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　　第1章 土方工程施工 1.1 土的工程分类及其工程性质 本 1.2 基坑（槽）的土方开挖 章 1.3 土方填筑与压实 内 容 1.4 土方工程机械化施工 1.5 人工下降地下水位 1.1 土的分类及工程物理性质 1.1.1 土的分类与辨别 ? 按土开挖的难易程度将土分为：松软土、一般土、坚土、砂砾坚土、软石、 次坚石、坚石、特坚固石等八类。 – 松土和一般土可直接用铁锹开挖，或用铲运机、推土机、挖土机施工； – 坚土、砂砾坚土和软石要用镐、撬棍开挖，或预先松土，部分用爆炸的方 法施工； – 次坚石、坚石和特坚固石一般要用爆炸办法施工。 ? 土的工程分类与现场辨别办法见表1.1所示。 K s 表1.1 土的工程分类与现场辨别办法 土的分类 一类土 (松软土) 土的称号 可松性系数 KS K’s 现场辨别办法 砂，亚砂土，冲积砂土层，栽培土，泥炭(淤 1.08～ 1.01～ 能用锹、锄头发掘 泥) 1.17 1.03 二类土 (一般土) 亚粘土，湿润的黄土，夹有碎石、卵石的砂， 1.14～ 栽培土，填筑土及亚砂土 1.28 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 1.24～ 1.30 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，软泥灰岩及蛋白 石 1.26～ 1.32 1.02～ 用锹、锄头发掘，少量用 1.05 镐翻松 1.04～ 要用镐，少量用锹、锄头 1.07 发掘，部分用撬棍 1.06～ 1.09 整个用镐、撬棍，然后用 锹发掘，部分用楔子及大 锤 土的分类 土的称号 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，软的石炭岩 可松性系数 KS K’s 1.30～ 1.45 1.10～ 1.20 现场辨别办法 用镐或撬棍、大锤发掘， 部分运用爆炸办法 六类土 (次坚石) 七类土 (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 大理岩，辉绿岩，玢岩，粗、中粒花岗岩， 坚实的白云岩、砂岩、砾 岩、片麻岩、石灰岩，风化痕迹的安山岩、 玄武岩 1.30～ 1.45 1.30～ 1.45 (特 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、 1.45～ 坚固石) ) 玢岩 1.50 1.10～ 用爆炸办法开挖,部分用 1.20 风镐 1.10～ 1.20 用爆炸办法开挖 1.20～ 用爆炸办法开挖 1.30 1.1.2 土的工程性质 一、 土的含水量 土的含水量：土中水的质量与固体颗粒质量之比的百分率。 W m湿 -m干 100% mw 100% (1.1) m干 ms 式中：m湿——含水状况土的质量，kg； m干——烘干后土的质量，kg； mW ——土中水的质量，kg； mS—固体颗粒的质量，kg。 土的含水量随气候条件、雨雪和地下水的影响而改变，对土方边坡的稳 定性及填方密实程度有直接的影响。 二、 土的天然密度和干密度 土的天然密度: 在天然状况下，单位体积土的质量。它与土的密实程度和 含水量有关。 土的天然密度按下式核算： m V (1.2) 式中ρ——土的天然密度，kg/m3； m ——土的总质量，kg； V — 土的体积，m3。 干密度: 土的固体颗粒质量与总体积的比值，用下式表明： d ms V (1.3) 式中ρd——土的干密度，kg/m3； mS ——固体颗粒质量，kg； V — 土的体积，m3。 在必定程度上，土的干密度反映了土的颗粒摆放严密程度。土的干 密度愈大，表明土愈密实。土的密实程度首要经过查验填方土的干密度 和含水量来操控。 三、 土的可松性系数 土的可松性：天然土经开挖后，其体积因松懈而添加，虽经振荡夯实， 依然不能彻底恢复，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明，即 Ks V2 V1 (1.4) K s V3 V1 (1.5) ? 土的开始可松性系数KS是核算车辆装运土方体积及挖土机械 的首要参数； ? 土的终究可松性系数是核算填方所需挖土工程量的首要参数， 各类土的可松性系数见表1.1所示。 四、 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明。 渗透系数：表明单位时刻内水穿透土层的才能，以m/d表明；它同土 的颗粒级配、密实程度等有关，是人工下降地下水位及 挑选各类井点的首要参数。土的渗透系数见表1.2所示。 土的称号 粘土 亚粘土 轻亚粘土 黄土 粉砂 细砂 表1.2 土的渗透系数参阅表 渗透系数(m/d) ＜0.005 0.005～0.10 0.10～0.50 0.25～0.50 0.50～1.00 1.00～5.00 土的称号 中砂 均质中砂 粗砂 圆砾石 卵石 粗砂夹卵石 渗透系数(m/d) 5.00～20.00 35～50 20～50 50～100 100～500 50 ～ 100 1.2 土 方 计 算 1.2.1 基坑与基槽土方量核算 基坑土方量可按立体几许中拟柱体(由两个平行的平面作底的一种多 面体)体积公式核算(图1.1)。 V H 6 ( A1 4 A0 A2 ) (1.6) 基槽土方量核算可沿长度方向分段核算(图1.2)： L V1 6 ( A1 4 A0 A2 ) 将各段土方量相加即得总土方量： V V1 V2 Vn (1.7) (1.8) 1.2.2 场所平坦土方核算 场所挖填土方量核算有方格网法和横截面法两种。横截面法是即将计 算的场所划分红若干横截面后，用横截面核算公式逐段核算，最终将逐段 核算结果汇总。横截面法核算精度较低，可用于地势崎岖改变较大区域。 关于地势较平坦区域，一般选用方格网法。 方格网法核算场所平坦土方量进程为： (1) 读识方格网图 方格网图由规划单位(一般在1/500的地势图上)将场所划分为边 长a=10～40m的若干方格，与丈量的纵横坐标相对应，在各方格角点 规则的方位上标示角点的天然地上标高(H)和规划标高(Hn)，如图 1.3所示。 (2)核算场所各个角点的施工高度 施工高度为角点规划地上标高与天然地上标高之差，是以角点设 计标高为基准的挖方或填方的施工高度。各方格角点的施工高度按下 式核算： hn H n H (1.9) (3) 核算“零点”方位，确认零线 方格边线一端施工高程为“+”，若另一端为“-”，则沿其边线必定 有一不挖不填的点，即为“零点”(图1.4)。 零点方位按下式核算： X1 ah1 h1 h2 X2 ah2 h1 h2 (1.10) (4) 核算方格土方工程量 按方格底面积图形和表1.3所列核算公式，逐格核算每个方格内的 挖方量或填方量。 (5) 边坡土方量核算 场所的挖方区和填方区的边际都需求做成边坡，以确保挖方土壁 和填方区的安稳。边坡的土方量能够划分红两种近似的几许形体进行 核算，一种为三角棱锥体(图1.6中①～③、⑤～?)，另一种为三角棱 柱体(图1.6中④)。 A 三角棱锥体边坡体积 V1 1 3 A1l1 (1.11) B 三角棱柱体边坡体积 V4 A1 A2 2 l4 两头横断面面积相差很大的状况下，边坡体积 V4 l4 6 ( A1 4 A0 A2 ) (1.12) (1.13) C 核算土方总量 将挖方区(或填方区)一切方格核算的土方量和边坡土方量汇总， 即得该场所挖方和填方的总土方量。 1.2.4 土方边坡与土壁支撑 土壁安稳，首要是由土体内摩阻力和粘结力坚持平衡，一旦失去平衡， 土壁就会塌方。构成土壁塌方的首要原因有： (1) 边坡过陡，使土体自身安稳性不行，尤其是在土质差、开挖深度大的 坑槽中，常引起塌方。 (2) 雨水、地下水进入基坑，使土体重力增大及抗剪才能下降，是构成塌 方的首要原因。 (3) 基坑(槽)边际邻近很多堆土，或停放机具、资料，或由于动荷载的作 用，使土体发生的剪应力超越土体的抗剪强度 一、 土方边坡 土方边坡的斜度以挖方深度(或填方深度) h与底宽b之比表明(图 1.11)，即 土方边坡斜度= h/b=1/(b/h)=1∶m 式中 m=b/h 称为边坡系数。 当地质条件杰出、土质均匀且地下水位低于基坑(槽)或管沟底面标高时， 挖方边坡可做成直立壁不加支撑，但深度不宜超越下列规则： ? 密实、中密的砂土和碎石类土(充填物为砂土)：1.0m； ? 硬塑、可塑的粉土及粉质粘土： 1.25m； ? 硬塑、可塑的粘土和碎石类土(充填物为粘性土)： 1.5m； ? 坚固的粘土： 2m。 挖土深度超越上述规则时，应考虑放坡或做成直立壁加支撑。 二、 土壁支撑 土壁支撑办法应依据开挖深度和宽度、土质和地下水条件以及开挖 办法、相邻修建物等状况进行挑选和规划。 (1) 横撑式支撑 ? 横撑式支撑由挡土板、楞木和东西式横撑组成，用于宽度不大、深 度较小沟槽开挖的土壁支撑。 ? 依据挡土板放置办法不同，分为水平挡土板和笔直挡土板两类(见图 1.12)。 (2) 板桩式支撑 板桩式支撑特别适用于地下水位较高且土质为细颗粒、松懈饱满土的 支护，可防治流砂现象发生。 ? 板桩支撑效果： ? 使地下水在土中的渗流道路延伸，减小了动水压力，然后可防备 流砂的发生； ? 板桩支撑既挡土又防水，特别适于开挖较深、地下水位较高的大 型基坑； ? 能够避免基坑邻近修建物根底下沉。 ? 钢板桩施工 ? 钢板桩又可分平板桩和波浪式板桩两类。 ? 平板桩(图1.13(a))防水和接受轴向压力功能杰出，易打入地下， 但长轴方向抗弯强度较小； ? 波浪式板桩（图1.13(b)）的防水和抗弯功能都较好，施工中多 选用。 1.3 填土与压实 1.3.1 填土的要求 ? 填土的土料应契合规划要求。 ? 含有很多有机物、石膏和水溶性硫酸盐(含量大于5%)的土以及淤泥、 冻土、胀大土等，均不应作为填方土料； ? 以粘土为土料时，应查看其含水量是否在操控规模内，含水量大的粘 土不宜作填土用； ? 一般碎石类土、砂土和爆炸石渣可作表层以下填料，其最大粒径不得 超越每层衬托厚度的2/3。 ? 填土应按整个宽度水平分层进行，当填方坐落歪斜的山坡时，应将 斜坡修筑成1∶2阶梯形边坡后施工，避免填土横向移动，并尽量用 同类土填筑。 ? 回填施工前，填方区的积水选用明沟排水法扫除，并铲除杂物。 1.3.2 土的压实办法 ? 填土的压实办法一般有碾压、夯实、振荡压实等几种。 ? 碾压法是靠沿填筑面翻滚的鼓筒或轮子的压力压实填土的，适用于大面积填 土工程。碾压机械有平碾(压路机)、羊足碾、振荡碾和汽胎碾。碾压机械进 行大面积填方碾压，宜选用“薄填、低速、多遍”的办法。 ? 夯实办法是运用夯锤自在下落的冲击力来夯实填土，适用于小面积填土的压 实。夯实机械有夯锤、内燃夯土机和蛙式打夯机等。 1.3.3 填土压实的影响要素 填土压实的首要影响要素为压实功、土的含水量以及每层铺土厚度。 一、 压实功的影响 填土压实后的密度与压实机械在其上所施加功的联系见图1.33。 二、 含水量的影响 ? 填土含水量的巨细直接影响碾压(或夯实)遍数和质量。 ? 较为枯燥的土，由于摩阻力较大，而不易压实；当土具有恰当含水量时， 土的颗粒之间因水的光滑效果使摩阻力减小，在相同压实功效果下，得到 最大的密实度，这时土的含水量称做最佳含水量(图1.34)。 三、 铺土厚度的影响 ? 在压实功效果下，土中的应力随深度添加而逐步减小(图1.35)，其压实 效果也随土层深度的添加而逐步减小。 ? 各种压实机械的压实影响深度与土的性质和含水量等要素有关。 ? 关于重要填方工程，其到达规则密实度所需的压实遍数、铺土厚度等应 依据土质和压实机械在施工现场的压实实验决议。若无实验依据应契合 表1.8的规则。 表1.8 填土施工时的分层厚度及压实遍数 压实机具 平碾 振荡压实机 柴油打夯机 人工打夯 分层厚度(mm) 250～300 250～350 200～250 ＜200 每层压实遍数 6～8 3～4 3～4 3～4 1.3.4 填土质量查看 ? 填土压实后必需要到达密实度要求，填土密实度以规划规则的操控干密 度ρd(或规则的压实系数λ)作为查看标准。 ? 土的操控干密度与最大干密度之比称为压实系数。 ? 土的最大干密度乘以标准规则或规划要求的压实系数，即可核算出填土 操控干密度ρd的值。 ? 土的实践干密度可用“环刀法”测定。 ? 填方施工完毕后，应查看标高、边坡斜度、压实程度等。 1.4 土方机械化施工 1.4.1 常用土方施工机械 一、 推土机 ? 按行走的办法，可分为履带式推土机和轮胎式推土机。 ? 履带式推土机附着力强，爬坡功能好，适应性强； ? 轮胎式推土机行进速度快，灵敏性好。 二、 铲运机 ? 按行走办法分为牵引式铲运机和自行式铲运机；按铲斗操作体系分，有液 压操作和机械操作两种。 ? 为了进步铲运机的出产功率，能够采纳下坡铲土、推土机推土助铲等办法， 缩短装土时刻，使铲斗的土装得较满。 ? 助铲法：依据填、挖方区散布状况，结合当地具体条件，合理挑选运转路 线，进步出产率。一般有环形道路”字形道路两种办法。 ? 环形道路”字形道路 三、 单斗挖土机 ? 单斗挖土机按作业设备不同，可分为正铲、反铲、拉铲和抓铲四种(图 1.25)。 ? 单斗挖土机按其操作组织的不同，可分为机械式和液压式两类。 (1) 正铲挖土机 ? 正铲挖土机的作业特点是行进行进，铲斗由下向上强制切土，发掘力大， 出产功率高；适用于开挖含水量不大于27%的一至三类土，且与自卸汽 车合作完结整个发掘运送作业；能够发掘大型枯燥基坑和土丘等。 ? 正铲挖土机的开挖办法，依据开挖道路与运送车辆的相对方位的不同， 挖土和卸土的办法有以下两种： ? 正向挖土，侧向卸土(图1.26(b)) ? 正向挖土，反向卸土(图1.26(a)) (2) 反铲挖土机 ? 反铲挖土机的作业特点是机械撤退行进，铲斗由上而下强制切土，用于开 挖停机面以下的一至三类土，适用于发掘深度不大于4m的基坑、基槽、管 沟，也适用湿土、含水量较大的及地下水位以下的土壤开挖。 ? 反铲挖土机的开行办法有沟端开挖和沟侧开挖两种。 ? 沟端开挖(图1.28(a))反铲挖土机停在沟端，向撤退着挖土。 ? 沟侧开挖(图1.28(b))挖土机在沟槽一侧挖土，挖土机移动方向与挖土 方向笔直。 (3) 拉铲挖土机 拉铲挖土机作业时运用惯性，把铲斗甩出后靠收紧和放松钢丝绳进行 挖土或卸土，铲斗由上而下，靠自重切土，能够开挖一、二类土壤的基坑、 基槽和管沟等地上以下的挖土工程，特别适用于含水量大的水下松软土和 一般土的发掘。拉铲开挖办法与反铲类似，可沟端开挖，也可沟侧开挖。 (4) 抓铲挖土机 抓铲挖土机首要用于开挖土质比较松软，施工面比较狭隘的基坑、沟 槽、沉井等工程，特别适于水下挖土。土质坚固时不能用抓铲施工。 1.4.2 土方机械的挑选 一、 土方机械挑选的准则 ? 施工机械的挑选应与施工内容相适应； ? 土方施工机械的挑选与工程实践状况相结合； ? 主导施工机械确认后，要合理装备完结其他辅佐施工进程的机械； ? 挑选土方施工机械要考虑其他施工办法，辅佐土方机械化施工。 二、 土方开挖办法与机械挑选 (1) 平坦场所常由土方的开挖、运送、填筑和压实等工序完结。 ? 地势较平坦、含水量适中的大面积平坦场所，选用铲运机较适合。 ? 地势崎岖较大，挖方、填方量大且会集的平坦场所，运距在1000m以上时，可 挑选正铲挖土机合作自卸车进行挖土、运土，在填方区装备推土机平坦及压 路机碾压施工。 ? 挖填方高度均不大，运距在100m以内时，选用推土机施工，灵敏、经济。 (2) 地上上的坑式开挖 单个基坑和中小型根底基坑开挖，在地上上作业时，多选用抓铲挖土 机和反铲挖土机。抓铲挖土机适用于一、二类土质和较深的基坑；反铲挖 土机适于四类以下土质，深度在4m以内的基坑。 (3) 长槽式开挖 ? 指在地上上开挖具有必定截面、长度的基槽或沟槽，适于挖大型厂房的柱 列根底和管沟，宜选用反铲挖土机； ? 若为水中取土或土质为淤泥，且坑底较深，则可挑选抓铲挖土机挖土。 ? 若土质枯燥，槽底开挖不深，基槽长30m以上，可选用推土机或铲运机施 工。地上上的坑式开挖 (4) 整片开挖 关于大型浅基坑且基坑土枯燥，可选用正铲挖土机开挖。若基 坑内土湿润，则选用拉铲或反铲挖土机，可在坑上作业。 (5)关于独立柱根底的基坑及小截面条形根底基槽的开挖，则选用小 型液压轮胎式反铲挖土机配以翻斗车来完结浅基坑(槽)的发掘和 运土。 1.5 人工下降地下水位 为了坚持基坑枯燥，避免由于水浸泡发生边坡塌方和地基承载力下降， 有必要做好基坑的排水、降水作业，常选用的办法是明沟排水法和井点降水 法。 1.5.1 明沟排水法 ? 明沟排水法是一种设备简略、运用遍及的人工下降水位的办法。 ? 施工办法是，开挖基坑或沟槽进程中，遇到地下水或地表水时，在根底 规模以外地下水流的上游，沿坑底的周围开挖排水沟，设置集水井，使 水经排水沟流入井内，然后用水泵抽出坑外(见图1.16)。 ? 明沟排水法适用于水流较大的粗粒土层的排水、降水，也可用于渗水量 较小的粘性土层降水，但不适合于细砂土和粉砂土层，由于地下水渗出 会带走细粒而发生流砂现象。 ? 流砂现象 ? 流砂：当开挖深度大、地下水位较高而土质为细砂或粉 砂时，假如选用集水井法降水开挖，当挖至地下水位以 下时，坑底下面的土会构成活动状况，随地下水涌入基 坑，这种现象称为流砂。 ? 假如土层中发生部分流砂现象，应采纳减小动水压力的处理办法，使 坑底土颗粒安稳，不受水压搅扰。其办法有： ? 如条件答应，尽量组织枯水期施工，使最高地下水位不高于坑底 0.5m； ? 水中挖土时，不抽水或削减抽水，坚持坑内水压与地下水压根本平 衡； ? 选用井点降水法、打板桩法、地下接连墙法避免流砂发生。 1.5.2 井点降水法 ? 井点降水：基坑开挖前，在基坑四周预先埋设必定数量的滤水管(井)， 在基坑开挖前和开挖进程中，运用抽水设备不断抽出地下水，使地下水 位降到坑底以下，直至土方和根底工程施工完毕停止。 ? 井点降水有两类：一类为轻型井点(包含电渗井点与喷发井点)；另一类 为管井点(深井泵)。 (1) 轻型井点 轻型井点(图1.17)便是沿基坑周围或一侧以必定间隔将井点管(下端 为滤管)埋入蓄水层内，井点管上部与总管衔接，运用抽水设备将地下水 经滤管进入井管，经总管不断抽出，然后将地下水位降至坑底以下。 轻型井点法适用于土壤的渗透系数为0.1～50m/d的土层中；下降水 位深度：一级轻型井点3～6m，二级井点可达6～9m。 ? 轻型井点设备由管路体系和抽水 设备组成。管路体系包含滤管、 井点管、弯联管及总管等。 滤 管(图1.18)为进水设备，其结构 是否合理对抽水设备影响很大。 ? 轻型井点的安置 ? 当基坑或沟槽宽度小于6m，水位下降深度不超越5m时，可用单排线 状井点安置在地下水流的上游一侧，两头延伸长度一般不小于沟槽 宽度(图1.19)。 ? 在考虑到抽水设备的水头丢失今后，井点降水深度一般不超越6m。井点 管的埋设深度H(不包含滤管)按下式核算(图1.19(b))： H H1 +h+iL (1.14) 式中 H1——井点管埋设面至基坑底的间隔，m； h——基坑中心处坑底面(单排井点时，为远离井点一侧坑底边际)至下降后地下水位 的间隔，一般为0.5～1.0m； i——地下水下降斜度；环状井点为1/10，单排线； L——井点管至基坑中心的水平间隔(单排井点中为井点管至基坑另一侧的水平间隔) ，m。 ? 如宽度大于6m或土质不定，渗透系数较大时，宜用双排井点，面积较大 的基坑宜用环状井点(图1.20)；为便于挖土机械和运送车辆收支基坑， 可不关闭，安置为U形环状井点。 ? 当一级井点体系达不到 降水深度时，可选用二 级井点，即先挖去榜首 级井点所疏干的土，然 后在基坑底部装设第二 级井点，使降水深度增 加（图1.21）。 ? 轻型井点的装置 ? 轻型井点的施工分为预备作业及井点体系装置。 ? 预备作业包含井点设备、动力、水泵及必要资料预备，排水沟的开挖，附 近修建物的标高监测以及避免邻近修建沉降的办法等。 ? 埋设井点体系的次序：依据降水计划放线、挖管沟、布设总管、冲孔、下 井点管、埋砂滤层、粘土封口、弯联管衔接井点管与总管、装置抽水设备、 试抽。 ? 井点管的埋设一般用水冲法施工，分为冲孔(图1.22(a))和埋管(图1.22(b)) 两个进程 。 ? 轻型井点运用 ? 轻型井点运转后，应确保接连不断地抽水。 ? 井点淤塞，一般能够经过听管内水流动静、手摸管壁感到有振 动、手接触管壁有冬暖夏凉的感觉等简洁办法查看。 ? 地下根底工程(或构筑物)竣工并进行回填土后，停机撤除井点排 水设备。

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