土木工程施工-土方工程讲义

1土方工程本章应掌握土的工程性质、基坑土方量计算、土方的回填与压实；熟悉土方工程施工的内容、基坑工程的降排水的方法；了解土的分类，地下水等。按土开挖的难易程度将土分为：松软土、普通土、坚土、砂砾坚土、软石、次坚石、坚石、特坚硬石等八类。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土的分类及工程性质1.1.1土的分类与鉴别

表1.1土的工程分类与现场鉴别方法土的分类

土的名称

可松性系数

现场鉴别方法

KSK’s一类土(松软土)

砂，亚砂土，冲积砂土层，种植土，泥炭(淤泥)

1.08～1.17

1.01～1.03

能用锹、锄头挖掘

二类土(普通土)

亚粘土，潮湿的黄土，夹有碎石、卵石的砂，种植土，填筑土及亚砂土

1.14～1.28

1.02～1.05

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，重亚粘土，粗砾石，干黄土及含碎石、卵石的黄土、亚粘土，压实的填筑土

1.24～1.30

1.04～1.07

要用镐，少许用锹、锄头挖掘，部分用撬棍

四类土(砂砾坚土)

重粘土及含碎石、卵石的粘土，粗卵石，密实的黄土，天然级配砂石，软泥灰岩及蛋白石

1.26～1.32

1.06～1.09

整个用镐、撬棍，然后用锹挖掘，部分用楔子及大锤

土的分类

土的名称

可松性系数

现场鉴别方法

KSK’s五类土(软石)硬石炭纪粘土，中等密实的页岩、泥灰岩、白垩土，胶结不紧的砾岩，软的石炭岩

1.30～1.451.10～1.20用镐或撬棍、大锤挖掘，部分使用爆破方法六类土(次坚石)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1.30～1.451.10～1.20用爆破方法开挖,部分用风镐七类土(坚石)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

1.30～1.451.10～1.20用爆破方法开挖

八类土(特坚硬石))

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1.45～1.501.20～1.30用爆破方法开挖土的含水量：土中水的质量与固体颗粒质量之比的百分率。1.1.2土的工程性质1土的含水量式中：m湿——含水状态土的质量，kg；m干——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。

土的含水量随气候条件、雨雪和地下水的影响而变化，对土方边坡的稳定性及填方密实程度有直接的影响。(1.1)2土的可松性系数

土的可松性：天然土经开挖后，其体积因松散而增加，虽经振动夯实，仍然不能完全复原，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，即式中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。(1.4)(1.5)土的最初可松性系数是计算车辆装运土方体积及挖土机械的主要参数；土的最终可松性系数是计算填方所需挖土工程量的主要参数。3土的渗透性土的渗透性：指土体被水透过的性质。土的渗透性用渗透系数表示。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。土的渗透系数见表1.2所示。

表1.2土的渗透系数参考表

土的名称

渗透系数(m/d)

土的名称渗透系数(m/d)

粘土

＜0.005

中砂

5.00～20.00

亚

粘

土

0.005～0.10

均质中砂

35～50

轻亚粘土

0.10～0.50

粗砂

20～50

黄土

0.25～0.50

圆

砾

石

50～100

粉砂

0.50～1.00

卵石

100～500

细砂

1.00～5.00

定义：天然状态下的土，能够保持倾斜的能力。表示方式：令B/H=m，则影响因素：土质、深度、开挖方法、边坡留置时间长短等。4土方的边坡坡度1.2土方计算1.2.1基坑与基槽土方量计算

基坑土方量可按立体几何中拟柱体(由两个平行的平面作底的一种多面体)体积公式计算(图1.1)。即

式中H——基坑深度，m；A1、A2——基坑上、下底的面积，m2；A0—基坑中截面的面积，m2。(1.6)基槽土方量计算可沿长度方向分段计算(图1.2)：

式中V1——第一段的土方量，m3；L1—第一段的长度，m。

将各段土方量相加即得总土方量：

(1.7)(1.8)例题：某建筑物基础的垫层尺寸为40×20m，自然地面标高为-0.4m，垫层底皮标高为-2.4m，场地土为二类土，开挖时允许四面放坡，放坡坡度为1：0.5，地下静止水位标高为-1.4m，试问：⑴土方开挖量是多少？（a+b+c=1.0m）⑵若建筑物±0.00至自然地面高度范围内外形轮廓尺寸为38.8×18.8m，±0.00以下建筑物体积为1000m3，其余空间用原土回填，应预留多少回填土。1.2.2场地平整土方计算对于在地形起伏的山区、丘陵地带修建较大厂房、体育场、车站等占地广阔工程的平整场地，主要是削凸填凹，移挖方作填方，将自然地面改造平整为场地设计要求的平面。

场地挖填土方量计算有方格网法和横截面法两种。横截面法是将要计算的场地划分成若干横截面后，用横截面计算公式逐段计算，最后将逐段计算结果汇总。横截面法计算精度较低，可用于地形起伏变化较大地区。对于地形较平坦地区，一般采用方格网法。

1.3.1.1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。

1.3.1常用土方施工机械

1.3.1.1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。环形路线

见图1.23“8”字形路线

见图1.241.3.1.泉3单生斗挖土枕机单斗挖土万机按工作秧装置不同驳，可分为正铲、反铲、拉铲和抓铲四种(图1.循25)。单斗挖优土机按坚其操纵骆机构的拨不同，愈可分为机械式和液压式两类。(1)默正铲挖土叨机正铲挖摧土机的沟工作特焦点是前进搂向上，侦强制切兄土，开忍挖停机运面以上牢的土。正铲挖剖土机的散开挖方跪式，根阔据开挖苗路线与炼运输车闪辆的相零对位置匀的不同忽，挖土和卸漏土的方式有以下两种骨：正向挖土锣，侧向卸抄土(图1.2洪6(b))正向挖地土，反肆向卸土(图1.鸦26(a))(2)反铲挖土虹机反铲挖葡土机的攀工作特滴点是后退貌向下，听强制切污土，开方挖停机考面一下粱的土，蚀可挖带裂水的地膏下土壤扑。反铲挖土症机的开行智方式有沟端开挖和沟侧开贞挖两种。沟端开社挖(图1.拘28(a))反铲挖绝土机停秋在沟端痛，向后义退着挖因土。沟侧开引挖(图1.2园8(b))挖土机在膏沟槽一侧虚挖土，挖旗土机移动没方向与挖锣土方向垂喜直。(3)向拉铲挖土裂机拉铲挖粉土机工允作时利享用惯性她，把铲键斗甩出呼后靠收孝紧和放矿松钢丝猾绳进行性挖土或垃卸土，表铲斗由扶上而下肥，靠自沫重切土技，可以缩慧开挖一明、二类坊土壤的岩基坑、刺基槽和贿管沟等瘦地面以洪下的挖思土工程亭，特别剧适用于剂含水量界大的水鸣下松软斩土和普携通土的显挖掘。扩拉铲开淘挖方式华与反铲姨相似，逼可沟端砖开挖，畅也可沟距侧开挖奸。(4)印抓铲挖土冤机抓铲挖贱土机主骗要用于妹开挖土遣质比较搜松软，栽施工面兵比较狭刑窄的基留坑、沟但槽、沉寄井等工姐程，特碰别适于犯水下挖抬土。土甚质坚硬避时不能瘦用抓铲弄施工。1.3.2土方边坡宽与土壁支术撑土壁稳浇定，主早要是由杰土体内棍摩阻力狼和粘结溜力保持备平衡，友一旦失乡丰去平衡鞠，土壁拘就会塌休方。造成土代壁塌方汁的主要震原因有祥：边坡过泄陡，使争土体本贼身稳定挺性不够毙，尤其形是在土混质差、盼开挖深锈度大的肠坑槽中乖，常引你起塌方始。雨水、地管下水渗入轮基坑，使却土体重力袄增大及抗绣剪能力降射低，是造跨成塌方的双主要原因屠。基坑(槽蜂)边缘附必近大量堆耽土，或停捞放机具、差材料，或羞由于动荷邮载的作用震，使土体王产生的剪近应力超过宝土体的抗灭剪强度。矩1.3护.2.墙1土脖方边坡土方边渗坡的坡击度以挖方深葬度(或填方嘉深度)h与底宽b之比表示(图1.11)，即土方边坡依坡度=h/b汗=1/荡(b/麦h)=龟1∶m么式中m=b他/h称为边鹿坡系数榴。当地质条饥件良好、亦土质均匀齐且地下水守位低于基可坑(槽)谦或管沟底育面标高时座，挖方边娃坡可做成汽直立壁不瞧加支撑，央但深度不但宜超过下库列规定：密实、中铃密的砂土方和碎石类漂土(充填驶物为砂土含)：1.0液m；硬塑、可苦塑的粉土颤及粉质粘毙土：1.2迅5m；屯硬塑、漫可塑的稀粘土和摸碎石类型土(充拌填物为书粘性土寄)：1.5状m；坚硬的粘辜土：2m。雁挖土深度仰超过上述怀规定时，晶应考虑放无坡或做成允直立壁加胃支撑。当挖地基必坑较深或誉晾槽时间址较长时，左应根据实裂行情况采补取护面措液施。常用蛋的坡面保宰护方法有军帆布、塑姓料薄膜覆捉盖法，坡抱面拉网法牌或挂网。当地质秒条件良步好，土骆质均匀般且地下薪水位低粪于基坑菜(槽)潜或管沟挡底面标闪高时，捧挖方深什度在5m以内且不爹加支撑的喜边坡的最泉陡坡度应涉符合表1.4规定。基坑(槽妇)或管沟悲挖好后，成应及时进绢行基础工薄程或地下壤结构工程桃施工。在括施工过程馋中，应经仅常检查坑斑壁的稳定胡情况。表1.4深度在5m内的基坑(槽)、管沟畜边坡的忆最陡坡庭度土的类别

边坡坡度(高∶宽)

坡顶无荷载

坡顶有静载

坡顶有动载

中密的砂土

1∶1.00

1：1.251：1.50中密的碎石类土(充填物为砂土)

1：0.751：1.001：1.25硬塑的粉土

1：0.671：0.751：1.00中密的碎石类土(充填物为粘性土)

1：0.501：0.671：0.75硬塑的粉质粘土、粘土

1：0.331：0.501：0.67老黄土1：0.101：0.251：0.33软土(经井点降水后)

1：1.00----永久性斧挖方边巧坡坡度耻应按设立计要求亮放坡。涉临时性店挖方的秀边坡值于应符合表1.5的规定。表1.5临时性挖予方边坡值土的类别

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

1.3.各2.2题土壁支撑土壁支促撑形式表应根据严开挖深惰度和宽散度、土堵质和地阔下水条眨件以及蓝开挖方轨法、相璃邻建筑素物等情堡况进行贩选择和疫设计。横撑式支饭撑由挡土个板、楞木狼和工具式丽横撑组成商，用于宽昂度不大、穷深度较小决沟槽开挖飞的土壁支论撑。根据挡罚土板放助置方式剥不同，器分为水平挡土邮板和垂直挡迎土板两类(见图1.12)。(1)薄横撑式支骂撑(2)视板桩式支化撑板桩式支当撑特别适活用于地下告水位较高馋且土质为及细颗粒、弯松散饱和妖土的支护倒，可防治铜流砂现象指产生。板桩支击撑作用：使地下换水在土说中的渗椒流路线险延长，滨减小了去动水压兰力，从泥而可预炉防流砂达的产生甜；板桩支撑骄既挡土又起防水，特钓别适于开稠挖较深、萄地下水位甚较高的大堤型基坑；可以防辆止基坑蕉附近建君筑物基光础下沉扭。打入板桩暑的质量要拦求：板桩位置浊在板桩的传轴线上，泉板壁面垂葛直，保证仰平面尺寸携准确和垂畅直度；封闭式板沸桩墙要求衬封闭合拢趟；埋置达到伙规定深度施要求，有巩足够的抗肥弯强度和殖防水性能构。钢板桩又王可分平板桩和波浪式距板桩两类。平板桩(图1.僻13(凯.a.))防水和承沈受轴向压碌力性能良摘好，易打阔入地下，驳但长轴方拦向抗弯强善度较小；波浪式板下桩（图1.农13(龙.b.)）的防水和绵抗弯性能晚都较好，块施工中多丽采用。钢板桩得施工板桩施工要正确选至择打桩方相法、打桩巨机械和流臭水段划分看，以保证摊打设后的逝板桩墙有继足够的刚就度和防水根作用。钢板桩愈打入法需一般分辞为单独打入法、双层围桑檩插桩艇法和分段复驶打法。钢板桩勿单独打蝇入法适用于桩筹长小于10m，且工程要糕求不高的饮钢板桩支根撑施工。A打桩方腿法的选庸择双层围檩晃插桩法是在桩兰的轴线荐两侧先偿安装双冻层围檩务(一定尝高度的圆钢制栅倒栏)支冲架后，剧将钢板栋桩依次锁口而咬合全部颗插入双层皆围檩间。去详见图1.1雕4。分段复登打法是视在板桩售轴线一玩侧安装嫂好单层盼围檩支检架，将跃10～唉20块括钢板桩尊拼装组劫成施工密段插入土中一定券深度，形摄成一段钢节板桩墙，烈即屏风墙紧。详见图1.女15。B合理划授分流水昆段施工流水耕段的划分窗应使板桩亩墙面垂直确，满足墙皮面支撑安嘴装要求，店有利于封齐闭合拢，萝使行车路琴线短。C钢板桩捎打设准命备工作E钢板桩碑的拔除D钢板桩的绪打设钢板桩、典围檩支架傻的矫正修谈理按施工图暂放板桩的额轴线进行拨测标高，船作为控制矮板桩入土鹊深度的依嘉据。桩锤不宜测过重，以物防桩头因栋过大锤击散而产生纵脑向弯曲。准确安豪装好围锡檩支架宫。为了保辛持基坑投干燥，龄防止由冻于水浸传泡发生箩边坡塌选方和地咱基承载嚷力下降咬，必须侧做好基哄坑的排朱水、降咱水工作仍，常采蹦用的措业施是明沟排水周法和井点降水喘法。1.3.3降低地下洲水位1明沟荣排水法明沟排市水法是览一种设鞋备简单搁、应用押普遍的渣人工降牲低水位骑的方法兆。施工方台法是，接开挖基办坑或沟缴槽过程嘴中，遇口到地下辟水或地净表水时虏，在基戴础范围斤以外地坝下水流态的上游稼，沿坑报底的周浸围开挖哨排水沟良，设置恭集水井帝，使水缴经排水港沟流入舞井内，泪然后用饺水泵抽朵出坑外家(见图1.喉16)。明沟排版水法适卡用于水侦流较大宵的粗粒鸭土层的境排水、棍降水，来也可用恰于渗水购量较小杠的粘性逢土层降进水，但益不适宜斥于细砂责土和粉枯砂土层岩，因为旅地下水工渗出会渔带走细纪粒而发音生流砂贸现象。⑴动水蓄压力的今产生动水压力算：指流动耐中的地下香水对土颗谋粒产生的赵压力。动水压力给的表示方涉法：动水压力牙的大小与铅水头差△h成正比辆，与渗地流路径L成反比煤。2动水压力物与流砂⑵流砂陶产生的的原因井点降水蒜：基坑开瓦挖前，航在基坑罚四周预止先埋设泉一定数窑量的滤井水管(已井)，糕在基坑菜开挖前适和开挖脉过程中欠，利用仆抽水设千备不断锋抽出地花下水，龙使地下伸水位降像到坑底舱以下，简直至土寸方和基巾础工程残施工结灾束为止卷。井点降水躬有两类：疗一类为轻型井点(包括占电渗井周点与喷死射井点咏)；另弄一类为管井点(深井勾泵)。对不同偶的土质复应采用础不同的系降水形饲式，表1.6为常用摸的降水看形式。3井点降水有法表1.6降水类番型及适剂用条件适合条件降水类型渗透系数(cm/s)可能降低的水位深度(m)轻型井点多级轻型井点10-2～10-5

3～66～12喷射井点10-3～10-6

8～20电渗井点＜10-6

宜配合其他形式降水使用深井井管≥10-5

＞10(1)轻型井点点轻型井惧点(图1.1陡7)就是沿谨基坑周围猛或一侧以除一定间距耽将井点管针(下端为完滤管)埋粒入蓄水层球内，井点柔管上部与绸总管连接俯，利用抽馋水设备将蚊地下水经捞滤管进入会井管，经钟总管不断碗抽出，从睁而将地下告水位降至并坑底以下种。轻型井扭点法适法用于土勇壤的渗伤透系数吩为0.胆1～5谋0m/d的土层激中；降箱低水位君深度：一级轻灶型井点3～6m，二级井点可达6～9m。轻型井点舱设备由管善路系统和斩抽水设备缩慧组成。管劈燕路系统包镜括滤管、维井点管、险弯联管及具总管等。滤管(图1.18)为进水设然备，其构罚造是否合普理对抽水量设备影响潮很大。轻型井疗点的布垮置当基坑或土沟槽宽度念小于6m，水位降低辟深度不超凑过5m时，可衡用单排笑线状井讨点布置恒在地下轧水流的途上游一肢侧，两吨端延伸米长度一很般不小美于沟槽水宽度(图1.19)。在考虑到另抽水设备瘦的水头损苗失以后，欲井点降水柜深度一般掠不超过6m。井点管的堆埋设深度H(不包括滤管振)按下式感计算(图1.沟19(b))：式中H1——井点管肯埋设面熟至基坑厨底的距鹿离，m；理h——基坑中帜心处坑固底面(否单排井辉点时，冶为远离思井点一披侧坑底验边缘)臣至降低或后地下姥水位的惨距离，男一般为绩0.5撞～1.粗0m；焰i——地下水戴降落坡纯度；环反状井点图为1/骆10，订单排线残状井点接为1/屯4；L——井点管至早基坑中心选的水平距姨离(单排约井点中为讲井点管至舅基坑另一妻侧的水平寇距离)，m。(1.1与4)如宽度搞大于6m或土质朋不定，斩渗透系秩数较大济时，宜拒用双排仇井点，蓝面积较河大的基朱坑宜用音环状井闹点(图1.20)；为便于拿挖土机械梨和运输车鸦辆出入基动坑，可不正封闭，布心置为U形环状剩井点。当一级煎井点系趣统达不貌到降水西深度时耐，可采爱用二级振井点，辣即先挖吐去第一余级井点抬所疏干叹的土，践然后在些基坑底衬部装设冬第二级访井点，耻使降水叙深度增粱加（图1.冻21）。轻型井点线的安装轻型井点岭的施工分轨为准备工作及井点系屈统安装。准备工脉作包括井点虽设备、动块力、水泵尖及必要材类料准备，辞排水沟的起开挖，附光近建筑物否的标高监裂测以及防善止附近建吧筑沉降的且措施等。埋设井点技系统的顺轧序：根据跪降水方冈案放线仗、挖管哑沟、布禾设总管拉、冲孔啊、下井殊点管、舟埋砂滤贸层、粘绕土封口波、弯联话管连接占井点管疼与总管史、安装法抽水设切备、试撞抽。井点管的长埋设一般关用水冲法拦施工，分贷为冲孔(图1.22(a))和埋管(图1.22黎(b))两个过程。轻型井赚点使用轻型井点叹运行后，派应保证连塘续不断地绘抽水。井点淤涉塞，一拣般可以获通过听液管内水移流声响亦、手摸枯管壁感帐到有振灿动、手灰触摸管旋壁有冬表暖夏凉摔的感觉份等简便测方法检穗查。地下基础渣工程(或构筑物)竣工并进民行回填土脖后，停机抹拆除井点崖排水设备川。1.4填土与却压实1.4.1填土的要纪求填土的火土料应柄符合设误计要求。含有大兼量有机细物、石卸膏和水乡丰溶性硫时酸盐(争含量大倒于5%雅)的土辰以及淤悔泥、冻奸土、膨党胀土等学，均不砍应作为俩填方土澡料；以粘土为蒙土料时，迎应检查其朋含水量是施否在控制客范围内，化含水量大粥的粘土不多宜作填土刚用；一般碎议石类土愚、砂土之和爆破评石渣可诉作表层局以下填料，其最抬大粒径不帝得超过每床层铺垫厚后度的2/康3。填土应按列整个宽度字水平分层元进行，当涨填方位于夹倾斜的山冶坡时，应碍将斜坡修赢筑成1∶铸2阶梯形项边坡后施工怒，以免填屡土横向移掏动，并尽网量用同类况土填筑。回填施初工前，洗填方区倾的积水肉采用明泄沟排水萄法排除峰，并清菌除杂物吉。1.4.2土的压梦实方法填土的压杜实方法一柔般有碾压、夯实、振动压丈实等几种袄。碾压法是靠沿填截筑面滚动略的鼓筒或惠轮子的压董力压实爷填土的瞎，适用获于大面凶积填土胜工程。碾压机械有平碾之(压路壮机)、湾羊足碾匹、振动是碾和汽胎娇碾。碾散压机械匹进行大直面积填之方碾压界，宜采原用“薄填、臭低速、猴多遍”的方法征。夯实方卡法是利用夯煤锤自由下福落的冲击饶力来夯实孝填土，适愉用于小面蛛积填土的抄压实。夯实机介械有夯锤、内燃夯土电机和蛙式打矿夯机等