工程施工技术与智能化管理 课件 第一章 土方工程

土方工程第一章学习要点

主要内容：本章主要介绍了土方工程施工的基本原理和施工技术，包括土的基本性质、土方规划、基坑支护、基坑降水、土方机械等内容。在土方工程施工要点中，重点论述了土方规划、施工降水和土方机械几个方面。

学习重点：土的工程性质及其对施工的影响，土方规划，以及降低地下水位的方法。1.1土的分类及工程性质场地规划与土方调配目录/Contents1.21.3

基坑开挖填土压实1.4土方机械化施工1.5Part01土方工程概述

在土木工程施工中，常见的土方工程有：场地平整、土方的开挖、填筑和运输及排水、降水和土壁边坡和支护、土方回填与压实等。它还包括开挖过程中的排水、降水、土壁支撑等准备等辅助工程。

土方工程施工，工程量大，工期长，劳动强度大，施工条件复杂且多位露天作业；土方工程的施工又受地形、地质、水文、气象等因素的影响，因此在施工前，要根据现场条件，制定出经济合理的施工方案。1.1.1土的工程分类

土的种类繁多，分类方法各异，如按颗粒级配、塑性指数、沉积年代等分类。在土方施工中，按土的开挖难易程度将其分为八类，如表1.1所示。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)1.08～1.171.01～1.03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1.14～1.281.02～1.05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1.24～1.301.04～1.07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1.26～1.321.06～1.09整个用镐、撬棍，然后用锹挖掘，部分用楔子及大锤五类土(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用爆破方法开挖表1.1工程中土的分类1.1.2土的工程性质

土的工程性质对土方施工有直接的影响，其中与土方施工联系最为密切的工程性质有土的可松性、含水量、渗透性和质量密度等。

1.土的可松性土具有可松性。即天然状态的土经开挖后，其体积因松散而增加，虽经振动夯实，仍然不能完全恢复原有体积。土的这种性质称为土的可松性。土的可松性程度用可松性系数表示，即：

（1.2）式中KS、KS′——土的最初、最后可松性系数；

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。

（1.1）1.1.2土的工程性质

2.土的含水量土的含水量是指土中水的质量与固体颗粒质量之比的百分率，又称含水率，用W表示，即：

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以及施工方法的选择都有直接的影响。1.1.2土的工程性质

3.土的天然密度（ρ）和干密度（ρd）土的天然密度是指土在天然状态下单位体积的质量，它与土的密实程度和含水量有关。土的干密度是指单位体积土中固体颗粒的质量，在一定程度上，土的干密度反映了土的颗粒排列紧密程度。土的干密度愈大，表示土愈密实。土的密实程度主要通过检验填方土的干密度和含水量来控制。

4.土的渗透性

表示单位时间内水穿透土层的能力，一般以渗透系数K表示，单位为m/d。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。土的名称渗透系数K(m/d)土的名称渗透系数K(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

Part02场地规划与土方调配1.2.1场地竖向规划设计

场地竖向规划的主要内容是确定满足建筑规划和生产工艺要求的场地最佳设计标高和排水坡度。小型场地平整时，如原地形比较平缓，对场地标高无特殊要求，一般可根据平整前后土方量相等的原则确定场地设计标高。设计标高选择，需考虑以下因素：

（1）满足生产工艺和运输的要求； （2）尽量利用地形，以减少挖方数量； （3）尽量使场地内挖填平衡，以降低土方运输费用； （4）有一定泄水坡度（≥2‰），满足排水要求； （5）考虑最高洪水位的要求。1.2.1场地竖向规划设计

1.初步计算场地设计标高

在地形图上将施工区域划分为边长为a的若干个方格网，并在方格网各角点标示原地形标高（如图1.1）。方格的角点标高，一般根据地形图上相邻两等高线的标高用插入法求得；无地形图时，也可在地面用木桩打好方格网，然后用仪器直接测出。理想的设计标高，应该使场地的土方在平整前和平整后相等而达到挖方和填方的平衡。初步场地设计标高按下式计算：式中H0——所计算场地设计标高（m）；a——方格边长（m）；n——方格数（m）；H11，H12，H21，H22——方格四个角点的标高（m）图1.1场地设计标高计算简图（a）地形图上划分方格；（b）设计标高示意图1—等高线；2—自然地面；3—设计标高平面；1.2.1场地竖向规划设计

如图1.1所示，相邻方格具有公共的角点标高，在方格网中，类似H22的内部角点是四个相邻方格的公共角点，此类标高需要加四次，用H4表示；类似H12、H21的外部角点是两个相邻方格的公共角点，此类标高需要加两次，用H2表示；类似H11的角点仅是一个方格的独有角点，此类标高只需要加一次，用H1表示。因此式（1.5）可以改写成下列形式：

式中H1——一个方格独有的角点标高(m)；

H2——二个方格共有的角点标高(m)；

H3——三个方格共有的角点标高(m)；

H4——四个方格共有的角点标高(m)。（1.6）1.2.1场地竖向规划设计

2.考虑泄水坡度对设计标高的影响按式（1.6）得到的设计平面仅为一挖填方相等的水平场地，而实际场地均应有一定的泄水坡度。因此，应根据泄水坡度的要求（单向泄水或双向泄水）进行标高调整，如图1.2所示。以H0作为场地中心标高，则可计算场地任意点的设计标高。（1.7）

式中

Hn——场内任意点设计标高(m)；

l——该点点到场地中心线的距离(m)；

i——场地泄水坡度；（a）单向泄水图1.2场地泄水坡度

单向泄水：1.2.1场地竖向规划设计

式中lx、ly——该点到x和y方向场地中心线的距离(m)；

ix、ix——场地x和y向泄水坡度；（1.8）（b）双向泄水图1.2场地泄水坡度双向泄水：1.2.1场地竖向规划设计

3.场地设计标高的调整

实际工程中对计算所得的设计标高，还需考虑以下因素进一步调整。（1）由于土具有可松性，会使填土有剩余，故应相应提高设计标高。

（2）设计标高以上的各种填方工程，有场区上填筑路堤等；设计标高以下的各种挖方工程，有开挖河道、水池、基坑等。（3）经过经济比较后将部分挖方就近弃土于场外，或将部分填方就近取土于场外，引起挖填方的变化，必要时需调整设计标高。当地形比较复杂时，一般需设计成多平面场。此时时可根据工艺要求和地形特点，预先把场地划分成若干个独立的平面，分别计算每个独立平面的最佳设计参数。然后适当修正各独立平面的交界处参数，尽量使场地各独立平面之间的变化缓和且连续。因此，确定独立平面的最佳设计平面是竖向规划设计的基础。1.2.2场地平整土方量的计算

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。方格网法计算场地平整土方量步骤如下：

1.读识方格网图方格网图根据已有地形图(一般在1：500的地形图上)将场地划分为边长a=10～40m的若干方格，尽量与测量的纵横坐标相对应，在各方格角点规定的位置上标注角点的自然地面标高(H)和设计标高(Hn)，如图1.3所示。

2.计算场地各个角点的施工高度施工高度为角点设计地面标高（Hn）与自然地面标高（H）之差，是以角点设计标高为基准的挖方或填方的施工高度。各方格角点的施工高度按下式计算：1.2.2场地平整土方量的计算

（1.9）式中Hn——角点的设计标高（m）H——角点的自然地面标高（m）hn——角点施工高度即填挖高度(以“+”为填，“-”为挖，单位m)；n——方格的角点编号(自然数列1，2，3，…，n)。图1.3方格网法计算土方工程量图1.2.2场地平整土方量的计算

4.计算“零点”位置，确定零线“零线”位置的确定，有助于把握整个场地的挖、填区域分布状态。零线即挖方区与填方区的交线，在该线上，施工高度为0。零线的确定方法是在相邻角点施工高度既有挖方、又有填方的方格边线上，用插入法求出零点(0)的位置，然后将各相邻的零点连接起来即为零线，如图1.4所示。

图1.4零点位置计算示意图图1.5图解法求零点位置1.2.2场地平整土方量的计算

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，即为“零点”，如图1.3所示，零点位置按下式计算：

(1.10)(1.11)

式中x1、x2——角点至零点的距离（m）；

h1、h2——相邻两角点的施工高度(均用绝对值)（m）；

a——方格网的边长（m）。确定零点的办法也可以用图解法，如图1.5所示。方法是用尺在各角点上标出挖填施工高度相应比例，用尺相连，与方格相交点即为零点位置。将相邻的零点连接起来，即为零线。1.2.2场地平整土方量的计算

5.计算方格土方工程量

零线确定后可以用“四方棱柱体法”和“三角棱柱体法”计算方格中的土方量。按方格底面积图形和表1.3所列计算公式，逐格计算每个方格内的挖方量或填方量。表1.3常用方格网点计算公式项目图式计算公式一点填方或挖方(三角形)

当b=a=c时两点填方或挖方(梯形)

三点填方或挖方(五角形)

四点填方或挖方(正方形)

1.2.2场地平整土方量的计算

6.边坡土方量计算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土坑的稳定。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、⑤～⑪)，另一种为三角棱柱体(图1.6中④)。图1.6场地边坡平面图1.2.2场地平整土方量的计算

（1）三角棱锥体边坡体积（1.12）

式中l1——边坡的长度；A1——边坡的端面积； h2——角点的挖土高度；

m—边坡的坡度系数，m=宽/高。（2）三角棱柱体边坡体积（1.13）（1.14）

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

将挖填方所有方格的土方量和边坡土方量汇总，即可得到该场地挖填方的总土方量。1.2.3土方调配

土方调配主要工作内容包括：划分调配区；计算土方调配区之间的平均运距（或单位土方运价，或单位土方施工费用)；确定土方最优调配方案；绘制土方调配图表。

1.土方调配区的划分

土方调配的原则：应力求挖填平衡、运距最短、费用最省；便于改土造田、支援农业；考虑土方的利用，减少土方的重复挖填和运输。因此，在划分调配区时应注意下列几点：(1)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施工的要求，使先期施工和后期利用相结合。(2)调配区的大小，应考虑土方及施工机械（铲运机、挖土机等）的技术性能，使其功能得到充分发挥。(3)调配区的范围应与土方量计算用的方格网相协调，通常可由若干个方格网组成一个调配区。(4)当土方运距较大或场地范围内土方不平衡时，可依据地形考虑就近借土或就近弃土。这种情况下，一个借土区或一个弃土区均可作为一个独立的调配区。(5)调配区划分还应尽可能与大型地下建筑物的施工相结合，避免土方重复开挖。1.2.3土方调配

2.确定调配区之间的平均运距

调配区的大小和位置确定之后，便可计算各填方、挖方调配区之间的平均运距。当用铲运机或推土机平土时，挖方调配区和填方调配区土方重心之间的距离通常就是该填、挖方调配区之间的平均运距。当填、挖方调配区之间距离较远，采用汽车、自行式铲运机或其他运土工具沿工地道路或规定线路运土时，其运距应按实际情况进行计算。

3.平均运距最优调配方案的确定

最优调配方案的确定，是以线性规划为理论基础，常用“表上作业法”求解。现结合示例介绍如下：1.2.3土方调配

如图1.7所示为一矩形场地，图中小方格中的数字为各调配区的土方量，箭杆上的数字则为各调配区之间的平均运距，W1、W2、W3、W4代表各挖方区，T1、T2、T3代表各填方区域。图1.7调配区土方量和平均运距示意图1.2.3土方调配

(1)用“最小元素法”编制初始调配方案初始方案的编制采用“最小元素法”，即对应于价格系数cij（此案例表示各挖填方之间的运距）最小的土方量xij（此案例表示各挖填方土方量）取最大值，由此逐个确定调配方格的土方数及不进行调配的方格。

第一步：将土方数及价格系数填入计算表中，如表1.4所示。表1.4各调配区土方量及平均运距填方区挖方区T1T2T3填方量(m3)W1x1150x1270x13100500c′11c′12c′13W2x2170x2240x2390500c′21c′22c′23W3x3160x32110x3370500c′43c′32c′33W4x4180x42100x4340400c′41c′42c′43填方量(m3)80060050019001.2.3土方调配

第二步：按“最小元素法”填入土方数。

在表1.4中找价格系数最小的方格(c22=c43=40)，任取其中之一，确定它所对应的调配土方数。如取c43，则先确定x43的值，使x43尽可能大，考虑挖方区W4最大挖方量为400，填方区T3最大填方量为500，则x43最大为400。由于W4挖方区的土方全部调到T3填方区，所以x41和x42都等于零。将400填人表1.5中的x43格内，同时在x41、x42格内画上一个“×”号。然后在没有填上数字和“×”号的方格内，再选一个cij最小的方格，即c22=40，使x22尽量大，x22=min{500、600}=500，同时使x21=x23=0。将500填入表1.5的x22格内，并在x21、x22格内画上“×”号（表1.5）。重复上面步骤，依次地确定其余xij数值，最后可以得出表1.6。1.2.3土方调配

表1.5初始方案确定过程

填方区挖方区

T1T2T3填方量(m3)W1

50

70

100500c′11c′12c′13W2×7050040×90500c′21c′22c′23W3

60

110

70500c′43c′32c′33W4×80×10040040400c′41c′42c′43填方量(m3)80060050019001.2.3土方调配

表1.6初始方案计算结果填方区挖方区T1T2T3填方量(m3)W150050×70×100500

W2×7050040×90500

W33006010011010070500

W4×80×10040040400

填方量(m3)80060050019001.2.3土方调配

表1.6中所求得的一组xij的数值，便是本例的初始调配方案。由于利用“最小元素法”确定的初始方案首先是让cij最小的那些格内的xij值取尽可能大的值，也就是优先考虑“就近调配”，所以求得的总运输量是较小的。但是这并不能保证其总运输量最少，因此还需要进行判别，看它是否是最优方案。

（2）最优方案判别（假想价格系数法）在“表上作业法”中，判别是否是最优方案的方法有许多种。采用“假想价格系数法”求检验数较清晰直观，此处着重介绍该方法。该方法是设法求得无调配土方方格的检验数λij，判别λij是否非负，如果所有检验数λij≥0，则方案为最优方案，否则该方案不是最优方案，需要进行调整。1.2.3土方调配

第一步：求出各方格的假想价格系数c’ij。①有调配土方方格的假想价格系数c’ij=cij，见表1.7；②无调配土方方格的假想价格系数用式（1.14）计算，即任一矩形的四个方格内对角线上的假想系数之和相等，利用已知的假想系数，逐个求解未知的c’ij。寻找合适的方格构成一个求解矩形，最终求出所有c’ij，如表1.7所示。c’ef+c’pq=c’eq+c’pf

（1.14）1.2.3土方调配

表1.7计算假想价格系数

填方区挖方区T1T2T3填方量(m3)W150050×70×1005005010060W2×7050040×90500-10400W330060100110100705006011070W4×80x10040040400308040填方量(m3)8006005001.2.3土方调配

第二步：假想价格系数全部求出后，用式（1.15）求无调配土方方格的检验数。只要用无调配土方方格右侧两个小格上面的数字减去下面的数字，即得到相应检验数λij，并将检验数结果正负号填入表1.8。

λij=cij-c’ij

（1.15）表1.8计算检验数填方区挖方区T1T2T3W1

50-70+1005010060W2+70

40+90-10400W3

60

110

706011070W4+80+100

40308040表1.8中出现负检验数，说明初始方案不是最优，需要进一步调整1.2.3土方调配

（3）方案的调整

第一步：在所有负检验数中选一个（可以选最小的一个），本例中把它所对应的变量x12作为调整对象。

第二步：找出x12的闭回路。其作法是：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900转弯（也不一定转弯），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回路，如表1.9所示。

第三步：从空格x12出发，沿着闭回路（方向任意）一直前进，在各奇数次转角点（以x12出发点为0）的数字中，挑出一个最小的xij，（本例便是在500、300、100中选出100，即x32），将它调到x12方格中（即空格中）。挖方区填方区T1T2T3W1500x12

W2

500

W3300100100W4

400表1.9求解闭回路1.2.3土方调配

第四步：将“100”填入x12方格中，被挑出的x32变为0（该格变为空格）；同时将闭回路上其他的奇数次转角上的数字都减去“100”。偶数次转角上数字都增加“100”，使得填控方区的土方量仍然保持平衡，这样调整后，便可得到新调配方案，如表1.10所示。表1.10调整后新的调配方案填方区挖方区T1T2T3填方量(m3)1005005010060W2+7050040+90500-10400W340060+110100705006011070W4+80+10040040400308040填方量(m3)800600500

对表1.10中新调配方案进行再此检验，求得检验数λij，并判断其正负。如果检验数中仍有负数出现，那就按上述步骤继续调整，直到检验数全部为非负，得出最优方案为止。1.2.3土方调配

表1.10中所有检验数均为正号，说明该方案为最优方案。该最优土方调配方案的土方总运输量（Z）为：Z=400×50+100×70+500×40+400×60+100×70+400×40=94000（m3.m)将表1.10中的土方调配数值绘制成最优土方调配图，剑杆上的数值为土方调配数量，如图1.8所示。图1.8最优土方调配图1.2.3土方调配

最后，对比一下初始土方调配方案的总运输量（Z0）为：Z0=500×50+500×40+300×60+100+110+100×70+400×40=97000（m3.m)Z-Z0=94000-97000=-3000（m3.m)即调整后总运输量减少了3000m3.m土方调配的最优方案可以不只一个，这些方案调配区或调配土方量可以不同，但是它们的目标函数z都是相同的。有若干最优方案，为人们提供了更多的选择余地。Part03基坑开挖什么是基坑开挖

土木工程施工时，在场地平整结束后一般都须进行基坑开挖，为保证基坑开挖的顺利进行，在施工前需要进行土壁稳定、施工排水、流砂防治和填土压实等问题的设计与施工。1.3.1土方边坡及其稳定

1.土方边坡为了防止塌方，保证施工安全，在基坑开挖深度超过一定限度时，土壁应做好放坡，或者加临时支撑以保持土壁的稳定。

土方边坡坡度以挖方深度（或填方深度）h与底宽b之比表示（图1.9），即：式中：m=b/h称为边坡系数。（1.16）1.3.1土方边坡及其稳定

（a）（b）（c）

图1.9土方边坡

边坡坡度应根据不同的挖填高度、土的性质及工程的特点而定，既要保证土体稳定和施工安全，又要节省土方。临时性挖方边坡应按表1.11规定；挖方中有不同的土层，或深度超过10m时，其边坡可作成折线形或台阶形，如图1.9(b)、图1.9(c)所示，以减少土方量。（a）直线边坡（b）不同土层折线边坡（c）相同土层折线边坡1.3.1土方边坡及其稳定

表1.11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注：①使用时间较长的临时性挖方是指使用时间超过一年的临时道路、临时工程的挖方；②挖方经过不同类别的土（岩）层或深度超过10m，其边坡可做成折线形或台阶形；③当有成熟经验时，可不受本表限制1.3.1土方边坡及其稳定

当地质条件良好，土质均匀且地下水位低于基坑、沟槽底面标高时，挖方深度在5m以内，不加支撑的边坡留设应符合表1.12的规定。（1.16）表1.12深度在5m内的基坑(槽)、管沟边坡的最陡坡度

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∶1.001：1.251：1.50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----注：①静载指堆土或材料等。动载指机械挖土或汽车运输作业等。静载或动载应距挖方边缘0.8m以外，堆土或材料高度不宜超过1.5m。②当有成熟经验时，可不受本表限制。1.3.1土方边坡及其稳定

对于使用时间在一年以上的临时性填方边坡坡度，则为：当填方高度在10m以内，可采用1：1.5；高度超过10m，可作成折线形，上部采用1：1.5，下部采用1：1.75。至于永久性挖方或填方边坡，则均应按设计要求施工。

2.土方边坡的稳定土壁的稳定，主要是由土体内摩擦阻力和粘结力来保持平衡的。一旦土体失去平衡，土体就会塌方，这不仅会造成人身安全事故，同时亦会影响工期，有时还会危及附近的建筑物。

(1)造成土壁塌方的原因1）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。2）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。3）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。1.3.1土方边坡及其稳定

(2)为了保证土体稳定、施工安全，针对上述塌方原因，可采取以下措施：

1）放足边坡，边坡的留设应符合规范的要求，其坡度的大小，则应根据土壤的性质、水文地质条件、施工方法、开挖深度、工期的长短等因素确定。

2）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。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。

3）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：密实中密实的砂土和碎石类土（充填物为砂土）为1m；硬塑、可塑的轻亚黏土及亚黏土为1.25m；硬粘、可塑的黏土和碎石类土（充填物为黏性土）为1.5m；坚硬的黏土为2m。

4）为了缩小施工面，减少土方，或受场地的限制不能放坡时，则可设置土壁支撑。1.3.2土壁支护

基坑（槽）支护结构的主要作用是支撑土壁，此外，钢板桩、混凝土板桩及水泥土搅拌桩等围扩结构还兼有不同程度的隔水作用。土壁支撑形式应根据开挖深度和宽度、土质和地下水条件以及开挖方法、相邻建筑物等情况进行选择和设计。

1．浅基坑（槽）的支护开挖较窄的沟槽多用横撑式支撑。横撑式支撑根据挡土板的不同，分为水平挡土板和垂直挡土板两类，前者又分隔断式、断续式和连续式三种。采用横撑式支撑时，应随挖随撑，支撑要牢固。施工中应经常检查，如有松动、变形等现象时，应及时加固或更换。支撑的拆除应按回填顺序依次进行，多层支撑应自下而上逐层拆除，随拆随填。对松散和湿度很大的土可用垂直挡土板式支撑，挖土深度不限。一般沟槽的支撑方法及适用条件如表1.13所示。1.3.2土壁支护表1.13一般基槽的支撑方式支撑方式简图支撑方式适用条件间断式水平支撑

两侧挡土板水平放置，用工具式或木横撑借木楔顶紧，挖一层土，支顶一层适用于能保持直立壁的干土或天然湿度的黏土，地下水很少，深度在2m以内断续式水平支撑

挡土板水平放置，中间留出间隔，并在两侧同时对称立竖枋木，再用工具式或木横撑上下顶紧适用于能保持直立壁的干土或天然湿度的黏土，地下水很少，深度在3m以内连续式水平支撑

挡土板水平连续放置，不留间隙，然后两侧同时对称立竖枋木，上下各顶一根撑木，端头加木楔顶紧适用于较松散的干土或天然湿度的黏性土，地下水很少，深度3~5m连续或间断式水平支撑

挡土板垂直放置，连续或留适当间隙。然后每侧上下各水平顶一根枋木。再用横撑顶紧适用于上质较松收或湿度很高的土地下水较少，深度不限水平垂直混合支撑

沟槽上部设连续或水平支撑，下部设连续或垂直支撑适用于沟槽深度较大、下部有含水土层时1.3.2土壁支护表1.14一般基坑的支撑方法支撑方式简图支撑方式适用条件斜柱支撑

水平挡土板钉在柱桩内侧，柱桩外侧用斜撑支顶，斜撑底端支在木桩上，在挡土板内侧回填土适用于开挖面积较大、深度不大的基坑或使用机械挖土锚拉支撑

水平挡土板支在柱桩的内侧，柱桩一端打入土中，另一端用拉杆与锚桩拉紧，在挡土板内侧回填土适用于开挖面积较大、深度不大的基坑或使用机械挖土短柱横隔支撑

打入小短木桩，部分打入土中，部分露出地面，钉上水平挡土板，在背面填土适用于开挖宽度大的基坑，当部分地段下部放坡不够时临时挡土墙支撑

沿坡脚用砖、石叠砌或用草袋装土砂堆砌，使坡脚保持稳定适用于开挖宽度大的基坑，当部分地段下部放坡不够时1.3.2土壁支护

2．深基坑边坡支护对宽度较大、深5m以上的深基坑且地质条件较复杂时，必须选择有效的支护形式，表1.15为几种常用深基坑支护形式。表1.15深基坑支护方法支撑(护)方式简图支撑(护)方式适用条件型钢桩横挡板支撑

沿挡土位置预先打入钢轨、工字钢或H型钢桩，间距1~1.5m，然后边挖方，边将3~6cm厚的挡土板塞进钢桩之间挡土，并在横向挡板与型钢桩之间打入楔子子，使横板与土体紧密接触适用于地下水较低，深度不很大的一般黏性土或矽土层钢板桩支撑

在开挖的基坑周围打钢板桩或钢筋混凝土板桩，板桩入土深度及悬臂长度应经计算确定，如基坑宽度很大，可加水平支撑适用于一般地下水、深度和宽度不很大的黏性土或砂土层钢板桩与钢构架结合支撑

在开挖的基坑周围打钢板桩，在柱位置上打入暂设钢柱，在基坑中挖土，每下挖3~4m，装上一层构架撑体系，挖土在钢构架网格中进行，亦可不预先打入柱，随挖随接长支柱适用于在饱和软弱土层中开挖较大、较深基坑，钢桩刚度不够时1.3.2土壁支护挡土灌注桩支撑

在开挖的基坑周围，用钻机转孔，现场灌注钢筋混凝土桩，达到强度后，在基坑中间用机械或人工挖土，下挖1m左右装上横撑，在桩背面装上拉杆与已设锚桩拉紧，然后继续挖土至要求深度。在桩间土方挖成外拱形，使之起上拱作用，如基坑深度小于6m，或邻近有建筑物，亦可不设锚拉杆，采取加密桩距或加大桩径处理适合开挖较大、深度(>6m)基坑，临近有建筑物，不允许支护，背面地基有下沉、位移时采用当涂灌注桩与土层锚杆结合支撑

同挡土灌注桩支撑，但桩顶不设锚桩锚杆，而是挖至一定深度。每隔一定距离向桩背面斜下方用锚杆钻机打孔，安放钢筋锚杆，用水泥压力灌浆，达到强度后，安上横撑，拉紧固定，在桩中间进行挖士，直至设计深度。如设2~3层锚杆，可挖一层土，装设一次锚杆适合大型较深基坑，施工期较长，邻近有高层建筑，不允许支护，邻近地基不允许有任何下沉位移时采用表1.15深基坑支护方法（续表）1.3.2土壁支护地下连续墙支护

在待开挖的基坑周围、先建造混凝土或钢筋混凝土地下连续墙，达到强度后，在墙中间用机械或人工挖土，直至要求深度。当跨度、深度很大时，可在内部加设水平支撑及支柱。用于逆作法施工。每下挖一层。把下一层梁、板、柱浇筑完成，以此作为地下连续墙的水平框架支撑，如此循环作业，直到地下室的底层全部挖完土浇筑完成适合开挖较大、较深(>10m)、有地下水、周围有建筑物、公路的基坑，作为地下结构的外墙一部分，或用于高层建筑的逆作法施工，作为地下室结构的部分外墙地下连续墙于土层锚杆结合支护

在待开挖的基坑周围先建造地下连续墙支护，在墙中部用机械配合人工开挖土方至锚杆部位。用锚杆钻机在要求位置钻孔，放入锚杆，进行灌浆，待达到强度，装上锚杆横梁，或锚头垫座，然后继续下挖至要求深度。如设2~3层锚杆，每挖一层装一层、采用快凝砂浆灌浆适合开挖较大、较深(>10m)、有地下水的大型基坑，周围有高层建筑。不允许支护有变形，采用机械挖方，要求有较大空间，不允许内部设支撑时采用表1.15深基坑支护方法（续表）1.3.3施工降水

土方工程中采用较多的是明沟排水法和井点降水法。

1.明沟排水法明沟排水法又称集水坑降水法，是在坑（槽）底周围或中央开挖有坡度的排水沟，每隔一定距离设一个集水坑，地下水通过排水沟流入集水坑，用水泵抽走，如图1.10所示。该方法设备简单，施工方便，但施工中应注意防治流砂。明沟排水法适用于水流较大的粗粒土层的排水、降水，也可用于渗水量较小的粘性土层降水，但不适宜于细砂土和粉砂土层，因为地下水渗出会带走细粒而发生流砂现象

图1.10集水井降水1-排水沟；2-集水井；3-水泵1.3.3施工降水

流砂现象：当开挖深度大、地下水位较高而土质为细砂或粉砂时，如果采用集水井法降水开挖，当挖至地下水位以下时，坑底下面的土会形成流动状态，随地下水涌入基坑，这种现象称为流砂。如果土层中产生局部流砂现象，应采取减小动水压力的处理措施，使坑底土颗粒稳定，不受水压干扰。其方法有：（1）如条件许可，尽量安排枯水期施工，使最高地下水位不高于坑底0.5m；（2）水中挖土时，不抽水或减少抽水，保持坑内水压与地下水压基本平衡；（3）采用井点降水法、打板桩法、地下连续墙法防止流砂产生。2.井点降水法

井点降水法的井点类型有：轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点和深井井点等。可根据土的渗透系数、要求降水深度及设备条件按表1.16选用。1.3.3施工降水

表1.16降水类型及适用条件

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10-2～10-53～66～12喷射井点10-3～10-68～20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)轻型井点轻型井点(图1.11)就是沿基坑周围或一侧以一定间距将井点管(下端为滤管)埋入蓄水层内，井点管上部与总管连接，利用抽水设备将地下水经滤管进入井管，经总管不断抽出，从而将地下水位降至坑底以下。轻型井点法适用于土壤的渗透系数为0.1～50m/d的土层中，降低水位深度：一级轻型井点3～6m，二级井点可达6～9m。1.3.3施工降水1一井点管；2一滤管；3一集水总管；4一弯联管；5一水泵房；6一原地下水位线；7一降低后的地下水位线1一钢管；2一管壁上的小孔；3一缠绕的塑料管；1一细滤网；5一粗滤网；6一粗铁丝保护网；7一井点管：8一铸铁点图1.11轻型井点降水全貌图图1.12滤管构造1.3.3施工降水

1）轻型井点设备。轻型井点设备由管路系统和抽水设备组成。管路系统包括滤管、井点管、弯联管及总管等。滤管(图1.12)为进水设备，其构造是否合理对抽水设备影响很大。

轻型井点设备由管路系统和抽水设备等组成。管路系统由滤管、井点管、弯联管和总管组成。抽水设备常用真空泵和射流泵系统。干式真空泵系统由真空泵、离心泵和水气分离器组成。射流泵系统由射流器、离心泵和循环水箱组成。射流井点系统的降水深度可达6m，所带井点管一般只25～40根、总管长度30～50m。若采用两台离心泵和两个射流器联合工作，能带动井点管70根、总管长度100m。射流泵井点排气量较小，真空度波动较敏感，易于下降，排水能力较低。但结构简单、制造容易、成本低、耗电小、使用检修方便。适于在粉砂、粉土等渗透系数较小的土层降水。

1.3.3施工降水

2）轻型井点布置

①平面布置。井点布置及井点管间距应根据基坑（槽）平面形状与尺寸、基坑深度、水文、地质降水深度、工程性质等确定。当坑（槽）宽度小于6m且降水深度不超过6m时，可采用单排井点，布置在地下水上游一侧，两端延伸长度不小于坑（槽）宽度B，如图1.13所示；当坑（槽）宽度大于6m或土质排水不良时，宜采用双排线状井点，布置在坑（槽）两侧，位于地下水流上游一排井点管的间距应小些，下游一排井点管的间距可大些；当基坑面积较大时，宜采用环形井点，如图1.14所示；为便于挖土机械和运输车辆出入基坑，总管可不封闭，布置为U形环状井点。

为防局部漏气，井点管距离基坑壁不应小于1.0～1.5m，间距一般为0.8～1.6m。靠近河流处或总管四角部位，井点应适当加密。主管长度过长（超过100～120m）采用多套抽水设备时，井点系统应分成长度大致相等的段，分段位置宜设在基坑拐弯处，各套井点总管间应装阀门隔开。

1.3.3施工降水

(a)平面布置：(b)高程布置1一总管：2一井点管；3一抽水设备图1.13单排线状井点布置1.3.3施工降水

(a)平面布置：(b)高程布置1一总管：2一井点管；3一抽水设备图1.14环形井点布置1.3.3施工降水

②高程布置。轻型井点的降水深度，从理论上讲可达10.3m，但由于管路系统的水头损失，其实际降水深度一般不大于6m。布置时应参考井点管标准长度及其露出地面的长度（一般为0.2～0.3m），且滤水管必须在含水层内。井点管埋置深度H(不包括滤管)，可按下式计算:

式中Hi——井点管埋设面至坑底面的距离(m)；h——降低后的地下水位至基坑中心底面的距离，一般为0.5～1m；i——水力坡度，环形井点为1/10，单排井点为1/4；L——井点管至基坑中心的水平距离(单排井点中为井点管至基坑另一侧的水平距离)(m)。如H值小于降水深度6m时，则可用一级井点；H值稍大于6m时，如降低井点管的埋置面后，可满足降水深度要求时，仍可采用一级井点；当一级井点系统达不到降水深度时，可采用二级井点，即先挖去第一级井点所疏干的土，然后在基坑底部装设第二级井点，使降水深度增加，如图1.15所示。1.3.3施工降水

图1.15二级轻型井点示意图1一第一级井点管：2一第二级井点管图1.16井点管的埋设(a)冲孔；(b)埋管1一冲管；2一冲嘴：3一胶皮管；4一高压水泵；5一压力表；6一起重机吊钩；7一井点管；8一滤管；9-填砂；10一粘土封口1.3.3施工降水

3）轻型井点的安装与使用

①轻型井点的安装。轻型井点的施工分为准备工作及井点系统安装。准备工作包括井点设备、动力、水泵及必要材料准备，排水沟的开挖，附近建筑物的标高监测以及防止附近建筑沉降的措施等。埋设井点系统的安装顺序为：根据降水方案放线、挖管沟、布设总管、冲孔、下井点管、埋砂滤层、粘土封口、弯联管连接井点管与总管、安装抽水设备、试抽。井点管的埋设一般用水冲法施工，分为冲孔和埋管两个过程，如图1.16所示。

②轻型井点的使用。轻型井点使用时，应保证连续不断抽水，若时抽时停，滤网易于堵塞；中途停抽，地下水回升，也会引起边坡塌方等事故。正常的出水规律是“先大后小，先浑后清”。1.3.3施工降水

(2)喷射井点当基坑开挖较深，采用多级轻型井点不经济时，宜采用喷射井点，其降水深度可达8～20m喷射井点设备由喷射井管、高压水泵及进水、排水管路组成。喷射井管由内管和外管组成，在内管下端装有喷射扬水器与滤管相连，当高压水经内外管之间的环形空间由喷嘴喷出时，地下水即被吸入而压出地面。

(3)电渗井点电渗井点适用于土壤渗透系数小于0.1m/d，用一般井点不可能降低地下水位的含水层中，尤其宜用于淤泥排水。电渗井点排水的原理是以井点管作负极，以打入的钢筋或钢管作正极，当通以直流电后，土颗粒即自负极向正极移动，水则自正极向负极移动而被集中排出。土颗粒的移动称电泳现象，水的移动称电渗现象，故称电渗井点。浑后清”。1.3.3施工降水

(4)管井井点管井井点就是沿基坑每隔20～50m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K≥20m/d，地下水量大的土层中，宜采用管井井点。管井井点由滤水管井、吸水管和抽水泵组成。采用离心式水泵或潜水泵抽水。

若要求的降水深度较大，采用一般的离心泵和潜水泵不能满足要求时，可采用深井泵降水。它井距大、不受土层限制、成孔容易、施工速度快、井点管可重复使用，适于渗透系数10～80m/d、降水深度大于15m的情况，故又称深井泵法。

(5)井点降水对邻近建筑物的影响和预防。井点降水使地基自重应力增加、土层被压缩、土颗粒流失，将引起周围地面沉降。由于土层的不均匀性和形成的水为降低漏斗曲线，地面沉降多不均匀，会导致邻近建筑物的基础下沉、房屋开裂。因此，井点降水时，必须采取相应措施，防降防裂。1.3.3施工降水

回灌井点布置如图1.17所示。a)回灌井点布置b)回灌井点水位图1一降水井点；2一回灌井点；3一原水位线；4一基坑内降低后的水位线；5一回灌后水位线图1.17回灌井点布置示意图1.3.4基坑（槽）土方量计算

1．基坑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1.18)。即式中V——土方工程量（m3）；H——基坑深度（m）；F1、F2——基坑上、下底面积（m2）；F0—基坑中截面的面积（m2）。图1.18基坑土方量计算1.3.4基坑（槽）土方量计算

由图1.19可知，若基槽横截面形状、尺寸有变化，其土方量可沿其长度方向分段，按式（1.17）计算，总土方量为各段之和；若基槽横截面、尺寸不变，其土方量为横截面面积与基槽长度之积。图1.19基槽土方量计算Part04填土压实填土压实

土壤是由矿物颗粒、水溶液、气体等多种物质组成，具有弹性、塑性和粘滞性。土在外力作用下或在自然条件下遇到浸水和冻融都会产生变形，为了使填土满足强度及水稳性两方面要求，就必须合理设计填方边坡，正确选择土料和填筑方法。因此，填土的土料应符合下列要求：

（1）含有大量有机物、石膏和水溶性硫酸盐(含量大于5%)的土以及淤泥、冻土、膨胀土等，均不应作为填方土料；

（2）以粘土为土料时，应检查其含水量是否在控制范围内，含水量大的粘土不宜作填土用；

（3）一般碎石类土、砂土和爆破石渣可作表层以下填料，其最大粒径不得超过每层铺垫厚度的2/3。

填土应严格控制含水量，施工前应进行检验。当土的含水量过大，应采取措施降低含水量，或采用换土回填、均匀掺入干土或其他吸水材料、打石灰桩等措施；如含水量偏低，则可预先洒水湿润，否则难以压实。

1.4.1土的压实方法

填土的压实方法一般有碾压、夯实、振动压实等几种。（1）碾压法是用沿着填筑面滚动的鼓筒或轮子的压力压实填土的，适用于大面积填土工程。碾压机械有平碾(压路机)、羊足碾、振动碾和汽胎碾。碾压机械进行大面积填方碾压，宜采用“薄填、低速、多遍”的方法。（2）夯实方法是利用夯锤自由下落的冲击力来夯实填土，适用于小面积填土的压实。夯实机械有夯锤、内燃夯土机和蛙式打夯机等，以及利用挖土机或起重机装上夯板后的夯土机等。其中蛙式打夯机轻巧灵活、构造简单，在小型土方工程中应用最广。穷实法的优点是、可以夯实较厚的土层，如重锤夯其夯实厚度可达1～1.5m，强力夯可对深层土壤夯实。但对木夯、石或蛙式打夯机等机具，其夯实厚度则较小，一般均在20cm以内。（3）振动法是将重锤放在土层的表面或内部，借助于振动设备使重锤振动，土壤颗粒即发生相对位移达到紧密状态。此法用于振实非黏性土壤效果较好。1.4.2填土压实的影响因素

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.压实功的影响

填土压实后的密度与压实机械在其上所施加功的关系如图1.20所示。当土的含水量一定，在开始压实时，土的重度急剧增加，待到接近土的最大重度时，压实功虽然增加许多，而土的重度则没有变化。实际施工中，对不同的土应根据选择的压实机械和密实度要求选择合理的压实遍数。此外，松土不宜用重型碾压机械直接滚压，否则土层有强烈起伏现象，效率不高。如果先用轻碾，再用重碾压实就会取得较好效果。图1.20土的密度与压实功关系示意图1.4.2填土压实的影响因素

2.含水量的影响

填土含水量的大小直接影响碾压(或夯实)遍数和质量。较为干燥的土，由于摩阻力较大，而不易压实；当土具有适当含水量时，土的颗粒之间因水的润滑作用使摩阻力减小，在同样压实功作用下，得到最大的密实度，这时土的含水量称做最佳含水量，如图1.21所示。各种土的最佳含水量和最大干密度见表1.17所示。图1.21土的干密度与含水量关系1.4.2填土压实的影响因素

3.铺土厚度的影响在压实功作用下，土中的应力随深度增加而逐渐减小如图1.22所示，其压实作用也随土层深度的增加而逐渐减小。各种压实机械的压实影响深度与土的性质和含水量等因素有关。对于重要填方工程，其达到规定密实度所需的压实遍数、铺土厚度等应根据土质和压实机械在施工现场的压实试验决定。若无试验依据应符合表1.18的规定。图1.22压实作用沿深度的变化

1.4.3填土质量检查

填土压实后必须要达到密实度要求，填土密实度以设计规定的控制干密度ρd(或规定的压实系数)作为检查标准。土的控制干密度与最大干密度之比称为压实系数。土的最大干密度乘以规范规定或设计要求的压实系数，即可计算出填土控制干密度ρd的值。土的实际干密度可用“环刀法”测定。填方施工结束后，应检查标高、边坡坡度、压实程度等，检验标准应符合表1.19的规定。表1.19填土工程质量检验标准

项目序号检查项目允许偏差或允许值(mm)检查方法桩基基坑基槽场地平整管沟地(路)面基础层人工机械主控项目1标高-50±30±50-50-50水准仪2分层压实系数设计要求按规定方法一般项目1回填土料设计要求取样检查或直观鉴别2分层厚度及含水量设计要求水准仪及抽样检查3表面平整度2020302020用靠尺或水准仪Part04土方机械化施工1.5.1常用土方施工机械

1.推土机

推土机，按铲刀的操纵机构不同可分为索式和液压式（图1.23）两种。推土机能独立挖土、运土和卸土，具有操作灵活、运转方便、占工作面较小、行驶速度较快等特点，适用于场地清理平整、开挖深度不大的基坑（槽）及填土作业等。它还能牵引其他