第三章土石方工程

基坑開挖、施工場地的平整，都需要進行土石方的開挖、運輸、填筑，土石方的挖、運、填總稱為土石方工程。水運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土方量計算和土方調配一、土石的工程分類：分為八類土（按堅實系數、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、堅土：

4、砂礫堅土

5、軟石

6、次堅石

7、堅石

8、特堅石軟石以上需要爆破開挖二、土石的工程性質容重：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：最初可松性系數：Ks=V2/V1

最終可松性系數:Ks’=V3/V1

V1－土在自然狀態下的體積

V2－土挖出后松散狀態下的體積

V3－土經壓實后的體積內摩擦角：Φ內聚力：C三、場地平整

場地平整主要通過整個建筑場地的豎向規劃，為后續工程提供有利的施工平面，它包括場地設計標高確定、土方量計算、土方調配以及挖運、填的機械化施工等。1、場地豎向規劃場地設計標高確定的一般方法：小型場地平整時，若對場地標高無特殊要求時，可根據平整前后土方量相等的原則確定場地設計標高。2、土方量的計算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則的地區，計算較簡便，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，平坦地區大型場地，最大不超過100m。2、計算橫斷面面積3、根據橫斷面面積，按下式計算土方量

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:20m×20m或40m×40m，在每方格的右角的上、下分別標設計地面標高、自然地面標高，其差值（下減上）即為該角點的挖（＋）或（－）方的高度。②方格網法步驟：

2、計算零點位置，標于方格網上，并連線，即為挖填方的分界線。3、計算每個方格的挖方或填方量、標在方格左上方。V——挖方或填方體積(m3)H1、H2、H3、H4——方格四個角點的填挖高度，均取絕對值(m)∑H填——方格角點中填方施工高度的總和，取絕對值(m)∑H挖——方格角點中挖方施工高度的總和，取絕對值(m)∑H——方格角點中施工高度的總和，取絕對值(m)α——方格邊長(m)3、計算每個方格的挖方或填方量、標在方格左上方。挖填方量匯總表方格編號挖方（m3）填方（m3）IIIIIIIV……合計4、作表匯總。3、調配平衡目的：使土方運輸（噸?公里）最小。土方調配平衡的原則：1)挖、填方量基本達到平衡；（填方就地取材，用挖的土填方，減少挖方外運，和填方開采的費用）2)土方運輸的t.km盡可能為最小；3)好土應用于回填質量要求較高的地區；4)結合其他建筑物施工，或開挖，其土方或留土作為其回填土。5)選擇恰當的調配方向，運輸路線，運輸機具，使土方運輸通暢，無對流和亂流現象（運輸線路盡量不要交叉）把整個場地劃分為m個挖方區A1，A2，…，Am，其挖方量相應為a1,a2,…am；有n個填方區B1，B2，。。。Bn，其填方量相應為b1,b2,…bn；并假定挖填方平衡，即：從Ai到Bj的平均運距為Cij，調配的土方量為Xij，土方調配問題的數學模型可以用下式表達：求一組Xij值，使目標函數

為最小值，并滿足下列約束條件：運輸問題：線形規劃理論求解（圖上作業法，表上作業法）。第二節場地土方開挖方法一、土方施工前的準備工作1)拆除障礙物（建筑物、電桿、電線、墳墓、樹木等）；2)設排水溝及排水機具（水泵、管路、電源配置等）；在施工區邊緣設堤、溝阻止水流（地下水、海水、雨水等）流入施工區；3)修路（雙車道），寬≮7m。路基可鋪20cm厚塊石或礫石，路面用簡易的泥結碎石，兩側設排水溝。與鐵路、管線相交處設置平交道和標志；4)水、電，臨時設施（生活和生產）；5)檢查地下設施（地下構筑物，管道、電纜等）根據挖方或填方的深度，或拆除或采取措施；6)填土時，施工區進行適當清理，積水、草皮、樹根、洞穴和軟弱土層。二、土坡穩定粘性土圓弧滑動驗算。對重要的土方開挖邊坡，應進行專門的邊坡穩定設計。對中小型臨時邊坡，坡度可根據經驗確定或參考施工手冊。例：對使用期一年以內的臨時性挖土邊坡，在土坡整體穩定的情況下，如地質條件良好，土質較均勻，高度在10m以內。砂土（不包括細砂、粉砂）一般粘性土堅硬硬塑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、分段、分層開挖，不允許切腳開挖。②對不穩定邊坡，避免用爆破開挖。③根據土質情況，間隔一定高度設置永久性戧臺，寬度視用途而定。④避免超、欠挖。⑤機械開挖時，應距設計坡面有不小于20cm保護層，最后用人工坡面修整。邊坡支護：對不穩定邊坡，采取適當支護措施（護面、支擋，重力式擋土墻、噴錨）。邊坡開挖：山西水電－錨索500噸張拉試驗三、土方挖掘機械與施工方法1、土方挖掘機械主要機械：①推土機②鏟運機③單斗挖土機（正鏟、反鏟、拉鏟、抓鏟）④多斗挖土機⑤裝載機（鏟車）適用于開挖Ⅰ～Ⅲ類土。經濟運距100m以內，效率最高運距60m多用于：場地平整開挖深度在1.5m以內的坑（槽）移挖回填（坑、管溝）堆筑高度在1.5m以內的堤埂。配合其他挖土機進行平整、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）可提高生產效率30%～40%

無自然坡時，可分段推土，形成下坡推土條件，在半挖半填區或回填溝槽時可用此法。②為防止土從擋板側漏失，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，一次運送。（一）推土機槽形推土并列推土適用于開挖Ⅰ～Ⅲ類土（積、挖、運、填于一身）（二）鏟運機運土切土卸土（大型機械）常用于坡度20°以內的大面積土方的挖、填、整平、壓實。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：經濟運距為800～1500m。拖式：經濟運距600m，效率最高運距250～300m。（中長距離）雙聯鏟運。推土機頂推鏟土（助鏟），堅硬土質可用松土機先松土。適用于工作面短（50～100m

）和填方不高（0.1～1.5m

）時。優點：一個循環可完成多次鏟土和卸土。應經常調換方向行駛，避免機械單側磨損。當挖、填交替，剛好填土區在挖土區兩端時，可采用大環形路線。鏟運機的運行路線：①大環形運行路線優點：一個循環完成兩次挖土和卸土，空車行駛距離短，兩次轉彎方向不同，避免了單側磨損。注意：轉彎時不能鏟土和卸土。②8字形運行路線③連續式運行路線優點：適用于工作地段有挖、填方交替的土方工程。減少空車運行荷轉彎次數，提高生產效率，同時還可以使整個填方面積得到均勻壓實。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。屬于循環式挖掘機械。每個循環包括鏟土、升高、旋轉至卸土地點卸土和回轉至開挖位置四個過程。即：鏟、升、轉、回或稱：挖土、重車回轉、卸土、空車回轉。（三）單斗挖土機①正鏟挖土機（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。回轉角180°時，效率降低約23%；130°時，效率降低約13%。根據開挖路線和運輸汽車相對位置的不同，一般有側向裝車和后方裝車兩種方式。分層開挖將工作面按機械的有效挖掘高度分成多層開挖。當工作面高度不能成為一次挖掘深度的整數倍時，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，工作面高度大于機械挖掘的合理高度時采用。挖土方法和提高生產效率措施中心開挖正鏟先從挖土區寬度的中心開挖，當向前挖至回轉角度超過90°時，則轉向兩側開挖，汽車按“八”字形停放裝土。本法開挖移位方便，回轉角度小（＜90°）。挖土區寬度宜在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）開挖將開挖面按機械的合理開挖高度，分成多層同時開挖。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，經濟挖深1.5～3m。生產率比正鏟低，多用于開挖溝槽、基坑等②反鏟挖土機開挖方法：（b）溝側開挖沿溝側直線運動，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的地方。（a）溝端開挖停于溝端，后退挖土（向溝一側棄土或裝車），開挖寬度不受機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。可用類似反鏟的溝端、溝側、溝角開挖。③拉鏟（索式）挖掘機“直上直下，自重切土”。可挖I～II類土，不能挖掘堅硬土。靈活性差，工效不高，適用：土質松軟，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，抓斗易被淤泥吸住，提斗不可過猛，以防翻車。必要時，需加配重。④抓斗（鏟）挖掘機⑤多斗挖掘機

分為鏈斗式和斗輪式兩類。適于挖I～II類均質土壤，生產效率高，常用于開挖大型渠道、基坑以及土料的開采。鏈斗式挖掘機斗輪式挖掘機⑥裝載機短程裝運結合的機械，靈活輕便，生產效率高，應用廣泛。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），以進行其它作業。土方運費往往占土方工程總費用的40%～60%，所以必須很好地組織。1、汽車特點：速度快，無轉運，效率高，適應性強（工作面狹窄和地形復雜）。缺點是：運費大，對道路有一定要求。一般3～8t，自卸車箱（后卸、側卸）高達15t

現有路或造路（運費大）2、鐵路運輸土方量大，運距遠，運輸量大，單位運輸阻力小

29.4～78.4N/t,汽車為490～1961N/t。投資大，適應性差。四、土方運輸3、帶式運輸移動式：用于短程運輸。散體材料的裝卸堆存。固定式：長距離運輸，分段布置。移動式：移動方便，改變高度固定式：運距長，不方便。效率較高，但運粘濕土料效率降低，適應各種地形條件，支承簡單。第四節挖運設備數量的確定一、挖土機生產率每一循環：挖土、重車回轉、卸土、空車回轉四個過程。1.理論生產率：Po(m3/h)或(方/臺時)，工程上常用(方/臺班)

方/臺班＝方/臺時×每天工作時間

q——土斗的幾何容積

n——（單斗式）每分鐘循環次數，或（多斗式）每分鐘傾倒的斗數。

ks——的最初可松動系數。（土經挖掘以后，組織破壞，體積增大的性質）

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

t3、

t4——分別為挖土、重車回轉、卸土、空車回轉的時間。ksc——土壤級別修正系數1.1～1.2（土硬