第一章土方工程南京工程学院建筑工程学院张雪颖第一节土的分类及工程性质l一、土的分类一、土的分类l按土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、特坚硬石等八类。l*土和普通土可直接用铁锹开挖，或用铲运机、推土机、挖土机施工；l*坚土、砂砾坚土和软石要用镐、撬棍开挖，或预先松土，部分用爆破的方法施工；l*次坚石、坚石和特坚硬石一般要用爆破方法施工。l二、土的工程性质1.土的含水量土的含水量土的含水量：土中水的质量与固体颗粒质量之比的百分率式中：m湿含水状态土的质量,kg；m干烘干后土的质量,kg；mw土中水的质量,kg；mS固体颗粒的质量,kg.土的含水量随气候条件、雨雪和地下水的影响而变化，土的含水量随气候条件、雨雪和地下水的影响而变化，对土方边坡的稳定性及填方密实程度有直接的影响对土方边坡的稳定性及填方密实程度有直接的影响.二、二、土的工程性质土的工程性质l2.土的天然密度和干密度土的天然密度和干密度l土的天然密度:在天然状态下，单位体积土的质量。它与土的密实程度和含水量有关。土的天然密度按下式计算：l式中:土的天然密度,kg/m3；m土的总质量,kg；V土的体积,m3.l干密度:土的固体颗粒质量与总体积的比值.用下式表示：l式中d土的干密度,kg/m3；mS固体颗粒质量,kg；V土的体积,m3.ll在一定程度上在一定程度上,土的干密度反映了土的颗粒排列紧密程度土的干密度反映了土的颗粒排列紧密程度.土的干密度愈大土的干密度愈大,表表示土愈密实示土愈密实.土的密实程度主要通过检验填方土的干密度和含水量来控制土的密实程度主要通过检验填方土的干密度和含水量来控制.二、二、土的工程性质土的工程性质l3、土的可松性系数、土的可松性系数l*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，土的这种性质称为土的可松性。*土的可松性用可松性系数表示，l最初可松性系数：KS=V2/V1l最后可松性系数：KS=V3/V1l用途：开挖、运输、存放，挖土回填，留回填松土l式中：KS、KS土的最初、最终可松性系数；V1土在天然状态下的体积,m3；V2土挖出后在松散状态下的体积,m3；V3土经压(夯)实后的体积,m3.l土的最初可松性系数KS是计算车辆装运土方体积及挖土机械的主要参数；土的最终可松性系数KS是计算填方所需挖土工程量的主要参数,各类土的可松性系数见第一节表1.1所示.掌握概念掌握概念二、二、土的工程性质土的工程性质l4、土的渗透性、土的渗透性l土的渗透性：指土体被水透过的性质.土的渗透性用渗透系数表示.l渗透系数：表示单位时间内水渗透系数：表示单位时间内水穿透土层的能力穿透土层的能力,以以m/d表示；表示；它同土的颗粒级配、密实程度它同土的颗粒级配、密实程度等有关等有关,是人工降低地下水位是人工降低地下水位及选择各类井点的主要参数。及选择各类井点的主要参数。掌握概念掌握概念l土渗透性比较土渗透性比较： l粘土粘土粉土粉土砂土砂土砾石砾石第二节第二节土方量计算土方量计算l一、基坑基槽土方量计算一、基坑基槽土方量计算l基坑土方量可按立体几何中拟柱体(由两个平行的平面作底的一种多面体)体积公式计算(如图如图1-1所示所示).即：V =(F下下+ 4F中中+ F上上)H/6式中lH基坑深度,m；F上、F下基坑上、下底的面积，m2；F中基坑中截面的面积，m2.l二、二、场地平整土方计算场地平整土方计算l场地挖填土方量计算一般采用方格网法.l方格网法计算场地平整土方量步骤为：l1.读识方格网图2.确定场地设计标高3.计算场地各个角点的施工高度4.计算“零点”位置，确定零线5.计算方格土方工程量6.边坡土方量计算7.计算土方总量8.例题及计算过程l【例1.1】某建筑场地方格网如图图1-7所示，方格边长为20m20m，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总土方量l1.读识方格网图读识方格网图l方格网图由设计单位(一般在1：500的地形图上)将场地划分为边长a=1040m的若干方格,与测量的纵横坐标相对应,在各方格角点规定的位置上标注角点的自然地面标高(H)和设计标高(Hn),如图图1-3所所示.图图1-3方格网法计算土方工程量图方格网法计算土方工程量图l2.确定场地设计标高确定场地设计标高l(1)考虑的因素l(2)初步标高(按挖填平衡)l(3)场地设计标高的调整l(1)考虑的因素：考虑的因素：l满足生产工艺和运输的要求；l尽量利用地形，减少挖填方数量；l争取在场区内挖填平衡，降低运输费；l有一定泄水坡度，满足排水要求.l场地设计标高一般在设计文件上规定，如无规定：lA.小型场地挖填平衡法；lB.大型场地最佳平面设计法(用最小二乘法，使挖填平衡且总土方量最小)。l(2)初步标高初步标高(按挖填平衡按挖填平衡)l场地初步标高：lH11、H12、H21、H22一个方格各角点的自然地面标高；lM方格个数.l或：lH1一个方格所仅有角点的标高；lH2、H3、H4分别为两个、三个、四个方格共用角点的标高.2 21 1 3 34 4 方格网方格网 （3 3）场地地设计标高的高的调整整 1 1）土可松性的影响）土可松性的影响 问：问：* *土的可松性土的可松性导致致场地地设计标高的提高？高的提高？ * *调整整场地地设计标高高应采用最后可松性系数？采用最后可松性系数？ 2）场内和场外挖、填土的影响）场内和场外挖、填土的影响问：问：以下四个因素，哪些导致场地设计标高提高？以下四个因素，哪些导致场地设计标高提高？设计标高以上的填方工程设计标高以上的填方工程设计标高以下的挖方工程设计标高以下的挖方工程就近从场外挖土就近从场外挖土就近弃土于场外就近弃土于场外小结：小结：填土量大，场地设计标高提高；填土量大，场地设计标高提高； 挖土量大，场地设计标高降低。挖土量大，场地设计标高降低。 3）泄水坡度对场地设计标高的影响）泄水坡度对场地设计标高的影响注：注：设计无要求时，泄水坡度设计无要求时，泄水坡度0.002。l3.计算场地各个角点的施工高度计算场地各个角点的施工高度l施工高度为角点设计地面标高与自然地面标高之差，是以角点设计标高为基准的挖方或填方的施工高度.各方格角点的施工高度按下式计算：ll式中hn-角点施工高度即填挖高度(以“+”为填，“-”为挖)，m；n-方格的角点编号(自然数列1，2，3，n).Hn-角点设计高程，H-角点原地面高程 4.4.确确定定“零零线” “零点零点”方格方格边界上施工高界上施工高 度度为0 0的点。的点。 “零零线”“零点零点”所所连成的成的线。 问问：* * “零零线”是否是挖填区的分界是否是挖填区的分界线？ * * “零零线”是否是一条是否是一条连续的的线？ * * 假假设场地无限大，地无限大，“零零线”是否封是否封闭？ * * 在一个在一个场地上是否会有多条地上是否会有多条“零零线” ？l5.计算方格土方工程量计算方格土方工程量l按方格底面积图形和表表1-3所列计算公式，逐格计算每个方格内的挖方量或填方量.l表表1-3常用方格网点计算公式常用方格网点计算公式6.6.计算算场地地边坡的土方量坡的土方量 坡度系数坡度系数：m=b/hl7.计算土方总量计算土方总量l将挖方区(或填方区)所有方格计算的土方量和边坡土方量汇总,即得该场地挖方和填方的总土方量.l8.例题例题l【例1.1】某建筑场地方格网如图图1-7所示，方格边长为20m20m,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总土方量.ll【解】(1)根据所给方格网各角点的地面设计标高和自然标高，计算结果列于图图1-8中.由公式1.9得：lh1=251.50-251.40=0.10mh2=251.44-251.25=0.19mh3=251.38-250.85=0.53mh4=251.32-250.60=0.72mh5=251.56-251.90=-0.34mh6=251.50-251.60=-0.10mh7=251.44-251.28=0.16mh8=251.38-250.95=0.43mh9=251.62-252.45=-0.83mh10=251.56-252.00=-0.44mh11=251.50-251.70=-0.20mh12=251.46-251.40=0.06ml(2)计算零点位置.从图图1-8中可知,15、26、67、711、1112五条方格边两端的施工高度符号不同,说明此方格边上有零点存在.l由公式1.10求得：l15线x1=4.55(m)26线x1=13.10(m)67线x1=7.69(m)711线x1=8.89(m)1112线x1=15.38(m)l(3)计算方格土方量.方格、底面为正方形,土方量为：V(+)=202/4(0.53+0.72+0.16+0.43)=184(m3)V(-)=202/4(0.34+0.10+0.83+0.44)=171(m3)方格底面为两个梯形,土方量为：V(+)=20/8(4.55+13.10)(0.10+0.19)=12.80(m3)V(-)=20/8(15.45+6.90)(0.34+0.10)=24.59(m3)方格、底面为三边形和五边形,土方量为：V(+)=65.73(m3)V(-)=0.88(m3)V(+)=2.92(m3)V(-)=51.10(m3)V(+)=40.89(m3)V(-)=5.70(m3)方格网总填方量：V(+)=184+12.80+65.73+2.92+40.89=306.34(m3)方格网总挖方量：V(-)=171+24.59+0.88+51.10+5.70=253.26(m3)l(4)边坡土方量计算.如图如图1.9,、按三角棱柱体计算外,其余均按三角棱锥体计算,可得：lV(+)=0.003(m3)V(+)=V(+)=0.0001(m3)V(+)=5.22(m3)V(+)=V(+)=0.06(m3)V(+)=7.93(m3)lV(+)=V(+)=0.01(m3)V=0.01(m3)V11=2.03(m3)V12=V13=0.02(m3)V14=3.18(m3)l边坡总填方量：V(+)=0.003+0.0001+5.22+20.06+7.93+20.01+0.01=13.29(m3)l边坡总挖方量：V(-)=2.03+20.02+3.18=5.25(m3)图图1-9场地边坡平面图场地边坡平面图第三节基坑边坡稳定及降水l主要内容：主要内容：排除地面水和降低地下水排除地面水和降低地下水l3.1排除地面水排除地面水l一般采用一般采用“疏疏”，“堵堵”，“挡挡”的办法。的办法。l“疏疏”设置排水沟；设置排水沟；l“堵堵”截水沟；截水沟；l“挡挡”修筑土堤。修筑土堤。 3.23.2 降低地下水降低地下水 主要方法：主要方法：集水坑降水法和井点降水法。集水坑降水法和井点降水法。 1.1.集集水坑降水法（即明排水法）水坑降水法（即明排水法）u集水坑的设置要求集水坑的设置要求 设置在基础范围以外，地下水走向的上游，以防止坑底的设置在基础范围以外，地下水走向的上游，以防止坑底的土颗粒流失。土颗粒流失。 直径或宽度：直径或宽度：0.6-0.8m0.6-0.8m； 间距：间距：20-40m20-40m。 深度：随挖土加深而加深，深度：随挖土加深而加深， 低于挖土面低于挖土面0.7-1m0.7-1m，基坑底，基坑底 面下面下1-2m1-2m。 构造：底部设构造：底部设300300厚碎石滤厚碎石滤 水层或水层或100100厚砾石上部厚砾石上部100100厚厚 粗砂。粗砂。 u主要抽水设备主要抽水设备 离心泵和潜水泵离心泵和潜水泵 集水坑降水集水坑降水2 2 流沙及其防治流沙及其防治 （1 1）流沙产生的条件）流沙产生的条件 当当土土质为细沙沙或或粉粉沙沙，又又采采用用集集水水坑坑降降水水时，基基坑坑一一旦旦开开挖挖到到地地下下水水位位以以下下（约0.50.5米米），坑坑底底下下的的土土有有时会会形形成成流流动状状态，随地下水一起涌入坑内，就形成流沙。，随地下水一起涌入坑内，就形成流沙。 重要概念后果：后果： 施工条件恶化施工条件恶化地基完全丧失地基完全丧失承载能力承载能力附近建筑物沉附近建筑物沉降，倾斜。降，倾斜。流沙流沙 （2 2）流沙形成原因）流沙形成原因 u内因内因土质问题土质问题 u 均匀均匀：颗粒级配中，土的不均匀系数小于：颗粒级配中，土的不均匀系数小于5 5。 粘性差粘性差：土的颗粒组成中，粘粒含量：土的颗粒组成中，粘粒含量1010，粉粒含量粉粒含量75% 75% 土松土松：天然空隙比：天然空隙比0.75 0.75 水多水多：含水量：含水量30% 30% 因此，流砂易在粉土、细砂、粉砂和淤泥因此，流砂易在粉土、细砂、粉砂和淤泥土中发生。土中发生。 u外因外因与土重作用相反的动水压力与土重作用相反的动水压力 u 动水压力的性质动水压力的性质： 作用方向与水流方向相同；作用方向与水流方向相同； 与水力坡度和水头差成正比；与水力坡度和水头差成正比； 与渗透路径成反比。与渗透路径成反比。土的浸水容重土的浸水容重动水压力动水压力 （3 3）管涌冒砂）管涌冒砂 定义定义基坑底位于不透水层，其下为承压基坑底位于不透水层，其下为承压蓄水层，当覆盖土的重力小于承压水的托力蓄水层，当覆盖土的重力小于承压水的托力时，发生管涌冒砂现象。时，发生管涌冒砂现象。 （4 4）流沙的防治）流沙的防治 原则：治砂必先治水原则：治砂必先治水 u减小或平衡动水压力减小或平衡动水压力 强挖并抛大石块强挖并抛大石块 水下挖土法水下挖土法 u减小水位差，使动水压力作用方向向下减小水位差，使动水压力作用方向向下 人工降低地下水位人工降低地下水位 u截断地下水流。截断地下水流。 设止水帷幕设止水帷幕 u加长渗透路径加长渗透路径 打钢板桩打钢板桩3 3 井点降水井点降水 （1 1）井点降水的类型和适用范围）井点降水的类型和适用范围 在基坑开挖前，在基坑开挖前，预先在基坑周先在基坑周围或在基坑内或在基坑内设置一定数量的滤水管（井），利用抽水设备从中抽置一定数量的滤水管（井），利用抽水设备从中抽水，使地下水位降至基坑以下并稳定后才开挖基坑。水，使地下水位降至基坑以下并稳定后才开挖基坑。 （2 2）轻型井点型井点设备 包括：包括：管路系统和抽水设备组成。管路系统和抽水设备组成。 u管路系统管路系统 包括：井点管、滤管、弯联管和总管等：包括：井点管、滤管、弯联管和总管等： 滤管滤管38385050， L=120mm L=120mm钢管，上开直径管，上开直径为 12121919的透水孔。的透水孔。 井点管井点管直径为直径为38385050， L=5L=57m 7m 的无的无缝钢管，一般管，一般长 度为度为6m6m。 总管总管直径为直径为100100127127， L=4m L=4m 的无的无缝钢管，每隔管，每隔0.8 0.8 或或1.2m1.2m有一个连接孔。有一个连接孔。 弯连管弯连管一般用钢管，塑一般用钢管，塑 料管，常用塑料管。料管，常用塑料管。 井点管井点管总管总管弯连管轻型井点降水系统轻型井点降水系统（2 2）轻型井点）轻型井点设备设备 u抽水系统抽水系统抽水原理抽水原理 地下水（气）在真空地下水（气）在真空度的作用下，进入水气度的作用下，进入水气分离器，然后水由抽水分离器，然后水由抽水机抽出，气由真空泵抽机抽出，气由真空泵抽出，不断循环，从而降出，不断循环，从而降低地下水位。低地下水位。 设备设备 真空真空泵、抽水机、水、抽水机、水气分离器等气分离器等。真空真空泵泵离心泵离心泵浮筒浮筒 （3 3） 轻型井点布置型井点布置 一般按照：单排、双排、环形布置。一般按照：单排、双排、环形布置。 1 1）单排井点布置排井点布置中部中部地下水上游地下水上游大于基坑宽大于基坑宽透水层透水层6m降水降水6m降水降水5m轻型井点降水现场轻型井点降水现场 真空泵真空泵3）二级轻型井点）二级轻型井点n 南京玄武湖隧道施工城墙侧湖底段采用围堰挡水，南京玄武湖隧道施工城墙侧湖底段采用围堰挡水，二级轻型井点降水，辅以管井井点降水，放坡大开二级轻型井点降水，辅以管井井点降水，放坡大开挖，挂网喷浆护坡。挖，挂网喷浆护坡。 第一级第二级u2 2）涌水量的）涌水量的计算算 单井涌水量的计算单井涌水量的计算达西线性渗透定律达西线性渗透定律 涌水量涌水量= =渗透系数渗透系数过水断面水断面积水力坡度水力坡度 即：即：Q=KAI Q=KAI l 对于无于无压完整井：完整井： 式中：式中：H H含水层厚度（含水层厚度（m m）；）；h h井内水深（井内水深（m m） R R抽水影响半径（抽水影响半径（m m）；）；r r水井半径（水井半径（m m）；）； S S水井内水位降低水井内水位降低值，S SH-hH-h。A A圆柱表面柱表面积0 0有效影响深有效影响深度度l无压非完整群井涌水量无压非完整群井涌水量 完整井的公式完整井的公式 非完整井的公式非完整井的公式注：注：H H0 0HHu3 3）井点管数量（）井点管数量（n n）和）和间距（距（D D）的确定）的确定 式中：式中：qq单根井点管最大出水量；单根井点管最大出水量； d d滤管直径。滤管直径。避免相邻井点管相避免相邻井点管相互干扰互干扰问：问：渗透系数小，则井点管间距小？渗透系数小，则井点管间距小？井点管间距越小，则降水效果越好？井点管间距越小，则降水效果越好？若计算结果若计算结果D15d（应增大（应增大q q，减小，减小n n，增大，增大D D，以满足，以满足D15dD15d）（5 5）轻型井点抽水设备的选择）轻型井点抽水设备的选择 u真空抽水设备：真空抽水设备：W5W5、W6 W6 W5W5型：型：总管管长度不大于度不大于100m 100m W6W6型：型：总管管长度不大于度不大于120m 120m 真空泵抽水过程中的最低真空度真空泵抽水过程中的最低真空度 式中：式中：h h降水深度（降水深度（m m）；）； h h水水头损失，近似取失，近似取1-1.5m 1-1.5m u射流泵设备射流泵设备 QJD-60QJD-60、QJD-90QJD-90、JS-45JS-45其排水量分其排水量分别为：60m3/h,90m3/h,45m3/h,60m3/h,90m3/h,45m3/h,总管管长度不大于度不大于50m50m。u水泵水泵 一般一般选用用单级离心离心泵，其型号根据流量、吸，其型号根据流量、吸水扬程、与总扬程确定。水扬程、与总扬程确定。 水泵的流量应比基坑涌水量大水泵的流量应比基坑涌水量大10%-20%10%-20%，水泵，水泵的吸水扬程，要大于降水深度和各项水头损失之的吸水扬程，要大于降水深度和各项水头损失之和，总扬程应大于吸水扬程与出水扬程之和。和，总扬程应大于吸水扬程与出水扬程之和。 多层井点系统中，下层井点的水泵应比上层井多层井点系统中，下层井点的水泵应比上层井点的总扬程要大，以免中途接力。点的总扬程要大，以免中途接力。 一般一台真空泵配一台水泵作业，当土的渗透一般一台真空泵配一台水泵作业，当土的渗透系数和涌水量较大时，也可采用两台水泵。系数和涌水量较大时，也可采用两台水泵。（6 6）轻型井点的施工）轻型井点的施工 施工内容包括：施工内容包括：准备工作、井点系统埋设、准备工作、井点系统埋设、 使用与拆除。使用与拆除。 u准备工作准备工作 材料准备（井点设备、施工机具、动力、水源、材料准备（井点设备、施工机具、动力、水源、砂滤料等）；砂滤料等）； 排水沟的开挖；排水沟的开挖； 标高观测及防止沉降的措施；标高观测及防止沉降的措施； 设置水位观测孔。设置水位观测孔。 u井点埋设井点埋设 u挖井点沟槽挖井点沟槽 u排放总管排放总管 u埋设井点管埋设井点管 u用弯连管与总管相连，安排抽水设备，试抽水。用弯连管与总管相连，安排抽水设备，试抽水。u井点管埋设的方法井点管埋设的方法冲水管冲孔冲水管冲孔 钻孔钻孔 l直接利用井点管水冲下沉；直接利用井点管水冲下沉； l以带套管的水冲法或振动水冲法成孔后沉设井点管。以带套管的水冲法或振动水冲法成孔后沉设井点管。 每根井点管沉没后应检验其渗水性能：井点管与孔每根井点管沉没后应检验其渗水性能：井点管与孔壁之间填砂滤料时，管口应有泥浆水冒出，或向管内壁之间填砂滤料时，管口应有泥浆水冒出，或向管内灌水时，能很快下渗。灌水时，能很快下渗。 第一组井点系统安装完毕后应进行抽水试验，检查第一组井点系统安装完毕后应进行抽水试验，检查管路接头质量、井点出水状况、抽水设备运转情况等。管路接头质量、井点出水状况、抽水设备运转情况等。 降水过程中应对建筑物进行沉降观测，必要时采取降水过程中应对建筑物进行沉降观测，必要时采取防护措施防护措施 3.33.3 土方边坡和支护土方边坡和支护 土壁稳定主要依靠土体的土壁稳定主要依靠土体的抗剪强度抗剪强度来维持平衡。来维持平衡。 土体抗剪土体抗剪强度来源于土体的度来源于土体的内摩擦力和粘结力（内聚力）内摩擦力和粘结力（内聚力）。 土体塌方的本土体塌方的本质剪应力剪应力 抗剪强度抗剪强度 其主要原因其主要原因开挖开挖过深、土深、土质较差、放坡太小，水的侵入差、放坡太小，水的侵入以及支护较弱等综合原因。以及支护较弱等综合原因。 防止土体塌方的主要措施防止土体塌方的主要措施放坡及支撑等。放坡及支撑等。 1.1. 土方土方边坡坡度和坡坡度和边坡坡稳定定 u 1 1）土方）土方边坡坡 即放坡即放坡宽度度b=b=坡度系数坡度系数m m开挖深度开挖深度h h 确定坡度的大小确定坡度的大小应考考虑：土：土质情况、包括地下水、开挖深情况、包括地下水、开挖深度、使用情况（堆载）、使用时间等。度、使用情况（堆载）、使用时间等。u2 2）边坡坡稳定定 边坡稳定边坡稳定抗剪强度抗剪强度 剪应力剪应力 土体塌方土体塌方剪应力剪应力 抗剪强度抗剪强度 剪应力的增加剪应力的增加外力外力 l边缘堆土或机械；边缘堆土或机械； l水侵入边坡，使土的含水量增加；水侵入边坡，使土的含水量增加； l地下水产生的动水压力；地下水产生的动水压力； l土体内水的静压力等。土体内水的静压力等。 抗剪强度降低抗剪强度降低外因转换为内因外因转换为内因 l由于受风化作用使土质变松；由于受风化作用使土质变松； l土受地下水的侵蚀而产生润滑作用；土受地下水的侵蚀而产生润滑作用； l饱和细，粉沙受振动而液化。饱和细，粉沙受振动而液化。2 2 基坑无支基坑无支护开挖开挖 常用于深度不大且土质较好的基坑，常用于深度不大且土质较好的基坑，应是施工条件允许时应是施工条件允许时首选的开挖方式首选的开挖方式。无支护开挖无支护开挖 直立壁开挖直立壁开挖 放坡开挖放坡开挖天然自立边坡开挖天然自立边坡开挖人工加固边坡开挖人工加固边坡开挖深度深度5m 5m 无支撑边坡无支撑边坡 3 3 人工加固人工加固边坡坡 n 为保护土质边坡的稳定、坚固，常对开挖坡为保护土质边坡的稳定、坚固，常对开挖坡面采取一定的加固措施进行护坡。面采取一定的加固措施进行护坡。 常用的边坡加固方法常用的边坡加固方法 水泥砂水泥砂浆抹面、抹面、浆砌片石砌片石护坡、堆置坡、堆置砂砂( (土土) )包护坡、塑料膜覆盖，喷浆或挂网包护坡、塑料膜覆盖，喷浆或挂网喷射混凝土等。喷射混凝土等。 经以上以上边坡加固方坡加固方法法处理理过的的边坡即坡即称为人工加固边坡。称为人工加固边坡。 水泥砂浆抹面水泥砂浆抹面常用于保常用于保护易易风化的化的软质岩石、老岩石、老粘性土及破碎岩粘性土及破碎岩石边坡坡面的稳定，一般作石边坡坡面的稳定，一般作303050mm50mm厚水泥砂浆抹面。如用于一般土质厚水泥砂浆抹面。如用于一般土质边坡，常沿坡面打入双向间距边坡，常沿坡面打入双向间距1.0m1.0m左右长左右长1 11.5m1.5m的的级螺纹钢筋级螺纹钢筋( (直径直径101016mm)16mm)以加以加强砂砂浆面面层与坡面土体的与坡面土体的连结。 浆砌片石护坡浆砌片石护坡对各种土各种土质或岩石或岩石边坡，坡，为防止防止风化化剥落或滑坍，可剥落或滑坍，可采用浆砌片石护坡，坡度应小于采用浆砌片石护坡，坡度应小于 10.510.5，竖直直边坡也可采用坡也可采用红砖砌筑。砌筑。也可在坡脚也可在坡脚处砌砌筑一定高度的浆砌片石或红砖墙，用于反压及挡土。筑一定高度的浆砌片石或红砖墙，用于反压及挡土。 叠置砂叠置砂( (土土) )袋护坡袋护坡对已已发生或将要生或将要发生滑坍失生滑坍失稳或或变形较大的边坡，变形较大的边坡，常用叠置砂袋或土袋常用叠置砂袋或土袋( (草袋或土工织物袋草袋或土工织物袋) )，置于坡脚或坡面，具有排水，置于坡脚或坡面，具有排水反压，抗滑稳定的作用。反压，抗滑稳定的作用。 塑料薄膜覆盖护坡塑料薄膜覆盖护坡在坡面在坡面铺设抗拉或防水的塑料薄抗拉或防水的塑料薄膜膜( (土工布土工布) )，其，其上覆盖素土、砂土、砂浆抹面等，对坡面进行防水、防风化、防坡面土上覆盖素土、砂土、砂浆抹面等，对坡面进行防水、防风化、防坡面土流失的加固处理。流失的加固处理。n 4 4 土壁支土壁支护 工程特点、开挖深度工程特点、开挖深度 采用土壁支护应根据采用土壁支护应根据 地质条件、地下水位地质条件、地下水位 临近建筑物的情况近建筑物的情况 施工方法施工方法 要求：牢固可靠；经济合理；确保安全要求：牢固可靠；经济合理；确保安全 钢（木）支撑（木）支撑 板板桩 常用方法：常用方法： 灌注桩灌注桩 深深层搅拌拌桩 地下地下连续墙 u （1 1）板桩支护）板桩支护 l 作用作用连续板桩既可挡土，又可挡水连续板桩既可挡土，又可挡水。当开挖的基当开挖的基坑较深，地下水位较高且有可能发生流砂时，如果未坑较深，地下水位较高且有可能发生流砂时，如果未采用井点降水方法，则宜采用连续板桩支护结构采用井点降水方法，则宜采用连续板桩支护结构 l 类型：木板型：木板桩；钢筋混凝土板筋混凝土板桩；钢板板桩等。等。 1 1）钢木混合式板木混合式板桩 适用适用埋深埋深较浅的黏土，沙土浅的黏土，沙土层，地下水位，地下水位较浅；浅； 注意注意-软土地基要慎用。土地基要慎用。2)2)工字工字钢(H(H型型钢) )衬板支板支护结构构n适用于粘性土、砂土等土质较好且地下水位较低的基坑，适用于粘性土、砂土等土质较好且地下水位较低的基坑，水位高时要先降水。在软土地基中要慎用，卵石地基中水位高时要先降水。在软土地基中要慎用，卵石地基中较难施工。较难施工。 n挖深挖深25m25m。 传力机理：传力机理： 土的侧压力土的侧压力衬板衬板工字钢工字钢桩桩导梁（或导梁（或顶撑或拉锚）。顶撑或拉锚）。3 3）钢板板桩支支护 l 由由带锁口或口或钳口的口的热轧型型钢制成，既能制成，既能挡土又能土又能挡水。适用于较弱地基土及地下水位较高，水量较多的深水。适用于较弱地基土及地下水位较高，水量较多的深基坑工程，在砂砾及密实砂土中施工困难。基坑工程，在砂砾及密实砂土中施工困难。 l挖深挖深15m15m。问：问：哪个哪个截面刚度截面刚度最大，哪最大，哪个最小？个最小？最小最小最大最大4 4）钢板板桩支支护 l特点特点打设方便，重复使用，承载力大，既可挡土，又打设方便，重复使用，承载力大，既可挡土，又可挡水等；可挡水等； l分类分类 无锚板桩无锚板桩( (悬臂式板桩悬臂式板桩) )悬臂长度一般不超过悬臂长度一般不超过5m5m； 有锚板桩有锚板桩-板桩上部用拉锚或顶撑加以固定板桩上部用拉锚或顶撑加以固定, ,又分为单又分为单锚和多锚，常用单锚板桩。锚和多锚，常用单锚板桩。 l单锚板桩设计要素：单锚板桩设计要素：入土深度、截面弯距、锚杆拉力入土深度、截面弯距、锚杆拉力。 l主要破坏形式：主要破坏形式：入土深度不够入土深度不够本身强度、刚度不够本身强度、刚度不够拉锚承载力或长度不够拉锚承载力或长度不够5 5）钢筋混凝土板筋混凝土板桩n传统支护结构，企口榫接有传统支护结构，企口榫接有较好防水作用。厚可达较好防水作用。厚可达500mm500mm，总费用低。已向用低。已向薄壁工薄壁工字形方向发展大截面如字形方向发展大截面如500500500mm500mm以上，壁厚以上，壁厚100100120mm120mm，腹板，腹板预制后在制后在现场浇现场浇成整体。在两工字形板桩间成整体。在两工字形板桩间钻孔注浆堵漏。钻孔注浆堵漏。 n挖深挖深10m10m。 n适用软土、一般粘性土。适用软土、一般粘性土。u（2 2）灌注桩支护结构）灌注桩支护结构n应应用用日日趋趋广广泛泛。可可在在平平面面上上采采取取不不同同的的排排列列方方式式形形成成桩桩墙墙式式支支护护结结构构，以以抵抵抗抗不不同同条条件件下下侧侧向向水水、土土压压力力。一一般般桩桩顶顶设设置置连连续续的的钢钢筋筋混混凝凝土土压压顶顶地地圈圈梁梁( (帽帽梁梁) )，使支护桩共同工作，提高整体性。使支护桩共同工作，提高整体性。 1 1）稀疏排）稀疏排桩仅挡土仅挡土, ,不可挡水不可挡水 应采取可靠降水措施以防止管涌和流砂采取可靠降水措施以防止管涌和流砂现象象发生。生。 2 2）稀疏排）稀疏排桩加水泥砂加水泥砂浆抹面抹面可挡土、挡水可挡土、挡水 稀稀疏疏排排桩间距距S S较大大时用用。桩净距距一一般般1.0m1.0m以以内内，以以0.60.60.8m0.8m为宜宜。基基坑坑挖挖土土、钢钢丝丝网网水水泥泥砂砂浆浆抹抹面面均均分层施工分层施工。工程实例工程实例 南京火车站综合楼地下室两层，采用稀疏排桩方案，挖深南京火车站综合楼地下室两层，采用稀疏排桩方案，挖深9m9m。 基坑支护基坑支护 3 3）连续排排桩 灌注灌注桩连续排列。排列方式有多种，排列。排列方式有多种，图中黑色中黑色桩为素混凝土桩，或砂桩注入砂浆、化学浆液等形成无为素混凝土桩，或砂桩注入砂浆、化学浆液等形成无筋桩。筋桩。 问：问：能否既可挡土，又可挡水？能否既可挡土，又可挡水？挡水挡水挡土挡土4 4）双排式双排式( (或框架式或框架式) )灌注桩支护灌注桩支护仅挡土仅挡土 灌注灌注桩双排布置，用盖板双排布置，用盖板连接形成接形成门式式刚架架结构构。5 5）连拱式支拱式支护结构构仅可挡土仅可挡土 l新型的大直径与小直径桩的组合结构，拱的矢高新型的大直径与小直径桩的组合结构，拱的矢高f=(1/4f=(1/41/2)L1/2)L。 l桩顶用钢筋混凝土圈梁桩顶用钢筋混凝土圈梁( (即盖板即盖板) )相连接，基坑较深时相连接，基坑较深时可加可加1 12 2道横肋梁以增强拱截面的整体性，可省去内道横肋梁以增强拱截面的整体性，可省去内支撑或土层锚杆。支撑或土层锚杆。6 6）挡土与阻水组合排桩支护结构挡土与阻水组合排桩支护结构可分为深层搅拌桩、粉喷水泥搅拌桩和高压旋喷桩等，可分为深层搅拌桩、粉喷水泥搅拌桩和高压旋喷桩等，既可挡土又可止水既可挡土又可止水，其中深层搅拌水泥土挡墙广泛用，其中深层搅拌水泥土挡墙广泛用于软土地区（淤泥质土，地基承载力于软土地区（淤泥质土，地基承载力120kPa120kPa粘性土）粘性土）的深基坑工程，挖深的深基坑工程，挖深8m8m。u（3 3）重力式水泥土挡墙）重力式水泥土挡墙格栅式水泥土挡墙构造要求格栅式水泥土挡墙构造要求墙体纵向相邻拉结格构墙沿纵向的总厚度不应小于墙体纵向相邻拉结格构墙沿纵向的总厚度不应小于纵向长度的纵向长度的1/4；挡墙的转角处宜采用圆弧形实墙挡墙的转角处宜采用圆弧形实墙(实体式实体式)。纵向墙体与拉结格构墙搭接均应不小于纵向墙体与拉结格构墙搭接均应不小于150mm，作，作为止水结构的纵向搭接应不小于为止水结构的纵向搭接应不小于200mm。挡墙宽度一般取开挖深度的挡墙宽度一般取开挖深度的0.60.8倍，墙体在基坑倍，墙体在基坑底面下的嵌固深度取开挖深度的底面下的嵌固深度取开挖深度的0.81倍。倍。根据基坑条件可做成变阶宽度和深度，也可成拱。根据基坑条件可做成变阶宽度和深度，也可成拱。为加强整体性，挡墙可插入毛竹为加强整体性，挡墙可插入毛竹(大头直径不小于大头直径不小于100mm，长度，长度4m左右左右)，墙顶应设置钢筋混凝土压顶，墙顶应设置钢筋混凝土压顶(地圈梁地圈梁)，厚度取，厚度取200mm，配，配12200双层双向。双层双向。在可能的情况下，宜将压顶与基坑周围的混凝土路在可能的情况下，宜将压顶与基坑周围的混凝土路面或地面连成一体面或地面连成一体。u（4 4）深层搅拌桩）深层搅拌桩深层搅拌桩施工质量要求深层搅拌桩施工质量要求 桩位准确、桩体垂直桩位准确、桩体垂直 放线误差放线误差20mm 20mm 就位误差就位误差50mm 50mm 成桩误差成桩误差100mm 100mm 水泥浆不得离析水泥浆不得离析 水灰比水灰比0.4-0.60.4-0.6，水泥浆停置时间不超过水泥浆停置时间不超过2h2h，不得离析，不得离析 确保水泥搅拌桩的强度与均匀性确保水泥搅拌桩的强度与均匀性 搅拌下沉速度不超过搅拌下沉速度不超过0.7m/min 0.7m/min 喷浆提升速度不超过喷浆提升速度不超过0.5m/min 0.5m/min 确保加固体的连续性确保加固体的连续性 相邻桩间施工间隔不超过相邻桩间施工间隔不超过24h24h南京市级南京市级机关机关3333层层住宅楼，住宅楼，地下室一地下室一层，挖深层，挖深6m6m，采用，采用水泥土搅水泥土搅拌桩拌桩支护支护技术。技术。 工程实例工程实例u （5 5）土）土层锚杆杆 1 1）土）土层锚杆构造杆构造 锚头锚头 一般由一般由锚具、台座和腰梁等具、台座和腰梁等组成。成。 自由段自由段 位于土体主动滑裂面内的部分位于土体主动滑裂面内的部分。 由由锚筋、隔离套、定位板筋、隔离套、定位板( (器器) )及水泥及水泥 砂浆等构成。定位板砂浆等构成。定位板( (器器) )一般用硬塑料或铁板一般用硬塑料或铁板 、钢筋等制成。、钢筋等制成。 锚固段锚固段 位于土体主动滑裂面以外位于土体主动滑裂面以外，由锚筋、定位器、锚固体由锚筋、定位器、锚固体构成。锚固段是用水泥砂浆或水泥浆将锚筋与土体粘结在构成。锚固段是用水泥砂浆或水泥浆将锚筋与土体粘结在一起的锚固体。一起的锚固体。锚头锚头自由段自由段锚固锚固段段n 南京电网调度中心土层锚杆支护南京电网调度中心土层锚杆支护工程实例工程实例土层锚杆土层锚杆2)2)土土层锚杆的分杆的分类 l类型类型普通锚杆；高压灌浆锚杆；预应力锚杆。普通锚杆；高压灌浆锚杆；预应力锚杆。 l锚固段锚固段圆柱型、端部扩大头型和连续球体型。圆柱型、端部扩大头型和连续球体型。 c 圆柱型锚杆圆柱型锚杆端部扩大头型端部扩大头型适用于适用于锚固于砂固于砂质质土、硬粘土层且要求较高抗拔力。土、硬粘土层且要求较高抗拔力。连续球体型连续球体型适用于适用于锚固于淤泥固于淤泥土、土、淤泥质土土层，且要求较高抗拔力。淤泥质土土层，且要求较高抗拔力。3 3）土）土层锚杆的施工杆的施工l灌浆材料要求：灌浆材料要求： 水泥砂浆：灰砂比水泥砂浆：灰砂比1 1：1 11 1：2 2；水灰比；水灰比0.380.380.450.45。 纯水泥浆：水灰比纯水泥浆：水灰比0.40.40.450.45。n u（6 6）土钉墙支护结构）土钉墙支护结构 土钉墙由被加固土体、土钉群和喷射混凝土面板组成，形土钉墙由被加固土体、土钉群和喷射混凝土面板组成，形成一个成一个以土挡土的类似重力式的挡土墙以土挡土的类似重力式的挡土墙。全段锚固全段锚固挡土墙挡土墙土钉墙类型土钉墙类型土钉可分为：不注浆和钻孔注浆两种。土钉可分为：不注浆和钻孔注浆两种。l不注浆土钉不注浆土钉 又分为打入型和射入型。又分为打入型和射入型。 前者是用气动土钉机将长度不超过前者是用气动土钉机将长度不超过6m的小型角钢的小型角钢打入土内。打入土内。 后者是用气动射钉机将后者是用气动射钉机将2538mm的粗钢筋或钢管的粗钢筋或钢管射入土内射入土内(长度长度6m以内以内)。l钻孔注浆土钉钻孔注浆土钉 适用于土体面层维护或开挖较浅的边坡维护。全适用于土体面层维护或开挖较浅的边坡维护。全长注浆土钉适用于开挖较深的边坡维护。长注浆土钉适用于开挖较深的边坡维护。u基坑支护失效实例基坑支护失效实例19941994年年9 9月月上海黄浦区上海黄浦区某大厦基坑某大厦基坑支护靠马路支护靠马路40m40m长支撑破长支撑破坏，坏，600600厚地厚地下连续墙倒下连续墙倒塌。塌。 基坑挖深基坑挖深23.5m23.5m。 原因为设原因为设计、施工和计、施工和监测多方面。监测多方面。u基坑支护屈曲实例基坑支护屈曲实例角撑受压平面角撑受压平面外失稳外失稳u南京玄武湖隧道土方工程施工南京玄武湖隧道土方工程施工玄武湖隧道为玄武湖隧道为南京市规划的南京市规划的“经五纬九经五纬九”路网路网的重要组成部分。的重要组成部分。 东起新庄立交东起新庄立交二期，西起模范二期，西起模范马路，全长马路，全长2.66KM2.66KM，暗埋段，暗埋段2.23KM2.23KM，设计宽32M32M，双向六，双向六车道道。 湖底隧道湖底隧道玄武湖隧玄武湖隧道由新庄立道由新庄立交穿入玄武交穿入玄武湖、古城墙、湖、古城墙、中央路、过中央路、过芦席营路口，芦席营路口，在南京工业在南京工业大学附近出大学附近出地面。地面。隧道的陆地段采用隧道的陆地段采用SMWSMW工法作基坑支护工法作基坑支护2.5 2.5 土方机械化施工土方机械化施工 主要土方施工机械主要土方施工机械: : 推土机、铲运机、单斗挖土机、压实机械等。推土机、铲运机、单斗挖土机、压实机械等。 2.5.1 2.5.1 主要土方机械的特点与施工方法主要土方机械的特点与施工方法 u（1 1）推土机）推土机 特点特点切土、推土和卸土；切土、推土和卸土； 分类分类 行走装置：履行走装置：履带式和式和轮式推土机式推土机 操作方式：机械式和液操作方式：机械式和液压式操式操纵。 铲刀安装方式：固定式推土机和回刀安装方式：固定式推土机和回转式推土机。式推土机。 轮胎式推土机轮胎式推土机履带式推土机履带式推土机直铲推土机的固定式推土铲直铲推土机的固定式推土铲回转式铲刀回转式铲刀 （a a）铲刀平斜）铲刀平斜 （b b）铲刀侧倾）铲刀侧倾u（2 2）铲运机）铲运机 特点特点挖土、运土、卸土和平土挖土、运土、卸土和平土； 分类分类 运行方式：拖式和自行式运行方式：拖式和自行式 操作方式：钢丝绳操纵式和液压式操纵。操作方式：钢丝绳操纵式和液压式操纵。 卸土方式：强制式、半强制式和自由卸土。卸土方式：强制式、半强制式和自由卸土。 拖式铲运机拖式铲运机自行式铲运机自行式铲运机u（3 3）单斗挖土机）单斗挖土机反铲挖掘机反铲挖掘机u（4 4）压实机械）压实机械轮胎式压路机轮胎式压路机轮胎驱动钢轮振动压路机轮胎驱动钢轮振动压路机振动冲击夯振动冲击夯电动蛙式打夯机电动蛙式打夯机2.5.2 2.5.2 土的填筑与土的填筑与压实 u（1 1）填方土料的选择与填筑方法）填方土料的选择与填筑方法 u 1 1）填方土料的）填方土料的选择 l粘性土粘性土含水量合适，适合各层填料；含水量合适，适合各层填料； l碎石土料、爆破石渣、砂土碎石土料、爆破石渣、砂土作表层以下填料、最大作表层以下填料、最大粒径粒径 0.96 0.96 主要受力主要受力层范范围以下：以下：0.930.930.96 0.96 3 3）实际干重度：干重度： 4 4）压实要求压实要求: : 注：注：且应有且应有9090以上符合设计要求，其余极值之差不得以上符合设计要求，其余极值之差不得大于大于0.8kN/m30.8kN/m3，且应分散，不得集中。，且应分散，不得集中。