第三章+土石方工程

第三章土石方工程

基坑开挖、施工场地的平整，都需要进行土石方的开挖、运输、填筑，土石方的挖、运、填总称为土石方工程。水运工程施工中的土石方工程包括：场地平整基坑、航道开挖码头后填土基坑回填第一节土方量计算和土方调配一、土石的工程分类：分为八类土（按坚实系数、容重、开挖难易程度分类）

1、（一类土）松软土：砂、亚砂土、淤泥等

2、普通土：亚粘土，夹有碎石、卵石的砂、种植土、填筑土和亚砂土等

3、坚土：

4、砂砾坚土

5、软石

6、次坚石

7、坚石

8、特坚石软石以上需要爆破开挖二、土石的工程性质容重：γ含水量：ω：土中所含水分的重量与土的固体颗粒重量之比。可松性系数：最初可松性系数：Ks=V2/V1

最终可松性系数:Ks’=V3/V1

V1－土在自然状态下的体积

V2－土挖出后松散状态下的体积

V3－土经压实后的体积内摩擦角：Φ内聚力：C三、场地平整

场地平整主要通过整个建筑场地的竖向规划，为后续工程提供有利的施工平面，它包括场地设计标高确定、土方量计算、土方调配以及挖运、填的机械化施工等。1、场地竖向规划场地设计标高确定的一般方法：小型场地平整时，若对场地标高无特殊要求时，可根据平整前后土方量相等的原则确定场地设计标高。2、土方量的计算①横断面法：适用于地形起伏变化较大，或挖填深度较大又不规则的地区，计算较简便，但精度较低横断面法步骤：1、绘横断面图，横断面尽可能垂直于等高线，或垂直于建筑物的长边。间距10或20m，平坦地区大型场地，最大不超过100m。2、计算横断面面积3、根据横断面面积，按下式计算土方量

A1,A2——相邻断面面积

S——相邻断面间距。4、作表汇总。1、划分方格网:20m×20m或40m×40m，在每方格的右角的上、下分别标设计地面标高、自然地面标高，其差值（下减上）即为该角点的挖（＋）或（－）方的高度。②方格网法步骤：

2、计算零点位置，标于方格网上，并连线，即为挖填方的分界线。3、计算每个方格的挖方或填方量、标在方格左上方。V——挖方或填方体积(m3)H1、H2、H3、H4——方格四个角点的填挖高度，均取绝对值(m)∑H填——方格角点中填方施工高度的总和，取绝对值(m)∑H挖——方格角点中挖方施工高度的总和，取绝对值(m)∑H——方格角点中施工高度的总和，取绝对值(m)α——方格边长(m)3、计算每个方格的挖方或填方量、标在方格左上方。挖填方量汇总表方格编号挖方（m3）填方（m3）IIIIIIIV……合计4、作表汇总。3、调配平衡目的：使土方运输（吨•公里）最小。土方调配平衡的原则：1)挖、填方量基本达到平衡；（填方就地取材，用挖的土填方，减少挖方外运，和填方开采的费用）2)土方运输的t.km尽可能为最小；3)好土应用于回填质量要求较高的地区；4)结合其他建筑物施工，或开挖，其土方或留土作为其回填土。5)选择恰当的调配方向，运输路线，运输机具，使土方运输通畅，无对流和乱流现象（运输线路尽量不要交叉）把整个场地划分为m个挖方区A1，A2，…，Am，其挖方量相应为a1,a2,…am；有n个填方区B1，B2，。。。Bn，其填方量相应为b1,b2,…bn；并假定挖填方平衡，即：从Ai到Bj的平均运距为Cij，调配的土方量为Xij，土方调配问题的数学模型可以用下式表达：求一组Xij值，使目标函数

为最小值，并满足下列约束条件：运输问题：线形规划理论求解（图上作业法，表上作业法）。第二节场地土方开挖方法一、土方施工前的准备工作1)拆除障碍物（建筑物、电杆、电线、坟墓、树木等）；2)设排水沟及排水机具（水泵、管路、电源配置等）；在施工区边缘设堤、沟阻止水流（地下水、海水、雨水等）流入施工区；3)修路（双车道），宽≮7m。路基可铺20cm厚块石或砾石，路面用简易的泥结碎石，两侧设排水沟。与铁路、管线相交处设置平交道和标志；4)水、电，临时设施（生活和生产）；5)检查地下设施（地下构筑物，管道、电缆等）根据挖方或填方的深度，或拆除或采取措施；6)填土时，施工区进行适当清理，积水、草皮、树根、洞穴和软弱土层。二、土坡稳定粘性土圆弧滑动验算。对重要的土方开挖边坡，应进行专门的边坡稳定设计。对中小型临时边坡，坡度可根据经验确定或参考施工手册。例：对使用期一年以内的临时性挖土边坡，在土坡整体稳定的情况下，如地质条件良好，土质较均匀，高度在10m以内。砂土（不包括细砂、粉砂）一般粘性土坚硬硬塑1：1.25～1：1.151：0.75～1：1.11：1～1：1.15碎石类土充填坚硬、硬塑粘土充填砂土1：0.5～1：1.01：1.0～1：1.5①自上而下，分区、分段、分层开挖，不允许切脚开挖。②对不稳定边坡，避免用爆破开挖。③根据土质情况，间隔一定高度设置永久性戗台，宽度视用途而定。④避免超、欠挖。⑤机械开挖时，应距设计坡面有不小于20cm保护层，最后用人工坡面修整。边坡支护：对不稳定边坡，采取适当支护措施（护面、支挡，重力式挡土墙、喷锚）。边坡开挖：山西水电－锚索500吨张拉试验三、土方挖掘机械与施工方法1、土方挖掘机械主要机械：①推土机②铲运机③单斗挖土机（正铲、反铲、拉铲、抓铲）④多斗挖土机⑤装载机（铲车）适用于开挖Ⅰ～Ⅲ类土。经济运距100m以内，效率最高运距60m多用于：场地平整开挖深度在1.5m以内的坑（槽）移挖回填（坑、管沟）堆筑高度在1.5m以内的堤埂。配合其他挖土机进行平整、集中土方、清理场地、修路开道等常用方法：①下坡推土（坡度6˚～10˚左右）可提高生产效率30%～40%

无自然坡时，可分段推土，形成下坡推土条件，在半挖半填区或回填沟槽时可用此法。②为防止土从挡板侧漏失，可用挡板或槽形推土，并列推土。③斜角沟边推土或“之”字推土。④分推集中，一次运送。（一）推土机槽形推土并列推土适用于开挖Ⅰ～Ⅲ类土（积、挖、运、填于一身）（二）铲运机运土切土卸土（大型机械）常用于坡度20°以内的大面积土方的挖、填、整平、压实。开挖大型基坑、管道、河渠；填筑堤坝。分自行和拖式（斗容量7～35m3）自行式：经济运距为800～1500m。拖式：经济运距600m，效率最高运距250～300m。（中长距离）双联铲运。推土机顶推铲土（助铲），坚硬土质可用松土机先松土。适用于工作面短（50～100m

）和填方不高（0.1～1.5m

）时。优点：一个循环可完成多次铲土和卸土。应经常调换方向行驶，避免机械单侧磨损。当挖、填交替，刚好填土区在挖土区两端时，可采用大环形路线。铲运机的运行路线：①大环形运行路线优点：一个循环完成两次挖土和卸土，空车行驶距离短，两次转弯方向不同，避免了单侧磨损。注意：转弯时不能铲土和卸土。②8字形运行路线③连续式运行路线优点：适用于工作地段有挖、填方交替的土方工程。减少空车运行荷转弯次数，提高生产效率，同时还可以使整个填方面积得到均匀压实。按工作装置分：正铲、反铲、拉铲、抓铲斗容量：0.1、0.2、0.4、0.5、0.6、0.8、

1.0、1.6、2.0、2.5m3等多种。属于循环式挖掘机械。每个循环包括铲土、升高、旋转至卸土地点卸土和回转至开挖位置四个过程。即：铲、升、转、回或称：挖土、重车回转、卸土、空车回转。（三）单斗挖土机①正铲挖土机（一般有车配合）适用于开挖含水量27%以下的Ⅰ～Ⅳ类土以及爆破后的岩石块、冻土块。挖土高度一般不小于1.5m，过小，效率低；过大，可能塌方。后方装车仅用于开挖工作面狭小且深度较大的基坑。回转角180°时，效率降低约23%；130°时，效率降低约13%。根据开挖路线和运输汽车相对位置的不同，一般有侧向装车和后方装车两种方式。分层开挖将工作面按机械的有效挖掘高度分成多层开挖。当工作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挖一条先锋浅槽，作为第一次挖土的运输路线，然后逐次开挖直至基坑底部。适用于开挖大型基坑，工作面高度大于机械挖掘的合理高度时采用。挖土方法和提高生产效率措施中心开挖正铲先从挖土区宽度的中心开挖，当向前挖至回转角度超过90°时，则转向两侧开挖，汽车按“八”字形停放装土。本法开挖移位方便，回转角度小（＜90°）。挖土区宽度宜在40m以上，否则工作面小，汽车不能靠近正铲装车适于挖掘较宽的山坡和基坑。多层（同时）开挖将开挖面按机械的合理开挖高度，分成多层同时开挖。以加快开挖速度。适用于开挖边坡和大型基坑。多用于开挖停机面以下深度不大的基坑、管沟、及含水量较大的Ⅰ～Ⅲ类的砂土或粘土土。斗容量一般为0.5～1.0m3最大挖深4～6m，经济挖深1.5～3m。生产率比正铲低，多用于开挖沟槽、基坑等②反铲挖土机开挖方法：（b）沟侧开挖沿沟侧直线运动，挖土宽度比挖掘半径小，不易控制边坡，能将土弃于沟边较远的地方。（a）沟端开挖停于沟端，后退挖土（向沟一侧弃土或装车），开挖宽度不受机械最大挖掘半径限制，可开挖到最大深度。(c)两旁开挖（属于沟端开挖的一种）再宽的基坑可采用多次沟端开挖方法或之字开挖法。(d)沟角开挖可挖停机面以下较深基坑（槽）水中Ⅰ～Ⅲ类土；挖掘半径和挖土深度较大，但灵活性较差，开挖断面误差较大。可用类似反铲的沟端、沟侧、沟角开挖。③拉铲（索式）挖掘机“直上直下，自重切土”。可挖I～II类土，不能挖掘坚硬土。灵活性差，工效不高，适用：土质松软，施工面窄而深的基坑，深槽和井。深基坑、基槽，水中挖土，桥基、桩孔挖土。散装材料装车。挖淤泥时，抓斗易被淤泥吸住，提斗不可过猛，以防翻车。必要时，需加配重。④抓斗（铲）挖掘机⑤多斗挖掘机

分为链斗式和斗轮式两类。适于挖I～II类均质土壤，生产效率高，常用于开挖大型渠道、基坑以及土料的开采。链斗式挖掘机斗轮式挖掘机⑥装载机短程装运结合的机械，灵活轻便，生产效率高，应用广泛。除自身配套的铲斗外，还可配备可更换的附属装置（反铲，推土板，起终货叉等），以进行其它作业。土方运费往往占土方工程总费用的40%～60%，所以必须很好地组织。1、汽车特点：速度快，无转运，效率高，适应性强（工作面狭窄和地形复杂）。缺点是：运费大，对道路有一定要求。一般3～8t，自卸车箱（后卸、侧卸）高达15t

现有路或造路（运费大）2、铁路运输土方量大，运距远，运输量大，单位运输阻力小

29.4～78.4N/t,汽车为490～1961N/t。投资大，适应性差。四、土方运输3、带式运输移动式：用于短程运输。散体材料的装卸堆存。固定式：长距离运输，分段布置。移动式：移动方便，改变高度固定式：运距长，不方便。效率较高，但运粘湿土料效率降低，适应各种地形条件，支承简单。第四节挖运设备数量的确定一、挖土机生产率每一循环：挖土、重车回转、卸土、空车回转四个过程。1.理论生产率：Po(m3/h)或(方/台时)，工程上常用(方/台班)

方/台班＝方/台时×每天工作时间

q——土斗的几何容积

n——（单斗式）每分钟循环次数，或（多斗式）每分钟倾倒的斗数。

ks——的最初可松动系数。（土经挖掘以后，组织破坏，体积增大的性质）

ks——V2/V1KH——土斗充盈系数，视挖土机械类型而定，0.8～1.0。t1、t2、

t3、

t4——分别为挖土、重车回转、卸土、空车回转的时间。ksc——土壤级别修正系数1.1～1.2（土硬