土方工程常见类型和特点要求

1、土方工程常见类型和特点要求常见类型：场地平整、基坑（槽）及管沟开挖、地坪填土、路基填筑、隧道开通及基坑回填等。 施工过程：包括土或石的挖掘、填筑和运输等以及排水、降水和土壁支撑等准备和辅助过程。施工的特点：面广量大、劳动繁重、大多为露天作业、施工条件复杂；施工易受地区气候条件影响；土本身是一种天然物质，种类繁多，施工时受工程地质和水文地质条件的影响也很大。施工总的要求：根据工程自身条件，制定合理施工方案，尽可能采用新技术和机械化施工第一节 土的分类和工程性质一、土的工程分类二、土的工程性质1、土的含水量2、土的可松性3、土的渗透性第二节 土方量计算一、基坑（槽）、管沟土方量计算二、场地平整土方

2、量计算主要内容一、土的工程分类 在土方工程施工和工程预算定额中，根据土的开挖难易程度，将土分为松软土、普通土、坚土、砂砾坚土、软石、次坚石、坚石、特坚石等八类。前四类为一般土，后四类为岩石。第一节 土的分类和工程性质二、土的工程性质 1、土的含水量（w） 土中水的质量与固体颗粒质量之比，以百分率表示： 式中， m1含水状态时土的质量（kg）； m2烘干后土的质量（kg）； mw土中水的质量（kg）； ms固体颗粒的质量（kg）。第一节 土的分类和工程性质第一节 土的分类和工程性质二、土的工程性质 2、土的可松性： 自然状态下的土经开挖后，内部组织破坏，其体积因松散而增加以后虽经回填压实仍不能恢

3、复其原来的体积，土的这种性质称为土的可松性。土的可松性用可松性系数表示：式中 Ks土的最初可松性系数； Ks 土的最终可松性系数； V 1土在自然状态下的体积； V 2土挖出后的松散状态下的体积； V 3土经回填压实后的体积。第一节 土的分类和工程性质二、土的工程性质3、土的渗透性 土体被水透过的性质，常用渗透系数 K 表示。 渗透系数：在水力坡度为1的渗流作用下，水从土中渗出的速度，它同土的颗粒级配，密实程度等有关。砂土的渗透实验第二节 土方量计算一、基坑（槽）、管沟土方量计算 基坑土方量的计算可近似按立体几何中拟柱体（由两个平行的平面做底的一种多面体）体积公式计算。 基槽和管沟在土方量计算

4、时，可沿长度方向分段计算，将各段土方量相加，即得总土方量。 基坑土方量计算 基槽土方量计算第二节 土方量计算二、 场地设计标高的确定 场地平整土方量的计算思路是先确定一个场地设计标高，以此标高为基准分别计算标高以下的填方量和标高以上的挖方量。 l、初步确定场地设计标高H0（1）在具有等高线的地形图上将施工区域划分为边长a=10m40m的若干方格如图所示；（2）确定各小方格的角点高程。可根据地形图上相邻两等高线的高程，用插值法求得。在无地形图的情况下，也可以在地面用木桩或钢钎打好方格网，然后用仪器直接测出方格同角点标高。 场地设计标高计算第二节 土方量计算二、场地设计标高的确定 （3）按填挖方平

5、衡原则确定设计标高； 场地设计标高计算 由图 可看出，H11只属于一个方格的角点标高，H12和H21则属于两个方格公共的角点标高，H22则属于四个方格公共的角点标高，它们分别在上式中要加一次、二次、四次。因此，上式可改写成下列形式： 第二节 土方量计算二、场地设计标高的确定2、场地设计标高H0的调整 按上述公式所计算的设计标高H0系一理论值，实际上还需要考虑以下因素进行调整：（1）由于土的可松性，会使填土有剩余 H0（2）考虑场地泄水坡度对角点设计标高的影响；（3）设计标高以上的各种填方工程（如场区上填筑路堤） H0 ；或者由于设计标高以下的各种挖方工程（如挖河道、水池、基坑等） H0 ；（4

6、）根据经济比较的结果，将部分挖方就近弃于场外，或部分填方就近取于场外而引起挖、填土方量的变化后，需增减设计标高。 上述四方面因素对H0的影响同时出现的机会较小，可根据现场情况适当考虑。第二节 土方量计算三、场地平整土方量的计算 场地平整土方量的计算一般采用方格网法。 （1）计算场地各方格角点的施工高度 式中，hn为角点施工高度，即挖填高度，以“”为填，“”为挖；Hn为角点的设计标高；Hn为角点的自然地面标高。（2）确定“零线” 平面网格中，相邻两个零点相连成的一条折线，就是方格网中的挖填分界线零线。 设h1为填方角点的填方高度，h2为挖方角点的挖方高度，O为零点位置。则O点与A点的距离为： 求

7、零点的图解法BACODxah1h2第二节 土方量计算三、场地平整土方量的计算（3）计算方格挖填土方量 零线求出后，场地的挖填区即随之标出，可按“四方棱柱体法” 计算出各方格的挖填土方量。 全挖全填方格 两挖两填方格挖全填方格 三挖一填或三填一挖方格aaaaaah1h1h1h2h3h4h2h2h3h3h4h4 ； 第三节 土方机械化施工 一、挖土1、推土机 施工特点：灵活、功率大、爬30坡、40-60m时效率最高。（1）种类：索式、液压（2）应用条件：挖深（填高） 运距100m 坡度30 1 3类土 （3）作业方式：目的是提高效率 下坡推土，提高30-40% 槽形推土 并列推土，提高15-20%

8、 分批集中，一次推送 推土机外形第三节 土方机械化施工 一、挖土下坡推土槽形推土并列推土第三节 土方机械化施工 一、挖土2、铲运机（1）类型：自行、拖式（2）特点：更灵活； 运距：（拖式）200350m；（自行）8001500m；（3）适用条件： 13类土 大面积 w27%C3-6型自行式铲运机C6型拖式铲运机（1）铲土方式：下坡铲土；挖近填远，挖远填近；推土机助铲；双联铲运；挂大斗铲运（2）开行路线： 环形路线；8字型路线第三节 土方机械化施工 一、挖土2、铲运机 铲运机开行路线a)、b)、c) 环形路线； d） 8字形路线 第三节 土方机械化施工 一、挖土2、挖土机 常用挖土机主要为单斗挖

9、土机，只用于挖土，运土由自卸式汽车完成。根据挖土方式单斗挖土机铲斗类型可分为：（1）正铲；（2）反铲 ；（3）抓铲；（4）拉铲。正铲反铲抓铲拉铲第三节 土方机械化施工 一、挖土2、挖土机（1）正铲 特点：只能挖土、挖土机必须在工作面、挖土深度大、效率高；条件：14类土、大型工程、工作面无涌水正铲挖土机的主要技术性能正铲作业挖土和卸土方式：正向卸土、后方卸土；正向 挖土、侧向卸土第三节 土方机械化施工 一、挖土2、挖土机 正铲挖土机挖土和卸土方式a)正向挖土后方卸土；b)正向挖土侧向卸土正铲作业工作面及开行通道第三节 土方机械化施工 一、挖土2、挖土机 正铲开挖基坑工作面及开行通道a)一层通道多

10、次开挖；b)之字开行加宽工作面；c)多层通道开挖第三节 土方机械化施工 一、挖土2、挖土机（2）反铲特点：挖土机可在地面、边坡留土、挖土深度比正铲小； 条件：小型基坑、基槽、独立柱基、水下挖土； 反铲挖土机的主要技术性能第三节 土方机械化施工 一、挖土2、挖土机（2）反铲 作业方式开行方式： 沟端开行； 沟侧开行：稳定性差、但弃土较远；反铲开行方式a)沟端开行；b)沟侧开行第三节 土方机械化施工 一、挖土2、挖土机（3）抓铲 抓铲挖土机是在挖土机臂端用钢索装一抓斗，可挖12类土，特别适合独立基坑水下挖土。（4）拉铲 拉铲挖土机的铲斗悬挂在钢丝绳下，土斗借重力切入土中，可用于开挖12类土，开挖深

11、度和宽度较大。由于开挖的精确性较差，边坡要留更多的土，且大多用于将土弃于土堆。 第三节 土方机械化施工 二、运土土方调配 W1W2W3T1 T2？问题的实质：已知各挖土区和填土区的位置和土方量及各挖土区和填土区之间的运距，求各挖土区向各填土区调配的土方量是多少时，总的运输费用最低求解方法：线性规划法中的“表上作业法”求解步骤（一）准备工作1、划分调配区2、计算调配区之间的平均运距（二）建立土方调配的数学模型1、土方平衡与运距表2、数学模型3、求解分析（三）用“表上作业法”进行土方调配1、初始方案的确定2、方案是否最优的判别3、方案的调整（四）土方调配图的绘制第三节 土方机械化施工 二、运土土方

12、调配 划分调配区（l）调配区的划分应与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）调配区的大小应使上方机械和运输车辆的功效得到充分发挥。（3）当土方运距较大或场区内土方平衡时，可根据附近地形，考虑就近借土或就近弃土，每一个借土区或弃土区均可作为一个独立的调配区。（4）平整场地工程，划分调配区时要与场地设计标高结合起来，使填挖平衡。第三节 土方机械化施工 二、运土土方调配 第三节 土方机械化施工 二、运土土方调配 第三节 土方机械化施工 二、运土土方调配 数学模型求一组xij的值，使目标函数为最小值，并满足下列约束条件 i=1,2,m j=1

13、,2,n xij0 第三节 土方机械化施工 二、运土土方调配 （1）根据约束条件知道，未知量有m*n个，而方程数为mn个。由于填挖平衡，因此独立方程的数量实际上只有m+n-l个。（2）由于独立方程只有m+n-1个，而未知量有m*n个，无法计算。在求解线性规划问题时，可以先命m*n-（m+n-1）个未知量为零（可以任意假定。但为了减少运算次数，可以按照就近分配的原则，把运距较远或运费较大的那些未知量假定为零），这样就能够解出第一组m+n-1个未知量的值。这个解是不是最优解，还需要用检验数进行检验。如果在解中换一个未知量（使解中的一个未知量的值为零，并把不在解中的一个未知量引入解中），能使求得的一

14、组新解的目标函数下降，那么新解就比前一个解合理。这样一次次调整，直到使目标函数值为最小，此时的一组解就是最优解。 关于线性规划的理论及计算方法可以详见有关的专著。求解分析第三节 土方机械化施工 二、运土土方调配 各调配区土方量和平均运距图第三节 土方机械化施工 二、运土土方调配 初始方案的确定就近分配法第三节 土方机械化施工 二、运土土方调配 最优方案的判别（1）求位势数列出初始方案中有调配数方格的cij由公式 cij = ui + vj 求位势数并列入表中（2）计算检验数 ij= cij ui - vj 只要出现负的检验数，就说明方案不是最优，需要进一步调整第三节 土方机械化施工 二、运土土

15、方调配 求位势数由 cij = ui + vj 求位势数 ui 、vj第三节 土方机械化施工 二、运土土方调配 第一步：在所有负检验数中选一个（一般可选最小的一个），本例中是12，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。其做法是：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作90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、用水平和竖直线联起来的闭合回路，见表1-8。 第三步:从空格x12出发，沿着闭合回路（方向任意）一直前进，在各奇数次转角点的数字中，挑出最大运距对应的xij（本例中c32=110最大，它

16、对应的x32=200），将它由x32调到x12方格中。 第四步：将“200”填入x12方格中，被调出的x32为0（该格变为空格）；同时将闭合回路上其它的奇数次转角上的数字都减去“200”，偶数次转角上数字都增加“200”，使得填挖方区的土方量仍然保持平衡。这样调整后，便可得到表中的新调配方案。 第五步：对新调配方案，仍用“位势法”进行检验，看其是否是最优方案。如果检验数中仍有负数出现，那就仍按上述步骤继续调整，直到找出最优方案为止。 第三节 土方机械化施工 二、运土土方调配 第三节 土方机械化施工 二、运土土方调配 表中所有检验数均为正号，故该方案为最优方案。Z=20050+20070+400

17、40+30060+10070+50040=85000（m3m） 最优土方调配方案的土方总运输量为：第三节 土方机械化施工 二、运土土方调配 土方调配图第三节 土方机械化施工 三、挖土设备和运土设备数量的计算（一）挖土设备数量的计算式中， Q土方量（m3）;Qd挖土机生产率（m3/台班）；T工期（工作日）；C每天工作班数；K工作时间利用系数（）。 （二）运土设备数量的计算当用挖土机挖土时，运土设备数量应与挖土设备数量配套。第三节 土方机械化施工 三、挖土设备和运土设备数量的计算一台挖土机配备的自卸汽车台数N为： 式中 P和 分别为挖土机生产率和自卸汽车生产率（m3/台班）。或按：式中 t 和 分

18、别为每一循环车辆运输时间和运输车辆装满一车土的时间（min)。第三节 土方机械化施工 三、填土压实 填土料应慎重选择，含有大量有机质、含水溶性硫酸盐大于5%、淤泥、膨胀土、冻土等不宜用作填方土料。 （一）压实方法填土压实方法图a)碾压 b)夯实 c)振动 第三节 土方机械化施工 三、填土压实 （二）作业参数1、密实度（或压实系数） 土的要求密实度，通常以压实系数（压实度）表示。压实系数为土的控制（实际）干密度0与最大干密度max（最大干密度是在最佳含水量的状态下，通过标准压实方法确定的）的比值。 压实系数一般由设计确定，例如，砌块承重结构和框架结构，在地基持力层范围内的应大于，在地基的持力层范

19、围以下应在之间。高等级公路路床应大于、上路堤应大于、下路堤应大于。 第三节 土方机械化施工 三、填土压实 2、土的含水量 土的含水量不同，在同样压实功作用下，土的压实质量不同，如图所示，对应最大干重度的含水量称为最佳含水量。施工时应尽量保证在最佳含水量时压实。土的含水量对压实质量的影响图第三节 土方机械化施工 三、填土压实 3、铺土厚度 压实作用沿深度变化如图所示，因此压实施工时分层铺土厚度应在压实设备作用深度范围内，见表。 压实作用沿深度的变化图分层铺土厚度和压实遍数压实机具每层铺土厚度（mm）每层压实遍数平碾20030068羊足碾200350812蛙式打夯机20030034人工打夯2003

20、4分层铺土厚度和压实遍数压实机具每层铺土厚度（mm）每层压实遍数平碾20030068羊足碾200350812蛙式打夯机20030034人工打夯20034第三节 土方机械化施工 三、填土压实 4、压实遍数 压实功与压实机具、压实遍数、作用时间等因素有关，压实功与土的密实度的关系如图所示，因此压实遍数也应合理确定，见表。土的密实度与压实功的关系图第四节 土方工程的辅助工程 一、边坡工程（一）放坡（二）支护 二、排、降水工程 （一）流沙 （二）排水 （三）降水一、边坡工程 （一）放坡 式中，m=B/H为边坡系数。BH边坡坡度图坡度表示：如图，设i为边坡坡度，则：直壁开挖 根据土方工程相关规范的规定：

21、对于土质均匀且地下水位低于基坑（槽）底或管沟底面标高，开挖土层湿度适宜且敞露时间不长时，其挖方边坡可作成直壁，不加支撑，但挖方深度不宜超过下列规定：密实、中密的砂土和碎石土（充填物为砂土）（m）硬塑、可塑的粉质粘土及粉土 （m）硬塑、可塑的粘土和碎石类土（充填物为粘性土） （m）坚硬的粘土 （m）第四节 土方工程的辅助工程 一、边坡工程 （一）放坡 按规定坡度开挖 深度超过以上数值的基坑边坡，开挖时可按相应规范选取，对于5m以内基坑可按表选取。 通过计算确定坡度 对地下水、开挖深度、荷载、土质复杂等开挖条件超过规范的规定时，可采用土力学原理计算边坡坡度。 第四节 土方工程的辅助工程 深度在5m

22、以内的基坑（槽）、管沟边坡最陡坡度一、边坡工程 （二）支护 横撑式支撑 开挖较窄的基坑或沟槽时多采用横撑式支撑，如图所示。水平挡土板适用于湿度小、开挖深度H3m的条件；垂直挡土板适用于松散、湿度大的土质条件，而且开挖深度不限。 第四节 土方工程的辅助工程 沟槽横撑式支撑图a) 水平挡土板b) 垂直挡土板1-水平挡土板;2-垂直支撑;3-工具式支撑；4-垂直挡土板；5-水平支撑；6-连接件 一、边坡工程 （二）支护 板桩式支护结构 深基坑可采用短桩隔墙板支撑、锚拉支撑、斜柱支撑、临时挡土墙支撑、钢板桩、挡土灌注桩、型钢构架横撑、土层锚杆、挡土灌注桩与土层锚杆相结合等多种支护形式支撑。这些支护都属

23、于板桩式结构，由挡墙系统和支撑（或拉锚）系统两部分组成，其破坏形式如图。 第四节 土方工程的辅助工程 板桩事故图a)入土深度不足导致板桩下部走动； b)拉锚强度不足导致板桩倾覆；c)拉锚长度、板桩入土深度不足导致整体滑移；d)刚度不足导致板桩侧向弯曲一、边坡工程 （二）支护 重力式支护结构 水泥土重力式围护结构如图所示，利用柱状水泥土搅拌桩，彼此搭接形成重力式挡墙。它没有支撑或拉锚结构，费用较低。该支护结构适用于深度h0=46m的基坑，其面积置换率（加固土面积/总面积）约为，墙体宽度B=（）h0，墙体插入深度D=(0.81.2)h0。水泥土重力式围护结构设计应计算整体稳定性、抗渗性、抗倾性、抗

24、滑移和墙体抗剪强度等。第四节 土方工程的辅助工程 水泥土重力式围护结构图1水泥土搅拌桩；2插筋；3混凝土面层一、边坡工程 （二）支护 单支点、嵌固支撑板桩计算第四节 土方工程的辅助工程 计算模型图一、边坡工程 （二）支护 单支点、嵌固支撑板桩计算第四节 土方工程的辅助工程 计算方法图相当梁法一、边坡工程 （二）支护 单支点、嵌固支撑板桩计算步骤第四节 土方工程的辅助工程 板墙部分计算 a.计算板桩的主动土压力和被动土压力；计算板桩上土压力强度为零的点D至地面的距离；b.将板桩在D点截断，X=0, M=0 求AD的支座反力RD和拉锚力RA；c.由MC=0计算板桩入土深度t0d.板桩总的入土深度t

25、=u+t0e.在剪力为零处求得最大弯矩Mmax一、边坡工程 （二）支护 单支点、嵌固支撑板桩计算步骤 拉锚系统计算第四节 土方工程的辅助工程 拉锚长度 应保证锚座板桩位于它本身引起的被动土楔滑移线、板桩位移引起的主动土楔滑移线和静土楔滑移线之外（阴影区），按下列两式计算，取其中大值。二 、排、降水工程 （一）排水 排水方法如图所示，采用集水沟、集水井集水，然后由水泵排出。排水沟截面为、坡度为3；集水井直径、间距2040m；所用水泵有离心泵、潜水泵、软轴泵等。 排水适用条件为粗粒土层或粘性土层。 第四节 土方工程的辅助工程 集水井降水图1-排水沟；2-集水井；3-水泵二、排、降水工程 （二）降水

26、流沙概念：当基坑（槽）挖土到地下水位以下，而土质又是细砂和粉砂，若采用明排水的方法疏干开挖，则坑（槽）底下面的土会形成流动状态，并随地下水涌入基坑，这种现象叫流砂。危害：流砂可造成边坡塌方、附近建筑物（构筑物）下沉、倾斜、倒塌等。流砂产生的原因：是单位体积颗粒所受的向上动水压力GD大于颗粒浸水容重，即：GDw ，土颗粒处于悬浮状态，土的抗剪强度为零，土颗粒随水流一起流入基坑形成流砂。可见，产生流砂的条件是细砂或粉砂且颗粒较均匀；外因是动水压力GD。防治流砂的原则：可概括为“治砂先治水”，途径包括减少和平衡动水压力的大小和改变动水压力的方向。施工中采取的具体措施包括：1）枯水期施工；2）打板桩增

27、加地下水的渗流长度，减小动水压力；3）水下挖土，平衡动水压力；4）地下连续墙截住地下水；5）人工降水等。 第四节 土方工程的辅助工程 二、排、降水工程 （二）降水第四节 土方工程的辅助工程 降水的含义 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，直至施工结束。降水效果 优点：工作面保持干燥，改善施工条件改变动水压力方向，防止流砂形成提高土的强度和密实度 缺点：基坑附近土壤会沉降二、排、降水工程 （二）降水第四节 土方工程的辅助工程 降水方法：轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点、深井井点各种井点适用范围井点类型土的渗透系数(m/d)降

28、水深度(m)一级轻型井点多级轻型井点喷射井点电渗井点 0.1- 500.1- 500.1- 5015轻型井点 管井类二、排、降水工程 （二）降水第四节 土方工程的辅助工程 轻型井点轻型井点的设备滤管：、3857mm、2050%井点管：57m、 3857mm集水总管和弯联管：100127mm、4m/节抽水设备 真空泵（每台负担 100200m）、离心水泵、水气分离器二、排、降水工程 （二）降水第四节 土方工程的辅助工程 轻型井点轻型井点降水全貌 轻型井点降水全貌图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降水后的水位线二、排、降水工程 （二）降水第四节 土方工程的辅助工程

29、 轻型井点轻型井点布置平面布置单排：B6m 、S 5m环形: 大面积（B15m）单环形：L/B5、S 5m、B5 分段布置成多个环形高程布置 HH1+h+ILH1井点埋设面至坑底距离(m)；h坑底至降水后地下水位的距离(m)；I地下水降落坡度，环形、双排布置时取1/10，单排布置时取1/4；L井点管至基坑中心的距离（单排井点为井点管至基坑另一侧的水平距离）(m)。 环形井点布置图(1) 平面布置；(2)高程布置1总管；2井点管；3泵站二、排、降水工程 （二）降水第四节 土方工程的辅助工程 轻型井点轻型井点布置单排线状基坑布置图（a）平面布置；（b）高程布置1总管；2井点管；3泵站二、排、降水工程 （二）降水第四节 土方工程的辅助工程 轻型井点轻型井点计算井点系统涌水量计算（Q)井点管数量计算(n)井距计算(D)井距和井点管数量的调整