第2章  土方工程施工

2.1土方工程内容与分类

2.1.1土方工程的内容

1．土方工程施工内容

土木工程施工通常包括场地平整、地下室和基坑（槽）及管沟开挖与回填，地坪填土与碾压，路基填筑等。此外还包括排水、降水和土壁支护等准备工作和辅助过程。

2．土方工程特点

土方工程施工往往具有面广量大、劳动繁重、施工条件复杂等特点，如大型建设项目的场地平整，土石方施工面积可达数平方公里，甚至数十平方公里，在场地平整和大型深基坑开挖中，土方工程量可达几万甚至几百万立方米以上；施工工期长，土方工程施工多为露天作业，施工中直接受到所在区域交通、气候、水文、地质和邻近建（构）筑物等条件的影响；且土、石又是一种天然物质，成分较为复杂，难以确定的因素较多，有时施工条件极为复杂。

3．土方工程施工要求

组织土方工程施工前，应对现场进行勘察，详细收集、核对和分析各项技术资料（如实测地形图，工程地质、水文地质、原有地下管线分布情况，地下构物筑资料）；并做好施工前的准备工作，如地面、地下障碍物清除，必要时修筑运土道路等；制订出以技术经济分析为依据的施工组织设计，选择好施工方案，做到有条件和可能利用机械施工时，尽可能采用机械施工，减轻繁重的体力劳动；合理安排施工计划，尽可能避开雨季施工；做出合理的土方调配方案，以降低土方工程施工费用；并做好保证工程质量的技术措施，对施工中可能遇到的问题，如：流砂、边坡稳定等进行技术分析，提出解决方法。

2.1.2土的工程分类

土的种类繁多，其分类方法也很多。在土木工程中作为地基的土分为五类：粘性土、砂土、碎石土、岩石和人工填土；按工程地质特征及土的性质不同，各类土又可分为几个细类：如砂土分砾砂、粗砂、中砂、细砂、粉砂等；根据其孔隙比大小，分为密实、中密、稍密和松散等各种砂土；根据含水量大小分为稍湿、很湿和饱和的各种砂土；同样粘性土也可分为粘土、亚粘土和轻亚粘土，并根据其状态分为坚硬、硬塑、可塑、软塑和流塑等粘性土。

在土木工程施工中，按照开挖的难易程度，土的分类又分为八类如表2-1-1。表中一~四类为土、五~八类为岩石。不同的土其物理、力学性质也不同，只有充分掌握各类土的特性及其对施工的影响，才能选择正确的施工方法。

表2-1-1  土的工程分类

2.1.3土的工程性质

土的基本性质直接影响土方工程施工方法，在施工之前应详细了解，避免造成工程事故。土的基本性质如下：

1．土的天然含水量

土的含水量W是土中水的质量与固体颗粒质量之比，以百分数表示。

                                        (2.1)

式中m_w—土中水的质量

m_s——土中固体颗粒的质量

一般土的干湿程度，用含水量表示。含水量在5%以下称干土，含水量在5%~30%之间称潮湿土，大于30%称湿土。含水量越大，土就越湿，对施工就越不利。土的含水量大小对挖土的难易、施工时边坡的坡度、回填土的压实等均有影响。

2．土的密度

（1）土的天然密度

土在天然状态下单位体积的质量，称为土的天然密度。一般粘性土的天然密度为18kN/m³，砂土的天然密度约16 kN/m³~20kN/m³，土的天然密度用ρ表示。

                                                  （2.2）

式中m—土的总质量；

    V—土的天然体积。

（2）土的干密度

单位体积中土的固体颗粒的质量称为土的干密度，土的干密度用ρ_d表示。

                                               （2.3）

式中m_s—土中固体颗粒的质量；

     V—土的天然体积。

土的干密度越大，表示土越密实，工程上常把土的干密度作为评定土体密实程度的标准，以控制基坑底压实及填土工程的压实质量。

3．土的可松性

土具有可松性，即自然状态下的土，经开挖后，其体积因松散而增大，以后虽经回填压实，其体积仍不能恢复原状，这种性质称为土的可松性。土的可松性程度用可松性系数表示。即

                                            （2.4）

                                           （2.5）

式中 K_S—土的最初可松性系数；

K^/_S—土的最终可松性系数；

V₁—土在天然状态下的体积；

V₂—土被挖出后在松散状态下的体积；

V₃—土经压实后的体积。

土的可松性对土方量的平衡调配、确定场地设计标高、计算运土机具的数量、弃土坑的容积、填土所需挖方体积等均有很大影响，各类土的可松性系数见表2-1-2。

表2-1-2                   各种土的可松性参考数值

4．土的渗透性

土的透水性指水流通过土中孔隙的难易程度，水在单位时间内穿透土层的能力，称为渗透系数，用K表示，单位为m/d，水的渗透性大小，取决于不同的土质，地下水的流动以及在土中的渗透速度都与土的透水性有关。

图2.1.1  水的渗流

地下水在土中渗流速度一般可按达西定律计算，图2.1.1其公式如下

                              （2.6）

式中 V—水在土中的渗透速度m/d；

i—水力坡度，，即A、B两点水头差与其水平距离之比；

K—土的渗透系数（m/d）

K值的大小反映出土体透水性的强弱，土的渗透系数可以通过室内渗透试验或现场抽水试验测定，一般土的渗透系数见表2-1-3。

表2-1-3  土的渗透系数

5．原状土经机械压实后的沉降量

原状土经机械往返压实或经其他压实措施后，会产生一定的沉陷，根据不同土质，其沉陷量一般在3～750px之间。可按下述经验公式计算：

          S=P/C                                       （2.7）

式中 S——原状土经机械压实后的沉降量（cm）；

P——机械压实的有效作用力（MPa）；

C——原状土的抗陷系数(MPa/cm)，可按表2-1-4取值。

表2-1-4  不同土的C值参考表

2.2场地平整与规划

场地平整就是将自然地面改造成人们所要求的平面。计算场地挖方量和填方量，首先要确定场地设计标高，由设计地面的标高和天然地面的标高之差，可以得到场地各点的施工高度（即填挖高度），由此可计算场地平整的挖方和填方的工程量。

2.2.1场地标高设计

场地设计标高是进行场地平整和土方量计算的依据，也是总图规划和竖向设计的依据。合理地确定场地的设计标高，对减少土石方量、加快工程速度都有重要的经济意义。如图2.2.1所示，当场地设计标高为H₀时，填挖方基本平衡，可将土石方移挖作填，就地处理；当设计标高为H₁时，填方大大超过挖方，则需从场地外大量取土回填；当设计标高为H₂时，挖方大大超过填方，则要向场外大量弃土。因此，在确定场地设计标高时，应结合现场的具体条件，反复进行技术经济比较，选择其中最优方案。其原则是：应满足生产工艺和运输的要求；充分利用地形（如分区或分台阶布置），尽量使挖填方平衡，以减少土方量；要有一定泄水坡度（≥2%），使之能满足排水要求；要考虑最高洪水位的影响。

场地设计标高确定方法有挖填平衡法和最小二乘法。

图2.2.1  场地不同设计标高的比较

1．挖填平衡法确定场地设计标高

小型场地平整，若原地形比较平缓，对场地设计标高无特殊要求，可按照场地平整施工中挖填土方量相等的原则确定场地的设计标高。，具体步骤如下：

初步确定场地设计标高（H₀）

将场地划分成边长为a的若干方格，将方格网角点的原地形标高标在图上，如图2.2.2。原地形标高可利用等高线由插入法求得或在实地测量得到。

按照挖填土石方量相等的原则，场地设计标高可按下式计算；

                    （2.8）

即                   （2.9）

式中 H₀—所计算场地的初定设计标高；

n—方格数；

z_i1、z_i2、z_i3、z_i4—第i个方格四个角点的天然地面标高。

（a）                              （b）

图2.2.2    场地设计标高计算示意图

（a）地形地图方格网;（b）设计标高示意图

1—等高线；2—自然地面；3—设计平面

由图2.2.2可见，11号角点为一个方格独有的，而12、13、21、24号角点为两个方格共有，22、23、32、33号角点则为四个方格所共有，在用式（2.9）计算H₀的过程中，类似11号角点的标高仅加一次，类似12号角点的标高加二次，类似22号角点的标高加四次，这种在计算过程中被应用的次数，在测量上的术语称为“权”，它反映了各角点标高对计算结果的影响程度，考虑各角点的“权”，式（2.9）可改写为如下计算式：

             （2.10）

式中 Z₁——一个方格独有的角点标;

Z₂、Z₃、Z₄——分别为二、三、四个方格所共有的角点标高。

例：确定图2.2.3的场地设计标高H₀。

+2(252.00+251.70+251.90+250.95+251.25+250.85)+4(251.60+251.28)〕

=251.45(m)

图2.2.3场地设计标高计算图

2．用最小二乘法原理求最佳设计平面

按挖填平衡法得到的场地设计平面，能使挖方量与填方量平衡，但不能保证总的土方量最小。应用最小二乘法原理，可求在满足挖方量与填方量平衡的条件下，又满足总的土方量最小这两个条件的最佳设计平面。对大型场地或地形比较复杂时，应采用最小二乘法原理进行场地设计，求出最佳设计平面。

（1）最佳设计平面

最佳设计平面即设计标高满足规划、生产工艺及运输、排水及最高洪水水位等要求，并做到场地内土方挖填平衡，且挖填的总土方工程量最小的场地设计平面。

（2）最佳设计平面设计原理

当地形比较复杂时，一般需设计成多平面场地，此时可根据工艺要求和地形特点，预先把场地划分成几个平面，分别计算出最佳设计单平面的各个参数。然后适当修正各设计单平面交界处的标高，使场地各单平面之间的变化平缓且连续。因此，确定单平面的最佳设计平面是竖向规划设计的基础。

任何一个平面在直角坐标体系中都可以用三个参数c，i_x，i_y来确定（图2.2.4）。在这个平面上任何一点i的标高，可以根据下式求出：

                                   （2.11）

式中 x_i—i点在x方向的坐标；

y_i—i点在y方向的坐标。

图2.2.4一个平面的空间位置

c—原点标高；i_x =tanα=-c/a，x方向的坡度；i_y =tanβ=-c/b，y方向的坡度。

与前述方法类似，将场地划分成方格网，并将原地形标高z_i标于图上，设最佳设计平面的方程为式（2.11）形式，则该场地方格网角点的施工高度为：

            （2.12）

式中  H_i——方格网各角点的施工高度；

——方格网各角点的设计平面标高；

     ——方格网各角点的原地形标高；

     n——方格角点总数。

由土方量计算公式可知，施工高度之和与土方工程量成正比。由于施工高度有正有负，当施工高度之和为零时，则表明该场地土方的填挖平衡，但它不能反映出填方和挖方的绝对值之和为多少。为了不使施工高度正负相互抵消，若把施工高度平方之后再相加，则其总和能反映土方工程填挖方绝对值之和的大小。但要注意，在计算施工高度总和时，应考虑方格网各点施工高度在计算土方量时被应用的次数p_i，令σ为土方施工高度之平方和，则

         （2.13）

将式（2.12）代入上式，得

    （2.14）

当σ的值最小时，该设计平面既能使土方工程量最小，又能保证填挖方量相等（填挖方不平衡时，上式所得数值不可能最小）。这就是用最小二乘法求最佳设计平面的方法。

（3）最佳设计平面的计算方法

为了求得σ最小时的设计平面参数c，i_x，i_y，可以对c，i_x，i_y分别求偏导数，并令其为0，于是得：

               （2.15）

经过整理，可得下列准则方程：

                          （2.16）

式中：

余类推。

解联立方程组（2.16），可求得最佳设计平面（此时尚未考虑工艺、运输等要求）的三个参数c，i_x，i_y。然后即可根据方程式（2.12）算出各角点的施工高度。

在实际计算时，可采用列表方法（如表2-2-1）。最后一列的和[PH]可用于检验计算结果，当[PH]=0，则计算无误。

应用上述准则方程时，若已知c或i_x，或i_y时，只要把这些已知值作为常数代入，即可求得该条件下的最佳设计平面，但它与无任何限制条件下求得的最佳设计平面相比，其总土方量一般要比后者大。

表2-2-1       最佳设计平面计算表

                                                                                                                                                                                             3．场地设计标高调整

初步确定场地设计标高（H₀）仅为一理论值，其得到的场地设计平面为一个水平的挖填土方量相等的场地。实际上，施工中还需要考虑以下因素对初步场地设计标高（H₀）值进行调整。                           

（1）土的可松性影响

由于土具有可松性，会造成填土的多余，需相应地提高设计标高。如图2.2.5所示，设△h为土的可松性引起设计标高的增加值，则设计标高调整后的总挖方体积应为：

                                 （2.17）

                （a）理论设计标高                      （b）调整设计标高

图2.2.5  设计标高调整计算示意图

;

总填方体积为：

                            （2.18）

此时，填方区的标高也应与挖方区一样，提高△h，即：

           （2.19）

经整理简化得（当V_T=V_W）：

                             （2.20）

故考虑土的可松性后，场地设计标高应调整为：  

                                 （2.21）

式中  V_W、V_T——按初定场地设计标高（H₀）计算得出的总挖方、总填方体积；

F_W、F_T——按初定场地设计标高（H₀）计算得出的挖方区、填方区总面积；

——土的最后可松性系数。

（2）借土或弃土的影响

由于场地内大型基坑挖出的土方、修筑路堤填高的土方，以及从经济角度比较，将部分挖方就近弃于场外（简称弃土）或将部分填方就近取土于场外（简称借土）等，均会引起挖填土方量的变化。因此，也需重新调整设计标高。

为简化计算，当考虑借土或弃土的影响时，场地设计标高调整为，则可按下列近似公式确定，即：

                              （2.22）

式中Q——假定按初步场地设计标高（H₀）平整后多余或不足的土方量；

n——场地方格数；

a——方格边长。

（3）考虑泄水坡度对设计标高的影响

按调整后的同一设计标高进行场地平整时，整个场地表面均处于同一水平面，但实际上由于排水的要求，场地表面需有一定的泄水坡度。因此，还需根据场地泄水坡度的要求（单向泄水或双向泄水），计算出场内各方格角点实际施工所用的设计标高。

单向泄水时设计标高计算，是将已调整的设计标高（）作为场地中心线的标高（图2.2.6），场地内任意一点的设计标高则为：

                                （2.23）

式中 ——场地内任一点的设计标高；

——该点至中心线的距离；

——场地单向泄水坡度（不小于2‰）。  双向泄水时设计标高计算，是将已调整的设计标高（）作为场地纵横方向的中心点（图2.2.7），场地内任意一点的设计标高为：

            （2.24）

式中——该点沿x—x 、y—y方向距场地中心线的距离；

——该点沿x—x、y—y方向的泄水坡度。

图2.2.6场地单向泄水坡度              图2.2.7场地双向泄水坡度

2.2.2场地平整土方量计算

场地土方量计算方法有方格网法和断面法两种。在场地地形较为平坦时宜采用方格网法；当场地地形比较复杂或挖填深度较大、断面不规则时，宜采用断面法。

1．方格网法

场地宜划分为10m~40m的正方形方格网，通常以20m居多。将场地设计标高和自然地面标高分别标注在方格角点上。场地设计标高与自然地面标高的差值，即为各角点的施工高度（挖或填），并习惯以“+”号表示填方，“-”号表示挖方，也将施工高度标注于角点上。然后分别计算每一方格的填挖土方量，并算出场地边坡的土方量，将挖方区（或填方区）所有方格计算的土方量和边坡土方量汇总，即得场地挖方和填方的总土方量。

计算前先确定“零线”的位置，有助于了解整个场地的挖填区域分布状态。零线即挖方区与填方区的分界线，在该线上的施工高度为零。零线的确定方法是：在相邻角点施工高度为一挖一填的方格边线上，用插入法求出零点的位置（图2.2.8），将各相邻的零点连接起来，即为零线。

零线确定后，便可进行土方量计算。方格中土方量的计算有两种方法，即四角棱柱体法和三角棱柱体法。

图2.2.8   求零点方法

（１）四角棱柱体的体积计算方法

方格四个角点全部为填或全部为挖（图2.2.9（a））时，其挖方或填方体积为：

                                 （2.25）

式中h₁、h₂、h₃、h₄——方格四个角点挖或填的施工高度，均取绝对值（m）；

a——方格边长。

方格四个角点中，部分是挖方、部分是填方（图2.2.9（b）和（c））时：

                                （2.26）

                                （2.27）

式中  ——方格角点中填（挖）方施工高度的总和，取绝对值（m）；

      ——方格四角点施工高度绝对值之和（m）；

      a——方格边长（m）

          （a）角点全填或全挖             （b）角点二填或二挖        （c）角点一填（挖）三挖（填）

图2.2.9    四方棱柱体的体积计算

（２）三角棱柱体的体积计算方法

计算时先把方格网顺地形等高线将各个方格划分成三角形（图2.2.10）。

图2.2.10   按地形方格划分成三角线

每个三角形的三个角点的填挖施工高度，用h₁、h₂、h₃表示。当三角形三个角点全部为挖或全部为填时（图2.2.11（a）），其挖填方体积为：

                                  （2.28）

式中a——方格边长（m）；

h₁、h₂、h₃——三角形各角点的施工高度，用绝对值（m）代入。

三角形三个角点有填有挖时，零线将三角形分成两部分，一个是底面为三角形锥体,一个是底面为四边形的楔体（图2.2.11（b））,其锥体部分的体积为：

                                    （2.29）

楔形部分的体积为：

               （2.30）

式中h₁、h₂、h₃——三角形各角点的施工高度，取绝值（m），h₃指的是锥体顶点的施工高度。

必须指出，四方棱柱体的计算公式是根据平均中断面的近似公式推导而得的，当方格中地形不平时，误差较大，但计算简单，宜于手计算。三角棱柱体的计算公式是根据立体几何体积计算公式推导出来的，当三角形顺着等高线进行划分时，精确度较高、但计算繁杂、适宜用计算机计算。

（a）全填或全挖                         （b）锥体部分为填方

图2.2.11  三角棱柱体的体积计算

2．断面法

沿场地取若干个相互平行的断面（当精度要求不高时，可利用地形图定出，若精度要求较高时，应实地测量定出），将所取的每个断面（包括边坡断面）划分为若干个三角形和梯形，如图2.2.12所示。则面积为：

图2.2.12  断面图

3．边坡土方量计算

当用方格网法计算土方量时，还要另外计算边坡土方量，其方法是：首先根据规范或设计文件上定的边坡度系数m（m=边坡宽÷边坡高），把挖方区和填方区的边坡画出来，然后把这些边坡划分为若干个几何形体，如三角棱锥体或三角棱柱体（如图2.2.13），再分别计算其体积。

图2.2.13   场地边坡平面图

（1）三角棱锥体边坡体积

图2.2.13中的①边坡为三角棱锥体，其体积为：

                                              （2.33）

式中l₁——边坡①的长度；

F₁——边坡①的端面积，即F₁=；

h₂——角点的挖土高度；

m——坡度系数。

（2）三角棱柱体边坡体积

图2.2.13中的④为三角棱柱体，其体积为：

                                         （2.34）

当两端横断面面积相差很大的情况下，则：

                                 （2.35）

式中l₄——边坡④的长度；

F₁、F₂、F₀——边坡④两端及中部的横断面面积，算法同F₁。

2.2.3土方调配

土方调配就是对挖土的利用、堆弃和填土的取得三者之间的关系进行综合协调的处理，目的是在使土方总运输量（m³-m）最小或成本最小的条件下，确定挖填方区土方的调配方向和数量，从而达到缩短工期和降低成本的目的。

如图2.2.21所示是土方调配的两个例子。图上注明了挖填调配区、调配方向、土方数量以及每对挖、填区之间的平均运距。如图2.214（a）所示共有4个挖方区，3个填方区，总挖方和总填方相等。土方的调配，仅考虑场地内的挖填平衡即可解决（这种条件下的土方调配可采用线性规划的方法计算确定）。如图2.2.14（b）所示也有4个挖方区，3个填方区，挖、填方工程量虽然相等，但由于地形窄长，故采取就近弃土和就近借土的办法解决土方的平衡调配。

 (a) 场地内挖、填平衡的调配图

 (b) 有弃土和借土的调配图

图2.2.14土方调配

注：箭头上面的数字表示土方量（m³），箭头下面的数字表示运距（m）；W、T—分别表示挖土区和填土区。

1．土方调配原则

（1）应力求达到挖、填平衡和运距最短的原则。

（2）土方调配应考虑近期施工与后期利用相结合的原则。

（3）土方调配应采取分区与全场相结合来考虑的原则。

（4）土方调配还应尽可能与大型地下建筑物的施工相结合。

（5）合理布置挖、填方分区线，选择恰当的调配方向、运输线路，使土方机械和运输车辆的性能得到充分发挥。

2．土方调配图表的编制

场地土方调配，需做成相应的土方调配图表，其编制的方法如下：

（1）划分调配区。在场地平面图上先划出挖、填区的分界零线；根据地形及地理条件，把挖方区和填方区再适当地划分为若干调配区，其大小应满足土方机械的操作要求，例如调配区的大小应大于或等于机械的铲土长度。

（2）计算土方量。计算各调配区土方量，并标明在图上。

（3）求出每对调配区之间的平均运距。

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

                                     （2.36）

                                      （2.37）

式中、——挖或填方调配区的重心坐标；

V ——每个方格的土方量（m³）；

x、y ——每个方格的重心坐标。

有时因地形复杂，重心的计算颇为繁琐，所以也有用作图法近似地求出形心位置以代替重心位置的，此法用得较多。

当挖方区土方重心和填方区土方重心分别求出后，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运距。

当填、挖方调配区之间的平均运距较远，采用汽车、自行式铲运机或其他运土工具沿工地道路或规定线路运土时，其运距应按实计算。

3．土方最优调配方案

好的调配方案就是要在最大限度地保护自然地貌的情况下，使土方总的运输量最小。

根据挖填平衡的原则，该问题可列出如下数学模型：

目标方程：

                         （2.38）

约束条件：

   i=1，2，…，m

   j=1，2，…，n

x_ij≥0

式中x _ij ——从第i 挖方区运土至第j填方区的土方量（m³）；

c _ij ——从第i挖方区运土至第j 填方区的平均运距或单价价格（km）；

a _i ——第i 挖方区的挖方量（m³）；

b _j ——第j填方区的填方量（m³）。

满足约束条件的解有无穷多个，同时满足目标方程的解也可能有多个解。大型的土方工程，可利用电算求解该线性规划问题。如果是中小工程，挖填方数目不多，可采用如下的“表上作业法”求解土方调配问题。

（1）作初始调配方案

初始方案的编制采用“最小元素法”，即在调配过程中对运距最小者优先满足土方调配要求。按照运距由小到大的顺序，从表2-2-2中可知道W₂至T₂运距最短，为40，首先满足它的要求。由题意知道W₂的挖方量为500，而T₂所需填方量为600，所以，最多W₂只能给T₂运送500，我们把500记入表中。W₂的挖方量已全部用完，可将这一行没有土方调配的方格中画上×。将W₄给T₃运送400、W₁给T₁运送500、W₃给T₁运送300、W₃给T₃运送100、W₃给T₂运送100，依次将这些数据记入表中，没有土方调配的方格都画上×。至此，调配初始方案完成。其结果见表2-2-2。

表2-2-2土方平衡运距表

注：表中W、T分别表示挖土和填土，下标数字表示相应的挖土和填土区的代码，以下同。

（2）判断是否最优方案

编制的初始方案考虑了就近调配的原则，所求的总运输量是较小的。但这并不能保证其总运输量最小，因此还需要进行判别是否为最优方案。在“表上作业法”中，判别是否是最优方案的方法有许多。采用“假想价格系数法”求检验数较清晰直观。该方法是设法求得无调配土方的方格（如本例中的W₁—T₂，W₁—T₃，W₄—T₂等方格）的检验数λ_ij，只有当全部检验数λ_ij ≥0，则该方案为最优调配方案，否则不是最优方案，尚需调整。

首先求出表中各个方格的假想价格系数c′_ij，有调配土方的假想价格系数c′_ij=c_ij，无调配土方方格的假想系数用下式计算：

c′_ef + c′_pq= c′_eq+c′_pf                                 (2.39)

式（2-30）的意义是构成任一矩形的4个方格内对角线上两方格的假想价格系数之和相等。利用已知的假想价格系数，组合适当的方格构成一个矩形，逐个求解未知的c′_ij。求得的c′_ij可写在如表1-4 所示相应的方格中右下角。由c′₂₁ + c′₃₂=c′₂₂+ c′₃₁。可得c′₂₁= −10。同理可求c′₁₁= 50，c′₂₂ = 40，c′₃₁ = 60，c′₃₂=110，c′₃₃ = 70，c′₄₃ = 40，见表2-2-3。假想价格系数求出后，按下式求出表中无调配土方方格的检验数：

                                     (2.40)

表 2-2-3计算假想价格系数

把表中无调配土方的方格右边小格的运距和下方假想价格的数字相减即可。如λ₂₁= 70 − (−10) = +80，λ₁₂= 70−100 = −30。将计算结果填入表2-2-4。在表2-2-4方格中左下角只写出各检验数的正负号，我们只对检验数的符号感兴趣，而检验数的值对求解结果无关，可不填入具体值。

表2-2-4计算检验数

表2-2-4中出现了负检验数，说明初始方案不是最优方案，需进一步调整。

（3）方案的调整

首先，在所有负检验数中选最小一个，本例中就是λ₁₂，把它所对应的变量x₁₂作为调整对象。然后，找出x₁₂的闭回路。其作法是：从x₁₂方格出发，沿水平与竖直方向前进，遇到适当的有数字的方格作90°转弯(也不一定转弯)，然后继续前进，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2-2-5。

表2-2-5求解闭回路

其次，从空格x₁₂出发，沿着闭回路(方向任意)一直前进，在各奇数次转角点（以x₁₂出发点为0）的数字中，挑出一个最小的“100”，将它由x₃₂调到x₁₂空方格中。

最后，将“100”填入x₁₂方格中，被调出的x₃₂为0，该格变为空格；同时将闭回路上其他的奇数次转角上的数字都减去“100”，偶数次转角上数字都增加“100”，使得填挖方区的土方量仍然保持平衡，这样调整后，便可得到新的调配方案见表2-2-6。

表2-2-6第一次调整后的调配方案

至此，便得到一个“调整方案”。该调整方案是否为最优方案，仍需用“检验数”来判断，如果检验中仍有负数出现，那就仍按上述步骤继续调整，直到全部检验数λ_ij ≥0 ，找出最优方案为止。

由于表1-8中的所有的检验数 λ_ij ≥0，故该方案已为最优方案。

该最优土方调配方案的总运输量：

400×50＋100×70＋500×40＋400×60＋100×70＋400×40＝94000m³-m

2.2.4场地平整机械化施工

大面积场地平整，宜采用推土机、铲运机等大型机械施工。

1．推土机施工

推土机实际上为一装有铲刀的拖拉机。按铲刀的操纵机构不同，可分为索式和油压式两种。索式推土机的铲刀系借其本身自重切入土中，因此在硬土中切土深度较小，目前较少应用，油压推土机的铲刀用油压操纵，能强制切入土中，切土较深，且可以调升铲刀和调整铲刀的角度，因此具有更大的灵活性，图2.2.15为油压推土机外形图。

图2.2.15  T—180型推土机外形图

推土机操纵灵活，运转方便，所需工作面较小，行驶速度快，易于转移，能爬30^o左右的缓坡，因此应用范围较广。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、挖土机工作等。此外，在推土机后面可安装松土装置，破、松硬土和冻土；也可拖挂羊足碾进行土方压实工作。推土机可以推挖一~三类土，经济运距100m以内，效率最高为40m~60m。

推土机的生产率主要决定于推土刀推移土的体积及切土、推土、回程等工作循环时间。为了提高推土机的生产效率，缩短推土时间和减少土的失散，常用以下几种施工方法：

（1）下坡推土  如图2.2.16。推土机顺地面坡度沿下坡方向切土与推土，以借助机械本身的重力作用，增加推土能力和缩短推土时间。一般可提高生产效率30%~40%，但推土坡度应在15^o以内。

图2.2.16   下坡推土法

（2）并列推土  平整场地的面积较大时，可用2台~3台推土机并列作业。铲刀相距375px~750px。一般两机并列推土可增大推土量15%~30%，但平均运距不宜超过50m~70m，不宜小于20m。

（3）槽形推土  推土机重复多次在一条作业线上切土和推土，使地面逐渐形成一条浅槽，以减少土从铲刀两侧流散，可以增加推土量10%~30%。

（4）多铲集运  在硬质土中，切土深度不大，可以采用多次铲土，分批集中，一次推送的方法，以便有效地利用推土机的功率，缩短运土时间。

此外，还可以在铲刀两侧附加侧板，以增加铲刀前的推土量。

2．铲运机施工

铲运机是一种能独立完成铲土、运土、卸土、填筑、整平的土方机械。按行走方式分为自行式铲运机（图2.2.17）和拖式铲运机（图2.2.18）两种。按铲斗的操纵系统可分为索式和油压式两种。

图2.2.17 CL₇型自行式铲运机

1—驾驶室；2—前轮；3—中央框架；4—转向油缸；5—辕架；

6—提斗油缸；7—斗门；8—铲斗；9—斗门油缸；10—后轮；11—尾架

图2.2.18   G₆—2.5型拖式铲运机

1—拖把；2—前轮；3—辕架；4—斗门；

5—铲斗；6—后轮；7—尾架

铲运机的工作装置是铲斗，铲斗前方有一个能开启的斗门，铲斗前设有切土刀片。切土时，铲斗门打开，铲斗下降，刀片切入土中。铲运机前进时，被切下的土挤入铲斗，铲斗装满后，提起铲斗，放下斗门，将土运至卸土地点。铲运机对行驶的道路要求较低，操纵灵活，行驶速度快，生产率高，且费用低。在土方工程中常应用于大面积场地平整，开挖大型基坑，填筑堤坝和路基等。最宜于开挖含水量不超过27%的一~三类土。对于硬土需用松土机预松后才能开挖。自行式铲运机适用于运距800m~3500m的大型土方工程施工，以运距在800m~1500m的范围内生产效率最高。拖式铲运机适用于运距在80m~800m的土方工程施工，而运距在200m~350m时，效率最高。

铲运机是一种能综合完成挖土、运土、卸土的土方机械，对行驶道路要求较低。其斗容量一般为3～12m³。对不同的土，其铲土厚度为30～150mm，卸土厚度为200mm左右。

（1）铲运机的开行路线

由于挖填区的分布不同，如何根据具体条件，选择合理的开行路线，对于提高铲运机的生产率影响很大。铲运机的开行路线有以下几种：

①环形路线。这是一种简单而常用的开行路线。根据铲土与卸土的相对位置不同，可分为图2.2.19(a)与图2.2.19(b)所示的两种情况。每一循环只完成一次铲土与卸土。当挖填交替而挖填之间的距离又较短时，则可采用大环形路线，如图2.2.19(c)所示。其优点是一个循环能完成多次铲土和卸土，从而减少铲运机的转弯次数，提高工作效率。采用环形路线，为了防止机件单侧磨损，应避免仅向一侧转弯。

② 8字形路线。这种开行路线的铲土与卸土，轮流在两个工作面上进行，如图2.2.19(d)所示，机械上坡是斜向开行，受地形坡度限制小。每一循环能完成两次作业，即每次铲土只需转弯一次，比环形路线缩短运行时间，提高了生产效率。同时，一个循环中两次转弯方向不同，机械磨损也较均匀。这种开行路线主要适用于取土坑较长的路基填筑，以及坡度较大的场地平整中。

图2.2.19  铲运机的开行路线

（2）铲运机施工方法。为了提高铲运机的生产率，除了规划合理的开行路线外，还可根据不同的施工条件，采用下列方法。

①下坡铲土。铲运机铲土应尽量利用有利地形进行下坡铲土。这样，可以利用铲运机的重力来增大牵引力，使铲斗切土加深，缩短装土时间，从而提高生产率。一般地面坡度以5°～7°为宜。如果自然条件不允许，可在施工中逐步创造一个下坡铲土的地形。

②跨铲法。就是预留土埂，间隔铲土方法。这样，可使铲运机在挖两边土槽时减少向外撒土量，挖土埂时增加了两个自由面，阻力减小，铲土容易。土埂高度应不大于300mm，宽度以不大于拖拉机两履带间净距为宜。

③助铲法。在地势平坦、土质较坚硬时，可采用推土机助铲，以缩短铲土时间。此法的关键是双机要紧密配合，否则会达不到预期效果。一般每3～4 台铲运机配一台推土机助铲。推土机在助铲的空隙时间，可作松土或其他零星的平整工作，为铲运机施工创造条件。

铲运机在开挖坚土时，宜在施工前用松土机预先疏松，以减少机械磨损，提高生产效率。拖式松土机的松土深度可达0.3～0.5m。

当铲运机铲土接近设计标高时，为了正确控制标高，宜沿平整场地区域每隔10m左右，配合水平仪抄平，先铲出一条标准槽，然后以此为标准，使整个区域平整到设计要求为止。

2.3  基坑土方施工

2.3.1土方的边坡坡度

在开挖基坑、沟槽或填筑路堤时，为了防止塌方，保证施工安全及边坡稳定，其边沿应考虑放坡。土方边坡的坡度以其高度h与底宽b之比表示（图2.3.1），即

土方边坡==1：m                                   (2.41)

式中 m=B/H，叫做坡度系数。

边坡的坡度应根据不同的填（挖）高度、土的物理与力学性质和工程的重要性、边坡附近地面堆载情况等由设计确定。在满足土体边坡稳定的条件下，可作成直线形或折线形边坡，如图2.3.1（a）、（b）、（c），以减少土方施工量。

（a）直线形边坡              （b）折线形边坡                （c）台阶形边坡

图2.3.1边坡形式

当地下水位低于基底，在湿度正常的土层中开挖基坑（槽）或管沟，且敞露时间不长时，可作直立壁（不放坡）不加支撑，但挖方深度不宜超过下列规定：

稍密的杂填土、素填土、碎石类土、砂土  1m；

密实的碎石类土（填充物为黏土）  1.25m；

可塑状的黏性土  1.5m；

硬塑状的黏性土  2m。

施工过程中，应经常检查槽壁的稳定情况，基坑（槽）或管沟挖好后，应及时进行基底混凝土垫层施工及地下结构施工。当地质条件良好，土质均匀且无地下水的自然放坡的坡率允许值应根据地方经验确定。当无经验时，可参考表2-3-1选用。

表2-3-1  自然放坡的坡率允许值

2.3.2基坑（槽）土方量计算

在基坑（槽）土石方工程施工之前，必须计算土石方的工程量。基坑（槽）土方量可按立方体几何中棱柱体（由两个平行的平面做底的一种多面体）体积公式计算（图2.3.2），即：

V                                  （2.42）

式中 H——基坑深度（m）；

F、——基坑上、下两底面积（m²）；

F₀——基坑中截面面积（m²）。

图2.3.2    基坑土方量计算                    图2.3.3    基坑土方量计算

    基槽和路堤的土方量可以沿长度方向分段后，再用同样的方法计算（图2.3.3）；

V₁                                （2.43）

式中 V₁——第一段的土方量（m³）

L₁ ——第一段的长度（m）。

将各段土方量相加即得总土方量：

V=V₁+V₂+…+V_n                                         （2.44）

式中 V₁、V₂、…、V_n——各分段的土方量（m³）。

2.3.3基坑土方边坡稳定

基坑边坡的稳定，主要由土体的抗滑能力来保持。当土体下滑力超过抗滑力，土体就会失去稳定而发生滑动。土体抗滑能力实质上就是土体的抗剪能力。而土体抗剪能力的大小主要取决于土的内摩擦系数与内聚力大小。土壤颗粒间不但存在抵抗滑动的摩擦力，也存在内聚力（除了干净和干燥的砂之外）。内聚力一般由两种因素形成：一是由于土中水的水膜和土粒之间的分子引力；一是由于化合物的胶结作用（特别是黄土）。不同的土，土的不同物理性质对土体抗剪能有影响，如含水量增加了，胶结物溶解，内聚力就会变小。因此在考虑边坡稳定时，除了从试验室得到的内摩擦系数与内聚力的数据外，还应考虑施工期间气候（如雨水）的影响和振动的影响（饱和细砂和粉砂会因振动而变化）。

土体的下滑力在土体中产生剪应力，土体下滑力的大小与基坑深度和边坡大小等有关，因为边坡越陡，基坑越深，土体的自重也越大。此外，基坑上边缘堆土和停放机械、因下雨使土体的含水量增加而加大土体的自重。地下水的渗流对土体产生的动水压力等都会增加土体的下滑力而使剪应力增大。引起土体抗剪强度降低的主要因素有：土质本身较差或因气候影响使土质变软，土体内含水量增加在颗粒间产生润滑作用，饱和的细砂、粉砂受振动而液化等。

由于影响基坑边坡稳定的因素甚多，在一般情况下，开挖深度较大的基坑，应对土方边坡作稳定分析，即在给定的荷载作用下，土体抗剪切破坏应有一个足够的安全系数，而且其变形不应超过某一容许值。无内聚力的砂土，边坡大小由内摩擦角φ确定。坡度角α（斜坡与地面的夹角）小于或等于内摩擦角φ时，边坡即能保持稳定。边坡稳定分析方法，一般可用“条分法”、“摩擦园法”等计算，关于这方面计算可参考有关教材。

2.3.4基坑（槽）边坡支护

在基坑（槽）开挖时，如地质、周围条件允许，可放坡开挖；但在建筑密集地区施工，常因受场地的限制而不能放坡，或放坡所增加的土方量很大，或为防止地下水渗入基坑时，就需要用支护结构支撑土壁，以保证施工的顺利和安全，并减少对相邻已有建筑物的不利影响。基坑支护结构一般根据地质条件，基坑开挖深度以及对周边环境保护要求采取板式支护结构、重力式水泥土墙、土钉墙等形式。在支护结构设计中首先要考虑周边环境的保护，其次要满足本工程地下结构施工的要求，再则应尽可能降低造价、便于施工。支护结构的种类甚多，按受力不同可分重力式支护结构、非重力式支护结构、边坡稳定式支护；非重力式支护结构按支护结构支撑系统的不同又分为：悬臂式支护结构、内撑式支护结构和坑外锚拉式支护结构；按挡墙所选用的材料不同，支护结构分为：钢板桩、钢筋混凝土桩、地下连续墙、深层搅拌水泥土桩、旋喷桩、土钉墙挡土墙等，其中土钉墙挡土墙属于边坡稳定式支护法，深层搅拌水泥土桩和旋喷桩属于重力式支护结构，其他的皆属非重力式支护结构。按结构形式可分为排桩、地下连续墙、水泥土墙、逆作拱墙、土钉墙或采用上述型式的组合。

1．横撑式支护

市政工程施工时，常需开挖较深的沟槽铺设地下管沟。在开挖较窄的沟槽时，多用横撑式土壁支撑。横撑式土壁支撑根据挡土板设置的不同，分为水平挡土板式（图2.3.4（a））和垂直挡土板式（图2.3.4（b）），前者又可分为断续式和连续式。断续式水平挡土板支撑在湿度小的粘性土及挖土深度小于3m时采用。连续式水平挡土板支撑用于较潮湿的或散粒的土，挖土深度可达5m。垂直挡土板支撑用于松散的和湿度很高的土，挖土深度不限。

（a）断续式水平挡土板支撑                    （b）垂直挡土板支撑

图2.3.4  横撑式支撑

1—水平挡土板；2—立柱；3、6—工具式横撑； 4—垂直挡土板；5—横楞木

2．板桩墙支护

板桩墙支护结构由两大系统组成：挡墙系统和锚撑系统（图2.3.5）。挡墙系统常见的形式有钢板桩、灌注桩排桩、SMW工法、地下连续墙等。支撑一般采用大型钢管、H型钢或格构式钢支撑，也可采用现浇钢筋混凝土支撑。拉锚的材料一般用钢筋、钢索、型钢或土锚杆。根据基坑开挖的深度及挡墙系统的截面性能可设置一道或多道支点，形成锚撑支护结构。支撑或拉锚与挡墙系统通过围檩、冠梁等连接成整体。基坑较浅，挡墙具有一定刚度时，可不设支点而采用悬臂式支护结构。

(a) 水平支撑式              (b) 斜撑式              (c) 拉锚式                   (d) 土锚式

                                                                  图2.3.5 板桩墙支护结构             

1—板桩墙；2—围檩；3—钢支撑；4—竖撑；5—斜撑；6—拉锚；7—土锚杆

钢板桩在临时工程中可多次重复使用，且施工方便，在应用中即可挡土又可止水，在工程中应用较广。下面主要介绍钢板桩的施工方法。

（1）钢板桩分类

钢板桩的种类很多，常见的有 U形板桩与Z 形板桩、H 形板桩，如图2.3.6所示。

（a）U形板桩相互连接；（b）Z形板桩相互连接；（c）H形板桩

图 2.3.6  常见板桩

钢板桩根据有无锚桩结构，分为无锚板桩（也称悬臂式板桩）和有锚板桩两类。无锚板桩（也称悬臂式板桩），用于较浅的基坑，依靠入土部分的土压力来维持板桩的稳定。有锚板桩，是在板桩墙后设柔性系杆（如钢索、土锚杆等）或在板桩墙前设刚性支撑杆（如大型钢、钢管）加以固定，可用于开挖较深的基坑，该种板桩用得较多。

（2）钢板桩打设

钢板桩施工要正确选择打桩方式、打桩机械和流水段划分，以便使打设后的板桩墙，有足够的刚度和防水作用，且板桩墙面平直，以满足墙壁内支撑安装精度的要求，对封闭式板桩墙还要求封闭合拢。

钢板桩的打设虽然在基坑开挖前已完成，但整个板桩支护结构需等地下结构施工后、基坑回填土完成后将板桩拔除才算结束。

钢板桩打桩方法有以下几种。

①单独打入法：此法是从一角开始逐块插打，每块钢板桩自起打到结束中途不停顿。这种打法施工简便，速度快，但由于单块打入，易向一边倾斜，造成累计误差不易纠正，壁面平直度也难以控制。一般在桩长小于10m，且工程要求不高时采用。

②围檩插桩法：此法是要用围檩支架作板桩打设导向装置如图2.3.7所示，围檩支架由围檩和围檩桩组成，在平面上分单面围檩和双面围檩，高度方向有单层和双层之分，在打设板桩过程中起导向作用。双面围檩之间的距离，比两块板桩组合宽度大8~15mm。

双层围檩插桩法是在地面上，离板桩墙轴线一定距离先筑起双层围檩支架，然后将钢板桩依次在双层围檩中全部插好，成为一个高大的钢板桩墙。待四角实现封闭合拢后，再按阶梯形逐渐将板桩一块块打入设计标高。这种打法可保证平面尺寸准确和钢板桩垂直度，但施工速度慢。

③分段复打桩（屏风法）：此法是将10～20 块钢板桩组成的施工段沿围檩插入土中一定深度形成较短的屏风墙，先将其两端的两块打入，严格控制其垂直度，打好后用电焊固定在围檩上，然后将其他的板桩按顺序以1/2 或1/3 板桩高度打入。此法可以防止板桩过大的倾斜和扭转，防止误差累积，有利于实现封闭合拢，且分段打设，不会影响邻近板桩施工。

（a）平面布置             （b）剖面

图2.3.7打桩围檩支架

1—围檩桩；2—围檩；3—钢板桩

（3）钢板桩拔除。

基坑回填后，一般要拔除钢板桩，以便重复使用。常见的拔桩方法有两种：一是用振动锤拔桩；二是用重型起重机与振动锤共同拔桩。拔除钢板桩前，应根据现场特点及周边环境条件，确定拔桩方法、顺序和拔桩时间及钢板桩孔处理方法。否则，由于拔桩的振动影响，以及拔桩带土过多引起地面沉降和位移，会给施工的地下结构带来危害，并影响邻近建筑或地下管线的安全。

钢板桩孔处理：对拔桩后留下的桩孔，必须及时回填。回填的处理方法有：挤密法和填入法。所用材料一般为砂子。

3．重力式水泥土墙支护结构

水泥土墙是利用水泥为固化剂，通过搅拌桩机在地基深处就地将原位土和固化剂（浆液或粉体）强制搅拌，形成水泥土桩，相互搭接，硬化后即形成具有一定强度的壁状挡墙（有各种形式，计算确定），既可挡土又可形成隔水帷幕。对于平面呈任何形状、开挖深度不很深的基坑（一般不超过6m）皆可用作支护结构，比较经济。当水泥土墙作为挡土的支护结构时，一般是将水泥土搅拌桩做成格栅式，格栅的置换率（加固土的面积:水泥土墙的总面积）为0.6~0.8，墙体的宽度b，插入深度h_d根据基坑开挖深度h确定，一般b=(0.6~0.8)h，h_d=（0.8~1.2）h（图2.3.8），为提高水泥土墙的挡土能力，可在水泥土中插入加筋杆件，形成加筋水泥土挡墙，必要时还可辅以内支撑等。水泥土的物理力学性质，取决于水泥掺入比，多用12~20%左右（单位土体的水泥掺量与土重力密度之比），水泥土的强度可达0.8~1.2MPa，渗透系数很小，一般不大于10-150px/s。在软土地区适用于4~6m深的基坑，最大可达7~8m。

水泥土搅拌桩施工分为湿法（喷浆）和干法（喷粉），具体施工工艺见“4.6 水泥土搅拌法”一节。

图2.3.8  水泥土墙

1-搅拌桩；2-插筋；3-面板

4．土钉墙支护

（1）土钉墙支护技术

土钉墙是采用土钉加固的基坑侧壁土体与护面等组成的结构。它是将拉筋插入土体内部全长度与土粘结，并在坡面上喷射混凝土，从而形成加筋土体加固区带，用以提高整个原位土体的强度并限制其位移，并增强基坑边坡坡体的自身稳定性。土钉墙适用于开挖支护和天然边坡加固，是一项实用的原位岩石加筋技术，如图2.3.9所示。

(a) 土钉剖面； (b) 土钉面层喷锚

图图2.3.9土钉墙示意图

1—长度为坑深0.8~1.2 倍的土钉锚固体；2—喷射混凝土面层厚100；3—加强钢筋；4—钢筋网

土钉墙的类型，按施工方法不同，可分为钻孔注浆型土钉，打入型土钉和射入型土钉墙三类。钻孔注浆型土钉墙在我国目前应用最大，可用于永久性或临时性的支护工程中，它的施工方法及原理为：

基坑开挖后，首先在基坑坡面上钻孔直径为70～120mm的一定深度的横孔，然后插入钢筋，再用压力注浆填充钻孔孔洞，从而形成与周围土体密实粘合的土钉，最后在坑基坡面上设置与土钉端部联结的构件，并用喷射混凝土组成土钉面层结构，成为一道临时自稳土层、土钉和喷射混凝土的组合墙，形成基坑的稳定侧墙体系。

土钉墙适宜于地下水位以上或经人工降水后的有一定粘结性的杂填土、粘性土、粉土及微胶结砂土的基坑开挖支护，不宜用于含水丰富的粉细砂层、砂卵石层和淤泥质土，也不应用于没有临时自稳能力的淤泥、饱和软弱土层。土钉墙基坑支护开挖深度适宜于5～12m，当与护坡桩或预应力锚杆联合支护时，深度还可适当增加。

土钉墙适用于地下水低于土坡开挖段或经过降水措施后使地下水位低于开挖层的情况。为了保证土钉墙的施工，土层在分阶段开挖时，应能保持自立稳定。为此，土钉适用于有一定黏结性的杂填土、粘性土、粉性土、黄土类土及含有30%以上黏土颗粒的砂土边坡。此外，当采用喷射混凝土面层或坡面浅层注浆等稳定坡面措施，能够保证每一边坡台阶的自立稳定时，也可采用土钉支护体系作为稳定砂土边坡的方法。

土钉墙施工时一般要先开挖土层1～2m 深，在喷射混凝土和安装土钉前需要在无支护情况下稳定至少几个小时，因此土体必须要有一定的“粘聚力”，否则需先行灌浆处理，使造价增加和施工复杂。另外，土钉墙施工时要求坡面无水渗出。若地下水从坡面渗出，则开挖后坡面会出现局部坍滑，这样就不可能形成一层喷射混凝土面。

（2）土钉墙支护的施工

土钉支护施工过程主要包括以下几个方面：

①作业面开挖

土钉墙施工是随着工作面开挖分层施工的，每层开挖的最大高度取决于该土体可以站立而不破坏的能力，在砂性土中每层开挖为0.5～2.0m，在粘性土中每层开挖高度可按式（2.47）估算：

                    （2.45）

式中 h——每层开挖深度，m；

c ——土的粘聚力（直剪快剪），kPa；

r ——土的重度，kN/m³

 ——土的内摩擦角（直剪快剪），度。

开挖高度一般与土钉竖向间距相匹配，便于土钉施工。每层开挖的纵向长度，取决于交叉施工期间保持坡面稳定的坡面面积和施工流程的相互衔接，长度一般为10m。使用的开挖施工设备必须能挖出光滑规则的斜坡面，最大限度地减少对支护土层的扰动。松动部分在坡面支护前必须予以清除。对松散的或干燥的无粘性土，尤其是当坡面受到外来振动时，要先行进行灌浆处理，在附近爆破可能产生的影响也必须予以考虑。在用挖土机挖土时，应辅以人工修整。

②设置土钉

土钉施工包括定位、成孔、设置钢筋、注浆等工序。钻孔工艺和方法与土层条件、施工单位的设备和经验有关。目前国内大多数采用螺旋钻、洛阳铲等干法成孔设备，也可使用如YTN—87型土锚专用钻机成孔。也可采用直接打入土钉法。

③喷射混凝土面层

    一般情况下，为了防止土体松弛和崩解，必须尽快做第一层喷射混凝土。根据地层的性质，可以在安设土钉之前做，也可以在放置土钉之后做。对于临时性支护来说，面层可以做一层，厚度50~150mm;而对永久性支护则多用两层或三层，厚度为100~300mm。喷射混凝土强度等级不应低于C15,混凝土中水泥含量不宜低于400kg/m³。喷射混凝土最大骨料尺寸不宜大于15mm，通常为10mm。两次喷射作业应留一定的时间间隔，为使施工搭接方便，每层下部300mm暂不喷射，并做45°的斜面形式，为了使土钉同面层很好的连接成整体，一般在面层与土钉交接中间加一块150×150×10或200×200×12的承压板，承压板后一般放置4~8根加强钢筋。在喷射混凝土中，应配置一定数量的钢筋网，钢筋网能对面层起加强作用，并对调整面层应力有着重要的意义。钢筋网间距通常双向均为200~300mm，钢筋直径为φ6~φ10，在喷射混凝土面层中配置1~2层。有时，用粗钢筋将各土钉相互连接起来，这样面层的整体作用得到进一步加强。

④设置排水系统

施工时应提前沿坡顶挖设排水沟排除地表水，并在第一段开挖喷射混凝土期间可用混凝土做排水沟覆面。一般对支挡土体有以下三种主要排水方式：

A、浅部排水。施工时采用直径一般为100mm，长300～400mm管子，可将坡后的水迅速排除，其间距可按地下水条件和冻胀破坏的可能性而确定。在基坑底部应设置排水沟和集水井，并宜离开面层一定距离。

B、深部排水。在永久性支护中，可采用直径50mm向外倾斜5°～10°，长度超过土钉的带孔塑料的排水管，内填虑料。其间距取决于土体和地下水条件，一般坡面每大于3m2布置一个。

C、坡面排水。在喷射混凝土坡面前，可贴着坡面按一定的水平间距布置土工合成材料包扎竖向排水通道或设置带孔的竖向排水管，其间距取决于地下水条件和冻胀力的作用，一般为l～5m。这些排水通道在每步开挖施工喷射混凝土面层以前铺设，到支护底部后横向连通，并将水引走。坡面排水也可代替前述浅部排水。

（3）土钉抗拔力检验

一般来说，每种地层均应分别做土钉抗拔力实验，为土钉墙设计提供依据或用以证明设计中选用的参数是否合适，由于土钉的整体作用是主要的，不像锚杆那样要求高，所以只有对重要的工程，设计或施工前需要进行土钉的基本抗拔力实验，以确定土钉界面摩阻力的分布型式及土钉的极限抗拔力等。土钉基本抗拔力实验可采用循环加荷的方式，第一级取土钉钢筋屈服强度的10%为基本荷载，进而以土钉钢筋屈服强度的0.15倍为增量来增加荷载，同时用退荷循环来测量残余变形，每一级荷载持续到变形稳定为止；土钉破坏标准为：在同级荷载下，变形不能趋于稳定，即认为土钉达到极限荷载。必须量测荷载和位移，提出荷载变形曲线。在土钉上连接钢筋计或贴应变片，可以量测土钉应力分布及变化规律，这对设计是非常有益的。

对于一般的土钉墙工程，土钉抗拔力检验是必须的，实验数量应为土钉总数的1%，且不少于3根；土钉检验的合格标准可定为：土钉抗拔力应大于设计极限抗拔力，抗拔力最小值应大于设计极限抗拔力的0.9倍。土钉抗拔力设计安全系数：对临时工程可取1.5，对永久性工程可取2.0。

5．土层锚杆

（1）土层锚杆技术

土层锚杆（亦称土锚）是一种受拉杆件，它一端（锚固端）锚固在稳定的地层中，另一端与支护结构的挡墙相连接，将支护结构和其它结构所承受的荷载（土压力、水压力以及水上浮力等）通过拉杆传递到稳定土层中的锚固体上，再由锚固体将传来的荷载分散到周围稳定的地层中去。

利用土层锚杆支承支护结构（钢板桩、灌注桩、地下连续墙等）的最大优点是在基坑施工时坑内无支撑，开挖土方和地下结构施工不受支撑干扰，施工作业面宽敞，改善施工条件。目前在高层建筑深基坑工程中的应用已日益增多。土层锚杆的应用已由非粘性土层发展到粘性土层，近年来，已有将土层锚杆应用到软粘土层中的成功实例，今后随着对锚固法的不断改进以及检测手段的日臻完善，土锚的适用范围及应用会更加广泛。

锚杆支护体系由支护挡墙、腰（围檩）及托架、锚杆三部分组成（图2.3.10）。腰梁的目的是将作用于支护挡墙上的水、土压力传递给锚杆，并使各杆的应力通过腰梁得到均匀分配。锚杆由锚头、拉杆（拉索）和锚固体三部分组成。

(a) 多层锚杆剖面图                         (c) 二次灌浆管的布置

图2.3.10  锚杆构造

1—墙结构；2—锚头垫座；3—锚头；4—钻孔；5—锚拉杆；

6—锚固体；7—一次灌浆管；8—二次灌浆管；9—定位器

土层锚杆根据主动滑动面，分为自由段（非锚固段）和锚固段（图2.3.11）。土层锚杆的自由段处于不稳定土层中，要使它与土层尽量脱离，土层一旦有滑动时，它可以伸缩，其作用是将锚头所承受的荷载传递到锚固段去。自由段的长度应按挡墙与稳定地层之间的实际距离确定。锚固段处于稳定土层中，要使它与周围土层结合牢固，通过与土层的紧密接触将锚杆所受荷载分布到周围土层中去，锚固段是承载力的主要来源，它的长度主要根据每根锚杆需承受的抗拔力来决定。

图2.3.11   土层锚杆的自由段与锚固段的划分

—自由段（非自由段）；—锚固段

（2）土层锚杆施工

土层锚杆施工前，应了解施工区土层分布及各物理力学性能，以便实施锚杆的布置、选择钻孔方法；了解地下水赋存状况及其化学成分，以确定排水、截水措施、以及拉杆的防腐措施；查明施工区范围内地下埋设物的位置状况，预测锚杆施工对其影响的可能性与后果；请设计单位作技术咨询，以全面了解设计意图、编制施工组织设计。土层锚杆施工包括：钻孔、拉杆制作与安装、灌浆、张拉锁定等工作。

①钻孔

旋转式钻孔机、冲击式钻孔机和旋转式钻孔机均可用于土层的锚杆的钻孔。具体选择何种钻孔机应根据钻孔孔径、孔深、土质及地下水情况而定。国内目前使用的土层锚杆钻孔机具，一部分是土锚专用钻机，另一部分则是经适当改装的常规地质钻孔机和工程钻机。专用锚杆钻机可用于各种土层，非专用钻机若不能带套管钻进则只能用于不易塌孔的土层。

钻孔机具选定之后再根据土质条件选择钻孔方法。常用的土锚钻孔方法有：

A、螺旋钻孔干作法：

由钻孔机的回转机构带动螺转钻杆，在一定钻压和钻削下，将切削下的松动土体顺螺杆排出孔外。这种造孔方法宜用于地下水位以上的粘土、粉质粘土、砂土等土层。

B、压水钻进成孔法：

土层锚杆施工多用压水 钻进成孔法。优点是把钻孔过程中的钻进、出碴、固壁、清孔等工序一次完成，可防止塌孔，不留残土，软、硬土都适用。

应当注意，土层锚杆钻孔要求孔壁平直，不得坍塌松动；不得使用膨润土循环泥浆护壁，以免在孔壁形成泥皮，降低土体对锚固体的摩阻力。

在砂性土地层，孔位处于地下水位以下钻孔时，由于静水压力较大，水及砂会从外套管与预留孔之间的空隙向外涌出，一方面造成继续钻进困难，另一方面水、砂土流失过多会造成地面沉降，从而造成危害。为此必须采取防止涌水涌砂措施。一般采用孔口止水装置，并采用快速钻进，快速接管，入岩后再冲洗。这样既保证成孔质量，又能解决钻孔过程中涌水涌砂问题。同样在注浆时，也可采用高压稳压注浆法，用较稳定的高压水泥浆压住流砂和地下水，并在水泥浆中掺外加剂，使之速凝止水。拔外套管到最后二节时，可把压浆设备从高压快速挡改成低压慢速挡，并在浆液中改变外加剂，增大水泥浆稠度，待水泥浆把外套与预留孔之间空隙封死，并使水泥浆呈初凝状态后，再拔出外套管。

为了提高锚杆的抗拔能力，往往采用扩孔方法扩大钻孔端头。扩孔有四种方法：机械扩孔、爆炸扩孔、水力扩孔、以及压浆扩孔。目前国内多用爆炸扩孔与压浆扩孔。扩孔锚杆的钻孔直径一般90～130mm，扩孔段直径一般为钻孔直径的3～5倍。扩孔锚杆主要用于松软地层。

②拉杆制作及其安装

    国内土层锚杆用的拉杆，承载力较小的多用粗钢筋，承载力较大的多用钢绞线。

A、拉杆的防腐处理

土层锚杆用的钢拉杆，加工前应首先清除铁锈与油脂。

在锚固段内的钢拉杆，靠孔内灌水泥浆或水泥砂浆，并留有足够厚度的保护层来防腐。

在无腐性物质环境中，这种保护层厚度不小于25mm；在有腐蚀性物质环境中，保护层厚度不小于30mm.

非锚固段内的钢拉杆，应根据不同情况采取相应的防腐措施，在无腐蚀性土层中，只使用6个月以内的临时性锚杆，可不必作防腐处理，一次灌浆即可；使用期在6个月以上2年以内的，须经一般简单的防腐处理，如除锈后刷2～3道富锌漆或船底漆等耐湿、耐久的防锈漆；对使用2年以上的锚杆，须经作认真的防腐处理，如：除锈后涂防锈油膏，并套聚乙烯管，两端封闭，在锚固段与非锚固段交界处大约500px范围内浇注热沥青，外包沥青纸以隔水。

B、拉杆制作

钢筋拉杆由一根或数根粗钢筋组合而成，如果为数根粗钢筋，则应绑扎或电焊连成一体。

钢拉杆长度为设计长度加上张拉长度。

为了将拉杆安置在钻孔中心，并防止入孔时搅动孔壁，沿拉杆体全长每隔1.5～2.5m布设一个定位器。

粗钢筋拉杆若过长，为了安装方便可分段制作，并采用套筒机械连接法或双面搭接焊法连接。若采用双面搭接焊、则焊接长度不应小于8d（d为钢筋直径）。

③注浆

锚孔注浆是土层锚杆施工的重要工序之一。注浆的目的是形成锚固段，并防止钢拉杆腐蚀。此外，压力注浆还能改善锚杆周围土体的力学性能，使锚杆具有更大的承载力。

锚杆注浆用水泥砂浆，宜用标号不低于425号的普通硅酸盐水泥，其细骨料、含泥量、有害物质含量等均应符合相关规范的要求。注浆常用水灰比0.4～0.45的水泥浆，或灰砂比1：（1～1.2）、水灰比0.38～0.45的水泥砂浆，必要时可加入一定量的外加剂或掺和料，以改善其施工性能，以及与土体的粘接。锚杆注浆用水、水泥及其添加剂应注意氯化物与硫酸盐的含量，以防对钢拉杆的腐蚀。

注浆方法有一次注浆法和两次注浆法两种。

A、一次注浆法：用泥浆泵通过一根注浆管自孔底起开始注浆，待浆液流出孔口时，将孔口封堵，继续以0.4～0.6MPa压力注浆，并稳压数分钟注浆结束。

B、两次注浆法：锚孔内同时装入两根注浆管。注浆管可以用3/4in镀锌铁管制成。两根

注浆管分别用于一次注浆和两次注浆。一次注浆管的管底出口用黑胶布封住，以防沉放时管口进土。开始注浆时管底距孔底1250px左右，随一次浆注入，一次注浆管可逐步拨出待一次浆量注完即予以回收。二次注浆用注浆管，管底出口封堵严密，从管端起向上沿锚固段全长每隔1～2m做一段花管，花管孔眼Φ6～Φ8，花管段用黑胶布封口。花管段长度及孔眼间距需要专门设计。一次注浆可注水泥浆或水泥砂浆，注浆压力0.3～0.5MPa。待一次浆初凝后，即可进行二次注浆。二次注浆压力2MPa左右，要稳压2min。二次注浆实为劈裂注浆。二次浆液冲破一次注浆体，沿锚固体与土的界面，向土体挤压劈裂扩散，使锚固体直径加大，径向压力也增大，周围一定范围内土体密度及抗剪强度均有不同程度增加。因此，二次注浆可显著提高土锚的承载力。

④张拉和锁定

土层锚杆灌浆后，预应力锚杆还需张拉锁定。张拉锁定作业在锚固体及台座的混凝土强度达15MPa以上时进行。在正式张拉前，应 取设计拉力值的0.1～0.2倍预拉一次，使其各部位接触紧密、杆体完全平直。对永久性锚杆，钢拉杆的张拉控制应力不应超过拉杆材料强度标准值f_ptk的0.6倍；对临时锚杆，不应超过0.65倍。钢拉杆张拉至设计拉力的1.1～1.2倍，并维持10min(在砂土中)、或15min(在粘土中)，然后卸载至锁定荷载予以锁定。

（3）土层锚杆试验

土层锚杆的现场试验项目主要包括基本试验和验收试验。

基本试验亦称极限抗拔力试验，它是在土锚工程正式施工前，在基坑工程现场，选择具有代表性的地层（通常是物理力学性能较差者）进行锚杆抗拔试验，为锚杆设计提供依据.试验要求用作拉拔试验的锚杆参数、材料、造孔直径及注浆工艺等必须与实际使用的工程锚杆相同。对同一地层同种锚杆，抗拔试验的锚杆数量不得少于3根；灌浆后的锚杆，要待砂浆达到70%以上的强度后才能进行抗拔试验。基本试验采用循环加、卸荷法，最大的试验荷载不宜超过锚杆杆体承载力标准值的0.9倍。锚杆的极限承载力取破坏荷载的前一级荷载，当在试验最大荷载下，仍未达到锚杆破坏标准，则取最大荷载作为锚杆极限承载力。

锚杆工程完成后，必须进行验收试验，以确定核实施工锚杆是否已达到设计预定的极限承载能力。试验方法与抗拔试验相同，但最大试验荷载只取到锚杆轴向受拉承载力设计值；试验锚杆的数量取锚杆总数的5%，且不得少于3根。通过验收试验，取得锚杆的荷载-变位性状的数据，并可 与极限抗拔力试验的成果对照核实，以判断施工是否符合设计要求。

2.3.5基坑土方施工排水

在土方开挖过程中，当开挖底面标高低于地下水位的基坑（或沟槽）时，由于土的含水层被切断，地下水会不断渗入坑内。雨季施工时，地面水也会流入坑内。如果没有采取降水和排水措施，把流入坑内的水及时排走或把地下水位降低，不但会使施工条件恶化，而更严重的是土被水泡软后，会造成边坡塌方和地基承载能力下降。因此，在基坑土方开挖前和开挖过程中，必须采取措施做好排水和降水工作，以降低基坑内的水位，保持基坑土体干燥是十分重要的。

基坑排水方法，可分为明排水法和人工降低地下水位法两类。

1．明排水法

明排水法是在基坑开挖过程中，在坑底设置集水井，并沿坑底的周围或中央开挖排水沟，使水流入集水井中，然后用水泵抽走(如图2.3.12所示)。抽出的水应予引开，以防倒流。雨季施工时应在基坑四周或水的上游，开挖截水沟或修筑土堤，以防地面水流入坑内。

图2.3.12  集水坑降水法

1—排水沟；2—集水坑；3—水泵

集水井应设置在基础范围以外、地下水走向的上游。根据地下水量大小、基坑平面形状及水泵能力，集水井每隔20～40m 设置一个。集水井的直径或宽度，一般为0.6～0.8m。集水井井底深度随着挖土的加深而加深，要经常低于挖土面0.7～1.0m。井壁可用竹、木等简易加固。当基坑挖至设计标高后，井底铺设碎石滤水层，以免在抽水时间较长时将泥砂抽出，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。宜用于粗粒土层（因为水流虽大但土粒不致被带走），也用于渗水量小的黏性土。但当土为细砂和粉砂时，地下水渗出会带走细粒，发生流砂现象，边坡坍塌、附近建筑物沉降、坑底凸起、难以施工，具有较大的危害。

2．流沙及其防治

（1）流砂现象

当基坑挖到地下水位以下，而又采用坑内抽水时，有时坑底下面的土会形成流动状态，随地下水一起涌进基坑内，这种现象称为流砂现象。一旦发生流砂现象，土就完全失去承载力，工人难以立足，施工条件恶化，土边挖边冒，难以达到设计深度且严重影响基坑边坡稳定容易引起边坡塌方，若附近有建筑物，就会因地基被掏空而使建筑物下沉、倾斜，甚至倒塌。

（2）产生流砂现象的原因

产生流砂现象的原因有其内因和外因。内因取决于土壤的性质。当土的孔隙度大、含水量大、粘粒含量少、粉粒多、渗透系数小、排水性能差等均容易产生流砂现象。因此，流砂现象经常发生在细砂、粉砂和亚砂土中；但会不会发生流砂现象，还应具备一定的外因条件，即地下水及其产生动水压力的大小。流动中的地下水对土颗粒产生的压力称为动水压力，其性质可通过如图2.3.13所示的试验说明。

(a) 水在土中渗流的力学现象                      (b) 动水压力对地基土的影响

图2.3.13  动水压力原理试验

1、2—土颗粒

图2.3.16说明水由高水位（水头为h1）一端，经过长度为L，截面为F的土体，流向低水位（水头为h₂）一端。水在土中渗流时受到土颗粒的阻力，从作用力与反作用力看，水对土颗粒也作用一个压力。这个压力即动水压力G_D。水在土中渗流时，作用在土体的力，根据静力平衡条件得：

.h₁.F- .h₂.F+T..F=0                              （2.46）  

式中 .h₁.F—作用在土体左端a—a截面处的总压力，其方向与水流方向一致（—水的容重）

.h₂.F—作用在土体右端b—b截面处的总压力，其方向与水流方向相反。

T..F—水渗流时受到土颗粒的阻力（F—单位土体阻力）

化简后得，T=                              （2.47）

上式中为水头差与渗流路程长度之比，称水力坡度用i表示，则上式可改写

为：T=i.                                               （2.48）

由于单位土体阻力与动水压力G_D大小相等方向相反。故

G_D=-T=-i.                                        （2.49）

由上式可得结论：（1）动小压力与水力坡度成正比，即水位差h₁-h₂愈大，则G_D愈大，而与渗流长度成反比，渗流长度愈大，则G_D愈小，（2）动水压力的作用方向与水流方向相同。由于动水压力与水流方向一致，故当水在土中渗流的方向改变时，动水压力对土就会产生不同影响。如水流从上向下，则动水压力与重力方向相同，加大土粒间压力，如水流从下向上，则动水压力与重力方向相反，减小土粒间压力，也就是土粒除了受到水的浮力外，还受到动水压力向上举的趋势，若动水压力等于或大于土的浸水容重^/ 时，即

G_D≥                                             （2.50）

则此时，土粒处于悬浮状态，会随着渗流的水一起流动进入基坑，发生流砂现象。

根据分析及实践经验来看，细颗粒(颗粒为0.005mm~0.05mm)、颗粒均匀、松散（土的天然孔隙比大于0.75）、饱和的土极易发生流砂现象，但会不会发生流砂现象，还与动水压力大小、作用方向有关，若采用降低地下水方法消除动水压力，或使动水压力方向向下，加大土颗粒间压力，则无论是细砂、粉砂都不会发生流砂现象。

此外，当基坑底位于不透水土层内，而不透水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力的顶托力时，基坑底部便会发生管涌冒砂现象，如图2.3.14所示。

图2.3.14  管涌冒砂

1—不通不层；2—透水层；

3—压力水位线；4—承压水顶托力

即H.＞h.                                       （2.51）

式中 H——压力水头（m）

 h——坑底不透水层厚度（m）

 ——水的容重

——土的容重

此时，基坑底部会发生管涌冒砂现象。要防止管涌冒砂，可采用人工降低地下水位办法来降低承压层的压力水位。

（3）流砂防治

既然流砂的发生与动水压力的大小和方向有关，因此在基坑开挖中，防治流砂的途径有三：一是减小或平衡动水压力；二是设法使动水压力方向向下；三是截断地下水流。具体措施有：

    ①枯水期施工  因枯水期地下水位低，坑内外水位差小，动水压力不大，就不易发生流砂。

②抛大石块法  即往基坑内抛大石块，增加土的压重，以平衡动水压力。采用此法时，应组织分段抢挖，使挖土速度超过冒砂速度，挖至标高后立即铺设芦席并抛大石块把流砂压住。此法用于解决局部的或轻微的流砂现象是有效的。

③设止水帷幕法。将连续的止水支护结构(如连续板桩、深层搅拌桩、密排灌注桩等)打入基坑底面以下一定深度，形成封闭的止水帷幕，从而使地下水只能从支护结构下端向基坑渗流，增加地下水从坑外流入基坑内的渗流路径，减小水力坡度，从而减小动水压力，防止流砂产生。

④水下挖土法  即不排水施工，使坑内外地下水压相平衡，防止流砂，此法在沉井挖土下沉过程中常用。

⑤人工降低地下水位法  如采用轻型井点喷射井点及管井井点等，由于地下水的渗流向下，使动水压力的方向也朝下，增大土粒间的压力有效地阻止流砂现象，此法采用较广也较可靠。

此外，采用地下连续墙、压密注浆法、土壤冻结法等阻止地下水流入基坑，以防止流砂发生。

3．人工降水

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管(井)，利用抽水设备从中抽水，使地下水位降落到坑底以下，同时在基坑开挖过程中仍不断抽水。这样，可使所挖的土始终保持干燥状态，从根本上防止流砂发生，改善了工作条件，同时土内水分排除后，边坡可改陡，以减小挖土量。

人工降低地下水位方法有：轻型井点、喷射井点、管井井点、深井泵以及电渗井点等，可根据土的渗透系数、降低水位的深度、工程特点及设备条件等，可参照表2-3-2进行选择。其中以轻型井点采用较广，下面重点阐述轻型井点降水方法。

表2-3-2  各种井点的适用范围

（1）轻型井点降水

轻型井点法就是沿基坑的四周将许多直径较细的井点管埋入地下蓄水层内，井点管的上端通过弯联管与总管相连接，利用抽水设备将地下水从井点管内不断抽出，这样便可将原有地下水位降至坑底以下如图2.3.15所示。

图2.3.15    轻型井点降低地下水位全貌

1—井点管；2—滤管；3—总管；4—弯联管；5—水泵房；

6—原有地下水位线；7—降低后地下水位线

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、弯联管及总管等。

滤管是井点设备的一个重要部分，其构造是否合理，对抽水效果影响较大。滤管的直径宜为38mm或51mm，长度为1.0～1.5m，管壁上钻有直径为13～19mm的小圆孔，外包以两层滤网（如图2.3.16所示）。网孔过小，则阻力大，容易堵塞，网孔过大，则易进入泥砂。因此，内层细滤网宜采用30～40 眼/cm2的铜丝布或尼龙丝布，外层粗滤网宜采用5～10 眼/cm²的塑料纱布。为使水流畅通，避免滤孔淤塞时影响水流进入滤管，在管壁与滤网间用小塑料管(或铁丝)绕成螺旋形隔开。滤网的外面用带孔的薄铁管，或粗铁丝网保护。滤管的上端与井点管连接。

图2.3.16滤管构造

1—铸铁头；2—钢管；3—缠绕的塑料管；4—细虑网；

5—粗虑网；6—粗铁丝保护网；7—井点管

井点管宜采用直径为38mm或51mm的钢管，其长度为5～7m，可整根或分节组成。井点管的上端用弯联管与总管相连。弯联管宜装有阀门，以便检修井点。近来，弯联管也有采用透明塑料管的，能随时看到井点管的工作情况。

总管宜采用直径为100～127mm 的钢管，总管每节长度为4m，其上每隔0.8m或1.2m设有一个与井点管连接的短接头。

抽水设备由真空泵、离心泵和水气分离器等组成。其工作原理如图2.3.17所示。抽水时先开动真空泵19，使土中的水分和空气受真空吸力产生水气化(水气混合液)经管路系统向上跳流到水气分离器10 中，然后开动离心泵24。在水气分离器内水和空气向两个方向流去，水经离心泵由出水管排出，空气则集中在水气分离器上部由真空泵排出。如水多，来不及排出时，水气分离器内浮筒11 浮上，由阀门12 将通向真空泵的通路关住，保护真空泵，不使水进入缸体。副水气分离器16 的作用是滤清从空气中带来的少量水分使其落入该器下部放水口18 放出，以保证水不致吸入真空泵内。过滤室7用以防止由水流带来的部分细砂磨损机械。

图2.3.17  轻型井点抽水设备工作原理图

1—滤管；2—井管；3—弯联管；4—阀门；5—集水总管；6—闸门；7—过滤室；

8—滤网；9—淘砂孔；10—水气分离器；11—浮筒；12—阀门；13—真空计；

14—进水管；15—离心泵；16—副水气分离器；17—挡水板；18—放水口；19—真空泵；

20—电动机；21—冷却水管；22—冷却水箱；23—循环水泵；24—离心泵

水气分离器与总管连接的管口，应高于其底部0.3～0.5m，使水气分离器内保持一定水位，不致被水泵抽空，并使真空泵停止工作时，水气分离器内的水不致倒流回基坑。

② 轻型井点布置

轻型井点布置，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。井点布置得是否恰当，对井点施工进度、使用效果影响较大。

A、平面布置：当基坑或沟槽宽度小于6m，且降水深度不超过5m时，一般可采用单排井点，布置在地下水流的上游一侧，其两端的延伸长度一般以不小于坑（槽）宽为宜（如图2.3.18所示）。如基坑宽度大于6m或土质不良，则宜采用双排井点。当基坑面积较大时，宜采用环形井点（如图2.3.19所示）；有时为了施工需要，也可留出一段（地下水流下游方向）不封闭。井点管距离基坑壁一般不宜小于0.7～1.0m，以防局部发生漏气。井点管间距应根据土质、降水深度、工程性质等确定，可采用0.8m或1.6m。

图2.3.18单排井点布置

1—总管；2—井点管；3—抽水设备

a）平面布置                           b）高程布置

图2.3.19  环形井点布置简图

1—总管；2—井点管； 3—抽水设备

B、高程布置  轻型井点的降水深度，一般以不超过6m为宜。

井点管的埋置深度H（不包括滤管），可按下式计算（图2.3.19b）：

             H≥H₁+h+iL（m）                   （2.52）

式中 H₁——总管平台面至基坑底面的距离（m）；

h——基坑底面至降低后的地下水位线的距离，一般取0.5~1.0m；

i——水力坡度，根据实测；环形井点为1/10，单排线状井点为1/4；

L——井点管至基坑中心的水平距离（m）。

根据上式算出的H值，如大于降水深度6m，则应降低总管平台面标高以适应降水深度要求。此外在确定井点管埋置深度时，还要考虑井点管一般是标准长度，井点管露出地面为0.2~0.3m。在任何情况下，滤管必须埋在含水层内。

为了充分利用抽吸能力，总管平台标高宜接近原有地下水位线（要事先挖槽），水泵轴心标高宜与总管齐平或略低于总管。

当一层轻型井点达不到降水深度要求时，可视土质情况，先用其他方法降水（如集水坑降水），然后将总管安装在原有地下水位线以下，以增加降水深度；或采用二层轻型井点（图2.3.20），即挖去第一层井点所疏干的土，然后再在底部装设第二层井点。

图2.3.20 二层轻型井管

1—第一层井管点；2—地二层井管点

③轻型井点计算

轻型井点的计算内容包括：涌水量计算、井点管数量与井距的确定，以及抽水设备选用等。井点系统涌水量的计算比较复杂，受到许多不易确定因素（如水文地质因素和各种技术因素）的影响，很难得出精确的计算结果。但如能仔细分析水文地质资料和选用适当的数据及计算公式，其误差一般可保持在一定范围内，能满足工程施工设计精度要求。

A、涌水量计算

轻型井点涌水量计算之前，先要确定井点系统布置方式和基坑计算图形面积。如矩形基坑的长宽比大于5或基坑宽度大于抽水影响半径的两倍时，需将基坑分块，使其符合计算公式的适用条件；然后分块计算涌水量，将其相加即为总涌水量。

井点系统的涌水量计算是以水井理论为依据的，根据地下水有无压力，水井分为承压井和潜水（无压）井。滤管布置在地下两层不透水层之间，地下水表面具有一定水压时，称为承压井（见图2.3.23、图2.3.24）。若水井布置在潜水层中，此层地下水无压力，则称为潜水（无压）井（见图2.3.21、图2.3.22）。当水井底部达到不透水层时称完整井（见图2.3.21、图2.3.23）；否则，称为非完整井（见图2.3.22、图2.3.24）。水井的类型不同，其涌水量的计算公式亦不相同。

根据水井理论，水井分为潜水（无压）完整井、潜水（无压）非完整井、承压完整井和承压非完整井。这几种井的涌水量计算公式不同。

A）均质含水层潜水完整井基坑涌水量计算

根据基坑是否邻近水源，分别计算如下：

（a）基坑远离地面水源时（图2.3.21a）

                 （2.53）

式中  Q——基坑涌水量；

k——土壤的渗透系数；

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，当基坑安全等级为二、三级时，对潜水含水层按下式计算：

                       （2.54）

对承压含水层按下式计算：

                          （2.55）

k——土的渗透系数；

r₀——基坑等效半径；当基坑为圆形时，基坑等效半径取圆半径。当基坑非圆形时，对矩形基坑的等效半径按下式计算：

r₀＝0.29（a＋b）                    （2.56）

式中  a、b——分别为基坑的长、短边。

对不规则形状的基坑，其等效半径按下式计算：

                                （2.57）

式中  A——基坑面积。

（b）基坑靠近河岸（图2.3.21b）

   （b＜0.5R）              （2.58）

（c）基坑位于两地表水体之间或位于补给区与排泄区之间时（图2.3.21c）

           （2.59）

式中 b1、b2——基坑纵向中心线至两侧地表水体或徘水区的水平距离(m)；

其他符号同前。

（d）当基坑靠近隔水边界时（图2.3.21d）

，         （2.60）

式中  ——基坑纵向中心线至隔水边界水平距离（）（m）

      其他符号同前。

图2.3.21均质含水层潜水完整井基坑涌水量计算简图

（a）基坑远离地面水源；（b）基坑近河岩；

（c）基坑位于两地表水体之间；（d）基坑靠近隔水边界

B）均质含水层潜水非完整井基坑涌水量计算

（a）基坑远离地面水源时，图2.3.22（a）

             （2.61）

式中 h——基坑动水位至含水层底板深度(m)，h＝H-S；

     l——滤管长度（m）；

     其他符号同前。

（b）基坑近河岸，含水层厚度不大时，图2.3.22（b）

  （b＞M/2）   （2.62）

式中  M——由含水层底板到过滤器具有效工作部分中点的长度。

（c）基坑近河岸、含水层厚度很大时，见图2.3.22（c）：

     （b＞l）        （2.63）

      （b＜l）              （2.64）

图2.3.22均质含水层潜水非完整井涌水量计算简图

（a）基坑远离地面水源；（b）基坑近河岸，含水层厚度不大；

（c）基坑近河岸，含水层厚度很大

C）均质含水层承压水完整井基坑涌水量计算

（a）基坑远离地面水源，图2.3.23（a）

             （2.65）

式中  M——承压含水层厚度。

（b）基坑近河岸，图2.3.23（b）

    （b＜0.5r₀）         （2.66）

（c）基坑位于两地表水体之间或位于补给区与排泄区之间，图2.3.23（c）

           （2.67）

图2.3.23均质含水层承压水完整井涌水量计算简图

（a）基坑远离地面水源；（b）基坑近河岸；（c）基坑位于两地表水体之间

D）均质含水层承压水非完整井基坑涌水量计算（图2.3.24）

          （2.68）

图2.3.24均质含水层承压水非完整井涌水量计算简图

E）均质含水层承压-潜水非完整井基坑涌水量计算，图2.3.25

         （2.69）

图2.3.25均质含水层承压-潜水非完整井基坑涌水量计算简图

应用式（2.53）~式（2.69）计算轻型井点系统涌水量时，要先确定井点系统布置方式和基坑（槽）计算图形面积。如矩形基坑(槽)的长宽比大于5且基坑(槽)宽度大于抽水影响半径的两倍时（即L/B＞5，B＞2R时），需将基坑（槽）划分成若干个计算单元，长度L按宽度B的4~5倍考虑；对于L＞1.5R的长线型管沟或基槽，可取L=1.5R为一段进行计算。然后计算各单元的涌水量和总涌水量。

B、井点管数量与井距的确定

单根据井点管的最大出水量q。主要根据土的渗透系数、滤管的构造的尺寸，按下式

确定：

                                  （2.70）

式中d——滤管直径（m）

l——滤管长度（m）

K——渗透系数（m/d）

井点管的最少根数n，根据井点系统涌水量Q和单根井点管最大出水量q，按下式确定：

 (根)                              （2.71）

式中1.1——备用系数，考虑井点管堵塞等因素。

井点管数量算出后，便可根据井点系统布置方式，求出井点管间距D。

                                       （2.72）

式中L——总管长度（m）

    n——井点管根数。

确定井点管间距时，还应注意以下几点：

（a）井距不能过小，否则彼此干扰大，出水量会显著减少，因此井距必须大于5d。

（b）在渗透系数小的土中，井距不应完全按计算取值，还要考虑抽水时间，否则

井距较大时水位降落时间很长，因此在这类土中井距反而较小些。

   （c）靠近河流处，井管宜适当加密。

   （d）井距应与总管上的接头间距相匹配。

C、抽水设备的选择

    A）真空泵的选用。干式真空泵常见的型号有W5、W6型，真空度最大可达1.0×105Pa。总管长度小于100m时可选用W5型，总管长度小于120m时可选用W6型。同时，还要考虑真空泵在抽水过程中所需的最低真空度，以确保降水效果。

    B）离心泵的选用。轻型井点中一般采用单级离心泵。其型号根据流量、吸水扬程及总扬程而定。水泵的流量应比基坑（槽）涌水量增大10%~20%，因为最初的涌水量比稳定时的涌水量（计算值）要大些。在一般情况下，一台真空泵对应一台离心泵作业，但在土的渗透系数及涌水量较大时，也可配备两台离心泵。

C）射流器的选用。射流器常用型号有QJD-45、QJD-60、QJD90、JS-45，根据基坑（槽）的涌水量及总管长度、井点管根数确定射流器的大小和台数。

E、轻型井点降水设计例题。

    某工程设备基础施工需开挖如图2.3.26所示的基坑，其中，基坑底宽10m，长15m，深4.1m，挖土边坡为1：0.5。经地质钻探查明，在靠近天然地面处有厚0.5m的粘土层，此土层下面为厚7.4m的极细砂层，再下面又是不透水的粘土层。现决定用一套轻型井点设备进行人工降低地下水位，然后开挖土方。试对该井点系统进行设计。

平面

剖面

图2.3.26  某设备基础开挖前的井点布置

解：

    井点系统布置。

    该基坑底尺寸为10m×15m，边坡为1：0.5，表层为0.5m厚粘土。为使总管接近地下水位，可先挖土0.4m深。在+5.20m处布置井点系统，则布置井点系统处基坑上口的尺寸为13.70m×18.70m；考虑井点管距离基坑边1m，则井点管所围成的平面面积为15.70m×20.70m；由于基坑长宽比小于5，且基坑宽度小于2倍抽水影响半径R（可查表计算），故按环形井点布置。

    井点管采用6m长，且外露于埋设面0.2m，则高程布置如下。

根根式（2.52）要求的埋埋深H≥H1+h+iL＝[(5.2-1.5)+0.5+0.1×15.7/2]m=4.99m，小于实际埋深（6.0-0.2）m=5.8m，基坑中心要求降水深度S=[(5.0-1.5)+0.5]m=4.0m，而实际要降水的深度S＝[5.8-(5.2-5.0)-0.1×15.7/2]=4.8m＜6，故采用一级井点系统即可。

取滤管长度为1.2m，则滤管底口标高为-1.8m，距离-2.3m处不透水的粘土层0.5m，故此井点系统为潜水（无压）非完整井。

    基坑总涌水量计算。

    按基坑远离地面水源的式（2.61）计算

按扬水试验测得该细砂层的渗透系数K＝30m/d

则

计算井点管数量和间距。

取井点管直径为φ38mm，则单根出水量q为

所以井点管的计算数量为

（根）

则井点管的平均间距为

取D＝2.0m，故实际布置：

    长边：20.7/2.0+1≈12根（实长22m）；短边：15.7/2.0-1≈7根（实长16.0m）

抽水设备选用。

    抽水设备所带动的总管长度为76.0m，所以选一台W5型干式真空泵或根据井点管总数为38根，选择一台QJD-90型射流泵。

  水泵所需流量为

  Q1=1.1Q=1.1×947.6m3/d=1042.36m3/d=43.43m3/h=12.06L/s

水泵的吸水扬程为

    Hs≥（6.0+1.2）m=7.2m

根据Q1、Hs的数值即可确定离心泵型号。

F、轻型井点的施工

A）轻型井点施工工艺  按如下流程进行：放线定位→铺设总管→冲孔→安装井点管、→填砂砾滤料、上部填粘土密封→用弯联管将井点管与总管接通→安装抽水设备→开动设备试抽水→测量观测井中地下水位变化。

B）井点管埋设  井点管的埋设一般采用水冲法进行，借助于高压水冲刷土体，用冲管扰动土体助冲，将土层冲成圆孔后埋设井点管。整个过程可分冲孔与埋管两个施工过程，如图2.3.27所示。冲孔的直径一般为300mm，以保证井管四周有一定厚度的砂滤层；冲孔深度宜比滤管底深0.5m左右，以防冲管拔出时部分土颗粒沉于底部而触及滤管底部。

井孔冲成后，立即拔出冲管，插入井点管，并在井点管与孔壁之间迅速填灌砂滤层，以防孔壁塌土。砂滤层的填灌质量是保证轻型井点顺利抽水的关键。一般宜选用干净粗砂，填灌均匀，并填至滤管顶上1~1.5m，以保证水流畅通。井点填砂后，须用粘土封口，以防漏气。

井点管埋设完毕后，需进行试抽，以检查有无漏气、淤塞现象，出水是否正常，如有异常情况，应检修好方可使用。

C）井点管使用  井点使用时，应保证连续不断地抽水，并备有双电源以防断电。一般在抽水3~5d后水位降落漏斗基本趋于稳定。正常出水规律是“先大后小，先混后清”。如不上水，或水一直较混，或出现清后又混等情况，应立即检查纠正。真空度是判断井点系统良好与否的尺度，应经常观测，一般应不低于55.3~66.7MPa。井点管是否淤塞，可通过听管内水流声，手扶管壁感到振动，夏冬季时期手摸管子冷热、潮干等简便方法进行检查。如井点近淤塞太多，严重影响降水效果时，应逐个用高压水反冲洗井点管或拔出重新埋设。

图2.3.27井点管的埋设

1—冲管；2—冲嘴；3—胶坡管；4—高压水泵；5—压力表；

6—起重机吊钩；7—井点管；8—滤管；9—填砂；10—粘土封口

G、降水对周围建筑物影响及防止措施

在软土中进行井点降水时，由于地下水位下降，使土层中黏性土含水量减少产生固结、压缩，土层中夹入的含水砂层浮托力减少而产生压密，致使地面产生不均匀沉降，这种不均匀沉降会使附近建筑物产生下沉或开裂。为了减少井点降水对周围建筑物的影响，减少地下水的流失，一般通过在降水区和原有建筑物之间的土层中设置一道抗渗屏幕。除设置固体抗渗屏幕外，还可采用补充地下水的方法来保持建筑物下的地下水位的目的，即在降水井点系统与需要保护的建筑物之间埋置一道回灌井点，如图2.3.28所示。在降水井点和原有建筑物之间打一排井点，向土层灌入足够数量的水，以形成一道隔水帷幕，使原有建筑物下的地下水位保持不变或降低较少，从而阻止了建筑物下地下水的流失。这样，也就不会因降水而使地面沉降，或减少沉降值。

(a) 回灌井点布置示意图                  (b) 回灌井点水位图

图2.3.28回灌井点

1—原有建筑物；2、3—井点管；4—原有水位线；

5—降低后的水位线；6—回灌井点；7—回灌后水位线

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之间保持一定的距离，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。

2.3.6基坑土方施工方法

1．土方施工机械

按工作装置的不同，挖土机可分为正铲、反铲、拉铲和抓铲等。按其操纵机构不同，可分为机械式和液压式两类。

（1）正铲挖土机施工

正铲挖土机的挖土特点是：“前进向上，强制切土”。其挖掘力大，生产率高，能开挖停机面以上的一至四类土，宜用于开挖高度大于2m的干燥基坑，但需设置上下坡道。

①开挖方式。根据挖土机的开挖路线与运输工具的相对位置不同，可分为正向挖土侧向卸土和正向挖土后方卸土两种，如图2.3.29所示。

正向挖土侧向卸土，就是挖土机沿前进方向挖土，运输工具停在侧面装土。此法挖土机卸土时，动臂回转角度小，运输工具行驶方便，生产率高，采用较广。

(a) 正向开挖 (b) 侧向开挖

图2.3.29液压式正铲挖土机开挖方式

1—正铲挖土机；2—自卸汽车

正向挖土后方卸土，就是挖土机沿前进方向挖土，运输工具停在挖土机后面装土。此法所挖的工作面较大，但回转角度大，生产率低，运输工具倒车开入，一般只用来开挖施工区域的进口处，以及工作面狭小且较深的基坑。

②挖土方法和提高生产率措施：

A、分层挖土。将开挖面按机械的合理挖掘高度分为分层开挖，如图2.3.30（a）所示，当开挖面高度不能成为一次挖掘深度的整数倍时，则可在挖方的边缘或中部先开一条浅槽作为第一次挖土运输路线，如图2.3.30（b）所示，然后再逐次开挖直至基坑底部。这种方法多用于开挖大型基坑或沟渠。

B、多层挖土。将开挖面按机械的合理开挖高度，分为多层同时开挖，如图2.3.30（c）所示，以加快开挖速度，土方可以分层运出，亦可分层递送，至最上层用汽车运出。这种方法适用于开挖边坡或大型基坑。

C、中心开挖法。先正铲在挖士区的中心开挖，然后转向两侧开挖，运输汽车按“8”字形停放装土，如图2.3.30（d）所示。挖土区宜在40m以上，以便汽车靠近正铲装车。这种方法适用于开挖较宽的山坡和基坑。

图2.3.30  挖土方法

I、II、III、IV、V、VI——挖掘机挖掘位置及分层；1、2、3——相应汽车装土位置

D、顺铲法。即铲斗从一侧向另一侧一斗一斗地顺序开挖，使挖土多一个自由面，以减小阻力，易于挖掘，装满铲斗，适用于开挖坚硬的土。

E、间隔挖土。即在开挖面上第一铲与第二铲之间保留一定距离，使铲斗接触土的摩擦面减少，两侧受力均匀，铲土速度加快，容易装满铲斗，效率提高。

（2）反铲挖土机施工

反铲挖土机主要用于开挖停机面以下深度不大的基坑（槽）或管沟及含水量大的土，最大挖土深度为4～6m，经济合理的挖土深度为1.5～3.0m。挖出的土方卸在基坑（槽）、管沟的两边堆放或用推土机推到远处堆放，或配备自卸汽车运走。

反铲挖土机的挖土特点是：“后退向下，强制切土”。其挖掘力比正铲小，能开挖停机面以下的一至二类土，宜用于开挖深度不大于4m的基坑，对地下水位较高处也适用。

反铲挖土机的开挖方式，可分为沟端开挖、沟侧开挖与沟角开挖法，如图2.3.31所示。

①沟端开挖法。反铲停于沟端，后退挖土，往沟一侧弃土或用汽车运走，挖掘宽度不受机械最大挖掘半径限制，同时可挖到最大深度。

②沟侧开挖法。反铲停于沟侧，沿沟边开挖，汽车停在机旁装土，或往沟一侧卸土。

本法铲臂回转角度小，能将土弃于距沟边较远的地方，但边坡不好控制，一般用于横挖土层和需将土方卸到离沟边较远的距离时使用。

③沟角开挖法。反铲位于沟前端的边角上，随着沟槽的掘进。机身沿着沟边往后作“之”字形移动，臂杆回转角度平均在45°左右，适用于开挖土质较硬，宽度较小的沟槽。

（a）沟端开挖；（b）沟侧开挖

图2.3.31反铲开挖方式

1—反铲挖土机；2—自卸汽车；3—弃土堆

（3）拉铲挖土机施工

如图2.3.32所示，拉铲挖土机适用于在一至三类的土，开挖较深较大的基坑（槽）、沟渠，挖取水中泥土以及填筑路基、修筑堤坝等。拉铲挖土机大多将土直接卸在基坑（槽）附近堆放，或配备自卸汽车装士运走，但工效较低。

拉铲挖土时，吊杆倾斜角度应在45°以上。先挖两侧然后中间，分层进行，保持边坡整齐，距边坡的安全距离应不小于2m。开挖方式有以下两种：

①沟端开挖。拉铲停在沟端，倒退着沿沟纵向开挖，一次开挖宽度可以达到机械挖土半径的两倍，能两面出土，汽车停放在一侧或两侧，装车角度小，坡度较易控制，并能开挖较陡的坡，适用于就地取土填筑路基及修筑堤坝等。

②沟侧开挖。拉铲停在沟侧沿沟横向开挖，沿沟边与沟平行移动，开挖宽度和深度均较小，一次开挖宽度约等于挖土半径。如沟槽较宽，可在沟槽的两侧开挖。本法开挖边坡不易控制，适于挖就地堆放以及填筑路堤等工程。

（4）抓铲挖土机施工

如图2.3.33所示，抓铲挖土机适用于开挖土质比较松软，施工面狭窄而深的基坑、深槽、沉井挖土，清理河泥等工程。或用于装卸碎石、矿渣等松散材料。对小型基坑，抓铲立于一侧抓土，对较宽的基坑，则在两侧或四侧抓土，抓铲应离基坑边一定距离。土方可装自卸汽车运走或堆弃在基坑旁或用推土机推到远处堆放。挖淤泥时，抓斗易被淤泥吸住，应避免用力过猛，以防翻车。抓铲施工，一般均需加配重。

图2.3.32拉铲挖土机挖土示意图         图2.3.33 抓铲挖土机挖土示意图

2．挖土机与汽车配套计算

在组织土方工程机械化综合施工时，必须使主导机械和辅助机械的台数相互配套，协调工作。其计算方法如下：

（１）挖土机数量确定

挖土机数量N，应根据土方量大小、工期长短、经济效果按下式计算：

（台）                           （2.73）

式中 Q——土方量（m³）；

P——挖土机生产率（m³/台班）；

T——工期（工作日）；

C——每天工作班数；

K——时间利用系数（0.8~0.9）

挖土机生产率P，可查定额手册求得。也可按下式计算：

（m³/台班）          （2.74）

式中 t——挖土机每次循环作业延续时间（s），即每挖一斗的时间。对W₁——100正铲挖土机为25s~40s，对W₁——100拉铲挖土机为45s~60s；

q——挖土机斗容量（m³）；

K_s——土的最初可松性系数；

K_c——土斗的充盈系数，可取0.8~1.1；

K_B——工作时间利用系数，一般0.6~0.8。

（２）自卸汽车配合计算

自卸汽车的载重量Q₁，应与挖土机的斗容量保持一定的关系，一般宜为每斗土重的3~5倍。

自卸汽车的数量N₁应保证挖土机连续工作，可按下式计算

                                              （2.75）

式中 T_S——自卸汽车每一工作循环延续时间（min），由装车、重车运输、卸车、空车开回及等待时间组成；

                                   （2.76）

t₁——自卸汽车每次装车时间（min），；

n——自卸汽车每车装土次数，                    （2.77）

t、q、k_s、k_c——与公式（1—43）相同

——土容重，一般取17kN/m³

l——运土距离（m）

V_C——重车与空车的平均速度（m/min），一般取20~30（km/h）

t₂——卸车时间，一般为1min，

t₃——操纵时间（包括停放待装、等车、让车等），取2~3min。

3．基坑开挖方法

基坑工程土方开挖前，应根据基坑工程设计和场地条件，综合考虑支护结构形式、水文和地质条件、气候条件、环境要求以及机械配置情况等，编写出土方开挖施工组织设计，用于指导土方开挖施工。

土方开挖之前，要做好施工准备工作。对设计图纸要进行认真的学习和审查；对施工区域的地质、水文及周边环境要进行仔细查勘，摸清情况；要完成场地清理、排除地面水、修建临时设施及道路、设置测量控制网等工作，并且要做好机具、物质和人员的准备工作。

基坑土方开挖方案的选择是深基坑工程设计的一项重要内容。土方开挖方案的选择既要考虑施工区域的工程地质条件，还要考虑周围环境中的各项制约因素以及一个地区成熟的施工方法和施工经验，只有这样才能保证制定的施工方案切实可行。

（1）无支护结构的基坑开挖

基坑工程无支护的开挖多为放坡开挖。在条件许可的情况下，放坡开挖一般较经济。此外，放坡开挖基坑内作业空间大，方便挖土机械作业，也为施工主体工程提供了充足的工作空间。由于简化了施工程序，放坡开挖一般会缩短施工工期。

放坡开挖特点是占地面积大，适用于基坑四周场地空旷，周围无临近建筑物，地下管线和道路的情况，以满足基坑放坡坡度要求，因此，在城市密集地区施工往往条件不允许。

放坡开挖要求坡体在施工期间能够自稳，当基坑处于弱地层中时，放坡开挖的挖深不宜过大，否则需较大范围的采取地基加固措施，使开挖基坑的费用增大。

如果地下水位在基底以上，基坑开挖前一般采用井点法坑外降水，降低基坑开挖影响范围地层的地下水位，以防止开挖中动水压力引起的流砂现象和渗流的作用，并且增加土体抗剪强度，提高边坡稳定性。此外，还要严禁地表水或基坑排水倒水、回渗流水基坑。

（2）有支护结构的基坑开挖

    基坑在支护下的开挖方式多为垂直开挖，根据其确定的支撑方案，这种开挖方式又分为无内撑支护开挖和有内撑支护开挖两类；根据其开挖顺序，还可分为盆式开挖和岛式开挖、条状开挖及区域开挖等。

① 盆式开挖

    盆式开挖即先挖除基坑中间部分的土方，后挖除挡墙四周土方的开挖方式。这种开挖方式的优点是挡墙的无支撑暴露时间短，利用挡墙四周所留土堤，阻止挡墙的变形。有时为了提高所留土堤的被动土压力，还要在挡墙内四周进行土体加固，以满足控制挡墙变形的要求。盆式开挖的缺点是挖土及土方外运速度较岛式开挖慢。此法多用于较密支撑下的开挖。如图2.3.34所示：

图2.3.34   盆式开挖示意图

1-栈桥；2-立柱；3-挡墙；4-围檩；5-后挖除的土坡

②岛式开挖

岛式开挖即保留基坑中心土体，先挖除挡墙四周土方的开挖方式。这种开挖方式的优点是可以利用中心岛搭设栈桥，以加快土方外运，提高挖土速度，缺点是由于先挖挡土墙内四周的土方，挡墙的受荷时间长，在软粘土中时间效应显著，有可能增大支护结构的变形量。常用于无内撑支护开挖（如土层锚杆）或采用边桁架等大空间支护系统的基坑开挖。图2.3.35所示为某工程采用岛式开挖的示意图。

图2.3.35  岛式开挖及支撑施工顺序示意图

1-栈桥；2-立柱；3-围檩；4-挡墙；5-中间部位留土

4．土方开挖注意事项

（1）基坑开挖的时空效应

在基坑开挖过程中，基坑支护结构的变形、基坑周边地层的位移和沉降不会因某种原因需暂停施工一段时间而停止，而是会随时间推移继续发展，直到稳定或引起基坑变形过大而破坏为止，这就是基坑开挖过程中的时间效应。基坑支护结构的变形、周边地层的移动与分层、分块开挖的空间几何尺寸、支护挡墙无支撑暴露面积以及是否均衡开挖有关，分层、分块的空间几何尺寸越大、支护挡墙无支护暴露面积越大，支护结构变形就越大。开挖顺序中的对称性越差，变形也越大，这就是基坑开挖过程中的空间效应。

时间效应和空间效应是密切相关的，深基坑开挖受到时间效应和空间效应的共同作用，因此在方案设计时既要确定分层开挖、分块开挖的空间几何尺寸，又要确定每步每块的开挖时间和加支撑的时间。施工时要保证与设计工况相一致。时空效应的协调作用对基坑影响的理论研究尚不完善，目前尚无较好的理论计算方法。

深基坑工程中考虑时空效应的基坑开挖参数（时间参数、空间参数）和施工顺序的确定应满足以下要求：

①减少开挖过程中的土体扰动范围，采用分层分块开挖且空间几何尺寸能最大限度地限制支护墙体的变形和坑周土体的位移与沉降。

②尽量缩短基坑开挖卸荷后无支护暴露时间。

③满足对称开挖、均衡开挖的原则，使基坑受力均衡。

④可靠而合理地利用土体自身在开挖过程中控制位移的潜力，安全、经济地解决基坑工程中稳定与变形的问题。

（2）先撑后挖，严禁超挖

    基坑开挖实施的工况与方案设计的工况必须一致，当基坑开挖至支护设计标高处时，应开  槽及时安装或制作支撑，待支撑满足设计要求后，才能继续挖土。严格按照基坑工程方案设计的工况进行开挖，先撑后挖，及时加撑，是控制基坑墙体变形和相应地面位移和沉降的保证。

    超深挖土是基坑开挖中的大敌，它小则会造成不应有的损失，大则会造成重大事故，应在施工中杜绝发生。超挖会带来以下问题：

①超挖增大了围护结构暴露面积，并且延误支撑安装时间，会明显地增加围护结构墙体变形和相应的地面位移与沉降。

②若基坑底部超挖，围护墙体埋深不够，会导致围护墙体底部走动，发生强度破坏。

③基坑超挖还增大了土体卸荷总量，增加了坑底土体隆起量，同时也使坑周地面沉降加大；坑底超挖还使地基土受到扰动，使地基土承载力下降。

④坑底超挖还使底板浇筑不能及时进行，使坑底长时间暴露，由于粘性土的流变性，将增大墙体被动压力区的土体位移和墙外土体向坑内的位移，从而增加地表沉降，雨天尤甚。为了防止超挖，除加强测量工作外，若采用挖土机挖土，坑底应保留200~300mm厚地基土用人工挖除整平。

（3）防止坑底隆起变形大

    坑底隆起是地基卸荷而改变坑底原始应力状态的反映。随着开挖深度的增大，坑内外高差所形成的加载和地面各种超载的作用会使围护墙外侧土体向坑内移动，使坑底产生向上的塑性变形，其特征一般为两边大中间小的隆起状态，同时在基坑周围产生较大的塑性区，并引起地面沉降。

施工中减少坑底隆起的有效措施是设法减少土体中有效应力的变化，提高土的抗剪强度和刚度。为此，在基坑开挖过程中和开挖后，应保证井点降水正常进行，减少坑底暴露时间，尽快浇筑垫层和底板，必要时，可对坑底土层进行加固。

（4）防止边坡失稳

挖土速度快即卸载快，迅速改变了原来的平衡状态，降低了土体的抗剪强度，呈流塑状态的的软土对水平位移极为敏感，易造成滑坡。目前挖土机多用1m³反铲挖土机，挖土深度可达4~6m，如果一挖到底，挖土形成的坡度约1：1，卸荷快速，再加上机械的振动和坑边的堆土，则易于造成边坡失稳。

为了防止边坡失稳，土方开挖应在降水达到要求后，采用分层开挖的方式施工，分层厚度不宜超过2.5m，开挖深度超过4m时，宜设置多级平台开挖，平台宽度不宜小于1.5m，在坡顶和坑边不宜进行堆载，不可避免时，应在设计时予以考虑；工期较长的基坑，宜对边坡进行护面。

（5）防止桩位移和倾斜

对于先打桩后挖土的工程，要考虑由于打桩造成的应力积聚和基坑开挖时应力的快速释放对桩所产生的不利影响。打桩使原处于静力平衡状态的地基土遭到破坏，会产生挤土、孔隙水压力升高等现象，造成土中的应力积聚，如果在打桩后紧接着开挖基坑，应力的陡然释放和土体的一侧卸荷，易使土体产生一定的水平位移，造成桩位移或倾斜。在软土地区施工，此现象已屡见不鲜。为此，在群桩打设后，宜停留一段时间，并用降水设备预降水，待打桩积聚的应力有所释放、孔隙水压力有所降低，被扰动的土体重新固结后，再开挖基坑土方。挖土要分层、均衡，尽量减少开挖时的土压力差，以保证桩位正确。对于有超高桩的情况，应事先将桩超高部分的桩周土体用人工掏空并砍桩再进行基桩土方开挖。

（6）对邻边近建（构）筑物及地下设施的保护

对周围环境的保护，应采取安全可靠、经济合理的技术方案。在施工前通过对地质和环境的细致调查，提出减少地层位移的施工工艺和施工参数，并根据经验和理论相结合的研究分析，预测出基坑施工期间对周围环境的影响程度；施工期间加强现场监测，及时改进施工措施和应变措施以保证达到预期的保护要求。

常采取的保护周围环境的措施：

①井点降水加固土体。在基坑开挖前一段时间开始降水，将对降水影响范围内下卧地层的各层土起到预压固结作用，基坑土体会因排水固结增加强度和刚性，提高了基坑抗隆起能力、减少了支护墙的位移，因此是治理基坑周边地层位移的有效、经济的措施之一。但若将井点系统布置在坑外时，还应同时采取回灌或隔水帷幕等措施将被保护对象与降水井点隔开。

②支护墙本身应具有良好的抗渗漏特性，支护墙（包括接头）若发现质量不符合设计要求，应采用注浆等方法进行抗渗补强，支护墙局部渗漏时，要及时分析原因，堵塞渗漏通道。

③相继或同时开工的相邻基坑工程，必须事先协调施工进度，以确定设计工况，避免相互产生危害。已进入开挖期的基坑不允许在1.5倍桩长范围内有相邻基坑进行打入桩施工。

④支护桩（墙）不允许和采用打入法的工程桩同时施工，两者必须保证有一定的间歇期。一般砂质粉土不少于20d，淤泥质粘土不少于30d，土的固结度不低于80%

⑤墙后、管线底部和现有建筑物房屋基础的注浆加固：注浆应在开挖前进行，挡墙后面的注浆深度应大于开挖深度；管底注浆深度应不小于2m，房基注浆深度宜大于5m，采用自上而下分层注浆的方法。

⑥坑底加固可采用注浆加固或搅拌桩加固：加固指标和范围由设计计算确定。注浆加固最小宽度应大于3m，深度不超过支护墙埋入深度，宜采用劈裂注浆工艺；搅拌桩宜沿墙脚布置，采用搭接施工，最小加固宽度宜大于1.2m，加固深度不超过支护墙埋入深度。

⑦基础托换：对紧靠基坑的建筑物，采用树根桩或钻孔灌注桩、静压桩进行基础托换，将建筑物荷载传至深处刚度较大的地层。

⑧施加支撑预应力：采用钢支撑时，通过施加支撑预应力减少支护墙后土体变形，预应力值宜大于设计轴力的50%。

⑨开挖期跟踪注浆：重要管线或保护建筑物的相应位置预埋注浆管，在基坑开挖前预注浆，开挖期根据监测结果，进行跟踪注浆控制沉降量。

2.3.7基坑工程施工监测

支护结构的设计，虽然根据地质勘探资料和使用要求进行了较详细的计算，但由于土层的复杂性和离散性，勘探提供的数据常难以代表土层的总体情况，土层取样时的扰动和试验误差亦会产生偏差；荷载和设计计算中的假定和简化会造成误差；挖土和支撑装拆等施工条件的改变，突发和偶然情况等随机困难等亦会造成误差。为此，支护结构设计计算的内力值与结构的实际工作状况往往难以准确的一致。所以，在基坑开挖与支护结构使用期间，对于开挖深度大于等于5m、或开挖深度小于5m但现场地质情况和周围环境较复杂的基坑工程以及其他需要监测的基坑工程应实施基坑工程监测。通过对支护结构和周围环境的监测，能随时掌握土层和支护结构内力的变化情况，以及基坑边缘以外1~3倍开挖深度范围内需要保护的邻近建筑物、地下管线和道路的变形情况，将观测值与设计计算值进行对比和分析，随时采取必要的技术措施，以保证在不造成危害的条件下安全地进行施工。基坑工程监测工作应由具有测量资质的第三方承担，以使监测数据可靠而公正。测量的技术依据应遵循现行的《建筑基坑工程监测技术规范》(GB50497-2009)、《建筑变形测量规范》（JGJ 8-2007）、《工程测量规范》（GB 50026-2007）等。

1．基坑监测项目

基坑工程现场监测主要是以支护结构、地下水状况、基坑底部及周围土体、周围建（构）筑物、周围地下管线及地下设施、周围重要的道路等为对象，根据支护结构的重要程度、周围环境的复杂性和施工的要求而确定监测项目。在确定基坑工程的监测项目时应抓住关键部位，做到重点观测、项目配套，形成有效的、完整的监测系统，要求严格则监测项目增多，否则可减之，监测项目尚应与基坑工程设计方案、施工工况相配套。基坑现场监测分为仪器监测项目和巡视监测项目，基坑工程仪器监测项目应根据表2-3-3进行选择。

表2-3-3     建筑基坑工程仪器监测项目表

巡视检查主要以目测为主，可辅以锤、钎、量尺、放大镜等工器具以及摄像、摄影等设备进行。对自然条件、支护结构、施工工况、周边环境、监测设施等的检查情况进行详细记录。巡视检查记录应及时整理，并与仪器监测数据综合分析。如发现异常，应及时通知委托方及相关单位。基坑工程巡视检查应包括以下主要内容：

（1）支护结构：支护结构成型质量；冠梁、围檩、支撑有无裂缝出现；支撑、立柱有无较大变形；止水帷幕有无开裂、渗漏；墙后土体有无沉陷、裂缝及滑移；基坑有无涌土、流砂、管涌。

（2）施工工况：开挖后暴露的土质情况与岩土勘察报告有无差异；基坑开挖分段长度、分层厚度及支锚设置是否与设计要求一致；场地地表水、地下水排放状况是否正常，基坑降水、回灌设施是否运转正常；基坑周边地面堆载情况，有无超堆荷载。

（3）基坑周边环境：地下管道有无破损、泄露情况；周边建（构）筑物有无新增裂缝出现；周边道路（地面）有无裂缝、沉陷；邻近基坑及建（构）筑物的施工变化情况。

（4）监测设施：基准点、监测点完好状况；监测元件的完好及保护情况；有无影响观测工作的障碍物。

2．基坑工程监测常用仪器及监测方法

基坑工程的监测，主要分为应力监测与变形监测。应力监测主要用机械系统和电气系统的仪器；变形监测主要用机械系统、电气系统和光学系统的仪器。

①变形监测仪器

变形监测仪器除常用的经纬仪、水准仪外，主要是测斜仪。

测斜仪是一种测量仪器轴线与沿垂线之间夹角的变化量，进行测量围护墙或土层各点水平位移的仪器（图2.3.36）。使用时，沿挡墙或土层深度方向埋设测斜管（导管），让测斜仪在测斜管内一定位置上滑动，就能测得该位置处的倾角，沿深度各个位置上滑动，就能测得围护墙或土层各标高位置处的水平位移。

图2.3.36测斜仪

1-敏感部件；2-壳体；3-导向轮；4-引出电缆

测斜仪最常用者为伺服加速度式和电阻应变片式。伺服加速度式测斜仪精度较高，但造价亦高；电阻应变片式测斜仪造价较低，精度亦能满足工程的实际需要。BC型电阻应变片式测斜仪的性能如表2-3-4所示。

表2-3-4   BC型电阻应变片式测斜仪的性能

测斜管可用工程塑料、聚乙烯塑料或铝质圆管。内壁有两个对互成90°的导槽，如图2.3.37所示。测斜管的埋设视测试目的而定。测试土层位移时，是在土层中预钻φ139的孔，再利用钻机向钻孔内逐节加长测斜管，直至所需深度，然后，在测斜管与钻孔之间的空隙中回填水泥和膨润土拌合的灰浆；测试支护结构挡墙的位移时，则需与围护墙紧贴固定。

图2.3.37测斜管断面

1-导向槽；2-管壁

②应力监测仪器

A、土压力观测仪器

在支护结构使用阶段，有时需观测随着挖土过程的进行，作用于围护墙上土压力的变化情况，以便了解其与土压力设计值的区别，保证支护结构的安全。

测量土压力主要采用埋设土压力计（亦称土压力盒）的方法。土压力计有液压式、气压平衡式、电气式（有差动电阻式、电阻应变式、电感式等）和钢弦式，其中应用较多的为钢弦式土压力计。

钢弦式土压力计有单膜式、双膜式之分。单膜式者受接触介质的影响较大，由于使用前的标定要与实际土壤介质完全一致往往难以做到，故测量误差较大。所以目前使用较多的仍是双膜式的钢弦式土压力计。

钢弦式双膜土压力计的工作原理是：当表面刚性板受到土压力作用后，通过传力轴将作用力传至弹性薄板，使之产生挠曲变形，同时也使嵌固在弹性薄板上的两根钢弦柱偏转、使钢弦应力发生变化，钢弦的自振频率也相应变化，利用钢弦频率仪中的激励装置使钢弦起振并接收其振荡频率，使用预先标定的压力-频率曲线，即可换算出土压力值。钢弦式双膜土压力计的构造如图2.3.38所示，钢弦式土压力计的规格如表2-3-5所示。它同时配有SS-2型袖珍数字式频率接收仪。

图2.3.38  钢弦式双膜土压力计的构造

1-刚性板；2-弹性薄板；3-传力轴；4-弦夹；5-钢弦

表2-3-5   钢弦式土压力计的技术性能

B、孔隙水压力计

测量孔隙水压力用的孔隙水压力计，其形式、工作原理皆与土压力计相同，使用较多的亦为钢弦式孔隙水压力计。其技术性能如表2-3-6所示。孔隙水压力计宜用钻孔埋设，待钻孔至要求深度后，先在孔底填入部分干净的砂，将测头放入，再于测头周围填砂，最后用粘土将上部钻孔封闭。

表2-3-6    钢弦式孔隙水压力计的技术性能

C、支撑内力测试

支撑内力测试方法，常用的有下列几种：

a）压力传感器  压力传感器有油压式、钢弦式、电阻应变片式等多种。多用于型钢或钢管支撑。使用时把压力传感器作为一个部件直接固定在钢支撑上即可。

b）电阻应变片  亦多用于测量钢支撑的内力。选用能耐一定高温、性能良好的箔式应变片，将其贴于钢支撑表面，然后进行防水、防潮处理并做好保护装置，支撑受力后产生应变，由电阻应变仪测得其应变值进而可求得支撑的内力。应变片的温度补偿宜用单点补偿法。电阻应变仪宜用抗干扰、稳定性好的应变仪，如YJ-18型、YJD-17型等电阻应变仪。

c）千分表位移量测装置  测量装置如图2.3.39所示。量测原理是：当支撑受力后产生变形，根据千分表测得的一定标距内支撑的变形量，和支撑材料的弹性模量等参数，即可算出支撑的内力。

图2.3.39  千分表量测装置

1-钢支撑；2-千分表；3-标杆；4、5-支座；6-紧固螺丝

d）应力、应变传感器  该法用于量测钢筋混凝土支撑系统中的内力。对一般以承受轴力为主的杆件，可在杆件混凝土中埋入混凝土计，以量测杆件的内力。对兼有轴力和弯矩的支撑杆件和围糠等，则需要同时埋入混凝土计和钢筋计，才能获得所需要的内力数据。为便于长期量测，多用钢弦式传感器，其技术性能如表2-3-7、表2-3-8所示。

应力、应变传感器的埋设方法，钢筋计应直接与钢筋固定，可焊接或用接驳器连接。混凝土计则直接埋设在要测试的截面内。

表2-3-7    JXG-1型钢筋计的技术性能 

表2-3-8    JXH-2型混凝土应变计的技术性能

3．监测点布置

基坑工程监测点的布置应能反映监测对象的实际状态及其变化趋势，监测点应布置在内力及变形关键特征点上，并应满足监控要求。基坑工程监测点的布置应不妨碍监测对象的正常工作，并尽量减少对施工作业的不利影响。监测标志应稳固、明显、结构合理，监测点的位置应避开障碍物，便于观测。在监测对象内力和变形变化大的代表性部位及周边重点监护部位，监测点应适当加密。设置时监测点应应有必要的保护装置或保护设施，防止监测点被破坏。

（1）基坑围护墙（边坡）顶部的水平位移和竖向位移监测点布置

基坑围护墙（边坡）顶部的水平位移和竖向位移监测点应沿基坑围护墙（边坡）周边布置，基坑周边中部、阳角处应布置监测点。监测点间距不宜大于20m，每边监测点数目不应少于3个。监测点宜设置在基坑围护墙冠梁（边坡坡顶）上。

（2）深层水平位移监测孔布置

深层水平位移监测孔宜布置在基坑边坡、围护墙周边的中心处及代表性的部位，数量和间距视具体情况而定，但每边至少应设1个监测孔。

当用测斜仪观测深层水平位移时，设置在围护墙内的测斜管深度不宜小于围护墙的入土深度；设置在土体内的测斜管应保证有足够的入土深度，保证管端嵌入到稳定的土体中。

（3）围护墙内力监测点布置

围护墙内力监测点应布置在受力、变形较大且有代表性的部位，监测点数量和横向间距视具体情况而定，但每边至少应设1处监测点。竖直方向监测点应布置在弯矩较大处，监测点间距宜为3~5m。

（4）支撑内力监测点布置

支撑内力监测点宜设置在支撑内力较大或在整个支撑系统中起关键作用的杆件上；每道支撑的内力监测点不应少于3个，各道支撑的监测点位置宜在竖向保持一致；钢支撑的监测截面根据测试仪器宜布置在支撑长度的1/3部位或支撑的端头。钢筋混凝土支撑的监测截面宜布置在支撑长度的1/3部位；每个监测点截面内传感器的设置数量及布置应满足不同传感器测试要求。

（5）立柱的竖向位移监测点布置

立柱的竖向位移监测点宜布置在基坑中部、多根支撑交汇处、施工栈桥下、地质条件复杂处的立柱上，监测点不宜少于立柱总根数的10%，逆作法施工的基坑不宜少于20%，且不应少于5根。

（6）锚杆（土钉）的拉力监测点布置

锚杆的拉力监测点应选择在受力较大且有代表性的位置，基坑每边跨中部位和地质条件复杂的区域宜布置监测点。每层锚杆的拉力监测点数量应为该层锚杆总数的1~3%，并不应少于3根。每层监测点在竖向上的位置宜保持一致。每根杆体上的测试点应设置在锚头附近位置。

土钉的拉力监测点应沿基坑周边布置，基坑周边中部、阳角处宜布置监测点。监测点水平间距不宜大于30m，每层监测点数目不应少于3个。各层监测点在竖向上的位置宜保持一致。每根杆体上的测试点应设置在受力、变形有代表性的位置。

（7）基坑底部隆起监测点布置

基坑底部隆起监测点宜按纵向或横向剖面布置，剖面应选择在基坑的中央、距坑底边约1/4坑底宽度处以及其他能反映变形特征的位置。数量不应少于2个。纵向或横向有多个监测剖面时，其间距宜为20~50m，同一剖面上监测点横向间距宜为10~20m，数量不宜少于3个。

（8）土压力监测点布置

围护墙侧向土压力监测点应布置在受力、土质条件变化较大或有代表性的部位；平面布置上基坑每边不宜少于2个测点。在竖向布置上，测点间距宜为2~5m，测点下部宜密；当按土层分布情况布设时，每层应至少布设1个测点，且布置在各层土的中部；土压力盒应紧贴围护墙布置，宜预设在围护墙的迎土面一侧。

（9）孔隙水压力监测点布置

孔隙水压力监测点宜布置在基坑受力、变形较大或有代表性的部位。监测点竖向布置宜在水压力变化影响深度范围内按土层分布情况布设，监测点竖向间距一般为2~5m，并不宜少于3个。

（10）地下水位监测点布置

基坑内地下水位监测点的布置：当采用深井降水时，水位监测点宜布置在基坑中央和两相邻降水井的中间部位；当采用轻型井点、喷射井点降水时，水位监测点宜布置在基坑中央和周边拐角处，监测点数量视具体情况确定；基坑内水位监测管的埋置深度（管底标高）应在最低设计水位之下3~5m。对于需要降低承压水水位的基坑工程，水位监测管埋置深度应满足降水设计要求。

基坑外地下水位监测点应沿基坑周边、被保护对象（如建筑物、地下管线等）周边或在两者之间布置，监测点间距宜为20~50m。相邻建（构）筑物、重要的地下管线或管线密集处应布置水位监测点；如有止水帷幕，宜布置在止水帷幕的外侧约2m处。基坑外的水位监测管埋置深度（管底标高）应在控制地下水位之下3~5m。对于需要降低承压水水位的基坑工程，水位监测管埋置深度应满足设计要求。回灌井点观测井应设置在回灌井点与被保护对象之间。

位于重要保护对象（如地铁、上游引水、合流污水等）安全保护区范围内的监测点的布置，尚应满足相关部门的技术要求。

水位管可采用PVC管，在水位管透水头部位用手枪钻钻眼，外绑铝网或塑料滤网。埋设时，用钻机钻孔，钻至设计埋深，逐节放入PVC水位管，放完后，回填黄砂至透水头以上1m，再用膨润土泥丸封孔至孔口。水位管成孔垂直度要求小于5/10000埋设完成后，应进行24h降水试验，检验成孔的质量。

（11）建（构）筑物的变形监测点布置

建（构）筑物的竖向位移监测点应布置在建（构）筑物四角、沿外墙每10~15m处或每隔2~3根柱基上，且每边不少于3个监测点；不同地基或基础的分界处、建（构）筑物不同结构的分界处、变形缝、抗震缝或严重开裂处的两侧、新旧建筑物或高低建筑物交接处的两侧；烟囱、水塔和大型储仓罐等高耸构筑物基础轴线的对称部位，每一构筑物不得少于4点。建（构）筑物的水平位移监测点应布置在建筑物的墙角、柱基及裂缝的两端，每侧墙体的监测点不应少于3处。建（构）筑物倾斜监测点宜布置在建（构）筑物角点、变形缝或抗震缝两侧的承重柱或墙上；监测点应沿主体顶部、底部对应布设，上、下监测点应布置在同一竖直线上。当采用铅锤观测法、激光铅直仪观测法时，应保证上、下测点之间具有一定的通视条件。建（构）筑物的裂缝监测点应选择有代表性的裂缝进行布置，在基坑施工期间当发现新裂缝或原有裂缝有增大趋势时，应及时增设监测点。每一条裂缝的测点至少设2组，裂缝的最宽处及裂缝末端宜设置测点。

（12）地下管线监测点布置

地下管线监测应根据管线年份、类型、材料、尺寸及现状等情况，确定监测点设置；一般情况监测点宜布置在管线的节点、转角点和变形曲率较大的部位，监测点平面间距宜为15~25m，并宜延伸至基坑以外20m。对于上水、煤气、暖气等压力管线宜设置直接监测点，直接监测点应设置在管线上，也可以利用阀门开关、抽气孔以及检查井等管线设备作为监测点。对于无法埋设直接监测点的部位，可利用埋设套管法设置监测点，也可采用模拟式测点将监测点设置在靠近管线埋深部位的土体中。

（13）基坑周边地表竖向沉降监测点布置

地表沉降测点可以分为纵向和横向。纵向监测剖面是在基坑附近，沿基坑边方向布置，测点之间的距离一般为10~20m；横向监测剖面可以选在坑边中部或其他有代表性的部位，垂直基坑方向布置，各测点布置间距为，离基坑越近，测点越密（取1m左右），远一些的地方测点可取2~4m。基坑周边地表竖向沉降监测点布置范围宜为基坑深度的1~3倍，监测剖面数量视具体情况确定。每个监测剖面上的监测点数量不宜少于5个。土体分层竖向位移监测孔应布置在有代表性的部位，数量视具体情况确定，并形成监测剖面。同一监测孔的测点宜沿竖向布置在各层土内，数量与深度应根据具体情况确定，在厚度较大的土层中应适当加密。

监测测点的埋设要求是，测点需穿过路面硬层，伸入原状土300mm左右，测点顶部做好保护，避免外力产生人为沉降。图2.3.40为地表沉降测点埋设示意图。基准点应设在通视好，不受施工及其他外界因素影响的地方。

图2.3.40  地表沉降测点埋设示意

1-盖板；2-φ20钢筋（打入原状土）

4．监测方法

（1）测定特定方向上的水平位移时可采用视准线法、小角度法、投点法等；测定监测点任意方向的水平位移时可视监测点的分布情况，采用前方交会法、自由设站法、极坐标法等；当基准点距基坑较远时，可采用GPS测量法或三角、三边、边角测量与基准线法相结合的综合测量方法。

（2）竖向位移监测可采用几何水准或液体静力水准等方法。

坑底隆起（回弹）宜通过设置回弹监测标，采用几何水准并配合传递高程的辅助设备进行监测，传递高程的金属杆或钢尺等应进行温度、尺长和拉力等项修正。

（3）建筑物倾斜监测应测定监测对象顶部相对于底部的水平位移与高差，分别记录并计算监测对象的倾斜度、倾斜方向和倾斜速率。

应根据不同的现场观测条件和要求，选用投点法、水平角法、前方交会法、正垂线法、差异沉降法等。

（4）裂缝监测应包括裂缝的位置、走向、长度、宽度及变化程度，需要时还包括深度。裂缝监测数量根据需要确定，主要或变化较大的裂缝应进行监测。裂缝监测可采用以下方法：