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-1-第23章土方工程施工23.1概述在建筑工程中，土方工程一般包括场地平整、基坑开挖、土方装运、土方回填压实等工作。随着基坑开挖工程规模越来越大，机械化施工已成为土方工程中提高工效、缩短工期的必要手段。土方工程可以根据机械不同的工作性能和特点，结合土方工程的具体需要，选择不同种类的土方施工机械。基坑土方开挖的目的是为了进行地下结构的施工。为了实现土方开挖，就必须采取相应的支护施工技术，以保证基坑及周边环境的安全。基坑支护设计应综合考虑基坑土方开挖的施工方法，而基坑土方开挖的方案则应结合基坑支护设计确定。本章主要论述常用土方施工机械及其施工方法、基坑土方开挖的基本原则、不同条件下基坑土方开挖的方法、基坑土方回填的方法、基坑开挖施工道路和施工平台设置等内容。本章论述的基坑土方开挖方法主要是以软土地基为对象，所述内容具有普遍性，但考虑到地域的差异性，各地区基坑土方开挖的方法尚应结合当地的具体情况加以确定。23.2常用土方施工机械及其施工方法常用土方施工机械主要可分为前期场地平整压实机械、土方挖掘机械、土方装运机械、土方回填压实机械等四类。这些机械有国外进口的，也有国产的。场地平整压实机械主要有推土机、压路机等；土方挖掘机械主要有反铲挖掘机、抓铲挖掘机等；土方装运机械主要有自卸式运输车等；土方回填压实机械主要有推土机、压路机和夯实机等。23.2.1反铲挖掘机1.反铲挖掘机选型反铲挖掘机是应用昀为广泛的土方挖掘机械，具有操作灵活、回转速度快等特点。近年来反铲挖掘机市场飞速发展，挖掘机的生产向大型化、微型化、多功能化、专用化的方向发展。基坑土方开挖可根据实际需要，选择普通挖掘深度的挖掘机，也可以选择较大挖掘深度的接长臂、加长臂或伸缩臂挖掘机等。反铲挖掘机的主要参数有整机质量、外形尺寸、标准斗容量、行走速度、回转速度、昀大挖掘半径、昀大挖掘深度、昀大挖掘高度、昀大卸载高度、昀小回转半径、尾部回转半径等。典型反铲挖掘机如图23-1。图23-1反铲挖掘机反铲挖掘机的选型应根据基坑土质条件、平面形状、开挖深度、挖土方法、施工进度等-2-情况，结合挖掘机作业方法等进行选型；在实际应用中，应根据生产厂家挖掘机产品的规格型号和技术参数，并结合施工单位的施工经验进行选型。2.反铲挖掘机作业方法反铲挖掘机每一挖掘作业循环包括挖掘、回转、卸土和返回等四个过程。反铲挖掘机停在土方作业面上，挖掘时将铲斗向前伸出，动臂带着铲斗落在挖掘处，铲斗向着挖掘机方向转动，挖出一条弧形挖掘带，此时铲斗装满土方，然后铲斗连同动臂一起升起，上部转台带动铲斗及动臂回转到卸土处，铲斗向前伸出，斗口朝下进行卸土，卸土后将动臂及铲斗回转并下放至挖掘处，准备下一循环的挖掘作业。3.反铲挖掘机单机挖土方法反铲挖掘机单机挖土方法可分为坑内单机挖土、坑边定点单机挖土、坑边栈桥平台定点单机挖土、坑内栈桥平台或栈桥道路定点单机挖土等形式。挖土是一个动态的过程，定点挖土是相对的，挖掘机定点开挖范围内的土方挖土结束后，即可根据实际情况移至另一定点进行土方开挖。单机挖土是对一条作业线路而言，同一基坑可能有多条作业线路在进行单机挖土。坑内单机挖土应根据挖掘机的工作半径、开挖深度，选择从基坑的一端挖至另一端，如图23-2。挖土过程中应注意挖掘机及土方运输车辆所在土层的稳定，防止基坑边坡失稳。（a）（b）图23-2反铲挖掘机坑内单机挖土方法（a）剖面（b）平面坑边定点单机挖土应根据坑边土方运输车辆道路情况，结合挖掘机的工作半径、开挖深度，选择坑边挖掘机定点位置进行挖土，此时动臂及铲斗回转90°即可进行卸土。坑边挖掘方法的循环时间较短，挖土效率高，挖掘机始终沿基坑边作业和移动。该种挖土方式在支护设计时应考虑挖土机械及运输车辆在坑边的荷载，如图23-3。（a）（b）图23-3反铲挖掘机坑边定点单机挖土方法（a）剖面（b）平面坑边栈桥平台定点单机挖土与坑边定点单机挖土基本相似。该方式适用于坑边施工道路-3-宽度较小无法满足土方运输车辆行走，或挖掘机需要加大挖土作业范围的情况。栈桥平台的大小应能满足挖掘机停放，也可根据挖掘机和土方运输车辆同时停放的要求设计栈桥平台。机械停放应能够满足栈桥平台设计荷载的要求。坑边栈桥平台定点单机挖土如图23-4。（a）（b）图23-4反铲挖掘机坑边栈桥平台定点单机挖土方法（a）剖面（b）平面坑内栈桥平台或栈桥道路定点单机挖土应根据坑内栈桥道路情况，结合挖掘机的工作半径、开挖深度，选择坑内栈桥道路或栈桥平台挖掘机定点位置进行挖土。该方式既适用于场地狭小需在坑内设置栈桥道路的基坑，也适用于基坑面积较大需在坑内设置栈桥道路或栈桥平台的基坑。若栈桥道路有足够的宽度，挖掘机可直接停在栈桥道路上作业；若栈桥道路宽度较小无法满足土方运输车辆行走，可在栈桥道路边设置栈桥平台。机械停放和行走应能够满足栈桥平台和栈桥道路设计荷载的要求。坑内栈桥道路和栈桥平台定点单机挖土如图23-5。栈桥道路栈桥平台（a）（b）图23-5反铲挖掘机坑内栈桥道路定点单机挖土方法（a）剖面（b）平面4.反铲挖掘机多机挖土方法反铲挖掘机多机挖土方法可分为基坑内不分层多机挖土、基坑内分层多机挖土、基坑定点挖土与坑中挖掘机配合挖土等形式。多机挖土是对一条作业线路而言，同一基坑可能有多条作业线路在进行多机挖土。基坑内不分层多机挖土方法较为简单，其中一台挖掘机负责挖掘土方，其它的挖掘机对挖掘出来的土方进行水平驳运，输送至土方运输车辆停放位置。不分层开挖的基坑应根据挖掘机作业半径、坑内土层、基坑大小、运输车辆停放位置等确定多机挖土的方法，如图23-6。-4-（a）（b）图23-6反铲挖掘机基坑内不分层多机挖土方法（a）剖面（b）平面基坑内分层多机挖土，一般采用接力挖土的方式。该方式可实现多层土方流水作业，即可由一台挖掘机负责下层土方的挖掘并卸至放坡平台，通过停放在上层的挖掘机将放坡平台的卸土以及上层挖掘的土方直接卸料至土方运输车辆，如图23-7。也可由一台挖掘机负责下层土方的挖掘并卸至放坡平台，通过停放在上层的挖掘机将放坡平台的卸土以及上层挖掘的土方卸料至坡顶，再由另一台停放在上层的挖掘机将坡顶土方卸至土方运输车辆，形成三机接力挖土，如图23-8。分层接力开挖过程中形成的临时多级边坡应验算稳定性，确保施工过程安全。（a）（b）图23-7反铲挖掘机坑内分层多机挖土方法一（a）剖面（b）平面（a）（b）图23-8反铲挖掘机坑内分层多机挖土方法二（a）剖面（b）平面基坑定点挖土与坑中挖掘机配合挖土适用于开挖较深、面积较大的基坑。这种方法是基坑土方工程中应用昀为广泛的方法之一，为大型基坑工程所普遍采用。基坑定点挖土可参考坑边定点单机挖土、坑边栈桥平台定点单机挖土、坑内栈桥平台或栈桥道路定点单机挖土等方法进行。基坑内挖掘机挖土可参考单机挖土、不分层多机挖土、分层多机挖土等方法进行。该方法一般采用中小型挖掘机进行土方开挖，同时由其它的挖掘机在坑内进行水平驳运，并由停放在基坑边或基坑内的定点挖掘机将土方卸料至运输车辆外运，如图23-9。-5-坑内支撑栈桥道路（a）（b）图23-9基坑定点挖与基坑内挖掘机配合挖土方法（a）顺作法（b）逆作法23.2.2抓铲挖掘机1.抓铲挖掘机的选型抓铲挖掘机是基坑土方工程中常用的挖掘机械，主要用于基坑定点挖土。对于开挖深度较大的基坑，抓铲挖掘机定点挖土比反铲挖掘机定点挖土适用性更强。抓铲挖掘机分为钢丝绳索抓铲挖掘机和液压抓铲挖掘机，液压抓铲挖掘机的抓取力要比钢丝绳索抓铲挖掘机抓力大，但挖掘深度较钢丝绳索抓铲挖掘机小，为增大挖掘深度可根据需要设置加长臂。抓铲挖掘机的主要参数有整机质量、外形尺寸、抓斗容量、回转速度、昀大及昀小回转半径、昀大挖掘深度、昀大卸载高度、提升速度、尾部回转半径等。抓铲挖掘机如图23-10。（a）（b）图23-10抓铲挖掘机（a）钢丝绳抓铲挖掘机（b）液压抓铲挖掘机抓铲挖掘机的选型应根据基坑土质条件、支护形式、开挖深度、挖土方法等情况，结合挖掘机作业方法进行选型；施工单位应根据生产厂家挖掘机产品的规格型号和技术参数，结合施工需要进行选型。2.抓铲挖掘机作业方法抓铲挖掘机每一挖掘作业循环包括挖掘、回转、卸土和返回等四个过程。钢丝绳索抓铲挖掘机停在土方开挖面以上，挖掘时将抓斗伸向挖掘区域上方，钢丝绳索带着活瓣抓斗落在挖掘处，利用抓斗重力切土收紧抓斗装满土方，钢丝绳提升抓斗至卸土高度，然后上部转台带动抓斗及动臂回转到卸土处，活瓣抓斗松开卸土，卸土后将动臂及抓斗回转并下放至挖掘处，准备下一循环的挖掘作业。液压抓铲挖掘机的土方挖掘方式与钢丝绳索抓铲挖掘机类同，其回转方式与反铲挖掘机相似。3.抓铲挖掘机单机挖土方法抓铲挖掘机坑内单机挖土一般适用于面积较小、开挖深度较浅的基坑工程。开挖时应综合考虑各种因素，从基坑的一端挖至另一端。单机挖土是对一个作业点而言，同一基坑可能有多个作业点在进行单机挖土。-6-4.抓铲挖掘机单机定点挖土方法抓铲挖掘机单机定点挖土可分为坑边定点单机挖土、坑边栈桥平台定点单机挖土、坑内栈桥平台或栈桥道路定点单机挖土等方式。单机定点挖土是对一个作业点而言，同一基坑可能有多个作业点在进行单机定点挖土。抓铲挖掘机单机定点挖土一般适用于开挖深度较大或取土位置受到一定限制的基坑工程。抓铲挖掘机单机定点挖土方式的选择与反铲挖掘机定点单机挖土方式的选择基本相同，可参照反铲挖掘机相关内容。抓铲挖掘机定点单机挖土如图23-11。取土孔水平支撑开挖面开挖面（a）（b）图23-11抓铲挖掘机坑边定点挖土方法（a）顺作法（b）逆作法5.抓铲挖掘机定点挖土与坑中反铲挖掘机配合挖土方法抓铲挖掘机定点挖土与坑中反铲挖掘机配合挖土一般适用于深度和面积较大的基坑工程。这种方法是基坑土方工程中应用昀为广泛的方法之一，为超大超深基坑工程所普遍采用。抓铲挖掘机定点挖土与坑中反铲挖掘机配合挖土是对一条作业线路而言，同一基坑可能有多条作业线路在进行挖土。在基坑土方工程施工中，抓铲挖掘机可根据基坑平面形状、支护设计形式、开挖深度等选择合适的定点开挖位置，如基坑边、坑边栈桥平台、坑内栈桥平台或栈桥道路等。应根据抓铲挖掘机定点位置，确定坑内反铲挖掘机合理的挖土分区。坑内各分区的土方开挖可参照反铲挖掘机的单机或多机挖土方法，通过单机或多机配合将坑内土方挖运或驳运至抓铲挖掘机定点作业范围，然后由抓铲挖掘机将土方卸料至运输车辆外运，如图23-12。取土孔水平支撑（a）（b）图23-12抓铲挖掘机坑边定点挖土方法（a）顺作法（b）逆作法-7-23.2.3自卸式运输车1.自卸式运输车的选型自卸式运输车可分为轻型自卸式运输车、中型自卸式运输车和重型自卸式运输车。由于基坑工程具有土方量大、运距远等特点，基坑土方工程运输车辆一般采用重型自卸式运输车。许多城市为了保护环境，减少污染，要求土方运输车辆安装密封盖等防护措施。自卸式运输车的主要技术参数包括自重量、载重量、外形尺寸、行走速度、爬坡能力、昀小转弯半径、昀小离地间隙、车厢满载举升和降落时间、车厢昀大举升角度等。自卸式运输车如图23-13。（a）（b）图23-13自卸式运输车（a）敞开式（b）密封式自卸式运输车的选型应根据施工道路条件、土方量、运输距离、挖土方法等情况，结合自卸式运输车的自身性能参数和适用范围进行选型。各生产厂家产品的技术性能和规格型号略有不同，实际应用中可结合施工条件进行选型。2.自卸式运输车作业方法自卸式运输车的作业方法较为简单，自卸式运输车一般行驶至挖掘机的侧方或后方停靠，装满土方后进行土方外运，外运至卸土点后，液压系统顶升土方箱体进行卸土，卸土后箱体复位，完成一次土方运输过程。3.自卸式运输车与挖掘机械配合施工方法自卸式运输车的作业需与挖掘机械作业配合施工，运输车可根据挖掘机停放位置，选择合适的方式停在挖掘机旁，如基坑边、基坑内、基坑边栈桥平台、基坑内栈桥平台、基坑内栈桥道路等位置，由挖掘机直接将土方卸至自卸式运输车外运。自卸式运输车在挖掘机后方装土时，挖掘机取土后需要回转的角度大，循环消耗的时间多，效率较侧向装土低。自卸式运输车停放和行驶区域的承载力应满足车辆的作