第三章+土石方工程

第三章土石方工程

基坑開挖、施工場地的平整，都需要進(jìn)行土石方的開挖、運(yùn)輸、填筑，土石方的挖、運(yùn)、填總稱為土石方工程。水運(yùn)工程施工中的土石方工程包括：場地平整基坑、航道開挖碼頭后填土基坑回填第一節(jié)土方量計(jì)算和土方調(diào)配一、土石的工程分類：分為八類土（按堅(jiān)實(shí)系數(shù)、容重、開挖難易程度分類）

1、（一類土）松軟土：砂、亞砂土、淤泥等

2、普通土：亞粘土，夾有碎石、卵石的砂、種植土、填筑土和亞砂土等

3、堅(jiān)土：

4、砂礫堅(jiān)土

5、軟石

6、次堅(jiān)石

7、堅(jiān)石

8、特堅(jiān)石軟石以上需要爆破開挖二、土石的工程性質(zhì)容重：γ含水量：ω：土中所含水分的重量與土的固體顆粒重量之比。可松性系數(shù)：最初可松性系數(shù)：Ks=V2/V1

最終可松性系數(shù):Ks’=V3/V1

V1－土在自然狀態(tài)下的體積

V2－土挖出后松散狀態(tài)下的體積

V3－土經(jīng)壓實(shí)后的體積內(nèi)摩擦角：Φ內(nèi)聚力：C三、場地平整

場地平整主要通過整個(gè)建筑場地的豎向規(guī)劃，為后續(xù)工程提供有利的施工平面，它包括場地設(shè)計(jì)標(biāo)高確定、土方量計(jì)算、土方調(diào)配以及挖運(yùn)、填的機(jī)械化施工等。1、場地豎向規(guī)劃場地設(shè)計(jì)標(biāo)高確定的一般方法：小型場地平整時(shí)，若對場地標(biāo)高無特殊要求時(shí)，可根據(jù)平整前后土方量相等的原則確定場地設(shè)計(jì)標(biāo)高。2、土方量的計(jì)算①橫斷面法：適用于地形起伏變化較大，或挖填深度較大又不規(guī)則的地區(qū)，計(jì)算較簡便，但精度較低橫斷面法步驟：1、繪橫斷面圖，橫斷面盡可能垂直于等高線，或垂直于建筑物的長邊。間距10或20m，平坦地區(qū)大型場地，最大不超過100m。2、計(jì)算橫斷面面積3、根據(jù)橫斷面面積，按下式計(jì)算土方量

A1,A2——相鄰斷面面積

S——相鄰斷面間距。4、作表匯總。1、劃分方格網(wǎng):20m×20m或40m×40m，在每方格的右角的上、下分別標(biāo)設(shè)計(jì)地面標(biāo)高、自然地面標(biāo)高，其差值（下減上）即為該角點(diǎn)的挖（＋）或（－）方的高度。②方格網(wǎng)法步驟：

2、計(jì)算零點(diǎn)位置，標(biāo)于方格網(wǎng)上，并連線，即為挖填方的分界線。3、計(jì)算每個(gè)方格的挖方或填方量、標(biāo)在方格左上方。V——挖方或填方體積(m3)H1、H2、H3、H4——方格四個(gè)角點(diǎn)的填挖高度，均取絕對值(m)∑H填——方格角點(diǎn)中填方施工高度的總和，取絕對值(m)∑H挖——方格角點(diǎn)中挖方施工高度的總和，取絕對值(m)∑H——方格角點(diǎn)中施工高度的總和，取絕對值(m)α——方格邊長(m)3、計(jì)算每個(gè)方格的挖方或填方量、標(biāo)在方格左上方。挖填方量匯總表方格編號挖方（m3）填方（m3）IIIIIIIV……合計(jì)4、作表匯總。3、調(diào)配平衡目的：使土方運(yùn)輸（噸?公里）最小。土方調(diào)配平衡的原則：1)挖、填方量基本達(dá)到平衡；（填方就地取材，用挖的土填方，減少挖方外運(yùn)，和填方開采的費(fèi)用）2)土方運(yùn)輸?shù)膖.km盡可能為最??；3)好土應(yīng)用于回填質(zhì)量要求較高的地區(qū)；4)結(jié)合其他建筑物施工，或開挖，其土方或留土作為其回填土。5)選擇恰當(dāng)?shù)恼{(diào)配方向，運(yùn)輸路線，運(yùn)輸機(jī)具，使土方運(yùn)輸通暢，無對流和亂流現(xiàn)象（運(yùn)輸線路盡量不要交叉）把整個(gè)場地劃分為m個(gè)挖方區(qū)A1，A2，…，Am，其挖方量相應(yīng)為a1,a2,…am；有n個(gè)填方區(qū)B1，B2，。。。Bn，其填方量相應(yīng)為b1,b2,…bn；并假定挖填方平衡，即：從Ai到Bj的平均運(yùn)距為Cij，調(diào)配的土方量為Xij，土方調(diào)配問題的數(shù)學(xué)模型可以用下式表達(dá)：求一組Xij值，使目標(biāo)函數(shù)

為最小值，并滿足下列約束條件：運(yùn)輸問題：線形規(guī)劃理論求解（圖上作業(yè)法，表上作業(yè)法）。第二節(jié)場地土方開挖方法一、土方施工前的準(zhǔn)備工作1)拆除障礙物（建筑物、電桿、電線、墳?zāi)?、樹木等）?)設(shè)排水溝及排水機(jī)具（水泵、管路、電源配置等）；在施工區(qū)邊緣設(shè)堤、溝阻止水流（地下水、海水、雨水等）流入施工區(qū)；3)修路（雙車道），寬≮7m。路基可鋪20cm厚塊石或礫石，路面用簡易的泥結(jié)碎石，兩側(cè)設(shè)排水溝。與鐵路、管線相交處設(shè)置平交道和標(biāo)志；4)水、電，臨時(shí)設(shè)施（生活和生產(chǎn)）；5)檢查地下設(shè)施（地下構(gòu)筑物，管道、電纜等）根據(jù)挖方或填方的深度，或拆除或采取措施；6)填土?xí)r，施工區(qū)進(jìn)行適當(dāng)清理，積水、草皮、樹根、洞穴和軟弱土層。二、土坡穩(wěn)定粘性土圓弧滑動驗(yàn)算。對重要的土方開挖邊坡，應(yīng)進(jìn)行專門的邊坡穩(wěn)定設(shè)計(jì)。對中小型臨時(shí)邊坡，坡度可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定或參考施工手冊。例：對使用期一年以內(nèi)的臨時(shí)性挖土邊坡，在土坡整體穩(wěn)定的情況下，如地質(zhì)條件良好，土質(zhì)較均勻，高度在10m以內(nèi)。砂土（不包括細(xì)砂、粉砂）一般粘性土堅(jiān)硬硬塑1：1.25～1：1.151：0.75～1：1.11：1～1：1.15碎石類土充填堅(jiān)硬、硬塑粘土充填砂土1：0.5～1：1.01：1.0～1：1.5①自上而下，分區(qū)、分段、分層開挖，不允許切腳開挖。②對不穩(wěn)定邊坡，避免用爆破開挖。③根據(jù)土質(zhì)情況，間隔一定高度設(shè)置永久性戧臺，寬度視用途而定。④避免超、欠挖。⑤機(jī)械開挖時(shí)，應(yīng)距設(shè)計(jì)坡面有不小于20cm保護(hù)層，最后用人工坡面修整。邊坡支護(hù)：對不穩(wěn)定邊坡，采取適當(dāng)支護(hù)措施（護(hù)面、支擋，重力式擋土墻、噴錨）。邊坡開挖：山西水電－錨索500噸張拉試驗(yàn)三、土方挖掘機(jī)械與施工方法1、土方挖掘機(jī)械主要機(jī)械：①推土機(jī)②鏟運(yùn)機(jī)③單斗挖土機(jī)（正鏟、反鏟、拉鏟、抓鏟）④多斗挖土機(jī)⑤裝載機(jī)（鏟車）適用于開挖Ⅰ～Ⅲ類土。經(jīng)濟(jì)運(yùn)距100m以內(nèi)，效率最高運(yùn)距60m多用于：場地平整開挖深度在1.5m以內(nèi)的坑（槽）移挖回填（坑、管溝）堆筑高度在1.5m以內(nèi)的堤埂。配合其他挖土機(jī)進(jìn)行平整、集中土方、清理場地、修路開道等常用方法：①下坡推土（坡度6?～10?左右）可提高生產(chǎn)效率30%～40%

無自然坡時(shí)，可分段推土，形成下坡推土條件，在半挖半填區(qū)或回填溝槽時(shí)可用此法。②為防止土從擋板側(cè)漏失，可用擋板或槽形推土，并列推土。③斜角溝邊推土或“之”字推土。④分推集中，一次運(yùn)送。（一）推土機(jī)槽形推土并列推土適用于開挖Ⅰ～Ⅲ類土（積、挖、運(yùn)、填于一身）（二）鏟運(yùn)機(jī)運(yùn)土切土卸土（大型機(jī)械）常用于坡度20°以內(nèi)的大面積土方的挖、填、整平、壓實(shí)。開挖大型基坑、管道、河渠；填筑堤壩。分自行和拖式（斗容量7～35m3）自行式：經(jīng)濟(jì)運(yùn)距為800～1500m。拖式：經(jīng)濟(jì)運(yùn)距600m，效率最高運(yùn)距250～300m。（中長距離）雙聯(lián)鏟運(yùn)。推土機(jī)頂推鏟土（助鏟），堅(jiān)硬土質(zhì)可用松土機(jī)先松土。適用于工作面短（50～100m

）和填方不高（0.1～1.5m

）時(shí)。優(yōu)點(diǎn)：一個(gè)循環(huán)可完成多次鏟土和卸土。應(yīng)經(jīng)常調(diào)換方向行駛，避免機(jī)械單側(cè)磨損。當(dāng)挖、填交替，剛好填土區(qū)在挖土區(qū)兩端時(shí)，可采用大環(huán)形路線。鏟運(yùn)機(jī)的運(yùn)行路線：①大環(huán)形運(yùn)行路線優(yōu)點(diǎn)：一個(gè)循環(huán)完成兩次挖土和卸土，空車行駛距離短，兩次轉(zhuǎn)彎方向不同，避免了單側(cè)磨損。注意：轉(zhuǎn)彎時(shí)不能鏟土和卸土。②8字形運(yùn)行路線③連續(xù)式運(yùn)行路線優(yōu)點(diǎn)：適用于工作地段有挖、填方交替的土方工程。減少空車運(yùn)行荷轉(zhuǎn)彎次數(shù)，提高生產(chǎn)效率，同時(shí)還可以使整個(gè)填方面積得到均勻壓實(shí)。按工作裝置分：正鏟、反鏟、拉鏟、抓鏟斗容量：0.1、0.2、0.4、0.5、0.6、0.8、

1.0、1.6、2.0、2.5m3等多種。屬于循環(huán)式挖掘機(jī)械。每個(gè)循環(huán)包括鏟土、升高、旋轉(zhuǎn)至卸土地點(diǎn)卸土和回轉(zhuǎn)至開挖位置四個(gè)過程。即：鏟、升、轉(zhuǎn)、回或稱：挖土、重車回轉(zhuǎn)、卸土、空車回轉(zhuǎn)。（三）單斗挖土機(jī)①正鏟挖土機(jī)（一般有車配合）適用于開挖含水量27%以下的Ⅰ～Ⅳ類土以及爆破后的巖石塊、凍土塊。挖土高度一般不小于1.5m，過小，效率低；過大，可能塌方。后方裝車僅用于開挖工作面狹小且深度較大的基坑?；剞D(zhuǎn)角180°時(shí)，效率降低約23%；130°時(shí)，效率降低約13%。根據(jù)開挖路線和運(yùn)輸汽車相對位置的不同，一般有側(cè)向裝車和后方裝車兩種方式。分層開挖將工作面按機(jī)械的有效挖掘高度分成多層開挖。當(dāng)工作面高度不能成為一次挖掘深度的整數(shù)倍時(shí)，則可在挖方的邊緣或中部先挖一條先鋒淺槽，作為第一次挖土的運(yùn)輸路線，然后逐次開挖直至基坑底部。適用于開挖大型基坑，工作面高度大于機(jī)械挖掘的合理高度時(shí)采用。挖土方法和提高生產(chǎn)效率措施中心開挖正鏟先從挖土區(qū)寬度的中心開挖，當(dāng)向前挖至回轉(zhuǎn)角度超過90°時(shí)，則轉(zhuǎn)向兩側(cè)開挖，汽車按“八”字形停放裝土。本法開挖移位方便，回轉(zhuǎn)角度?。ǎ?0°）。挖土區(qū)寬度宜在40m以上，否則工作面小，汽車不能靠近正鏟裝車適于挖掘較寬的山坡和基坑。多層（同時(shí)）開挖將開挖面按機(jī)械的合理開挖高度，分成多層同時(shí)開挖。以加快開挖速度。適用于開挖邊坡和大型基坑。多用于開挖停機(jī)面以下深度不大的基坑、管溝、及含水量較大的Ⅰ～Ⅲ類的砂土或粘土土。斗容量一般為0.5～1.0m3最大挖深4～6m，經(jīng)濟(jì)挖深1.5～3m。生產(chǎn)率比正鏟低，多用于開挖溝槽、基坑等②反鏟挖土機(jī)開挖方法：（b）溝側(cè)開挖沿溝側(cè)直線運(yùn)動，挖土寬度比挖掘半徑小，不易控制邊坡，能將土棄于溝邊較遠(yuǎn)的地方。（a）溝端開挖停于溝端，后退挖土（向溝一側(cè)棄土或裝車），開挖寬度不受機(jī)械最大挖掘半徑限制，可開挖到最大深度。(c)兩旁開挖（屬于溝端開挖的一種）再寬的基坑可采用多次溝端開挖方法或之字開挖法。(d)溝角開挖可挖停機(jī)面以下較深基坑（槽）水中Ⅰ～Ⅲ類土；挖掘半徑和挖土深度較大，但靈活性較差，開挖斷面誤差較大?？捎妙愃品寸P的溝端、溝側(cè)、溝角開挖。③拉鏟（索式）挖掘機(jī)“直上直下，自重切土”?？赏贗～I(xiàn)I類土，不能挖掘堅(jiān)硬土。靈活性差，工效不高，適用：土質(zhì)松軟，施工面窄而深的基坑，深槽和井。深基坑、基槽，水中挖土，橋基、樁孔挖土。散裝材料裝車。挖淤泥時(shí)，抓斗易被淤泥吸住，提斗不可過猛，以防翻車。必要時(shí)，需加配重。④抓斗（鏟）挖掘機(jī)⑤多斗挖掘機(jī)

分為鏈斗式和斗輪式兩類。適于挖I～I(xiàn)I類均質(zhì)土壤，生產(chǎn)效率高，常用于開挖大型渠道、基坑以及土料的開采。鏈斗式挖掘機(jī)斗輪式挖掘機(jī)⑥裝載機(jī)短程裝運(yùn)結(jié)合的機(jī)械，靈活輕便，生產(chǎn)效率高，應(yīng)用廣泛。除自身配套的鏟斗外，還可配備可更換的附屬裝置（反鏟，推土板，起終貨叉等），以進(jìn)行其它作業(yè)。土方運(yùn)費(fèi)往往占土方工程總費(fèi)用的40%～60%，所以必須很好地組織。1、汽車特點(diǎn)：速度快，無轉(zhuǎn)運(yùn)，效率高，適應(yīng)性強(qiáng)（工作面狹窄和地形復(fù)雜）。缺點(diǎn)是：運(yùn)費(fèi)大，對道路有一定要求。一般3～8t，自卸車箱（后卸、側(cè)卸）高達(dá)15t

現(xiàn)有路或造路（運(yùn)費(fèi)大）2、鐵路運(yùn)輸土方量大，運(yùn)距遠(yuǎn)，運(yùn)輸量大，單位運(yùn)輸阻力小

29.4～78.4N/t,汽車為490～1961N/t。投資大，適應(yīng)性差。四、土方運(yùn)輸3、帶式運(yùn)輸移動式：用于短程運(yùn)輸。散體材料的裝卸堆存。固定式：長距離運(yùn)輸，分段布置。移動式：移動方便，改變高度固定式：運(yùn)距長，不方便。效率較高，但運(yùn)粘濕土料效率降低，適應(yīng)各種地形條件，支承簡單。第四節(jié)挖運(yùn)設(shè)備數(shù)量的確定一、挖土機(jī)生產(chǎn)率每一循環(huán)：挖土、重車回轉(zhuǎn)、卸土、空車回轉(zhuǎn)四個(gè)過程。1.理論生產(chǎn)率：Po(m3/h)或(方/臺時(shí))，工程上常用(方/臺班)

方/臺班＝方/臺時(shí)×每天工作時(shí)間

q——土斗的幾何容積

n——（單斗式）每分鐘循環(huán)次數(shù)，或（多斗式）每分鐘傾倒的斗數(shù)。

ks——的最初可松動系數(shù)。（土經(jīng)挖掘以后，組織破壞，體積增大的性質(zhì)）

ks——V2/V1KH——土斗充盈系數(shù)，視挖土機(jī)械類型而定，0.8～1.0。t1、t2、

t3、

t4——分別為挖土、重車回轉(zhuǎn)、卸土、空車回轉(zhuǎn)的時(shí)間。ksc——土壤級別修正系數(shù)1.1～1.2（土硬