建筑施工技术课程设计

绪论

一、“建筑工程技术”课程的研究对象和任务

建筑业在国民经济发展和四个现代化建设中起着举足轻重的作用。从投资来看，国家用于建筑安装工程的资金，约占基本投资总额的60﹪左右。另一方面，建筑业的发展对于其他行业起着重要的促进作用，他每年要消耗大量的钢材、水泥地方性建筑材料和其他国民经济部门的产品；同时建筑业的产品有为人民生活和其他国民经济服务，为国民经济的各部门扩大再生产创造必要的条件。建筑业提供的国民收入也居国民经济各部门的前列。目前，不少国家已将建筑业列为国民经济的支柱产业。在我国，随着“四化”建设的发展，改革开放政策的深入贯彻，建筑业的支柱作用，也正日益得到发挥。

一栋建筑的施工是一个复杂的过程。为了便于组织施工和验收，我们将常见的施工化分为若干分部和分项工程。一般民用建筑按工程的部位和施工的先后次序将一栋建筑的土建工程划分为地基与基础工程、主体结构工程、建筑屋面工程、建筑装饰装修工程等四个部分。按施工工种不同分土石方工程、砌筑工程、钢筋凝土工程、结构安装工程、屋面防水工程、装饰工程等分项工程。一般一个部分工程有若干不同的分项工程组成。如地基与基础分布是由土石方工程、砌筑工程、钢筋凝土工程、等分项工程组成。 每一个工程的施工，都可以采取不同的施工方案、施工技术和机械设备以及不同的劳动组织和施工组织方法来完成。“建筑工程技术”就是以建筑工程施工中不同工程施工为研究对象，根据其特点和规模，结合施工地点的地质水文条件、气候条件、机械设备和材料供应等客观条件，运用先进技术，研究其施工规律保证工程质量，做到技术和经济的统一。即通过对对建筑工程主要工种施工的施工工艺原理和施工方法，保证工程质量和施工安全措施的研究，选择经济、合理的施工方案，并掌握工程质量验收标准及检查方法，保证工程按期完成。

二、建筑施工技术发展简介

古代，我们的祖先在建筑技术上有着辉煌的成就，如殷代用木结构建造的宫室，秦朝所修筑的万里长城，唐代的山西五台山佛光寺大殿，辽代修建的山西应县66m高的木塔及北京故宫建筑，都说明了当时我国的建筑技术已达到了相当高的水平。

新中国成立50多年来，随着社会主义的建设事业的发展，我国的建筑施工技术也得到了不断的发展和提高。在施工技术方面，不仅掌握了大型工业建筑、多层、高层民用建筑与公共建筑施工的成套技术，而且在地基处理和基础工程施工中推广了钻空灌注桩、旋喷桩、挖孔桩、振冲法、深层搅拌法、强夯法、地下连续墙、土层锚杆、“逆作法”施工等新技术。在现浇混凝土模板工程中推广

应用了爬坡、滑模台模、筒子模、隧道模、组合钢模、大模板早拆模板体系。粗钢筋连接应用了电渣压力焊、钢筋气压焊、钢筋冷压连接、钢筋螺纹连接、等先

进连接技术。混凝土工程采用了泵送混泥土、喷射混凝土、高强混凝土、以及混凝土制备和运输的机械化、自动化设备。在预制构建方面，不断完善了挤压成型、热板热模、立窑和折线形隧道窑养护等技术。在预应力混泥土方面，采用了无粘结工艺和整体预应力结构，推广了高效预应力混凝土技术，使我国预应力混凝土的发展从构件生产阶段进入了预应力结构生产阶段。在钢结构方面，采用了高层钢结构技术、空间钢结构技术、钢筋混凝土组合结构技术、高强度螺栓连接与焊接技术和钢结构防护技术。在大型结构吊装方面，随着大跨度结够与高耸结构的发展，创造了一系列具有中国特色的整体吊装技术。如集群千斤顶的同步整体提升技术，能把数百吨甚至数千吨的重物按预定要求平稳整体的提升安装就位。在整体改革方面，利用各种工业废制成了粉煤灰矿渣混凝土大板、膨胀珍珠岩混凝土大板、煤渣灰混凝土大板、粉煤灰陶粒混凝土大板、等各种混泥土大型墙板，同时发展了混凝土小型空心砌块建筑体系、框架轻墙建筑体系、外墙保温隔热技术等，使墙体改革有了有了新的突破。近年来，激光技术在建筑施工导向、对中和测量以及液压滑升模板操作平台自动调平装置上得到应用，。是工程施工得到应用，是工程施工精度得到提高，同时又保证了工程质量。另外，电子计算机、工艺理论、装饰材料等方面，也掌握和开发许多新的施工技术，有力地推动了我国建筑施工技术的发展。

但是，我国目前的施工技术，与发达国家的一些先进技术相比，还存在一定的差距，，特别是在机械化施工水平、新材料的施工工艺及微机系统的应用等方面，尚需加倍努力，加快实现建筑施工现代化的步伐。

三、本课程的学习要求

建筑施工技术是一门综合性很强的职业技术课。它与建筑材料、房屋建筑构造、建筑测量、建筑力学、建筑结构、地基与基础、建筑机械、施工组织设计与管理、建筑工程计算与计价等课程有直接的关系，他们既相互联系，又相互影响，因此，要学好建筑施工技术课，还应学好上述相关课程。

建筑工程施工要加强技术管理，贯彻统一的“施工质量验收规范”，认真学习相关的“施工工艺指南”不断提高施工技术水品，保证工程质量，降低工程成本。我们除了要学好上述相关课程外，还必须认真学习国家办法的建筑工程施工及验收规范，这些规范是国家的验收标准，是我国建筑科学技术和实践经验的结晶，也是全国建筑界所有人员应共同遵守的追则。

由于本学科设计的知识面广、实践性强，而且技术发展迅速，学习中必须坚持理论联系实践的学习方法。除了对课讲授的基本理论、基本知识加强理解和掌握外，还应利用幻灯、录像等电话教学手段进行直观教学，并应重视习题和课程设计、现场教学、生产实习、技能训练等实践性环节，让学生应用所学的施工技术知识来解决实际工程中的一些问题，做到学以致用。

第一章 土 方 工 程

【学习重点】掌握土方工程施工的施工特点及土的性质；能进行土方工程计算；能正确选用土方开挖时边坡的支护方法；能根据土方工程条件正确选择降水、排水方法；能正确选择土方施工机械，正确选择地基回填土的填方土料及填筑压实方法；分析影响填土压实的主要因素；掌握填土压实质量的检查方法。

工业与民用建筑工程施工中常见的土方工程有：场地平整，基坑(槽)与管沟的开挖，人防工程及地下建筑物的土方开挖，路基填土及碾压等。土方工程的施工有土的开挖或爆破、运输、填筑、平整和压实等主要施工过程，以及排水、降水和土壁支撑等准备工作与辅助施工工作。

第一节 概 述 一、 土方工程的施工特点

土方工程施工具有工程量大，施工工期长，施工条件复杂，劳动强度大的特点。建筑工地的场地平整，土方工程量可达数百立方米以上，施工面积达数平方公里，大型基坑的开挖，有的深达20多米。土方施工条件复杂，又多为露天作业，受气候、水文、地质等影响较大，难以确定的因素较多。因此在组织土方工程施工前，必须做好施工组织设计，选择好施工方法和机械设备，制定合理的土方调配方案，实行科学管理，以保证工程质量，并取得好的经济效果。

二 、土的工程分类 土的分类方法较多，如根据土的颗粒级配或塑性指数分类；根据土的沉积年代分类和根据土的工程特点分类等。而土的工程性质对土方工程施工方法的选择、劳动量和机械台班的消耗及工程费用都有较大的影响，因高度重视。在土的施工中，根据土的坚硬程度和开挖方法将土分为八类（表1-1）

三、土的基本性质

（一）土的组成

土一般有土颗粒（固相）、水（液相）、和空气（气相）三部分组成，这三部之间的比例关系随着周围条件的变化而变化，三者互相间比例不同，反映出土的物理状态不同，如干燥、稍湿或很湿，密实、稍密或松散。这些指标是最基本的物理性质指标，对评价土的工程性质，进行土的工程分类据有重要意义。

土的三相物质是混合分布的，为阐述方便，一般用三相图（图1-1）表示，三向图中，把土的固体颗粒、水、空气各自划分开来。 （二）土的物理性质 1.土的可松性与可松性系数

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，这种现象称为土的可松性。土的可松性用可松性系数表示：即： 最初可松性系数：

最后可松系数：

式中ks、ks??—土的最初?最后可松性系数；

V1—土在天然状态下的体积（m3）; V2—土挖后松散状态下的体积（m3）; V3—土经压（夯）实后的体积（m3）；

可松性系数对土方的调配，计算土方运输量都有影响。各类土的可松性系数见表1-1。

2.土的天然含水量

在天然状态下，土中水的质量与固体颗粒质量之比的百分率叫土的天然含水量，反映了土的干湿程度，用w表示，即：

式中 mw—土中水的质量(kg) ms—土中固体颗粒的质量(kg)

3.土的天然密度和干密度

土在天然状态下单位体积的质量，叫土的天然密度（简称密度）。一般黏土的密度约为1800~2000 kg/ m3，砂土约为1600~2000 kg/ m3.土的密度按下式计算：

干密度是土的固体颗粒质量与总体积的比值，用下式表示：

式中 p、pd—分别为土的天然密度和干密度； m—土的总重量（kg） V—土的体积（m3）

4土的孔隙比和空隙率

土的孔隙比和空隙率反应了土的密实程度。孔隙比和空隙率越小土越密实。

孔隙比e是土的孔隙体积vv与固体体积vs的比值，用下式表示： 空隙率n是土的孔隙体积vv与总体积v的比值，用百分率表示：

5土的渗透系数

土的渗透系数表示单位时间内水穿透土层的能力，以m/d表示。根据土的渗透系数不同，可分为透水性土（如砂土）和不透水性土（如黏土）。它影响施工降水与排水的速度，一般图的渗透系数见表1-2.

第二节 土方工程量计算及土方调配

在土方工程施工之前，必须计算土方的工程量。但各种土方工程的外形有时很复杂，而

且不规则。一般情况下，将其划分成为一定的几何形状，采用具有一定精度而又和实际情况

近似的方法进行计算。

一、 基坑

基坑土方量可安立体几何中的拟柱体体积公式计算。既 式中H—基坑深度(m)；

A1`A2—基坑上，下的底面积(m2)； A0—基坑中截面的面积(m2)。

基槽和路堤管沟的土方量可以沿长度方向分段后，再用同样方法计算。既：

式中 Vi— 第i段的土方量(m3);

Li—第i段的长度(m)。

将各段土方量相加既得总土方量V总：

二、 场地平整土方量计算

场地平整是将现场平整成施工所要求的设计平面。场地平整前，首先要确定场地设计标高，

计算挖、填土方工程量，确定土方平衡调配方案。并根据工程规模，施工期限，土的性质及

现有机械设备条件，选择土方机械拟定施工方案。

（一） 场地设计标高的确定

确定场地设计标高时应考虑以下因素：

1、 满足建筑规划和生产工艺及运输的要求；2尽量利用地形，减少挖填方数量；3场地内的挖、填土方量力求平衡，使土方运输费用最少；4有一定的排水坡度，满足排水要求。

如设计文件对场地设计标高无明确规定和特殊要求，可参照下述步骤和方法确定：

1初步计算场地设计标高的原则是场地内挖填方平衡，既场地内挖方总量等于填方总量。

如图1-4所示，将场地地形图划分为边长a=10~40m的若干个方格。每个方格的角点标高，在地形平坦时，可根据地形图上相连两条等高线的高程，用插入法球得；当地形起伏较大（用插入法有较大错误）或无地形图时，则可在现场用木庄打好方格网，然后用测量的方法求得。

按照挖填平衡原则，场地设计标高可按下式计算： 式中N—方格数。

由图1-4可见，系一个方格的角点标高；系相邻两个方格公共角点标高；则系相邻的四个方格的公共角点标高。如果将所有方格的四个角点标高相加，则类似这样的角点标高相加一次，类似的角点加两次，类似的角点标高加四次。因此，上式可改写为:

式中H1—一个方格独有的角点标高； H2—两个方格共有的角点标高；

H3—三个方格共有的角点标高； H4—四个方格共有的角点标高。

2场地设计标高的调整

按式（1-11a）或（1-11b）计算的设计标高系一理论值，实际上还需考虑以下因素进行调整：

（1） 由于具有可松性，按H0进行施工，填土将有剩余，必要时可相应地提高设计标高。

（2） 由于设计标高以上的填方工程用土量，或设计标高以下的挖方工程挖土量的影响，使设计标高降低或提高。

（3） 由于边坡挖填放量不等，或经过经济比较后将部分挖方就近弃于场外、部分填方就近从场外取土而引起挖填土方量的变化，须相应地增减设计标高。

3考虑泄水坡度对角点设计标高的影响

按上述计算及调整后的场地设计标高进行场地平整时，则整个场地将处于同一水平面，但实际上有与排水的要求，场地表面均应有一定的泄水坡度。因此，应根据场地泄水坡度的要求（单向泄水或双向泄水），计算出场地内各方格角点实际施工时所采用的设计标高。

（1） 单向泄水时，场地各点设计标高的要求 场地用单向泄水时，以计算出的设计标高作为场地中心线（与排水方向垂直的中心线）的标高，场地内任意一点的设计标高为：Hn=H0±Li 式中 Hn—场地内任意一点的设计标高； L—该点至场地中心线的距离； i—场地泄水坡度（不小于2‰）。

例如：图1-5中H52点的设计标高为:H52=H0-li=H0-1.5ai

(2)双向泄水时，场地各点设计标高的要求

场地用双向泄水时，以Ho作为场地中心点的标高（图1—6），场地内任意一点

的设计标高为：

Hn=Ho±lxix±lyiy (1-13)

式中lx..ly---------该店对场地中心线x-x….y-y的距离； ix..iy---------x-x….y-y方向的泄水坡度。

例如：图1—6中场地内H42点的设计标高为： H42=Ho—1.5aix-0.5aiy

（二）场地土方量计算

大面积场地平整的土方量，通常采用方格网法计算。 即根据方格网各方格角

点的自然低面标高和实际采用的设计标高，算出相应的角点填挖高度（施工高度），

然后计算每一方个的土方量，并算出场地边坡的土方量。这样便可求得整个场地的

填...挖土方总量。其步骤如下：

1.划分方格网并计算各方格角点的 施工高度

根据已有地形图（一般用1/500的地形图）划分成若干个方格网，尽量使方格网与测量的 纵..横坐标网对应，方格的边长一般采用通20~40m，将设计标高和自各方格角点的施工高度按下式计算：

Hn=Hn-H (1---14)

式中h-------角点施工高度，即填挖高度。以“+”为填，“-”为挖；

Hn-----角点的设计标高（若无泄水坡度时，即为场地的设计标高）； H------角点的自然地面标高。 2.计算零点位置

在一个方格网内同时有填方或挖方时，要先算出方格网的零点位置，并标注于方格网上，

连接零点就得零线，它是填方区的分界线（图1-7）。 零点的位置按下式计算：

式中X1…X2----------角点至零点的距离（m） H1…h2----------相邻两角点的施工高度（m），均用绝对值 a--------方格网的边长（m）

在实际工作中，为省略计算，常采用图解法直接求出零点，如图1-8所示，用尺在各角上标出相应比例，用尺相连，与方格相交点即为零点位置，此法堪为方便，同时可避免计算或查表出。

4.边坡土方量计算

边

坡的土方量可以划分为两种近似几何形体计算，一种为三角锥体，另一种为三角棱柱体，其计算公式如下：

（1） 三教龄椎体边坡体积

三教龄椎体边坡体积（图1-9中的）计算公式如下：

V1=1/3A1L1 （1-16）

式中L1----边坡的长度；

A1----边坡的端面积，即

A1=h2(mh2)/2=mh2^2/2 (1-17)

H2--------焦点的挖土高度

m---------边坡的坡度系数，m=宽/高。

（2）三角棱柱体边坡体积

三角棱柱体边坡体积（图1-9中的）计算公式如下：

V4=((A1+A2)/2)L4 (1-18a)

当两端横断面面积相差很大的情况下，则

V4=L4/6(A1+4A0+A2) （1-18b）

式中 L4----边坡的长度；

A1..A2..A0--------边坡两端及中部的 横断面积，算法同上（图1-9剖面系近似表示，实际上，地表面不完全是水平的）。

5．计算土方总量

将挖方区（或填方区）的所有方格土方量和边坡土方量汇总后即得场地平整挖（填）方的工程量。

【例】 某建筑场地地形图和方格网（a=20m），如图1-10所示。土质为粉质黏土，场地设计泄水坡度：ix3%,iy=2%。建筑设计，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）。

【

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，用插入发求得。如求角点 4的地面标高（H4），由图1-11有： hx:0.5=x:l hx=0.5/lx 则

H4=44.00+hx

为了避免繁琐的计算，通常采用图解法（图1-12）。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根等距离的平行线将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H4=44.34m。其余各角点标高均可用图解法求出。本各方格角点标高如图1-13所示中地面标高各值。

（2） 计算场地设计标高H0

（3） 计算方格角点的设计标高 以场地中心角点8为H0（图1-13），由已知泄水坡度LX和LY，各方格角点设计标高按式（1-13）计算：

其余各角点设计标高算法同上，其值见图1-13中设计标高诸值。 （4） 计算角点的施工高度

用式（1-14）计算，各角点的施工高度为：

其余各角点施工高度详见图1-13中施工高度诸值。 （5） 确定零线

首先求零线点，有关方格边线上零点的位置由式（1-15）确定。2~3角点连线零点距角点2的距离为： 同理求得：

相邻零点的连线即为零线（图1-13）。 （6） 计算土方量

根据方格网挖填图形，按表1-3所列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：

同样计算得：方格1-2，2-3各有两个角点为挖方；另两角点为填方，按梯形公式计算，其土方量为：同理：

方格网2-2，2-4为一个角点填方（或挖方）和三个角点挖方（或填方），分别按三角形和五角形公式计算，其土方量为：同理：将计算出的土方量填入相应的方格中（图1-13）。场地各方格土方量总计;挖方555.15m3：填方549.91m3。 三2土方调配

土方量计算完成后，即可着收土方的调配，就是对挖方的利用，堆土和填方的取得三者之间的关系进行综合协调的处理。好的土方调配方案，应该是使土方运输量或费用达到最小，而且又能方便施工。 （一）土方调配原则

（1） 应力求达到挖方与填方基本平衡和就近调配，使挖方量与运距的乘

积之和尽可能为最小，即土方运输量或费用最小。

（2） 土方调配应考虑近期施工与后期利用相结合的原则，考虑分区与全

场相结合的原则，还应尽可能与大型地下建筑物的 施工相结合，以避免重复挖运和场地混乱。

（3） 合理布置挖，填方分区线，选择恰当的调配方向，运输路线，使土

方机械和运输车辆的性能得到充分发挥。

（4） 好土用在回填质量要求高的地区。

（5） 土方平衡调配应尽可能与城市规划和农田水利相结合，将余土一次

性运到指定弃土场，做到文明施工。

总之，进行土方调配，必须根据现场具体情况，有关技术资料，工期要求，土方施工法与运输方法综合考虑，并按上述原则，经计算比较，来选择经济合理的调配方案。

（二）土方调配图表的编制

场地土方调配，需作成相应的土方调配图表，如图1-14所示，其编制的方法如下：

1. 划分调配区

在划分调配区时应注意：

（1） 调配区的划分应与房屋或构筑物的位置想协调，满足工程施工顺

序和分期分批施工的要求，使近期施工与后期利用相结合。

（2） 调配区的大小应使土方机械和运输车辆的功效得到充分发挥。 （3） 当土方运距较大或场区内土方不平衡时，可根据附近地形，考虑

就近借土或就近弃土，每一个借土区或弃土区均可作为一个独立的调配区。

2. 计算土方量

按前述计算方法，求得各调配区的挖方量，并标写在图上。 3. 计算调配区之间的平均运距

平均运距即挖方区土方重心的距离。因此，确定平均运距需先求出各个调配区土方重心。其方法如下：

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：

式中 X-,Y----------挖或填方调配区的重心坐标； V-----------各个方格的土方量； X,y-------------各个方格的重心坐标。

为了简化计算，可用作图法近似地求出形心位置来代替重心位置。

重心求出后，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距离。 4. 确定土方最优调配方案

最优调配方案的确定，是以线性规划为理论基础的，常用“表上作业法”求得。

5．绘制土方调配图、调配平衡表

根据表上作业法求得的最优调配方案，在场地地形图上绘出土方调配图，图上应标出土方调配方向，土方数量及平均运距，如图1-14所示。

除土方调配图外，还应列出土方量调配平衡表，表1-4是按图1-14所示调配方案编制的土方量调配平衡表

。第三

节 施工准备与辅助工作 一、施工准备

土方开挖前需做好下列主要准备工作： 1、场地清理

场地清理包括拆除房屋、古墓，拆迁或改建通讯、电力线路、上下水道以及其他建筑物，迁移树木，去除耕植土及荷塘淤泥等工作。 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，便于土方施工。

地面水的排除一般采用排水沟、截水沟、挡水土坝等措施。

应尽量利用自然地形来设置排水沟，使水直接排至场外，或流向低洼处再用水泵抽走。主排水沟最好设置在施工区域的边缘或道路的两旁，其横断面和纵向坡度应根据最大流量确定。一般排水沟的横断面不小于0.5m*0.5m，纵向坡度一般不小于千分之三。平坦地区，如排水困难，其纵向坡度不小于千分之二，沼泽地区可减至千分之一。场地平整过程中，要注意排水沟保持通畅。

山区的场地平整施工，应在较高一面的山坡上开挖截水沟。在低洼地区施工时，除开挖排水沟外，必要时应修筑挡水土坝，以阻挡雨水的流入。 3、修筑临时设施

修筑临时道路、供水、供电及临时停机棚与修理间等临时设施。 二、土方边坡与土壁支撑

为了防止塌方，保证施工安全，在基坑开挖深度超过一定限度时，土壁应做好有斜率的边坡，或者加以临时支撑以保持土壁的稳定。 （一）土方边坡

土方边坡的坡度是以土方挖方深度H与放坡宽度B之比表示。

土方边坡的大小主要与土质、开挖深度、开挖方法、边坡留置时间的长短、边坡附近的各种荷载状况及排水情况有关。当地质条件良好，土质均匀且地下水位低于基坑或管沟底面标高时，挖方边坡可做成直立壁不加支撑，但深度不宜超过下列规定：

密实、中密的砂土和碎石类土 1.0m 硬塑、可塑的粉土及粉质粘土 1.25m 硬塑、可塑的黏土和碎石类土 1.5m 坚硬的黏土 2m

挖方深度超过上述规定时，应考虑放坡或做成直立壁加支撑。

当地质条件良好，土质均匀且地下水位低于基坑或管沟底面标高时，挖方深度在5m以内不加支撑的边坡的最陡坡度应符合表1-5

永久性挖方边坡应按设计要求放坡。对临时性挖方边坡值应符合表1-6

（二）土壁支撑

在基坑或沟槽开挖时，为了缩小施工面，减少土方量或因受场地条件的限制不能放坡时，可采用设置土壁支撑的方法施工。

开挖较窄的沟槽多用横撑式支撑。横撑式支撑根据挡土板的不同，分为水平挡土板和垂直挡土板两类，前者的不知又分断续式和连续式两种。湿度小的粘性土挖土深度小于3m 时，可用断续式支撑；松散、湿度大的图可用连续式水平挡土板支撑，挖土深度可达5m。对松散和湿度很大的土可用垂直挡土板式支撑，挖土深度不限。

采用横撑式支撑时，应随挖随撑，支撑要牢固。施工中应经常检查，如有松

动、变形等现象时，应及时加固或更换。支撑的拆除应按回填顺序依次进行，多层支撑应自下而上逐层拆除，随拆随填。 三、土方工程施工排水与降低地下水位

在开挖基坑、地槽、管沟或其他土方时，土的含水层常被切断，地下水将会不断地渗入坑内。雨季施工时，地面水也会流入坑内。为了保证施工的正常进行，防止边坡塌方和地基承载能力的下降，必须做好基坑降水工作。降水方法分明排水法和人工降低地下水位法两类。 （一）明排水法

在基坑或沟槽开挖时，采用截、疏、抽的方法来进行排水。开挖时，沿坑底

周围或中央开挖排水沟，再在沟底设集水井，使基坑内的水经排水沟流向集水井，然后用水泵抽走。

基坑周围的排水沟及集水井应设置在基础范围以外，地下水流的上游。明沟排水的纵坡宜控制在千分之一到千分之二；集水井应根据地下水量、基坑平面形状及水泵能力，每隔20~40m设置一个。

集水井的直径或宽度，一般为0.7~0.8m。其深度随着挖土的加深而加深，而始终低于挖土面0.8~1.0m。井壁可用竹、木等简易加固。

当基坑挖至设计标高后，井底应低于坑底1~2m，并铺设0.3m碎石滤水层，以免在抽水时将泥沙抽出，并防止井底的土被搅动。

明排水法由于设备简单和排水方便，采用较为普遍，但当开挖深度大、地下水位较高而土质又不好时，用明排水法降水，挖至地下水水位以下时，有时坑底下面的土会形成流动状态，随地下水涌入基坑。这种现象称为流砂现象。发生流砂时，土完全丧失承载能力。使施工条件恶化，难以达到开挖设计深度。严重时会造成边坡塌方及附近建筑物下沉、倾斜、倒塌等。总之，流砂现象对土方施工和附近建筑物有很大危害。 1、流砂产生的原因

如图1-18所示的实验说明。由于高水位的左端与低水位的右端之间存在压力差，水经过长度为L，断面积为F的土体由左端向右端渗流（图1-18a）

Gd称为动水压力，其单位为N/cm2.由上可知，动水压力的大小与水力坡度成正比，即水位差h1-h2愈大，则动水压力愈大；而渗透路程l愈长，动水压力愈小；动水压力的作用方向与水流方向相同。当水流在水位差的作用下对土颗粒产生向上压力时，动水压力不但使土粒受到水的浮力，而且还使土粒受到向上推动的压力。如果动水压力等于或大于土的饱和密度p`时则土粒处于悬浮状态，土的抗剪强度等于零，土粒能随着渗流的水一起流动，这种现象就叫“流砂现象”。

2、易产生流砂的土

实践实验表明。具备下列性质的土，在一定动水压力作用下，就有可能发生流沙现象。

一、土的颗粒组成中，黏粒含量小于10%，粉粒含量大于75%。 二、颗粒级配中，土的不均匀系数小于5 三、土的天然空隙比大于0.75

四、土的天然含水量大于30%。因此，流沙现象经常发生在细砂、粉砂及粉土中。经验还表明：在可能发生流砂的土质处，基坑挖深超过地下水位线0.5m左右，就会发生流沙现象。

3、管涌现象

当基坑坑底位于布透水土层内，而不透水土层下面为承压蓄水层，坑底不透水层的覆盖厚度的重量小于承压水的顶托力时，基坑底部即可能发生涌冒现象（图1-19）

4、流砂的防治办法

颗粒细、均匀、松散、饱和的非粘性土容易发生流砂现象，但是否出现流砂现象的重要条件是动水压力的大

小和方向。在一定的条件下土转化为流砂，而在另一些条件下（如改变动水压力的大小和方向），又可将流砂转变为稳定土。因此，在基坑开挖中，防治流砂的原则是“治疏砂必治水”。主要途径有消除、减少或平衡动水压力。具体措施有：

（1）抢挖法：即组织分段抢挖，使挖土速度超过冒砂速度，挖到标高后立即铺竹筏或芦席，并抛大石块以平衡动水压力，压住流砂，此法可解决轻微流砂现象。

（2）打板桩法：将板桩打入坑底下面的一定深度，增加地下水从坑外流入坑内的渗流长度，以减小水力坡度，从而减小动水压力，防止流砂产生。

(3)水下挖土法：不排水施工，使坑内水压力与地下水压力平衡，消除动水压力，从而防止流砂产生。此法在沉井挖土下沉过程中常用。

（4）人工降低地下水位：采用轻型井点等降水，使地下水的渗流向下，水

不致渗流入坑内，又增大了土料间的压力，从而可有效地防止流砂形成。

（5）地下连续墙法：此法是在基坑周围先浇注一道混凝土或钢筋混凝土的连续墙，以支撑墙壁、截水并防止流砂产生。

此外，在含有大量地下水土层或沼泽地区施工时，还可以采取土壤冻结法等。对位于流砂地区的基础工程，应尽可能用柱基或沉井施工，以节约防治流砂所增加的费用。

（二）人工降低地下水位

人工降低地下水位，就是在基坑开挖前，预先在基坑四周埋设一定数量的滤水井，利用抽水设备从中抽水，使地下水位降落在坑底以下，直至施工结束为止。这样，可使所挖的土始终保持干燥状态，改善施工条件，同时还使动水压力方向向下，从根本上防止流砂发生，并增加土中有效应力，提高土的强度或密实度。因此，人工降低地下水位，可适当改陡边坡以减少挖土数量，但在降水过程中，基坑附近的地基土壤会有一定的沉降，施工时注意。

人工降低地下水位的方法有：轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点及深井泵等。各种方法的选用，视土的渗透系数、降低水位的深度、工程特点、设备及经济技术比较等具体条件参照表1-7选用。其中以轻型井点采用较广

1、轻型井点降低地下水位

（1）轻型井点设备：轻型井点设备由管路系统和抽水设备组成 管路系统包括：滤管、井点管、弯联管及总管。

滤管（图1-21）为进水设备，通常采用长1.0~1.2m，直径38mm或51mm的无缝钢管，管壁钻有直径为12~19mm的呈星棋状排列的滤孔，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铜丝布或塑料布滤网。为使流水畅通，在骨架管与滤网之间用塑料管或梯形钢丝隔开，塑料管沿骨架管绕成螺旋形。滤网外面再绕一层8号粗钢丝保护网，滤管下端为一锥形铸铁头。

滤管上端与井点管连接。

井点管为直径38mm或51mm、长5~7m的钢管，可整根或分节组成。井点管的上端用弯联管与总管连接。

集水总管用直径100~127mm的无缝钢管，每段长4m，其上装有与井点管连接的短接头，间距0.8m或1.2m。

抽水设备是由真空泵、离心泵和水气分离器等组成，其工作原理如图1-22所示。抽水时先开动真空泵19，将水气分离器10内部抽成一定程度的真空，使土中的水分和空气受真空吸力作用而吸出，经管路系统，再经过滤箱8进入水气分离器10。水气分离器内有一浮筒11，能沿中间导杆升降。当进入水气分离器内的水多起来时，浮筒即上升，此是即可开动离心泵24。为防止水进入真空泵，水气分离器顶装有阀门12，并在真空泵与进气管之间装有一副水气分离器16。为对真空泵进行冷却，特设一个冷却循环水泵23。

一套抽水设备的负荷长度，采用W5型真空泵时，不大于100m；采用W6型真空泵时，不大于200m。

（2）轻型井点的布置：井点系统的布置，应根据基坑大小与深度、土质、地下水位高低与流向、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，水位降低值不大于5m时，可用单排线状井点，布置在地下水流的上游一侧，两端延伸长一般不小于沟槽宽度（图1-23）。如沟槽宽度大于6m，或土质不良，宜用双排井点（图1-24）。面积较大的基坑宜用环状井点（图1-25）。有时也可布置为U形，以利挖土机和运输车辆出入基坑，环状井点四角部分应适当加密，井点管距离基坑一般为0.7~1.0m，以防漏气。井点管间距一般用0.8~1.5m，或由计算和经验确定。

2) 井点系统布置：为使总管接近地下水位和不影响地面交通，将总管埋设在地面下0.5m处，即先挖0.5m的沟槽，然后在槽底铺设总管，此时在基坑上口（+9.5m）平面尺寸为11.7m318.7m，井管初步布置在距基坑边1m；则井管所围成的面积为13.7m320.7m，由于其长宽比小于5，且基坑宽度小于2倍抽水影响半径R（见后面计算），故按环状井点布置。基坑中心的降水深度为：

S=8.5-5.8+0.5=3.2m

采用一级井点降水，井点管的要求埋设深度H为：

H≥H1+h+IL

=3.7+.5+1/10313.7/2

=4.9m

采用长6m，直径38mm的井点管，井点管外露0.2m，作为安装总管用，则井管埋入土中的实际深度为6.0-0.2=5.8m，大于要求埋设深度，故高程布置符合要求。

2）基坑涌水量计算：取滤水管长度l=1m，则井点管及滤管总长6+1=7m，滤管底部距不透水层为1.3m，可按无压非完整井环形井点系统计算，其涌水量计算式为：

Q=1.366K(2H0-s)/lgR-lgx0

有效抽水影响深度H0计算，由表1-8有：

s// s/+l=3.9/3.9+1=0.8

由表1-8查得：

H0=1.85(s/+L)=9.07m

由于实际含水量厚度H=8.5-1.2=7.3m，而H0＞H,故取H0=H=7.3m。 抽水影响半径R：

R=1.95s√H0K=1.9533.2√7.3312=58.40m

基坑假想圆半径X0:

X0=√F/∏=√13.7320.7/3.14=9.50m

涌水量为：

Q=1.366312（237.3-3.2）33.2/lg58.4-lg.5=758.19M3/d

3)计算井点管数量及井距：单根井点管出水量（选井管直径为Ф38）：

1/31/33

Q=65∏dlk=6533.1430.03831312=17.76m/d

井点管数量：

N=1.1Q/q=1.1(758.19/17.76)=47.0根 井距：

D=L/n=68.8/47=1.46m

取井距为1.4m，井点管实际总根数为49根。 基坑施工时，井点系统布置如图1-30所示。

4）选择抽水设备：抽水设备所带动的总管长度为68.8m可选用W5型干式真空泵。

水泵抽水流量：

Q1=1.1Q=1.13758.1=834.01m3/d=34.75m3/h 水泵吸水扬程

H≥6.0+1.0=7.0m

根据Q1及H3查得，选用3B33型离心泵。

5）井点管埋设：采用水冲法安装埋设井点管。 2.喷射井点降低地下水位

当基坑开挖较深或降水深度超过6m，必须使用多级轻型井点，这样，回增大基坑的挖土量、延长工期并增加设备数量，不够经济。当降水深度朝过6m，土层渗透系数为0.1～2.0m/d的弱透水层时，采用喷射井点降水比较合适，起将水深度可达m。

(1) 喷射井点的主要设备及工作原理：喷射井点根据其工作是所用喷射材料的不同，分为喷水井点和喷气井点两种。起设备主要由喷射井管、高压

水泵（或空气压缩机）和管路系统组成（图1-31a）。喷射井管1由内管8和外管9组成，在内管下端有升水装置——喷射扬水器和滤管2相连（图1-31b）。在高压水泵5作用下，具有一定压力水头（0.7～0.8MPa）的高压水经进水总管3进入井管的外管与内管之间的环形空间，并经扬水器的侧孔流向喷嘴10.由喷水界面的突然缩小，流速急剧增加，压力水由喷嘴以很高流速喷入混合室11（该室与内管相通），将喷嘴口周围的空气吸入，被急速水流带走，因而该室压力下降而造成一定的真空度。此时地下水被吸入喷嘴上面的混合室，与高压水汇合，流经扩散管12时，由于截面扩大，流速减低而转化为低压，沿内管上升经排水总管排水于集水池6内，此池内的水，一部分用水泵7排走，另一部分供高压水泵压入水管用。如此循环不已，将地下水逐步降低。高压水泵宜采用流量为50～80m3h的多级高压水泵，每套能带动20～30根井管。

（2）喷射井点平面布置：当基坑宽度小于10m时，井点可做单排布置；当大于10m时，可做双排布置；当基坑面积较大时，宜采用环形布置（图1-31c），井点间距一般采用2～3m。

（3）喷射井点施工的安装及使用喷射井点施工顺序是：安装水泵设备及泵的

进出水管路；敷设进水总管和回总管；沉设井点管（包括灌填砂滤料），接通进水总管后及时进行单根试抽、检验；全部井点管沉设完毕后，接通回水总管，全面试抽，检查整个降水系统的运转状况及降水效果。

进水、回水总管同每根井点管的连接管均安装阀门，以便调节使用和防止不抽水时发生回水倒灌。井点管路接头应安装严密。

喷射井点一般是是将内外管和滤管组装在一起后沉没到井空内的。井点管组装时，必须保证喷嘴和混合室中心线一致；组装后，每根井点管应在地面做泵水实验和真空测评。地面测评真空度不宜小于93.3Pa。

沉设井点管前，应先挖井点坑和排泥沟，井点坑直径应大于冲孔直径，以便于冲孔时孔内的土块从孔口随泥浆排除。冲孔直径为400～600mm，冲孔深度应比滤管底深1m以上。冲孔完毕后，应立即沉设井点管、灌填砂滤料，最后再黏土封口，深度为1～1.5m。

喷射井点抽水时，如发现井点管周围有翻砂冒水现象时，应立即关闭此

点，及时检查处理。工作水应保持清洁，井底全面试抽两天后，应更换清水，以后视水质浑浊程度定期更换清水。工作水压力要调节适当，能满足降水要求即可，以减轻喷嘴磨耗程度。

常用喷射井点管的规格直径为：38、50、63、100、150、mm。

3.深井井点降低地下水位

深井井点降水是将抽水设备设置在深井中进行抽水来达到降低地下水位的目的。适用于抽水量大、降水较深的砂类土层，将水深可达50 m以内。

（1） 管井井点系统的组成及设备：深井井点系统主

要有井管和水泵组成（如图1-32所示）。

1） 井管用钢管、塑料管或混凝土管制成，管径一般为300mm，井管内径一般应大于水泵外径50mm 。井管下部过滤部分带孔，外面包裹10孔/cm^2镀锌钢丝两层，41孔/cm^2镀锌钢丝两层或尼龙网。

2） 水泵：可用QY-25型或QJ-50-52型油浸式潜水泵或深井泵。

（2）深井布置：深井井点系统总涌水量可按无压完

整井环形井点系统公式计算。一般沿基坑四周每隔15～30m设一个深井井点。

（3）深井井点的埋设：深井成孔方法可根据土质条件和孔深要求采用冲击钻孔.回转钻孔.潜水钻孔或水冲发成孔，用泥浆或自造泥浆护臂，孔口设置护筒，一侧设置排水沟。泥浆坑。孔径应该较井管直径大300mm以上，钻孔深度根据抽水期内可能沉积的高度适当加深。一般沿工程周围每隔15~30m设一个深井井点。

井深井管陈放前应清孔，一般用压缩空气洗孔或用吊筒反复上下取出洗孔。井管安放力求垂直。井管过滤部分应设置在含水层适当范围内。井管与土壁间填

充砂滤料，粒径应大于滤网的孔径，周围填砂滤料后，安放水泵前，应按规定清洗滤井，冲除沉渣后即可。井深内安设潜水泵，潜水泵可用绳吊入水滤层部分，潜水电机.电缆及接头应有可靠绝缘，并配制保护开关控制。设置深井泵时，电动机的机座应安放平稳牢固，转向严禁逆转（应有阻逆装置），防止转动轴解体。安设完毕应进行试轴，满足要求方可转入正常工作。

深井井点施工程序为：井位放置→做井口→安护筒→钻机就位→钻孔→回填井底砂垫层→吊放井管→回填管壁与孔壁间的过滤层→安装抽水控制电路→试抽降水井正常工作。

（4）降水对周围建筑的影响及防止措施：在弱透水层压缩性大的粘土层中降水时，由于地下水流失造成地下水位下降.地基自重应力增加和土层压缩等原因，会产生较大的地面沉降；又由于土层的不均匀性和降水后的地下水位呈漏斗曲线，四周土层的自重应力变化不一面而导致不均匀沉降，使四周建筑物基础下沉或房屋开裂。因此，在建筑物附近进行井点降水时，为防止降水影响或损害区域内的建筑物，就必须阻止建筑物下的地下水流失。为达到此目的除可在降水区域和原有建筑物之间的土层中设置一道固体抗渗屏幕外，还可用回灌井点补充地下水的办法来保持地下水位。使降水井点和原有建筑物下的的地下水位保持不变或降低较少，从而阻止建筑物下的地下水的流失。这样，也就不会因降水而使地面沉降，或减少沉降值。

回灌井点是防止井点降水损害周围建筑物的一种经济、简便、有效的办法，它能将井点降水对周围建筑物的影响减少到最小程度。为确保基坑施工的安全和回灌的效果，回灌井点与降水井点降水对周围建筑物的影响减少到最小程度。为确保基坑施工的安全和回灌效果，回灌井点与降水井点之间应保持一定的距离，一般不宜小于6m。

为了观测降水及回灌后四周建筑物、管线的沉降情况及地下水位的变化情况，必须设置沉降观测点及水位观测井，并定时测量记录，以便及时调节灌、抽量，使灌、抽基本达到平衡，确保周围建筑物或管线等的安全。

第四节 土方机械化施工

在土方施工中，人工开挖只适用于小型基坑（槽）、管沟及土方量少的场所，对大量一

般均应采用机械化施工。

土方工程的施工过程包括：土方开挖、运输、填筑与压实等。常用的施工机械有：推土机、铲运机、单斗挖土机、装载机等，施工时应正确选用施工机械，加快施工进度。

一、 常用土方施工机械的施工特点 （一）推土机施工

推土机是土方施工的主要机械之一，是在拖拉机上安装推土板等工作装置而成的机械。目前我国生产的推土机有：红旗100、T-120、移山160、T-180、黄河220、T-240和T320等数种。推土板有用钢丝绳操纵和用油压操纵两种。图1-33所示是油压操纵的T-180型推土机外形图，油压操纵推土板的推土机除了可以升调推土板外，还可调整推土板的角度，因此具有更大的灵活性。

推土机操作灵活，运转方便，所需工作面较小、行驶数度快、易于转移，能

爬33度左右的缓坡，因此应用广泛。多用于场地清理和平整、开挖深度1.5m以内的基坑，填平沟坑，以及配合铲运机、推土机工作等。此外，在推土机后面可以推挖一～三类土，经济运距100m 以内，效率最高为60m

1.作业方法及提高生产率的措施

推土机的生产效率主要决定于推土刀推移土的体积及切土、推土、回程等工作的循环时间。为了提高推土机的生产率，可采取下坡推土（图1-34a|）、并列推土时间和减少土的失散。

（1）下坡推土 在斜坡上推土机顺下坡方向切土与推运（图1-34a）可以提高生产率，但坡度不宜超过15度，以免后退时爬坡困难。下坡推土也可与其他推土方法结合使用。

（2）并列推土 用2~3台推土机并列作业（图1—34b），铲刀相距15~30cm，可减少土的散失，提高生产效率。一般采用两台并列推土可增加推土量15%~30%，采用三机并列可增大推土量30%~40￥，平均运距不宜超过50~75m，亦不小于20m。

（3）多刀送土 在硬质土中，切土深度不大，可将土先堆积在一处，然后集中推送到御土区。这样可以有效地提高推土的效率，缩短运土时间。但堆积距

离不宜大于3m,堆土高度以2m内为宜。

（4）槽型推土 推土机重复在一条作业线上切土和推土，使地面逐渐形成一条浅槽，在槽中推运土可减少土的散失，可增加10%~30%的推运土量。槽的深度在1m左右为宜，土埂宽度约50cm。当推出多条槽后，再将土埂推入槽中运出。当推土层较厚，运距远时，采用此法较为合宜。

2.推土机生产率计算

（1）推土机小时生产率Ph，按下式计算

3600q

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