1、土木工程施工土木工程施工 西南科技大学网络精品课程土木工程施工网址：西南科技大学网络精品课程土木工程施工网址：http:/ 土石方工程2 地基处理与桩基工程3 砌筑工程4 钢筋混凝土工程5 预应力混凝土工程6 结构安装工程7 保温节能工程施工8 防水工程9 装饰工程10桥梁结构工程11 道路工程施工组织部分施工组织部分12 施工组织概论13 流水施工原理14 施工网络计划及其应用15 单位工程施工组织设计第一章 土方工程 第一节第一节 概述概述 一、土方工程的分类及施工特点：一、土方工程的分类及施工特点：1.分类：(1)场地平整 (2)基坑(槽)、管沟施工 (3)地下大型挖方工程 (4)填筑构
2、筑物2.施工特点：(1)工程量大;(2)工期长;(3)劳动强度大;(4)施工条件复杂;(5)受气候、水文、地质等影响大。二、土的工程分类二、土的工程分类 2.按开挖难易程度分 一类土(松软土)二类土(普通土)三类土(坚土)四类土(砂砾坚土)五类土(软石)六类土(次坚石)七类土(坚石)八类土(特坚石)最初可松性系数KS,KS=开挖后松土体积开挖后松土体积/原土体积原土体积切削比阻力切削比阻力KB,KB=铲刀受到切向阻力铲刀受到切向阻力/(铲刀宽铲刀宽*铲刀深铲刀深)三、土的工程性质三、土的工程性质 1.土的概念、组成 土:岩石经过风化、剥蚀、搬运、沉积等过程后，所形成的各种疏松沉积物，在建筑工程
3、上称为土。1.按工程性质分(1)岩石 (2)碎石土(3)砂土(4)粘土(5)人工填土 2.土的工程性质指标（1）土的重度：土在天然状态下单位体积的重量。=g/v 式中g土重（t），v土的体积（m3）。（2）土的天然含水量：即土中水重与固体颗粒重之比。=gw/gs100 式中gw土中水重（kg）gs土中固体颗粒重（kg）。表明了土的干湿程度。最佳含水量使填土夯至最密实状态的含水量，称为。（3）土的孔隙比和孔隙率：反映土的密实度 土的孔隙比e：孔隙体积与固体体积之比。e=vv/vs 土的孔隙率n：孔隙体积与总体积之比。n=vv/v100（4）土的可松性与可松性系数：土的可松性天然土经开挖后，其体积
4、因松散而增加，虽经振动夯实，仍然不能完全复原，这种现象成为土的可松性。最初可松性系数：ks=v1/v0 最终可松性系数：ks=v2/v0 (1-1)式中v0土在天然状态下的体积(m3)v1土挖出后在松散状态下的体积(m3)v2土经夯实后的体积(m3)（5）土的渗透系数:水在单位时间内穿透土层的能力,用土的渗透系数表示,单位是“m/昼夜”。水力坡度I=h/L，h水头差，L渗流长度。渗流速度v=K I，此为达西定律，K渗透系数（6）摩擦系数与粘结力：砂土无内聚力，主要表现为摩擦系数；而粘土内聚力大，主要表现为粘结力。第二节、场地设计标高的确定及土方工第二节、场地设计标高的确定及土方工程量的计算与调
5、配程量的计算与调配 在场地平整中，需要确定场地的设计标高。场地平整就是将自然地面改造成人们所要求的平面，达到设计标高，并满足泻水坡度的要求。一、场地设计标高确定的一般方法一、场地设计标高确定的一般方法 场地设计标高的确定，应考虑以下因素：(1)满足生产工艺和运输的要求;(2)尽量利用地形,减少挖填方数量;(3)场地内挖填方平衡,土方运费最少;(4)有一定的泻水坡度,满足排水要求。1、场地平均设计标高的计算 首先应根据施工场地平面尺寸的大小和要求的精度，将场地划分成边长为a（一般取1040米）的方格网，并建立直角坐标系。一般将坐标原点设在场地中心，也可以设在场地的左下角。然后利用地形图上的等高线
6、采用内插法求得地面实际标高zi（也可以在实地测量得到）。根据这一原则,场地设计标高可按下式计算:H0Ma2=(a2 )H0=(1-3)式中H0场地设计标高（m），a方格边长，n方格数，H11H22任一方格的四个角点的标高（m）。令H11为一个方格仅有的角点标高，H22为两个方格共有的角点标高，H33为三个方格共有的角点标高，H44为四个方格共有的角点标高，422211211HHHHMHHHH4)(22211211计算场地设计标高的原则是：场地内挖填方平衡场地内挖填方平衡。如下图：图1.1则场地设计标高的计算公式可改写如下：H0=（1-4）MHHHH4432443322112.考虑泄水坡度对设计
7、标高的调整 按式（1-4）得到的设计平面为一水平的挖填方相等的场地，实际场地都有一定的泄水坡度。应考虑泄水坡度对设计标高的影响，最后确定场地各方格角点的设计标高（图1-2）。以计算出的设计标高Z0作为场地中心点的标高，场地内任意一个角点的设计标高为：Hi=H0lx ixly iy （1-5）Hi场地内任意一个角点的设计标高（m）该点比H0高则取“+”，反之取“”lx、ly该点于xx、yy方向距场地中心点的距离（m）ix、iy场地在xx、yy方向的泄水坡度（不小于2）例如 H42=H01.5a ix0.5a iy 3、施工高度的计算：方格各角点的施工高度按下式计算：Hi=Hi Hi （1-6）若
8、Hi为正值，则该点为填方；若Hi为负值,则为挖方。4、零点.零线的确定：（1）凡是一个方格的四个角点施工高度中有正负值，则有正负值的两点间必然存在有不挖不填的点，这一点就叫做零点；零点间的连线叫做零线。（2）零点的确定方法：(如下图所示)XaXHH21可得211HHaHX图 1.3 零 点 确 定 示 意 图(1-7)5.挖填方工程量的计算:)(443212hhhhaV.图1.4图1.5hhaV42)(2)(填挖填挖6.挖、填方总量计算：)()(iVV挖总挖)iVV填（填（总）7.例题1.1：某建筑场地地形图和方格网(a20m)，如图所示。土质为亚枯土，场地设计泄水坡度：ix3 ，iy2 。建
9、筑设计、生产工艺和最高洪水位等方面均无特殊要求。试确定场地设计标高(不考虑土的可松性影响，如有余土，用以加宽边坡)，并计算填、挖土方量(不考虑边坡土方量)。000000图1.6【解】(1)计算各方格角点的地面标高 各方格角点的地面标高，可根据地形图上所标等高线，假定两等高线之间的地面坡度按直线变化，用插入法求得。如求角点4的地面标高(H4)，由下图有:lxhx:5.0:则xlhx5.0 xhh00.444图1.7 插入法计算简图 为了避免繁琐的计算，通常采用图解法。用一张透明纸，上面画6根等距离的平行线。把该透明纸放到标有方格网的地形图上，将6根平行线的最外边两根分别对准A点和B点，这时6根等
10、距的平行线将A、B之间的0.5m高差分成5等分，于是便可直接读得角点4的地面标高H444.34m。其余各角点标高均可用图解法求出。本例各方格角点标高如图所示中地面标高各值。图1.8图1.9 方格网法计算土方工程量图(2)计算场地设计标高H0 mH79.17458.4217.4480.4424.431mH72.698)94.4290.4223.4367.4367.4434.4494.4367.43(222033HmH12.525)17.4476.4335.43(444mMHHHHH71.438412.52572.69879.1744432443322110则(3)计算方格角点的设计标高以场地中心
11、角点8为H0，由已知泄水坡度lx和ly,各方格角点的设计标高按下式计算：mHH63.4304.012.071.4322034000000001mHH69.4306.063.4332000012mHH59.4312.071.4334000006其余各角点的设计标高方法同上,其值见图1.9中的设计标高值.(4)计算角点的施工高度按公式计算,各角点的施工高度为:mh39.024.4363.431mh19.094.4375.433其余各点施工高度详见图1.9中施工高度值.(5)确定零线首先求零点,有关方格边上零点的位置由公式(1-7)确定,23角点连线零点距角点2的距离为:mx9.119.002.02
12、002.032则mx1.189.12023同理求得:mx1.1787mx9.278mx0.18813mx0.2138mx6.2914mx4.17149mx7.21514mx3.171415相邻零点的连线即为零线(图1.9)(6)计算土方量 根据方格网挖填图形,按公式计算土方工程量.方格1-1,1-3,1-4,2-1四角点全为挖(填)方,按正方形计算,其土方量为:34321211136)()65.030.002.039.0(100)(4mhhhhaV312263)(mV331117)(mV341270)(mV同理可得:方格1-2,2-3各有两个角点为挖方;另两角点为填方,按梯形计算公式,其土方量
13、为:322222129.18)05.019.030.002.0(4)30.002.0(204)(mHHaV挖挖322222129.10)05.019.030.002.0(4)05.019.0(204)(mHHaV填填同理可求V2-3填和V2-3挖.方格2-2,2-4为一个角点挖方(或填方)和三个角点填方(或挖方),分别按三角形和五角形公式计算:322222217.140)05.044.071.030.0(4)44.071.030.0(204)(mHHaV挖挖322222217.0)05.044.071.030.0(4)05.0(204)(mHHaV填填同理可求V2-4填和V2-4挖.将计算结果
14、填入相应的方格中(图1.9).场地各方格土方量总计:挖方548.75m3;填方528.55m3.基坑、基槽和路堤土方量计算：1.基坑土方量计算:二、用最小二乘法原理求最佳设计平面 按上述方法得到的设计平面，能使挖方量与填方量平衡，但不能保证总的土方量最小。应用最小二乘法的原理，可求得满足上述两个条件的最佳设计平面。当地形比较复杂时，一般需设计成多平面场地，此时可根据工艺要求和地形特点，预先把场地划分成几个平面，分别计算出最佳设计单平面的各个参数。然后适当修正各设计单平面交界处的标高，使场地各单平面之间的变化缓和且连续。因此，确定单平面的最佳设计平面是竖向规划设计的基础。我们知道，任何一个平面在
15、直角坐标体系中都可以用三个参数c,ix,iy来确定(图1-10).在这个平面上任何一点i的标高Zi,，可以根据下式求出：yixiiiyixCZ,(1-8)其中 xii点在x方向的坐标；yii点在y方向的坐标。与前述方法类似，将场地划分成方格网，并将原地形标高ZI标于图上，设最佳设计平面的方程为式(1-8)形式，则该场地方格网角点的施工高度为),2,1(,niZiyixcZZHiyixiiii图1-10（1-9）由前面计算土方量的公式可以看出，施工高度之和与土方工程量成正比。由于施工高度有正负，当施工高度之和为零时，则表明该场地的挖填平衡，但不能反映挖和填方量绝对值的多少。为了不使施工高度正负抵
16、消，若把施工高度平方之后再相加，则总能反映土方工程挖填方绝对值之和的大小。但应注意，在计算施工高度总和时，要考虑方格网各点施工高度在计算土方量时被应用的次数Pi，令为土方施工高度之平方和，则222221112nnniiHPHPHPHP（1-10）将（1-9）式代入上式得 当的值最小时，该设计平面既能使土方工程量最小，又能保证挖填方平衡。为了求得 最小时的设计平面参数c,ix,iy,可以对上式的c,ix,iy分别求偏导数，并令其为零，得：（1-11）整理后可得下列方程组：（1-12）式中 解方程组（1-12），可求得最佳设计平面的三个参数，然后可各点的设计标高和施工高度及各方格的土方工程量。例题
17、1.2 图1-11所示为40mX40m的矩形场地，试用最小二乘法原理确定其最佳设计平面参数及各方格顶点的施工高度。【解】为确定最佳设计平面，首先把场地划分成方格网(10m*10m)。在方格网中标出方格角点的编号(0到24)，方格角点的原地形标高，及方格各角点的“权”P值。图中，角点0的P值为1，原地形标高为16.541。角点1的P值为2(因为计算方格0,l,5,6和方格1,2,6,7时要用到两次角点l的原地形标高，所以P值为2)，原地形标高为10.350。余类推。接下来计算准则方程的系数。为便于计算，可用表1-1的形式进行。表中第一栏为角点编号，第2,3,4栏分别为角点的坐标，第5栏为各角点的
18、P值(所有P值都缩小为14，对计算结果无妨，但便于运算)。从第6栏至第13栏为方程系数的运算部分，将每一栏的总和即方程的系数写在表的最下面一行。表1.1将系数代入方程组，得解方程组得设计平面的三个参数为C=+8.08208;ix=+0.01731;iy=+0.02388将以上参数代入式（1-8）（1-9）即可计算出最佳设计平面各角点的标高和各角点的施工高度。将结果代入（表1-1）的第15栏中，并计算各点的PH值，检查PH=0，说明整个计算无误。三、土方调配三、土方调配 土方调配工作是大型场地平整中土方施工的一个重要内容。土方调配的目的是在使土方总运输量（m3m）最小或土方运输成本最小或土方施工
19、费用（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。1.土方调配区的划分，平均运距和土方施工单价的确定土方调配区的划分，平均运距和土方施工单价的确定划分土方调配区时应注意下列几点：（1）调配区的划分应该与房屋和构筑物的平面位置相协调，并考虑它们的开工顺序、工程的分期施工顺序；（2）调配区的大小应该满足土方施工主导机械的技术要求；（3）调配区的范围应该和土方的工程量计算用的方格网协调，通常可由若干个方格组成一个调配区；（4）当土方运距较大或场区范围内土方不平衡时，可考虑就近借土或弃土，这时一个借土区或弃土区可作为一个独立的调配区。计算各挖、填方调配区之间的
20、平均运距：各挖、填方调配区之间的平均运距通常是指挖方调配区和填方调配区重心之间的距离。一般情况下，假定调配区平面的几何中心即为其体积的重心。当采用同种施工机械时，用平均运距就可以比较。当采用多种机械施工时，应用土方施工单价进行计算。在确定土方运输单价时,影响不大的因素可以剔除,首先可以根据土壤的工程性质、调配区之间的运土距离和土方机械的技术性能等，从现有的机械中选择每个调配区之间最合适的施工机械（包括挖、运、填整套机械）。这套机械的生产率由其中最小的生产率确定。用简略的方法计算土方施工单价时可用下谁计算：VEPECnSij01(1-13)2.用“线性规划”进行土方调配 整个场地划分为m个挖方区
21、W1，W2，m，其挖方量相应为a1,a2,am,有n个填方区，n,其填方量相应为b1,b2,bn,xij表示由挖方区i到填方区j的土方调配值。由挖填量平衡，即njijXijCmiZ11为最小值并满足下列约束条件：（1）方法简介。从到的价格系数（平均运距，或单位土方运价，或单位土方施工费用）为c11,一般地，从Wi到Tj的价格系数为cij，见表.2。则土方调配问题可用下列数学模型来表达；求一组xij的值，使目标函数mjjniiba11表1.2,0,.,2,1,1,.,2,1,1ijXnjjbmiijXminiiaijX 根据约束条件可知，未知量有mn个，而方程数为m+n个。由于挖填平衡，前面m个
22、方程相加，减去后面n1个方程之和，可以得到第n个方程，因此独立方程的数量实际上只有m+n1个。由于未知量个数多余独立方程数。因此方程组有无穷多组解，而我们的目的是求出一组最优解，使目标函数最小。这属于“线性规划”中的“运输问题”，可以用“单纯形法”或“表上作业法”求解。运输问题用“表上作业法”求解方便，但找出土方调配最优方案须轮流计算，计算量很大。用“单纯型法”则更繁琐。(1-14)（2）用“表上作业法”进行土方调配 初始调配方案编制 初始方案的编制采用“最小元素法”。即根据对应于Cij(平均运距)最小的Xij取最大值的原则进行调配。图1-11为一矩形广场，图中小方格中的数字为各调配区的土方量
23、，箭杆上的数字则为各调配区之间的平均运距。试求最优土方调配方案。图1-11 首先将图1-11中的土方数及价格系数（本例即为平均运距）填入计算表格中（表1.3）。表1.3 在表1-3中找价格系数最小的方格(C22=C43=40)，任取其中之一，确定它所对应的调配土方数，如取C43，则先确定x43的值，使x43尽可能大，考虑挖方区W4最大挖方量为400，填方区T3最大填方量为500，则x43最大为400。由于W4挖方区的土方全部调到T3填方区，所以x41和x42都等于零。将400填人表1-4中的x43格内，同时在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Cij最
24、小的方格，即C22=40，我们使x22尽量大，x22=min(500，600)=500，同时使x21=x23=0。将500填人表1-3的x22格内，并在x2l，x23格内画上“”号(表1-4)。表1.4 重复上面步骤，依次地确定其余xij数值，最后可以得出表1.5。表1.5 表1.5中所求得的一组xij的数值，便是本例的初始调配方案.由于利用“最小元素法”确定的初始方案首先是让Cij最小的那些格内的xij值取尽可能大的值，也就是优先考虑“就近调配”，所以求得之总运输量是较小的。但是这并不能保证其总运输量是最小，因此还需要进行判别，看它是否是最优方案。最优方案判别法 在“表上作业法”中，判别是否
25、最优方案的方法有许多。采用“假想价格系数法”求检验数较清晰直观，此处介绍该法。该方法是设法求得无调配土方的方格(如本例中的Wl-T2,W1-T3，W4-T2等方格)的检验数入ij，判别入ij是否非负，如所有检验数入ij0，则方案为最优方案，否则该方案不是最优方案，需要进行调整。首先求出表中各个方格的假想价格系数Cij.有调配土方方格的假想价格系数Cij=Cij;无调配土方方格的假想价格系数用下式计算：Cef+Cpq=Ceq+Cpf (1-15)式(1-15)的意义即构成任一矩形的四个方格内对角线上的假想价格系数之和相等(参见表l-2)。利用已知的假想价格系数，逐个求解未知的Cij。寻找适当的方
26、格构成一个矩形，最终能求得所有的Cij.这些计算，均在表上作业。在表1-5的基础上先将有调配土方的方格的假想价格系数填人方格的右下角。C11=50,C22=40,C31=60,C32=110,C33=70,C43=40,寻找适当的方格 由 式(1 2 4)即 可 计 算 得 全 部 假 想 价 格 系 数。例 如，由C21+C32=C22+C31可得C21=-10(表1-6)。假想价格系数求出后，按下式求出表中无调配土方方格的检验数：入ij=Cij-Cij (1-16)只要把表中无调配土方的方格右边两小格的数字上下相减即可。如入21=70-(-10)=+80，又入12=70-100=-30。将
27、计算结果填入表l-7。表1-7中只写出各检验数的正负号，因为我们只对检验数的符号感兴趣，而检验数的值对求解结果无关，因而可不必填人数字。表1-6表1-7(3)方案的调整 第一步 在所有负检验数中选一个(一般可选最小的一个)，本例中便是C12，批它所对应的变量x12作为调整对象。第二步 找出x12的闭回路。其作法是：从x12格出发，沿水平与竖直方向前进，遇到适当的有数字的方格作900转弯(也不一定转弯)，然后继续前进，如果路线恰当，有限步后便能回到出发点，形成一条以有数字的方格为转角点的、用水平和竖直线联起来的闭回路，见表 1-8.第三步 从空格x12出发，沿着闭回路(方向任意)一直前进，在各奇
28、数次转角点(以x12出发点为0)的数字中,挑出一个最小的(本例中便是在“500，100”中选出“100”)，将它由x32调到x12方格中(即空格中)。第四步 将“100”填人x12方格中，被挑出的x32为0(该格变为空格)；同时将闭回路上其他的奇数次转角上的数字都减去“100”，偶数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，便可得到表l12的新调配方案。表1-8表1-9 对新调配方案，再进行检验，看其是否已是最优方案。如果检验数中仍有负数出现，那就仍按上述步骤继续调整，直到找出最优方案为止。表1-9中所有检验数均为正号，故该方案即为最优方案。该最优土方调配方案
29、的土方总运输量为)(940004040070100604004050070100504003mmZ 将表1-9中的土方调配数值绘成土方调配图(图1-12)。图中箭杆上数字为土方调配数.最后，我们来比较一下最佳方案与初始方案的运输量：初始方案的土方总运输量为)(30009700094000)(9700040400701001001006030040500505003030mmZZmmZ图1-12 即调整后总运输量减少了3000(m3.m)。土方调配的最优方案可以不仅一个，这些方案调配区或调配土方量可以不同，但它们的目标函数Z都是相同的。有若干最优方案，为人们提供了更多的选择余地。第三节 土方工程
30、的准备与辅助工作一、土方工程施工前的准备工作 土方工程施工前应做好下述准备工作：(1)场地清理：包括清理地面及地下各种障碍。在施工前应拆除旧房和古墓，拆除或改建通讯、电力设备、地下管线及地下建筑物，迁移树木，去除耕植土及河塘淤泥等。(2)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。(3)修筑好临时道路及供水、供电等临时设施。(4)做好材料、机具及土方机械的进场工作。(5)做好土方工程测量、放线工作。(6)根据土方施工设计做好土方工程的辅助工作，如边坡稳定、基坑(槽)支护、降低地下水等。二、土方
31、边坡及其稳定二、土方边坡及其稳定 1.坡度的概念：土方边坡坡度=H/B=1/(B/H)=1/m 其中m=B/H，m称为坡度系数。图1-132.影响边坡稳定的几个因素：1)土的类型 2)土的密实度 3)土的含水量 4)挖土深度 5)边坡坡度 6)坡顶有无荷载(特别是振动荷载)7)气候影响 3.方坡起点深度 密实、中密的砂土和碎石类土1.00m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1.50m坚硬的粘性土2.00m表1-104、深度在5m以内不加支撑的最陡坡度 土的类别边坡坡度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(填充物为
32、砂土)1:0.751:1.001:1.25硬塑的粉土1:0.671:0.751:1.00中密的碎石类土(填充物为粘性土)1:0.501:0.671:0.75硬塑粉质粘土;粘土1:0.331:0.501:0.67老黄土1:0.101:0.251:0.33软土(经井点降水后)1:1.00-表1-11三、基坑（槽）支护三、基坑（槽）支护(一)横撑式支撑1.横撑式土壁支撑1)水平挡土板式:间断式和连续式2)垂直挡土板式(二)钢锚式支撑(三)斜柱式支撑(四)板桩(五)重力式围护结构(六)地下连续墙图1-14四、降水四、降水 在地下水位较高或挖土深度较大时，土壤的含水层常被切断，地下水会流入基坑，影响施工
33、；雨季施工时,地面水也会流入基坑内。这时，可以采用人工方法降低地下水位。降水方法分为重力式降水（如集水坑、井、明沟等）和强制降水（如轻型井点、深井井点、电渗井点等各类井点）。土方工程中采用较多的是集水坑降水和轻型井点降水。（一）集水坑降水：（一）集水坑降水：如图1-20，沿坑底四周的排水沟一般设在基础以外，地下水流的上游，沟底宽不小于0.3m,低于坑底0.5m,最小排水坡度为0.2%0.5%，每隔2040m设一个集水坑，直径或宽度一般为0.60.8m，坑底低于挖土面0.71.0m，当基坑挖至设计标高以后，井底应低于基坑底12米，并铺设碎石滤水层。集水坑降水法简单、经济，对周围影响小，应用较广。
34、但当涌水量较大、水位差较大或土质为细砂、粉砂时，易产生流砂、管涌、坑底隆起和边坡失稳现象。这时应采用强制降水方法。即轻型井点降水。图图1-20（二）流砂发生的原因及防治措施：（二）流砂发生的原因及防治措施：1.流砂现象：采用集水坑降水法开挖基坑时，当基坑开挖到地下水位以下时，有时坑底土会成流动状态，随地下水涌入基坑，此时，基底土完全丧失承载力，土随水一起流动，施工条件恶化，这种现象称为流砂现象流砂现象。2.流砂发生的原因：流砂现象产生的原因，是水在土中渗流所产生的动水压力对土体作用的结果，地下水的渗流对单位土体内骨架产生的压力称为动水压力，用GD表示，它与单位土体内渗流水受到土骨架的阻力T大小
35、相等、方向相反。动水压力与水的重力密度和水力坡度有关：动水压力GD的大小与水力坡度成正比，即水位差越大，GD越大；而渗流路线越长，GD越小。动水压力的作用方向与水流方向相同。当水流在水位差作用下对土颗粒产生向上的压力时，动水压力不但使土颗粒受到水的浮力，而且还受到向上的压力，当动水压力大于或等于土颗粒的浸水重度时，即WDG 则土颗粒失去自重，处于悬浮状态，土的抗剪强度等于0，土颗粒随着水流一起流动，形成“流沙”。3.流沙的防治措施：防止流砂发生的途径有：（1）减小或平衡动水压力；（2）改变动水压力的方向，使之向下。防治措施具体有：(1)打板桩；（2）地下连续墙；（3）水下挖土；（4）快速抢挖后
36、抛大石块；（5）采用井点降水。（三）井点降水：（三）井点降水：1、井点种类及适用范围：（见表1-12）井点类别土的渗透系数(m/d)降水深度(m)轻型井点一级轻型井点0.15036多级轻型井点0.150视井点级数而定喷射井点0.150820电渗井点15表1-122、一般轻型井点系统：（1）系统组成图：（图1-36）图1-23（2）滤管图：见教材P43图1-37（3）抽水设备组成图：图1-24 轻型井点设备主要包括：井管(下端为滤管)、集水总管、水泵和动力装置等。1）井管长57m，滤管长1.0-1.2m，井管与滤管用螺丝套头连接。2）滤管的骨架管为外径38或5lmm的无缝钢管，管面上钻有12mm
37、的星棋状排列的滤孔，滤孔面积为滤管表面积的20%-25%。骨架管外面包以两层孔径不同的塑料布滤网。为使水流畅通，在骨架管与滤网之间用梯形铅丝隔开，梯形铅丝沿骨架管绕成螺旋形。滤网外面再绕一层粗铁丝保护网，滤管下端为铸铁塞头。3）集水总管为内径127mm的无缝钢管，每段长约4m，其上装有与井管连接用的短接头，间距0.8或1.2m。总管与井管用90。弯头或塑料管连接。4）根据水泵和动力设备的不同，轻型井点分为干式真空泵井点、射流泵井点和隔膜泵井点三种。这三者用的设备不同，其所配用功率和能负担的总管长度亦不同，见表 1-13。表1-133、轻型井点系统的设计：采用轻型井点系统降低地下水位，是深基础施
38、工中常用的一种人工降低地下水位的方法，也是防止流砂发生的一种有效措施。轻型井点系统的设计，主要是要解决平面布置和高程布置问题。（1 1）平面布置：）平面布置：平面布置比较简单，当基槽（坑）宽度小于6米时，水位降低又不大于5米时，采用单排线状井点布置；当基槽（坑）宽度大于6米时，或土质不良时，采用双排线状井点布置；对于大型深基坑来说，一般都是采用环形布置（见图1-25）。（2 2）高程布置：）高程布置：轻型井点降水系统的高程布置，主要是解决井点管的埋深、集水总管埋设面的标高、井点管间距以及水泵选择参数的确定等。要确定这些参数，首先需要计算涌水量。在计算涌水量之前，我们先来认识一下水井的类型（见图
39、1-26）。根据滤管是否到达不透水层的情况，水井分为完整井和非完整井。到达者，称完整井。否则称非完整井。根据地下水有无压力，水井分为无压井和承压井。因此，水井类型共有四种。我们在此只 讨论无压完整井和无压非完整井这两种情况。图图1-25图图1-26图图1-26地 下 水 位 标 高基 底 标 高地 下 水 位 标 高不 透 水 层滤 管井 点 管集 水 总 管h图1-27 井点高程布置计算简图h1总管埋设面至基底的距离（m）；h2基坑深度（m）；h3井点管露出地面的长度（m）。一般取0.2或0.3m；h井点管钢管长度（m）。一般取57m；d井点管直径（m）。一般取0.05m；l滤管长度（m）。
40、一般取1.01.5m；h基底至降低后的地下水位的距离（m）。一般取0.51m；L井点管至水井中心的水平距离（m）。当井点管为单排布置时，L为井点管至对边坡角的水平距离；当井点管为双排或环形布置时，L为井点管至基坑中心的水平距离；e井点管距基坑边的距离（m）。一般取0.71m；c总管埋设面降低值（m）。在01m之间调整；H含水层厚度（m）。当井点管底部无不透水层时，H为无穷大；H地下水位标高值（负数，单位m）。由图1-27可得,井点系统高程布置时,井管的埋设深度h(不包括滤管)应按下式计算:ilhhh1一般不小于一般不小于0.5m。环状井点取环状井点取1/10,单排线状井点取单排线状井点取1/5
41、，双排取，双排取1/7。此外，确定井管埋设深度时，还要考虑到井管般要露出地面0.2m左右 如算出之h值大于井管长度，地下水位如距离地面较深，则可设法降低总管的标高，使其接近地下水位。否则，则表示一层井点达不到规定的降水深度，应改用两层井点。各段总管和滤管最好设在同一水平面上,不宜高差悬殊。(3)确定基坑的计算图形面积 井点系统布置方案确定以后，在计算之前尚需确定计算图形的面积。因为目前用来计算轻型井点所用之计算公式，都有一定的适用条件。如矩形基坑的长宽比大于5，或基坑宽度大于2倍的抽水影响半径时，就不能直接利用现有公式进行计算。遇此情况，就需要将基坑分成几小块，使其符合计算公式的适用条件，然后
42、分别计算各小块的涌水量，再进行相加即得总涌水量。(4)计算涌水量计算涌水量 1)单井涌水量计算。井点系统的理论计算，是以法国水力学家裘布依的水井理论为基础的。根据该水井理论，当均匀地在井内抽水时，井内水位开始下降，而周围含水层中的潜水流向水位降低处。经过一定的抽水时间后，井周围原有的水面就由水平变成弯曲水面，最后这个曲线渐趋稳定，成为向井倾斜的水位降落漏斗。根据上述假定和达尔西直线渗透法则，可推导出无压完整井的涌水量计算公式：rRSSHKQlglg)2(366.12）群井涌水量计算公式 井点系统是多个井点同时抽水，形成群井。无压完整井群井井点的涌水量按下式计算：0lglg)2(366.1xRS
43、SHKQ（1-47）对无压非完整井，地下潜水不仅从井的侧面流入，还从井底流入。无压非完整井井点系统的涌水量计算公式为：00lglg)2(366.1xRSSHKQ（1-48）应用上述基本计算公式时，x0、R、K、H0需要首先加以确定：A、基坑的假想半径x0：对于矩形基坑，当其长宽比不大于5时，可将其化成一个假想半径为x0的圆形进行计算：Fx 0F基坑井管所包围的面积。B.抽水影响半径R：抽水影响半径与土的渗透系数、含水层厚度、水位降低值及抽水时间等因素有关。在抽水25天后，水位降落漏斗基本稳定，此时抽水影响半径可近似按下式计算：HKSR95.1C.抽水影响深度H0：计算无压非完整井的涌水量时，需
44、事先确定Ho值。因为在非完整井中抽水，它影响不到蓄水层的全部深度，只能影响到一定深度。Ho值可根据下表确定:S/(S+l)0.20.30.50.8H01.3(S+l)1.5(S+l)1.7(S+l)1.84(S+l)当计算结果H0大于或等于含水层厚度H时，取H0=H。(5)计算单根井点管的出水量365Kdlq式中：q单根井管的极限涌水量(m3/d)；d滤管的直径(m)；l滤管的长度(m)；K土的渗透系数(md)。（6）计算井点 管的根数（注意角点地方适当加密）)/(1.1qQn（7）计算井点管的间距D L/n（8 8）选择抽水设备）选择抽水设备真空泵主要有W5、W6型，按总管长度选用。当总管长
45、度不大于100米时，可选用W5型；当总管长度不大于200米时，可选用W6型。（9 9）设计举例：）设计举例：某商住楼工程地下室基坑平面尺寸如图412，基坑底宽10m，长19m,深4.1m，挖土边坡为l：0.5。地下水深为06m，根据地质勘查资料，该处地面下0.7m为杂填土，此层下面有6.6m的细砂层，土的渗透系数K=5md，再往下为不透水的粘土层，现采用轻型井点设备进行人工降低地下水位，机械开挖土方，试对该轻型井点系统进行设计计算。解解(1)井点系统的布置：该基坑顶部平面尺寸为14m*23m，布置环状井点，井点管离边坡0.8m，要求降水深度S=4.10-0.6+0.50=4.00m，故用一级轻
46、型井点系统即可满足要求，总管和井点布置在同一水平面上。图图1-28（4）选择抽水设备：抽水设备带动的总管长度为80.40米，可选用W5型干式真空泵。水泵抽水流量：dmQQ/9.4604191.11.131水泵吸水扬程：mHn2.72.16根据Q1及Hn查表可得，选用3B33型离心泵。4、轻型井点的施工、轻型井点的施工:(如图如图1-29)1）井点管的埋设：采用水冲法。分为冲孔和埋管两个过程。冲孔直径一般为300mm，冲孔深度应比滤管底深0.5m左右。2）砂滤层应采用粗砂填至滤管顶上11.5m。3）孔口1.0m应用粘土封口，以防漏气。4）试抽：以检查有无漏气现象。自试抽开始就不能停，停则易堵塞，
47、易抽出砂土。正常的排水是细水长流，出水澄清。5）采用轻型井点降水系统降低地下水位，其影响范围大，影响半径可达百米至数百米，易导致周围土壤固结而引起地面沉陷。防治措施是采用回灌法，将抽出的水经沉淀后再循环补给周围地下。图图1-295、井点降水预防周围地面沉降的措施 在井点降水的过程中，由于会随水带出部分细微泥土，再加上降水后土层的含水量下降，使土产生固结，因而会引起周围地面的沉降。因此，在建（构）筑物密集地区进行降水施工，必须采取措施消除或减少周围的地面沉降。1）采用回灌井点技术2）利用砂沟、砂井回灌3）使降水速度减缓4）防止将土粒带出的措施第四节、土方工程的机械化施工第四节、土方工程的机械化施
48、工 一、主要挖土机械的性能：一、主要挖土机械的性能：1、推土机：、推土机：1）性能及适用范围：操纵灵活，运转方便，所需工作面小，应用范围广。爬坡能力30。适于挖一至三类土。多用于平整场地，回填土方，填筑堤坝，集中土方，修路开道以及开挖深度不大的基坑等。最大运距100 m,经济运距3060m。2）提高生产率的措施：（1）槽型推土(如图1-30)；（2）下坡推土(如图1-31)（3）并列推土(如图1-32)；（4）分批集中一次推送法。图图1-30图图1-31图图1-322、铲运机：1）性能及适用范围是一种多功能综合土方施工机械。能完成铲土、装土、运土、卸土和平土等全部土方施工工序。操纵简单，能独立
49、工作，行驶速度快，生产效率高。适于挖一至三类土，常用于大面积土方挖、运、填、平整、压实和堤坝填筑等。2）按行走方式分为自行式和拖拉式两种（如图1-33和图1-34)。3）开行路线：有环形和8字型两种（如图1-35）4）提高生产率的措施（1）槽型铲土（即跨铲法）；（2）下坡铲土；（3）推土机助铲法。图图1-33图图1-34图图1-353、挖掘机：（1）分类按行走方式分为履带式和轮胎式两种。按传动方式分为机械传动和液压传动两种。斗容量有0.22.5m3，工作装置有正铲、反铲、抓铲、拉铲四种。（2）正铲挖掘机（如图1-36）：适于开挖停机面以上的含水量小于27%的一至四类土和经爆破的岩石及冻土。开挖
50、方式：分为正向挖土，侧向装土；正向挖土，后方装土。（3）反铲挖土机：（如图1-37和图1-38）适于开挖停机面以下的一至三类土砂土和粘土。最大挖土深度46m。开挖方式分为沟端开挖和沟侧开挖两种。图图1-36图图1-37图图1-38(4)拉铲挖土机：（如图1-39）适于开挖一至三类土。可开挖大型基坑和沟渠，可水下挖土，也可填筑路基、堤坝等。开挖方式：分为沟端开挖和沟侧开挖两种。(5)抓铲挖土机：（如图1-40）适于开挖较松软的土。对施工面狭窄而深的基坑、深槽、深井采用抓产可取得理想效果。还可用于挖取水中淤泥，装卸砂石等松散材料。二、土方机械的选择：二、土方机械的选择：1、选择土方机械应考虑以下几
