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1、第1章 土方工程施工,1.1 土的工程分類及其工程性質(zhì),1.2 基坑（槽）的土方開挖,1.3 土方填筑與壓實(shí),1.5 人工降低地下水位,1.4 土方工程機(jī)械化施工,本 章 內(nèi) 容,按土開挖的難易程度將土分為：松軟土、普通土、堅(jiān)土、砂礫堅(jiān)土、軟石、次堅(jiān)石、堅(jiān)石、特堅(jiān)硬石等八類。松土和普通土可直接用鐵鍬開挖，或用鏟運(yùn)機(jī)、推土機(jī)、挖土機(jī)施工；堅(jiān)土、砂礫堅(jiān)土和軟石要用鎬、撬棍開挖，或預(yù)先松土，部分用爆破的方法施工；次堅(jiān)石、堅(jiān)石和特堅(jiān)硬石一般要用爆破方法施工。土的工程分類與現(xiàn)場(chǎng)鑒別方法見表1.1所示。,1.1 土的分類及工程物理性質(zhì),1.1.1 土的分類與鑒別,表1.1 土的工程分類與現(xiàn)場(chǎng)鑒別方法,土的

2、含水量：土中水的質(zhì)量與固體顆粒質(zhì)量之比的百分率。,1.1.2 土的工程性質(zhì),一、 土的含水量,式中：m濕含水狀態(tài)土的質(zhì)量，kg； m干烘干后土的質(zhì)量，kg； mW 土中水的質(zhì)量，kg； mS固體顆粒的質(zhì)量，kg。,土的含水量隨氣候條件、雨雪和地下水的影響而變化，對(duì)土方邊坡的穩(wěn)定性及填方密實(shí)程度有直接的影響。,(1.1),土的天然密度: 在天然狀態(tài)下，單位體積土的質(zhì)量。它與土的密實(shí)程度和含水量有關(guān)。土的天然密度按下式計(jì)算：,二、 土的天然密度和干密度,式中土的天然密度，kg/m3； m 土的總質(zhì)量，kg； V 土的體積，m3。,(1.2),干密度: 土的固體顆粒質(zhì)量與總體積的比值，用下式表示：,

3、式中d土的干密度，kg/m3； mS 固體顆粒質(zhì)量，kg； V 土的體積，m3。,在一定程度上，土的干密度反映了土的顆粒排列緊密程度。土的干密度愈大，表示土愈密實(shí)。土的密實(shí)程度主要通過檢驗(yàn)填方土的干密度和含水量來控制。,(1.3),三、 土的可松性系數(shù),土的可松性：天然土經(jīng)開挖后，其體積因松散而增加，雖經(jīng)振動(dòng)夯實(shí)，仍然不能完全復(fù)原，土的這種性質(zhì)稱為土的可松性。土的可松性用可松性系數(shù)表示，即,(1.4),(1.5),土的最初可松性系數(shù)KS是計(jì)算車輛裝運(yùn)土方體積及挖土機(jī)械的主要參數(shù)；土的最終可松性系數(shù)是計(jì)算填方所需挖土工程量的主要參數(shù)，各類土的可松性系數(shù)見表1.1所示。,四、 土的滲透性,土的滲透

4、性：指土體被水透過的性質(zhì)。土的滲透性用滲透系數(shù)表示。滲透系數(shù)：表示單位時(shí)間內(nèi)水穿透土層的能力，以m/d表示；它同土的顆粒級(jí)配、密實(shí)程度等有關(guān)，是人工降低地下水位及選擇各類井點(diǎn)的主要參數(shù)。土的滲透系數(shù)見表1.2所示。,表1.2 土的滲透系數(shù)參考表,1.2 土 方 計(jì) 算,1.2.1 基坑與基槽土方量計(jì)算,基坑土方量可按立體幾何中擬柱體(由兩個(gè)平行的平面作底的一種多面體)體積公式計(jì)算(圖1.1)。即,(1.6),基槽土方量計(jì)算可沿長度方向分段計(jì)算(圖1.2)：,將各段土方量相加即得總土方量：,(1.7),(1.8),1.2.2 場(chǎng)地平整土方計(jì)算,場(chǎng)地挖填土方量計(jì)算有方格網(wǎng)法和橫截面法兩種。橫截面法

5、是將要計(jì)算的場(chǎng)地劃分成若干橫截面后，用橫截面計(jì)算公式逐段計(jì)算，最后將逐段計(jì)算結(jié)果匯總。橫截面法計(jì)算精度較低，可用于地形起伏變化較大地區(qū)。對(duì)于地形較平坦地區(qū)，一般采用方格網(wǎng)法。,方格網(wǎng)法計(jì)算場(chǎng)地平整土方量步驟為：(1) 讀識(shí)方格網(wǎng)圖 方格網(wǎng)圖由設(shè)計(jì)單位(一般在1/500的地形圖上)將場(chǎng)地劃分為邊長a=1040m的若干方格，與測(cè)量的縱橫坐標(biāo)相對(duì)應(yīng)，在各方格角點(diǎn)規(guī)定的位置上標(biāo)注角點(diǎn)的自然地面標(biāo)高(H)和設(shè)計(jì)標(biāo)高(Hn)，如圖1.3所示。,(2)計(jì)算場(chǎng)地各個(gè)角點(diǎn)的施工高度 施工高度為角點(diǎn)設(shè)計(jì)地面標(biāo)高與自然地面標(biāo)高之差，是以角點(diǎn)設(shè)計(jì)標(biāo)高為基準(zhǔn)的挖方或填方的施工高度。各方格角點(diǎn)的施工高度按下式計(jì)算：,(1

6、.9),(3) 計(jì)算“零點(diǎn)”位置，確定零線 方格邊線一端施工高程為“+”，若另一端為“-”，則沿其邊線必然有一不挖不填的點(diǎn)，即為“零點(diǎn)”(圖1.4)。,零點(diǎn)位置按下式計(jì)算：,(1.10),(4) 計(jì)算方格土方工程量 按方格底面積圖形和表1.3所列計(jì)算公式，逐格計(jì)算每個(gè)方格內(nèi)的挖方量或填方量。(5) 邊坡土方量計(jì)算 場(chǎng)地的挖方區(qū)和填方區(qū)的邊沿都需要做成邊坡，以保證挖方土壁和填方區(qū)的穩(wěn)定。邊坡的土方量可以劃分成兩種近似的幾何形體進(jìn)行計(jì)算，一種為三角棱錐體(圖1.6中、)，另一種為三角棱柱體(圖1.6中)。,A三角棱錐體邊坡體積,(1.11),B三角棱柱體邊坡體積,兩端橫斷面面積相差很大的情況下，邊

7、坡體積,C計(jì)算土方總量 將挖方區(qū)(或填方區(qū))所有方格計(jì)算的土方量和邊坡土方量匯總，即得該場(chǎng)地挖方和填方的總土方量。,(1.12),(1.13),1.2.4 土方邊坡與土壁支撐,土壁穩(wěn)定，主要是由土體內(nèi)摩阻力和粘結(jié)力保持平衡，一旦失去平衡，土壁就會(huì)塌方。造成土壁塌方的主要原因有：,邊坡過陡，使土體本身穩(wěn)定性不夠，尤其是在土質(zhì)差、開挖深度大的坑槽中，常引起塌方。 雨水、地下水滲入基坑，使土體重力增大及抗剪能力降低，是造成塌方的主要原因?；?槽)邊緣附近大量堆土，或停放機(jī)具、材料，或由于動(dòng)荷載的作用，使土體產(chǎn)生的剪應(yīng)力超過土體的抗剪強(qiáng)度,一、 土方邊坡,土方邊坡的坡度以挖方深度(或填方深度) h與

8、底寬b之比表示(圖1.11)，即 土方邊坡坡度= h/b=1/(b/h)=1m 式中 m=b/h 稱為邊坡系數(shù)。,當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件良好、土質(zhì)均勻且地下水位低于基坑(槽)或管溝底面標(biāo)高時(shí)，挖方邊坡可做成直立壁不加支撐，但深度不宜超過下列規(guī)定： 密實(shí)、中密的砂土和碎石類土(充填物為砂土)：1.0m； 硬塑、可塑的粉土及粉質(zhì)粘土： 1.25m； 硬塑、可塑的粘土和碎石類土(充填物為粘性土)： 1.5m； 堅(jiān)硬的粘土： 2m。 挖土深度超過上述規(guī)定時(shí)，應(yīng)考慮放坡或做成直立壁加支撐。,二、 土壁支撐,土壁支撐形式應(yīng)根據(jù)開挖深度和寬度、土質(zhì)和地下水條件以及開挖方法、相鄰建筑物等情況進(jìn)行選擇和設(shè)計(jì)。,橫撐式支撐由

9、擋土板、楞木和工具式橫撐組成，用于寬度不大、深度較小溝槽開挖的土壁支撐。根據(jù)擋土板放置方式不同，分為水平擋土板和垂直擋土板兩類(見圖1.12)。,(1) 橫撐式支撐,(2) 板樁式支撐 板樁式支撐特別適用于地下水位較高且土質(zhì)為細(xì)顆粒、松散飽和土的支護(hù)，可防治流砂現(xiàn)象產(chǎn)生。,板樁支撐作用：使地下水在土中的滲流路線延長，減小了動(dòng)水壓力，從而可預(yù)防流砂的產(chǎn)生；板樁支撐既擋土又防水，特別適于開挖較深、地下水位較高的大型基坑；可以防止基坑附近建筑物基礎(chǔ)下沉。,鋼板樁又可分平板樁和波浪式板樁兩類。平板樁(圖1.13(a)防水和承受軸向壓力性能良好，易打入地下，但長軸方向抗彎強(qiáng)度較??；波浪式板樁（圖1.13

10、(b)）的防水和抗彎性能都較好，施工中多采用。,鋼板樁施工,1.3 填土與壓實(shí),1.3.1 填土的要求,填土的土料應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。 含有大量有機(jī)物、石膏和水溶性硫酸鹽(含量大于5%)的土以及淤泥、凍土、膨脹土等，均不應(yīng)作為填方土料；以粘土為土料時(shí)，應(yīng)檢查其含水量是否在控制范圍內(nèi)，含水量大的粘土不宜作填土用；一般碎石類土、砂土和爆破石渣可作表層以下填料，其最大粒徑不得超過每層鋪墊厚度的2/3。,填土應(yīng)按整個(gè)寬度水平分層進(jìn)行，當(dāng)填方位于傾斜的山坡時(shí)，應(yīng)將斜坡修筑成12階梯形邊坡后施工，以免填土橫向移動(dòng)，并盡量用同類土填筑?；靥钍┕で埃罘絽^(qū)的積水采用明溝排水法排除，并清除雜物。,1.3.2 土的壓

11、實(shí)方法,填土的壓實(shí)方法一般有碾壓、夯實(shí)、振動(dòng)壓實(shí)等幾種。 碾壓法是靠沿填筑面滾動(dòng)的鼓筒或輪子的壓力壓實(shí)填土的，適用于大面積填土工程。碾壓機(jī)械有平碾(壓路機(jī))、羊足碾、振動(dòng)碾和汽胎碾。碾壓機(jī)械進(jìn)行大面積填方碾壓，宜采用“薄填、低速、多遍”的方法。 夯實(shí)方法是利用夯錘自由下落的沖擊力來夯實(shí)填土，適用于小面積填土的壓實(shí)。夯實(shí)機(jī)械有夯錘、內(nèi)燃夯土機(jī)和蛙式打夯機(jī)等。,1.3.3 填土壓實(shí)的影響因素,填土壓實(shí)的主要影響因素為壓實(shí)功、土的含水量以及每層鋪土厚度。 一、 壓實(shí)功的影響 填土壓實(shí)后的密度與壓實(shí)機(jī)械在其上所施加功的關(guān)系見圖1.33。,二、 含水量的影響 填土含水量的大小直接影響碾壓(或夯實(shí))遍數(shù)和

12、質(zhì)量。 較為干燥的土，由于摩阻力較大，而不易壓實(shí)；當(dāng)土具有適當(dāng)含水量時(shí)，土的顆粒之間因水的潤滑作用使摩阻力減小，在同樣壓實(shí)功作用下，得到最大的密實(shí)度，這時(shí)土的含水量稱做最佳含水量(圖1.34)。,三、 鋪土厚度的影響 在壓實(shí)功作用下，土中的應(yīng)力隨深度增加而逐漸減小(圖1.35)，其壓實(shí)作用也隨土層深度的增加而逐漸減小。 各種壓實(shí)機(jī)械的壓實(shí)影響深度與土的性質(zhì)和含水量等因素有關(guān)。 對(duì)于重要填方工程，其達(dá)到規(guī)定密實(shí)度所需的壓實(shí)遍數(shù)、鋪土厚度等應(yīng)根據(jù)土質(zhì)和壓實(shí)機(jī)械在施工現(xiàn)場(chǎng)的壓實(shí)試驗(yàn)決定。若無試驗(yàn)依據(jù)應(yīng)符合表1.8的規(guī)定。,表1.8 填土施工時(shí)的分層厚度及壓實(shí)遍數(shù),1.3.4 填土質(zhì)量檢查,填土壓實(shí)后

13、必須要達(dá)到密實(shí)度要求，填土密實(shí)度以設(shè)計(jì)規(guī)定的控制干密度d(或規(guī)定的壓實(shí)系數(shù))作為檢查標(biāo)準(zhǔn)。 土的控制干密度與最大干密度之比稱為壓實(shí)系數(shù)。土的最大干密度乘以規(guī)范規(guī)定或設(shè)計(jì)要求的壓實(shí)系數(shù)，即可計(jì)算出填土控制干密度d的值。 土的實(shí)際干密度可用“環(huán)刀法”測(cè)定。填方施工結(jié)束后，應(yīng)檢查標(biāo)高、邊坡坡度、壓實(shí)程度等。,一、 推土機(jī) 按行走的方式，可分為履帶式推土機(jī)和輪胎式推土機(jī)。 履帶式推土機(jī)附著力強(qiáng)，爬坡性能好，適應(yīng)性強(qiáng)；輪胎式推土機(jī)行駛速度快，靈活性好。,1.4 土方機(jī)械化施工,1.4.1 常用土方施工機(jī)械,二、 鏟運(yùn)機(jī) 按行走方式分為牽引式鏟運(yùn)機(jī)和自行式鏟運(yùn)機(jī)；按鏟斗操縱系統(tǒng)分，有液壓操縱和機(jī)械操縱兩種

14、。 為了提高鏟運(yùn)機(jī)的生產(chǎn)效率，可以采取下坡鏟土、推土機(jī)推土助鏟等方法，縮短裝土?xí)r間，使鏟斗的土裝得較滿。 助鏟法：根據(jù)填、挖方區(qū)分布情況，結(jié)合當(dāng)?shù)鼐唧w條件，合理選擇運(yùn)行路線，提高生產(chǎn)率。一般有環(huán)形路線和“8”字形路線兩種形式。 環(huán)形路線 見圖1.23“8”字形路線 見圖1.24,三、 單斗挖土機(jī) 單斗挖土機(jī)按工作裝置不同，可分為正鏟、反鏟、拉鏟和抓鏟四種(圖1.25)。 單斗挖土機(jī)按其操縱機(jī)構(gòu)的不同，可分為機(jī)械式和液壓式兩類。,(1) 正鏟挖土機(jī) 正鏟挖土機(jī)的工作特點(diǎn)是前進(jìn)行駛，鏟斗由下向上強(qiáng)制切土，挖掘力大，生產(chǎn)效率高；適用于開挖含水量不大于27%的一至三類土，且與自卸汽車配合完成整個(gè)挖掘運(yùn)

15、輸作業(yè)；可以挖掘大型干燥基坑和土丘等。 正鏟挖土機(jī)的開挖方式，根據(jù)開挖路線與運(yùn)輸車輛的相對(duì)位置的不同，挖土和卸土的方式有以下兩種： 正向挖土，側(cè)向卸土(圖1.26(b) 正向挖土，反向卸土(圖1.26(a),(2) 反鏟挖土機(jī) 反鏟挖土機(jī)的工作特點(diǎn)是機(jī)械后退行駛，鏟斗由上而下強(qiáng)制切土，用于開挖停機(jī)面以下的一至三類土，適用于挖掘深度不大于4m的基坑、基槽、管溝，也適用濕土、含水量較大的及地下水位以下的土壤開挖。 反鏟挖土機(jī)的開行方式有溝端開挖和溝側(cè)開挖兩種。 溝端開挖(圖1.28(a)反鏟挖土機(jī)停在溝端，向后退著挖土。 溝側(cè)開挖(圖1.28(b)挖土機(jī)在溝槽一側(cè)挖土，挖土機(jī)移動(dòng)方向與挖土方向垂直

16、。,(3) 拉鏟挖土機(jī) 拉鏟挖土機(jī)工作時(shí)利用慣性，把鏟斗甩出后靠收緊和放松鋼絲繩進(jìn)行挖土或卸土，鏟斗由上而下，靠自重切土，可以開挖一、二類土壤的基坑、基槽和管溝等地面以下的挖土工程，特別適用于含水量大的水下松軟土和普通土的挖掘。拉鏟開挖方式與反鏟相似，可溝端開挖，也可溝側(cè)開挖。(4) 抓鏟挖土機(jī) 抓鏟挖土機(jī)主要用于開挖土質(zhì)比較松軟，施工面比較狹窄的基坑、溝槽、沉井等工程，特別適于水下挖土。土質(zhì)堅(jiān)硬時(shí)不能用抓鏟施工。,一、 土方機(jī)械選擇的原則 施工機(jī)械的選擇應(yīng)與施工內(nèi)容相適應(yīng)；土方施工機(jī)械的選擇與工程實(shí)際情況相結(jié)合；主導(dǎo)施工機(jī)械確定后，要合理配備完成其他輔助施工過程的機(jī)械；選擇土方施工機(jī)械要考慮其他施工方法，輔助土方機(jī)械化施工。,1.4.2 土方機(jī)械的選擇,二、 土方開挖方式與機(jī)械選擇 (1) 平整場(chǎng)地常由土方的開挖、運(yùn)輸、填筑和壓實(shí)等工序完成。 地勢(shì)較平坦、含水量適中的大面積平整場(chǎng)地，選用鏟運(yùn)機(jī)較適宜。 地形起伏較大，挖方、填方量大且集中的平整場(chǎng)地，運(yùn)距在1000m以上時(shí)，可選擇正鏟挖土機(jī)配合自卸車進(jìn)行挖土、運(yùn)土，在填方區(qū)配備推土機(jī)平整及壓路機(jī)碾壓施工。挖填方高度均不大，運(yùn)距在100m