土木工程施工第一章土方工程11概述預備知識1流體力學流線網；2土力學土壓力、土的滲透性；3抽水設備井泵的揚程及揚程與真空度的關系。教學要求1土方工程的特點；2熟悉施工中土的工程分類及分類依據；2掌握土的可松性；3熟悉原狀土壓實后的沉降量。你問我答1工程中常見的土方工程有哪些2土方工程由那些種類3施工中土方一般是按照什么來分類4施工中分成哪八類土如何區分5土有哪些主要的工程性質6什么是土的可松性7什么場合要考慮土的可松性8原狀土經機械壓實后的沉降量如何計算11概述引言土方工程包括一切土的挖掘、填筑和運輸等過程以及排水、降水、土壁支撐等準備工作和輔助工程。在土木工程中，最常見的土方工程有場地平整、基坑（槽）開挖、地坪填土、路基填筑及基坑回填土等。土方施工的特點土方工程施工往往具有工程量大、勞動繁重和施工條件復雜等特點；土方工程施工又受氣候、水文、地質、地下障礙等因素的影響較大，不可確定的因素也較多，有時施工條件極為復雜。施工中土方分類方法松軟土其開挖方法用鍬、鋤頭挖掘。普通土一般用鍬、鋤頭挖掘，少許用鎬翻松后開挖。堅土主要用鎬，少許用鍬、鋤頭開挖，部分須用撬棍。沙礫堅土其開挖一般先用鎬、撬棍，然后用鍬挖掘，部分須用鍥子及大錘。軟石須用鎬或撬棍、大錘，部分用爆破方法開挖。次堅石須用爆破方法開挖，部分用風鎬。堅石、須用爆破方法進行開挖。特堅石須用爆破方法進行開挖。土的工程性質對土方工程施工有直接影響，也是進行土方施工設計必須掌握的基本資料。土的主要工程性質有土的可松性、滲透性、密實度、抗剪強度、土壓力等。1土的可松性土具有可松性即自然狀態下的土，經過開挖后，其體積因松散而增大，以后雖經回填壓實，仍不能恢復。土的可松性程度用可松性系數表示，即（11）式中最初可松性系數；最終可松性系數；V1土在天然狀態下的體積，M3；V2土經開挖后的松散體積，M3；V3土經回填壓實后的體積，M3。由于土方工程量是以自然狀態的體積來計算的，所以在土方調配、計算土方機械生產率及運輸工具數量等的時候，必須考慮土的可松性。如在土方工程中，是計算土方施工機械及運土車輛等的重要參數，是計算場地平整標高及填方時所需挖土量等的重要參數。各類土的可松性系數見表11。土的可松性系數表11土的類別可松性系數KSKS第一類（松軟土）108117101104第二類（普通土）114128102105第三類（堅土）124130104107第四類（礫砂堅土）126137106109第五類（軟石）130145110120第六類（次堅石）130145110120第七類（堅石）130145110120第八類（特堅石）1451501201302土的滲透性土的滲透性是指土體被水透過的性質。土體孔隙中的自由水在重力作用下會發生流動，當基坑開挖至地下水位以下，地下水在土中滲透時受到土顆粒的阻力，其大小與土的滲透性及地下水滲流路線長短有關。法國學者達西根據下圖中所示的砂土滲透試驗，發現滲流速度V與水力坡度成正比，即水力坡度斜是A、B兩點的水位差斜體與滲流路程長度斜體之比，即斜體。顯然，滲流速度斜體與A、B兩點水位差成正比，與滲流路程長度L成反比。比例系數K稱土的滲透系數M/D。水力坡度斜是A、B兩點的水位差斜體與滲流路程長度斜體之比，即斜體。顯然，滲流速度斜體與A、B兩點水位差成正比，與滲流路程長度L成反比。比例系數K稱土的滲透系數M/D。土的滲透系數K應經試驗確定，下表的數值可供參考。土壤滲透系數土壤的種類斜體M/D土壤的種類斜體M/D亞粘土、粘土亞粘土含亞粘土的粉砂純粉砂含粘土的細砂土方工程量（M3）方格例11例12VT000、1、5、6所圍方格VW2191834348VT03801、2、6、7所圍方格VW428938955VT245657492、3、7、8所圍方格VW37878142VT29968227333、4、8、9所圍方格VW00VT641012345、6、10、11所圍方格VW5205384VT1021832536、7、11、12所圍方格VW00061345VT918327447、8、12、13所圍方格VW0142VT956148118、9、13、14所圍方格VW0007096VT19731207510、11、15、16所圍方格VW00V12、16、17所圍方格VW00VT9410521512、13、17、18所圍方格VW00VT243879313、14、18、19所圍方格VW4181233VT279182264815、16、20、21所圍方格VW00VT9344606816、17、21、22所圍方格VW364628VT96943817、18、22、23所圍方格VW1145112730VT12106818、19、23、24所圍方格VW3079430816總土方量297846191568由此可見，采用最佳設計平面設計方法所得到的設計平面其土方工程量比僅考慮土方挖填平衡的設計方法小得多。（2）三角棱柱體法三角棱柱體的體積計算方法計算時先把方格網順地形等高線，將各個方格劃分成三角形（圖16）。圖16按地形將方格劃分成三角形每個三角形的三個角點的填挖施工高度，用H1，H2，H3表示。三角棱柱體的體積計算方法也分兩種情況1三角形三個角點全部為挖或全部為填（圖17A）（115）式中A方格邊長，M；H1，H2，H3三角形各角點的施工高度，M，用絕對值代入。2三角形三個角點有填有挖當三角形三個角點有填有挖時，零線將三角形分成兩部分，一個是底面為三角形的錐體，一個是底面為四邊形的楔體（圖17B）。其中錐體部分的體積為（116）楔體部分的體積為（117）式中H1，H2，H3一分別為三角形各角點的施工高度，M，取絕對值，其中H3指的是錐體頂點的施工高度。A）全填或全挖；B）錐體部分為填方圖17三角棱柱體的體積計算基坑（槽）土方工程量計算基坑（槽）土方施工前，同樣需要進行土方工程量計算，基坑（槽）開挖的土方量可按擬柱體積的公式計算（圖115），即（118）式中V土方工程量，M3；H，F1，F2如圖所示。F0F1與F2之間的中截面面積，M2。工程施工中路堤的填筑的土方工程量與基槽類似，也可按此公式計算。對基坑而言，H為基坑的深度，F1，F2分別為基坑的上下底面積（M2），對基槽或路堤，H為基槽或路堤的長度（M），F1，F2為兩端的面積（M2）；A）基坑土方量計算；B）基槽、路堤土方量計算圖115土方量計算基槽與路堤通常根據其形狀（曲線、折線、變截面等）劃分成若干計算段，分段計算土方量,然后再累加求得總的土方工程量。如果基槽、路堤是等截面的，則F1F2F0，由式（118）計算VHF1。14土方施工機械預備知識1機械原理的基本知識；2有關機械作業生產率的計算方法；3土的可送性教學要求各種土方機械的性能和作業特點；2各種土方機械的適用性；3土方機械的選擇；4挖掘機與運土車輛的配合你問我答基坑開挖常用的土方機械有哪幾類2場地平整常用的土方機械有哪幾類3推土機的性能如何，它適用于哪些土方工程4鏟運機的性能如何，它適用于哪些土方工程5正鏟挖掘機的性能如何，它適用于哪些土方工程6反鏟挖掘機的性能如何，它適用于哪些土方工程7抓鏟挖掘機的性能如何，它適用于哪些土方工程8拉鏟挖掘機的性能如何，它適用于哪些土方工程9挖掘機與運土車輛配合應考慮哪些因素引言場地平整土方施工機械主要為推土機、鏟運機，有時也使用挖掘機及裝載機。推土機推土機是一種在拖拉機前端懸裝上推土刀的鏟土運輸機械。作業時，機械向前開行，放下推土刀切削土壤，碎土堆積在刀前，待逐漸積滿以后，略提起推土刀，使刀刃貼著地面推移碎土，推到指定地點以后，提刀卸土，然后調頭或倒車返回鏟掘地點。由于推土機牽引力大，生產率高，工作裝置簡單牢固，操縱靈便，能進行多種作業，應用甚為廣泛。1適用性推土機適于推挖一至三類土。用于平整場地，移挖作填，回填土方，堆筑堤壩以及配合挖土機集中土方、修路開道等。推土機的作業效率與運距有很大關系，表13列有直鏟作業時的經濟運距。推土機的經濟運距表13行走裝置機型經濟運距（M）備注履帶式大型中型小型50L00（最遠L50）60100（最遠120）50上坡用小值下坡用大值輪胎式5080（最遠150）2型號及作業方式推土機按照推土刀安裝形式分固定推土刀（圖18A）和回轉推土刀（圖18B）兩種。固定推土刀裝成垂直于拖拉機縱軸線，只能作上下升降動作和向前推土，故又稱直鏟推土機。回轉推土刀，推土刀可裝成在水平面內與拖拉機縱軸線傾斜一個角度（025），還可在垂直面內傾側一個角度（一般為09）。推土刀在水平面內傾斜作業時，刀前碎土沿著推土刀表面斜向移動而卸于一側，故稱斜鏟推土機，其鏟、運、卸三個過程同時進行。推土刀在垂直面內傾側作業時，可以對堅實地面鏟掘。A）固定推土刀；B）回轉推土刀圖18履帶式推土機按照行走裝置形式，分履帶式和輪胎式兩種。履帶式推土機的履帶板有多種形式，以適應不同地面上行走，按照履帶接地比壓大小，又分為高比壓推土機（接地比壓100KPA以上），適用于石質地面上行走，中比壓推土機（接地比壓60100KPA），稱為普通推土機、低比壓推土機（接地比壓1030KPA），稱為濕地或沼澤地推土機。輪胎式推土機大多采用寬基輪胎，全輪驅動，以提高牽引性能并改善通過性能，其接地比壓為200350KPA。由于履帶式推土機后端一般可以裝松土齒耙、絞盤和反鏟裝置等，還可以作其他機械的牽引車或鏟運機的助鏟機，故目前應用廣泛。按照工作裝置操縱系統分液壓操縱和機械操縱等。液壓操縱式利用液壓缸來操縱推土刀的升降，可以借助整機的部分重力，強制推土刀切土，切土力大，操縱輕便，廣泛用于中、小型推土機上；機械操縱式依靠鋼絲繩滑輪組操縱，只能利用推土刀的自重切土，效率較低，一般用于大型和特大型推土機上。此外，推土機按照發動機功率分小、中、大、特大四種等級，常用推土機功率有45KW、75KW、90KW、120KW等數種。國產推土機大多是中型和大型。目前世界上最大型的推土機功率可達到735KW。推土機作業以切土和推運土方為主，切土時應根據土質情況，盡量采用最大切土深度在最短距離（610M）內完成，以便縮短低速行進的時間，然后直接推運到預定地點。上下坡坡度不得超過35B，橫坡不得超過10B。幾臺推土機同時作業時，前后距離應大于8M。推土機經濟運距在100M以內，效率最高的運距為60M。為提高生產率，可采用下坡推土（圖19）、槽形推土以及并列推土等方法（圖110）。圖19下坡推土法A）槽形推土法；B）并列推土法圖110槽形推土法與并列推土法鏟運機鏟運機是種利用鏟斗鏟削土壤，并將碎土裝入鏟斗進行運送的鏟土運輸機械，能夠完成鏟土、裝土、運土、卸土和分層填土、局部碾實的綜合作業。適用于鐵路，道路、水利、電力等工程平整場地工作。鏟運機具有操縱簡單，不受地形限制，能獨立工作，行駛速度快，生產效率高等優點。其適用一至三類土，如鏟削三類以上土壤時，需要預先松土。鏟運機由鏟斗（工作裝置）、行走裝置、操縱機構和牽引機等組成，鏟運其工作過程包括放下鏟斗，打開斗門，向前開行，斗前刀片切削土壤，碎土進入鏟斗并裝滿（圖111A），提起鏟斗，關上斗門，進行運土（圖111B）；到卸土地點后打開斗門，卸土，并調節斗的位置，利用刀片刮平土層（圖111C）；卸土完畢，返回。A）鏟土；B）運土；C）卸土圖111鏟運機的作業過程1斗門；2斗體鏟運機1適用性2型號及作業方式鏟運機分自行式和拖式兩種。自行式鏟運機（圖112）由牽引車和鏟斗車兩部分合成整體，中間用鉸銷連接，牽引車和鏟斗車均為單軸，其經濟運距可達1500M以上，具有結構緊湊、機動性大、行駛速度高等優點，得到廣泛的應用。拖式鏟運機需要有拖拉機牽引作業，裝有寬基低壓輪胎，適用于土質松軟的丘陵地帶，其經濟運距一般為50500M，由于機動性差，工程中較少應用。A）自行式；B）拖式圖112鏟運機外形圖按照鏟斗卸土方法，分強制卸土、半強制卸土和自由卸土三種（圖113）。強制卸土依靠活動的鏟斗后壁向前推移，將土強制推出，卸土干凈，但動力消耗大，半強制卸土的后斗壁與斗底連成整體，卸土時，斗底與后斗壁一起向前翻轉，碎土在推力與重力雙重作用下卸出，能夠卸凈兩側壁之間的土；自由卸土依靠整個鏟斗向前翻轉將碎土倒出，不能保證土的卸凈，但動力消耗低，用于小型鏟運機。A）強制卸土；B）半強制卸土；C）自由卸土圖113卸土方式鏟運機按照鏟斗容量分小、中、大、特大四種型式，中型的鏟斗容量一般為615M3，大型的一般為1530M3，特大型的可達30M3以上。鏟運機運行路線和施工方法視工程大小、運距長短、土的性質和地形條件等而定。其運行線路可采用環形路線或8字路線（圖114）。采用下坡鏟土、跨鏟法、推土機助鏟法等，可縮短裝土時間，提高土斗裝土量，以充分發揮其效率。A）環形路線；B）環形路線；C）大環形路線；D）8字型路線圖114鏟運機開行路線挖掘機如平整的場地上有土堆或土丘，或需要向下挖掘或填筑土方時可用挖掘機進行挖掘。挖掘機根據工作裝置不同分為正鏟、反鏟、抓鏟，機械傳動挖掘機還有拉鏟。施工中須有運土汽車進行配合作業。基坑土方開挖一般均采用挖掘機施工，對大型的、較淺的基坑有時也可采用堆土機。挖掘機按行走方式分為履帶式和輪胎式兩種。按傳動方式分為機械傳動和液壓傳動兩種。斗容量有02M3、04M3、10M3、15M3、25M3等多種。挖掘機利用土斗直接挖土，因此也稱為單斗挖土機，按土斗作業裝置分為正鏟、反鏟、抓鏟及拉鏟，使用較多的是前三種。1正鏟正鏟挖掘機外型如圖136所示。它適用于開挖停機面以上的土方，且需與汽車配合完成整個挖運工作。正鏟挖掘機挖掘力大，適用于開挖含水量較小的一類土和經爆破的巖石及凍土。一般用于大型基坑工程，也可用于場地平整施工。圖136正鏟挖掘機外形（1）適用性正鏟挖掘機挖掘力大，適用于開挖含水量較小的一類土和經爆破的巖石及凍土。一般用于大型基坑工程，也可用于場地平整施工。（2）作業方式正鏟的開挖方式根據開挖路線與汽車相對位置的不同分為正向開挖、側向裝土以及正向開挖、后方裝土兩種（圖137）。前者生產率較高。A）正向開挖、側向裝土；B）正向開挖、后方裝土圖137正鏟開挖方式正鏟的生產率主要決定于每斗作業的循環延續時間。為了提高其生產率，除了工作面高度必須滿足裝滿土斗的要求之外，還要考慮開挖方式和與運土機械配合。盡量減少回轉角度，縮短每個循環的延續時間。2反鏟圖138液壓反鏟挖掘機外形加長臂反鏟式挖土機（1）適用性反鏟適用于開挖一至三類的砂土或粘土。主要用于開挖停機面以下的土方，一般反鏟的最大挖土深度為46M的基坑，經濟合理的挖土深度為35M。反鏟也需要配備運土汽車進行運輸。（2）作業方式反鏟的開挖方式可以采用溝端開挖法，即反鏟停于溝端，后退挖土，向溝一側棄土或裝汽車運走（圖139A），也可采用溝側開挖法，即反鏟停于溝側，沿溝邊開挖，它可將土棄于距溝較遠的地方，如裝車則回轉角度較小，但邊坡不易控制（圖139B）。A溝端開挖；B溝側開挖圖139反鏟開挖方式3抓鏟機械傳動抓鏟外形如圖140所示。它適用于開挖較松軟的土。圖140抓鏟挖掘機外形（1）適用性對施工面狹窄而深的基坑、深槽、深井采用抓鏟可取得理想效果，也可用于場地平整中的土堆與土丘的挖掘。抓鏟還可用于挖取水中淤泥、裝卸碎石、礦碴等松散材料。抓鏟也有采用液壓傳動操縱抓斗作業。（2）作業方式抓鏟挖土時，通常立于基坑一側進行，對較寬的基坑則在兩側或四側抓土。抓挖淤泥時，抓斗易被淤泥“吸住”，應避免起吊用力過猛，以防翻車。4拉鏟拉鏟挖掘機的外形及工作狀況如圖141所示。圖141拉鏟挖掘機外形及工作狀況（1）適用性拉鏟適用于一至三類的土，可開挖停機面以下的土方，如較大基坑（槽）和溝渠，挖取水下泥土，也可用于大型場地平整、填筑路基、堤壩等。（2）作業方式拉鏟挖土時，依靠土斗自重及拉索拉力切土，卸土時斗齒朝下，利用慣性，較濕的粘土也能卸凈。但其開挖的邊坡及坑底平整度較差，需更多的人工修坡（底）。它的開挖方式也有溝端開挖和溝側開挖兩種。挖掘機與運土車輛的配合當挖掘機挖出的土方需要運土車輛運走時，挖掘機的生產率不僅取決于本身的技術性能，而且還決定于所選的運輸工具是否與之協調。由技術性能，可按下式算出挖掘機的生產率P（M3/臺班）（135）式中T挖掘機每次作業循環延續時間,S；Q挖掘機斗容量,M3KS土的最初可松性系數，見表11；KC土斗的充盈系數，可取0811；KB工作時間利用系數，一般為0608。為了使挖掘機充分發揮生產能力，應使運土車輛的載重量Q與挖掘機的每斗土重保持一定的倍率關系，并有足夠數量車輛以保證挖掘機連續工作。從挖掘機方面考慮，汽車的載重量越大越好，可以減少等待車輛調頭的時間。從車輛方面考慮，載重量小臺班費便宜但使用數量多；載重量大，則臺班費高但數量可減少。最適合的車輛載重量應當是使土方施工單價為最低，可以通過核算確定。一般情況下，汽車的載重量以每斗土重的35倍為宜。運土車輛的數量N，可按下式計算（136）式中T運輸車輛每一工作循環延續時間（S），由裝車、重車運輸、卸車、空車開回及等待時間組成；T1運輸車輛調頭而使挖掘機等待的時間，S；T2運輸車輛裝滿一車土的時間，S；（137）式中N運土車輛每車裝土次數；Q運土車輛的載重量，T；Q挖掘機斗容量，M3；土的重度，KN/M3。為了減少車輛的調頭、等待和裝土時間，裝土