建筑施工

第一章土方工程

建筑工程施工中，常见的土方工程有：大面积场地平整，基坑(槽)、管沟开挖，地下工程土方开挖以及回填工程等。

一、土方工程的施工特点

土方工程是建筑工程施工的主要工种工程之一，土方工程施工具体有如下特点：

1，土方量大，劳动繁重，工期长。如某大厦深基坑土方开挖面积为2*10000m2，开挖深度达20m,土方开挖总量达3.3*100000m3，实际工期达200d。因此，为了减轻土方施工繁重的劳动，提高劳动生产率，缩短工期，降低工程成本，在组织土方工程施工时，应尽可能采用机械化施工方法。

2，施工条件复杂。一般为露天作业，受地区，气候，水地质等条件的影响大，同时，受周围环境条件的制约也多。因此，在组织土方施工前，必须根据施工现场具体施工条件，工期和质量要求，拟定切实可行的土方工程施工方案。

二、土的工程分类

土的分类方法较多，其分类方法分类也多，现就土的开挖难易程度分类，将土将土分为八类（表1-1）

三、土的工程性质

1.土的可松性

自然状态下的土，经开挖后，其体积因松散而增加，回填以后虽经压实，仍不能恢复原来的体积，这种现象称为土的可松性。

土的可松性程度用可松性系数表示。土经开挖后的松散体积与原自然状态下的

体积之比，称为最初可松性系数；土经回填压实后的体积与原自然状态下的体积比，称为最后可松性系数，即

Ks = V2∕V1 ; ks = V3∕V1

‘

式中ks，ks——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）；

由于土方工程量是以自然状态的体积来计算的，所以土的可松性土方对场地平整，土方量的平衡调配，计算土方机械生产率，确定运土机具数量以及计算填方所需的挖方体积等均有很大影响。

2土的渗透性

水流通过土中孔隙难易程度的性质，称为土的渗透性。土中水的渗透运动常用达西定律来描述，即地下水在水中的渗流速度与水头差成正比，与渗流路径长度成反比。其表达式为：

V = △H∕l * k = k * l

式中 V---地下水渗流速度（m∕d）

△ H---渗流路程两端的水头差（m）

l---单位渗流径长度的水头差，亦称水力坡度

K---渗透系数（m∕d）

渗透系数K是表示土的透水性的重要参数，由试验确定，K值大小对施工降水方案与支护结构型式等的选择影响很大。表1-2为各种土的参透系数考值。

第二节土方工程量计算及土方调配

一、基坑与基槽土方量计算

基坑的土方量的计算可近似地按拟柱体体积公式计算。

V = 1∕6 * h（F1 + 4F0 + F2）

式中h—基坑深度(m)；

F1﹑F2—基坑上，下的底面积(m2)；

F0—基坑中截面的面积(m2)。

基槽土方量计算可沿长度方向分段计算。当基槽某段内横截面尺寸不变时，其土方量即为该段横截面的面积乘以该基槽长度。如某段内横截面的形状﹑尺寸有变化时，亦可近似按拟柱体体积公式计算，此时，公式中的h应换为槽段长度L，各槽段土方量之和，即为基槽总土方量。

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，要确定平整与基坑（槽）开挖的施工顺序，确定场地设计高，计算挖、填土方量，进行土方调配等。

场地平整与基坑开挖的施工顺序，通常有三种不同情况：

（1）对场地挖，填土方量较大的工地，可先平整场地，后开挖基坑。这样，可为土方机械提供较大的工作面，使其充分发挥工作效能，减少与其他工作的相互干扰。

（2）对较平坦的场地，可先开挖基坑，待基础施工后再平整场地。这样可减少土方的重复开挖，加快建筑物的施工进度。

（3）当工期紧迫或场地地形复杂时，可按照现场施工的具体条件和施工组织的要求，划分施工区，施工时，可平整某场地后，随即开挖该区的基坑，或开挖某区的基坑，并做完基础后进行该区的场地平整。

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1-2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1-2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（1-5）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：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。

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。

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1-3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—4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.计算各方格角点的施工高度

各方格角点的施工高度按下式计算。

Hn=Hn-H

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

三·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）划分调配区

（1）调配区的划分应于房屋或构筑物的位置相协调，满足工程施工顺序和分期分批施工的要求，用近期施工与后期利用相结

合。

（2）调配区的大小应市土方机械和运输车辆的功效发挥。

（3）当土方运距较大或场内土方平衡时，课根据附近地形，考虑就近借土或弃土，每一个借土区域或弃土区均可作为iyige

独立的调配区。

（二）调配区之间的平均运距

平均运距既挖方区土方重心至填方区重心距离。因此，确定平均运距需先求出各个调配区土方重心。

取场地或方格网中的纵横两边为坐标轴（x,y），分别求出各区土方的重

心位置。

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。

1.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

上述表格说明了整个场地划分为m个挖方区A1,A2,……,Am，其挖方量相应为a1,a2…a m；有n个填方区B1,B2…..Bn,其填方量应为b1,b2….bn.并且填挖方平衡，即

从A1到B1的平均运距为C11，调配的土方量为X11；一般的说从Ai到Bi的运距为Cij.于是土方调配问题可以根据下列数学模型表达求一组Xij的值，使目标函数

为最小值，并满足下列约束条件

根据约束条件知道，未知量m*n个，而方程数位m+n个。由于填挖方平衡，前面m个方程相加减去后面n-1个方程之和可以得到第n个方程，因此独立方程

的数量实际上只有m+n-1个。

（2）最优秀的判断法

在表上作业法中，判断是否最优方案的方法有“闭回路法”和“位势法”。其实质都是一样的，都是求检验来判断，只要所有的检验数，则该方案为最优方案；否则该方案不是最优方案，需要进行调整。“位势法”较“闭回路法”简便，由此这里只介绍“位势法”求检验数。

首先将初始方案中有调配数方格数列出来，然后按式

现在用位势法来判断求得初始方案是否是最优方案。首先把表格1-6中有调配数方格的平均数1-7为了方便填写位势法表1-7已在表1-6位势计算如下

V1=C11-U1=50-0=50

V2=110-10=100

V2=40-100=-60

V3=60-50=10

V3=70-10=60

V4=40-60=-20

(3)方案的调整

第一步；在所有负检验数中选一个（一般可选最小的一个）本列中便是C12，把它所对应的变量X12作为调整对象。

第二步；找出X12的闭回路。其作法是从X12格出发，沿水平与竖直方向前进，遇

到适当的有数字的方格做90。（也不一定转弯），然后接着前进，如果路线恰当，有

限步后便能回到出发点，形成一条以有数字的方格为转角点的，用水平和竖直线连

起来的闭回路，见表1-9

第三步。从空格X12出发，沿着闭回路一直前进，在各奇书次转角点的数字中，挑出最小的，将它又X32调到X12方格中

最优土方调配方案的土方调配方案的土方总运输量为。

Z=400*50+100*70+500*40+400*60+100*70+400*40=94000、

所示为本例的土方为。仅考虑场内的填挖平衡调配更为经济

或由于土质原因，采取就近弃土和取土平衡调配更为经济

第二节排水与降水

在组织建筑施工场地平整的同时，必须考虑排除地面水和降低地下水位工作，以保证土方及后续工程能在场地土地干燥条件下进行。

一、排除地面水

施工现场的排水系统应有一个总体规划。在施工区域内考虑临时排水系统时，应与原排水系统相适应，尽量与永久排水设施相结合。

排除地面水（包括雨水、施工用水、生活用水等）通常可采取在基坑周围设置排水沟、截水沟或筑土堤等办法。

排水沟应尽量利用自然地形设置，便于将地面水直接排至场外，或引流至低洼处再用水抽走。一般排水沟断面不小于0.5m*0.5m纵向坡度按地形确定，通常不小于3%。

二、降低地下水位

当开挖基坑或沟槽底面标高低于地下水位时，由于土的含水层被切断，地下水会不断地渗入基坑。如果不采取降水措施，不仅会使基坑施工条件恶化，而且地基土被水泡软后，造成基坑边坡塌方，使地基承载力下降。因此，为了保证基坑土方施工质量的安全，在基坑土方开挖前和开挖过程中，必须采取降低地下水位措施，以保持开挖土体的干燥。降低基坑中的地下水位通常采取集水坑排水法和井点降水法。不论采取哪种降水方法，降水工作都要持续到基础工程施工完毕并回填土后才能停止。

（一）集水坑降水法

1.集水坑设置

集水坑降水法（又称明排水法）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内，然后用水贡抽走（图1-15）。

集水坑降水法设备简单、排水方便，使用基坑面积较小，降水深度不大的粘粒土层，或渗水量小的粘性土层。对于软土或土层为细砂、粉砂或淤泥层时，则不宜采用这种方法，因为在基坑中直接排水，地下水将产生自上而下或从边坡向基坑的动水压力，容易导致边坡塌方和产生流砂现象。使基底土结构遭破坏。

为了防止基底土结构遭到破坏，集水坑宜设在基础范围之外，地下水的上游。

排水沟深度通常为0.3-0.5m，沟底宽不小于0.3m，集水坑数量则根据地下水流入排水沟的水量大小及水的抽水能力来确定，一般每隔20-40m设置一个。

集水坑的直径或宽度一般为0.6-0.8m，坑的深度随着挖土而加深，要经常保持低于挖土工作面0.7-1.0m。当基坑挖至设计标高后，集水坑应低于基坑低面1-2m，并要铺设碎石滤水层，以免抽水时间较长将泥沙带出，并防止基底土方搅动

2.流沙的形成与防止

当基坑挖土达到地下水位以下，而土是细沙或粉砂，又采用集水坑降水时，在一定的动水压力作用下，坑底下的土就会形成流动状态，随地下水一起流动涌进坑内，发生这种现象称

为流沙现象。发生流沙现象时，地基完全丧失承载能力，施工条件恶化，难以开挖至设计深度。流沙严重时，会引基坑侧壁塌方，附近建筑物下沉，倾斜甚至倒塌。因此，流沙现象对土方施工和附近建筑物都有极大危害，施工中旭足够重视。

流沙产生的原因，可通过图1——16所示的实验说明。图1-16（a）中由于高水位的左端（水头为H1）与低水位的右端（水头为h2）之间存在压力差，水经过长度为L，断面积为F的土体由左端响右端渗流。作用于土体上的力有：

Yw*h1*F-----作用于土体左端a-a截面处的总水压力，其方向与水流方向相反;

Yw*h2*F-----作用于右端bb截面处的总水压力，其方向与水流方向相反;;

T*l*F----土骨架对水流的阻力（T为单位土体阻力）

图1-16动水压力原理图

由静力平衡条件得Yw*h1*F-Yw*h2*F-TlF=0

化简得：

T=(h1-h2)/l *Yw

式中（H1-H2）/L为水头差与渗水路程长度之比，即为水力坡度，以I表示。因而上式可写成：

T=IyW

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”。

Gd>Yw

，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。

（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，人工降低地下水位不仅死一种施工措施，也是一种地基加固的方法。采用经典降低地下水位法，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。

1、轻型井点

（1）轻型井点设备：轻型井点降低地下水位，是沿基坑周围以一定的拣个埋入井点管（下端为滤管），在地面上用集水总管连接起来，并在一定位置抽水设备，利用真空和离心的真空吸力作用，使地下水经滤管进入井管，然后经总管排除，从而降低地下水位（图1-18）。

轻型井点设备主要包括：井点管（下端为滤管），集水总管和抽水设备等

井点管长6m，滤管长1.0—1.5m。景观与滤管用罗斯套头连接。滤管的骨架管为外径38—55m的无缝钢管，管壁上钻有直径为13~19mm的星棋状排列的滤孔，滤孔面积为滤管表面积的20%~50%。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。滤网外面用带孔的薄铁管或出铁丝网保护滤网的下端为一铸堵铁头。

集水总管用直径100~127mm的无缝钢管，每节长4m，其间用橡皮套管联结，并用刚栓拉紧以防漏水。总管上装有与井点管联结的段街头，间距0.8或1.6m 真空泵的负荷能力，与其型号、性能和地质情况有关。一般情况下，一台真空泵能负担100—200m的积水总管。

（2）轻型井点的布置：轻型井点系统的布置，根据基坑大小与深度、土质、地下水位高低与流向、降水深度要求等而定。

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。

采用多套抽水设备，井点系统应分段，各段长度应大致相等。分段地点宜选择在基坑转弯处，以减少总管弯头数量，提高水泵抽吸能力。水泵宜设置在各段总管中部，使泵两边水流平衡。分段处应设阀门或将总管断开，以免管内水流紊乱，影响抽水的效果。

2）高程布置：轻型井点的降水深度在考

虑设备水头损失后，不超过6m。

井点管的埋设深度H（不包括滤管长）

按下式计算（图1-23）。

+h+IL

H≥H

1

(1-24)

式中H

-----井管埋设面至基坑底的距离

1

（m）