和稳定性破坏两方面。
其强度破坏只有水泥土抗剪强度不足，产生剪切破坏，为此需验算最大剪应力处的墙身应力。
其稳定性破坏包括以下几类：
（1）倾覆
（2）滑移
（3）土体整体滑动失稳
（4）坑底隆起
（5）管涌
图1—46 非重力式支护结构的破坏形式
（a）拉锚破坏或支撑压曲；（b）底部走动；（c）平面变形过大或弯曲破坏；
（d）墙后土体整体滑动失稳；（e）坑底隆起；（f）管涌
（四）拉锚
拉锚是通过钢筋或钢丝绳一端固定在支护板上的腰梁上，另一端固定在锚碇上，中间设置花蓝螺丝以调整拉杆长度。
拉锚式支撑在坑壁上只能设置一层，锚碇应设置在坑壁上主动滑移面之外。
当需要设多层拉杆时，可采用土层锚杆。
图1—47、图1—48所示。
图1—47 拉锚式支撑 图1—48
（五）土层锚杆
（1）土层锚杆的构造
锚固支护结构的土层锚杆；通常由锚头、锚头垫座、支护结构、钻孔，防护套管，拉杆（拉索），锚固体、锚底板（有时无）等组成（图1—49）。
图1—49 土层锚杆的构造
1—锚头；2—锚头垫座；3—支护结构；4—钻孔；
5—防护套管；6—拉杆（拉索）；7—锚固体；8—锚底板；
（2）土层锚杆的类型
1）一般灌浆锚杆。
2）高压灌浆锚杆（又称预压锚杆）。
3）预应力锚杆。
4）扩孔锚杆。
另外，还有重复灌浆锚杆，可回收锚筋锚杆等。
在灌浆材料上，可使用水泥浆、水泥砂浆、树脂材料、化学浆液等作为锚固材料。
（3）土层锚杆施工
土层锚杆施工，包括钻孔、安放拉杆、灌浆和张拉锚固。
在正式开工之前还需进行必要的准备工作。
1）施工准备工作
2）钻孔
A、钻孔机械选择
B、土层锚杆钻孔的特点及应达到的要求
3）安放拉杆
A、钢筋拉杆
对于粒钢筋拉杆，国外常用的几种防腐蚀方法是：
a）将经过润滑油浸渍过的防腐带，用粘胶带绕在涂有润滑油的钢筋上。
b）将半刚性聚氯乙烯管或厚约2～3mm的聚乙烯管套在涂有润滑油（厚度大于2mm）的钢筋拉杆上。
c）将一种聚丙烯管套在涂有润滑油的钢筋拉杆上，制造时这种聚丙烯管的直径为钢筋拉杆直径的2倍左右，装好后加以热处理则收缩紧贴在钢筋拉杆上。
观察内容
槽壁土层
土层分布情况及走向
重点部位
柱基、墙角、承重墙下及其它受力较大部位
整个槽底
槽底土质
是否挖到老土层上（地基持力层）
土的颜色
是否均匀一致，有无异常过干过湿
土的软硬
是否软硬一致
土的虚实
有无振颤现象，有无空穴声音
2、钎探
（1）钢钎的规格和数量
人工打钎时，钢钎用直径为22~25毫米的钢筋制成，钎尖为600尖锥状，钎长为1.8~2.0米，见图1—57。
打钎用的锤重为3.6~4.5磅，举锤高度约50~70厘米，将钢钎垂直打入土中，并记录每打入土层30厘米的锤击数。
用打钎机打钎时，其锤重约10千克，锤的落距为50厘米，钢钎为直径25毫米，长1.8米。
图1-57钢钎图1-58基坑钎探示意图1—重锤；2—滑轮；3—操纵绳；
4—三角架；5—钢钎；6—基坑底图；
（2）钎孔布置和钎探深度
钎孔布置和钎探深度应根据地基土质的复杂情况和基槽宽度、形状而定，一般参考表1—7。
表1—7 钎孔布置
槽宽（cm）
排列方式及图示
间距（m）
钎探深度（m）
小于80
中心一排
1~2
1.2
80~200
两排错开
1~2
1.5
大于200
梅花形
1~2
2.0
柱基
梅花形
1~2
大于或等于1.5米，并不浅于短边宽度
注：
对于较软弱的新近沉积粘性土和人工杂填土的地基，钎孔间距应不大于1.5米。
（3）钎探记录和结果分析
表1—8 钎探记录表
探孔号
打入长度（米）
每30厘米锤击数
总锤击数
备注
1
2
3
4
5
6
7
8
打钎者
施工员
质量检查员
3、夯探
夯探较之钎探方法更为简便，不用复杂的设备而是用铁夯或蛙式打夯机对基槽进行夯击，凭夯击时的声响来判断下卧后的强弱或有否土洞或暗墓。
第五节 土方填筑与压实
[目的要求]
了解:
填筑要求
熟悉：
土料选择
掌握：
填土的压实方法和影响填土压实质量的因素
[讲授重点]填土的压实方法和影响填土压实质量的因素
[讲授难点]填土的压实方法和影响填土压实质量的因素
[讲授内容]
一、土料选择
选择填方土料应符合设计要求。
二、填筑要求
1．施工要求
填方前，应根据工程特点、填料种类、设计压实系数、施工条件等合理选择压实机具，并确定填料含水量控制范围、铺土厚度和压实遍数等参数。
2．填土压实的质量检查
填土压实后要达到一定的密实度要求。
填土必须具有一定的密实度，以避免建筑物的不均匀沉陷。
填土密实度以设计规定的控制干密度ρd或规定压实系数λc，作为检查标准。
利用填土作为地基时，设计规范规定了各种结构类型、各种填土部位的压实系数值表1—9 。
各种填土的最大干密度乘以设计的压实系数即得到施工控制干密度。
即ρd=λcρdmax。
表1—9 填土压实系数
结构类型
填土部位
压实系数（λc）
砌体承重结构和框架结构
在地基主要持力层范围内
＞0.96
在地基主要持力层范围以下
0.93~0.96
简支结构和排架结构
在地基主要持力层范围内
0.94~0.97
在地基主要持力层范围以下
0.91~0.93
一般工程
基础四周或两侧一般回填土
0.9
室内地坪、管道地沟回填土
0.9
一般堆放物件场地回填土
0.85
三、填土的压实方法
填土压实方法有碾压、夯实和振动三种，此外还可利用运土工具压实。
1、碾压法
常用碾压工具：
（1）平碾：
适用于碾压粘性和非粘性土。
平碾又叫压路机，它是一种以内燃机为动力的自行式压路机，按碾轮的数目，有两轮两轴式（图1—58）和三轮两轴式（图1—59）。
图1—58两轮光碾压路机
1—转向轮；2—刮泥板；3—操纵台；4—机身；5—驱动轮；
图1—59 三轮光碾压路机
羊足碾和平碾不同，它是碾轮表面上装有许多羊蹄形的碾压凸脚（图1—60），一般用拖拉机牵引作业。
图1—60羊足碾
1—连接器；2—框架；3—轮滚；4—投压重物口5—羊蹄；
6—洒水口；7—后连接器；8—铲刀
2、夯实法
前对填土应初步平整，打夯机应依次夯打，均匀分布，不留间隙。
基（坑）槽回填应在两侧或四周同时进行回填与夯实。
图1—61 蛙式打夯机
1—夯头；2—夯架；3—三角胶带；4—底盘；
3、振动法
四、影响填土压实质量的因素
（一）压实功的影响
图1—62土的密度与压实的功的关系
（二）含水量的影响
土的最优含水量和最大干密度参考表1—10。
表1—10 土的最优含水量和最大干密度参考表
项次
土的
种类
变动范围
项次
土的
种类
变动范围
最优含水量
（%）
最大干密度
（g/cm3）
最优含水量
（%）
最大干密度
（g/cm3）
1
砂土
8~12
1.80~1.88
3
粉质粘土
12~15
1.85~1.95
2
粘土
19~23
1.58~1.70
4
粉土
16~22
1.61~1.80
注：
1、表中的最大干密度应以现场实际达到的数字为准
2、一般性的回填可不作此项测定
（三）铺土厚度的影响
表1-11 填方每层的铺土厚度和压实遍数
项此
压实机具
分层厚度（mm）
每层压实遍数
1
平碾（8~12t）
200~300
6~8
2
羊足碾（5~16t）
200~350
6~16
3
蛙式打夯机（200Kg）
200~250
3~4
4
振动碾（8~15t）
60~130
6~8
5
振动压路机2t，振动力98KN
120~150
10
6
推土机
200~300
6~8
7
拖拉机
200~300
8~16
8
人工打夯
不大于200
3~4
升级会员 