1、第一章 土方工程 主要內容：土方工程的分類和特點、土方工程施工準備與輔助工作、施工排水與地基處理、土方工程施工機械的選擇、土方回填與壓實及土方工程質量標準 學習重點：土的工程性質，土的工程性質，土方填筑與壓實 ，土方機械化施工 ? 學習要求: 掌握土方工程的分類，土的工程性質，土方機械化施工； 了解土壁塌方和發生流砂現象的原因及防止方法； 了解施工排水的分類及方法； 熟悉常用土方施工機械的特點、性能、適用范圍及提高生產率的方法； 掌握回填土施工方法及質量檢驗標準。 第一章 土方工程 ? 1.1 土方工程的基本知識 ? 1.2 土方施工準備與輔助工程 ? 1.3 施工排水與地基處理 ? 1.4

2、土方工程的機械化施工 ? 1.5 土方回填與壓實 ? 1.6 土方工程質量標準 第一章 土方工程 一、土方工程的分類及特點 ?土方工程分類 ? 場地平整 ? 基坑（槽）開挖 ? 基坑（槽）回填 ? 路基的修筑 ?土方施工特點 ? 工程量大、勞動強度高。 ? 施工條件復雜。 ? 受場地限制。 1.1 基本知識 二、土的分類與現場鑒別方法 ?在工程上，土根據開挖難易程度分為八類，其中一四類土為土，五八類土為巖石。其開挖難易直接影響其施工方案、勞動量消耗和工程費用。 ?松土和普通土可直接用鐵鍬開挖，或用鏟運機、推土機、挖土機施工； ?堅土、砂礫堅土和軟石要用鎬、撬棍開挖，或預先松土，部分用爆破的方法

3、施工； ?次堅石、堅石和特堅硬石一般要用爆破方法施工。 ? 土的工程分類與現場鑒別方法見表11所示。 1.1 基本知識 表11 土的工程分類與現場鑒別方法 土的分類 土 的 名 稱 可松性系數 現場鑒別方法 KS Ks 一類土 (松軟土) 砂，亞砂土，沖積砂土層，種植土，泥炭(淤泥) 1.08 1.17 1.011.03 能用鍬、鋤頭挖掘 二類土 (普通土) 亞粘土，潮濕的黃土，夾有碎石、卵石的砂，種植土，填筑土及亞砂土 1.14 1.28 1.021.05 用鍬、鋤頭挖掘，少許用鎬翻松 三類土 (堅土) 軟及中等密實粘土，重亞粘土，粗礫石，干黃土及含碎石、卵石的黃土、亞粘土，壓實的填筑土 1

4、.24 1.30 1.041.07 要用鎬，少許用鍬、鋤頭挖掘，部分用撬棍 四類土(砂礫堅土) 重粘土及含碎石、卵石的粘土，粗卵石，密實的黃土，天然級配砂石，軟泥灰巖及蛋白石 1.26 1.32 1.061.09 整個用鎬、撬棍，然后用鍬挖掘，部分用楔子及大錘 1.1 基本知識 土的分類 土 的 名 稱 可松性系數 現場鑒別方法 KS Ks 五類土 (軟石) 硬石炭紀粘土，中等密實的頁巖、泥灰巖、白堊土，膠結不緊的礫巖，軟的石炭巖 1.301.45 1.10 1.20 用鎬或撬棍、大錘挖掘，部分使用爆破方法 六類土 (次堅石) 泥巖，砂巖，礫巖，堅實的頁巖，泥灰巖，密實的石灰巖，風化花 崗巖，

5、片麻巖 1.301.45 1.10 1.20 用爆破方法開挖,部分用風鎬 七類土 (堅石) 大理巖，輝綠巖，玢巖，粗、中?；◢弾r，堅實的白云巖、砂巖、礫 巖、片麻巖、石灰巖，風化痕跡的安山巖、玄武巖 1.301.45 1.10 1.20 用爆破方法開挖 (特堅硬石) ) 安山巖，玄武巖，花崗片麻巖，堅實的細粒花崗巖、閃長巖、石英巖、輝長巖、輝綠巖、玢巖 1.451.50 1.20 1.30 用爆破方法開挖 1.1 基本知識 ? 三、土的工程性質 ? 土的可松性：天然土經開挖后，其體積因松散而增加，以后雖經回填壓實，仍然不能恢復成原來體積，土的這種性質稱為土的可松性。土的可松性用可松性系數表示，

6、即 式中 KS、KS V1土在天然狀態下的體積，m3 V2土挖出后在松散狀態下的體積，m3 V3土經壓(夯)實后的體積，m3。 3211(1 1)(1 2)ssVVKKVV?1.1 基本知識 ?土的天然含水量 土的天然含水量是指土中水的質量與土顆粒質量的百分比。表達式為： 式中：m濕含水狀態土的質量，kg； m干烘干后土的質量，kg； mW 土中水的質量，kg； mS固體顆粒的質量，kg。 土的含水量隨氣候條件、雨雪和地下水的影響而變化，對土方邊坡的穩定性及填方密實程度有直接的影響。 -100%100%(1 3)wsmmmWmm?干濕干1.1 基本知識 ?土的天然密度和干密度 土的密度： (黏

7、土=1.82.0，砂=1.62.0） 土的干密度： 土的干密度與土的天然密度之間有如下關系： mv?(1)(1)swsssdmmmmmmVVVV? ?1d?dsmv?1.1 基本知識 ?土的滲透性 土的滲透性：指土體被水透過的性質。土的滲透性用滲透系數表示。 滲透系數：表示單位時間內水穿透土層的能力，以m/d表示；它同土的顆粒級配、密實程度等有關，是人工降低地下水位及選擇各類井點的主要參數。土的滲透系數 見表12所示。 1.1 基本知識 表12 土的滲透系數參考表 土的名稱 滲透系數(m/d) 土的名稱 滲透系數(m/d) 粘土 0.005 中砂 5.0020.00 亞 粘 土 0.0050.

8、10 均質中砂 3550 輕亞粘土 0.100.50 粗砂 2050 黃土 0.250.50 圓 礫 石 50100 粉砂 0.501.00 卵石 100500 細砂 1.005.00 1.1 基本知識 1.2 施工準備與輔助工作 一、施工準備及定位放線 （一）施工準備工作： 1.場地清理； 2.地面水排除； 3.修筑臨時設施 （二）定位放線： 1.建筑物定位；2.放線 二、土方邊坡與土壁支撐 （一）土方邊坡 土方邊坡坡度 1:m B H ?土方邊坡的大小主要與土質、開挖深度、開挖方法、 邊坡留置時間的長短、邊坡附近的各種荷載狀況及排 水情況有關。 m稱為邊坡系數 1.2 施工準備與輔助工作

9、（二）土壁支護 土壁支撐形式應根據開挖深度和寬度、土質和地下水條件以及開挖方法、相鄰建筑物等情況進行選擇和設計。 橫撐式支撐 1.2 施工準備與輔助工作 （三）大面積深基坑支護 1.支護特點 主要支護方法:鋼板樁、柱列式鋼筋砼樁、連續墻等，對方形或圓形基坑采用拱圈。 利用深層攪拌法加固基坑四周土體 逆作法施工技術日益被重視 2.一些先進施工技術 (1)地下連續墻 (2)柱列式灌注樁 (3)土錨桿 (4)土釘墻 1.2 施工準備與輔助工作 (1)地下連續墻（動畫） 地下連續墻已是目前深基坑的主要支護結構之一。對地下結構層數多的深基坑的施工非常有利。 優點：結構整體性好，剛度大，可作防滲墻，形 狀

10、靈活 缺點：需用專用機械，成本較高 1.2 施工準備與輔助工作 (2)柱列式灌注樁 以鋼筋砼灌注樁配合土錨桿或橫向支撐以減少柱身彎距的擋土結構 優點：可使用鉆孔機械，按通常灌注柱施工 缺點：整體性能較差，無防水能力 1.2 施工準備與輔助工作 (3)土層錨桿 土層錨桿是一種埋入土層深部的受拉桿件，它一端與構筑物相連，另一端錨固在土層中。 鉆孔安放拉桿灌漿養護安裝錨頭張拉錨固和挖土。 1.2 施工準備與輔助工作 (4)土釘墻 土釘墻由被加固土體、放置在土中的土釘體和噴 射砼面板組成，形成一個以土擋土的重力式擋土墻。 土釘墻自上而下施工， 靠土釘的相互作用形 成復合整體作用。 施工工藝： 開挖工作

11、面、噴射砼 設置土釘、 鋪設鋼筋網、 設置排水系統 1.2 施工準備與輔助工作 土釘墻 1.2 施工準備與輔助工作 一、施工排水 為了保持基坑干燥，防止由于水浸泡發生邊坡塌方和地基承載力下降，必須做好基坑的排水、降水工作，常采用的措施是明溝排水法和井點降水法。 （一）明排水法 開挖基坑或溝槽過程中，遇到地下水或地表水時，在基礎范圍以外地下水流的上游，沿坑底的周圍開挖排水溝，設置集水井，使水經排水溝流入井內，然后用水泵抽出坑外 1.3施工排水與地基處理 ?集水井降水（動畫） 對象：雨水、地下水。 要求：邊坡穩定，坑（槽） 底不受水浸泡。 方法：在基坑（槽）開挖時，沿坑底周圍或中央開挖排水 溝，在

12、溝下游設置集水井，匯集溝內積水，然后水 泵抽走 做法： 1、排水溝和集水井應設置在基礎范圍以外； 2、排水溝的橫斷面不小于0.5m*0.5m ，縱向坡度宜為1-2； 3、集水井每隔20-40m設置一個，其直徑和寬度一般為 0.6-0.8m ，其深度終低于挖土面0.7-1.0m 。 1.3施工排水與地基處理 1.3施工排水與地基處理 在基坑開挖前，預先在基坑四周埋設一定數量的濾水管，利用抽水設備連續不斷的抽水，使地下水位降至基底以下，直至基礎施工完畢為止。 （二）井點降水 1.3施工排水與地基處理 人工降水法有：輕型井點、噴射井點、電滲井點、管井井點及滲井井點等。其中，輕型井點應用廣泛。 ?輕型

13、井點（動畫） 1.輕型井點的主要設備 （1）管路系統：濾管、井點管、彎聯管、總管。 （2）抽水設備：真空泵、離心泵、水氣分離器。 1.3施工排水與地基處理 2.輕型井點的布置 1)平面布置 當基坑或溝槽寬度小于6m，水位降低深度不超過5m時，可用單排線狀井點布置在地下水流的上游一側，兩端延伸長度一般不小于溝槽寬度。 1.3施工排水與地基處理 ? 基坑（槽）大于6m或土質不良的情況可以采用雙排布置。 1.3施工排水與地基處理 ? 如寬度大于6m或土質不定，滲透系數較大時，宜用雙排井點，面積較大的基坑宜用環狀井點；為便于挖土機械和運輸車輛出入基坑，可不封閉，布置為U形環狀井點。 1.3施工排水與地

14、基處理 ? 當一級井點系統達不到降水深度時，可采用二級井點，即先挖去第一級井點所疏干的土，然后在基坑底部裝設第二級井點，使降水深度增加。 1.3施工排水與地基處理 ? 噴射井點降水（噴水井點和噴氣井點 ） 構件： 噴射井點的主要工作部件是噴射井管內管底端的揚水裝置噴嘴和混合室 工作原理： 當噴射井作時，由地面高壓離 心水泵供應的高壓工作水，噴 嘴噴出，在噴嘴處由于過水斷 面突然收縮變小，使工作水流 具有極高的流速(3060m/s) ， 在噴口附近造成負壓(形成真空)， 因而將地下水經濾管吸人，吸入 的地下水在混合室水流壓力相對 增大，把地下水連同工作水一起 揚升出地面，經排水管道系統排 至集水

15、池或水箱，由此再用排水 泵排出。 1.3施工排水與地基處理 布置要求： 采用噴射井點時，當基坑寬度小于10m可單排布置;大于10m則雙排布置。當基坑面積較大時，宜環形布置。井點間距一般為2 3m。埋設時沖孔直徑約400 600mm，深度應大于濾管底lm以上 。 工作水要求： 工作水要干凈，不得含泥砂和其他雜物，尤其在工作初期更應注意工作水的干凈，因為此時抽出的地下水可能較渾濁，如不經過很好的沉淀即用作工作水，會使噴嘴、混合室等部位很快的磨損。如果揚水裝置已磨損。在使用前應及時更換。為防止產生工作水反灌現象.在濾管下端最好增設逆止球閥。 1.3施工排水與地基處理 ? 電滲井點 降水 工作原理：

16、是在降水井點管的內側打人金屬棒(鋼筋、鋼管，連以導線。以井點管為陰級金屬棒為陽極，通入直流電后，土顆粒自陰極向陽極移動，稱電泳現象，使土體固結;地下水自陽極向陰極移動，稱電滲現象，使軟土地基易于排水。它用于滲透系數小于0.1m/d 的土層。 1.3施工排水與地基處理 ? 管井井點降水 管井井點就是沿開挖的基坑，每隔一定距離設置一個管井，每個管井單獨用一臺水泵(潛水泵、離心泵)進行抽水，降低地下水位。用此法可降低地下水位510m，適用于滲透系數較大（土的滲透系數K20200m /d）地下水量大的土層中。 1.3施工排水與地基處理 ?降水對周圍建筑的影響及防止措施 1、影響情況： a、會產生較大的

17、地面沉降； b、四周土層的自重應力變化不一而導致不均勻沉 降，使周圍建筑物基礎下沉或房屋開裂。 2、防止措施： （1）采用密封形式的擋土墻或采取其他的 密封措施 （2）適當調整井點管的埋置深度 （3）采用井點降水與回灌相結合的技術。 （4）采用注漿固土技術防止水土流失。 1.3施工排水與地基處理 二、流砂產生及防治 1、現象：當基坑（槽）挖土至地下水水位以下時，而土質又是細砂或粉砂，有采用集水井法降水，有時坑底下面的土會形成流動狀態，隨地下水一起流動涌入基坑，這種現象稱為流砂現象。 2、原因：當基坑底挖至地下水位以下時，坑底的土就受到動水壓力的作用。如果動水壓力等于或大于土的浸水重度時，土粒失

18、去自重處于懸浮狀態，能隨著滲流的水一起流動，帶入基坑邊發生流砂現象。 3、危害：發生流砂現象時，土完全喪失承載能力，使施工條件惡化，難以達到開挖設計深度。嚴重時會造成邊坡塌方及附近建筑物下降、傾斜、倒塌等。總之，流砂現象對土方施工和附近建筑物有很大危害。 1.3施工排水與地基處理 1.4.1 常用土方施工機械和施工特點 1.4.1.1 推土機 ?按行走的方式，可分為履帶式推土機和輪胎式推土機。 ?履帶式推土機附著力強，爬坡性能好，適應性強； ?輪胎式推土機行駛速度快，靈活性好。 ?目前，我國生產的履帶式推土機有東方32100 、T-120、黃河220等；輪胎式推土機有TL160等。 1.4 土

19、方機械化施工 一、特點 多用于場地清和理和平整、開挖深度1.5m以內的基坑，填平溝坑，以及配合鏟運機、挖土機工作等。 推土機可以推挖一-三類土，運距在100m以內的平土或移挖作填，宜采用推土機，尤其是當運距在30-60m之間，最有效，即效率最高。 1.4 土方機械化施工 （二）作業方法及提高生產率的措施 推土機可以完成鏟土、運土和卸土三個工作行程和空載回駛 行程。推土機的主要作業方法： 1.下坡推土法 方法：在斜坡上，推土機順下坡方向切土與堆運，借助于機械 本身向下的重力作用切土，增大切土深度和運間，可提高生產率30%-40%，但坡度不宜超過15度。 適用：半挖半填地區推土丘、回填溝、渠時使用

20、。 2.并列推土法 方法：平整較大面積場地時，可采用2-3臺推土機并列作 業（1530cm），以減少土體漏失量，提高效率20%。 適用：大面積場地平整及運送土用。 1.4 土方機械化施工 3.多刀送土 方法：在硬質土中，切土深度不大，將土先積聚在一個或數個中間點，然后再整批推送到卸土區，使鏟刀前保持滿載。（提高效率12%18%） 適用：適于運送距離較遠，而土質又比較堅硬，或長距離分段送土時采用。 4.槽形推土法 方法：推土機重復多次在一條作業線上切土和推土，使地面逐漸形成一條淺槽，再反復在溝槽中進行推土，以減少土從鏟刀兩側漏散，可增加10%-30%的推土量。槽的深度以1m左右為宜，槽與槽之間的

21、土坑寬約50cm。 適用：推土層較厚，運距較遠的情況。 1.4 土方機械化施工 1.4.1.2 鏟運機 特點 鏟運機的特點是能綜合完成鏟土、運土、平土或填土等全部土方施工工序，對行駛道路要求較低；操縱靈活、運轉方便，生產率高，在土方工程中常應用用于大面積場地平整。 在工業與民用建筑施工中，常用鏟運機的斗容量為 1.5-7m3。自行式鏟運機的經濟運距以 800-1500m 為宜，拖式鏟運機的運距以600m 為宜，當運距為 200-300m 時效率最高。 1.4 土方機械化施工 鏟運機 1.4 土方機械化施工 1.4 土方機械化施工 作業方法 1、下坡鏟土法：適于斜坡地形大面積場地平整或推土 回填

22、溝渠用。 2、跨鏟法：較堅硬的土鏟土回填或場地平整。 3、助鏟法：地勢平坦、土質堅硬、寬度大、長度長的大型 場地平整。（鏟土機 +推土機） 1.4 土方機械化施工 1.4 土方機械化施工 1.4 土方機械化施工 1.4.1.3 單斗挖土機 ?單斗挖土機按工作裝置不同，可分為 正鏟、反鏟、拉鏟和抓鏟四種。 ?單斗挖土機按其操縱機構的不同，可分為機械式和液壓式兩類。 ?液壓式單斗挖土機的優點是能無級調速且調速范圍大；快速作業時，慣性小，并能高速反轉；轉動平穩，可減少強烈的沖擊和振動；結構簡單，機身輕，尺寸?。桓接胁煌难b置，能一機多用；操縱省力，易實現自動化。 1.4 土方機械化施工 1.4 土方

23、機械化施工 (1) 正鏟挖土機 正鏟挖土機的工作特點是前進行駛，鏟斗由下向上強制切土，挖掘力大，生產效率高；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挖掘運輸作業；可以挖掘大型干燥基坑和土丘等。 ?正鏟挖土機的開挖方式，根據開挖路線與運輸車輛的相對位置的不同，挖土和卸土的方式有以下兩種： ?正向挖土，側向卸土 ?正向挖土，反向卸土 1.4 土方機械化施工 1.4 土方機械化施工 (2) 反鏟挖土機 ?反鏟挖土機的工作特點是機械后退行駛，鏟斗由上而下強制切土，用于開挖停機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

24、下的土壤開挖。 ?反鏟挖土機的開行方式有溝端開挖和溝側開挖兩種。 ?溝端開挖:反鏟挖土機停在溝端，向后退著挖土。 ?溝側開挖:挖土機在溝槽一側挖土，挖土機移動方向與挖土方向垂直。 1.4 土方機械化施工 1.4 土方機械化施工 (3) 拉鏟挖土機 （動畫） 拉鏟挖土機工作時利用慣性，把鏟斗甩出后靠收緊和放松鋼絲繩進行挖土或卸土，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，也可溝側開挖。 (4) 抓鏟挖土機 抓鏟挖土機主要用于開挖土質比較松軟，施工面比較狹窄的基坑、溝槽、沉

25、井等工程，特別適于水下挖土。土質堅硬時不能用抓鏟施工。 1.4 土方機械化施工 1.4 土方機械化施工 1.4 土方機械化施工 1.4 土方機械化施工 1.4.2 土方挖運機械的選擇及配套計算 （一）土方挖運機械的選擇 1.依據： 基礎形式、工程規模、開挖深度、地質、地下水情況、土方量、運距、現場和機具設備條件、工期要求以及土方機械的特點等。 2.要求： 合理選擇挖方機械，以充分發揮機械效率，節省機械費用，加速工程進度。 3.要點： 當地形起伏不大，坡度在20度以內，挖填平整土方的面積較大，土的含水量適當，平均運距短（一般在1km以內）時，采用鏟運機較為合適。（地形起伏不大，運距1km） 1.

26、4 土方機械化施工 回填土是一項很重要的工作，一些建筑物沉降過大，室內地坪和散水大面積開裂，主要原因之一就是由于回填壓實沒有達到設計規范要求的緣故。 1.5 土方回填與壓實 1.5 土方回填與壓實 1.5.1 填筑的要求 ? 填土的土料應符合設計要求。 ?含有大量有機物、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，均不應作為填方土料； 1.5.2 土的壓實方法 填土的壓實方法一般有碾壓、夯實、振動壓實等幾種。 碾壓法是靠沿填筑面滾動的鼓筒或輪子的壓力壓實填土的，適用于大面積填土工程。碾壓機械有平碾(壓路機)、羊足碾、振動碾和汽胎碾。碾壓機械進行大面積填方碾壓，宜采用“薄填

27、、低速、多遍”的方法。 夯實方法是利用夯錘自由下落的沖擊力來夯實填土，適用于小面積填土的壓實。夯實機械有夯錘、內燃夯土機和蛙式打夯機等。 1.5 土方回填與壓實 1.5.3 填土壓實的影響因素 填土壓實的主要影響因素為壓實功、土的含水量以及每 層鋪土厚度。 1.5.3.1 壓實功的影響 填土壓實后的密度與壓 實機械在其上所施加功的 關系見圖。 1.5 土方回填與壓實 1.5.3.2 含水量的影響 ?填土含水量的大小直接影響碾壓(或夯實)遍數和質量。 ?較為干燥的土，由于摩阻力較大，而不易壓實；當土具有適當含水量時，土的顆粒之間因水的潤滑作用使摩阻力減小，在同樣壓實功作用下，得到最大的密實度，這時土的含水量稱做最佳含水量。 ?各種土的最佳含水量和最大干密度見表1.7所示。 1.5 土方回填與壓實 1.5 土方回填與壓實 表1.7 土的最佳含水量和最大干密度參考表 項次 土的種類 變動范圍 最佳含水量 (%)(質量比) (g/cm3) 1 砂土 812 1.801.88 2 粘土 1923 1.581.70 3 粉質粘土 1215 1.851.95 4 粉土 1622 1.611.80 1.5 土方回填與壓實 1.5.3.3 鋪土厚度的影響 在壓實功作用下，土中的應力隨深