第1章土方工程

1土方工程本章内容简介：土石方工程的分类和特点土石方工程的施工准备与辅助工作施工排水与地基处理土石方工程施工机械的选择土方回填与夯实以及土方工程质量标准。本章教学目标：

熟悉土方施工准备与辅助工作掌握土方各环节的施工工艺和操作要点掌握软弱地基加固处理熟悉土方工程质量标准1.1土方工程的基本知识

1.2土方施工准备与辅助工作

1.3施工排水与地基处理1.5土方回填与夯实1.4土方工程施工机械化1.6土方工程质量标准

本章内容1.1.1土方工程的分类及特点1）土方工程的分类（1）场地平整（2）基坑（槽）开挖（3）基坑（槽）回填（4）路基修筑2)土方工程施工特点①工程量大，劳动强度高。②施工条件复杂。③受场地限制。1.1土方工程的基本知识根据土开挖的难易程度，分为：松软土、普通土、坚土、砂砾坚土、软石、次坚石、坚石、特坚硬石8类。松土和普通土可直接用铁锹开挖，或用铲运机、推土机、挖土机施工；坚土、砂砾坚土和软石要用镐、撬棍开挖，或预先松土，部分用爆破的方法施工；次坚石、坚石和特坚硬石一般要用爆破方法施工。土的工程分类与现场鉴别方法见表1.1所示。

1.1.2土的工程分类及性质1)土的工程分类表1.1土的工程分类

土的分类土的名称坚实系数f密度(t/m3)开挖方法及工具一类土（松软土）砂土、粉土、冲动砂土层、疏松的种植土、淤泥（泥炭）0.5~0.60.6~1.5用锹、锄头挖掘，少许用脚蹬二类土（普通土）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0.6～0.81.1～1.6用锹、锄头挖掘，少许用镐翻松三类土（坚土）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0.8～1.01.75～1.9主要用镐，少许用锹、锄头挖掘。部分用撬棍四类土（砂砾坚土）坚硬密实的粘性土或黄土，含碎石卵石的中等密实的粘土或黄土；粗卵石；天然级配砂石；软泥灰岩1.0～1.51.9整个先用镐、撬棍，后用锹挖掘，部分用楔子或及大锺五类土（软石）硬质坚土；中密的页岩、泥灰岩、白垩土，胶结不紧的砾石，软石灰及贝壳石灰石1.5～4.01.1～2.7用镐或撬棍、大锺挖掘，部分使用爆破方法六类土（次坚石）泥岩、砂岩、砾石；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4.1～10.02.2～2.9用爆破方法开挖，部分用风镐七类土（坚石）大理石；辉绿岩；玢岩；粗、中粒花岗岩，坚实的白云岩，砂岩、砾岩、石灰岩，微风化安山石；玄武岩10.0～18.02.5～3.1用爆破方法开挖八类土（特坚石）安山石；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、辉绿岩、玢岩、角闪岩18.0～25.02.7～3.3用爆破方法开挖天然密度是指土在天然状态下单位体积土的质量，它与土的密实度和含水量有关。土的干密度，即单位体积土中固体颗粒的质量，即土体孔隙内无水时土的质量。常用干密度作为填土压实质量的控制指标。2)土的工程性质

(1)土的天然密度和干密度(2)土的含水量土的含水量是土中所含的水的质量占土的固体颗粒质量的百分数。（3）土的可松性自然状态下的土经挖掘后，其体积因松散而增加，虽经回填压实，仍不能恢复到原来的体积，这种性质称为土的可松性。（4）土的渗透性土的渗透性也称透水性，是指土体透过水的性能。（1）土的天然密度式中ρ——土的天然密度，kg/m3；m——土的总质量，kg；

V—土的体积，m3。

知识窗（2）干密度式中ρd——土的干密度，kg/m3；

mS

——固体颗粒质量，kg；V—土的体积，m3。（3）土的可松性式中KS，KS′——土的最初、最终可松性系数；V1——土在天然状态下的体积，m3；V2——土挖出后在松散状态下的体积，m3；V3——土经压(夯)实后的体积，m3。1.2土方施工准备与辅助工作土方施工前要准备下列工作：①准备全套工程图纸和各种有关基础工程的技术资料，进行现场实地调查与勘测。②根据施工组织设计规定和现场实际条件，制定基础工程施工方案。③平整场地，处理地下、地上一切障碍物，完成“三通一平”。④测量放线，设立控制轴线桩和水准点。⑤如在雨期施工，应在场内设置排水沟，准备排水设施和机具，阻止场外雨水流入施工场地或基坑内。如需夜间施工，应按需要准备足够数量的照明设施，并在危险地段设明显标志。施工准备

(1)在场地平整施工前，应利用原场地上已有各类控制点，或已有建筑物、构筑物的位置、标高，测设平场范围线和标高。(2)对施工区域内障碍物要调查清楚，制订方案，并征得主管部门意见和同意，拆除影响施工的建筑物、构筑物；拆除和改造通讯和电力设施、自来水管道、煤气管道和地下管道；迁移树木。(3)尽可能利用自然地形和永久性排水设施，采用排水沟、截水沟或挡水坝措施，把施工区域内的雨雪自然水、低洼地区的积水及时排除，使场地保持干燥,便于土方工程施工。(4)对于大型平整场地，利用经纬仪、水准仪，将场地设计平面图的方格网在地面上测设固定下来，各角点用木桩定位，并在桩上注明桩号、施工高度数值,以便施工。(5)

修好临时道路、电力、通讯及供水设施，以及生活和生产用临时知识窗1.2.1大面积场地平整1）场地平整与基坑（槽）开挖顺序①先平整整个场地，后开挖建筑物基槽。②先开挖建筑物基槽，后平整场地。③边平整场地，边开挖基槽。2）大面积场地平整施工

大面积场地平整时适宜用大型土方机械进行施工。(1)推土机施工(2)铲运机施工(3)单斗挖土机施工3）挖土机数量的确定1.2.2建筑物定位与放线1）建筑物定位将建筑设计总平面图中建筑物外轮廓的轴线交点测设到地面上，用木桩标定出来，桩顶钉小钉明确点位，称轴线桩，然后根据轴线桩进行细部测定。为进一步控制各轴线位置，应将主要轴线延长引测到安全地点并做出标志，称为控制桩。为便于开槽后施工各阶段的轴线位置控制，可把轴线引测到龙门板上或引测到混凝土桩墩上，用轴线钉标定。如是龙门板，其顶部标高一般为±0.000m，以便控制挖基槽和基础施工时的标高，如图1.1所示。2）放线

根据定位确定的轴线位置，用石灰划出基槽（坑）开挖的边线，基槽（坑）上口尺寸应根据基础的设计尺寸和埋置深度、土类别及地下水等情况，并结合留置工作面或放坡条件确定，如图1.2所示。工作面的留置要求为：砖基础不小于150mm，混凝土及钢筋混凝土基础为300mm。1.2.3土方边坡与土壁支撑

土壁稳定，主要是由土体内摩阻力和粘结力保持平衡，一旦失去平衡，土壁就会塌方。造成土壁塌方的主要原因有：

边坡过陡，使土体本身稳定性不够，尤其是在土质差、开挖深度大的坑槽中，常引起塌方。雨水、地下水渗入基坑，使土体重力增大及抗剪能力降低，是造成塌方的主要原因。基坑(槽)边缘附近大量堆土，或停放机具、材料，或由于动荷载的作用，使土体产生的剪应力超过土体的抗剪强度。知识窗土壁塌方的原因1）土方边坡土方边坡的坡度以挖方深度(或填方深度)

h与底宽b之比表示，如图1.3所示，即：

土方边坡坡度=

H/B=1/(B/H)=1∶m

式中，m=B/H称为边坡系数。

密实、中密的砂土和碎石类土(充填物为砂土)：1.0m；

硬塑、可塑的粉土及粉质粘土：1.25m；

硬塑、可塑的粘土和碎石类土(充填物为粘性土)：1.5m；

坚硬的粘土：2m。

挖土深度超过上述规定时，应考虑放坡或做成直立壁加支撑。

当地质条件良好、土质均匀且地下水位低于基坑(槽)或管沟底面标高时，挖方边坡可做成直立壁不加支撑，但深度不宜超过下列规定：当挖地基坑较深或晾槽时间较长时，应根据实行情况采取护面措施。常用的坡面保护方法有帆布、塑料薄膜覆盖法，坡面拉网法或挂网。

基坑(槽)或管沟挖好后，应及时进行基础工程或地下结构工程施工。在施工过程中，应经常检查坑壁的稳定情况。

永久性挖方边坡坡度应按设计要求放坡。临时性挖方的边坡值应符合表1.5的规定。

表1.5临时性挖方边坡值

土的类别

边坡值(高∶宽)

砂土(不包括细砂、粉砂)

1∶1.25～1∶1.50

一般性粘土

硬

1∶0.75～1∶1.00硬、塑

1∶1.00～1∶1.25

软

1∶1.50或更缓

碎石类土

充填坚硬、硬塑粘性土

1∶0.50～1∶1.00

充填砂土

1∶1.00～1∶1.50

2）土壁支撑坑（槽）壁支撑的形式，应根据开挖深度、土质条件、地下水位、开挖方法、相邻建筑物或构筑物等情况进行选择或设计，目前常用的支撑形式如图1.4所示。（1）衬板式支撑（2）护坡桩支撑3）重力式挡土墙重力式挡土墙的材料可使用浆砌块石、条石或素混凝土。重力式挡土墙基底做成逆坡，对土质地基，逆坡坡度不宜大于0.1∶1.0；对岩石地基，逆坡坡度不大于0.2∶1.0。板桩式支撑特别适用于地下水位较高且土质为细颗粒、松散饱和土的支护，可防治流砂现象产生。

板桩支撑作用：使地下水在土中的渗流路线延长，减小了动水压力，从而可预防流砂的产生；板桩支撑既挡土又防水，特别适于开挖较深、地下水位较高的大型基坑；可以防止基坑附近建筑物基础下沉。

知识窗打入板桩的质量要求：板桩位置在板桩的轴线上，板壁面垂直，保证平面尺寸准确和垂直度；封闭式板桩墙要求封闭合拢；埋置达到规定深度要求，有足够的抗弯强度和防水性能。

1.2.4基坑（槽）施工基坑（槽）的开挖或回填应连续进行，尽快完成。施工中应防止地面水流入坑、沟内，以免边坡塌方或基土遭到破坏。雨期施工或基坑（槽）挖好后不能及时进行下一工序时，可在基底标高以上留150～300mm厚土层不挖，待下一工序开始前再挖除，以免扰动基土。采用机械开挖基坑（槽）时，可在基底标高以上预留200～300mm土层用人工清理。基坑（槽）往外抛土，坑边上缘至弃土堆坡脚的距离，槽深在2m以内者，不应小于0.8m；槽深在2～4m，应在0.8～1.5m以外，槽深在4m以上者，应根据情况另行确定，弃土堆的高度，不应超过1.5m，其他材料应堆放在距槽边1m以外的地方，挖土机离边坡应有一定的安全距离，以防坍方。观看录像：基坑开挖。基槽(坑)开挖中注意事项

①在开挖基槽(坑)之前，应检查龙门板、轴线桩有无走动现象，并根据设计图纸校核基础轴线的位置、尺寸及水准点的标高等。②基槽(坑)、管沟的挖土应分层进行。③在施工过程中，基槽(坑)、管沟边堆置土方不应超过设计荷载。④基槽(坑)土方施工中及雨后，应对支护结构、周围环境进行观察和监测，如出现异常情况应及时处理，待恢复正常后方可继续施工。⑤基槽(坑)开挖时，要加强垂直高度方向的测量，防止超挖，防止搅动基底土层。⑥对特大型基坑，应分区分块挖至设计标高，分区分块及时浇筑垫层。⑦土方开挖施工中，若发现古墓及文物等，要保护好现场，并立即通知文物管理部门，经查看处理后方可施工。

知识窗

1.3.1施工排水

施工排水可分为排除地面水和降低地下水两大类。1)排除地面水:采用设置排水沟、截水沟或修筑土堤等设施来进行2)降低地下水(1)基坑明沟排水法

如图1.5所示。（2）井点降水①轻型井点：如图1.6所示。1.3施工排水与地基处理观看录像：轻型井点。②喷射井点：当基坑较深而地下水位又较高，且降水深度超过8m时，宜采用喷射井点。

喷射井点的平面布置：当基坑宽度小于等于10m时，井点可作单排布置；当大于10m时，可用双排布置；当基坑面积较大时，宜采用环形布置。井点间距一般采用2～3m，每套喷射井宜控制在20～30根井管。

③管井井点：管井井点是沿基坑每隔一定距离设置一个管井，每个管井单独用一台水泵不断抽水来降低地下水位。在土的渗透系数大、地下水量大的土层中，宜采用管井井点。管井直径为150～250mm，管井的间距，一般为20～50m，井内水位降低，可达6～10m，两井中间则为3～5m。当降水深度很大时，在管井井点内采用一般的潜水泵和离心泵满足不了要求时，可改用深井泵，加大管井深度来解决。1）流砂现象及危害在基坑挖到地下水位0.5m以下，如果采用坑内抽水，有时坑底下面的土会成流动状态，随地下水一起涌进坑内，这种现象称为流砂现象。

发生流砂现象时，土壤完全失去承载能力，工人难以立足，施工条件恶化，边挖土边冒，很难达到设计深度；流砂严重时会引起基坑边坡塌方，如果附近有建筑物，就会因地基被掏空而使建筑物下沉、倾斜，甚至倒塌。2）流砂现象的防治

①在工期允许的情况下，土方工程应在全年最低水位季节施工，因地下水位低，槽内外水位差小，所以动水压力减少了，就不易产生流砂，甚至可以减轻流砂现象。②水中挖土，即采用不排水施工，使基坑内水压与坑外水压相平衡，阻止流砂现象产生。③打板桩法，将板桩打入坑底下面一定深度，增加地下水从坑外流入坑内的渗流路程，从而减少动水压力，防止流砂发生。④人工降低地下水位法，即采用井点降水等方法，使动水压力的方向朝下，因而也就能有效地预防流砂的发生。1.3.2流砂现象及处理1.3.3地基的局部处理

1)土坑（填土、淤泥）的处理2)砖井或土井的处理

3)“橡皮土”的处理

地基的局部处理可概括为“挖、填、换”三个字。

1.3.4软弱地基加固处理

地基处理就是按照上部结构对地基的要求，对地基进行必要的加固或改良，提高地基土的承载力，保证地基稳定，减少房屋的沉降或不均匀沉降。常用的软弱地基加固处理方法有换土法、夯实法。１）换土垫层法

（1）灰土垫层

（2）砂垫层或砂石垫层

2）夯实地基法(1)重锤夯实法是用起重机将如图1.7所示的重锤提升到一定高度后,利用自由下落时冲击能重复夯打击实基土表面,使其形成一层比较密实的硬壳层,从而使地基得到加固,适用于处理高于地下水位0.8m以上稍湿的粘性土、砂土、湿陷性黄土、杂填土和分层填土的加固处理。

(2)强夯法

是用起重机械将重锤(如图1.8所示，一般为8～30t)吊起从高处(一般为6～30m)自由下落，对地基反复进行强力夯实的地基处理方法，适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粘性土粉土、湿陷性黄土及填土地基等的深层加固。

１）推土机

推土机（如图1.9所示）按铲刀的操作方式分索式和液压式，按行走方式分为履带式和轮胎式。推土机的特点是操纵灵活，运转方便，所需工作面较小，功率大，行驶速度较快，易于转移。推土机可以单独使用，也可以卸下铲刀牵引其他无动力的土方机械，如拖式铲运机、松土机、羊足碾等。1.4土方工程施工机械化1.4.1土方工程机械

土方工程的施工过程主要有：土方开挖、运输、填筑与压实等。除量小分散不适宜用机械施工外，应尽量采用机械化施工，以减轻劳动强度，加快施工的进度，缩短工期。观看录像：推土机。按行走的方式，可分为履带式推土机和轮胎式推土机。履带式推土机附着力强，爬坡性能好，适应性强；轮胎式推土机行驶速度快，灵活性好。目前，我国生产的履带式推土机有东方32100、T-120、黄河220等；轮胎式推土机有TL160等。知识窗２）铲运机铲运机是一种能综合完成全部土方施工工序（挖土、装土、运土、卸土、压实和平土）的机械。按行走方式分为自行式铲运机和拖式铲运机两种。

铲运机操纵简单灵活，行驶速度快，生产率高，且运转费用低。它适用于大面积场地平整，开挖大型基坑、沟槽，以及填筑路基等土方工程，铲运机可铲运含水量不大于27％的四类以下的土，经济运距为800m左右。

图1.10所示为自行式铲运机。

按行走方式分为牵引式铲运机和自行式铲运机；按铲斗操纵系统分，有液压操纵和机械操纵两种。为了提高铲运机的生产效率，可以采取下坡铲土、推土机推土助铲等方法，缩短装土时间，使铲斗的土装得较满。助铲法：根据填、挖方区分布情况，结合当地具体条件，合理选择运行路线，提高生产率。一般有环形路线和“8”字形路线两种形式。知识窗3）单斗挖土机

单斗挖土机按工作装置不同，可分为正铲、反铲、拉铲和抓铲四种。（１）正铲挖土机

特点是“前进向上，强制切土”。根据挖土机与运输工具的相对位置不同，正铲挖土和卸土的方式有以下两种：正向挖土，侧向卸土；正向挖土，后方卸土。图1.11所示为正铲开挖示意图。

（２）反铲挖土机特点是“后退向下，强制切土”。反铲挖土机的开挖方式，可分为沟端开挖与沟侧开挖,如图1.12所示。

观看录像反铲挖土机。（３）拉铲挖土机

特点是“后退向下，自重切土”。拉铲挖土机的开挖方式与反铲挖土机相似，也可分为沟端开挖与沟侧开挖。图1.13所示为拉铲挖土机及开挖方式示意图。（４）抓铲挖土机

抓铲挖土机的特点是“直上直下，自重切土”。抓铲挖土机的外形如图1.14所示。单斗挖土机按其操纵机构的不同，可分为机械式和液压式两类。液压式单斗挖土机的优点是能无级调速且调速范围大；快速作业时，惯性小，并能高速反转；转动平稳，可减少强烈的冲击和振动；结构简单，机身轻，尺寸小；附有不同的装置，能一机多用；操纵省力，易实现自动化。知识窗正铲挖土机的工作特点是前进行驶，铲斗由下向上强制切土，挖掘力大，生产效率高；适用于开挖含水量不大于27%的一至三类土，且与自卸汽车配合完成整个挖掘运输作业；可以挖掘大型干燥基坑和土丘等。正铲挖土机的开挖方式，根据开挖路线与运输车辆的相对位置的不同，挖土和卸土的方式有以下两种：选择时应根据下列条件，经综合比较择优选择施工机械：（1）基坑情况：几何尺寸大小、深浅、土质、有无地下水及开挖方式等。（2）作业环境：占地范围、工程量大小、地上与地下障碍物等。（3）气候与季节：冬、雨期时间长短，冬期温度与雨期降水量等情况。（4）机械配套与供应情况。（5）施工工期长短和选用适宜的土方机械，达到较高的经济效益。1.4.2土方工程机械的选择

土方开挖方式与机械选择

(1)

平整场地常由土方的开挖、运输、填筑和压实等工序完成。地势较平坦、含水量适中的大面积平整场地，选用铲运机较适宜。地形起伏较大，挖方、填方量大且集中的平整场地，运距在1000m以上时，可选择正铲挖土机配合自卸车进行挖土、运土，在填方区配备推土机平整及压路机碾压施工。挖填方高度均不大，运距在100m以内时，采用推土机施工，灵活、经济。知识窗(2)地面上的坑式开挖单个基坑和中小型基础基坑开挖，在地面上作业时，多采用抓铲挖土机和反铲挖土机。抓铲挖土机适用于一、二类土质和较深的基坑；反铲挖土机适于四类以下土质，深度在4m以内的基坑。(3)长槽式开挖

指在地面上开挖具有一定截面、长度的基槽或沟槽，适于挖大型厂房的柱列基础和管沟，宜采用反铲挖土机；若为水中取土或土质为淤泥，且坑底较深，则可选择抓铲挖土机挖土。若土质干燥，槽底开挖不深，基槽长30m以上，可采用推土机或铲运机施工。地面上的坑式开挖知识窗(4)整片开挖

对于大型浅基坑且基坑土干燥，可采用正铲挖土机开挖。若基坑内土潮湿，则采用拉铲或反铲挖土机，可在坑上作业。(5)对于独立柱基础的基坑及小截面条形基础基槽的开挖，则采用小型液压轮胎式反铲挖土机配以翻斗车来完成浅基坑(槽)的挖掘和运土。

知识窗1.５土方回填与夯实1.5.1土料的选择填方土料应符合设计要求，以保证填方的强度和稳定性。凡含水量过大或过小的粘土，含有8％以上的有机物质（腐烂物）的土，含有5％以上的水溶性硫酸盐的土、杂土、垃圾土、冻土等均不能作为回填土。同一填方工程应尽量采用同一类土填筑；如采用不同土填筑时，必须按类分层夯填，并将透水性大的置于透水性小的土层之下以防填土内形成水囊。1.5.2

填土压实方法填土压实方法有碾压法、夯实法及振动法，如图1.15所示。平整场地等大面积填土工程多采用碾压法。小面积的填土多用夯实法或振动压实法。①碾压法：是利用机械滚轮的压力压实土壤，使其达到所需的密实度。常用的碾压机有平碾及羊足碾。②夯实法：是利用夯锤自由下落的冲击力来夯实土壤，主要用于小面积回填土。③振动压实法：是将振动压实机放在土层表面，借助于机械振动使土达到紧密状态。

1.5.3影响填土压实的因素

填土压实的主要影响因素为压实功、土的含水量以及每层铺土厚度。1)土的含水量较为干燥的土，由于土颗粒之间的摩阻力较大而不宜压实。含水量地过大时，土颗粒之间的空隙被水分占去，也不宜压实。因此，只有当土具有适当的含水量量，水起了润滑作用，土颗粒间的摩阻力减小，土才能容易被压实。2）铺土厚度及压实遍数

各种压实机械压实影响深度的大小，与土的性质及含水量有关，铺土厚度应小于压实机械压土时的压实影响深度，铺土厚度有一个最优厚度范围，可使土粒在获得设计要求干密度的条件下，压实机械所需的压实遍数最少。施工时可参照表1.7选用。表1.7填方每层的铺土厚度和压实遍数

压实机械每层