第1章 土方工程1

第1章土方工程第1章土方工程•1.1土地工程分类及其工程物理性质•1.2基坑（槽）的土方开挖•1.3土方填筑与压实•1.4土方工程的机械化施工•1.5人工降低地下水位1.1土地工程分类及其工程物理性质常见的土方工程主要施工过程有：场地平整、基坑（槽）的开挖、岩土爆破及运输、土方回填与夯实等。准备与辅助工作包括：基坑（槽）降水、排水和边坡处理等。土方工程施工质量直接影响基础工程、主体结构工程等施工的正常进行。1.1.1土方工程的内容及施工特点1.土方工程施工内容（1）场地平整，确定场地平土标高，计算场地平整土方量；合理进行土方量调配，使土方总施工量最小。（2）合理选择施工机械，保证使用效率。（3）安排运输道路、弃土场、取土区、做好降水、土壁支护等辅助工作。（4）回填与压实，包括回填土的选择、填土压实的方法。（5）必须做好监测、支撑等技术工作，防止流砂、管涌、塌方等问题产生。1.1.1土方工程的内容及施工特点2.土方工程施工特点1）工程量大。2）施工工期长。3）劳动强度大且多为露天作业。4）施工条件复杂。因此，在土方工程施工前必须做好搜集资料的工作，详细分析研究各项技术资料，进行现场勘察，在此基础上根据有关要求，拟定出经济可行的施工方案，做好施工组织设计，选择好施工方法和机械设备，尽力使机械发挥出最大效益，确保施工安全和工程质量。土的分类土的级别土的名称坚实系数f密度（t/m3）开挖方法及工具一类土（松软土）Ⅰ砂土；粉土冲积砂土层；疏松的种植土；淤泥（泥炭）0.5～0.60.6～1.5用锹、锄头挖掘，少许用脚蹬二类土（普通土）Ⅱ粉质粘土；潮湿的黄土；夹有碎石、卵石的砂；粉土混卵（碎）石；种植土、填土0.6～0.81.1～1.6用锹、锄头挖掘，少许用镐翻松三类土（坚土）Ⅲ软及中等密实粘土；重粉质粘土、砾石土；干黄土、含有碎石、卵石的黄土、粉质粘土；压实的填土0.8～1.01.75～1.9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坚硬密实的粘性土或黄土；含碎石、卵石的中等密实的粘性土或黄土；粗卵石；天然级配砂石；软泥灰岩1.0～1.51.9整个先用镐、撬棍，后用锹挖掘，部分用楔子及大锤五类土（软石）Ⅴ~Ⅵ硬质粘土；中密的页岩、泥灰岩、白垩土；胶结不紧的砾岩；软石灰及贝壳石灰石1.5～4.01.1～2.7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；片麻岩及正长岩4.0～10.02.2～2.9用爆破方法开挖，部分用风镐七类土（坚石）Ⅹ~Ⅻ大理岩，辉绿岩；玢岩；粗、中粒花岗岩；坚实的白云岩、砂岩、片麻岩；微风化安山岩；玄武岩10～182.5～3.1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、角闪岩18～25以上2.7～3.3用爆破方法开挖1.1.2土的工程分类在工程上，土根据开挖难易程度分为8类其中一~四类土为土，五~八类土为岩石。其开挖难易直接影响其施工方案、劳动量消耗和工程费用。1.1.3土的工程物理性质1.土的组成一般是由固体颗粒（固相）、水（液相）、空气（气相）三部分组成，随着周围条件的变化，三者比例关系不同，反映出土的物理状态不同。（表1-2，P3页）1.1.3土的工程物理性质2.土的工程性质（1）土的天然含水率土的含水量是指土中所含水的质量与土中固体颗粒质量之比，用百分率表示。含水量大小对土方的开挖，土方边坡的稳定性及填土压实等都有一定的影响。回填土夯实时，含水量过大则会产生橡皮土现象，使土无法夯实。回填土时，应使土的含水量处于最佳含水量范围之内。-100%100%wsmmmWmm干湿干1.1.3土的工程物理性质（2）土的密度1）土的天然密度土在自然状态下单位体积的质量，叫土的天然密度。式中──土的自然密度，kg／m3；──土在自然状态下的质量，kg；──土在自然状态下的体积，m3。VmmV1.1.3土的工程物理性质2）土的干密度单位体积土中固体颗粒的质量，叫土的干密度。式中──土的干密度，kg／m3；──土中固体颗粒的质量，kg；──土在自然状态下的体积，m3。土的干密度愈大，表示土愈密实。土的干密度反映了土的颗粒排列紧密程度。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。dsmVsdmV1.1.3土的工程物理性质（3）土的可松性土的可松性：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：各类土的可松性系数见课本表1-3（P5页）。21sVKV'31sVKV1.1.3土的工程物理性质（4）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。法国学者达西根据砂土渗透实验，发现水在土中的渗流速度v与A，B两点水位差成正比，与渗流路程长度L成反比。iLhLHHkkkv211.1.3土的工程物理性质式中k──土的渗透系数，m/d或m/h或m/s；k值的大小反映土体透水性的强弱，影响施工降水与排水的速度。土的渗透系数可以通过室内渗透试验或现场抽水试验测定。一般土的渗透系数见课本表1-4、1-5（P5页）L──渗流路程长度，m；t──渗流路程L所需的时间，（天、小时、秒）；i──水力坡度；h──A、B两点水头差；土的渗透系数的大小对施工排、降水方法的选择，涌水量计算，以及边坡支护方案的确定等都很大影响。1.2基坑（槽）的土方开挖1.2.1土方边坡1.土方的边坡系数目的：保证土体稳定，防止塌方，保证施工安全土方的边坡系数m用坡底宽b与h坡高（即基础开挖深度）之比表示。即其中称为坡度系数。1.2.1土方边坡2.边坡形式（a）直线形；（b）折线形；（c）阶梯形；（d）分级形边坡形式1.2.1土方边坡3.边坡放坡要求当基础土质均匀且地下水位低于基坑或基槽底面标高时，可不放坡也不设支撑，但是挖方深度不宜超过课本表1-6（P7页）规定。土质边坡及岩石边坡坡度允许值见表1-7及1-8项次土质情况挖土深限值(m)1密实、中密的砂土和碎石土类1.002硬塑、可塑的轻亚粘土及亚粘土1.253硬塑、可塑的粘土和碎石土类1.504坚硬的粘土2.001.2.1土方边坡4.影响边坡塌方的因素内因：土体内抗剪强度降低。外因：土体外剪应力增加。具体来说主要因素有：气候的影响，使土质松软；雨水或地下水浸入而产生润滑作用；饱和水的细砂、粉砂因振动而液化；边坡上面增加荷载（静、动），尤其是行车等动荷载较大；土体中含水量增加；土体竖向裂缝中的水（地下水）产生侧向静水压力等原因均对土方边坡稳定的影响较大。1.2.1土方边坡5.边坡防护a.薄膜覆盖法：在已开挖的边坡上铺设塑料薄膜，在坡顶、坡脚处用编织袋装土（砂）压边，并在坡脚处设置排水沟。此方法可用于防止雨水对边坡冲刷引起的塌方。b.堆砌土（砂）袋护坡：当各种土质有可能发生滑移失稳时，可采用装土(砂)的编织袋(或草袋)堆置于坡脚或坡面，加强边坡抗滑能力，增加边坡稳定。c.浆砌片石（砖、石）护坡：基坑高度不大、坡度较大时，可用浆砌砖、石压坡护面。另外还有挂网喷浆、钢丝网混凝土护面等防护方法。1.2.2土方量计算1.2.2土方量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。1.基坑（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。即：102(4)6HVAAA1.2.2土方量计算式中：H—基坑深度（m）；A1、A2—基坑上、下的底面积（㎡）；A0—基坑中截面的面积（㎡）。注意：A0一般情况下不等于A1、A2之和的一半，而应该按侧面几何图形的边长计算出中位线的长度，然后再计算中截面的面积A0。1.2.2土方量计算基槽和路堤管沟的土方量计算：若沿长度方向其断面形状或断面面积显著不一致时，可以按断面形状相近或断面面积相差不大的原则，沿长度方向分段后，用同样方法计算各分段土方量。最后将各段土方量相加即得总土方量V总。式中Vi—第i段的土方量（m3）；Li—第i段的长度（m）。1102(4)6LVAAA12nVVVV1.2.2土方量计算2.场地平整土石方工程量计算（1）确定场地设计标高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H0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。1.2.2土方量计算1）初步确定场地平整设计标高1.2.2土方量计算2）场地平整设计标高的调整场地设计标高H0确定之后，它还只是一理论值，实际工程当中还必需考虑以下因素进行调整：a.土地可松性影响设Δh为由于土的可松性引起的设计标高增加值，则设计标高调整以后总挖方体积V’W应为：V’W=VW-FWΔh总填方体积应为：V’T=（VW-FWΔh）K’S由于填方区的标高也应该和挖方区一样，要提高Δh，则ΔhFT=（VW-FWΔh）k’S-VW求出Δh值，场地的设计标高应调整：H’0=H0+Δh1.2.2土方量计算b.场地泄水坡度影响场地具有单向泄水坡度时，设计标高的确定方法，是把已经调整后的设计标高H’0作为场地中心的标高，场地内任意一点的设计标高则为：Hij=H’0±li式中Hij—场地内任意一点的设计标高；l—场地任意一点至场地中心线设计标高H’0的距离；i—场地泄水设计坡度(不少于2﹪)1.2.2土方量计算b.场地泄水坡度影响场地具有双向泄水坡度时，场地内任意一点的设计标高为：Hij=H'0±lxix±lyiy式中lx，ly——分别为任意一点沿x-x，y-y方向距场地中心的距离；ix，iy——分别为任意一点沿x-x，y-y方向的泄水坡度。1.2.2土方量计算2.场地平整土石方工程量计算（2）场地及边坡土方量计算1）方格网法：将场地划分为边长a=10～40m的若干方格，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(H0)。填、挖高度〔等于设计地面标高-自然地面标高〕，以“+”为填，“-”为挖。1.2.2土方量计算标注零点、确定零线位置一个方格内相邻两交叉点，如果一点为填方而另一点为挖方，这两点间必有一不填不挖的点，此点处施工高度为零，故称零点。零点位置可用图解法或计算法求出。图解法求零点：用直尺在填方交叉点沿着与零点所在边相垂直的边上，标出一定比例的填方高度，然后，在挖方交叉点相反方向标出同样比例的挖方高度，两高度点边线与方格边相并点即为零点。将零点连接成线段，即为零线。零线是填、挖方区的分界线。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（以绝对值代入），m；a──方格网的边长，m计算法求零点：1112ahXhh2212ahXhh1.2.2土方量计算方格中如果没有零线，土方量计算较为简单，否则，由于零线位置不同，其相应的土方量计算公式也不同，计算时要根据课本表1-9的公式求得。其中a—方格网的边长（m）；b、c—零点到一角点的边长（m）；h1、h2、h3、h4—方格网四角点的施工高程(m)；用绝对值代入；∑h—填方或挖方施工高程的总和（m）,用绝对值代入；v—挖方或填方体积（m3）。1.2.2土方量计算项目图式计算公式一点填方或挖方(三角形)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)32312366hbchVbcahV当b=a=c时，=1324()()248()()248hbcaVabchhhdeaVadehh2