建筑工程施工(楊寶珠版)土方工程

1土方工程本章應掌握土的工程性質、基坑土方量計算、土方的回填與壓實；熟悉土方工程施工的內容、基坑工程的降排水的方法；了解土的分類，地下水等。按土開挖的難易程度將土分為：松軟土、普通土、堅土、砂礫堅土、軟石、次堅石、堅石、特堅硬石等八類。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(xiàn)場鑒別方法見表1.1所示。

1.1土的分類及工程性質1.1.1土的分類與鑒別

表1.1土的工程分類與現(xiàn)場鑒別方法土的分類

土的名稱

可松性系數(shù)

現(xiàn)場鑒別方法

KSK’s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

1.01～1.03

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

1.02～1.05

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

1.24～1.30

1.04～1.07

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?guī)r及蛋白石

1.26～1.32

1.06～1.09

整個用鎬、撬棍，然后用鍬挖掘，部分用楔子及大錘

土的分類

土的名稱

可松性系數(shù)

現(xiàn)場鑒別方法

KSK’s五類土(軟石)硬石炭紀粘土，中等密實的頁巖、泥灰?guī)r、白堊土，膠結不緊的礫巖，軟的石炭巖

1.30～1.451.10～1.20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?guī)r，密實的石灰?guī)r，風化花崗巖，片麻巖1.30～1.451.10～1.20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?guī)r，風化痕跡的安山巖、玄武巖

1.30～1.451.10～1.20用爆破方法開挖

八類土(特堅硬石))

安山巖，玄武巖，花崗片麻巖，堅實的細?；◢弾r、閃長巖、石英巖、輝長巖、輝綠巖、玢巖1.45～1.501.20～1.30用爆破方法開挖土的含水量：土中水的質量與固體顆粒質量之比的百分率。1.1.2土的工程性質1土的含水量式中：m濕——含水狀態(tài)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(wěn)定性及填方密實程度有直接的影響。(1.1)2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)振動夯實，仍然不能完全復原，土的這種性質稱為土的可松性。土的可松性用可松性系數(shù)表示，即式中KS、KS′——土的最初、最終可松性系數(shù)；

V1——土在天然狀態(tài)下的體積，m3；V2——土挖出后在松散狀態(tài)下的體積，m3；V3——土經(jīng)壓(夯)實后的體積，m3。(1.4)(1.5)土的最初可松性系數(shù)是計算車輛裝運土方體積及挖土機械的主要參數(shù)；土的最終可松性系數(shù)是計算填方所需挖土工程量的主要參數(shù)。3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(shù)表示。滲透系數(shù)：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(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

土的名稱

滲透系數(shù)(m/d)

土的名稱滲透系數(shù)(m/d)

粘土

＜0.005

中砂

5.00～20.00

亞

粘

土

0.005～0.10

均質中砂

35～50

輕亞粘土

0.10～0.50

粗砂

20～50

黃土

0.25～0.50

圓

礫

石

50～100

粉砂

0.50～1.00

卵石

100～500

細砂

1.00～5.00

定義：天然狀態(tài)下的土，能夠保持傾斜的能力。表示方式：令B/H=m，則影響因素：土質、深度、開挖方法、邊坡留置時間長短等。4土方的邊坡坡度1.2土方計算1.2.1基坑與基槽土方量計算

基坑土方量可按立體幾何中擬柱體(由兩個平行的平面作底的一種多面體)體積公式計算(圖1.1)。即

式中H——基坑深度，m；A1、A2

——基坑上、下底的面積，m2；

A0—基坑中截面的面積，m2。(1.6)基槽土方量計算可沿長度方向分段計算(圖1.2)：

式中V1——第一段的土方量，m3；

L1—第一段的長度，m。

將各段土方量相加即得總土方量：

(1.7)(1.8)例題：某建筑物基礎的墊層尺寸為40×20m，自然地面標高為-0.4m，墊層底皮標高為-2.4m，場地土為二類土，開挖時允許四面放坡，放坡坡度為1：0.5，地下靜止水位標高為-1.4m，試問：⑴土方開挖量是多少？（a+b+c=1.0m）⑵若建筑物±0.00至自然地面高度范圍內外形輪廓尺寸為38.8×18.8m，±0.00以下建筑物體積為1000m3，其余空間用原土回填，應預留多少回填土。1.2.2場地平整土方計算對于在地形起伏的山區(qū)、丘陵地帶修建較大廠房、體育場、車站等占地廣闊工程的平整場地，主要是削凸填凹，移挖方作填方，將自然地面改造平整為場地設計要求的平面。

場地挖填土方量計算有方格網(wǎng)法和橫截面法兩種。橫截面法是將要計算的場地劃分成若干橫截面后，用橫截面計算公式逐段計算，最后將逐段計算結果匯總。橫截面法計算精度較低，可用于地形起伏變化較大地區(qū)。對于地形較平坦地區(qū)，一般采用方格網(wǎng)法。

1.3.1.1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(chǎn)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。

1.3.1常用土方施工機械

1.3.1.1鏟運機

按行走方式分為牽引式鏟運機和自行式鏟運機；按鏟斗操縱系統(tǒng)分，有液壓操縱和機械操縱兩種。為了提高鏟運機的生產(chǎn)效率，可以采取下坡鏟土、推土機推土助鏟等方法，縮短裝土時間，使鏟斗的土裝得較滿。

助鏟法：根據(jù)填、挖方區(qū)分布情況，結合當?shù)鼐唧w條件，合理選擇運行路線，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1.241.3.1.3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(圖1.25)。

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。(1)正鏟挖土機正鏟挖土機的工作特點是前進向上，強制切土，開挖停機面以上的土。

正鏟挖土機的開挖方式，根據(jù)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(圖1.26(b))正向挖土，反向卸土(圖1.26(a))

(2)

反鏟挖土機反鏟挖土機的工作特點是后退向下，強制切土，開挖停機面一下的土，可挖帶水的地下土壤。

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(圖1.28(a))反鏟挖土機停在溝端，向后退著挖土。

溝側開挖(圖1.28(b))挖土機在溝槽一側挖土，挖土機移動方向與挖土方向垂直。(3)拉鏟挖土機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。

1.3.2土方邊坡與土壁支撐

土壁穩(wěn)定，主要是由土體內摩阻力和粘結力保持平衡，一旦失去平衡，土壁就會塌方。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，或停放機具、材料，或由于動荷載的作用，使土體產(chǎn)生的剪應力超過土體的抗剪強度。

1.3.2.1土方邊坡

土方邊坡的坡度以挖方深度(或填方深度)

h與底寬b之比表示(圖1.11)，即

土方邊坡坡度=

h/b=1/(b/h)=1∶m式中m=b/h稱為邊坡系數(shù)。

當?shù)刭|條件良好、土質均勻且地下水位低于基坑(槽)或管溝底面標高時，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、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；堅硬的粘土：2m。挖土深度超過上述規(guī)定時，應考慮放坡或做成直立壁加支撐。

當挖地基坑較深或晾槽時間較長時，應根據(jù)實行情況采取護面措施。常用的坡面保護方法有帆布、塑料薄膜覆蓋法，坡面拉網(wǎng)法或掛網(wǎng)。當?shù)刭|條件良好，土質均勻且地下水位低于基坑(槽)或管溝底面標高時，挖方深度在5m以內且不加支撐的邊坡的最陡坡度應符合表1.4規(guī)定。

基坑(槽)或管溝挖好后，應及時進行基礎工程或地下結構工程施工。在施工過程中，應經(jīng)常檢查坑壁的穩(wěn)定情況。表1.4深度在5m內的基坑(槽)、管溝邊坡的最陡坡度

土的類別

邊坡坡度(高∶寬)

坡頂無荷載

坡頂有靜載

坡頂有動載

中密的砂土

1∶1.00

1：1.251：1.50中密的碎石類土(充填物為砂土)

1：0.751：1.001：1.25硬塑的粉土

1：0.671：0.751：1.00中密的碎石類土(充填物為粘性土)

1：0.501：0.671：0.75硬塑的粉質粘土、粘土

1：0.331：0.501：0.67老黃土1：0.101：0.251：0.33軟土(經(jīng)井點降水后)

1：1.00----

永久性挖方邊坡坡度應按設計要求放坡。臨時性挖方的邊坡值應符合表1.5的規(guī)定。

表1.5臨時性挖方邊坡值

土的類別

邊坡值(高∶寬)

砂土(不包括細砂、粉砂)

1∶1.25～1∶1.50

一般性粘土

硬

1∶0.75～1∶1.00硬、塑

1∶1.00～1∶1.25

軟

1∶1.50或更緩

碎石類土

充填堅硬、硬塑粘性土

1∶0.50～1∶1.00

充填砂土

1∶1.00～1∶1.50

1.3.2.2土壁支撐

土壁支撐形式應根據(jù)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。橫撐式支撐由擋土板、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為細顆粒、松散飽和土的支護，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，減小了動水壓力，從而可預防流砂的產(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下沉。

打入板樁的質量要求：板樁位置在板樁的軸線上，板壁面垂直，保證平面尺寸準確和垂直度；封閉式板樁墻要求封閉合攏；埋置達到規(guī)定深度要求，有足夠的抗彎強度和防水性能。

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，但長軸方向抗彎強度較小；波浪式板樁（圖1.13(.b.)）的防水和抗彎性能都較好，施工中多采用。鋼板樁施工

板樁施工要正確選擇打樁方法、打樁機械和流水段劃分，以保證打設后的板樁墻有足夠的剛度和防水作用。鋼板樁打入法一般分為單獨打入法、雙層圍檁插樁法和分段復打法。鋼板樁單獨打入法適用于樁長小于10m，且工程要求不高的鋼板樁支撐施工。A打樁方法的選擇雙層圍檁插樁法是在樁的軸線兩側先安裝雙層圍檁(一定高度的鋼制柵欄)支架后，將鋼板樁依次鎖口咬合全部插入雙層圍檁間。詳見圖1.14。分段復打法是在板樁軸線一側安裝好單層圍檁支架，將10～20塊鋼板樁拼裝組成施工段插入土中一定深度，形成一段鋼板樁墻，即屏風墻。詳見圖1.15。B合理劃分流水段

施工流水段的劃分應使板樁墻面垂直，滿足墻面支撐安裝要求，有利于封閉合攏，使行車路線短。

C鋼板樁打設準備工作E鋼板樁的拔除D鋼板樁的打設鋼板樁、圍檁支架的矯正修理按施工圖放板樁的軸線進行測標高，作為控制板樁入土深度的依據(jù)。樁錘不宜過重，以防樁頭因過大錘擊而產(chǎn)生縱向彎曲。準確安裝好圍檁支架。

為了保持基坑干燥，防止由于水浸泡發(fā)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。

1.3.3降低地下水位

1明溝排水法

明溝排水法是一種設備簡單、應用普遍的人工降低水位的方法。施工方法是，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(jīng)排水溝流入井內，然后用水泵抽出坑外(見圖1.16)。明溝排水法適用于水流較大的粗粒土層的排水、降水，也可用于滲水量較小的粘性土層降水，但不適宜于細砂土和粉砂土層，因為地下水滲出會帶走細粒而發(fā)生流砂現(xiàn)象。⑴動水壓力的產(chǎn)生動水壓力：指流動中的地下水對土顆粒產(chǎn)生的壓力。動水壓力的表示方法：動水壓力的大小與水頭差△h成正比，與滲流路徑L成反比。2動水壓力與流砂⑵流砂產(chǎn)生的原因井點降水：基坑開挖前，在基坑四周預先埋設一定數(shù)量的濾水管(井)，在基坑開挖前和開挖過程中，利用抽水設備不斷抽出地下水，使地下水位降到坑底以下，直至土方和基礎工程施工結束為止。

井點降水有兩類：一類為輕型井點(包括電滲井點與噴射井點)；另一類為管井點(深井泵)。對不同的土質應采用不同的降水形式，表1.6為常用的降水形式。3井點降水法

表1.6降水類型及適用條件

適合條件降水類型滲透系數(shù)(cm/s)可能降低的水位深度(m)輕型井點多級輕型井點10-2～10-5

3～66～12噴射井點10-3～10-6

8～20電滲井點＜10-6

宜配合其他形式降水使用深井井管≥10-5

＞10(1)輕型井點

輕型井點(圖1.17)就是沿基坑周圍或一側以一定間距將井點管(下端為濾管)埋入蓄水層內，井點管上部與總管連接，利用抽水設備將地下水經(jīng)濾管進入井管，經(jīng)總管不斷抽出，從而將地下水位降至坑底以下。輕型井點法適用于土壤的滲透系數(shù)為0.1～50m/d的土層中；降低水位深度：一級輕型井點3～6m，二級井點可達6～9m。

輕型井點設備由管路系統(tǒng)和抽水設備組成。管路系統(tǒng)包括濾管、井點管、彎聯(lián)管及總管等。

濾管(圖1.18)為進水設備，其構造是否合理對抽水設備影響很大。

輕型井點的布置

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(圖1.19)。

在考慮到抽水設備的水頭損失以后，井點降水深度一般不超過6m。井點管的埋設深度H(不包括濾管)按下式計算(圖1.19(b))：式中H1——井點管埋設面至基坑底的距離，m；h——基坑中心處坑底面(單排井點時，為遠離井點一側坑底邊緣)至降低后地下水位的距離，一般為0.5～1.0m；i——地下水降落坡度；環(huán)狀井點為1/10，單排線狀井點為1/4；

L——井點管至基坑中心的水平距離(單排井點中為井點管至基坑另一側的水平距離)，m。

(1.14)如寬度大于6m或土質不定，滲透系數(shù)較大時，宜用雙排井點，面積較大的基坑宜用環(huán)狀井點(圖1.20)；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(huán)狀井點。

當一級井點系統(tǒng)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（圖1.21）。

輕型井點的安裝輕型井點的施工分為準備工作及井點系統(tǒng)安裝。

準備工作包括井點設備、動力、水泵及必要材料準備，排水溝的開挖，附近建筑物的標高監(jiān)測以及防止附近建筑沉降的措施等。埋設井點系統(tǒng)的順序：根據(jù)降水方案放線、挖管溝、布設總管、沖孔、下井點管、埋砂濾層、粘土封口、彎聯(lián)管連接井點管與總管、安裝抽水設備、試抽。

井點管的埋設一般用水沖法施工，分為沖孔(圖1.22(a))和埋管(圖1.22(b))兩個過程。輕型井點使用

輕型井點運行后，應保證連續(xù)不斷地抽水。

井點淤塞，一般可以通過聽管內水流聲響、手摸管壁感到有振動、手觸摸管壁有冬暖夏涼的感覺等簡便方法檢查。

地下基礎工程(或構筑物)竣工并進行回填土后，停機拆除井點排水設備。

1.4填土與壓實1.4.1填土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；以粘土為土料時，應檢查其含水量是否在控制范圍內，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。填土應按整個寬度水平分層進行，當填方位于傾斜的山坡時，應將斜坡修筑成1∶2階梯形邊坡后施工，以免填土橫向移動，并盡量用同類土填筑?；靥钍┕で?，填方區(qū)的積水采用明溝排水法排除，并清除雜物。1.4.2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、低速、多遍”的方法。

夯