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第2章 土方工程
2.1概述
2.2土方工程量计算
2.3土方机械
2.4土方施工准备
2.5土方工程施工工艺
2.1 概 述
常见的土方工程包括场地平整；土方的开挖、填筑和运输
及排水、降水和土壁边坡和支护结构等；土方回填与压实。
2.1.1土方工程的施工特点
工程量大，施工工期长，劳动强度大；
施工条件复杂且多位露天作业
2.1.2土的可松性及土的工程分类
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，仍不能恢复其原来体积的性质。
土的可松性大小可用可松性系数表示，即
Ks=V2/V1 K’s=V3/V1
式中 Ks—土的最初可松性系数
K’s—土的最终可松性系数
V1—土在自然状态下的体积，M3
V2—土经开挖后在松散状态下的体积，M3
V3—土经回填压实后在压实状态下的体积，M3
土的工程分类
土的工程分类方法很多，其开挖的难易程度直接影响工程的施工方法、劳动力和施工费用。土按开挖难易程度的工程分类见表 2-1
表 2.1 土的工程分类
土的分类 土的级别 土的名称 密度(kg/m3) 开挖方法及工具
一类土
(松软土) Ⅰ 砂土；粉土；冲积砂土层；疏松的种植土；淤泥(泥炭) 600～1500 用锹、锄头挖掘，
少许用脚蹬
二类土
(普通土) Ⅱ 粉质粘土；潮湿的黄土；夹有碎石、卵石的砂；粉土混卵(碎)石；
种植土；填土 1100～1600 用锹、锄头挖掘，
少许用镐翻松
三类土
(坚土) Ⅲ 软及中等密实粘土；重粉质粘土；砾石土；干黄土、含有碎石卵石的黄土；粉质粘土；压实的填土 1750～1900 主要用镐，少许用锹、锄头挖掘，部分用撬棍
四类土
(砂砾坚土) Ⅳ 坚硬密实的粘性土或黄土；含碎石、卵石的中等密实的粘性土或黄土；粗卵石；天然级配砂石；软泥灰岩 1900 整个先用镐、撬棍，后用锹挖掘，部分用楔子及大锤
五类土
(软石) Ⅴ 硬质粘土；中密的页岩、泥灰岩、白垩土；胶结不紧的砾岩；软石灰岩及贝壳石灰岩 1100～2700 用镐或撬棍、大锤挖掘，部分使用爆破方法
六类土
(次坚石) Ⅵ 泥岩；砂岩；砾岩；坚实的页岩、泥灰岩；密实的石灰岩；风化花岗岩；片麻岩及正长岩 2200～2900 用爆破方法开挖，
部分用风镐
七类土
(坚石) Ⅶ 大理岩；辉绿岩；玢岩；粗、中
粒花岗岩；坚实的白云岩、砂岩、砾岩、片麻岩、石灰岩；微风化安山岩；玄武岩 2500～3100 用爆破方法开挖
八类土
(特坚土) Ⅷ 安山岩；玄武岩；花岗片麻岩；坚实的细粒花岗岩、闪长岩、石英岩、辉长岩、角闪岩、玢岩、辉绿岩 2700～3300 用爆破方法开挖
2.2土方工程量的计算
2.2.1基坑、基槽土方量计算
（1）基坑土方工程量计算
V=H/6(A1+4A0+A2)
式中H—基坑深度
A1,A2—基坑上、下底面面积
A0—基坑中截面面积
（2）基槽土方工程量计算
V1=L1/6(A1+4A0+A2)
V=V1+V2+….+Vn
式中 V1—第一段的工程量
L1—第一段的长度
V1,V2…Vn—各分段的土方量
2.2.2场地设计标高的确定（按照挖填平衡原则）
在确定场地设计标高时，必须结合现场的具体条件，反复进行技术经济比较，选择一个最优方案(挖填方量最少)。
若设计文件对场地设计标高明确规定和特殊要求，可参与下述步骤和方法确定。
1、划分方格网，方格的边长一般采用10-40mm。
2、计算或测量各种方格角点的自然标高（实测法、图解法）。
3、初步计算场地设计标高。
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。
常用的土方挖运机械有：
推土机、铲运机、装载机、挖土机
2.3土方机械
加 长 臂 反 铲 挖 土 机
（一）推土机=拖拉机+推土铲刀
一种自行式挖土、运土工具；
特点：行走快，灵活，能爬300的坡，费用低；
适用于：
平整场地—运距在100m内（效率最高60m），一～三类土的挖运，压实；
坑槽开挖—深度在1.5m内、一～三类土
（一）推土机=拖拉机+推土铲刀
一种自行式挖土、运土工具；
特点：行走快，灵活，能爬300的坡，费用低；
适用于：
平整场地—运距在100m内（效率最高60m），一～三类土的挖运，压实；
坑槽开挖—深度在1.5m内、一～三类土。
提高效率的作业方法：
下坡推土法
并列推土法
沟槽推土法
多铲集运法
推土机
（二）铲运机：自行式、拖式
自行式铲运机
拖式式铲运机
特点：铲、运、卸、填、平。（全能）
灵活、速度快、效率高。
适用于：Ⅰ～Ⅲ二类土的大面积场地平整、大型基坑开挖、填筑等
运距：经济运距600～1500m
200～350m效率最高。
作业过程：铲——运——卸——返
开行路线
环形：用于地段短、起伏不大的挖、填工程；
8字形：用于地段长、起伏大、挖填交替的工程
（三）装载机
特点：全能。
适用条件同铲运机
可完全代替铲运机
（四）单斗挖土机
1、正铲——“前进向上，强制切土”
正铲用于停机面以上。含水量30％以下、一～四类土的大型基坑开挖
作业方式：
a）正向挖土侧向卸土；
b）正向挖土后方卸土。
2、反铲——“后退向下，强制切土”
反铲用于停机面以下、一～三类土的基坑、基槽、管沟开挖。
作业方式：
a）沟端开挖；
b）沟侧开挖
3、拉铲——“后退向下，自重切土”
开挖深度、宽度大，甩土方便。
用于停机面以下、一～二类土的较大基坑开挖，填筑堤坝，河道清淤。
作业方式同反铲
4、抓铲——“ 直上直下，自重切土”
效率较低；
用于停机面以下、
一～二类土的、面
积小而深度较大的
坑、井开挖。
2.4土方施工准备
2.4.1土方开挖工作是准备工作，定位和标高引测，确定工作面、放坡、排水设施和设置支撑，挖出土边线和进行放灰线工作，土方开挖。
为了保证施工的顺利进行，土方开挖施工前需作好以下各项准备工作：
1、查勘施工现场。
2、熟悉和审查图纸。
3、编制施工方案。
4、清楚现场障碍物。
5、平整施工场地。
6、进行地下墓探。
7、作好排水设施。
8、设置测量控制。
9、修建临时设施。
10、修筑临时道路。
11、准备机具。
12、进行施工。
2.4.2土方工程施工前,工地现场准备工作如下：
1.场地清理 　　 在施工场地内，有碍施工的已有建筑物和构筑物、道路、沟渠、管线、坟墓、树木等，应在施工前妥善处理。
2.修筑道路 　　 修筑好土方机械在施工场地内运行的道路，并开辟适当的机械工作面。
3.场地平整 　　 施工场地内如有高低不平应予平整，平整范围按建筑物外墙外边线向外扩展3m左右。
4.临时排水 　　 作好施工现场临时排水系统规划，并注意与原排水系统相适应，临时排水系统应尽量与永久性排水系统相结合。
在平坦地区施工，可采用挖临时排水沟或筑土堤等，阻止场外水流入施工现场。
大型场地平整时，可采用履带式拖拉机与铲运机联合作业，提高土方的运输效率。
铲运机
场地平整
在山坡地区施工，可采用挖截水沟等措施，阻止山坡水流人施工现场。沟壁、沟底应防止渗漏。 　　 排水沟和截水沟的纵向坡度一般不小于3‰，横断面根据施工期内最大流量确定，沟的边坡坡度应根据土质和沟的深度确定，一般为1：0．7～1：1．5。出水口应设置在远离建筑的最低洼地点，并应保证排水畅通。
5.降低水位 　　 开挖低于地下水位的基槽时，应根据当地工程地质资料、挖方尺寸和防止地基土结构遭受破坏等，选用集水坑降水、井点降水或两者相结合等措施降低地下水位。
6.墓穴钻探 　　 在历代建都的地区施工时，应用洛阳铲或机械钻，探明施工场地下所有古墓、枯井、洞穴等分布情况，确定处理墓穴的技术措施。
8.测定高程 　　根据建筑物底层室内地面的绝对标高，从附近的国家测量水准点，用水平仪及水准尺转测到建筑物就近的固定处，用红漆标记，此红漆标记的水平线高程即为建筑物室内地面的绝对标高，固定处可选择已建筑物的外墙根处或电杆根处。如周围一片空地，则应设置木桩或钢筋混凝上桩，在桩顶或桩侧面做红色标记。
9．了解现场的水文地质情况对于山区施工，应事先了解当地地层岩石性质、地质构造和水文、地形、地貌等。如因土石方施工可能产生滑坡时，应采取措施。在陡峻山坡脚下施工，应事先检查山坡坡面情况，如有危岩、孤石、崩塌体、古滑坡体等不稳定迹象时，应作妥善处理。
10．其它准备工作做好现场供水、供电、搭设临时生产和生活用的设施以及施工机具、材料进场等准备工作。　
2.5土方工程施工工艺
2.5.1土方开挖
2.5.2土方工程中的排水和降水
2.5.3土方回填
工程施工中，全国各地的土质不一样，土方施工难度大不相同。江浙地区多为地下水丰富的淤泥质土，土方开挖施工一般要将基坑支护、基坑降、排水和止水综合考虑。
土方施工的基本流程为：
编制土方施工方案
施工场地平整
结构基础桩施工
支护桩施工
降水井施工并预降水
土方开挖
基础结构施工
土方回填
2.5.1土方开挖
1 .定位放线
2 .放坡
3 .支护
1 .定位放线
龙门桩
龙门桩上的红三角
1 .定位放线
基坑放坡大开挖是一种最简单的基坑施工方法，优点是施工速度快，相对措施费用不高；缺点是周边场地要空旷，开挖和回填土方量大。放坡坡度的大小与地区土质有关。
大型基坑放坡开挖，坡面喷混凝土保护
管井井点降水
2 .放坡
小型钻机
3 .支护
基坑开挖至一定深度，用小型钻机在斜坡上钻孔，插入粗钢筋或钢管作为土钉，孔内灌浆。
振动式压机
基坑开挖至一定深度，也可用小型振动式压机在斜坡上将钢管作为土钉，孔内灌浆。
3 .支护
坡面挂网
坡面挂网喷射混凝土
3 .支护
土钉支护结构
钻孔，插入钢筋或螺旋管，灌浆，形成土钉
3 .支护
发电厂车间内开挖设备基础的大型深基坑，采取有效的钢管内撑支护方案，避免影响已建厂房。
钢管内撑
3 .支护
钢管内支撑的优点是施工速度快，装拆方便；缺点是支撑的刚度略差，基坑支护结构易变形。多道钢内撑有助于控制支护结构变形。
3 .支护
钢管内撑
地铁站施工，土方开挖的深基坑支护采用钻孔灌注桩＋钢管内撑支护方案。
钢筋混凝土压顶梁
第一道钢管内撑
钻孔灌注桩排桩
粉沙土
型钢腰梁
3 .支护
高层建筑基础施工，土方开挖的深基坑支护采用钻孔灌注桩＋混凝土梁内撑支护方案。
钻孔灌注桩支护
基坑第一道钢筋混凝土梁内撑
第二道钢内撑
3 .支护
钢筋混凝土梁内支撑的优点是刚度大，经济性好，能有效控制基坑变形；缺点是施工时间长（混凝土达到设计强度需时间），拆除不便（凿除或爆破）。
水泥土内插型钢（ SMW工法）支护结构
3 .支护
水泥土搅拌桩用于地下水丰富的江、浙、沪等地的基坑工程施工中的止水帷幕。
3 .支护
基坑开挖深度在6m左右，采用水泥土搅拌桩作为支护结构兼止水，插入的H型钢能增加桩的抗弯承载力，插入水泥土的H型钢周边涂减摩剂，可抽拔出重复使用。
插入水泥土的H型钢
3 .支护
2.5.2土方工程中的排水和降水
为保证土方施工顺利进行，就要做好施工排水工作，即排除地面水和降低地下水。
1.地面排水
对象：低洼区积水、雨水。
要求：使场地保持干燥，便于施工。
方法：设置排水沟、截水沟或修筑土堤等
设施，将水直接排至场外，或流入低洼处再
用水泵抽走。
做法：主排水沟横断面不小0.5m*0.5m，
纵向坡度根据地形确定，一般不小于3‰。
出水口应设置在远离建筑物或构筑物的低
洼地点，并保证排水通畅。
2.集水井降水
对象：雨水、地下水。
要求：边坡稳定，坑（槽）底不受水浸泡。
方法：在基坑（槽）开挖时，沿坑底周围
或中央开挖排水沟，在沟下游设置集水井，
汇集沟内积水，然后水泵抽走。
做法：
(1)、排水沟和集水井应
设置在基础范围外；
(2)、排水沟的横断面不
小于0.5m*0.5m，纵向
坡度宜为1‰-2‰；
(3)、集水井每隔20-40m设
置一个，其直径和宽度一
般为0.6-0.8m，其深度终
低于挖土面0.7-1.0m。
用抽水机在基坑底明排水
3.井点降水
原理：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，使地下水位降落在坑底以下连
续抽水直至施工结束为止。
分类：轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点及深井泵等。
在地下水丰富地区，当土的渗透系数为0.1～1m/d时，常采用轻型井点降水。
(1)、设备：井点管、滤管、集水总管、
弯联管、抽水设备等。
井点管： 38mm或51mm、l=5-7m的
钢管，可整根或分节组成。
集水总管: 100-125mm的无缝钢管l=4m，
其上装有与井点管连接的短接头，0.8m或1.2m。
抽水设备:由真空泵、离心泵和水气分离器
（又叫集水箱）等组成。
轻型井点降水
喷射混凝土坡面保护
(2).轻型井点布置
A平面布置
单排：在沟槽上游一侧布置，每侧超出沟≮B，
用于沟槽宽度B≤6m，降水深度≤5m。
双排：在沟槽两侧布置，每侧超出沟槽≮B。
用于沟槽宽度B>6m，或土质不良。
环状：在坑槽四周布置。用于面积较大的基坑。
B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。
轻型井点降水系统构成
总管
井点管
弯连管
真空泵
(3)、井点施工工艺程序
放线定位→铺设总管→冲孔→安装并点管、填砂砾滤料、上部填黏土密封→用弯联管将井点管与总管接通→安装抽水设备与总管连通→安装集水箱和排水管→开动真空泵排气、再开动离心水泵抽水→测量观测井中地下水位变化。
井点降水系统的设计和施工程序：
A、确定井点降水系统的构成（设计）
平面布置 → 高程布置 → 井点管数量 → 井点
管间距 → 抽水设备
B、按施工程序进行井点系统施工（施工）
放样 →冲孔（300，500） → 安装井点管 →
回填（1.0—1.5，1000） →安装弯联管和总管
→安装抽水设 →备开动离心泵抽水 →观测水位
变化
管井井点的滤管
管井井点降水是一种常用的降水方法，适用在降水深度要求大，土质的渗透系数在20～200m/d。
管井的井点管
井的四周填入砂滤料
管井井点施工时，先用小型钻机钻孔或水冲成孔，插入井点管后，在管四周填入砂滤料，井内放入潜水泵。
4、降水对周围建筑的影响及防止措施
(1)、影响情况：
A、会产生较大的地面沉降；
B、四周土层的自重应力变化不一而导致不均匀沉降使
周围建筑物基础下沉或房屋开裂。
(2)、防止措施：
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。
5.流砂产生及防治
(1)、现象：
当基坑（槽）挖土至地下水水位以下时，而土质又是细砂或粉砂，有采用集水井法降水，有时坑底下面的土会形成流动状态，随地下水一起流动涌入基坑，这种现象称为流砂现象。
(2)、原因：
当基坑底挖至地下水位以下时，坑底的土就受到动水压力的作用。如果动水压力等于或大于土的浸水重度时，土粒失去自重处于悬浮状态，能随着渗流的水一起流动，带入基坑边发生流砂现象。
(3)、危害：
发生流砂现象时，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降、倾斜、倒塌等。总之，流砂现象对寺方施工和附近建筑物有很大危害。
上海、广东、江苏、山东、浙江等地均有多雨季节，地下水充沛，在基坑开挖和地下结构施工中，必须防止流沙，土方开挖时排水或降水不当，均有可能造成支护结构失效坍塌事故。
基坑支护结构外侧因泥沙随水渗流进入基坑，造成局部沉陷坍塌事故
粉细沙随地下水流入基坑，产生流沙
(4)、易产生流砂的土
a、土的颗粒组成中，黏粒含量小于10%，粉粒（颗粒为0.005-0.05mm）含量大于75%
b、颗粒级配中，土的不均匀系数小于5；
c、土的天然孔隙比大于0。75；
d、土的天然含水量大于30%
(5)、防治措施：
a、抢挖法。b、打板桩法。
c、水下挖土法。
d、人工降低地下水位。
e、地下连续墙法。
填土压实方法应根据压实机械采取不同的填土层厚度和压实遍数，一般必须分层压实。
蛙式打夯机压实
压路机压实
2.5.3土方回填

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