第一章土方工程

《建筑施工技术与组织》学习目标了解土的工程分类及土方工程施工特点；1第一章土方工程掌握填土压实和路基填筑的要求和方法。5重点掌握场地设计标高的确定方法、土方量计算、土方调配和施工；2熟悉常用土方机械的性能和使用范围；3掌握基坑开挖施工中的降低地下水位方法；4第一节

概述一、土方工程施工的内容及特点1、土方工程施工的内容：

①场地平整

②基坑和沟槽开挖

③地下构筑物的土方开挖

④路基填筑及基坑回填2、土方工程施工的特点：

①工程量大，占用工期长，劳动强度大；

②施工条件复杂，天气变化对施工的影响大。第一节

概述土的基本性质与工程施工有关，在施工之前应详尽了解，避免造成工程事故。本门课程从下列两方面对土的基本性质进行阐述：

1、土的工程分类按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。

2、土的工程性质

①土的天然密度和干密度

②土的含水量③土的可松性系数④土的渗透性二、土的工程分类及工程性质土的分类土的级别土的名称开挖方法及工具一类土(松软土)Ⅰ砂；亚砂土；冲积砂土层；种植土泥炭（淤泥）用锹、锄头挖掘二类土(普通土)Ⅱ亚黏土；潮湿的黄土；夹有碎石、卵石的砂；种植土；种填土、填筑土及亚砂土用锹、锄头挖掘，少许用镐翻松三类土(坚土)Ⅲ软及中等密实黏土；重亚黏土；干黄土及含有碎石、卵石的黄土；亚黏土；压实的填筑土主要用镐，少许用锹、锄头挖掘，部分用撬棍四类土(砂砾坚土)Ⅳ重黏土及含有碎石、卵石的黏土；粗卵石；密实的黄土；天然级配砂石；软泥炭岩及蛋白石先用镐、撬棍，后用锹挖掘，部分用楔子及大锤五类土(软石)Ⅴ～Ⅵ硬石炭纪黏土；中等密实的页岩；泥灰岩；白垩土；胶结不紧的砾岩；软的石灰岩用镐或撬棍、大锤挖掘，部分使用爆破方法六类土(次坚石)Ⅶ～Ⅸ泥灰岩；砂岩；砾岩；坚实的页岩；泥灰岩；密实的石灰岩；风化花岗岩；片麻岩用爆破方法开挖，部分用风镐七类土(坚石)Ⅹ～ⅩⅢ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；风化痕迹的安山岩；玄武岩用爆破方法开挖八类土(特坚石)ⅩⅣ～ⅩⅥ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；辉绿岩；玢岩用爆破方法开挖表3-2

土的工程分类①土的天然密度和干密度天然状态下的土由三部分组成：土颗粒、土中的水和土中的气G1G2V土水气图1-1土的组成示意图第一节

概述①土的天然密度和干密度天然密度：在天然状态下，单位体积土的质量，用表示，即

干密度：指单位体积土中固体颗粒的质量，用表示，即——含水状态下土的质量；——土的总体积。——土中固体颗粒的质量；式中,第一节

概述②土的含水量土的含水量ω是土中水的质量与固体颗粒质量之比的百分率，即——含水状态土的质量——烘干后土的质量（土经105℃烘干后的质量）第一节

概述③土的可松性系数第一节

概述土的可松性：自然状态下的土，经开挖后，其体积因松散而增加，以后虽经回填压实，仍不能恢复成原来的体积，这种性质称为土的可松性。工程意义：对土方平衡调配，基坑开挖时留弃土方量及运输工具的选择有直接影响。土的可松性的大小用可松性系数表示，分为最初可松性系数和最终可松性系数。第一节

概述最初可松性系数：

最终可松性系数：

自然状态下的土，经开挖成松散状态后，回填夯实后，仍不能恢复到原自然状态下体积，夯实后的体积与原自然状态下体积之比，用表示。——土在自然状态下的体积；——土经开挖成松散状态下的体积。——土经回填压实后的体积。

自然状态下的土，经开挖成松散状态后，其体积的增加，用表示。④土的渗透性第一节

概述土的渗透性：指土体被水透过的性质，水流通过土中孔隙的难易程度。

用渗透性系数表示。渗透系数：表示单位时间内水穿透土层的能力，以m/d表示；它同土的颗粒级配、密实程度等有关，是人工降低地下水位及选择各类井点的主要参数。第二节

土方工程机械化施工1、推土机2、铲运机3、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。

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。

一、常用土方施工机械第二节

土方工程机械化施工（1）推土机的适用范围

①性能：构造简单，操作灵活，运转方便，所需工作面较小，功率较大，行驶速度较快，易于转移，能爬300的缓坡。推土机的运距宜在100m以内，经济运距为40～60m。1、推土机施工第二节

土方工程机械化施工②适用范围：挖土深度不大的场地平整，铲土并能运送至弃土区；开挖深度不大于1.5m的基坑；回填基坑或沟槽；堆筑高度在1.5m以内的路基、堤坝；平整其他机械卸置的土堆；推送松散的硬土、岩石和冻土；配合铲运机施工，为挖土机清理余土和创造工作面。

第二节

土方工程机械化施工第二节

土方工程机械化施工（2）作业方法：

①下坡推土：方法：在斜坡上，推土机顺下坡方向切土与堆运，借助于机械本身向下的重力作用切土，增大切土深度和运土数量，可提高生产率30%～40%，但坡度不宜超过15°。适用：半挖半填地区推土丘、回填沟、渠时使用。第二节

土方工程机械化施工②并列推土：方法：平整较大面积场地时，可采用2～3台推土机并列作业（15~30cm），以减少土体漏失量，提高效率20%。

适用：大面积场地平整及运送土用。第二节

土方工程机械化施工③分堆集中，一次推送：方法：在硬质土中，切土深度不大，将土先积聚在一个或数个中间点，然后再整批推送到卸土区，使铲刀前保持满载。（提高效率12%～18%）适用：适于运送距离较远，而土质又比较坚硬，或长距离分段送土时采用。第二节

土方工程机械化施工④槽形推土：方法：推土机重复多次在一条作业线上切土和推土，使地面逐渐形成一条浅槽，再反复在沟槽中进行推土，以减少土从铲刀两侧漏散，可增加10%～30%的推土量。槽的深度以1m左右为宜，槽与槽之间的土坑宽约50cm。适用：推土层较厚、运距较远的情况。第二节

土方工程机械化施工下坡推土法槽形推土法第二节

土方工程机械化施工并列推土法第二节

土方工程机械化施工分为：自行式和拖式（1）铲运机的适用范围

①性能：铲、装、运、卸土、填筑、压实。

②适用范围：大面积的场地平整，开挖大型基坑、沟槽，以及填筑路基、堤坝。铲运机的铲斗容量为1.5～6m3,自行式铲运机的经济运距为800～1500m。2、铲运机施工第二节

土方工程机械化施工第二节

土方工程机械化施工（2）铲运机的运行路线：铲运机的基本作业是铲土、运土、卸土三个工作行程和一个空载回驶行程。①环形路线（一个循环只完成一次铲土和卸土）

适用：地形起伏不大，而施工地段又较短（50～100m）和填方不高（0.1～1.5m）的路堤、基坑及场地平整等工程采用。第二节

土方工程机械化施工②大环行路线（一个循环完成多次铲土和卸土）

适用：当填、挖交替，且相互间距又不大时。

优点：可进行多次铲土和卸土，减少铲运机转弯次数，提高其工作效率。第二节

土方工程机械化施工③“8”字形路线（一个循环完成两次铲土和卸土）

适用：在地形起伏较大，施工地段狭长的情况下。

优点：机械磨损均匀；缩短运行时间，提高生产率。第二节

土方工程机械化施工3、单斗挖土机施工按工作装置不同：正铲、反铲、拉铲和抓铲第二节

土方工程机械化施工（1）正铲挖土机①性能：一般只用于开挖停机面上的土体，需要设置进出口通道。与汽车配合能完成土方挖运任务。挖土特点：“向前向上，强制切土”

②优点：挖掘能力大，生产效率高。③适用：用于开挖大型干燥基坑及土丘等。

第二节

土方工程机械化施工③正铲挖土、卸土的方式：

工作面：指挖土机挖土时的工作空间。正向挖土，侧向卸土（侧向工作面）：土丘正向挖土，后方卸土（正向工作面）：基坑第二节

土方工程机械化施工（2）反铲挖土机

①反铲挖土机是开挖停机面以下的土体，不需设置进出口通道。

②适用：开挖小型基坑、基槽和管沟；尤其适用于开挖独立柱基，以及泥泞的或地下水位较高的土体。

第二节

土方工程机械化施工③一般反铲的最大挖土深度为4～6m，经济合理的挖土深度为3～5m。反铲也需要配备运土汽车进行运输。④开行方式：沟端开行：挖土机停在沟端，向后倒退挖土，汽车停在两旁装土

沟侧开行：挖土机沿沟一侧直线移动挖土第二节

土方工程机械化施工第二节

土方工程机械化施工（3）拉铲挖土机①构成：拉铲可以由起重机上悬吊铲斗直接改装而成②性能：拉铲挖土时，依靠土斗自重及拉索拉力切土，卸土时斗齿朝下，利用惯性，较湿的粘土也能卸净。但其开挖的边坡及坑底平整度较差，需更多的人工修坡（底）。

③适用：开挖大型基坑、基槽和管沟。也可开挖水下和沼泽地带的土壤。④开行方式：沟端开行和沟侧开行第二节

土方工程机械化施工第二节

土方工程机械化施工（4）抓铲挖土机①构成：抓铲一般由正、反铲挖土机更换工作装置而成，也可以由履带式起重机改装而成。②适用：开挖深基坑的松土，最适宜于水中挖土。第二节

土方工程机械化施工第二节

土方工程机械化施工土方机械化开挖应根据基础形式、工程规模、开挖深度、地质、地下水情况、土方量、运距、现场和机具设备条件、工期要求以及土方机械的特点等合理选择挖土机械，以充分发挥机械效率，节省机械费用，加速工程进度。

1、土方工程的类型及规模；2、施工现场周围环境及水文地质情况；3、现有机械设备条件；4、工期要求。二、土方机械的选择第三节

土方工程量计算与土方调配一、土方边坡土方边坡坡度以其挖方深度与边坡底宽之比来表示。边坡系数边坡可做成直线形、折线形或阶梯形，如图3-18。(c)阶梯形(b)折线形(a)直线形第三节

土方工程量计算与土方调配二、土方工程量计算（一）基坑土方量计算基坑土方量可按立体几何中的拟柱体体积公式计算，即——基坑中截面面积，m2——基坑深度，m、——基坑上、下两底面积，m2第三节

土方工程量计算与土方调配（二）基槽土方量计算基槽土方量可沿长度方向分段计算，即——第一段土方量，m3——第一段的长度，m总土方量为各段土方量之和：——各分段的土方量，m3

、、……、若该段内基槽横截面形状、尺寸不变时，其土方量即为该段横截面的面积乘以该段基槽长度。第三节

土方工程量计算与土方调配（三）场地平整的土方量计算——方格网法1、场地平整：根据建筑设计要求，将拟建的建筑物场地范围内高低不平的地形整为平地。2、基本原则：总挖方=总填方3、计算步骤及方法:（1）划分方格网、确定各方格角点的高程（2）初步确定场地设计标高（3）计算零点、标出零线（4）计算土方工程量（5）边坡土方量计算（1）划分方格网、确定各方格角点的高程第三节

土方工程量计算与土方调配①根据要求的精度将场地地形图划分为长10～40米的方格网。

②确定各方格角点的地面标高：A、水准仪测量；B、线性插入法。

（2）初步确定场地设计标高（理论设计标高）第三节

土方工程量计算与土方调配根据挖填平衡的原则，可求得场地设计标高为：——平整后的场地标高，m——方格数量，m——方格边长——为一个方格仅有的角点标高，m

——分别为二、三、四个方格共有的角点标高，m

、、（3）计算零点、标出零线第三节

土方工程量计算与土方调配①计算各方格角点的施工高度各角点的施工高度＝设计标高－自然标高施工高度得负值为挖方，用“-”表示；施工高度得正值为填方，用“+”表示。角点编号设计标高施工高度自然标高角点数据：第三节

土方工程量计算与土方调配②计算零点、标出零线零点：方格边线一端施工高程为“+”，若另一端为“-”，则沿其边线必然有一不挖不填的点，这样的点叫零点。零线：把一个方格中的所有零点都连接起来，形成直线或曲线，这道线叫零线，即挖方与填方的分界线。x1、x2——角点至零点的距离，m；h1、h2——相邻两角点的施工高度，m；a—方格网的边长，m。

（5）计算土方工程量第三节

土方工程量计算与土方调配采用拟柱体进行计算：

底面：直角三角形、直角梯形、正方形、五边形

高：各条棱长的平均值（位于零点处的棱长取值为零）

计算公式：土方体积＝拟柱体底面积×平均棱长图3-4（6）计算土方工程量——【例3-1】第三节

土方工程量计算与土方调配第二节

土方工程量计算与土方调配第二节

土方工程量计算与土方调配第三节

土方工程量计算与土方调配第二节

土方工程量计算与土方调配（6）边坡土方量计算第三节

土方工程量计算与土方调配场地的挖方区和填方区的边沿都需要做成边坡,以保证挖方土壁和填方区的稳定。边坡的土方量可以划分成两种近似的几何形体进行计算：

一种为三角棱锥体（图1-6中①～③、⑤～⑾）；

另一种为三角棱柱体（图1-6中④）。（6）边坡土方量计算第三节

土方工程量计算与土方调配（6）边坡土方量计算第三节

土方工程量计算与土方调配①三角棱锥体边坡体积式中l1——边坡①的长度；A1——边坡①的端面积；h2——角点的挖土高度；m—边坡的坡度系数，m=宽/高。（6）边坡土方量计算第三节

土方工程量计算与土方调配②三角棱柱体边坡体积两端横断面面积相差很大的情况下，边坡体积

式中l4——边坡④的长度；A1、A2、A0—边坡④两端及中部横断面面积。

③计算土方总量将挖方区(或填方区)所有方格计算的土方量和边坡土方量汇总，即得该场地挖方和填方的总土方量。

（6）边坡土方量计算——【例3-2】第三节

土方工程量计算与土方调配第三节

土方工程量计算与土方调配第三节

土方工程量计算与土方调配第三节

土方工程量计算与土方调配三、土方调配土方调配的内容：一、划分调配区：力求达到挖方与填方平衡和运距最短的原则；近期施工与后期利用的原则。二、计算土方调配区之间的平均运距：平均运距就是指挖方区土方重心至填方区土方重心的距离。三、确定土方最优调配方案：表上作业法（基于线性规划理论）四、绘制土方调配图表：注明挖填调配区、调配方向、土方数量以及每对挖填调配区之间平均运距。第四节施工排水和人工降低地下水位

施工中开挖基坑时，流入坑内的水有：

地面水和地下水基坑工程中的降低地下水亦称地下水控制，即在基坑工程施工过程中，地下水要满足支护结构和挖土的施工要求，并且不因地下水位的变化，对基坑周围的的环境和设施带来危害。第四节施工排水和人工降低地下水位

一、降水目的

1、防止涌水、流沙，保证在较干燥的状态下施工；2、防止滑坡、塌方、坑底隆起；3、减少坑壁支护结构的水平荷载。第四节施工排水和人工降低地下水位

二、集水井降水法

集水井降水法是在基坑开挖过程中，沿坑底周围开挖排水沟，排水沟纵坡宜控制在1‰～2‰，在坑底每隔一定距离设一个集水井，地下水通过排水沟流入集水井中。集水井降水法是一种常用的简易的降水方法，适用于面积较小、降水深度不大的基坑（槽）开挖工程。第四节施工排水和人工降低地下水位

1、施工过程

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，使水在重力作用下流入集水井内，然后用水泵抽出坑外。如果开挖深度较大、地下水渗流严重，则应逐层开挖、逐层设置。第四节施工排水和人工降低地下水位

2、构造

四周的排水沟及集水井一般应设置在基础范围以外、地下水流的上游。基坑面积较大时，可在基坑范围内设置盲沟排水。

根据基坑涌水量的地下、基坑平面形状和尺寸、水泵的抽水能力等，确定集水井的数量和间距。一般每20～40m设置一个。第四节施工排水和人工降低地下水位

3、设置

集水坑的直径或宽度一般为0.7～0.8m，其深度随着挖土的加深而加深，并保持低于挖土面0.8～1.0m。集水井井壁用挡土板支护。井底铺设碎石滤水层，以免由于抽水时间过长而将泥砂抽出，并防止坑底土被扰动。第四节施工排水和人工降低地下水位

第四节施工排水和人工降低地下水位

三、井点降水法对软土或土层中含有细砂、粉砂或淤泥层时，不宜采用集水井降水法，因为在基坑中直接排水，地下水将产生自下而上或从边坡向基坑方向流动的动水压力，容易导致边坡塌方和产生“流沙现象”，并使基底土结构遭受破，这种情况应考虑采用井点降水法。第四节施工排水和人工降低地下水位

定义：采用集水井降水法开挖基坑时，当基坑开挖到地下水位以下时，有时坑底土会进入流动状态，随地下水流入基坑，这种现象称为“流沙现象”。1、流沙现象第四节施工排水和人工降低地下水位

2、井点降水法的原理井点降水是在基坑开挖前，预先在基坑四周以一定的距离埋入井点管至地下蓄水层内，在土方开挖过程中，利用抽水设备不断从井点管里抽出地下水，使地下水位降低到坑底以下，从而保证土方在干燥状态下施工。第四节施工排水和人工降低地下水位

（1）防止挖方边坡受地下水流冲刷而引起塌方；（2）使地下水位降低到坑底以下，挖土工作面在施工中始终保持干燥状态；（3）当采用板桩作为支护结构时，可减少由水压力产生的横向荷载；（4）有效地防止了在细砂、粉砂土层中开挖土方时容易发生的流沙现象；（5）降低地下水位可使土体固结、土层变得密实，增加地基土的承载能力。3、井点降水法的作用第四节施工排水和人工降低地下水位

4、轻型井点降水法（1）适用范围：①土壤的渗透系数K=0.1～50m/d的土层中；②降水深度一般为：单级轻型点为3-6m；多级轻型点为6～12m。（2）轻型井点设备设备主要有：管路系统滤管井点管弯联管总管抽水设备真空泵水汽分离器离心泵第四节施工排水和人工降低地下水位

第四节施工排水和人工降低地下水位

（3）轻型井点的布置①平面布置

单排：当基坑宽度小于6m、降水深度不超过5m时，布置在地下水上游一侧，两端延伸长度不小于基坑的宽度；

双排：当宽度大于6m或土质不良时，则沿基坑两侧布置井点；环状：当基坑面积较大时，沿基坑四周布置，井点在角点加密。第四节施工排水和人工降低地下水位

②高程布置

轻型井点降水深度一般不大于6m。井点管埋置深度H（不包括滤管），可按下式计算：——井点管埋设面至基坑底面的距离，m；——基坑底面至降低后的地下水位线的距离，m；——水力坡度，单排井点取1/4，环状井点取1/10；——井点管至基坑中心的水平距离，m。第四节施工排水和人工降低地下水位

（3）轻型井点的布置②高程布置

1000环状井点的高程布置第四节施工排水和人工降低地下水位

（3）轻型井点的布置第四节施工排水和人工降低地下水位

（4）轻型井点的设计与计算井点系统的设计内容：井点系统的布置井点的数量、间距井点设备的选择。①基坑涌水量计算——环状井点系统井点管的数量，是根据其涌水量来计算的。

涌水量与水井的类型有关第四节施工排水和人工降低地下水位

水井的分类根据井底是否达到不透水层完整井：达到不透水层非完整井：井底在不透水层之上根据地下水有无压力承压井无压井第四节施工排水和人工降低地下水位

A、无压完整井的环状井点系统，涌水量计算公式：（3-27）（3-28）（3-29）——无压完整井轻型井点的总涌水量，m3/d；——土的渗透系数，m/d；——含水层厚度，m；——水位降低值，m；——抽水影响半径，m；——环状轻型井点的假想半径，m，当矩形基坑长宽比小于5时，可按式（3-29）计算；——环状轻型井点系统所包围的面积，m2。第四节施工排水和人工降低地下水位

（3-30）B、无压非完整井涌水量计算公式：——含水层有效深度，m；表3-10有效深度值0.20.30.50.8当计算结果大于实际含水层厚度，则取值等于实际含水层厚度。——井点管内水位降低深度，m；——滤管长度，m。第四节施工排水和人工降低地下水位

（3-31）②确定井点管数量与间距单根井管的出水量：井点管数量：间距：（3-32）（3-33）——滤管直径，m；——总管长度，m。式中，第四节施工排水和人工降低地下水位

（5）轻型井点的施工施工程序：敷设总管冲孔埋设井点管安装抽水设备抽水试运转井点出水规律：先大后小，先浑后清冲孔法：冲孔埋管灌砂封口井点管的埋设1一冲管；2一冲嘴；3一胶皮管；4一高压水泵；5一压力表；6一起重吊钩；7一井点管；8一滤管；9一填砂；10一粘土封口

（a）冲孔

（b）埋管第四节施工排水和人工降低地下水位

（6）轻型井点系统设计示例——【例3-4】第四节施工排水和人工降低地下水位

第四节施工排水和人工降低地下水位

第五节填方施工

回填土是一项很重要的工作，一些建筑物沉降过大，室内地坪和散水大面积开裂，主要原因之一就是由于回填压实没有达到设计规范要求的缘故。一、土料选择二、填筑要求三、填土的压实方法四、填土压实的影响因素第五节填方施工

一、土料选择

1）填土满足强度、稳定性要求和必须合理设计边坡，正确选择土料以及填筑方法；

2）可作为无限制使用的土料：一般碎石类土、砂土、爆破石渣及含水量符合压实要求的黏性土；

3）不能作为填土使用的土料：含有大量的有机物、石膏或水溶性硫酸盐含量大于5%的土壤、冻结或液化状态的泥炭、黏土或粉状砂质黏土等。第五节填方施工

二、填筑要求

1、施工要求①填方前，合理选择压实机具。②填土时应分层进行，并尽量采用同类土填筑。如采用不同土