搜索
第一章土方工程本章提要：本章内容包括土方规划、土方工程施工的要点，土方工程机械化施工。在土方规划中，涉及了土的工程分类和性质、土方边坡、土方量计算、场地设计标高的确定和土方调配等问题。在土方工程施工要点中，重点论述了土壁稳定、施工排水、流砂防治和填土压实，是土方工程施工的关键。在土方工程机械化施工中，着重阐述常用土方机械的类型、性能及提高生产率的措施。（一）土方工程大纲要求1、掌握土的工程分类与性质、土方工程机械化施工方法2、掌握排除地面水、人工降低地下水位（轻型井点降水）的方法3、掌握土方量计算与基（槽）坑土方施工、土方边坡与土壁支撑方法4、熟悉土方工程施工的质量要求与安全措施1.1.1土方工程的内容及施工要求土木工程施工中，常见的土方工程：（1）场地平整——确定场地设计标高，计算挖、填土方量，合理地进行土方调配等。（2）开挖沟槽、基坑、竖井、隧道、修筑路基、堤坝，其中包括施工排水、降水，土壁边坡和支护结构等。（3）土方回填与压实——其中包括土料选择，填土压实的方法和密实度检验等。1.1土方规划土石方工程的施工特点土石方工程是建筑工程施工中主要的分部工程之一，它包括土、石方的开挖、运输、填筑、平整与压实等主要施工过程，以及场地清理、测量放线、施工排水、降水和土壁支护等准备与辅助工作。土石方施工的特点：1：土石方施工工程量大、面广。2：施工条件极为复杂。3：劳动强度较大。1.1.2：土的工程分类不同的土，其物理、力学性质也不同，只有充分掌握各类土的特性及其对施工过程的影响，才能选择正确的施工方法1：土的种类繁多，分类方法也较多，根据土的颗粒级配或塑性指数可分为碎石类土(漂石土、块石土、卵石土、碎石土、圆砾土、角砾土)、砂土(砾砂、粗砂、中砂、细砂、粉砂)粘性土(粘土、亚粘土、轻亚粘土)；2：根据土的沉积年代，粘性土可分为老粘性土、一般粘性土、新近沉积粘性土；3：根据土的工程特性，又可分出特殊性土，如软土、人工填土、黄土、膨胀土、红粘土、盐渍土、冻土等。4：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、特坚石八类，称为土的工程分类。前四类属一般土，后四类属岩石，土的分类法及其现场鉴别方法见表1－1。土的分类土的名称开挖方法可松性系数KSKS′一类土(松软土)砂、亚砂土，冲积砂土，种植土、泥炭(淤泥)能用锹、锄头挖掘1.08～1.171.01～1.04二类土(普通土)亚粘土，潮湿的黄土，夹有碎石、卵石的砂，种植土、填筑土及亚砂土用锹、锄头挖掘，少许用镐翻松1.14～1.281.02～1.05三类土(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，压实的填筑土主要用镐，少许用锹、锄头，部分用撬棍1.24～1.301.04～1.07四类土(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，软的泥灰岩及蛋白石用镐、撬棍，然后用锹挖掘，部分用楔子及大锤1.26～1.371.06～1.09五类土(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，软的石灰岩用镐或撬棍、大锤，部分使用爆破1.30～1.451.10～1.20六类土(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、片麻岩用爆破方法，部分用风镐1.30～1.451.10～1.20七类土(坚石)大理岩，辉绿岩，粗、中粒花岗岩，坚实的白云岩、砂岩、砾岩、片麻岩、石灰岩用爆破方法1.30～1.451.10～1.20八类土(特坚石)玄武岩，花岗片麻岩、坚实的细粒花岗岩、闪长岩、石英岩、辉绿岩用爆破方法1.45～1.501.20～1.30土的工程性质土的工程性质对土方工程的施工有直接影响，其中基本的工程性质有：土的质量密度、可松性、压缩性、含水量、渗透性等。1.1.2.1土的质量密度天然密度和干密度。（1）土的天然密度：土在天然状态下单位体积的质量；——它影响土的承载力、土压力及边坡的稳定性。环刀法测定。mVρ——土的天然密度，kg/m3m——土的总质量，kgV—土的体积，m3。（2）土的干密度：单位体积土中固体颗粒的质量；——它是用以检验填土压实质量的控制指标。烘干法测定最优含水量：在一定功能的压实（或击实、或夯实）作用下，能使填土达到最大干密度（干容量）时相应的含水率。sdmV式中：ρd——土的干密度，kg/m3；mS——固体颗粒质量，kg；V—土的体积，m3。1.1.2.2.土的含水量土的含水量W是土中所含的水与土的固体颗粒间的质量比，以百分数表示：式中G1——含水状态时土的质量；G2——土烘干后的质量。土的含水量影响土方施工方法的选择、边坡的稳定和回填土的质量，如土的含水量超过25％～30％，则机械化施工就困难，容易打滑、陷车；回填土则需有最佳含水量，方能夯压密实，获得最大干密度。土的最佳含水量和最大干密度参考值见表1－3。土的最佳含水量和最大干密度表1－3土的种类最佳含水量(质量比)(％)最大干密度(g/cm3)土的种类最佳含水量(质量比)(％)最大干密度(g/cm3)砂土8～121.80～1.88重亚粘土16～201.67～1.79粉土16～221.61～1.80粉质亚粘土18～211.65～1.74亚砂土9～151.85～2.08粘土19～231.58～1.70亚粘土12～151.85～1.951.1.2.3土的渗透性土的渗透性土的渗透性——水在土体中渗流的性能，一般以渗透系数K表示。从达西公式V＝KI可以看出渗透系数的物理意义：当水力坡度I等于1时的渗透速度v即为渗透系数K。渗透系数K值将直接影响降水方案的选择和涌水量计算的准确性，一般应通过抽水试验确定。1.1.2.4.土的可松性1、土的可松性：在自然状态下的土经开挖后组织被破坏，其体积因松散而增大，以后虽经回填压实也不能恢复其原来体积的特性。由于土方工程量是以自然状态的体积来计算的，所以在土方调配、计算土方机械生产率及运输工具数量等的时候.必须考虑土的可松性。土的可松性程度用可松性系数表示，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。在土方工程中，KS是计算土方施工机械及运土车辆等的重要参数，KS′是计算场地平整标高及填方时所需挖土量等的重要参数。不同类型土的可松性系数可参照表1－1。2、.土的压缩性移挖作填或取土回填，松土经填压后会压缩，一般松土的压缩率见表1－2。在松土回填时应考虑土的压缩率，一般可按填方断面增加10％～20％计算松土方数。土的压缩率表1－2土的类别土的名称土的压缩率(％)1m3松散土压实后的体积(m3)土的类别土的名称土的压缩率(％)1m3松散土压实后的体积(m3)一、二类土种植土200.80三类土天然湿度黄土12～170.85一般土100.90一般土50.95砂土50.95干燥坚实黄土5～70.941.1.3土方边坡土方边坡坡度以其高度H与其底宽B之比表示。边坡可做成直线形、折线形或踏步形式中m＝B/H，称为坡度系数。(c)踏步形(b)折线形(a)直线形图1－1土方边坡1.1.4：土石方工程量的计算土方工程施工前应进行挖、填方的平衡计算，综合考虑土方运距最短、运程合理和各个工程项目的合理施工顺序等，做好土方平衡调配，减少重复挖运。同时，土方平衡调配应尽可能与城市规划和农田水利相结合将余土一次性运送到指定弃土场，做到文明施工。土石方量计算的基本方法：土石方量计算的基本方法主要有平均高度法和平均断面法两种。1.1.4.1.平均高度法(1）四方棱柱体法：四方棱柱体法，是将施工区域划分为若干个边长为a的方格网，每个方格网的土方体积V等于底面积a2乘四个角点高度的平均值图1－18四方棱柱体法方格类别计算图形计算公式全挖(全填)半挖半填三挖一填(三填一挖)注：①表中a为方格边长，b、c为计算图形相应的两个边长；②h1、h2、h3、h4分别为方格各角点的施工高度；③Σh为各计算图形相应的挖方或填方的施工高度总和，用绝对值代入；④V为挖方或填方的体积(m3)。三个角挖(或填)（2）：三角棱柱体法。三角棱柱体法，是将每一个方格顺地形的等高线沿对角线划分成两个三角形，然后分别计算每一个三角棱柱体的土方量。((a)全挖或全填b)有填有挖图1－19三角棱柱体法当三角形为全挖或全填时〔图1－19(a)〕：当三角形有填有挖时〔图1－19(b)〕，则其零线将三角形分成两部分，底面为三角形的锥体：HH4a22）（＝填（挖）填（挖）V底面为四边形的楔体：简化计算：2.平均断面法平均断面法(图1－20)，可按近似公式和较精确的公式进行计算。图1－20平均断面法（1）近似计算：（2）较精确计算：式中V——土方体积(m3)；F1,F2——两端的断面面积(m2)F0——L/2处的断面面积(m2)。1.1.5场地平整土方量计算1.1.5.1.场地设计标高Ho的确定场地设计标高是进行场地平整和土方量计算的依据，也是总图规划和竖向设计的依据。合理地确定场地的设计标高，对减少土方量和加速工程进度均具有重要的意义。当场地设计标高为Ho时，填挖方基本平衡，可将土方移挖作填，就地处理；当设计标高为H1时，填方大大超过挖方，则需要从场外大量取土回填；当设计标高为H2时，挖方大大超过填方，则需要向场外大量弃土。因此，在确定场地设计标高时，应结合现场的具体条件反复进行技术经济比较，选择其中一个最优的方案。其原则是：（1）应满足生产工艺和运输的要求；（2）充分利用地形，分区或分台阶布置，分别确定不同的设计标高；（3）使挖填平衡，土方量最少；（4）要有一定泄水坡度(≥2‰)，使能满足排水要求；（5）要考虑最高洪水位的影响。图1－23场地不同设计标高的比较如场地设计标高无其他特殊要求时，则可根据填挖土方量平衡的原则加以确定，即场地内土方的绝对体积在平整前和平整后相等。其步骤如下：（1）在地形图上将施工区域划分成边长为10～50m的若干个方格网(图1－24)。（2）确定各小方格角点的高程，其方法：可用水准仪测量；或根据地形图上相邻两等高线的高程，用插入法求得；也可用一条透明纸带，在上面画6根等距离的平行线，把该透明纸带放到标有方格网的地形图上，将6根平行线的最外两根分别对准A点和B点，这时6根等距离的平行线将A、B之间的0.5m或1m(等高线的高差)分成五等分，于是便可直接读得H13点的地面标高，如图1－25所示，H13＝251.70。图1－24场地设计标高计算图（3）按填挖方平衡确定设计标高Ho式中N——方格网格数H1——一个方格仅有的角点标高H2——两个方格共有的角点标高H4——四个方格共有的角点标高简化的计算公式：1.1.5.2场地设计标高的调整标高调整考虑因素：(1):土的可松性影响。由于土具有可松性，一般填土会有多余，需相应地提高设计标高。(2):场内挖方和填方的影响。由于场地内大型基坑挖出的土方、修筑路堤填高的土方，以及从经济观点出发，将部分挖方就近弃于场外，将部分填方就近取土于场外等，均会引起挖填土方量的变化。必要时.亦需调整设计标高。(3):泄水坡度的影响。当按调整后的同一设计标高H0＇进行场地平整时，则整个地表面均处于同一水平面；但实际上由于排水的要求，场地表面需有一定的泄水坡度。因此，还得根据场地泄水坡度的要求(单面泄水或双面泄水)，计算出场地内各方格角点实际施工所用的设计标高。1.1.5.3场地土方量计算计算步骤：（1）计算各方格角点的施工高度h。hn=Hn—HHn——角点的设计标高H——焦点的自然地面标高（2）绘出“零线”零线由施工高度来计算确定（3）计算场地挖、填土方量计算“零点”位置，确定零线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”(图1.4)。1.1.6土方调配土方调配是土方工程施工组织设计(土方规划)中的一个重要内容，在平整场地土方工程量计算完成后进行。编制土方调配方案应根据地形及地理条件，把挖方区和填方区划分成