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第一章土石方工程与地基处理本章提要：本章内容包括：土的工程性质与分类、施工场地平整、沟槽与基坑开挖、支撑设置、土方回填与夯实、地基加固处理等内容。第一节土的工程性质及分类一：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。二：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.土的质量密度分天然密度和干密度。土的天然密度，指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。土的干密度，指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。2.土的可松性土具有可松性。土的可松性是指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——最初可松性系数；KS′——最后可松性系数；V1——土在天然状态下的体积(m3)；V2——土经开挖后的松散体积(m3)；V3——土经回填压实后的体积(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。3.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5～70.944.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12～151.85～1.955.土的渗透性土的渗透性是指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，表1－4所列数据可供参考。土的渗透系数参考值表1－4土的种类K(m/d)土的种类K(m/d)亚粘土、粘土0.1含粘土的中砂及纯细砂20～25亚粘土0.1～0.5含粘土的细砂及纯中砂35～50含亚粘土的粉砂0.5～1.0纯粗砂50～75纯粉砂1.5～5.0粗砂夹砾石50～100含粘土的细砂10～15砾石100～200三：土的工程分类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)和粘性土(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。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。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第二节场地平整施工场地平整施工一般包括：计算场区挖填土方工程量，确定挖填土方的调配，选择施工机械及拟定施工方案。一、场地土方量计算方格网法全部挖或填土方量计算公式二、土方的平衡调配土方的平衡调配，是对挖土、填土、堆弃或移运之间的关系进行综合协调，以确定土方的调配数量及调配方向。它的目的是使土方运输量或土方运输成本最低。三、场地平整施工方法场地平整的施工方法，在大面积平整时，通常采用机械施工。常用的机械有推土机、铲运机和单斗挖土机。（一）推土机1：推土机是土方工程施工的主要机械之一，是在履带式拖拉机上安装推土板等工作装置而成的机械。常用推土机的发动机功率有45、75、90、120（kW）等数种。推土板有索式和液压操纵两种。图示是液压操纵的推土机外形图。液压操纵推土板的推土机除了可以升降推土板外，还可调整推土板的角度，因此具有更大的灵活性。液压操纵推土机外形图2：推土机操纵灵活、运转方便、所需工作面较小、行驶速度快、能爬30°左右的缓坡，因此应用范围较广3：推土机作业以切土和推运土为主，切土时应根据土质情况尽量采用最大切土深度在最短距离(6～10m)内完成，以便缩短低低速行进的时间，然后直接推运到预定地点。上下坡度不得超过35°，横坡不得超过10°。几台推土机同时作业时，前后距离应大于8m3：推土机经济运距在100m以内，效率最高的运距为60m。为提高生产率，可采用下述方法：（1）槽形推土。推土机多次在一条作业线上工作，使地面形成一条浅槽，以减少从铲刀两侧散漏。这样作业可增加推土量10％～30％。槽深以1m左右为宜，槽间土埂宽约0.5m。在推出多条槽后，再将土埂推入槽内，然后运出。（2）下坡推土。在斜坡上方顺下坡方向工作。坡度不宜大于15°，以免后退时爬坡困难。（3）并列推土。在大面积场地平整时，可采用多台推土机并列作业。通常两机并列推土可增大推土量15％～30％，三机并列推土可增加30％～40％。并列推土的运距宜为20～60m槽形推土下坡推土法并列推土（二）铲运机铲运机是一种能综合完成全部土方施工工序(挖土、装土、运土、卸土和平土)的机械。按行走方式分为自行式铲运机和拖式铲运机两种。常用的铲运机斗容量为2m3、5m3、6m3、7m3等数种，按铲斗的操纵系统又可分为钢丝绳操纵和液压操纵两种。C3－6型自行式铲运机外形图1：铲运机操纵简单，不受地形限制，能独立工作，行驶速度快，生产效率高。2：铲运机适于开挖一类至三类土，常用于坡度20°以内的大面积土方挖、填、平整、压实，大型基坑开挖和堤坝填筑等。3：铲运机运行路线和施工方法视工程大小、运距长短、土的性质和地形条件等而定。其运行路线可采用环形路线或8字路线。其中托式铲运机的适用运距为80～800m，当运距为200～350m时效率最高。而自行式铲运机的适用运距为800～1500m。采用下坡铲土、跨铲法、推土机助铲法等，可缩短装土时间提高土斗装土量，以充分发挥其效率。(a)环形路线(b)大环形路线8字形路线1－铲土；2－卸土（三）挖掘机挖掘机按行走方式分为履带式和轮胎式两种。按传动方式分为机械传动和液压传动两种。斗容量有0.2m3、0.4m3、1.0m3、1.5m3、2.5m3等多种，工作装置有正铲、反铲、抓铲，机械传动挖掘机还有拉铲。使用较多的是正铲与反铲。挖掘机利用土斗直接挖土，因此也称为单斗挖土机。1：正铲挖掘机。正铲挖掘机外形如图示。挖土特点是：前进向上，强制切土。它适用于开挖停机面以上的土方，且需与汽车配合完成整个挖运工作。正铲挖掘机挖掘力大，适于开挖含水量小于27％的一类土至四类土和经爆破的岩石及冻土。1）：正铲挖掘机外形正铲的开挖方式根据开挖路线与汽车相对位置的不同分为：正向开挖、侧向装土以及正向开挖、后方装土两种，前者生产率较高。正铲的生产率主要决定于每斗的装土量和每斗作业的循环延续时间。为了提高其生产率，除了工作面高度必须满足装满土斗的要求之外，还要考虑开挖方式和与运土机械配合的问题，尽量减少回转角度，缩短每个循环的延续时间。2：反铲挖掘机。1）：反铲适用于开挖一类至三类的砂土或粘土。挖土特点是：后退向下，强制切土。主要用于开挖停机面以下的土方，最大挖土深度4～6m，经济合理的挖土深度为2～4m。反铲也需配备运土汽车进行运输，其外形如图示。2）：反铲的开挖方式可以采用沟端开挖法，即反铲停于沟端，后退挖土，向沟一侧弃土或装汽车运走，也可采用沟侧开挖法，即反铲停于沟侧，沿沟边开挖，它可将土弃于距沟较远的地方，如装车则回转角度也小，但边坡不易控制。3：拉铲挖掘机。1）：适用于一类至三类的土，可开挖较大基坑(槽)和沟渠，挖取水下泥土，也可用于填筑路基、堤坝等。挖土特点是：后退向下，自重切土，其挖土深度和挖土半径都很大。拉铲能开挖停机面以下的土方，其工作状况如图示。2）：拉铲挖土时，依靠土斗自重及拉索拉力切土，卸土时斗齿朝下，利用惯性，较湿的粘土也能卸净。它的开挖方式也有沟端开挖和沟侧开挖两种。正铲挖掘机外形(a)正向挖土、反向卸土(b)正向挖土、侧向卸土正铲挖土机卸土方式反铲挖掘机外形(a)沟端开挖(b)沟侧开挖第三节沟槽、基坑开挖一、沟槽与基坑断面选择及土方量计算（一）沟槽断面形式(a)(b)(c)(d)(a)直槽：(b)梯形槽：(c)混合槽：(d)联合槽沟槽底宽由下式计算：W=B+2b式中B－－管道基础宽（m）b－－工作宽度（m）（二）土方量计算二、土方施工发生塌方与流砂的处理第四节沟槽及基坑支撑一、支撑种类及其适用条件沟槽支撑形式有横撑、竖撑和板桩撑，开挖较大基坑时还采用锚碇式支撑等。横撑和竖撑由撑板（挡土板）、立柱和撑杠组成。二、支撑的设置和拆除第五节土方回填一、回填土方的压实方法1：填土压实方法有碾压、夯实和振动三种(图1－45)。1）：填土压实方法(a)碾压b)夯实c)振动a)碾压法。(1)碾压法是由沿着表面滚动的鼓筒或轮子的压力压实土壤。一切拖动和自动的碾压机具，如平滚碾、羊足碾和气胎碾等的工作都属于同一原理。