第1章土石方工程1.1概述1.2土方與土方調配量計算1.3土方工程施工要點1.4土方工程機械化施工1.5土方填筑與壓實1.6土方工程質量標準與平安技術要求1.1概述常見的土方工程包括場地平整；土方的開挖、填筑和運輸及排水、降水和土壁邊坡和支護結構等；土方回填與壓實。

土方工程的施工特點工程量大，施工工期長，勞動強度大；施工條件復雜且多位露天作業土的工程分類與現場鑒別方法按土的開挖難易程度分為八類，如表1.1。表中一至四類為土，五至八類為巖石。表1.1土的工程分類土的分類土的級別土的名稱密度(kg/m3)開挖方法及工具一類土(松軟土)Ⅰ砂土；粉土；沖積砂土層；疏松的種植土；淤泥(泥炭)600～1500用鍬、鋤頭挖掘，少許用腳蹬二類土(普通土)Ⅱ粉質粘土；潮濕的黃土；夾有碎石、卵石的砂；粉土混卵(碎)石；種植土；填土1100～1600用鍬、鋤頭挖掘，少許用鎬翻松三類土(堅土)Ⅲ軟及中等密實粘土；重粉質粘土；礫石土；干黃土、含有碎石卵石的黃土；粉質粘土；壓實的填土1750～1900主要用鎬，少許用鍬、鋤頭挖掘，部分用撬棍四類土(砂礫堅土)Ⅳ堅硬密實的粘性土或黃土；含碎石、卵石的中等密實的粘性土或黃土；粗卵石；天然級配砂石；軟泥灰巖1900整個先用鎬、撬棍，后用鍬挖掘，部分用楔子及大錘五類土(軟石)Ⅴ硬質粘土；中密的頁巖、泥灰巖、白堊土；膠結不緊的礫巖；軟石灰巖及貝殼石灰巖1100～2700用鎬或撬棍、大錘挖掘，部分使用爆破方法六類土(次堅石)Ⅵ泥巖；砂巖；礫巖；堅實的頁巖、泥灰巖；密實的石灰巖；風化花崗巖；片麻巖及正長巖2200～2900用爆破方法開挖，部分用風鎬七類土(堅石)Ⅶ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、石灰巖；微風化安山巖；玄武巖2500～3100用爆破方法開挖八類土(特堅土)Ⅷ安山巖；玄武巖；花崗片麻巖；堅實的細粒花崗巖、閃長巖、石英巖、輝長巖、角閃巖、玢巖、輝綠巖2700～3300用爆破方法開挖土的根本性質(1)土的天然含水量土的含水量ω是土中水的質量與固體顆粒質量之比的百分率，即式中：──土中水的質量──土中固體顆粒的質量?！?〕土的天然密度和干密度土在天然狀態下單位體積的質量，稱為土的天然密度。式中：m──土的總質量；V──土的天然體積單位體積中土的固體顆粒的質量稱為土的干密度。式中：ms──土中固體顆粒的質量。

土的干密度越大，表示土越密實。工程上常把土的干密度作為評定土體密實程度的標準，以控制填土工程的壓實質量。土的干密度與土的天然密度之間有如下關系：(3)可松性自然狀態下的土經開挖后，其體積因松散而增大，以后雖經回填壓實，仍不能恢復其原來的體積。──土在天然狀態下的體積〔m3〕；──土挖出后在松散狀態下的體積(m3)；──土經回填壓〔夯〕實后的體積(m3)〔4〕滲透性水流通過土中孔隙的難易程度，水在單位時間內穿透土層的能力稱為滲透系數，用k表示，單位為m/d。

式中：──水在土中的滲透速度，m/d──水力坡度，即兩點水頭差與其水平距離之比；──土的滲透系數，m/d。

1.2土方與土方調配量計算1.2.1基坑、基槽土方量計算場地設計標高確實定場地平整土方量計算場地設計標高確實定場地土方工程量計算

圖1.13場地邊坡平面圖土方調配1．應力求到達挖、填平衡和運輸量最小的原那么。2．應考慮近期施工與后期利用相結合的原那么。3．盡可能與大型地下建筑物的施工相結合。4．調配區大小的劃分應滿足主要土方施工機械工作面大小〔如鏟運機鏟土長度〕的要求，使土方機械和運輸車輛的效率能得到充分發揮。土方調配區的劃分土方調配原那么1．用“最小元素法〞編制初始調配方案2．最優方案判別法3.方案的調整1.2.3.3用“表上作業法〞求解最優調配方案

1.3土方工程施工要點

兩側擋土板水平放置,用工具式或木橫撐借木楔頂緊,挖一層土,支頂一層適于能保持立壁的干土或天然濕度的粘土類土,地下水很少,深度在2m以內土方邊坡與土壁支撐施工準備擋土板水平放置,中間留出間隔,并在兩側同時對稱立豎枋木,再用工具式或木橫撐上下頂緊。適于能保持直立壁的干土或天然濕度的粘土類土,地下水很少,深度在3m以內。擋土板水平連續放置,不留間隙,然后兩側同時對稱立豎枋木,上下各頂一根撐木,端頭加木楔頂緊；適用于較松散的干土或天然濕度的粘土類土,地下水很少,深度為3～5m擋土板垂直放置,連續或留適當間隙,然后每側上下各水平頂一根枋木,再用橫撐頂緊；適于土質較松散或濕度很高的土,地下水較少,深度不限溝槽上部設連續或水平支撐,下部設連續或垂直支撐；適于溝槽深度較大,下部有含水土層情況沿擋土位置預先打入鋼軌、工字鋼或H型鋼樁,間距1～1.5m,然后邊挖方,邊將3～6cm厚的擋土板塞進鋼樁之間擋土,并在橫向擋板與型鋼樁之間打入楔子,使橫板與土體緊密接觸適于地下水位較低,深度不很大的一般粘性或砂土層中應用.在開挖基坑的周圍打鋼板樁或鋼筋混凝土板樁,板樁入土深度及懸臂長度應經計算確定,如基坑寬度很大,可加水平支撐；適于一般地下水、深度和寬度不很大的粘性或砂土層中應用在開挖的基坑周圍打鋼板樁,在柱位置上打入暫設的鋼柱,在基坑中挖土,每下挖3～4m,裝上一層構架支撐體系,挖土在鋼構架網格中進行,亦可不預先打入鋼柱,隨挖隨接長支柱適于在飽和軟弱土層中開挖較大、較深基坑,鋼板樁剛度不夠時采用在開挖基坑的周圍,用鉆機鉆孔,現場灌注鋼筋混凝土樁,到達強度后,在基坑中間用機械或人工挖土,下挖1m左右裝上橫撐,在樁反面裝上拉桿與已設錨樁拉緊,然后繼續挖土至要求深度。在樁間土方挖成外拱形，使之起土拱作用。如基坑深度小于6m,或鄰近有建筑物,亦可不設錨拉桿,采取加密樁距或加大樁徑處理適于開挖較大、較深(>6m)基坑,臨近有建筑物,不允許支護,反面地基有下沉、位移時采用。同擋土灌注樁支撐,但在樁頂不設錨樁錨桿,而是挖至一定深度,每隔一定距離向樁反面斜下方用錨桿鉆機打孔,安放鋼筋錨桿,用水泥壓力灌漿,到達強度后,安上橫撐,拉緊固定,在樁中間進行挖土,直至設計深度。如設2～3層錨桿,可挖一層土,裝設一次錨桿適于大型較深基坑,施工期較長,鄰近有高層建筑,不允許支護,鄰近地基不允許有任何下沉位移時采用系將擋土灌注樁在平面布置上由單排樁改為雙排樁,呈對應或梅花式排列,樁數保持不變,雙排樁的樁徑d一般為400～600mm,排距L為(1.5～3)d,在雙排樁頂部設圈梁使其成為整體剛架結構。亦可在基坑每側中段設雙排樁,而在四角仍采用單排樁。采用雙排樁支護可使支護整體剛度增大,樁的內力和水平位移減小,提高護坡效果.適于基坑較深,采用單排混凝土灌注樁擋土,強度和剛度均不能勝任時使用在開挖的基坑周圍,先建造混凝土或鋼筋混凝土地下連續墻,到達強度后,在墻中間用機械或人工挖土,直至要求深度。對跨度、深度很大時,可在內部加設水平支撐及支柱。用于逆作法施工,每下挖一層,把下一層梁、板、柱澆筑完成,以此作為地下連續墻的水平框架支撐,如此循環作業,直到地下室的底層全部挖完土,澆筑完成。適于開挖較大、較深(>10m)、有地下水、周圍有建筑物、公路的基坑,作為地下結構的外墻一部分,或用于高層建筑的逆作法施工,作為地下室結構的局部外墻。在開挖基坑的周圍先建造地下連續墻支護,在墻中部用機械配合人工開挖土方至錨桿部位,用錨桿鉆機在要求位置鉆孔,放入錨桿,進行灌漿,待達到強度,裝上錨桿橫梁,或錨頭墊座,然后繼續下挖至要求深度,如設2～3層錨桿,每挖一層裝一層,采用快凝砂漿灌漿。適于開挖較大、較深(>10m)、有地下水的大型基坑,周圍有高層建筑,不允許支護有變形、采用機械挖方、要求有較大空間、不允許內部設支撐時采用。在基坑周圍打板樁或設擋土灌注樁,在內側放坡挖中間局部土方到坑底,先施工中間局部結構至地面,然后再利用此結構作支承向板樁(灌注樁)支水平橫頂撐,挖除放坡局部土方,每挖一層支一層水平橫頂撐,直到設計深度,最后再建該局部結構。適于開挖較大、較深的基坑,支護樁剛度不夠,又不允許設置過多支撐時用。在基坑周圍打板樁或設擋土灌注樁,在內側放坡挖中間局部土方到坑底,并先施工好中間局部根底,再從根底向樁上方支斜頂撐,然后再把放坡的土方挖除,每挖一層,支一層斜撐,直至坑底,最后建該局部結構。適于開挖較大、較深基坑、支護樁剛度不夠、坑內不允許設置過多支撐時用。深層攪拌水泥土樁是加固飽和軟土的一種新方法，最早用于加固軟土地基，近年來開展作為防滲墻及淺基坑的擋土支護樁。它由攪拌樁機將水泥和土強行攪拌，形成柱狀的攪拌水泥土樁，水泥土柱狀加固體連續搭接形成密封擋墻；兼具隔水作用的擋土支護樁通常布置成格柵式要求相鄰樁搭接不小于20cm，格柵的截面置換率〔加固土面積與總面積之比〕為0.6～0.8。它適用于4～6m深的沿海地區如滬、江浙、閩、粵等的軟土地基基坑，采取卸荷方法最大可達7m。

利用深層攪拌水泥土樁的良好止水性能作帷幕，與灌注樁〔鉆孔灌注樁、沉管灌注樁或人工挖孔灌注樁〕的擋土性能結合起來，可以支護較深的基坑。同時基坑四周地下水被封閉，僅在基坑內降水排水，即可開挖土方。深層攪拌水泥土樁與擋土灌注樁結合支護是軟土、普通粘土及地下水位較高地區深基坑支護的主要方法，其應用是止水擋土支護結構中較廣泛的。它有懸臂樁和有錨樁兩類，前者一般適用深度7m以下的基坑，后者那么可達18m的基坑深度。有錨樁是在樁后設柔性系桿〔如鋼索、土錨桿等〕或在樁前設剛性支撐〔如鋼筋混凝土大梁、型鋼、鋼管〕加以固定。鋼板樁是一種較老的基坑支護，適用于軟土、淤泥質土、松散砂土及地下水多地區。鋼板樁的種類很多，根本上分為平板與波浪形板樁兩類，每類中又有多種形式。平板樁(圖1.26槽鋼和圖1.27a一字型截面)承受軸向應力的性能良好，易打入地下，但長軸方向抗彎強度較小，常用于4m以下深度的較淺基坑或基槽，一般采用懸臂式板樁即依靠入土局部的土壓力來維持板樁的穩定或頂部設一道支撐或拉錨。圖1.26槽鋼鋼板樁截面型式

圖1.27常用鎖口的鋼板樁截面型式(a)一字型截面

波浪式板樁，尤其是“拉森〞式鋼板樁(圖1.27b)抗彎性能都較好，施工應用較多。它有懸臂式板樁和有錨板樁兩類，前者一般適用深度10m以下的基坑，后者那么可達16m的基坑深度。有錨板樁是在板樁墻后設柔性系桿〔如鋼索、土錨桿等〕或在板樁墻前設剛性支撐〔如大型型鋼、鋼管〕加以固定。當基坑特別寬大或基坑內不允許有剛性支撐阻攔時，那么可設置柔性系桿。

圖1.27常用鎖口的鋼板樁截面型式

(b)U型截面在基坑開挖坡面，用機械鉆孔或洛陽鏟成，孔內放鋼筋并注漿，在坡面安裝鋼筋網，噴射C20厚80～200mm厚的混凝土，使土體、鋼筋與噴射混凝土面板結合，成為深基坑土釘支護，如圖1.30所示，基坑坡面可以豎直90°，也可是80°左右，土釘長度按計算確定。適宜于地下水位以上或經降水措施后的雜填土、普通粘土或非松散性的砂土，在我國北方、南方應用都較普遍，基坑深度一般在6m以下。復合土釘可做到10m深甚至以上。圖1.30土釘實例

地下連續墻定義地下連續墻〔diaphragmwallpaneltrench，slurrytrench，slurrywall，continuousdiaphragmwall，cut-offwall等〕開挖技術起源于歐洲。它是根據打井和石油鉆井使用泥漿和水下澆注混凝土的方法而開展起來的，1950年在意大利米蘭首先采用了護壁泥漿地下連續墻施工，20世紀50~60年代該項技術在西方興旺國家及前蘇聯得到推廣，成為地下工程和深根底施工中有效的技術。由于目前挖槽機械開展很快，與之相適應的挖槽工法層出不窮；有不少新的工法已經不再使用膨潤土泥漿；墻體材料已經由過去以混凝土為主而向多樣化開展；不再單純用于防滲或擋土支護，越來越多地作為建筑物的根底，所以很難給地下連續墻一個確切的定義[1]。一般地下連續墻可以定義為[1]：利用各種挖槽機械，借助于泥漿的護壁作用，在地下挖出窄而深的溝槽，并在其內澆注適當的材料而形成一道具有防滲〔水〕、擋土和承重功能的連續的地下墻體。地下連續墻施工流程修筑導墻導墻制作

導墻作用：在地下連續墻成槽前，應澆筑導墻及施工便道，導墻制作必須做到精心施工，導墻質量的好壞直接影響地下連續墻的軸線和標高，導墻的作用是為成槽設備導向、存儲泥漿穩定液位、維護上部土體穩定和防止土體坍落。關鍵要求是必須座于原狀土上。

導墻施工順序：平整場地→測量放樣→挖槽→澆筑導墻墊層砼→鋼筋綁扎→立模板→澆筑砼→養護→設置橫向支撐→施工便道。整個地下連續墻導墻分為多段施工，每段施工長度60m左右。導墻接縫采用錯縫搭接，并且與地下墻接縫錯開，由預留的水平鋼筋連接起來，使導墻成為整體。

地下連續墻施工第一步——修筑導墻地下連續墻施工第一步——修筑導墻⑴導墻放線⑵導墻開挖⑶鋼筋綁扎地下連續墻施工第一步——修筑導墻⑷導墻支模⑸導墻混凝土澆筑地下連續墻施工第二步——成槽機成槽蘇州金泰35成槽機開挖地下連續墻施工第三步——鋼筋籠吊裝鋼筋籠平臺及鋼筋對焊鋼筋籠制作過程鋼筋籠起吊鋼筋籠制作完成地下連續墻施工第三步——鋼筋籠吊裝鋼筋籠起吊鋼筋籠入槽

施工排水與降水

集水井降水1—井點管；2—濾管；3—總管；4—彎聯管；5—水泵房；6—原有地下水位線；7—降低后地下水位線；井點降水圖1.24輕型井點降低地下水位全貌圖防治流砂的方法①水下挖土法;②打板樁法;③搶挖法;④地下連續墻法;⑤枯水期施工法;防治流砂最常用也最徹底的方法:

⑥井點降水法當基坑或溝槽寬度小于6m，且降水深度不超過5m時，可用單排線狀井點,布置在地下水流的上游一側，兩端延伸長度不小于坑槽寬度。如寬度大于6m或土質不良，那么用雙排線狀井點,位于地下水流上游一排井點管的間距應小些，下游一排井點管的間距可大些。面積較大的基坑宜用環狀井點有時亦可布置成U形，以利挖土機和運土車輛出入基坑。井點管距離基坑壁一般可取0.7～1.2m，以防局部發生漏氣。井點管間距一般為0.8m、1.2m、1.6m或2.0m、2.4m,由計算或經驗確定。井點管在總管四角部位適當加密。

──井點管埋設面至基坑底面的距離；──降低后的地下水位至基坑中心底面的距離，一般取0.5～1.0m。──水力坡度，實測單排井點1/4～1/5，雙排井點1/7，環狀井點1/10～1/12；──基坑短邊方向井點管至基坑中心的水平距離。圖1.34環狀井點系統涌水量計算簡圖

(a)無壓完整井；(b)無壓非完整井

對于無壓完整井(圖1.34a)的環狀井點系統，涌水量計算公式為：

輕型井點系統設計實例

圖1.36井點管的埋設(a)沖孔(b)埋管

圖1.37回灌井點布置(a)回灌井點布置(b)回灌井點水位圖1—降水井點2—回灌井點3—原水位線4—基坑內降低后的水位線5—回灌后水位線

1.4土方工程的機械化施工

(1)推土機圖1.41液壓式推土機外形圖

常用土方施工機械圖1.42下坡推土法

圖1.43槽形推土

圖1.44并列推土

圖1.45分批集中一次推送

(2)鏟運機

圖1.46G6-2.5型拖式鏟運機外形圖

圖1.47CL7型自行式鏟運機外形圖

圖1.49跨鏟法

圖1.50推土機助鏟

圖1.51雙聯鏟運法

(3)挖土機圖1.52正鏟挖土機開挖方式(a)側向開挖；〔b〕正向開挖1—正鏟挖土機；2—自卸汽車圖1.53正鏟一層通道屢次開挖基坑Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ—為通道斷面及開挖順序

圖1.56履帶式機械傳動反鏟挖土機圖1.57液壓反鏟挖土機工作尺寸圖1.58反鏟挖土機開挖方式〔a〕溝端開挖；(b)溝側開挖1—反鏟挖土機；2—自卸汽車；3—棄土堆圖1.60履帶式拉鏟挖土機圖1.61履帶式抓鏟挖土機

圖1.631—坡道；2—枕木垛

圖1.62接力式挖土示意

1.4.2土方挖運機械選擇和機械挖土的本卷須知

接力式挖土是利用兩臺或三臺挖土機分別在基坑的不同標高處同時挖土。適合某些面積不大、深度較大的基坑，即基坑內本身開坡道有困難，此法可防止將載重汽車開進基坑裝土、運土作業。接力式挖土后挖土機搭枕木垛開出基坑或牽引拉出，如坡度過陡也可用吊車吊運出坑。圖1.64基坑挖土方式〔a〕放坡開挖〔b〕直立壁無支撐開挖〔c〕直立壁內支撐開挖〔d〕直立壁土錨開挖基坑土方開挖方式盆式開挖順序圖1.66島式開挖及支撐的施工順序示意圖基坑土方開挖中應注意的事項⑴支護結構與挖土應緊密配合，遵循先撐后挖、分層分段、對稱、限時的原那么。土方開挖宜選用適宜施工機械、開挖程序及開挖路線。⑵要重視打樁效應，防止樁位移和傾斜。⑶注意減少坑邊地面荷載，防止開挖完的基坑暴露時間過長。⑷當挖土至坑槽底50cm左右時，應及時抄平。⑸在基坑開挖和回填過程中應保持井點降水工作的正常進行。⑹開挖前要編制包含周詳平安技術措施的基坑開挖施工方案，以確保施工平安。表1.14基坑監控工程表基坑側壁安全等級一級二級三級監測項目支護結構水平位移應測應測應測周圍建筑物、地下管線變形應測應測宜測地下水位應測應測宜測樁、墻內力應測宜測可測錨桿拉力應測宜測可測支撐軸力應測宜測可測立柱變形應測宜測可測土體分層豎向位移應測宜測可測支護結構界面上側向壓力宜測可測可測．基坑支護工程的現場監測基坑類別圍護結構墻頂位移監控值圍護結構墻體最大位移監控值地面最大沉降監控值一級基坑353二級基坑686三級基坑81010表1.15基坑變形的監控值〔單位：cm)1.5土方填筑與壓實對填方土料應按設計要求驗收前方可填入。如設計無要求，按?施工手冊?要求如下：碎石類土、砂土〔使用細、粉砂時應取得設計單位同意〕和爆破石碴可用作表層以下的填料；含水量符合壓實要求的粘性土，可用作各層填料；碎塊草皮和有機質含量大于8%的土，僅用于無壓實要求的填方。含有大量有機物的土，容易降解變形而降低承載能力；含水溶性硫酸鹽大于5%的土，在地下水的作用下，硫酸鹽會逐漸溶解消失，形成孔洞影響密實性；因此前述兩種土以及淤泥和淤泥質土、凍土、膨脹土等均不應作為填土。土料選擇與填筑要求(1)碾壓法

圖1.69羊足碾

圖1.67光輪壓路