第1章土方工程第2章深基礎工程施工第3章砌體工程第4章混凝土結構工程第5章預應力混凝土工程第7章結構安裝工程第10章防水工程第12章流水工程施工第13章網絡計劃技術第14章單位工程施工組織設計一、土木工程施工課程講授內容

5/21/202511.土木工程施工，楊和禮主編，武漢大學出版社，2019年8月；2.土木工程施工，劉宗仁主編，高等教育出版社，2019年2月；3.土木工程施工，劉津明、韓明主編，天津大學出版社，2019年11月；4.建筑工程施工，重慶大學、哈爾濱建筑大學、同濟大學編，中國建筑工業(yè)出版社，1985年；二、教學參考書5/21/20252第一章土方工程§1.1

土的工程分類及性質一、土的工程分類

土方工程是各類土木工程項目開始施工的第一個工序，土方工程具有工程量大、勞動強度大，施工條件復雜等特點，在土木工程施工中占有重要地位。

土方工程施工包括一切土的挖掘、填筑和運輸等過程以及排水、降水和土壁支承等過程。

土的分類方法很多，若按：5/21/20253碎石類土－漂石土、塊石土、卵石土、碎石、圓礫土、角礫土砂土－礫砂、粗砂、中砂、細砂、粉砂粘性土－粘土、亞粘土、輕亞粘土土的顆粒級配或塑性指數根據土的沉積年代粘性土－老粘性土、一般粘性土、新近沉積粘性土、土的工程特性特殊性土－軟土、人工填土、黃土、膨脹土、紅粘土、鹽漬土、凍土等5/21/20254土方施工時土(石)的開挖難易程度松軟土普通土堅土砂礫堅土軟石次堅石堅石特堅石

一般土巖石土的工程分類5/21/20255土的分類土的名稱土的密度開挖方法一類土(松軟土)砂土、粉土、沖積砂土層、疏松的種植土、淤泥(泥炭)0.5～1.5用鍬、鋤頭挖掘，少許用腳蹬二類土(普通土)粉質粘土；潮濕的黃土；夾有碎石、卵石的砂；粉土混卵(碎)石；種植土、填土0.11～6用鍬、鋤頭挖掘，少許用鎬翻松三類土(堅土)軟及中等密實粘土；重粉質粘土、礫石土；干黃土、含有碎石卵石的黃土、粉質粘土；壓實的填土1.75～1.9主要用鎬，少許用鍬、鋤頭挖掘，部分用撬棍四類土(砂礫堅土)堅硬密實的粘性土或黃土；含碎石、卵石的中等密實的粘性土或黃土；粗卵石；天然級配砂石；軟泥灰?guī)r1.9先用鎬、撬棍，后用鍬挖掘，部分用楔子及大錘五類土(軟石)硬質粘土；中密的頁巖、泥灰?guī)r、白堊土；膠結不緊的礫巖；軟石灰及貝殼石灰石1.1～2.7用鎬或撬棍、大錘挖掘，部分使用爆破方法六類土(次堅石)泥巖、砂巖、礫巖；堅實的頁巖、泥灰?guī)r，密實的石灰?guī)r；風化花崗巖、片麻巖及正長巖2.2～2.9用爆破方法開挖，部分用風鎬用爆破方法開挖七類土(堅石)大理石；輝綠巖；玢巖；粗、中粒花崗巖；堅實的白云巖、砂巖、礫巖、片麻巖、石灰?guī)r；微風化安山巖；玄武巖2.5～3.1用爆破方法開挖八類土（特堅石）安山巖；玄武巖；花崗片麻巖；堅實的細粒花崗巖、閃長巖、石英巖、輝長巖、輝綠巖、玢巖、角閃巖2.7～3.3用爆破方法開挖5/21/20256

二、土的工程性質（一）土的可松性1.土的可松性自然狀態(tài)下的土經開挖后組織被破壞，其體積因松散而增大，以后雖經回填壓實，也不能恢復為原來狀態(tài)時的體積。土的可松性程度，一般用最初可松性系數和最后可松性系數來表示：（1.1.1）5/21/20257式中

V1—土在天然狀態(tài)下的體積；

V2—土經開挖后的松散體積；V3—土經回填壓實后的體積。土的可松性與土的土質有關，根據土的工程分類，其相應可松性系數見表1.1.1。（1.1.2）5/21/20258例1：挖基坑體積1000m3，ks＝1.24，ks‘＝1.04，求松方體積、填方體積和棄土體積？解：（1）松方體積：（2）填方體積：（3）留土方：（4）棄土方

5/21/20259（二）土的含水量

一般土的干濕程度用含水量表示，土的含水量(ω)是土中水的質量(mw)與土的固體顆粒質量(ms)之比，以百分比表示。（1.1.3）土的含水量含水量小于5%的稱為干土；在5%～30%間的稱為潮濕土；大于30%的稱為濕土。5/21/202510（三）土的透水性

●土的透水性是指水流通過土中孔隙的難易程度。

●土體孔隙中的自由水在重力作用下會發(fā)生流動，當基坑土方開挖到地下水位以下，地下水的平衡被破壞后，地下水會不斷流入基坑。

●地下水的流動以及在土中的滲透速度都與土的透水性有關。5/21/202511

●地下水在土中滲流速度一般可按達西定律計算(見圖1.1.1)，其公式為：

1.1.1水力坡度示意圖式中：v—水在土中的滲流速度(m／d)；

K—土的滲透系數（m/d）；

—水力坡度，表示兩點水頭差（h1-h2）與其水平距離L之比。5/21/202512§1.2場地平整一、場地平整前的施工準備工作1.了解施工現場技術資料－地下管線、工程水文地質、氣象等；2.場地清理－建筑物、構筑物、管道、墳墓、溝坑、垃圾、樹根等；3.地面水排除－施工區(qū)域設置排水設施，如排水溝、截水溝、擋水土壩4.修建臨時道路、臨時設施－主要道路結合永久性道路一次修筑，臨時道路整平鋪上碎石面層即可；5.制定冬雨季施工措施－防洪、邊坡穩(wěn)定、凍土開挖、填方等。5/21/202513二、場地平整土方量的計算（一）小型場地平整時設計標高的確定場地平整前，應首先確定場地的設計標高（一般設計文件上有規(guī)定），然后計算挖填方土方量進行土方調配，選擇土方施工機械，擬定施工方案。小型場地平整時設計標高的確定－平整前和平整后土方量相等，挖填方平衡最佳設計平面－大型廠礦建筑、設計單位進行場平設計，施工單位進行施工5/21/202514

●

當小型場地無特殊要求時，一般可根據平整前和平整后土方量相等的原則確定設計標高，但這僅意味著將場地推平，并不能保證總土方量最小。場地不同設計標高的影響見圖1.2.1。

圖1.2.1場地不同標高的影響設計標高為H1，填方大于挖方；設計標高為H2，挖方大于填方5/21/202515●計算前，將場地劃分為方格網（10×10m～40×40m），利用地形圖求出各方格角點的設計標高，一般來說理想的設計標高應使場地內土方在平整前和平整后相等。見圖1.2.2。圖1.2.2場地設計標高簡圖（a）地形圖上劃分方格；（b）設計標高示意圖1－等高線；2－自然地坪；3－設計標高平面；4－自然地面與設計標高平面的交線（零線）1.初步確定場地設計標高（H0）

5/21/202516即：（1.2.1）式中：H0—所計算場地的設計標高(m)；

a—方格邊長(m)；N—方格數。

H11、H12、H21、H22——某一方格的4個角點標高(m)。5/21/202517

從圖1.2.2可見：H11－一個方格的單獨角點標高；H12、H21－2個方格共有的角點標高；H22－4個方格共有的角點標高。因此，如果將所有方格的4個角點標高相加，則類似H11這樣的角點加1次，類似H12、H21的角點加2次，類似H22的角點標高加4次。因此，式(1.2.1)可改寫為：5/21/202518式中：

H1—1方格所獨有的角點標高(m)；

H2—2個方格共有的角點標高(m)；

H3—3個方格共有的角點標高(m)；

H4—4個方格共有的角點標高(m)。（1.2.2）5/21/202519

按式（1.2.2）計算出的設計標高為一理論值，而在實際施工過程中還要考慮下列因素的影響對設計標高進行調整。由于土具有可松性，回填壓實恢復不了原來狀態(tài)，要相應提高設計標高。如圖1.2.3所示。設為土的可松性引起設計標高的增加值，則設計標高增加值為：2.設計標高的調整值1）土的可松性的影響5/21/202520式中—設計標高調整后的總挖方體積；—設計標高調整前的總挖方體積；—設計標高調整前的挖方區(qū)總面積。設計標高調整后，總填方體積變?yōu)椋海?.2.3）圖1.2.3設計標高調整示意圖（a）理論設計標高；(b)調整設計標高5/21/202521式中—設計標高調整后的總填方體積；—土的最后可松性系數。

此時，填方區(qū)的標高也應與挖方區(qū)一樣，提高，即：式中：－設計標高調整前的總填方體積；－設計標高調整前總填方區(qū)總面積。（1.2.4）5/21/202522

經移項整理簡化得(當VT＝Vw)：故考慮土的可松性后，場地設計標高的計算公式應調整為：

（1.2.5）（1.2.6）5/21/202523

(2)考慮泄水坡度對設計標高的影響

●按上述計算出設計標高進行場地平整時，是假設整個場地為一個水平面，實際上由于排水的要求，場地表面要有一定的泄水坡度。

泄水坡度按設計要求確定；無設計要求，一般要求泄水坡度不小于0.2％。單向泄水－場地較小，降水量較小；雙向泄水－場地較大或降水量較大時。5/21/202524

●按單向泄水或雙向泄水要求，計算出場地各方格角點實際施工時采用的設計標高。

●雙向泄水（或單向泄水）－將場地H0作為場地的中心線（或角點）標高，場地任一點設計標高為：

式中：lx、ly——計算點沿x、y方向距中心點的距離；

ix、iy——場地沿x、y方向的泄水坡度。當ix(或iy)為零時，為單向泄水；計算點比中心點高時，取“+”；計算點比中心點低時，則取“-”。（1.2.7）5/21/202525（a）單向泄水；（b）雙向泄水圖1.2.4考慮泄水坡度對設計標高的影響例如，在圖1.2.4中，角點H52、H42的設計標高為：1）對于H52點，屬單向泄水，5/21/2025262)對于H42點，屬雙向泄水，土方量計算四角棱柱體法－近似計算，有時誤差達33％；三角棱柱體法－計算較為精確，一般采用計算機計算。

●小型場地計算一般采用四角棱柱體法，四角棱柱體法將所需計算的場地劃分為方格法，然后按方格網和確定的零線具體計算各方格的土方量。具體計算步驟如下：（二）場地平整土方量的計算

5/21/202527

(1.2.8)式中hn—角點的施工高度(m)，“+”號表示填方，“－”表示挖方；

Hn

—角點的設計標高(m)；

H—角點的自然地面標高(m)。2.確定零線（填、挖方的分界線）

即確定相鄰一挖一填兩角點間方格邊線上的零點，此點即不挖也不填，方格中各相鄰邊線的零點間的連線即為零線（挖、填方分界線）。1.計算場地各方格角點的施工高度（挖、填方高度）

5/21/202528零點位置可通過下式確定(見圖1.2.5)：圖1.2.5零點位置計算示意圖式中：x—零點至A點距離；h1、h2—施工高度；a—方格邊長（m）。

5/21/202529零線確定后，便可進行土方量計算。

●計算土方量時，先求出各方格挖、填土方量和場地周圍邊坡挖、填土方量，把挖、填土方量分別加起來，就得到場地總土方量。式中V—填方或挖方體積(m3)；

h1、h2、h3、h4—方格四個角點的施工高度(m)；

a—方格邊長(m)。（1.2.10）3.土方量計算

（1）方格四角為全挖或全填時：5/21/202530

挖方部分的土方量為：（1.2.11）（2）方格的相鄰兩角點為挖方，另兩角點為填方（圖1.2.7），則填方部分土方量為：

圖1.2.7兩挖和兩填的方格5/21/202531

式中：∑h—填方或挖方施工高程總和，用絕對值代入；b、c—零點到一角點的邊長。（1.2.12）5/21/202532(3)方格的3個角點為挖方(或填方)，另一角點為填方(或挖方)，

如圖1.2.8所示。填方部分的土方量為：圖1.2.8三挖一填的方格填方部分土方量（1.2.13）5/21/202533挖方部分土方量（1.2.14）5/21/202534－挖方（或填方）的體積；－方格角點中挖方（或填方）施工高度總和（均用絕對值相加）；－方格四個角點施工高度總和（均用絕對值相加）；－方格邊長。●簡化公式，挖方和填方的土方量均可按下式計算：5/21/202535（4）邊坡土方量計算

●為了保持邊坡的穩(wěn)定和施工安全，挖方或填方的邊沿都應做成一定的邊坡，邊坡表示方法：土方邊坡坡度＝a、直線邊坡b、折線邊坡c、踏步式邊坡5/21/202536

●邊坡的畫法可根據控制網四點和零線，填方和挖方的坡度畫出。

例:假定填方坡度1：1.5，挖方坡度1：1.25，四個角點挖、填方施工高度已知，計算角點挖、填方邊坡坡度（方格用1：1000，邊坡用1：100）邊坡計算示意圖L10.390.930.380.970.930.380.390.970.930.93挖方區(qū)填方區(qū)1234567891011121314151234567891011121413L45/21/202537●邊坡土方量近似劃分為二種近似幾何圖形計算：三角棱錐體（1）：例如①三角棱柱體邊坡體積（4）：例如④式中：F1－邊坡斷面積；L1－邊坡1的長度；

h5

－角點施工高度；m－邊坡坡度系數。mh5h5F15/21/202538

●

計算挖、填方區(qū)四角控制點邊坡寬度：挖方區(qū)：角點5邊坡寬度0.93×1.25＝1.16m角點15邊坡寬度0.38×1.25＝0.48m填方區(qū)：角點1邊坡坡度0.39×1.5＝0.59m角點11邊坡寬度0.97×1.5＝1.46m

5/21/202539（5）基坑土方量計算

基坑土方量可按立體幾何中的擬柱體（由兩個平行的平面做底的一種多面體）體積公式計算，即：（1.2.13）式中：F1、F2－基坑頂、底面積；

F0－基坑中截面積；

H－基坑深度（m）

a、b－基坑上口寬度和長度（m）；

a1、b1－基坑底面寬度和長度。5/21/202540●有時為了計算方便，也可采用平均斷面法計算土方量，即：基槽和路堤的土方量可以沿長度方向分段用同樣方法計算：●V1－第一段土方量（m3）；v－總土方量（m3）L1－第一段長度（m）；F1、F2、F0－兩端和中截面面積。5/21/202541試計算如圖所示獨立基礎的挖方量，回填土量和棄土量（邊坡1：0.3，KS＝1.3，ks‘＝1.05）。解：上口：2500＋150×2＋2000×0.3×2＝4000mm＝4m下口：2500＋150×2＝2800mm＝2.8m中口：（4000＋2800）／2＝3400mm＝3.4m

例題1：5/21/20254225001501505005002000500500500單位：mm5/21/202543（1）挖方量（實方）（2）基礎方量（3）回填土量（松方）5/21/202544（4）棄土量例題2：某建筑場地地形圖方格網（a＝20m）布置如圖，地面泄水坡度ix＝3‰，iy＝2‰，試計算場地設計標高，并計算挖填方土方量。5/21/20254542.543.043.544.044.545.01-11-21-31-42-12-22-32-420202020圖１某建筑場地地形圖和方格網布置(單位：m）5/21/202546

●按地形圖所標等高線，用插入法求出各方格角點地面標高，采用插入法時假定兩根等高線之間地面坡度直線變化。如角點4的地面標高，根據相似三角形原理。１.計算角點地面標高

圖2插入法計算簡圖H444.0hxxL0.544.5基面45/21/202547

●在圖上只要量出x和L的長度，便可算出H4的數值，算出各點地面高度標在方格網上。12345678910111214151343.2443.6743.9444.3444.8042.9443.3543.7644.1744.6742.5842.9043.2343.6744.1743.6343.6943.7543.8143.8743.5943.6543.7143.7743.8443.5543.6143.6743.7343.79＋0.39＋0.02－0.19-0.53-0.93＋0.65＋0.30-0.05－0.40-0.84＋0.97＋0.71＋0.440.66-0.381-11-21-31-42-12-22-32-412345678910111214151343.2443.6743.9444.3444.8042.9443.3543.7644.1744.6742.5842.9043.2343.6744.1743.6343.6943.7543.8143.8743.5943.6543.7143.7743.8443.5543.6143.6743.7343.79＋0.39＋0.02－0.19-0.53-0.93＋0.65＋0.30-0.05－0.40-0.84＋0.97＋0.71＋0.440.66-0.381-11-21-31-42-12-22-32-4施工高度角點編號地面標高設計標高3‰2‰填方區(qū)挖方區(qū)5/21/2025482.計算場地設計標高

按公式（1.2.2）5/21/202549

按設計要求的泄水坡度計算方格各角點的設計標高，以場地中心線角點8為H0，其余角點設計標高為：

4.計算每一角點施工高度

3.計算各角點設計標高5/21/202550

5.計算零點位置

零點：2-3，7-8，8-13，9-14，14-15零點距角2的距離零點距角7的距離5/21/202551方格1-2挖、填土方量6.計算土方量

5/21/202552方格2-2土方量7.邊坡土方量8.總土方量場地總土方量5/21/202553§1.3土方調配一、劃分調配區(qū)

●土方調配，就是對挖土的利用、堆棄和填土三者之間的關系進行綜合協調處理。土方調配的目的，挖、填方平衡，土方施工的費用最少。

1.調配區(qū)的劃分應與房屋或構筑物的位置相協調，并滿足主導土方施工機械的要求；

2.當土方運距較大，可根據地形就近棄土或借土，每一個借土區(qū)或棄土區(qū)可作為一個獨立的調配區(qū)；

3.調配區(qū)的范圍和方格網相協調，若干個方格組成一個調配區(qū)。5/21/202554二、計算平均運距

●計算平均運距即挖土區(qū)土方重心至填方區(qū)土方重心的距離。因此，確定平均運距需先求出各個調配區(qū)土方重心，其方法如下：取場地方格網中的縱橫兩邊為坐標軸，分別求出各區(qū)土方重心的位置。（1.3.1）（1.3.2）5/21/202555式中：X、Y—調配區(qū)的重心坐標(m)；

Vi

—每個方格的土方工程量(m3)；

xi、yi

—每個方格的重心坐標(m)。

●重心求出后，標在相應的調配區(qū)圖上，用比例尺量出每對調配區(qū)平均運距，或用公式進行計算：

●每對調配區(qū)的平均運距l(xiāng)0為：5/21/202556例：計算平均運距，假定各方格土方量已算出（以Ⅰ到Ⅱ為例）Ⅰ區(qū)①方格x＝10；y＝30②方格x＝26.66；y＝26.66yx挖方區(qū)填方區(qū)●●零線土方重心＋136.00①②⑥+25.90-17.90③⑤⑤⑤⑤④⑦⑧⑨⑩-117.00-270.00ⅠⅢⅡⅣXⅠXⅡYⅠYⅡ2020方格20×20例3.土方平均運距計算05/21/202557Ⅱ區(qū)⑥方格x＝33.3y＝33.3⑦方格x＝50y＝30⑧方格x＝70y＝30Ⅰ區(qū)Ⅱ區(qū)5/21/202558表1.3.1挖填方量及平均運距表T1T2…TjTn挖方量W1X11C11X12C12…X1jC1jX1nC1na1W2X21C21X22C22…X2jC2jX2nC2na2┅…WiXi1Ci1Xi2Ci2…XijCijXinCinai…………………WmXm1Cm1Xm2Cm2XmjCmjXmnCmnam填方量b1b2┅bjbn挖方區(qū)填方區(qū)三、用線性規(guī)劃方法進行土方調配5/21/2025591.數學模型的建立整個場地劃分為m個挖方區(qū)：W1，W2，……Wm

挖方量：a1,a2,……am

n個填方區(qū)：T1，T2，……Tn填方量：b1，

b2，……bn假定挖填方平衡：從W1到T1的平均運距為C11，調配的土方量為X11；從Wi到Tj的平均運距為Cij，調配土方量為Xij。5/21/202560

●土方調配問題求一組Xij的值，使目標函數為最小值，并滿足下列條件：5/21/202561

●從這個目標函數可以看出這是線性規(guī)劃中的運輸問題，可以用表上作業(yè)法和單純形法求解，運輸問題用表上作業(yè)法較方便。

圖1.3.1所示是一矩形場地，現已知各調配區(qū)的土方量和各填、挖區(qū)相互之間的平均運距，試求最優(yōu)土方調配方案。

●用表上作業(yè)法是以線性理論為基礎的，其方法和步驟如下：2.用表上作業(yè)法進行土方調配

（1）首先將圖中的數值填入土方平衡及運距表1.3.2。5/21/202562圖1.3.1各調配區(qū)的土方量和平均運距5/21/202563T1T2T3挖方量(m3)W1X1150X1270X13100500W2X2170X2240X2390500W3X3160X32110X3370500W4X4180X42100X4340400填方量(m3)8006005001900挖方區(qū)填方區(qū)表1.3.2挖填方量及平均運距表5/21/202564

●用最小元素法，所謂最小元素法，即對運距最小的一對挖填方區(qū)，優(yōu)先地，最大限度地供應土方量

●首先在表1.3.2中找一運距最小值(本例中，可在C22、C43任取其中一個，如C43)。首先確定X43的值，使其盡可能的大，即X43＝min(400，500)＝400（再大也不可能大于W4挖方區(qū)所能夠提供的土方量）。

●由于W4挖方區(qū)的土方全部調到T3填方區(qū)，所以X41＝X42＝0，將400填入表1.3.3中的X43格內，同時在X41，X42格內畫上一個“×”號。（2）作初始方案

5/21/202565表1.3.3初始調配方案表T1T2T3挖方量W150050×70×100500W2×7050040×90500W33006010011010070500W4×80×10040040400填方量8006005001900填方量挖方量5/21/202566

●然后在其余的沒有調配土方量和“×”號的方格內，再選一個運距最小的方格，即C22=40，讓X22值盡可能的大，即X22=min(500，600)＝500。同時使X21＝X23＝0。

●同樣將500填入表1.3.3中X22格內，并且在X21、X23格內畫上“×”。閉回路法位勢法求檢驗數所有為最優(yōu)方案

●位勢法較閉回路法簡便,只介紹用位勢法求檢驗數（3）最優(yōu)方案判別5/21/202567

1)檢驗時首先將有調配數字的平均運距列出來,然后根據這些數字方格,按下式求出兩組位勢數:(1.3.8)(1.3.9)

●位勢求出后,可根據式(1.3.9)求出檢驗數λij－平均運距;－位勢數。所有檢驗數為正數，說明該方案為最優(yōu)方案，否則需調整。5/21/2025682）求位勢表1.3.4位勢數、運距和檢驗數表位勢T1T2T3

v1=50v2=100v3=60W1u1=0050-307040100W2u2=-6080700409090W3u3=100600110070W4u4=-20508020100040填方區(qū)挖方區(qū)uivj注：白的數字為有調配數字方格的平均運距。5/21/202569●位勢求出后，按公式（1.3.9）求檢驗數（求各空格檢驗數）（出現負檢驗數，不是最優(yōu)方案）

1）在所有負檢驗數中選一個(一般即選最小的一個)，本例中便是λ12，把它對應的變量x12作為調整的對象。

（4）方案調整5/21/2025702）找出x12的閉回路。從x12格出發(fā)，沿水平或豎直方向前進，遇到有數字的方格作90°轉彎(或不轉彎)，然后繼續(xù)前進。如果路線恰當經有限步就回到出發(fā)點，形成一條以有數字的方格為轉角點、用水平和豎直線聯起來的閉回路（表1.3.5）。

3）再從空格x12出發(fā)，沿著閉回路的一個方向一直前進，在各奇數次轉角點的數字中挑一個最小的(本例中便是在“100，500”中選出“100”)，將它由x32，調到方格x12中。5/21/202571

T1T2T3W1500←↓X12↑W2↓500↑W3300→100100W4400表1.3.5xij的閉合回路填方區(qū)挖方區(qū)奇奇5/21/202572

4）將“100”填入方格x12中，被挑出數字的x32為0(該格變?yōu)榭崭?；同時將閉回路上其他的奇數次轉角上的數字都減去“100”，偶數次轉角上的數字都增加“100”，使得填挖的土方量仍然保持平衡。這樣調整后，便可得到新調配方案如表1.3.6。5/21/202573表1.3.6新方案的位勢數、運距和檢驗數表位勢T1T2T3挖方量v1=50v2=70v3=60W1u1=04005010070＋500W2u2=-30＋7050040＋500W3u3=1040060＋11010070500W4u4=-20＋80＋40040400填方量8006005001900vjui填方區(qū)挖方區(qū)5/21/202574

●

對新調配方案，仍用位勢法檢驗，判斷是否為最優(yōu)方案，經檢驗該方案所有檢驗數為正值。其目標函數為：土方調配圖為：圖1.3.2土方調配圖5/21/202575§1.4施工排水一、排除地下水

開挖基坑或溝槽時，土壤中的含水層常被切斷，地下水將會不斷的涌入坑內，如不及時進行排除，不僅影響正常施工，還會造成地基承載力降低或邊坡坍塌事故。

施工排水排除地面水降低地下水地下水的排除設置排水溝截水溝修筑土堤等5/21/202576

●排水溝的設置利用地形，以便將水直接排除場外，或流至低洼處再用水泵抽走。排水溝橫斷面不小于0.5×0.5m2縱向坡度應根據地形確定一般不小于3％平坦地區(qū)不小于2％沼澤地區(qū)可減至1％

●截水溝－在山坡地區(qū)施工，在較高一面山坡處設置截水溝，阻止山坡處水流入施工現場。

●

修筑土堤－在場地平坦處，除設置排水溝外，還要修筑土堤，以防止場外水流入施工現場。5/21/202577降低地下水位的方法主要有：集水井降水法、井點降水法等。●集水井降水也稱基坑排水，是指在基坑開挖過程中，在基坑底設置集水井，并在基坑底四周或中央開挖排水溝，使水流入集水井內，然后用水泵抽走的一種施工方法。(圖1.4.1)。

●特點為設備簡單，管理維護方便，主要適應于土質情況較好，地下水不很旺的情況。二、降低地下水位（一）集水井降水5/21/202578圖1.4.1集水井降水1-排水溝；2-集水井；3-反濾層；4-進水口；5-撐杠；6-豎撐板；7-撐板5/21/2025791-水泵；2-排水溝；3-集水井；4-排水管；5-降落曲線；6-水流曲線5/21/202580集水井應設置在基礎范圍以外，地下水走向的上游。根據地下水量大小、基坑平面形狀及水泵能力，集水井每隔20～40m設置一個。直徑和寬度0.6～0.8m；深度低于挖土面0.7～1m；集水井底低于基坑底1～2m；井底鋪碎石濾水層，坑壁加固以免泥砂流失。1.集水井設置5/21/202581●靜水中有靜水壓力，動水中有動水壓力。在地下水流同樣也有壓力，它在地下水動力學中稱為“滲透壓力”。

●當坑底和地下水面存在水頭差，水在滲流過程中受到土粒的阻力（T），而水則對土粒產生一種反力（GD），這種反力叫做動水壓力。動水壓力GD的大小與水力坡度成正比，如圖1.4.2所示。2.流砂及其防治(1)流砂產生的原因5/21/202582

圖1.4.2動水壓力原理圖（a）水在土中滲流的力學現象；（b）動水壓力對地基土的影響1、2－土顆粒

T－單位土體阻力

，GD＝－T5/21/202583式中GD

—動水壓力(kN/m3)；

γw

—水的重力密度；

I—水力坡度(等于水位差除以滲流路線長度)。●由上式可以看出，動水壓力GD與水力坡度I成正比，水位差越大，動水壓力越大，而滲透路程越長，動水壓力越小。5/21/202584

●產生流砂現象主要是由于地下水的水力坡度大，即動水壓力大，而且動水壓力的方向（與水流方向一致）與土的重力方向相反。因此，土不僅受到水的浮力，而且受到動水壓力的作用，有向上舉的趨勢，如上圖所示。

●當動水壓力等于或大于土的浸水密度時，土顆粒處于懸浮狀態(tài)，并隨地下水一起涌入基坑，即發(fā)生流砂現象。即：

●流砂宜發(fā)生在細砂、粉砂、亞砂土中。在粗大砂礫中，因孔隙大，水在其間流過時阻力小，動水壓力也小，不易出現流砂。（1.4.2）5/21/202585

●

此外當基坑坑底位于不透水層內，而其下面為承壓水的透水層，基坑不透水層的覆蓋厚度的重量小于承壓水的頂托力時，基坑底部便可能發(fā)生管涌現象(圖1.4.3)，即：式中H——壓力水頭(m)；

h——坑底不透水層厚度(m)；

rw——水的重力密度(1000kg/m3)；

r——土的重力密度(kg/m3)。（1.4.3）5/21/202586圖1.4.3管涌冒砂1－不透水層；2－透水層；3－壓力水位線；4－承壓水的頂托力

●發(fā)生流砂現象的重要條件是動水壓力的大小與方向。防止流砂的途徑減小或平衡動水壓力；設法使動水壓力的方向向下；增加滲流路線和截斷地下水流。（2）流砂的防治

5/21/202587●防治流砂的主要措施如下：①在枯水期施工，減少動水壓力；②拋大石塊，以平衡動水壓力；③打板樁，增加水流途徑，減少動水壓力；④水下挖土，平衡或減少動水壓力；⑤井點降低地下水位，使動水壓力向下；⑥攪拌樁或地下連續(xù)墻，截水，支承土水壓力。

（3）防治流砂的主要措施5/21/202588

●井點降水法是在基坑開挖前，預先在基坑四周埋設一定數量的濾水管(井)，利用抽水設備從開挖前和開挖過程中不斷地抽水，使地下水位降低到坑底以下，直至基礎工程施工完畢。●各類井點適應土層的滲透系數，降低水位深度參照表1.4.1選用。井點降水的方法有：噴射井點電滲井點管井井點深井井點等選用土層的滲透系數降低水位的深度設備條件經濟性比較（二）井點降水法5/21/202589井的類別土層滲透系數K(m/d)降低水位深度（m）單層輕型井點0.1～503～6多層輕型井點0.1～506～12噴射井點（基坑較深）0.1～28～20電滲井點（淤泥排水）<0.1根據井點確定管井井點（單獨一個水泵）20～2003～5深井井點（設置潛水泵）10～250>15表1.4.1各類井點的適用范圍5/21/202590

●輕型井點是沿基坑四周每隔一定距離埋入井點管(下端為濾管)至地下蓄水層內，井點管上端通過彎聯管與總管連接，利用抽水設備將地下水從井點管內不斷抽出，使原有地下水位降至坑底以下(如圖1.4.4所示)。

1.輕型井點

5/21/202591圖1.4.4輕型井點全貌圖1－井點管；2－濾管；3－集水總管；4－彎聯管；5－水泵房；6－原地下水線；7－降低后的地下水位線輕型井點降水.exe點5/21/202592

●輕型井點設備主要是由井點管、濾管、集水總管及抽水機組等組成。井點管

井點管直徑為38～50mm、長為5～7m（一般為6m）；下端配有外徑38～51mm，長1.0～1.2m濾管；濾管上的濾孔面積占表面積20％～25％；下端為鑄鐵頭。其構造如圖1.4.4b所示。集水總管集水總管為內徑127mm的無縫鋼管；每段長4m，上面裝有與井點管連接的短接頭；接頭間距0.8m、1.2m、1.6m、2.0m。（1）輕型井點設備5/21/202593圖1.4.4井點管的構造a)井點管；b)濾管構造；c)井點管壁眼孔布置1－井點濾管；2－濾孔；3－塑料繩骨架；4－纖維網眼布；5－篩絹5/21/2025941）平面布置基坑寬度小于6m，降水深度不大于5m，單排井點布置在地下水流上游；基坑寬度大于6m或土質不良，雙排線狀井點，布置在地下水流上游；基礎面積較大，環(huán)形井點，并在四角加密；井點管距井壁邊緣保持在0.7～1m，間距一般為0.8～1.6m。

●單排井點和環(huán)形井點的布置方式見圖1.4.5和圖1.4.6.（2）輕型井點布置

5/21/202595圖1.4.5單排井點1－集水總管；2－井點管；3－抽水設備圖1.4.6環(huán)形井點1－集水總管；2－井點管；3－抽水設備H25/21/2025962）高程布置

●輕型井點的降水深度，在井點管底部(不包括濾管)處，一般不超過6m。對井點系統進行高程布置時，應考慮井點管的標準長度，井點管露出地面的長度(約0.2～0.3m)，以及濾管必須在透水層內。

●井點管的埋設深度H1，可按下式計算(圖1.4.6)：式中—井點管埋置面至基坑底面的距離(m)；—基坑底面至降低后的地下水位線的距離，一般取0.5～1m；—水力坡度，單排井點取1／4，環(huán)形井點取1／10；—井點管至基坑中心的水平距離(m)。5/21/202597

●單層輕型井點系統所能降低的水位，一般為3～6m。當用一層輕型井點達不到降水深度要求時，可采用二層輕型井點(圖1.4.7)，即先挖去第一層井點降水后所排干的土，然后再在其底部裝設第二層井點。1－第一層井點管；2－第二層井點管；3－原地下水位線；4－降低后的地下水位線圖1.4.7二層輕型井點5/21/202598

●井點計算由于受水文地質條件和井點設備等許多不易確定的因素影響，目前計算出的數值只是近似值。

●井點系統的涌水量按水井理論進行計算。輕型井點的計算內容涌水量計算；井點管數量與間距確定；抽水設備選擇等。（3）輕型井點計算

5/21/202599

●水井根據其井底是否到達不透水層，分為完整井與非完整井。井底到達不透水層的稱為完整井；否則為非完整井。（a）無壓完整井－井底到達不透水層，且地下水無壓力（圖1.4.8a）；

（b）無壓非完整井－井底未到達不透水層，且地下水無壓力（圖1.4.8b）；

1）水井的類型

5/21/2025100（c）承壓完整井－井底到達不透水層，兩不透水層間為有壓地下水（圖1.4.8c）；

（d）承壓非完整井－井底未到達不透水層，兩不透水層間為有壓地下水（圖1.4.8d）5/21/2025101圖1.4.8水井類型a)無壓完整井；b)無壓非完整井；c)承壓完整井；d)承壓非完整井5/21/2025102

●目前計算輕型井點所用公式都有一定的使用條件。

●一般適應于基坑的長寬比小于或等于5；寬度小于或等于2倍抽水影響半徑（B≤2R）。●若矩形基坑長寬比大于5，或基坑寬度大于2倍抽水影響半徑時；應將基坑分成幾小塊，使其符合計算公式使用條件，分別計算涌水量再相加。

2)確定基坑的計算圖形面積

5/21/20251033）涌水量計算①無壓完整井單井涌水量計算●井點系統理論計算，是以法國水力學家裘布依的水井理論為基礎。

●根據該理論，當均勻在井內抽水時，井內水位開始下降，而周圍含水層中的潛水流向水位降低處。

●經過一段時間，井周圍的水面由水平變成彎曲水面，最后趨于穩(wěn)定，成為向井傾斜的水位降落漏斗。5/21/2025104

●根據達西直線滲透公式，無壓完整井單井的涌水量Q為：（1.4.5）式中：Q―單井涌水量（m3/d）；

H—含水層厚度(m)；

R―抽水影響半徑(m)；

r―水井半徑(m)；

h―井內水深(m)；

K―滲透系數(m／d)。5/21/2025105

●設水井水位降低值S＝H-h，得h＝H－S；代入式(1.4.5)后則得無壓完整井單井涌水量計算公式：（1.4.6）②無壓完整井環(huán)狀井點系統(群井)涌水量計算

●井點系統是由許多井點同時抽水，各個單井水位降落漏斗相互影響，每個井的涌水量比單獨抽水時小，所以總涌水量并不等于各個單井涌水量之和。5/21/2025106

當基坑的長寬比小于或等于5；寬度小于或等于2倍抽水影響半徑（B≤2R），可將矩形井點系統換算成一個假想半徑為圓形井點系統計算，其涌水量計算公式為：（1.4.7）

式中Q—井點系統總涌水量(m3／d)；

k—土的滲透系數(m／d)，可由實驗室或現場抽水試驗確定；

H—含水層厚度(m)，S—水位降低值(m)；R—環(huán)狀井點系統的抽水影響半徑(m)；可近似按下述經驗公式計算：5/21/2025107（1.4.8）x0—環(huán)形井點系統的假想半徑(m)，可按下式計算：（1.4.9）上式中，F為環(huán)狀井點系統所包圍的面積(m)。5/21/2025108③無壓非完整井環(huán)狀井點系統涌水量計算

●在實際工程中往往會遇到無壓非完整井的井點系統，如圖1.4.8b所示。這時地下水不僅從井的側面流入，還從井底滲入。因此涌水量要比完整井大。

●精確計算比較復雜，為了簡化計算仍可采用公式(1.4.6)。此時式中含水層厚度H換成有效深度H0，H0值系經驗數值，可查表1.4.2。

●但是要注意，如果算得的H0值大于實際含水層厚度H時，則仍取H值。無壓非完整井環(huán)狀井點系統涌水量計算公式為：5/21/2025109（1.4.10）式中H0—含水層有效深度(m)

K、S、R、x0同上。表1.4.2有效深度H0值S’/(s’+l)0.20.30.50.8H01.3(s’+l)1.5(s’+l)1.7(s’+l)1.85(s’+l)注：s‘－井管處水位降低值；l－濾管長度5/21/20251103）井點管數量與井距的確定

●井點管的數量n，根據井點系統涌水量Q和單根井點管最大出水量q，按下式計算：（1.4.1）式中：—濾管直徑（m）；—濾管長度(m)。5/21/2025111

●井點管間距D，按下式計算：式中L—總管長度(m)

●輕型井點系統的施工，主要包括施工準備、井點系統安裝與使用。

●井點系統的安裝順序是：挖井點溝槽、鋪設集水總管→沖孔、沉設井點管、灌填砂濾料→用彎聯管將井點管與集水總管連接→安裝抽水設備→試抽。

(4)輕型井點施工

5/21/2025112●

井點管的沉設方法，常用的有下列兩種：

a)用沖水管沖孔后，沉設井點管；b)直接利用井點管水沖下沉。圖1.4.9沖水管沖孔法沉設井點管(a)沖孔；（b）埋管1－沖管；2－沖嘴；3－膠皮管；4－高壓水泵；5－壓力表；6－起重機吊鉤7－井點管；8－濾管；9－填砂；10－粘土封口沖管直徑50～70mm；長度比井點管長1.5m；水壓0.6～1.2MPa；孔徑不小于300mm；沖孔深度比濾管底部低0.5m。H:\3(輕型井點）.swf輕型井點）.swf5/21/2025113

●井孔沖成后，應立即拔出沖水管，插入井點管，并在井點管與孔壁之間，填灌干凈粗砂做砂濾層，砂濾層厚度一般為60～100mm，填灌高度至少達到濾管頂以上1～1.5m，以保證水流暢通。上端地面處0.5~1間用粘土填實封口。

●井點管使用時應連續(xù)抽水，否則井管易堵塞或使邊坡塌方。

5/21/2025114

［例1.4.1］某工程基坑開挖(圖1.4.10)，坑底平面尺寸為20×15m2，天然地面標高為±0.00，基坑底標高為-4.2m，基坑邊坡坡度為1：0.5。土質為：地面至-1.5m為雜填土，-1.5m至-6.8m為細砂層，細砂層以下為不透水層。地下水位標高為-0.70m，經揚水試驗，細砂層滲透系數K=18m／d，采用輕型井點降低地下水位。(5)輕型井點降水設計計算例題

5/21/2025115圖1.4.10輕型井點系統布置圖

試求：1)輕型井點系統的布置；

2)輕型井點的計算及抽水設備選用。

5/21/2025116總管的直徑選用127mm，布置在±0.00標高上，基坑底平面尺寸為20×15m2，上口平面尺寸為：

井點管布置距離基坑壁為1.0m，采用環(huán)形井點布置，則總管長度：

1)輕型井點系統布置5/21/2025117

●井點管長度選用6m，直徑為50mm，濾管長為1.0m，井點管露出地面為0.2m，基坑中心要求降水深度：●采用單層輕型井點，井點管所需埋設深度：符合埋深要求。5/21/2025118

●井點管加濾管總長為7m，井管外露地面0.2m，則濾管底部埋深在-6.8m標高處，正好埋設至不透水層上。基坑長寬比小于5，因此。可按無壓完整井環(huán)形井點系統計算。輕型井點系統布置見圖1.4.10。按無壓完