搜索
1第十七章施工与管理第一节土石方工程土石方工程包括土(或石)的挖掘、运输和填筑等过程，以及排水、降低地下水位和支护结构等施工。一、土石方工程的准备与辅助工作土石方工程的准备与辅助工作，除通常所说的“三通一平”(路通、水通、电通、场地平整)外，还包括降水与施工支护结构等，是保证土石方工程顺利进行的重要条件。1．土方边坡与支护结构开挖基坑时，当挖深不大，且敞露时间不长时，可直立壁开挖。当挖深超过一定限度则需放坡开挖，边坡坡度(高：宽)可做成直线形、折线形或踏步形，取决于土质种类、开挖方法、挖土深度、地面超载大小等，有参考数据供施工时采用。当挖土深度较大，放坡不经济或周围附近有设施(建筑物、地下管线、道路等)不允许放坡时，如要保持直立土壁的稳定，则需增设基坑的支护结构，起挡土、挡水作用，并保护周围环境，减少对相邻设施的不利影响。根据工程特点、基坑周边环境、开挖深度、工程地质与水文地质、施工作业设备和施工季节等条件，基坑支护可选用排桩、地下连续墙、水泥土墙、逆作拱墙、土钉墙原状土放坡或上述型式的组合。支护结构选型适用条件见表17—1—1。支护结构选型表表17—1—1结构型式适用条件排桩或地下连续墙1．适于基坑侧壁安全等级一、二、三级2．悬特式结构在软土场地中不宜大干5m3．当地下水位尚于基坑底画时，宜采用降水、排桩加截水帷幕或地下连续墙水泥土墙1，基坑侧壁安全等级直：为二、二级2，水泥土桩施工范围内地基上承载力不宜大干150kPa3，基坑深度不宜大干6m土钉墙1基坑侧壁安全等级官为二、三级的非软土场地2基坑深度不宜大于12m3当地下水位高于基坑底面时，应采取降水或截水措施逆作拱墙1基坑侧壁安全等级宜为二、二级2淤泥和淤泥质土场地不宜采用3拱墙轴线的矢跨比不宜小于1／84基坑深度不宜大于12m5地下水位高于基坑底面时，应采取降水或截水措施放坡1基坑侧壁安全等级宜为三级2施工场地应满足放坡条件3可独立或与上述其他结构结合使用4当地下水位高于坡脚时，应采取降水措施对支护结构要进行强度、稳定和变形方面的计算，三方面都需满足要求。计算方法包括圆弧滑动简单条分法、弹性支点法等，后者应用较多。在弹性支点法中，支护结构水平荷载标准值eajk应按当地可靠经验确定。2．地下水控制地下水控制的设计和施工应满足支护结构设计要求，根据场地及周边工程地质条件、水文地质条件和环境条件并结合基坑支护和基础施工方案综合分析、确定。地下水控制方法2可分为明排集水、降水、截水和回灌等型式单独或组合使用。见表17—1—2。方法名称土类渗透系数(m/d)降水深度(m)水文地质特征集水明排填土、粉土、黏性土、砂土7205上层滞水或水量不大的潜水降水真空井点0.1-20单级6多级20喷射井点0.1-2020管井粉土、砂土、碎石土、可溶岩、破碎带1-2005含水丰富的潜水、承压水、裂隙水截水粉土、黏性土、砂土、碎石土、可溶岩不限不限回灌填土、粉土、砂土、碎石土0.-200不限在地下水位高的地区开挖较深的基坑，如无能挡水的支护结构，多数要降水。对软土地区的深基坑，即便设有挡水的支护结构，基坑外的地下水不会流人基坑，但为了便于机械挖土，亦多需在挖土前进行坑内降水，同时降水后能提高被动土压力，有利于支护结构的稳定和减小变形。其中，井点降水是使用较多的地下水控制方法：在基坑开挖前，预先在基坑四周埋设一定数量下部带滤管的井点管，在基坑开挖前和开挖过程中，利用真空设备不断抽取地下水，使地下水位降至坑底以下，不使地下水在基坑开挖过程中流人坑内。井点降水一般有轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点和深井井点等，根据土的渗透系数、降水深度、设备条件及经济比较等因素确定。井点管为直径38—51mm、长5—7m的钢管。滤管直径常与井点管直径相同，长度为1．0--1．7m，管壁上钻有直径12～19mm、呈星棋状排列的滤孔，外面包以两层孔径不同的生丝布或塑料布滤网。降水井宜在基坑外缘采用封闭式布置，井间距应大于15倍井管直径，在地下水补给方向应适当加密；当基坑面积较大、开挖较深时，也可在基坑内设置降水井。其深度应根据设计降水深度、含水层的埋藏分布和降水井的出水能力确定，设计降水深度在基坑范围内不宜小于基坑底面以下0.5m。井点降水的涌水量按水井理论计算。根据地下水有无压力，水井分为无压井和承压井。水井底部到达不透水层时称完整井，否则称非完整井。所以水井共分四种，即无压完整井、无压非完整井、承压完整井和承压非完整井。各种井的涌水量计算公式不同，如：无压完整井当基坑远离边界时，其涌水量计算公式为：Q=1.366k(2H-S)S/lg(1+R/r0)式中Q——基坑涌水量；k--渗透系数；H--潜水含水层厚度；S--基坑水位降深；R--降水影响半径(宜通过试验或根据当地经验确定，当基坑侧壁安全等级为二、三级时，可按经验公式计算R=2S(kH)0.5)；ro--基坑等效半径(当基坑为圆形时，取圆半径；当基坑为非圆形时，按下式计算：矩形基坑ro=0.29(a+b)，其中a、b分别为基坑的长、短边；不规则块状基坑r0=(A/π)0.5，式中A为基坑面积)。无压非完整井当基坑远离边界时，其涌水量计算公式为Q=1.366(H2-h2m)/(lg(1+R/r0)+lg(1+0.2hm/r0)(hm-l)/l)式中hm=(H+h)/23承压完整当基坑远离边界时，其涌水量则按下式计算：Q=2.73kMS/lg(1+R/r0)式中R——降水影响半径(宜通过试验或根据当地经验确定，当基坑侧壁安全等级为二、三级时，可按经验公式计算R=10Sk0.5)；M——承压含水层厚度；l——过滤器进水部分长度(m)；其他符号同前。至于单根井点管的出水量，由下式计算：q=120πrsl3k(17—1—16)式中:q--单根井点管的出水量(m3／d)；rs--过滤器半径(m)；其他符号同前。降水井的数量n可按下式计算：n=1.1Q/q(17-1-17)二、机械化施工推土机操纵灵活、运转方便、所需工作面较小，多用于场地清理和平整、开挖深度不大的基坑、填平沟坑，以及配合铲运机工作。推运距离宜在l00m以内，以运距50m左右经济效果最好。铲运机可综合完成挖土、运土、卸土和平土的全部土方施工工序，分自行式铲运机和拖式铲运机两种，目前多为油压操纵，常用于大面积的场地平整、填筑堤坝和路基、在开阔地带开挖长度大的大型基坑。单斗挖土机目前多为液压传动，分为正铲、反铲和抓铲等，其行走装置有履带和轮胎式等。正铲挖土机适合开挖停机面以上的土方，需汽车配合运土。反铲挖土机用以挖掘停机面以下的土方，主要用于开挖基坑、沟槽等，亦需汽车配合运土。抓铲挖土机宜用于开挖沟槽、基坑和装卸粒状材料，于水下亦可抓土。机械选择主要取决于施工对象特点、地下水位高低和土壤含水量。(一)当地形起伏不大，坡度在200以内，挖填平整土方的面积较大，土的含水量适当，平均运距短(一般在lkm以内)时，采用铲运机较为合适。如果土质坚硬或冬季冻土层厚度超过10—15crn时，必须由其他机械辅助翻松再铲运。当一般土的含水量大于25％，或坚硬的黏土含水量超过30％时，铲运机要陷车，必须使水疏干后再施工。(二)地形起伏较大的丘陵地带，一般挖土高度在3m以上，运输距离超过lkm，工程量较大且又集中时，一般可采用下述三种方式进行挖土和运土：①正铲挖土机配合自卸汽车进行施工，并在弃土区配备推土机平整土堆。选择铲斗容量时，应考虑到土质情况、工程量和工作面高度。当开挖普通土，集中工程量在1.5万m3以下时，可采用0.5m3的铲斗；当开挖集中工程量为1.5万--5万m3时，以选用1.0m3的铲斗为宜，此时，普通土和硬土都能开挖。②用推土机将土推人漏斗，并用自卸汽车在漏斗下承土并运走，这种方法适用于挖土层厚度在5--6m以上的地段。漏斗上口尺寸为3m左右，由宽3.5m的框架支承，其位置应选择在挖土段的较低处，并预先挖平，漏斗左右及后侧土壁应予支撑。使用73.5kW(100马力)的推土机两次可装满8t自卸汽车，效率较高。③用推土机预先把土推成一堆，用装载机把土装到汽车上运走，效率也很高。(三)开挖基坑时根据下述原则选择机械：1．土的含水量较小，可结合运距长短、挖掘深浅，分别采用推土机、铲运机或正铲挖4土机配合自卸汽车进行施工。当基坑深度在1-2m，基坑不太长时可采用推土机；深度在2m以内的线状基坑，宜由铲运机开挖；当基坑较大，工程量集中时，可选用正铲挖土机挖土。2．如地下水位较高、又没有采用降水措施，或土质松软，可能造成正铲挖土机和铲运机陷车时，则采用反铲、拉铲或抓铲挖土机配合自卸汽车较为合适，挖掘深度见有关机械的性能表。3．移挖作填以及基坑和管沟的回填，运距在60-l00m以内时可用推土机。上述各种机械的适用范围都是相对的，选用机械时应根据具体情况考虑。如果有多种机械可供选择时，应当进行技术经济比较，选择效率高、费用低的机械进行施工。当挖土机挖出的土方需用运土车辆运走时，挖土机的生产率不仅取决于本身的技术性能，而且还决定于所选的运输工具是否与之协调。由技术性能，可按下式算出挖土机的生产率户：P=8*3600·q·Kc·KB/t·Ks(m3／台班)(17—1-18)式中t--挖土机每次作业循环延续时间(s)，一般为25～40s；Q——挖土机斗容量(m3)；Ks--土的最初可松性系数；Kc--土斗的充盈系数，可取0.8—1.1；KB—工作时间利用系数，一般为0.6—0.8。为了使挖土机充分发挥生产能力，应使运土车辆的载重量Q与挖土机的每斗土重保持一定的倍率关系，并有足够数量的车辆以保证挖土机连续工作。从挖土机方面考虑，汽车的载重量越大越好，可以减少等待车辆调头的时间；从车辆方面考虑，载重量小，台班费便宜而数量要增加，载重量大，台班费高但数量可减少。最合适的车辆载重量应当是使土方施工单价为最低，可以通过核算确定。一般情况下，汽车载重量宜为每斗土重的3--5倍。运土车辆的数量N，可按下式计算：N=T/(t1+t2)(17—1—19)式中T——运输车辆每一工作循环延续时间(mm)，由装车、重车运输、卸车、空车开回及等待等时间组成；t1——运输车辆装满一车土的时间(min)；t2——运输车辆调头而使挖土机等待的时间(min)：t1=n.t(17-1—20)n=Q.Ks/qKc.γ(17—1—21)式中n——运土车辆每车装土次数；Q——运土车辆的载重量(t)；γ--实土重度(t／m3)。三、土方填筑与压实(一)填土的要求为了保证填方工程在强度和稳定性方面的要求，必须正确选择土壤种类和填筑方法。含有大量有机物的土壤，石膏或水溶性硫酸盐含量大于5％的土壤，冻结或液化状态的泥炭、黏土或粉状砂质粘土等，一般不能作填土之用。但在场地平整工程中，除修建房屋和构筑物的地基填土外，其余各部分填方所用的土壤，则不受此限制。填土应分层进行，并尽量采用同类土填筑。如采用不同土壤填筑时，应将透水性较大的土层置于透水性较小的土层之下，不能将各种土混杂在—起使用，以免填方内形成水囊。当填方位于倾斜的山坡上时，应将斜坡改成阶梯状，以防填土横向移动。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重度γd作为检查标准。土的控制干重度与最大干重度之比称为压实系数Dy利用填土5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。如砖石承重结构和框架结构在地基的主要受力层范围内的填土压实系数Dy，应大于0.96，而在地基主要受力层范围以下，则为0.93—0.96。土的最大干重度一般在试验室由击实试验确定，再根据规范规定的压实系数，即可算出填土控制干重度的值。在填土施工时，土的实际干重度大于或等于γd时，则符合质量要求。土的实际干重度可用“环刀法”测定。先用环刀取样，一般为100—400m2取一点。称出土的天然重度并测出含水量，然后用下式计算土的实际干重度γ0：γ0=γ/(1+0.01ω)(g／cm3)(17—1—22)式中γ——土的天然重度(g／cm3)；ω一一土的天然含水量(％)。、(二)填土压实方法填土