第1章 土方工程课程辅导

第1章 土方工程课程辅导一、教学要求：1.了解土方工程中土的工程分类及与土方施工有关的土的性质（可松性、渗透性）。

2.掌握土方边坡坡度的确定方法。

熟悉影响土方边坡稳定的因素。

3.掌握常用基坑支护结构形式、施工工艺以及适用范围。

4.掌握轻型井点降水系统的组成、施工工艺、设计计算方法。

熟悉集水坑的设置方法及适用范围，井点降水的种类及适用范围。

了解流砂的发生与防治方法，5.了解挖土机与运土机的配套计算方法。

了解常用土方工程机械（推土机、铲运机、单斗挖土机）的性能、施工特点以及适用范围。

6.掌握对填土土料的要求、填筑方法、压实方法、影响填土压实质量的因素及质量的检查方法。

二、课程内容导学1．土方工程施工特点有哪些？土方工程施工的特点是工程量大，施工条件复杂。

土方工程多为露天作业，施工受到地区、气候、水文地质和工程地质等条件的影响，因此，在施工前应做好调查研究，并根据本地区的工程及水文地质情况以及气候、环境等特点，制订合理的施工方案组织施工。

2．简述土的可松性概念自然状态下的土，经开挖后，其体积因松散而增加，以后虽经回填压实，仍不能恢复成原来的体积。

土的可松性的大小用可松性系数表示，见公式(1-2)。

1312V V K V V K s s ='= 3．土方工程中土是如何分类的？土方工程按照土的开挖难易程度，在现行预算定额中，将土分为松软土、普通土、坚土等八类，见教材表1-2。

4．土方边坡如何表示？土方边坡坡度用挖方深度(或填方高度)H 与其边坡底宽B 之比来表示。

边坡可以做成直线形边坡、阶梯形边坡及折线形边坡。

土方边坡坡度=B H m =1，m 称为坡度系数，HB m =。

5．影响土方边坡稳定的因素有哪些？土方边坡的稳定，主要是由于土体内土颗粒间存在摩阻力和内聚力，从而使土体具有一定的抗剪强度。

土体抗剪强度的大小与土质有关。

粘性土土颗粒之间除具有摩阻力外还具有内聚力(粘结力)，土体失稳而发生滑动时，滑动的土体将沿着滑动面整个滑动；砂性土土颗粒之间无内聚力，主要靠摩阻力保持平衡。

所以粘性土的边坡可陡些，砂性土的边坡则应平缓些。

土方边坡大小除土质外，还与挖方深度(或填方高度)有关，此外亦受外界因素的影响。

由于外界的原因使土体内抗剪强度降低或剪应力增加达到一定程度时，土方边坡也会失去稳定而造成塌方。

如雨水、施工用水使土的含水量增加，从而使土体自重增加，抗剪强度降低；有地下水时，地下水在水中渗流产生一定的动水压力导致剪应力增加；边坡上部荷载增加(如大量堆土或停放机具)使剪应力增加等，都直接影响土体的稳定性，从而影响土方边坡的取值。

所以，确定土方边坡的大小时应考虑土质、挖方深度(填方高度)、边坡留置时间、排水情况、边坡上部荷载情况及土方施工方法等因素。

6．土壁支护基坑坑壁支护有三种类型：加固型支护、支挡型支护以及两种支护类型结合使用的混合型支护。

7．简述深层搅拌法、适用范围及其主要特点？深层搅拌法是利用特制的深层搅拌机在边坡土体需要加固的范围内，将软土与固化剂强制拌合，使软土硬结成具有整体性、稳定性和足够强度的水泥加固土，称为水泥土搅拌桩。

深层搅拌法适用于软土地基加固。

深层搅拌法对周围建筑的影响很小；无振动和无噪音，不污染环境；加固后的土体重度不变，使软弱下卧层不产生附加沉降。

8．土层锚杆的构造和类型构造：土层锚杆由锚头、拉杆和锚固体三部分组成。

(1) 锚头。

锚头由锚具、台座、横梁等组成。

(2) 拉杆。

拉杆采用钢筋、钢管或钢绞线制成。

(3) 锚固体。

锚固体由锚筋、定位器、水泥砂浆锚固体组成。

水泥砂浆将锚筋与土体联结成一体形成锚固体。

类型(1) 一般灌浆锚杆。

钻孔后放入拉杆，灌注水泥浆或水泥砂浆，养护后形成的锚杆。

(2) 高压灌浆锚杆。

钻孔后放入拉杆，压力灌注水泥浆或水泥砂浆，养护后形成的锚杆。

压力作用使水泥浆或水泥砂浆进入土壁裂缝固结，可提高锚杆抗拔力。

(3) 预应力锚杆。

钻孔后放入拉杆，对锚固段进行一次压力灌浆，然后对拉杆施加预应力锚固，再对自由段进行灌浆所形成的锚杆。

预应力锚杆穿过松软土层锚固在稳定土层中，可减小结构的变形。

(4) 扩孔锚杆。

采用扩孔钻头扩大锚固段的钻孔直径，形成扩大的锚固段或端头，可有效地提高锚杆的抗拔力。

9．简述土层锚杆的施工工艺(1) 钻孔。

清水循环一次钻进成孔法，钻杆留做拉杆；潜钻成孔法，成孔器全部连接钻杆；螺旋钻孔干作业法，成孔后插入拉杆。

(2) 灌浆。

灌浆是锚杆施工的关键工序。

水泥浆水灰比为0.4～0.45；水泥砂浆配合比为1:0.5或1:1。

采用一次灌浆法，浆液经胶管压入拉杆中，拉杆管端距孔底150 mm；采用二次灌浆法时，先灌注锚固段，再灌注非锚固段，非锚固段为非压力灌注贫水泥浆。

(3) 预应力张拉锚固体养护达到水泥砂浆强度的75％，方可进行预应力张拉。

先取设计拉力的10％～20%预张拉1～2次，以使各部位接触紧密，锚筋平直。

张拉时控制应力取值0.65f ptk或0.85f pyk，分级加载并进行观测，取值75％的设计轴向拉力为锁定荷载进行锁定作业，为减小邻近锚杆张拉的应力损失，预应力锚杆采用隔1拉一的“跳张法”张拉。

(4) 防腐处理2土层锚杆属临时性结构，宜采用简单防腐方法。

锚固段采用水泥砂浆封闭防腐，锚筋周围保护层厚度不得小于10 mm；自由段锚筋涂润滑油或防腐漆，外部包裹塑料布，进行防腐处理；锚头采用沥青防腐。

10．土钉支护的构造和特点构造(1) 土钉采用直径为16～32 mm的Ⅱ级以上的螺纹钢筋，长度为开挖深度的0.5～1.2倍，间距为1～2 m，与水平面夹角一般为10︒～20︒。

(2) 钢筋网采用直径为6～10 mm的Ⅰ级钢筋，间距150～300 mm。

(3) 混凝土面板采用喷射混凝土，强度等级不低于C20，厚度80～200 mm，常用100 mm。

(4) 注浆采用强度不低于20 MPa的水泥净浆。

(5) 承压板采用螺栓将土钉和混凝土面层有效地连接成整体。

特点(1) 土钉与土体形成复合土体，提高了边坡整体稳定和承受坡顶荷载能力，增强了土体破坏的延性，利于安全施工。

(2) 土钉支护位移小，约20 mm，对相邻建筑物影响小。

(3) 设备简单，易于推广。

(4) 经济效益好，成本低于灌注桩支护。

土钉支护适用于地下水位以上或经降水措施后的杂填土、普通粘土、非松散性砂土。

11．土钉支护的施工土钉支护施工工序为定位、成孔、插钢筋、注浆、喷射混凝土。

12．什么集水坑降水法？集水坑降水法是在基坑开挖过程中，沿坑底周围或中央开挖有一定坡度的排水沟，在坑底每隔一定距离设一个集水坑，地下水通过排水沟流入集水坑中，然后用水泵抽走。

12．集水坑设置的设置要求。

集水坑应设置在基坑范围以外，地下水走向的上游。

根据基坑涌水量的大小、基坑平面形状和尺寸、水泵的抽水能力，确定集水坑的数量和间距。

一般每20～40 m设置一个。

集水坑的直径和宽度为0.6～0.8 m，坑的深度随挖土而不断加深，要保持低于挖土工作面0.7～1.0 m。

当基坑挖至标高后，集水坑底应低于基底1～2 m，并铺设碎石滤水层，以免抽水时间较长时将泥砂抽出，并发生坑底土扰动现象。

13．简述流砂现象产生的原因及其防治措施。

产生流砂现象主要是由于地下水的水力坡度大，即动水压力大，而且动水压力的方向(与水流方向一致)与土的重力方向相反，土不仅受水的浮力，而且受动水压力的作用，有向上举的趋势。

当动水压力等于或大于土的浸水密度时，土颗粒处于悬浮状态，并随地下水一起流入基坑，即发生流砂现象。

流砂防治的主要途径是减小或平衡动水压力或改变其方向。

具体措施为：1．抢挖法。

2．打钢板桩法。

3．水下挖土法。

4．用井点法降低地下水位，5．在枯水季节开挖基坑，6．地下连续墙法。

14．简述井点降水法种类及适用范围井点降水法所采用的井点类型有：轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点和深井井点。

施工时可根据土的渗透系数、要求降低水位的深度及设备条件等，参照表1-7选用。

3各类井点的适用范围15．简述轻型井点设备的组成轻型井点设备由管路系统和抽水设备等组成。

（1）管路系统管路系统由滤管、井点管、弯联管和总管组成。

1) 滤管滤管为进水设备，直径为50 mm，长1.0 m或1.5 m。

滤管的管壁上钻有φ13～φ19的小圆孔，外包两层滤网，内层细滤网采用钢丝布或尼龙丝布，外层粗滤网采用塑料或编织纱布。

管壁与滤网间用塑料细管或铁丝绕成螺旋状将其隔开，滤网外面用粗铁丝网保护，滤管上端用螺丝套筒与井点管下端连接，滤管下端为一铸铁头。

2) 井点管井点管直径为50 mm，长5 m或7 m，上端通过弯联管与总管的短接头相连接，下端用螺丝套筒与滤管上端相连接。

3) 弯联管弯联管采用透明的硬塑料管将井点管与总管连接起来。

4) 总管总管采用直径100～127 mm，每段长4 m的无缝钢管。

段间用橡皮管连接，并用钢筋卡紧，以防漏水。

总管上每隔0.8 m设一与井点管相连接的短接头。

（2）抽水设备抽水设备常用的是真空泵设备和射流泵设备。

具体见教材。

16、轻型井点布置轻型井点的布置要根据基坑平面形状及尺寸、基坑的深度、土质、地下水位高低及流向、降水深度要求等因素确定。

（1）平面布置基坑的宽度小于6 m，降水深度不超过5 m时，采用单排井点，并布置在地下水上游一侧，两端延伸长度不小于基坑的宽度，如基坑宽度大于6 m或土质排水不良时，宜采用双排线状井点。

基坑面积较大时，采用环形井点，有时为了施工需要，可留出一段(最好在地下水下游方向)不封闭。

井点管距基坑壁一般不小于1 m，以防局部漏气。

井点管间距应根据土质、降水深度、工程性质等按计算或经验确定。

靠近河流处或总管四角部位，井点应适当加密。

采用多套抽水设备时，井点系统应分成长度大致相等的段，分段位置宜在基坑拐弯处，各套井点总管之间应装阀门隔开。

2．高程分置轻型井点的降水深度，考虑抽水设备的水头损失以后，一用不超过6 m。

在布置井点管时，应参考井点管的标准长度以及井点管露出地面的长度(约0.2～0.3 m)，而且滤管必须在透水层内。

井点管的埋设深度H(不包括滤管)：H≥H1＋h＋I⋅L17．试述轻型井点计算方法轻型井点计算包括基坑涌水量计算，井点管数量计算，井点管井距确定，抽水设备选择等。

由于不确定因素较多，计算的数值为近似值。

451．涌水量计算1) 无压完整井涌水量计算lg lg )2(366.1x R S S H K Q --= 环状轻型井点的抽水影响半径，近似按 HK S R 95.1=计算，m ；环状轻型井点的假想半径，m 。

πF x =0 ，其中F 为环状轻型井点井点管包围的面积，单位为2m 。

2) 无压非完整井涌水量Q 的计算无压非完整井涌水量Q 的计算，见公式(1-22)。

00lg lg )2(366.1x R S S H K Q --= (1-22) 式中：0H —— 抽水影响深度，m 。