土石方工程

本章掌握内容：

1、掌握土方量计算方法、场地计划标高确定的方法和表上作业法进行土方调配； 2、掌握轻型井点设计和回填土的质量要求及检验标准；

3、能分析土壁失稳和产生流砂、管涌的原因，并提出相应的防治措施 4、掌握土方工程施工及土方填筑和压实的基本方法。 本章了解内容：

1、了解土的工程性质、边坡留设和土方调配的原则； 2、对各种降水方案能进行选择比较；

3、了解常用土方机械的性能及适用范围，能正确合理的选用； 4、了解土方工程施工的准备和辅助工作。

1.1 土方规划

1.1.1 土方工程的内容及施工要求 1、内容：

（1）场地平整 其中包括确定场地设计标高，计算挖、填土方量，合理地进行土方调配等。

（2）开挖沟槽、基坑、竖井、隧道、修筑路基、堤坝，其中包括施工排水、降水，土壁边坡和支护结构等。

（3）土方回填与压实 其中包括土料选择，填土压实的方法及密实度检验等。 此外，在土方工程施工前，应完成场地清理，地面水的排除和测量放线工作；在施工中，则应及时采取有关技术措施，预防产生流砂、管涌和塌方现象，确保施工安全。 2、施工要求：

土方工程施工，要求标高、断面准确，土体有足够的强度和稳定性，土方量少，工期短，费用省。但由于土方工程施工具有面广量大，劳动繁重，施工条件复杂等特点，因此，在施工前，首先要进行调查研究，了解土壤的种类和工程性质，土方工程的施工工期、质量要求及施工条件，施工地区的地形、地质、水文、气象等资料，以便编制切实可行的施工组织设计，拟定合理地施工方案。为了减轻繁重的体力劳动，提高劳动生产率，加快工程进度，降低工程成本，在组织土方工程施工时，应尽可能采用先进的施工工艺和施工组织，

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实现土方工程施工综合机械化。 3、土方工程的特点：

1）工程量大，劳动力或机械设备用量大且施工工期较长； 2）施工难度较大，受地质、水文、气候、地下障碍物等因素影响； 3）事故多，基坑深度、面积大的易出现较大事故。 4、土方工程施工前应准备资料：

1）当地实测地形图（包括测量成果），比例一般为1：500～1：1000； 2）原有地下管线、构筑物的竣工图； 3）土石方施工图或基础结构图； 4）工程地质资料；

5）平面控制桩和水准点的有关资料；

6）施工组织设计或施工方案：由施工单位编制且经上级技术主管部门批准，并已得到建设单位和监理单位审核；

地下室工程的土方工程，必须经市级建设主管部门组织的技术专家组审核通过。 5、土方工程施工组织设计（或施工方案）的内容：

1）根据工程条件，选择合理适宜的施工方案和效率较高、费用较低的施工机械进行施工；

施工方案的内容：

A、工程概况：工程名称、性质、规模、基础资料、占地面积，建筑面积等； B、工程地质资料，场地周边条件，弃、堆土场地条件； C、挖土方法：人工、机械（机械型号、台套数以及配备）； D、土方运输路线；

E、工期及进度计划，降低工期的合理措施； F、现场劳动力计划、技术管理组织机构配备 并包括以下几条

2）合理调配土方，使总的土方施工工作量达到最小，并调配好挖土、留土（回填土）、运土等计划；

3）合理组织机械施工，保证机械发挥最大的使用效率；

挖土机械与运土机械的配合

4）安排好运输道路、排水、降水、止水、土壁支护等一切有效措施；

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5）合理安排施工进度计划，尽量避免雨季施工。如无法避免，应有有效的雨季施工措施和排水措施；

6）确保工程质量的有效措施，主要为边坡稳定、流砂现象的处理； 7）确保安全施工的措施，如：人员、机械设备等。 1.1.2 土的工程分类及性质

1、土的分类：依开挖难易程度分为八类。具体见表1-1所示。

2、土的工程性质：

影响工程施工的土的性质：土的密度（重度）、含水量、渗透性和可松性。 重度主要为：天然重度和干重度以及最大干重度。 1.1.2.1 土的质量密度 略 1.1.2.2 土的含水量 1、定义：略 2、影响因素：

土方施工方法的选择，边坡的稳定，回填土的质量。

回填土的回填质量的影响更为明显：回填土的质量控制为获取最大干重度，而最大干重度的获得必需有最佳含水量，方能将土夯压密实。

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土的最佳含水量和最大干重度参考值见下表：

1.1.2.3 土的渗透性

1、定义：是指水在土体中渗流的性能。一般用渗透系数K表示。 表1-3表示常用的K值

1.1.2.4 土的可松性

1、定义：土具有可松性，即在自然状态下的土，经过开挖后，其体积因松散而增加，以后虽然回填压实，仍不能恢复其原有的体积。

这里讲的回填压实土的体积是在上述开挖的土的体积。 土的可松性程度用可松性系数表示，即：

最初可松性系数Ks土经开挖后的松散体积V2

土的天然状态的体积V1土经回填压实后的体积V3

土在自然状态下的体积V1‘最终可松性系数Ks 2、用途：土方量的平衡调配，确定运土机具的数量及弃土体积，以及计算基坑填土所需的填方量。

计算挖土的体积：实际的基坑大小，即指在自然状态下土的体积V1； 机具运土的体积：开挖后松散体积V2，即V2KsV1；

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现场预留土方量作为回填土：

基坑回填体积=基坑体积—基础在基坑内的体积

V1V3V3 ，有：VVKKs 21s''KsKs各种土的可松性系数可参考表1-4

1.1.3土方边坡

1、定义：边坡的表示方法为1：m，m为坡度系数即： 土方边坡坡度=

h11：m bbh m=

b边坡高度（基坑开挖的深度） h边坡宽度（坡底至坡顶的水平距离）2、影响坡度的因素：土质、开挖深度、开挖方法、施工工期、地下水位、坡顶荷载的大小、及气候条件。

3、m的确定原则：

保证土体稳定、施工安全，又要节省土方 4、开挖的形式：

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5、几种情况下边坡坡度：

1）使用年限较长（一年以上），土质较均匀，高度在10m以内按表1-5。

2）当土质条件良好，土质均匀且地下水位低于基坑、沟槽底面标高时，挖方深度在5m以内，不加支撑的边坡按表1-6。

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3）使用年限在一年以上的临时性填方边坡则为：当填方高度在10m以内，可采用1：1.5；

高度超过10m，可作成折线形，上部采用1：1.5，下部采用1：1.75。 4）永久性挖方或填方边坡，则均应按设计施工（边坡稳定计算）。 6、水对边坡的影响：

1）地下水位上升或地面水进入基坑

有效应力：'u 当u升高则'下降 即有效自重应力下降

fc''tan' f下降即土的抗剪强度下降

2）防止措施：

（1）降水：一般轻型井点降水、井点降水；

（2）防止坡顶水进入基坑内，一般在基坑顶部做临时散水； （3）护坡面层：C15混凝土100厚或1：3水泥砂浆100厚 （4）砂袋护坡：抢险措施时常见。 1.1.4 土方量计算的基本方法 计算立方体积或平面面积 1、基坑（槽）和路堤的土方量计算

1）基坑（槽）：基坑（槽）和路堤的土方量按拟柱体体积计算公式计算： VH(F14F0F2 6 式中：V土方工程量（m3） H、F1、F2如图所示。

对基坑来说：H为基坑的深度，F1、F2分别为基坑的上下底面积（m2 ）； 对基槽或路堤：H为基槽或路堤的长度（m），F1、F2为两端的面积（m2） F0F1、F2之间的中截面面积（m2）。

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2、场地平整土方量计算---方格网法

方格网大小（a×a）：10m×10m，15m×15m，20m×20m，25m×25m，30m×30m，35m×35m，40m×40m，45m×45m，50m×50m。

在场地设计标高确定后，需平整的场地各角点的施工高度即可求得，然后按每个方格角点的施工高度计算出填、挖土方量，并计算场地边坡的土方量，这样可以求得整个场地的填、挖土方总量。

填挖土方的计算首先要知道“零线”的位置，在该线上，施工高度为0。 “零线”：挖方区与填方区的交线。即不填不挖的交线。 确定方法：

在相邻角点施工高度为一挖一填的方格边线上，用插入法求出零点位置（图1-7），将各相邻的零点连接起来就为零线。 如不需要计算零线的确切位置，则绘出零线的大致走向即可。

1）四方棱柱体的体积计算方法

①方格四个角点全部为填或全部为挖时（图1-8a）：

a2(H1H2H3H4) V4 式中：V挖方或填方体积（m3）；

H1、H2、H3、H4方格四个角点的填挖高度，均取绝对值（m）

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②方格四个角点，部分为填方、部分为挖方时（图1-8b、c） 方法一：

V填22a（H填）4H V挖22a（H挖）4H

式中：H填（挖）方格角点中填（挖）方施工高度的总和，取绝对值（m）；

； H方格四角点施工高度之总和，取绝对值（m）

a方格边长（m）。

方法二：（表1-7）

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2）三角棱柱体法

三角棱柱体法，是将每一个方格顺地形的等高线沿对角划分成两个三角形，然后计算每一个三角棱柱体的土方量。

①当三角形为全挖或全填时（图1-3a）：

a2(h1h2h3) V6②当三角形有填有挖时（图1-3b），则其零线将三角形分成两部分，一个是底面为三角形的锥体，一个是底面为四边形的楔体。 土方量计算分别为：

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3h3a2 V锥 6（h1h2）（h1h3）3h3a2 V楔h3h1h2 6（hh）（hh）32311.1.5 场地平整—土方调配 1.1.5.1 场地设计标高H0的确定 1、场地设计标高确定应满足的条件

1）满足建筑规划、生产工艺及运输、场地排水和最高洪水位等要求； 2）力求使场地内土方挖填平衡且土方量最小。

3）充分利用地形、分区或分台阶布置，分别确定不同的设计标高。 2、场地设计标高确定的具体步骤：

1）在地形图上将施工区域划分为边长a为10～50m若干个方格网； 2）确定各小方格角点的高程； 方法：①水准仪测量；

②根据地形图上相邻两等高线的高程，用插入法求得；

③用一条透明纸带，在上面画6根等距离的平行线，把该透明纸带放在标有方格网的地形图上，将6根平行线的最外两根分别对准A点和B点，这时6根等距离的平行线将A、B之间的0.5M或1m(等高线的高差)均分成5等分.于是就可直接得到H31点的地面标高。

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3）按填挖方平衡确定设计标高

按每一个方格的角点的计算次数，即方格的角点为几个方格共有的情况。

H0H12H23H34H44N

式中：N方格网数；

H1一个方格仅有的角点坐标；

H2两个方格共有的角点坐标；

H3三个方格共有的角点坐标； H4四个方格共有的角点坐标。 例如：图1-9中的H0为：

H01〔（252.45+251.40+250.60+251.60）+2×(252.00+251.70+251.90+250.95 46 +251.25+250.85)+4×(251.60+251.28)〕=251.45m 1.1.5.2 场地设计标高的调整 1）土的可松性影响

由于土具有可松性，一般填土需相应提高设计标高（图1-11），设h为因土的可松性

'引起设计标高的增加值，则设计标高调整后总的挖方体积VW为：

' VWVWFWh

其中FWh为挖土时预留沉降部分 总的填方体积为：

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VT'VVK(VWFWh)K 因K'

VW'T'W's's's 此时，填方区的标高也应与挖方区一样，提高h即：

VT'VT(VWFWh)Ks'VT h FTFT 当VTVW时，有：

VW(Ks'1) h

FTFWKs' 故考虑了土的可松性后，场地设计标高调整为：

' H0H0h

式中：VW、VT按理论设计标高计算的总挖方、总填方体积； FW、FT按理论设计标高计算的挖方区、填方区总面积；

‘ Ks土的最后可松性系数。

2）场内挖方和填方的影响

弃土于场外、从场外取土回填等情况。

'场地设计标高的调整值H0为： 'H0 H0Q 2Na式中：Q----场地根据H0平衡后多余或不足的土方量。 3）场地泄水坡度的影响

泄水坡度有单面泄水、双面泄水 单面泄水：场地内只有一个方向排水；

双面泄水：场地内只有两个方向排水，且互相垂直。 ①场地有单面泄水坡度时的设计标高

' 场地内已调整的设计标高H0为场地中心线的标高（因此将场地中心作为坐标的原点）

图1-12，场地内任意点的设计标高则为：

' HnH0li

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说明：的取值：

坐标原点位于场地的中心点，x、y方向逆着泄水坡度方向，按坐标象限判断正、负号，即位于第一象限x、y皆为正，第二象限x为负，y为正。 式中：Hn场地内任一点的设计标高；

' l该点至设计标高H0的距离；

i场地泄水坡度（不小于2‟） 例如：H11角点的设计标高为：

' H11H01.5al

②场地有双面泄水坡度时的设计标高

' 场地内已调整的设计标高H0为场地纵横方向中心线的标高（因此将场地中心作为坐

标的原点）

' HnH0lxixlyiy

式中：lx、ly该点沿X-X，Y-Y方向距场地中心线的距离； ix、iy场地沿X-X，Y-Y方向的泄水坡度。

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说明：的取值：（与单向泄水一致）

坐标原点位于场地的中心点，x、y方向逆着泄水坡度方向，按坐标象限判断正、负号，即位于第一象限x、y皆为正；第二象限x为负，y为正；第三象限x、y皆为负；第四象限x为正，y为负。 1.1.5.3 场地土方量计算 场地土方量计算步骤如下：

（1）场地设计标高的确定，先计算出H0

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（2）场地设计标高的调整，一般考虑土的可松性和场地泄水坡度的影响（分清单面泄水或双面泄水），计算出Hn； （3）求各方格角点的施工高度hn

hnHnH

式中：hn角点的施工高度，以“+”为填土，“—”为挖土； Hn角点的设计标高（考虑泄水坡度）； H角点的自然地面标高。 例如：图1-14中，已知场地方格边长a20m

①场地设计标高H0：

H01〔(43.24+44.34+42.58+43.31)+2×(43.67+43.97+42.94+44.17 46 +42.90+43.23)+4×(43.35+43.76)〕=43.48m ②考虑泄水坡度后的设计标高Hn

H2H0li43.4820200043.52m H12H0li43.4820200043.44m 依次类推,见图1-14

③各方格角点的的施工高度 hnHnH

h343.5243.970.45m (挖)

(4)绘出零线

(5)计算场地挖、填土方量 1.1.5.4 场地边坡土方量计算

场地平整时，还要计算边坡土方量（图1-16），其计算步骤如下： （1）标出场地四个角点A、B、C、D填、挖高度和零线位置； （2）根据土质确定填、挖边坡的坡度系数（边坡率）m1、m2； （3）计算出四个角点的放坡宽度，如A点=m1ha，D点=m2hd；

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（4）计算边坡的土方量。

1.1.6 土方调配

工作内容：划分调配区；计算土方调配区之间的平均运距（或单位土方运价，或单位土方施工费用）；确定土方最优调配方案；绘制土方调配图表。 1.1.6.1 土方调配区的划分 1、原则：

1）应力求挖填平衡、运距最短、费用最省； 2）便于改土造田、支援农业；

3）考虑土方的利用，以减少土方的重复挖填和运输。 2、划分调配区应注意：

1）调配区的划分应与房屋或构筑物的位置相协调，满足工程施工顺序和分期施工的要求，使近期施工和后期利用相结合。

2）调配区的大小，应考虑土方及运输机械的技术性能，使其功能得到充分发挥。例如，

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调配区的长度应大于或等于机械的铲土长度；调配区的面积最好与施工段的大小相适应。 3）调配区的范围应与计算土方量用的方格网相协调，通常可由若干个方格网组成一个调配区。

4）从经济效益出发，考虑就近借土或就近弃土区均可作为一个的调配区。 5）调配区划分还应尽可能与大型地下建筑物的施工相结合，避免土方重复开挖。 1.1.6.2 调配区之间的平均运距

1、定义：平均运距就是指挖方区土方重心至填方区重心的距离。

因此，求平均运距，需先求出每个调配区重心。

2、方法：

取场地或方格网中的纵横两边为坐标轴，分别求出各区土方的重心位置，即：

X0Vx； YV0Vy

V 式中：X0,Y0挖或填方调配区的重心坐标； V每个方格的土方量； x,y每个方格的重心坐标。

重心求出后，则标于相应的调配区图上，然后用比例尺量出每对调配区之间的平均运距，或按下式计算：

L(XOTXOW)2(YOTYOW)2 式中：L挖、填方区之间的平均运距；

XOT,YOT填方区的重心坐标； XOW,YOW挖方区的重心坐标。

1.1.6.3 最优调配方案的确定

方法：表上作业法

已知某场地有四个挖方区和三个填方区，其相应的挖填土方量和各对调配区的运距如表1-8所示。

（1）用“最小元素法”编制初始调配方案

即先在运距表（小方格）中找一个最小数值，如C22C4340（任取其中一个，先取

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，于是先确定X43的值，使其尽可能的大，即X43max(400,500)400，此时A4挖方C43）

量最大值为400。由于A4挖方区的土方全部调到B3填方区，所以X41和X42都等于零。此时，将400填入X43格内，同时X41,X42格内画上一个“×”号，然后在没有填上数字和“×”号的方格内再选一个运距最小的方格，即C2240，便可确定X22500，同时使

X21X230，此时，又将500填入X22格内，并在X21,X23格内画上“×”号。重复上述步骤，依次确定其余Xj的数值，最后得出表1-8的初始调配方案。

（2）最优方案的判别法

方法：闭回路法和位势法---检验数ij≥0 即可认为方案最优

①首先将初始方案中有调配数方格的Cij列出，然后按下式求出两组位势数ui(i1,2,„）和vj（j1，2，„） Cijuivj

式中：Cij---平均运距（或单位土方运价或施工费用）； ui,vj--位势数。

②位势数求出后，便可根据下式计算各空格的检验数： ijCijuivj

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例如，本例两组位势数如表所示。

先令u10，则：

v1C11u150050 v211010100 u24010060 u3605010 v3701060 u4406020

③本例各空格的检验数如表所示。如2170(60)5080（在表中只写“+”或“—” ），可不必填入数值。

从表中已知，在表中出现了负的检验数，这说明初始方案不是最优方案，需要进一步进行

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调整。

（3）方案的调整

①在所有负检验数中选一个（一般可选最小的一个，本例中为C12），把它所对应的变量作为调整的对象。

②找出X12的闭回路：从X12出发，沿水平或竖直方向前进，遇到适当的有数字的方格作90º转弯。然后依次继续前进再回到出发点，形成一条闭回路（见表）。

③从空格X12出发，沿着闭回路（方向任意）一直前进，在各奇数次转角点的数字中，

挑出一个最小的（本表即为500、100中选100），将它由X32调到X12方格中（即为空格中）。

④将100填入X12方格中，被挑出的X32为0（变为空格）；同时将闭回路上其他奇数次

转角上的数字都减去100，偶次转角上数字都增加100，使得填、挖方区的土方量仍然保持平衡，这样调整后，便可得表的新调配方案。

对新调配方案，仍用“位势法”进行检验。看其是否最优方案。若检验数中仍有负数出现那就仍按上述步骤调整，直到求得最优方案为止。

表中所有检验数均为正号，故该方案即为最优方案。其土方的总运输量为：Z=400×50+100

×70+500×40+400×60+100×70+400×40=94 000（m3m）。

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（4）土方调配图

最后将调配方案绘成土方调配图（见图）。在土方调配图上应注明挖填调配区、调配方向、土方数量以及每对挖填调配区之间平均运距。图1-17（a）为本例的土方调配。仅考虑场内的挖填平衡即可解决。

图1-17（b）亦为四个挖方区，三个填方区，挖填土方量虽然相等，但由于地形狭长，运距较远，故采用就近弃土和就近借土的平衡调配方案更为经济。

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1.2 土方工程施工要点

1、施工准备阶段建设单位应准备的工作：

（1）三通一平：通电、水、道路，一平为场地平；

（2）场内原有管线分布情况及场地周围的市政管网的分布情况； （3）施工图纸齐全，完整； （4）工程招投标工作业已完成； （5）已办理施工许可证和工程已报质检； （6）与工程有关外部协调工作已完成； 2、施工单位在工程施工前应= 耳屏形式网‘

1）学习和审查图纸，研究工程地质资料； 2）编写施工组织设计（土方工程施工方案） ①研究施工现场的场地平整情况，基坑施工方案； ②绘制施工总平面布置图及基坑开挖示意图；

③确定开挖路线、顺序、范围，底板标高、边坡坡度，排水沟的设置、集水井的位置等。 以及挖出土方的堆放位置，机械设备的配置，安全方案。 3）修筑好场地临时道路及供水、供电等临时设施； 4）做好材料、机具及土方机械进场工作； 5）做好土方工程测量放线工作；

6）根据土方工程设计做好土方工程的辅助工作，如边坡稳定、基坑支护、降低地下水等； 7）做好图纸交底工作。

3、土方工程的施工要点

土壁稳定、施工排水、流砂防治和填土压实 1.2.1 土壁稳定 1.2.1.1 土壁塌方的原因

（1）边坡过陡，使土体的稳定性不够，而引起塌方现象；尤其是在土质差，开挖深度大的坑槽中；

（2）雨水、地下水渗入基坑，重量增大，抗剪强度降低，土坡失稳；

（3）基坑上边边缘附近大量堆土或停放机具、材料，或由于动荷载的作用，使土体的

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剪应力超过土体的抗剪强度。 1.2.1.2 防治塌方的措施

（1）放足边坡，除按第一节所讲述的内容外，边坡系数除按土体稳定分析确定，还有各地区的经验有关。 （2）设置支撑

表1-13所列为一般沟槽支撑方法； 表1-14所列为一般基坑支撑方法； 表1-15所列为深基坑的支护方法。

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1.2.2 施工排水

施工中开挖基坑时，流入坑内的水有：地面水和地下水 降水方法：集水井降水和井点降水 1、集水井降水（明沟排水）：

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1）定义：在基坑或沟槽开挖时，在坑底设置集水井，并沿坑底的周围或开挖排水沟，使水在重力作用下流入集水井内，然后用水泵抽出坑外。

2）设置：四周的排水沟及集水井一般应设置在基础范围以外，地下水流的上游，基坑面积较大时，可在基础范围内设置盲沟。 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；基坑四个角应各设一个。 集水井大小：直径或宽度一般为0.6～0.8m,深度低于挖土面0.5～1.0m。集水井井壁用竹、木等加固，并在井底铺设碎石滤水层，以免在抽水时将泥砂抽出。

排水沟大小：宽为0.4～0.6m,深为0.4-0.6m,并有一定的坡度(2‟左右)。

盲沟：置于基础底板下，基础施工完毕后无法看见叫盲沟。盲沟相当于看不见的排水沟。盲沟的尺寸同排水沟。 1.2.2.1 井点降水

1、定义：井点降水：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，使地下水位降低到坑底以下。 2、作用：

1）防止地下水涌入坑内；

2）防止边坡由于地下水的渗流而引起的塌方；

3）使坑底的土层消除了地下水位差引起的压力，因此防止了管涌； 4）降水后，降低了深基坑围护结构的水平荷载； 5）消除了地下水的的渗流，也防止了流砂现象；

6）降低地下水位后，还使土体固结，增加地基土的承载力。 3、适用范围：

1）土壤的渗透系数K=0.1～50m/d的土层中；

2）降水深度一般为：单级轻型点为3-6m；多级轻型点为6～12m。 4、种类：

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种类：轻型井点和管井类。选用一般根据土的渗透系数、降水深度、设备条件及经济比较等因素来确定。可参见表1-14

5、轻型井点： 1）轻型井点设备

设备主要有：井点管（下端为滤管）、集水总管、弯联管及抽水设备

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井点管：直径38～55㎜的钢管，长6～9m，下端配有滤管和一个锥形铸铁塞头，其构造

如图1-19所示。滤管长1.0～1.5m，管壁上钻有12～18㎜成梅花形排列的滤孔；管壁外包两层滤网，内层为30～50孔/cm2的黄铜丝或尼龙丝布的细滤网，外层为3～10孔/cm2粗滤网，以防泥砂进入井点管。

集水总管：直径75～100㎜的钢管分节连接，每节长4m，其上装有与井点管联接的短接

头，间距为0.8～1.6m。总管应有2.5‟～5‟坡向泵房的坡度。总管与井点管用900弯头或塑料管连接。

抽水设备：真空泵设备

2）轻型井点布置

轻型井点系统的布置，应根据基坑平面形状及尺寸、基坑深度、土质、地下水位及流向、降水深度要求等确定。 （1）平面布置

当基坑或沟槽宽度小于6m，降水深度不超过5m时，可采用单排井点，将井点管布置在地下水流的上游一侧，两端延伸长度不小于坑槽宽度（图1-21）。

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反之，则应采用双排井点，位于地下水流上游一排井点管的间距应小些，下游一排井点管的间距可大些。

当基坑面积较大时，则采用环状井点（图1-22）。

井点管距离基坑壁不应小于1.0～1.5m,间距一般为0.8～1.6m。

（2）高程布置

轻型井点降水深度一般不大于6m。

井点管埋置深度H（不包括滤管），可按下式计算（图1-22）：

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H≥H1hiL

式中：H1井点管埋设面至坑底面的距离；

h降水后的地下水位至基坑中心底面的距离，一般为0.5～1.0m； i水力坡度，环状井点为1/10，单排井点为1/4，双排井点1/7； L井点管至基坑中心的水平距离。 如H 值小于降水深度6m时，则可用一级井点； 当H 值稍大于6m时，如降低井点管的埋置面后，可满足降水深度要求时，仍可用一级井点降水；

当一级井点达不到降水深度要求时，则可采用二级井点（图1-23）。

在确定井点管埋置深度时，还应考虑井点管路出地面0.2～0.3m，滤管必须埋在透水层中。 （3）轻型井点的计算

井点系统的设计内容：井点系统的布置，井点的数量、间距、井点设备的选择。 ①井点系统的涌水量计算

井点管的数量，是根据其涌水量来计算的。

几个基本概念：

无压井：当水井布置在具有潜水自由面的含水层中时。 承压井：布置在承压含水层中时。 完整井：当水井底部达到不透水层时。 非完整井：当水井底部未达到不透水层时。

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A、无压完整井的环状井点系统，涌水量计算公式： Q1.336K(2HS)S

lgRlgx0式中：Q井点系统的涌水量（m3/d）； K土的渗透系数（m/d）； H含水层厚度（m）； S降水深度（m）； R抽水影响半径（m）；

x0环状井点系统的假想圆半径（m）。

x0、R、K的数值确定： x0F

式中：F---环状井点系统包围的面积（m2） R1.95SHK 式中：S---水位降低值（m）。

渗透系数K值对计算结果影响较大，K值可通过现场抽水试验或实验室测定。 对重大工程，宜采用现场抽水实验，其方法为在现场设置一抽水孔，并距抽水孔为，待抽水稳定后，测得x1、x2处观测孔中的水x1、x2处设两个观测井（三者在一条直线上）深l1、l2，并由抽水孔中相应的抽水量的公式：

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KQ(lnx2lnx1) （m/d） 22(l2l1) B、无压非完整井涌水量计算公式：

Q1.366K(2H0S)S

lgRlgx0式中：H0---有效深度（m）按表1-16

当查表得到的H0大于H 时，则取H0=H C、承压完整环状井点，涌水量计算公式： Q2.73KMS

lgRlgx0式中：M---承压含水层的厚度（m）。 ②确定井管数量及间距 单根井管的出水量：

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q65dl3K

式中：d滤管直径（m）； l滤管的长度（m）；

K渗透系数（m/d）。

井点管最少数量：

n1.1Q q 井点管最大间距：

DL n 式中：L总管长度（m）；

1.1考虑井点堵塞等因素，井点管备用系数。

求出的管距应大于15d，小于2m，并应与总管接头的间距（0.8m、1.2m、1.6m等）相吻合。 ③抽水设备选择

一般多采用真空泵井点抽水设备，型号为V5、V6型 其中V5型总管长度≤100m，井点管数量为80根；

V6型总管长度≤120m，井点管数量为100根。

4）井点管的埋设与使用

安装程序：按设计布置方案，先排放总管，然后再用弯联管把井点管与总管连接，最后安装抽水设备。

井点管的埋设：用冲水管冲孔，或钻孔，孔径一般为300㎜，以保证井管四周有一定厚度的砂滤层，冲孔深度宜比滤管底深0.5m，冲孔孔径上下一致，砂滤层宜用粗砂，以免堵塞管的网眼。砂滤层灌好后，距地面0.5～1.0m深度内，应用粘土封口捣实，防止漏气。

井点管埋设完毕后，即可接通总管和抽水设备进行试抽水，检查无漏气、漏水现象，出水是否正常。

轻型井点使用时，应保证连续不断抽水，若时抽时停，漏网易于堵塞；中途停抽，地下水回升，也会引起边坡塌方等事故。正常的出水规律为“先大后小，先浑后清”。

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井点降水时，尚应对附近的建筑物进行沉降观测。 5）轻型井点系统设计示例 某基础工程需开挖如图1-25所示的基坑，基坑底宽10m，长15m，深4.1m,边坡为1：0.5。地质资料为：天然地面下有0.5m厚的粘土层；7.4m厚的极细砂层，再下面为不透水的粘土层。试按轻型井点降水系统设计。 ①井点系统布置

该基坑底面积10×15m2，放坡后，上口（+5.2m处）面积为13.7×18.7m2，考虑井管距基坑边缘1m，则井管所围成的平面面积为15.7×20.7m2,由于其长、宽比小于5，故按环状井点布置。

基坑中心降水深度

S=5.00-1.50+0.50=4.

00(m) 故按一级井点设计。

表层为粘土，为使总管接近地下水位，可挖去0.4m，在+5.20m标高处布置井点系统。取井管外露0.2m，则6m长的标准井管埋入土中5.8m；而要求埋深HH1hiL=（5.2-1.5）+0.5+(1/10)×15.7/2=4.99m小于实际埋深5.8m，故高程布置符合要求。 ②有效抽水影响深度H0

取滤管长l1.2m，井点管中水位降落S'5.6m，则求得H01.85(S'l)1.85×(5.6+1.2)= 12.6m，，但实际含水层厚度H7.40.17.3m。故取H07.3m，按无压完整井计算涌水量。

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③总涌水量计算

假定求得K=30m/d，已知井点管所围成的面积F=15.7×20.7m2,则： 基坑的假想半径： x015.720.710.17m

3.14抽水影响半径：R1.957.330115m 总涌水量：

Q1.36630④计算井管数量

一根井管38的出水量为：

q653.140.00381.233028.9(m3/d) 井点管数量： n1.1 井点管的平均间距： D2(15.720.7)1.15m 取1.2m

6372.8162根。 1.219.582.8（根） 取63根 28.9(27.34)419.5(m3/d)

lg115lg10.17实用井点管数量为： n1.2.3 流砂的防治 1.2.3.1 流砂现象及其危害 1、流砂现象：

粒径很小、无塑性的土壤，在动水压力推动下，极易失去稳定，而随地下水一起流动涌入坑内，这种现象称为流砂现象。 2、流砂现象的危害：

土失去承载力，引起塌方，土边挖边冒，难以施工。 1.2.3.2 产生流砂的原因 原因：内因和外因

1、内因：取决于土的性质，当土的孔隙比大、含水量大、粘粒含量少、粉粒多、渗透系数小、排水性能差等均产生流砂现象。

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流砂现象极易发生在细砂、粉砂和亚粘土中。 2、外因：

动水压力

1.2.3.3 防治流砂的方法

1、原则：一是减小或平衡动水压力；二是截住地下水流；三是改变动水压力的方向。 2、方法： 1）枯水期施工 2）打板桩 3）水中挖土

4）人工降低地下水位 5）地下连续墙法

6）抛大石块，抢速度施工。 1.2.4 填土压实 1.2.4.1 填土的要求 要求：

1、填土满足强度、稳定性要求和必须合理设计边坡，正确选择土料以及填筑方法； 2、不能作为填土使用的土料：含有大量有机物的土，石膏或水溶性硫酸盐含量大于2%的土，冻土或液化状态的泥炭、粘土或粉状砂质粘土，含水量大的软弱土等。 3、填土要求：

应分层铺土压实，最好采用同类土填筑。如采用不同类别的土填筑时，应将透水性较大的土置于透水性较小的土层之下，严禁不均匀地混杂在一起使用。

分层铺土厚度，则应根据压实机具的性能确定：羊角碾每层铺土厚度200～350㎜，每层压实遍数8～15遍；平碾为200～300㎜，压6～8遍；蛙式打夯机为200～250㎜，压3～4遍；人工打夯不大于200㎜，压3～4遍。

回填土含水量过大或过小都难以压实，应控制最优含水量，才能达到最大干密度。 对于软弱土地基，常采取将基础下面一定厚度的软弱土层挖除，然后用人工砂垫层、灰土垫层等进行换土处理。垫层施工也应分层还土，分层夯实。 1.2.4.2 填土的压实方法

压实方法：碾压法、夯实法和振动法

（1）碾压法，适用于大面积填土，如场地平整、路基、堤坝等工程

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每次碾压要有150～200㎜的重叠。

（2）夯实法，适用于小面积填土，，夯实厚度一般在200㎜以内。 （3）振动法

1.2.4.3 填土压实的质量检验

填土压实后的干密度（干重度）应有90%以上符合设计要求，其余10%的最低值与设计值的差，不得大于0.088g/cm3,且应分散,不得集中于某一区域。

检验方法：采用环刀法测定土的实际干密度。其取样组数为：基坑回填每20～50m3取一组（每个基坑不小于一组）；基槽或管沟回填每层按长度20～50m取一组；室内填土每层按100～500m2取一组；场地平整填土每层按400～900m2取一组。

取样部位应在每层压实后的下半部。取样先称出土的湿密度并测定含水量，然后计算实际干密度：

010.01

式中：土的湿密度（g/cm3）；

。 土的含水量（%）

填土密实度以设计规定的控制干密度d作为检验标准。 dcdma x式中：c填土的压实系数，一般场地平整为0.9左右，地基填土为0.91～0.97； dmax填土的最大干密度，可由实验室实测，或计算求得。

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1.3 土方工程机械化施工

施工机械的种类：推土机、铲运机、平土机、松土机、挖土机、夯实机等，本章重点讲解推土机、铲运机和单斗挖土机。 1.3.1 推土机施工 1.3.1.1 推土机的适用范围

1、性能：构造简单，操作灵活，运转方便，所需工作面较小，功率较大，行驶速度较快，易于转移，能爬300的缓坡。

2、适用范围：挖土深度不大的场地平整，铲土并能运送至弃土区；开挖深度不大于1.5m的基坑；回填基坑或沟槽；堆筑高度在1.5m以内的路基、堤坝；平整其他机械卸置的土堆；推送松散的硬土、岩石和冻土；配合铲运机施工，为挖土机清理余土和创造工作面。

推土机的运距宜在100m以内，经济运距为40～60m。 1.3.1.2 提高推土机生产率的方法 （1）下坡推土 （2）并列推土

（3）分批集中，一次推送 （4）槽形推土 1.3.2 铲运机施工 1.3.2.1 铲运机的适用范围

1、性能：铲土、运土、卸土、填筑、压实。

2、适用范围：大面积的场地平整，开挖大型基坑、沟槽，以及填筑路基、堤坝。

铲运机的铲斗容量为2.5～8m3,自行式铲运机的经济运距为800～1500m。 1.3.2.2 铲运机的运行路线 环形路线和“8”字路线 1.3.2.3 提高铲运机生产率的措施 (1)下坡铲土

(2)挖近填远，挖远填近 （3）推土机助铲 （4）双联铲运法 （5）挂大斗铲运

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（6）跨铲法

1.3.3 单斗挖土机施工

种类：正铲、反铲、拉铲和抓铲

1.3.3.1 正铲挖土机 （1）正铲的性能

1、定义：一般只用于开挖停机面上的土体，需要设置进出口通道。 2、适用：土质较好、无地下水的地区工作。

3、国产正铲挖土机的工作性能见下表。

（2）正铲挖土和卸土的方式

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正向挖土、后方卸土和正向挖土、侧向卸土 （3）正铲挖土机的工作面及开行通道 挖土机在停机点所能开挖的土方面称为工作面。 1.3.3.2 反铲挖土机

1、定义：反铲挖土机是开挖停机面以下的土体，不需设置进出口通道。 2、适用：开挖小型基坑、基槽和管沟。尤其适用于开挖柱基，以及泥泞的或地下水位较高的土体。 3、性能和工作尺寸：

见图1-42和表1-18

（2）反铲挖土机的开行方式 沟端开行和沟侧开行

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