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第1章 土方工程
1.1 概述
1.2 土方与土方调配量计算
1.3 土方工程施工要点
1.4 土方工程的机械化施工
1.5 土方填筑与压实
1.6 土方工程质量标准与安全技术要求
1.7 工程实践案例
1.8 本章学习小结
1.1概述
1.1.1 土方工程的施工特点
常见的土方工程包括以下几方面。
①场地平整：其中包括确定场地设计标高，计算挖、填土方量，合理地进行土方调配等。
②土方的开挖、填筑和运输等主要施工，以及排水、降水和土壁边坡和支护结构等。
③土方回填与压实：包括土料选择，填土压实的方法及密实度检验等。
土方工程施工，要求标高准确、断面合理，土体有足够的强度和稳定性，土方量少，工期短，费用省。但土方工程具有工程量大，施工工期长，劳动强度大的特点，如大型建设项目的场地平整和深基坑开挖中，施工面积可达数平方千米，土方工程量可达数百万立方米以上。
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1.1概述
1.1.2土的工程分类与现场鉴别方法
土的种类繁多，其分类方法各异。土方工程施工中，按土的开挖难易程度分为八类，如表1.1所列。
1.1.3土的基本性质
1．土的天然含水量
土的含水量是土中水的质量与固体颗粒质量之比的百分率，即
2．土的天然密度和干密度
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1.1概述
土在天然状态下单位体积的质量，称为土的天然密度。
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，以控制填土工程的压实质量。土的干密度与土的天然密度之间有如下关系：
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1.1概述
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，仍不能恢复其原来的体积。
4．土的渗透性
土的渗透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。
从达西公式可以看出渗透系数的物理意义：当水力坡度等于1时的渗透速度即为渗透系数，单位同样为m／d。
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1.2土方与土方调配量计算
1.2.1 基坑、基槽土方量计算
1．土方边坡
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。
2．基坑、基槽土方量计算
基坑土方量可按立体几何中的拟柱体（由两个平行的平面做底的一种多面体）体积公式计算（图1.2）。即
基槽和路堤的土方量可以沿长度方向分段后，再用同样方法
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1.2土方与土方调配量计算
计算（图1.3）
将各段土方量相加即得总土方量
1.2.2场地平整土方量计算
1．场地设计标高的确定
一般来说应考虑以下因素。
①满足生产工艺和运输的要求；
②尽量利用地形，分区或分台阶布置，分别确定不同的设计标高；
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1.2土方与土方调配量计算
③场地内挖填方平衡，土方运输量最少；
④要有一定泄水坡度(≥2‰)，使能满足排水要求；
⑤要考虑最高洪水位的影响。
1)初步计算场地设计标高
初步计算场地设计标高的原则是场地内挖填方平衡，即场地内挖方总量等于填方总量。
按照场地内土方的平整前及平整后相等，即挖填方平衡的原则，如图1.4(b)，场地设计标高可按下式计算
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1.2土方与土方调配量计算
(1)土的可松性影响
由于土具有可松性，如按挖填平衡计算得到的场地设计标高进行挖填施工，填土多少有富余，特别是当土的最后可松性系数较大时更不容忽视。
总填方体积应为
此时，填方区的标高也应与挖方区一样提高，即
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1.2土方与土方调配量计算
故考虑土的可松性后，场地设计标高调整为
(2)场地挖方和填方的影响
由于场地内大型基坑挖出的土方、修筑路堤填高的土方，以及经过经济比较而将部分挖方就近弃土于场外或将部分填方就近从场外取土，上述做法均会引起挖填土方量的变化。
为了简化计算，场地设计标高的调整值，可按下列近似公式确定，即
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1.2土方与土方调配量计算
(3)场地泄水坡度的影响
按上述计算和调整后的场地设计标高，平整后场地是一个水平面。但实际上由于排水的要求，场地表面均有一定的泄水坡度，平整场地的表面坡度应符合设计要求
①单向泄水时场地各方格角点的设计标高(图1.6(a))。以计算出的设计标高H0或调整后的设计标高作为场地中心线的标高，场地内任意一个方格角点的设计标高为
②双向泄水时场地各方格角点的设计标高(图1.6(b))。
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1.2土方与土方调配量计算
2．场地土方工程量计算
场地土方量的计算方法，通常有方格网法和断面法两种。方格网法适用于地形较为平坦、面积较大的场地，断面法则多用于地形起伏变化较大或地形狭长的地带。
1)方格网法
(1)划分方格网并计算场地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，尽量与测量的纵横坐标网对应，方格一般采用10 m×10 m～40 m×40 m，将角点自然地面标高和设计标高分别标注在方格网点的左下角和右下角（见图1. 10）。
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1.2土方与土方调配量计算
(2)计算零点位置
在一个方格网内同时有填方或挖方时，要先算出方格网边的零点位置即不挖不填点，并标注于方格网上，由于地形是连续的，连接零点得到的零线即成为填方区与挖方区的分界线（图1.8）。
(3)计算方格土方工程量
按方格网底面积图形和表1.4所列公式，计算每个方格内的挖方或填方量。
(4)边坡土方量计算
为了维持土体的稳定，场地的边沿不管是挖方区还是填方区均需作成相应的边坡，因此在实际工程中还需要计算边坡的土方量。
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1.2土方与土方调配量计算
2)断面法
沿场地的纵向或相应方向取若干个相互平行的断面（可利用地形图定出或实地测量定出），将所取的每个断面（包括边坡）划分成若干个三角形和梯形，如图1. 14所示，对于某一断面，其中三角形和梯形的面积为
若
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1.2土方与土方调配量计算
则
各个断面面积求出后，即可计算土方体积。则所求土方体积为
1.2.3土方调配
1．土方调配原则
土方工程量计算完成后，即可着手对土方进行平衡与调配。
①应力求达到挖、填平衡和运输量最小的原则。这样可以降低土方工程的成本。
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1.2土方与土方调配量计算
②应考虑近期施工与后期利用相结合的原则。当工程分期分批施工时，先期工程的土方余额应结合后期工程的需要而考虑其利用数量与堆放位置，以便就近调配。
③尽可能与大型地下建筑物的施工相结合。当大型建筑物位于填土区而其基坑开挖的土方量又较大时，为了避免土方的重复挖、填和运输，该填土区暂时不予填土，待地下建筑物施工之后再行填土。
④调配区大小的划分应满足主要土方施工机械工作面大小（如铲运机铲土长度）的要求，使土方机械和运输车辆的效率能得到充分发挥。
2．土方调配区的划分
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1.2土方与土方调配量计算
1)划分调配区
划分时应注意以下几点。
①划分应与建筑物的平面位置相协调，并考虑开工顺序、分期开工顺序；
②调配区的大小应满足土方机械的施工要求；
③调配区范围应与场地土方量计算的方格网相协调，一般可由若干个方格组成一个调配区；
④当土方运距较大或场地范围内土方调配不能达到平衡时，可考虑就近借土或弃土，一个借土区或一个弃土区可作为一个独立的调配区。
⑤计算各调配区的土方量，并将它标注于图上。
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1.2土方与土方调配量计算
2)求出每对调配区之间的平均运距
平均运距即挖方区土方重心至填方区土方重心的距离。因此，求平均运距，需先求出每个调配区的土方重心。
取场地或方格网中的纵横两边为坐标轴，以一个角作为坐标原点（图），分别求出各区土方的重心坐标
填、挖方区之间的平均运距L0为
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1.2土方与土方调配量计算
当填、挖方调配区之间的距离较远，采用自行式铲运机或其他运土工具沿现场道路或规定路线运土时，其运距应按实际情况进行计算。
3．用“表上作业法”求解最优调配方案
最优调配方案的确定，是以线性规划为理论基础，常用“表上作业法”求解。
(1)试用“表上作业法”求其土方的最优调配方案，并用位势法予以检验。
(2)绘出土方调配图。
1)用“最小元素法”编制初始调配方案
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1.2土方与土方调配量计算
2)最优方案判别法
在“表上作业法”中，判别是否最优方案的方法有许多。采用“假想运距法”求检验数较清晰直观。
3)方案的调整
①在所有负检验数中选一个（一般可选最小的一个），本例中唯一负的是C12，把它所对应的变量作为调整对象。
②找出x12的闭合回路。
③从空格（其转角次数为零偶数）出发，沿着闭合回路（方向任意转角次数逐次累加）一直前进，在各奇数次转角点的数字中，挑出一个最小的，将它方格中（即空格中）。
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1.2土方与土方调配量计算
对新调配方案，再进行检验，看其是否已是最优方案。如果检验数中仍有负数出现，那就按上述步骤继续调整，直到找出最优方案为止。
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1.3土方工程施工要点
1.3.1 施工准备
1．场地清理
场地清理包括清理地面及地下各种障碍。
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，以利土方施工。地面水的排除一般采用排水沟、截水沟、挡水土坝等措施。
3．修筑临时设施
修筑好临时道路及供水、供电等临时设施，做好材料、机具及土方机械的进场工作。
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1.3土方工程施工要点
4．做好土方工程的测量和放灰线工作
放灰线时，可用装有石灰粉末的长柄勺靠着木质板侧面，边撒、边走，在地上撒出灰线，标出基础挖土的界线。
基槽放线：根据房屋主轴线控制点，首先将外墙轴线的交点用木桩测设在地面上，并在桩顶钉上铁钉作为标志。房屋外墙轴线测定以后，再根据建筑物平面图，将内部开间所有轴线都一一测出。
柱基放线：在基坑开挖前，从设计图上查对基础的纵横轴线编号和基础施工详图，根据柱子的纵横轴线，用经纬仪在矩形控制网上测定基础中心线的端点，同时在每个柱基中心线上，测定基础定位桩，每个基础的中心线上设置四个定位木桩，其桩位离基础开挖线的距离为0.5～1.0 m。
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1.3土方工程施工要点
大基坑开挖，根据房屋的控制点用经纬仪放出基坑四周的挖土边线。
1.3.2土方边坡与土壁支撑
造成土壁塌方的原因主要如下。
①边坡过陡，使土体的稳定性不足导致塌方；尤其是在土质差，开挖深度大的坑槽中；
②雨水、地下水渗入土中泡软土体，从而增加土的自重同时降低土的抗剪强度，这是造成塌方的常见原因；
③基坑上口边缘附近大量堆土或停放机具、材料，或由于行车等动荷载，使土体中的剪应力超过土体的抗剪强度；
④土壁支撑强度破坏失效或刚度不足导致塌方。
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1.3土方工程施工要点
为了防止塌方，保证施工安全，在基坑（槽）开挖时，可采取以下措施。
1．放足边坡
土方边坡（图1.1）坡度大小的留设应根据土质、开挖深度、开挖方法、施工工期、地下水水位、坡顶荷载及气候条件等因素确定。
《建筑地基基础工程施工质量验收规范》(GB 50202-2002)规定，临时性挖方的边坡值应符合表1.7的规定。
2．设置支撑
为了缩小施工面，减少土方，或受场地的限制不能放坡时，则可设置土壁支撑。如表1.8所列为一般沟槽支撑方法，主要采用横撑式支撑。
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1.3土方工程施工要点
1.3.3施工排水与降水
在开挖基坑或沟槽时，土壤的含水层常被切断，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。
1．明排水法
现场常采用的方法是截流、疏导、抽取。截流即是将流入基坑的水流截住；疏导即将积水疏干；抽取这种方法是在基坑或沟槽开挖时，在坑底设置集水井，并沿坑底的周围或中央开挖排水沟，使水由排水沟流入集水井内，然后用水泵抽出坑外（图1. 22）。
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1.3土方工程施工要点
2．人工降低地下水位法
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），在基坑开挖前和开挖过程中，利用真空原理，不断抽出地下水，使地下水位降低到坑底以下，从根本上解决地下水涌入坑内的问题(图1. 24(a))
防治流砂现象是井点降水的主要目的。
流砂现象产生的原因，是水在土中渗流所产生的动水压力对土体作用的结果。如图1. 25 (a)从截取的一段砂土脱离体受力分析，可以容易地得出动水压力的存在和大小结论。
水在土中渗流时，作用在砂土脱离体中的全部水体上的力有：
作用在土体左端a-a截面处的总水压力；其方向与水流方向一致；
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1.3土方工程施工要点
作用在土体右端b-b截面处的总水压力；其方向与水流方向相反；
水渗流时整个水体受到土颗粒的总阻力(T-单位体积土体阻力)，方向假设向右。
由静力平衡条件∑X=0（设向右的力为正）
设水在土中渗流时对单位体积土体的压力为GD，由作用力与反作用力相等、方向相反的定律可知：
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1.3土方工程施工要点
我们称GD为动水压力，其单位为N／cm3或kN／m3。由上式可知，动水压力GD的大小与水力坡度成正比，即水位差h1-h2愈大，则GD愈大；而渗透路径L愈长，则GD愈小；动水压力的作用方向与水流方向（向右方向）相同。
防治流砂的方法主要有：水下挖土法、打板桩法、抢挖法、地下连续墙法、枯水期施工法及井点降水等。
①水下挖土法。即不排水施工，使坑内外的水压互相平衡，不致形成动水压力。
②打板桩法。将板桩沿基坑周围打入不透水层，便可起到截住水流的作用；或者打入坑底面一定深度，这样将地下水引至桩底以下才流入基坑，不仅增加了渗流长度，而且改变了动水压力方向，从而可达到减小动水压力的目的。
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1.3土方工程施工要点
③抢挖法。即抛大石块、抢速度施工。
④地下连续墙法。此法是沿基坑的周围先浇筑一道钢筋混凝土的地下连续墙，从而起到承重、截水和防流砂的作用，它又是深基础施工的可靠支护结构。
⑤枯水期施工法。即选择枯水期间施工，因为此时地下水位低，坑内外水位差小，动水压力减小，从而可预防和减轻流砂现象。
3．井点降水的种类
井点降水有两类：一类为轻型井点（包括电渗井点与喷射井点）；一类为管井井点（包括深井泵）。各种井点降水方法一般根据土的渗透系数、降水深度、设备条件及经济性选用，可参照表1. 11选择。
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1.3土方工程施工要点
4．一般轻型井点
轻型井点设备由管路系统和抽水设备组成（图1. 27），管路系统包括滤管（图1.26）、井点管、弯联管及总管等。
5．轻型井点的布置
1)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，可用单排线状井点（图1.28），布置在地下水流的上游一侧，两端延伸长度不小于坑槽宽度。
2)高程布置
轻型井点的降水深度，从理论上讲可达10.3 m，但由于管路系统的水头损失，其实际降水深度一般不超过6m。井点
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1.3土方工程施工要点
管埋设深度H（不包括滤管）按下式计算：
根据上式算出的H值，如大于6m，则应降低井点管抽水设备的埋置面，以适应降水深度要求。
当一级轻型井点达不到降水要求时，可采用二级井点降水，即先挖去第一级井点所疏干的土，然后再在其底部装设第二级井点
6．轻型井点的计算
1)井点系统的涌水量计算
井点系统所需井点管的数量，是根据其涌水量来确定的；而井点系统的涌水量，则是按水井理论进行计算。
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1.3土方工程施工要点
(1)无压完整井的环状井点系统涌水量
对于无压完整井的环状井点系统，涌水量计算公式为
抽水影响半径R系指井点系统抽水后地下水位降落曲线稳定时的影响半径，与土的渗透系数、含水层厚度、水位降低值及抽水时间等因素有关。在抽水2～5 d后，水位降落漏斗基本稳定，此时抽水影响半径可近似地按下式计算：
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1.3土方工程施工要点
(2)无压非完整井的环状井点系统涌水量
在实际工程中往往会遇到无压非完整井的井点系统(图1.32(b))，这时地下水不仅从井的侧面流入，还从井底渗入，因此涌水量要比完整井大。
同样式(1-35)换成
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1.3土方工程施工要点
(3)承压完整井的环状井点系统涌水量
承压完整环状井点系统涌水量计算公式为
2)确定井点管数量及井管间距
确定井点管数量先要确定单根井管的出水量。单根井点管的最大出水量为
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1.3土方工程施工要点
井点管最少数量由下式确定：
井点管最大间距为
实际采用的井点管间距D应当与总管上接头尺寸相适应。即采用0.8 m、1.2 m、1.6 m或2.0 m。
7．轻型井点系统设计实例
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1.3土方工程施工要点
1)井点系统的布置
为使总管接近地下水位和不影响地面交通，考虑到天然地面以下1.0 m内的土质为有内聚力的黏土层，将总管埋设在地面下0.5 m处，即先挖0.5 m的沟槽，然后在槽底铺设总管。
2)基坑涌水量计算
3)确定井点管数量及井管间距
4)选择抽水设备
抽水设备所带动的总管长度为80 m，可选用W5型干式真空泵一套。
(1)井点管的埋设
轻型井点的施工，大致包括下列几个过程：准备工作、井点系统的埋设、使用及拆除。
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1.3土方工程施工要点
埋设井点的程序是：先排放总管，再埋设井点管，用弯联管将井点管与总管接通，然后安装抽水设备。
(2)井点管的使用
轻型井点使用时，应保证连续不断抽水，并准备双电源。若时抽时停，滤网易于堵塞，也容易抽出土粒，使水混浊，并引起附近建筑物由于土粒流失而沉降开裂。
8．回灌井点法
轻型井点降水有许多优点，在基础施工中广泛应用，但其影响范围较大，影响半径可达百米甚至数百米，且会导致周围土壤固结而引起地面沉陷。特别是在弱透水层和压缩性大的黏土层中降水时，由于地下水流造成的地下水位下降、地基
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1.3土方工程施工要点
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地下水位呈漏斗曲线。
为了防止降水和回灌两井相通，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，否则基坑内水位无法下降，失去降水的作用。
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.
9．其他井点简介
1)喷射井点
当基坑开挖较深，采用多级轻型井点不经济时，宜采用喷射井点，其降水深度可达20 m。特别适用于降水深度超过6m，土层渗透系数为0.1～2 m/d的弱透水层。
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1.3土方工程施工要点
喷射井点根据其工作时使用液体和气体的不同，分为喷水井点和喷气井点两种。其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. 36）。
2)电渗井点
电渗井点适用于土的渗透系数小于0.1 m/d，用一般井点不可能降低地下水位的含水层中，尤其宜用于淤泥排水。
电渗井点（图1. 37）的原理是在降水井点管的内侧打入金属棒（钢筋或钢管），连以导线，当通以直流电后，土颗粒会发生从井点管（阴极）向金属棒（阳极）移动的电泳现象，而地下水则会出现从金属棒（阳极）向井点管（阴极）流动的电渗现象，从而达到软土地基易于排水的目的。
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1.3土方工程施工要点
3)管井井点
管井井点（图1. 38），就是沿基坑每隔20～50 m距离设置一个管井，每个管井单独用一台水泵（潜水泵、离心泵）不断抽水来降低地下水位。
如要求降水深度较大，在管井井点内采用一般离心泵或潜水泵不能满足要求时，可采用特制的深井泵，其降水深度可达50 m。
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1.4土方工程的机械化施工
1.4.1 常用土方施工机械
1．推土机
推土机是土方工程施工的主要机械之一，是在履带式拖拉机上安装推土铲刀等工作装置而成的机械。按铲刀的操纵机构不同，推土机分为索式和液压式两种。
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。左右的缓坡，因此应用范围较广。
推土机的运距宜在100 m以内，效率最高的推运距离为40～60 m。为提高生产率，可采用下述方法。
1)下坡推土（图1. 40）
推土机顺地面坡势沿下坡方向推土，借助机械往下的重力作用，可增大铲刀切土深度和运土数量，可提高推土机能力和
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1.4土方工程的机械化施工
缩短推土时间，一般可提高生产率30%～40%。
2)槽形推土（图1. 41）
当运距较远，挖土层较厚时，利用已推过的土槽再次推土，可以减少铲刀两侧土的散漏（图1. 41）。这样作业可提高效率10%～30%。槽深Im左右为宜，槽间土埂宽约0.5 m。
3)并列推土（图1. 42）
对于大面积的施工区，可用2～3台推土机并列推土。推土时两铲刀相距15～30 cm，这样可以减少土的散失而增大推土量，能提高生产率15%- 30%。
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1.4土方工程的机械化施工
4)分批集中，一次推送
若运距较远而土质又比较坚硬时，由于切土的深度不大，宜采用多次铲土，分批集中，再一次推送的方法，使铲刀前保持满载，以提高生产率。
2．铲运机
铲运机是一种能够独立完成铲土、运土、卸土、填筑、整平的土方机械。
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。
铲运机对行驶的道路要求较低，操纵灵活，生产率较高。
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1.4土方工程的机械化施工
在规划铲运机的运行路线时，应力求符合经济运距的要求。为提高生产率，一般采用下述方法。
1)合理选择铲运机的开行路线
(1)环形路线
当地形起伏不大，施工地段较短时，多采用环形路线。环形路线每一循环只完成一次铲土和卸土，挖土和填土交替
(2)“8”字形路线
施工地段较长或地形起伏较大时，多采用“8”字形开行路线。
2)下坡铲土
铲运机利用地形进行下坡推土，借助铲运机的重力，加深铲斗切土深度。
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1.4土方工程的机械化施工
3)跨铲法（图1. 46）
铲运机间隔铲土，预留土埂。这样，在间隔铲土时由于形成一个土槽，减少向外撒土量；铲土埂时，铲土阻力减小。
4)推土机助铲
地势平坦、土质较坚硬时，可用推土机在铲运机后面顶推，以加大铲刀切土能力，缩短铲土时间，提高生产率。
5)双联铲运法（图1. 48）
当拖式铲运机的动力有富余时，可在拖拉机后面串联两个铲斗进行双联铲运。
6)挂大斗铲运
在土质松软地区，可改挂大型铲土斗，以充分利用拖拉机的牵引力来提高工效。
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1.4土方工程的机械化施工
3．单斗挖土机施工
1)正铲挖土机
正铲挖土机的挖土特点是：前进向上，强制切土。
(1)铲挖土机的作业方式
①正向挖土，侧向卸土，即挖土机沿前进方向挖土，运输车辆停在侧面卸土（可停在停机面上或高于停机面）。
②正向挖土，后方卸土，即挖土机沿前进方向挖土，运输车辆停在挖土机后方装土。
(2)正铲挖土机的工作面
挖土机的工作面是指挖土机在一个停机点进行挖土的工作范围。工作面的形状和尺寸取决于挖土机的性能和卸土方式。
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1.4土方工程的机械化施工
挖土机后向卸土方式则形成正工作面，正工作面的形状和尺寸是左右对称的，其中右半部与图1. 50 (b)平卸侧工作面的右半部相同。
(3)正铲挖土机的开行通道
在正铲挖土机开挖大面积基坑时，必须对挖土机作业时的开行路线和工作面进行设计，确定出开行次序和次数，称为开行通道。
当基坑宽度稍大于正工作面的宽度时，为了减少挖土机的开行次数，可采用加宽工作面的办法，挖土机按“之”字形路线开行。
当基坑的深度较大时，则开行通道可布置成多层。
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1.4土方工程的机械化施工
2)反铲挖土机
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三类土（机械传动反铲只宜挖一至二类土）。
沟端开挖，挖土机停在基坑（槽）的端部，向后倒退挖土，汽车停在基槽两侧装土。
沟侧开挖，挖土机沿基槽的一侧移动挖土，将土弃于距基槽较远处。
3)拉铲挖土机
拉铲挖土机（图1. 57）的土斗用钢丝绳悬挂在挖土机长臂上，挖土时土斗在自重作用下落到地面切人土中。其挖土
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1.4土方工程的机械化施工
特点是：后退向下，自重切土；其挖土深度和挖土半径均较大，能开挖停机面以下的一至二类土，但不如反铲动作灵活准确。
4)抓铲挖土机
机械传动抓铲挖土机（图1. 58）是在挖土机臂端用钢丝绳吊装一个抓斗。其挖土特点是：直上直下，自重切土。其挖掘力较小，能开挖停机面以下的一至二类土。
5)挖土机和运土车辆配套计算
基坑开挖采用单斗（反铲等）挖土机施工时，需用运土车辆配合，将挖出的土随时运走。
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1.4土方工程的机械化施工
(1)挖土机数量的确定
挖土机的数量N，应根据土方量大小和工期要求来确定，可按下式计算：
单斗挖土机的生产率P，可查定额手册或按下式计算：
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1.4土方工程的机械化施工
(2)运土车辆配套计算
运土车辆的数量N1，应保证挖土机连续作业，可按下式计算：
1.4.2土方挖运机械选择和机械挖土的注意事项
①机械开挖应根据工程地下水位高低、施工机械条件、进度要求等合理地选用施工机械，以充分发挥机械效率，节省机械费用，加速工程进度。
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1.4土方工程的机械化施工
②使用大型土方机械在坑下作业，如为软土地基或在雨期施工，进入基坑行走需铺垫钢板或铺路基箱垫道。所以对大型软土基坑，为减少分层挖运土方的复杂性，还可采用“接力挖土法”。
③土方开挖应绘制土方开挖图，确定开挖路线、顺序、范围、基底标高、边坡坡度、排水沟、集水井位置以及挖出的土方堆放地点。
④由于大面积基础群基坑底标高不一，机械开挖次序一般采取先整片挖至一平均标高，然后再挖个别较深部位。
⑤基坑边角部位，即机械开挖不到之处，应用少量人工配合清坡，将松土清至机械作业半径范围内，再用机械掏取运走。
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1.4土方工程的机械化施工
⑥挖土机、运土汽车进出基坑的运输道路，应尽量利用基础一侧或两侧相邻的基础以后需开挖的部位，使它互相贯通作为车道，或利用提前挖除土方后的地下设施部位作为相邻的几个基坑开挖地下运输通道，以减少挖土量。
⑦由于机械挖土对土的扰动较大，且不能准确地将地基抄平，容易出现超挖现象。
⑧机械挖土施工工艺流程
1.4.3基坑土方开挖方式
1．无支护结构基坑放坡开挖工艺
采用放坡开挖时，一般基坑深度较浅，挖土机可以一次开挖至设计标高，所以在地下水位高的地区，软土基坑采用反铲挖土机配合运土汽车在地面作业。
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1.4土方工程的机械化施工
在采用放坡开挖时，要求基坑边坡在施工期间保持稳定。基坑边坡坡度应根据土质、基坑深度、开挖方法、留置时间、边坡荷载、排水情况及场地大小确定。
2．支护结构基坑的开挖工艺
支护结构基坑的开挖按其坑壁结构可分为直立壁无支撑开挖、直立壁内支撑开挖和直立壁拉锚（或土钉、土锚杆）开挖（图1. 61）。
1)直立壁无支撑开挖工艺
这是一种重力式坝体结构，一般采用水泥土搅拌桩作坝体材料，也可采用粉喷桩等复合桩体作坝体。
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1.4土方工程的机械化施工
2)直立壁内支撑开挖工艺
在基坑深度大、地下水位高、周围地质和环境又不允许做拉锚和土钉、土锚杆的情况下，一般采用直立壁内支撑开挖形式；基坑采用内支撑，能有效控制侧壁的位移，具有较高的安全度，但减小了施工机械的作业面，影响挖土机械、运土汽车的效率，增加施工难度。
当有较密内支撑或为了严格限制支护结构的位移，常采用盆式开挖顺序，即在尽量多挖去基坑下层中心区域的土方后，架设十字对撑式钢管支撑并施加预紧力，或在挖去本层中心区域土方后，浇筑钢筋混凝土支撑，并逐个区域挖去周边土方，逐步形成对围护壁的支撑。
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1.4土方工程的机械化施工
3)直立壁土钉（或土锚杆或拉锚）开挖
当周围的环境和地质可以允许进行拉锚或采用土钉和土层锚杆时，应选用此方式，因为直壁拉锚开挖使坑内的施工空间宽敞，挖土机械效率较高。
为了利用基坑中心部分土体搭设栈桥以加快土方外运，提高挖土速度，设直立壁土钉（或土锚杆）的基坑开挖或者采用周边桁架空间支撑系统的基坑开挖有时采用岛式开挖顺序，即先挖除挡墙内四周土方，待周边支撑形成后再开挖中间岛区的土方。
3．基坑土方开挖中应注意的事项
①支护结构与挖土应紧密配合，遵循先撑后挖、分层分段、对称、限时的原则。挖土与坑内支撑安装要密切配合，每次
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1.4土方工程的机械化施工
开挖深度不得超过将要加支撑位置以下500 mm，防止立柱及支撑失稳。
②要重视打桩效应，防止桩位移和倾斜。对一般先打桩、后挖土的工程，如果打桩后紧接着开挖基坑，由于开挖时地基卸土，打桩时积聚的土体应力释放，再加上挖土高差形成侧向推力
③注意减少坑边地面荷载，防止开挖完的基坑暴露时间过长。基坑开挖过程中，不宜在坑边堆置弃土、材料和工具设备等，尽量减轻地面荷载，严禁超载。
④当挖土至坑槽底50 cm左右时，应及时抄平。一般在坑槽壁各拐角处和坑槽壁每隔2～4 m处测设一水平小木桩或竹片桩，作为清理坑槽底和打基础垫层时控制标高的依据。
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1.4土方工程的机械化施工
⑤在基坑开挖和回填过程中应保持井点降水工作的正常进行。土方开挖前应先做好降水、排水施工，待降水运转正常并符合要求后，方可开挖土方。
⑥开挖前要编制包含周详安全技术措施的基坑开挖施工方案，以确保施工安全。
4．基坑支护工程的现场监测
在深基坑施工、使用过程中，出现荷载、施工条件变化的可能性较大，设计计算值与支护结构的实际工作状况往往不很一致。因此在基坑开挖过程中必须有系统地进行监控以防不测。
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1.4土方工程的机械化施工
从表1. 13中可以看出，不管任何基坑侧壁安全等级，支护结构水平位移均属于应测项目。实际上，在深基坑开挖施工监测中支护结构水平位移一般有两个测试项目，即围护桩（墙）顶面水平位移监测和围护桩（墙）的侧向变形，而在不同深度上各点的水平位移监测．称为围护桩（墙）的测斜监测。
围护桩（墙）在基坑外侧水土压力作用下，会发生变形。要掌握围护桩（墙）的侧向变形，即在不同深度处各点的水平位移，可通过对围护桩（墙）的测斜监测来实现。
基坑变形的监控值，若设计有指标规定，以设计要求为依据；如无设计指标，可按表1. 14的规定执行（GB 50202-2002第7.1.7条）。
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1.5土方填筑与压实
1.5.1 土料选择与填筑要求
对填方土料应按设计要求验收后方可填入。如设计无要求，一般按下述原则进行。
碎石类土、砂土（使用细、粉砂时应取得设计单位同意）和爆破石渣可用作表层以下的填料；含水量符合压实要求的黏性土，可用作各层填料；碎块草皮和有机物质含量大于8%的土，仅用于无压实要求的填方。
填土应分层进行，并尽量采用同类土填筑。
碎石类土或爆破石渣作填料时，其最大粒径不得超过每层铺土厚度的2/3，使用振动碾时，不得超过每层铺土厚度的3/4，铺填时，大块料不应集中，且不得填在分段接头或填方与山坡连接处。
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1.5土方填筑与压实
当填方位于倾斜的山坡上时，应将斜坡挖成阶梯状，以防填土横向移动。
1.5.2填土压实方法
填土的压实方法一般有：碾压、夯实、振动压实以及利用运土工具压实。
1．碾压法
碾压法是利用机械滚轮的压力压实土壤，使之达到所需的密实度。
平碾又称光碾压路机(图1. 64)，是一种以内燃机为动力的自行式压路机。
羊足碾见图1. 65和图1.66，一般无动力靠拖拉机牵引，有单筒、双筒两种。
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1.5土方填筑与压实
气胎碾又称轮胎压路机（图1. 67），它的前后轮分别密排着四个、五个轮胎，既是行驶轮，也是碾压轮。
碾压法主要用于大面积的填土，如场地平整、路基、堤坝等工程。
2．夯实法
夯实法是利用夯锤自由下落的冲击力来夯实土壤，主要用于小面积的回填土或作业面受到限制的环境下。
3．振动压实法
振动压实法是将振动压实机放在土层表面，借助振动机构使压实机振动土颗粒，土的颗粒发生相对位移而达到紧密状态。用这种方法振实非黏性土效果较好。
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1.6 土方工程质量标准与安全技术要求
1. 6.1 土方开挖、回填质量标准
①平整场地的表面坡度应符合设计要求，如设计无要求时，排水沟方向的坡度不应小于2‰。平整后的场地表面应逐点检查。
②施工过程中应检查平面位置、水平标高、边坡坡度、压实度、排水、降低地下水位系统，并随时观测周围的环境变化。
③土方开挖工程的质量检验标准应符合表1. 15的规定
④柱基、基坑、基槽和管沟基底的土质，必须符合设计要求，并严禁扰动。
⑤填方的基底处理，必须符合设计要求或建筑地基基础工程施工质量验收规范规定。
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1.6 土方工程质量标准与安全技术要求
⑥填方柱基、坑基、基槽、管沟回填的土料应按设计要求验收后方可填入。
⑦填方施工结束后，应检查标高、边坡坡度、压实程度等
⑧密实度检验中的分层压实系数。填方压实后，应具有一定的密实度。密实度应按设计规定控制干密度作为检查标准。
填方压实后的干密度，应有90%以上符合设计要求，其余10%的最低值与设计值的差，不得大于0. 08 g／cms，且应分散，不宜集中。
试样取出后，先称出土的湿密度并测定含水量，然后用下式计算土的实际干密度：
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1.6 土方工程质量标准与安全技术要求
1.6.2安全技术
①基坑开挖时，两人操作间距大于2.5 m，多台机械开挖，挖土机间距应大于10 m。
②基坑开挖应严格按要求放坡。
③基坑（槽）挖土深度超过3m以上，使用吊装设备吊土时，起吊后，坑内操作人员应立即离开吊点的垂直下方，起吊设备距坑边一般不得少于1.5 m，坑内人员应戴安全帽。
④用手推车运土，应先平整好道路。
⑤深基坑上下应先挖好阶梯或设置靠梯，或开斜坡道，采取防滑措施，禁止踩踏支撑上下。
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1.6 土方工程质量标准与安全技术要求
⑥基坑（槽）设置的支撑应经常检查是否有松动变形等不安全迹象，特别是雨后更应加强检查。
⑦回填管沟时，应采用人工先在管子周围填土夯实，并应从管道两边同时对称进行，高差不超过0.3 m。
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1.7工程实践案例
【案例1】杭州天工艺苑工程地下室围护综合施工实录
1．工程概况
天工艺苑工程位于杭州主要街道解放街南侧、金鸡岭巷口以西，是一幢集购物、娱乐、停车于一体的综合性大型商场建筑。商场地下一层，基础为梁式满堂基础，地上5～7层，无梁板结构，总面积22500 m2。其中地下室面积3226 m2，工程桩为长6～6.5 mφ377夯扩桩，地下室底板长66 m、宽56.5 m、板厚为0.8 m、挖深为5.3m。该工程由杭州市工业设计院设计，杭州市建筑工程公司施工。
根据地质勘测报告资料，常年地下水位在自然地坪下1.2 m，土的主要物理力学指标见表1. 17。
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1.7工程实践案例
2．基坑围护体系
根据地质资料及周围环境，本着安全经济、施工可行、速度快的原则，基坑围护结构选择深层水泥搅拌桩作为重力式挡土墙体，设计为φ600搅拌桩4排，横向搭接150 mm纵向搭接100 mm，（搅拌桩的连接见图1.70）桩长为10.6 m，内、外两侧桩配3φ12，L=7.5 m（上部0.5 m作锚筋）插筋，中间桩配3φ12，L=2 m插筋。
3．基坑围护工程和挖土工程施工
1)搅拌桩施工
①深层搅拌桩施工的关键是必须保证桩基施I的连续性，保证桩的垂直度，并使相邻两桩相互搭接100 mm，达到止水效果。
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1.7工程实践案例
②清除搅拌桩施打位置上大石块及原老建筑的基础是实施搅拌桩的关键，也是保证桩身质量的关键，在实施时清除了2 m内的障碍物后开始施打就比较顺利，但也有原建筑的老桩基无法清除。
③深层搅拌桩的工艺流程：搅拌机到位一预搅下沉（同时制备灰浆）一喷浆提升搅拌一复搅下沉一复搅提升一试块制作一移位。
④技术要求：深层搅拌桩采用一次喷浆、二次搅拌工艺，必须做到注浆搅拌均匀，搅拌桩水泥掺量为15%，控制好提升速度与注浆速度之间的关系，并严格控制水灰比(0.45)。
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1.7工程实践案例
2)搅拌桩压顶板及挖土施工
①根据设计在搅拌桩完成以后浇捣混凝土压顶板，板厚300 mm，C20混凝土内配φ12@200构造筋。
②地下室分二次挖土，使土体应力逐步释放，保护围护桩安全，减少位移量。
③基坑四周沿搅拌桩边设四组5m深的轻型井点管，专人值班，日夜抽水。
④第二次挖土也由反铲挖土机配合自卸汽车从东挖到西，挖一块，清一块。
⑤当块石垫层完成后，立即浇捣100 mm厚的Cl0混凝土垫层。
3)支护监测
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1.7工程实践案例
①为了确保基坑在开挖过程中围护结构的安全，在基坑开挖期间进行了工程环境监测，以实现信息管理，指导施工。
②首先在基坑围护结构顶梁上，每面设四个控制点，标上红漆三角，共计16个，定期进行监测。
③实践证明，本工程采用水泥搅拌桩围护技术，墙体相对位移较少，经实测最大的位移量为20 mm，沉降几乎为0，四周的建筑包括地下的上下水管、电缆均未发生异常变化。
④真空井点降水：本基坑根据地质条件和地下水的实际情况，布置了四套轻型井点降水装置，滤管插入深度为基坑下3m，实际降水效果正好在基坑底以下200 mm，未出现管涌现象。
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1.8本章学习小结
本章内容包括土方规划、土方工程施工的要点、土方机械化施工和基坑土方开挖工艺。在土方规划中，涉及土的工程分类和性质、土方边坡、土方量计算、场地设计标高的确定和土方调配等问题。在土方工程施工要点中，重点图示了基槽、深浅基坑的各种支护方法及其适用范围；论述了流砂产生的原因及其防治方法，施工排水特别是轻型井点降水和填土压实，是土方工程施工的关键。在土方工程机械化施工中，着重阐述常用土方机械的类型、性能及提高生产率的措施，提出了一般土方挖运机械选择方法和注意事项。
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表1. 1土的工程分类
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图1. 3基槽土方量计算
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图4场地设计标高H.计算示意图
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图6场地泄水坡度示意图
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图1. 8插入法计算标高简图
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图1. 10
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表1. 4常用方格网计算公式
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图1. 14断面法计算图
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表1. 7临时性挖方边坡值
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表1. 8一般沟槽的支撑方法
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图1. 22集水井降低地下水位
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图1. 24井点降水的作用
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图I. 25动水压力原理图
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表1. 11各种井点的适用范围
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图1. 26滤管构造
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图1. 27轻型井点设备工作原理
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图1. 28单排线状井点布置
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图1. 32环状井点系统涌水量计算简图
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图1. 35回灌井点布置
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图1. 36喷射井点设备及平面布置简图
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图1. 37电渗井点降水示意图
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图1. 38管井井点
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图1. 40下坡推土
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图1. 42并列推土
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图1. 46跨铲法
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图1. 48双联铲运法
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图1. 50侧工作面尺寸
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图1. 57履带式拉铲挖土机
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图1. 58履带式抓铲挖土机
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图1. 61基坑挖土方式
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表1. 13基坑监控项目表
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表1. 14基坑变形的监控值
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图1. 64光轮压路机
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图1. 65简单筒羊足碾构造示意图
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图1. 66羊足碾
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图1. 67轮胎压路机
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表1. 15土方开挖工程质量检验标准
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