施工技術

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地基與基礎

地基土的分類

地基土分類的任務是根據分類用途和土的各種性質的差異將其劃分為一定的類別。

土的合理分類具有很大的實際意義，例如根據分類名稱可以大致判斷土的工程特性、評價

土作為建筑材料的適宜性以及結合其它指標來確定地基的承載力等等。

巖石和土的分類方法很多，不同部門根據其用途采用各自的分類方法。在建筑工程

中，土是作為地基以承受建筑物的荷載，因此著眼于土的工程性質(特別是強度與變形特

性)及其與地質成因的關系來進行分類。

巖石(基巖)是指顆粒間牢固聯結，是整體或具有節理、裂隙的巖體。它作為建筑場

和建筑地基可按下列原則分類：

()按成因分為巖漿巖、沉積巖和變質巖。

()根據堅硬程度分為硬質巖石和軟質巖石。

()根據風化程度分為微風化、中等風化和強風化。

()按軟化系數分為軟化巖石和不軟化巖石。為飽和狀態與風干狀態的巖石

單軸極限抗壓強度之比，為軟化巖石，為不軟化巖石。

作為建筑場地和建筑物地基的土的分類一般可按下列原則進行：

()根據沉積(堆積)年代可分為老沉積土(第四紀晚更新世及其以前沉積的土)、

一般沉積土(第四紀全新世文化期以前沉積的土)和新近沉積土(文化期以來新近

沉積的土)。

()根據地質成因可分為殘積土、按積土、洪積土、沖積土等

()根據有機質含量可分為無機土、有機土、泥炭質土和泥炭。

()根據顆粒級配或塑性指數可分為碎石類土、砂類土、粉土和粘性土。

()根據土的工程特性的特殊性質可分為一般土和各種特殊土。

現對巖石、碎石類土、砂類土、粉土、粘性土、特殊土等的工程分類分述如下。

巖石的工程分類

()巖石按堅硬程度分類

巖石根據堅硬程度可按表分為硬質巖石和軟質巖石兩類。

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巖石堅硬程度分類表

類另I」強度()代表性巖石

花崗巖、閃長巖、玄武巖、石灰巖、石英砂巖、硅質礫巖、花崗

硬質巖石

麻巖、石英巖等

軟質巖石頁巖、粘土巖、綠泥石片巖、云母片巖等

注：強度系指未風化巖石的飽和單軸極限抗壓強度。

()巖石風化程度的劃分

在建筑場地和地基勘察工作中，一般根據巖石由于風化所造成的特征，包括礦物變

異、結構和構造、堅硬程度以及可挖掘性或可鉆性等，而將巖石的風化程度劃分為微風化

中等風化和強風化三等。見表。

巖石風化程度的劃分表

堅硬程度分類

風化程度硬質巖石軟質巖石

-ftW

巖石結構、構造清楚。巖體層理清晰。

微風化巖質新鮮，表面稍有風化跡象，錘擊聲清裂隙較發育。巖塊為，裂隙中

脆，并感覺錘有彈跳，裂隙少，巖塊大于有風化物質填充。錘擊沿片理或頁理裂

,用鎬很難挖掘，巖芯呈圓柱狀開。用鎬較難挖掘。巖芯分裂，但可拼

成圓柱狀

巖石的結構、構造清楚。巖體層理清晰。巖石結構、構造及巖體層理尚能辯認。

錘擊聲脆，微有彈跳感。裂隙較發育，巖塊裂隙很發育，巖塊為，碎塊用手

為，裂隙中有少量充填物，用鎘難可折斷。用鎬較易挖掘。巖芯破碎，不

挖掘。巖芯分裂，但可拼成圓柱狀能拼成圓柱狀

巖石結構、構造及巖體層理都不甚清晰。

礦物成分已顯著變化，有次生礦物。錘擊為巖石結構、構造不清楚。巖體層理不

強風化空殼聲，碎塊用手易折斷，裂隙發育，巖塊為清晰。巖質已成疏松的土狀，用鎬易挖

,用鎬可以挖掘。巖芯破碎，不能拼掘，巖芯成碎屑狀，可用手搖鉆鉆進

成圓柱狀

碎石類土

碎石類土是粒徑大于的顆粒含量超過全重的土。

碎石類土根據粒組含量及顆粒形狀分為漂石或塊石、卵石或碎石、圓礫或角礫，其分

類標準見表。

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碎石類土的劃分表

土的名稱顆粒形狀顆粒級配

漂石圓形及亞圓形為主

粒徑大于的顆粒超過全重

塊石棱角形為主

卵石圓形及亞圓形為主粒徑大于

的顆粒超過全重

碎石棱角形為主

圓礫圓形及亞圓形為主粒徑大于的顆粒超過全重

角礫棱角形為主

注：定名時應根據粒組含量由大到小以最先符合者確定。

砂類土

砂類土是指粒徑大于的顆粒含量不超過全重、粒徑大于的顆粒超

過全重的土。

石類土按粒組含量分為礫砂、粗砂、中砂、細砂和粉砂，其分類標準見表。

砂類土按顆粒級配分類表

土的名稱顆粒級配

礫砂粒徑大于的顆粒占全重

粗砂粒徑大于的顆粒超過全重

中砂粒徑大于的顆粒超過全重

細砂粒徑大于的顆粒超過全重

粉砂粒徑大于的顆粒超過全重

注：定名時應根據粒組含量由大到小以最先符合者確定。

粉土

粉土是指粒徑大于的顆粒含量不超過全重、塑性指數小于或等于

的土。必要時可根據顆粒級配分為砂質粉土（粒徑小于的顆粒含量不超過全

重）和粘質粉土（粒徑小于的顆粒含量超過全重）。

礫粒以下的土粒，國內外都分為砂粒、粉粒與粘粒三級,三種土粒的差別是很明顯的

自然界中的土體，一般是這三種土粒的混合體。對某一土體,在一定級配下，其中某一種

土粒起主導作用時，則該土體主要呈現那種土粒的特性。粉土的顆粒級配以

的粒組為主，而水與土粒之間的作用是明顯不同于粘性土和砂類土，這主要表現

粉粒”的特性。其工程性質介于粘性土和砂類土之間。若用含水量接近飽和的粉土，團

成小球，放在手掌上左右反復搖晃，并以另一手震擊，則土中水迅速滲出土面，并呈現光

澤，這是野外鑒別時的常用方法之一。

粘性土

粘性土是指塑性指數大于的土。粘性土的工程性質與土的成因、生成年代的

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關系很密切，不同成因和年代的粘性土，盡管其某些物理性指標值可能很接近，但其工程

性質可能相差很懸殊。因而粘性土按沉積年代、塑性指數進行分類：

（）粘性土按沉積年代分為：老粘性土、一般粘性土和新近沉積粘性土。

老粘性土

老粘性土是指第四紀晚更新世（）及其以前沉積的粘性土。它是一種沉積年代久，

工程性質較好的粘性土。一般具有較高的強度和較低的壓縮性。其物理力學性質比具有

相近物理指標的一般粘性土要好。

廣泛分布于長江中下游的晚更新世的下蜀系粘土（）、湖南湘江兩岸的網紋狀粘性

土（）和內蒙包頭地區的下亞層（）都屬于老粘性土。

一般粘性土

一般粘性土是指第四紀全新世（）（文化期以前）沉積的粘性土。其分布面積最廣,

遇到的也最多，工程性質變化很大。

新近沉積的粘性土

新近沉積的粘性土是指文化期以來新近沉積的粘性土，一般為欠固結的，且強度較

低。其野外鑒別方法見表。

新近沉積粘性土的野外鑒別方法表

沉積環境顏色結構性包含物

在完整的剖面中無原

生的粒狀結核體，但可

河漫灘和山前洪、沖結構性差，用手擾動能含有圓形及亞圓形的

丁顏色較深而暗，呈

積扇（錐）的表層；古7原狀土時：極易變軟，專丐質結核體（如姜結石）

褐、暗黃或灰色，含有

道；已填塞的湖塘、溝、塑性較低的土還有振或!口殼等，在城鎮附近

機質較多時帶灰黑色

谷；河道泛濫區動水析現象可能含有少量碎磚、瓦

片、陶瓷、銅幣或朽木等

人類活動的遺物

一般來說，沉積年代久的老粘性土，其強度較高，壓縮性較低。但經多年的工程實踐

有明，一些地區的老粘性土承載力并不高，甚至有的低于一般粘性土，而有些新近沉積的

粘性土，其工程性質也并不差。因此在進行地基基礎的設計時，應根據當地的實踐經驗，

作具體的分析研究。

（）粘性土按塑性指數分類

粘性土按塑性指數的指標值分為粘土和粉質粘土，其分類標準見表。

粘性土按塑性指數分類表

土的名稱粉質粘土粘土

塑性指數

注：確定時，液限以克圓錐儀沉入土樣中深度為準。

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特殊土

特殊土是指在特定地理環境或人為條件下形成的特殊性質的土。它的分布一般具有

明顯的區域性。特殊土包括軟土、人工填土、濕陷性土、紅粘土、膨脹土、多年凍土、混

土、鹽漬土、污染土等。下面介紹其定義、特征和分類。

（）軟土

軟土是指沿海的濱海相、三角洲相、溺谷相、內陸平原或山區的河流相、湖泊相、沼

相等主要由細粒土組成的孔隙比大（一般大于）、天然含水量高（接近或大于液限）、壓

性高（）和強度低的土層。包括淤泥、淤泥質粘性土、淤泥質粉土等。多冷

還具有高靈敏度的結構性。

淤泥和淤泥質土是工程建設中經常會遇到的軟土。在靜水或緩慢的流水環境中沉

積，并經生物化學作用形成，其天然含水量大于液限。天然孔隙比大于等于的粘性

土，稱為淤泥；當天然孔隙比小于但大于等于時稱為淤泥質土。當土的有機質含

量大于時稱為有機質土；大于時則稱泥炭。

泥炭是在潮濕和缺氧環境中未經充分分解的植物遺體堆積而成的一種有機質土，呈

深褐色——黑色。其含水量極高，壓縮性很大，且不均勻。泥炭往往以夾層構造存在于一

般粘性土層中，對工程十分不利，必須引起足夠重視。

（）人工填土

人工填土是指由人類活動而堆填的土。其物質成分較雜，均勻性較差。根據其物質

組成和堆填方式，填土可分為素填土、雜填土和沖填土三類。各類填土應根據下列特征予

以區別：

素填土是由碎石、砂或粉土、粘性土等一種或幾種材料組成的填土，其中不含雜質

或含雜質很少。按主要組成物質分為碎石素填土、砂性素填土、粉性素填土及粘性素填

土。經分層壓實后則稱為壓實填土。

雜填土是由含大量建筑垃圾、工業廢粒或生活垃圾等雜物的填土。按其組成物質

成分和特征分為建筑垃圾土、工業廢料土及生活垃圾土。

沖填土是由水力沖填泥砂形成的填土。

人工填土還可按堆填時間（年）分為老填土和新填土，一般對于粘性素填土和粉性素

填土的分類標準見表。

粘性素填土和粉性素填土按堆填時間表

（年代）分類

土的名稱堆填時間（年）

超過年的粘性土

老填土

超過年的粉土

新填土不超過年的粘性土

不超過年的粉土

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在工程建設中所遇到的人工填土，往往各地都不一樣。在歷代古城的人工填土，一般

都保留有人類活動的遺物或古建筑的碎磚瓦礫(俗稱房渣土)，其分布范圍可能很廣，也

能只限于堵塞的渠道、古井或古墓。山區建設和新城市建設所遇到的人工填土，其填積年

限不會太久，山區廠礦建設中，由于平整場地而埋積起來的填土層常是新的(未經壓實的

素填土，城市的市區所遇到的人工填土不少是爐渣、建筑垃圾及生活垃圾等雜填土。

()濕陷性土

濕陷性土是指土體在一定壓力下受水浸濕時產生濕陷變形量達到一定數值的土。濕

陷變形量按野外浸水載荷試驗在壓力下的附加變形量確定，當附加變形量與載荷

板寬度之比大于時為濕陷性土。濕陷性土有濕陷性黃土、干旱和半干旱地區的具

有崩解性的碎石土和砂土等。

()紅粘土

紅粘土是指碳酸鹽巖系出露的巖石，經紅土化作用形成并覆蓋于基巖上的棕紅、褐黃

等色的高塑性粘土。其液限一般大于，上硬下軟，具明顯的收縮性，裂隙發育、經坡、

積再搬運后仍保留紅粘土基本特征，液限大于小于的土稱為次生紅粘土。我國的

紅粘土以貴州、云南、廣西等省區最為典型，且分布較廣。

()膨脹土

膨脹土一般是指粘粒成分主要由親水性粘土礦物(以蒙脫石和伊里石為主)所組成的

粘性土，在環境的溫度和濕度變化時，可產生強烈的脹縮變形，具有吸水膨脹、失水收縮

特性。已有的建筑經驗證明，當土中水份聚集時，土體膨脹，可能對與其接觸的建筑物產

生強烈的膨脹上抬壓力而導致建筑物的破壞；土中水分減少時，土體收縮并可使土體產生

程度不同的裂隙，導致其自身強度的降低或消失。

巖體中含有大量的親水性粘土礦物成分，在濕溫影響下產生強烈的脹縮變形，稱為膨

脹巖石。

膨脹巖土一般分布在二級及二級以上的階地、山前丘陵和盆地邊緣。地形特征在山

地表現為低丘緩坡；在平原地帶表現為地面龜裂、溝槽、無直立邊坡。

膨脹巖土的風干時出現大量的微裂隙，具有光滑面擠壓擦痕且有滑膩感。呈堅硬、硬

塑狀態的土體易沿微裂隙面散裂，當其遇水時則軟化。膨脹土一般呈灰白、灰綠、灰黃、

紅、褐黃等顏色。

膨脹巖土分布地區易發生淺層滑坡、地裂、新開挖的基槽及路塹邊坡坍塌等不良地質

現象。

()風化巖和殘積土

風化巖是指巖石在風化營力等作用下，使其結構、成分、性質等產生不同程度變異的

巖石。巖石完全風化后未經搬運過的殘積物，稱為殘積土。其中原巖結構已不清晰，可溶

的化學成分經淋漓作用被水帶走，所以孔隙率較大。在我國東南沿海的各類殘積土中，以

花崗巖風化而成的殘積土分布面積廣、厚度大。

區分風化巖與殘積土，宜采用現場標準貫入試驗、波速測試(詳見有關規范)或采取

樣測定無側限抗壓強度。對花崗巖類的風化巖與殘積土，宜按下列規定區分：當標準貫

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入試驗擊數時為強風化巖。為全風化巖，為殘積土；當風干

試樣的無側限抗壓強度時為強風化巖，為全風化巖，

為殘積土；當剪切波速時為強風化巖，為全風

化巖，為殘積土。

花崗巖風化后石英礦物成分保存較完好，而長石與黑色礦物成分多風化成高嶺石。

在花崗巖體中，常有后期侵入的巖脈，不含石英顆粒。花崗巖殘積土按所含礫級顆粒

成分的大小劃分為種：當大于顆粒質量大于或等于總質量的者，稱為礫

質粘性土；小于者稱為砂質粘性土；不含者稱為粘性土。

()多年凍土

多年凍土是指土的溫度等于或低于零攝氏度、含有固態水且這種狀態在自然界連續

保持三年或三年以上的土。當自然條件改變時，產生凍脹、融陷、熱融滑塌等特殊不良地

質現象及發生物理力學性質的改變。

()混合土

混合土主要由級配不連續的粘粒、粉粒、礫粒和巨粒組組成。當碎石土中的分土或粘

性土的質量大于時，稱為類混合土；當粉土或粘性土中碎石土的質量大于時，

稱為類混合土。

()鹽漬土

鹽漬土是指易溶鹽含量大于，且具有吸濕、松脹等特性的土。鹽漬土按含鹽性

質可分為氯鹽漬土、亞氯鹽漬土、硫酸鹽漬土、亞硫酸鹽漬土、堿性鹽漬土等。按含鹽量

分為弱鹽漬土、中鹽漬土、強鹽漬土和超鹽漬土。

()污染土

污染土是指由于外來的致污物質侵入土體而改變了原生性狀的土。污染土的定名可

在土的原分類定名前冠以污染”兩字，如污染中砂、污染粘土等。

細粒土按塑性圖分類

近年來，國外在土的工程分類方面有了很大進展，許多國家的土分類體系，不僅在本

國內已經制訂了統一的標準，而且在國家之間，也基本上趨于一致。這就為促進國際技術

交流提供了有利條件。許多國家的分類依據，在總的體系上大同小異，首先采用了以

作為粗、細粒組的分界粒徑，試樣中大于的土粒質量超過試樣總質量

的時，該土為粗粒土；反之，小于者超過時則為細粒土。然后，粗粒土

再按顆粒大小及其級配進行分類；而細粒土則再按下面將要介紹的塑性圖(由塑性指數和

液限所組成的分類圖)進行分類；有機土則單獨列為一類。

應該指出，土的塑性指數雖是劃分細粒土的良好指標，而且還能綜合反映土的顆粒組

成、礦物成分以及土粒表面吸附陽離子成分等方面的特性，但是不同的液、塑限可給出相

同的塑性指數而土性卻可能很不一樣(見表)。由此可見，細粒土的合理分類，a

應兼顧塑性指數和液限兩方面。由?卡薩格蘭德(，)首先提出來的塑性

圖，是根據大量試驗資料，經統計后繪成按和寫名的細粒土分類圖。與圖

一樣，它將所有細粒土分為四個區，線上下各有兩個區。所有粘土均在線和

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的水平線以上；所有粉土則均在線和的水平線以下。

土性隨液限與塑性指數的變化表

土性相等，增大時比較相等，增大時比較

壓縮性大致相同增大

透水性減小增大

干強度增大減小

注：干強度是指風干土塊用手指捏碎的難易程度。

結合我國情況的細粒土按塑性圖分類方法已列入《土的分類標準》（-）,如

圖所示，其中是用的的錐式液限儀錐尖沉入土中為標準測定的，

線方程是（）線方程為（如按碟式液限儀測定，則線方程為

o如果對應于該土的和的點位于線以上，且，該土屬于無機粘土

或有機質粘土，如果該點位于線與線以下部分，則該土屬于無機粉土或有機質粉

土。按的高低又區分為兩種土類；當時為高液限粘土（）或高液限粉土

（）;當時為低液限粘土（）或低液限粉土（）。

圖細粒土分類的塑性圖

土中有機質應根據未完全分解的動植物殘骸和無定形物質判定。有機質呈黑色、青

黑色或暗色，有臭味，有彈性和海綿感，可采用目測、手摸或嗅感判別。當不能判別時,

將試樣放入的烘箱中烘烤，烘烤后的液限小于烘烤前的時，試樣為有機質

土。有機質土可在相應的土類代號之后綴以代號，如、、、等。

《土的分類標準》中，細粒土定義為試樣中粗粒組（）質量少于總質量的

的土；而試樣中粗粒組質量為總質量的的土，稱為含粗粒的細粒土。

綜上所述，細粒土按塑性圖及所含粗粒類別以及有機質多寡可劃分為種土類。

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地基挖填

場地平整

場區豎向規劃設計

（）小型場地平整時設計標高的確定

小型場地平整且對場地標高無特定要求時，一般可以根據平整前后土方量相等的原則

得設計標高，但是這僅意味著把場地推平，使挖方量和填方量平衡，并不能保證總土方量

計算前先將場地平面劃成方格網，并根據地形圖將每方格的角點標高標于圖上。若

平整前后的土方量相等，則：

)

式中一所計算場地的設計標高（）；

---方格邊長（）;

---方格數；

、、、一任一方格的四個角點的標高。。

由于相鄰方格具有公共的角點標高，在一個方格網中，某些角點系四個相鄰方格的公

角點，其標高需加四次，某些角點系三個相鄰方格的公共角點，其標高需加三次；而某些

標高僅需加二次，又如方格網四角的角點標高僅需加一次。因此上式可改寫成下列形式：

式中——個方格僅有的角點標高（）；

---二個方格共有的角點標高（）;

---三個方格共有的角點標高（）；

—四個方格共有的角點標高（）O

（）最佳設計平面的確定

當進行大型場區豎向規劃設計時，要把天然地面改造成我們所要求的設計平面，就應

該滿足建筑規劃和生產工藝方面的要求，并盡量使填挖方平衡和總的土方量最小。因此，

正確地選擇設計標高需考慮以下因素：

與已有建筑物的標高相適應，滿足生產工藝和運輸的要求；

盡量利用地形，以減少填、挖土方的數量；

根據具體條件，爭取場區以內的挖方同填方相互平衡，以降低土方運輸費用；

要有一定的泄水坡度，以滿足排水要求。

當地形比較復雜時，場區一般需設計成多平面，此時可根據工藝要求和地形，預先把

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場區劃分成幾個平面，分別計算出各最佳設計平面的各個參數。然后適當修正各設計平面

交界處的標高，使場區平面的變化緩和且連續。因此，確定單平面的最佳設計平面是豎向

規劃設計的基礎。

應用最小二乘法原理，可以求得最佳設計平面參數（原點i

標高及地面坡度）。

場區豎向規劃中的設計平面是一個三維問題，由解析幾何A

學的理論可知，一個平面在空間中的具體位置，如果用直角坐/\

標系來表示（圖），其方程為：/Ljysr_

在等式的左，右兩邊均乘以，可得/

圖在空間中

由圖可以看出，設計平面同坐標平面及相一個平面的位置

交于點和點，設計平面在軸及軸處的夾角為和，而

.}

式中及一設計平面沿坐標及的坡度。

因而：

如果知道了坡度及，那么設計平面各點的標高可按上式計算。

今假設需平整場區上有若干點，它們的坐標分別為：

,一（，，），當參數，及已知時，則場區上相應

點的設計標高為：

由此可得設計平面各相應點的施工高度（即填挖深度）為:

方程式中的施工高度，如為正值則表示該點的設計標高大于地面標高，即該點

應是填土（填方）；如為負值則應是挖土（挖方）。

根據最小二乘法的原理可知，當各方格頂點的填挖深度的平方和最小時，并考慮反映

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方格各頂點特征的符號（測量上的術語稱為權”，的大小取決于該點在土方量計算中

出現的次數），則該設計平面能滿足土方工程量最小和保證填挖方量相等的最佳條件，即

最小

將公式代入得：

（）（）……

（）最小

為使最小，上式須對參數、、分別求偏導數，并令其等于，于是得:

()

)

—（）

整理成準則方程則為：

□[][][]

[][1C1:\

[][][][MJ

式中口…；、

[]……

[]……；

[]……其余類推。

解聯立方程組便可求出最佳設計平面的三個參數、及。然后即可根據方程式

計算出各點的施工高度。用下述等式可檢查上述計算工作是否正確。

（）場區設計平面的幾種特殊情況

當已知時，用公式的二、三式聯解即可求出坡度和：

[][][

[][][1C1/

當已知（或）時，用公式（）中一、三（或二）式聯解即可求出和（或）

□[][]口’1

][]}

[][][

□[][]

或

[][][][]J

如果求場區為水平面（即),由公式）中的一式得：

如用四方棱柱體法計算土方量，貝上

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[]

[]

b

此式即式。

如果三角棱柱體法計算土方量，貝I：

[1……?…

式中——為水平面時場地的設計標高；

—為一個方格共有的角點標高；

余類推；

—方格數。

（）當和已知（即必須保持、軸兩個方向規定的坡度），由公式中的一式可

求出：

[[1:]

---------------n------------------

因之即可求出各點的施工高度。

（）設計標高的調整

根據上述公式算出的設計標高乃一理論值，實際上還需要考慮下述因素進行調整。

由于土壤具有可松性，即一定體積的土方開挖后體積會增大，為此需相應地提高

設計標高，以達到土方量的實際平衡；

由于設計標高以上的各種填方工程（如場區上填筑路堤）而影響設計標高的降低，

或者由于設計標高以下的各種挖方工程而影響設計標高的提高（如開挖河道、水池、基坑

等）；

根據經濟比較的結果，將部分挖方就近棄于場外，或部分填方就近取于場外而引

起挖、填土方量的變化后，需增、減設計標高。

上述、兩項，可根據具體情況計算后加以調整，而項則按下述方法計算：

如圖所示，設為因考慮土的可松性而引起的設計標高的增加值，則總挖

方體積應減少，即：

式中一設計標高調整后的總挖方體積；

―設計標高調整前的總挖方體積；

——設計標高調整前的挖方區總面積。

設計標高調整后，總填方體積則變為：

（）

式中——設計標高調整后的總填方體積；

^40^r

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圖方格中部分為挖方、部分為填方

（）三角棱柱體法

系沿地形等高線再將每個方格的對角點連接起來劃分為兩個等腰直角三角形。根據

各角點施工高度符號的不同，零線（即方格邊上施工高度為零、不填不挖的點的連線）可

能將三角形劃分為兩種情況：三角形全部為挖方或全部為填方以及部分挖方和部分填方。

三角棱柱體法的計算公式是根據立體幾何體積計算公式推導出來的，比較精確。其計

算方法如下：

全填或全挖的體積公式（圖）：

（）

式中一方格的邊長；

、、一三角形各角點的施工高度。

部分挖方和部分填方的體積公式，由于零線將三角形

劃分成底面為三角形的錐體和底面為四邊形三角棱柱體法圖

三角棱柱體法全

全填或全挖的楔體。錐體的體積為：填或全挖

錐一（J

楔體的體積為：

楔T『）]

式中錐——錐體的體積［挖方或填方）；

楔—楔體的體積（填方或挖方）；

、、一三角形各角點的施工高度（均用絕對值代入）,但恒指錐體頂點的施

工高度。

土方調配

土主調配工作是土方規劃設計的一個重要內容。土方調配的目的是使土方總運輸量

（）或土方施工成本（元）最小的條件下，確定填挖方區土方的調配方向和數量，

而達到縮短工期和降低成本的目的。

進行土方調配，必須綜合考慮工程和現場情況、有關技術資料、進度要求和土方施工

施工技術

方法。特別是當工程為分批分期施工時，先期工程與后期工程之間的土方堆放和調運問題

應當全面考慮，力求避免重復挖運和場地混亂。經過全面研究，確定調配原則之后，即可

手進行土方調配工作：劃分土方調配區、計算土方的平均運距（或單位土方的施工費用）

確定土方的最優調配方案。當用同類機械進行土方施工時，可以用總的土方運輸量最小作

為土方調配的目標；當使用多種機械進行土方施工時，由于各種機械的使用費及生產率都

不一樣，最好以土方施工總費用最小作為土方調配的目標，因為它可以比較正確地反映土

方調配的綜合效果。

（）土方調配區的劃分、平均運距和土方施工單價的確定

進行土方調配時首先要劃分調配區。劃分土方調配區應注意下列幾點：

調配區的劃分應該與房屋和構筑物的平面位置相協調，并考慮它們的開工順序、

工程的分期施工順序；

調配區的大小應該滿足土方施工用主導機械（鏟運機、挖土機等）的技術要求，修

如調配區的范圍應該大于或等于機械的鏟土長度，調配區的面積最好和施工段的大小相

適應；

調配區的范圍應該和土方的工程量計算用的方格網協調，通常可由若干個方格組

成一個調配區；

當土方運距較大或場區范圍內土方不平衡時，可考慮就近借土或就近棄土，這時

一個借土區或一個棄土區都可作為一個獨立的調配區。

調配區的大小及位置確定之后，便可計算各填、挖方調配區之間的平均運距。當用鏟

運機或推土機平土時，挖方調配區和填方調配區土方重心之間的距離，通常就是該填、挖

方調配區之間的平均運距。在一般情況下，為便于計算，都是假定調配區平面的幾何中心

即為其體積的重心，這樣計算是近似的。當填、挖方調配區之間的距離較遠，采用汽車、

行式鏟運機或其他運土工具沿工地道路或規定路線運土時，其運距應按實際情況進行計

算。

當采用多種機械施工時，土方施工單價的確定就比較復雜。不僅是單機核算問題，還

要考慮挖、運、填配套機械施工單價。為了簡化計算，影響不大的因素可予以剔除。首先

以根據土壤的工程性質，調配區之間的運土距離和土方機械的技術性能等，從現有機械中

選擇每個調配區之間最合適的施工機械（包括挖、運、填整套作業機械）。這套機械施工

的生產率由其中最小的生產率確定（綜合施工過程中，配套機械的生產率應盡量協調）。

簡略方法計算土方施工單價時可用下式計算：

式中——由挖方區到填方區的土方施工單價（元）；

——參加綜合施工過程的各土方施工機械的臺班費用（元臺班）；

——參加挖方區到填方區的土方綜合施工過程的所有機械臺數（臺）；

—由挖方區到填方區的綜合施工過程的生產率（班）；

——參加綜合過程的所有機械的一次性費用，包括機械進出場運輸費，安裝拆

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除費，臨時設施費等（元）；

—該套機械的施工期內應完成的土方量（）。

（）用線性規劃”方法進行土方調配

方法簡介

表是土方平衡與施工單價表。

表說明了整個場地劃分為個挖方區、一，其挖方量相應為、

，并有個填方區、……，其填方量相應為、、……。并假定填挖平

衡，即

從到的單位土方施工費或運距為，調配的土方量為；故一般地說從到

的單位土方施工費或運距為，調配的土方量為，則土方調配問題就化做為這樣一

個數學模型，即要求求出一組的值，使得目標函數為最小值，而且滿

足下列約束條件：

根據約束條件知道，變量有個，而方程數有個。由于填挖平衡，前面個

方程相加減去后面個方程之和得第個方程，因此獨立方程的數量實際上只有

個。

施工技術

由于變量個數多于獨立方程個數。因此方程組有無窮多的解，每一個組都能得到

個變量的值。而我們的目的是要求出一組最優解。顯然，這是線性規劃”中的運輜

問題”，可以用表上作業法”來求解。運輸問題用表上作業法”求解較方便。

用表上作業法”進行土方調配

初始調配方案編制初始方案的編制采用最小元素法”。即根據對應于（平均

運距）最小的取最大值的原則進行調配。

下面用例子說明編制初始方案的方法。

圖為一距形廣場，現已知各調配區的土方量和相

互之間的平均運距，試求最優土方調配方案。

將圖中的數值填入填挖方平衡及運距表（表

）

首先在運距表（小方格）中找一個最小數值，上表中

（任取其中一個，如）。于是先確定的值，使其盡可網

圖各調配區的土

。由于挖方區的土方全

能的大，即（，）方量和平均運

部調到填方區，所以,將填入表距

中的格內，畫一個括號。同時在，格內畫上一個“

號，然后在沒有括號和"號的方格內，再選一個運距最小的方格，即,故我們讓

值盡量大，即o同時使。同樣將畫上一個括

號，填入表中格內，并且在、格內畫上”號（表)O

重復上面步驟，依次地確定其余數值，最后可以得出表。

表中所求得的一組的數值，便是本例的初始調配方案。由于利用最小元

素法”確定的初始方案，首先是讓最小的那些格內的值取盡可能大的值，也就是優先

考慮就近調配”。所以求得之總運輸量是較上的。但是這并不能保證其總運輸量是最小，

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因此還需要進行判別，看它是否是最優方案。

最優方案的判別法只要所有檢驗數，則初始方案即最優解。表上作業

法”中求檢驗數的方法有閉回路法”與位勢法”。位勢法”較閉回路法”簡便，因此

這里只介紹用位勢法”求檢驗數。

檢驗時，首先將初始方案中有調配數方格的平均運距列出來，然后根據這些數字的方

格，按下式求出兩組位勢數（、、…）和（、、一）o

式中——本例中為平均運距；

、一位勢數。

位勢數求出后，便可根據下式計算各空格的檢驗數：

如果所求得的檢驗數均為正數，則說明該方案是最優方案，否則，該方案就不是最優方案

尚需進一步調整。

現在用位勢法”來判別中求得的初始方案是否是最優方案。首先把表

中有調配數方格的平均運距列成表。

然后根據表的數字，依照公式求出位勢數。為了便于填寫位勢

數和，在表的基礎上再增加一行和一列，構成表的位勢表。

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平均運距和位勢表表位勢運距和檢驗數表表

先讓，貝U：

位勢數求出后，再根據公式，依次求出各空格的檢驗數。如：

（）（在表中只寫“或",可不必填入數字），將求得的各個

檢驗數填入表。

表中出現了負的檢驗數。這說明初始方案不是最優方案，需要進一步進行

調整。

方案調整第一步：在所有負檢驗數中挑選一個（一般可選最小一個），本例中

是，把它所對應的變量作為調整對象。

第二步：找出的閉回路。其作法是：從格出發，沿水平或豎直方向前進，遇到適

當的有數字的方格作轉彎（也不一定要轉彎），然后繼續前進，如果路線恰當，有限

后便能回到出發點，形成一條已有數字的方格為轉角點的、用水平和豎直線聯起來的閉回

路見表。

第三步：從空格出發，沿著閉回路（方向任意）一直前進，在各奇數次轉角點的婁

字中，挑出一個最小的（本例中便是在“，”中選出“”），將它由調到方格中

（即空格中）。

第四步：將“”填入方格中，被挑出的為（該格變為空格）；同時將閉回路上

其它的奇數次轉角上的數字都減去""，偶數次轉角上數字都增加"”；使得填挖方區

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的土方量仍然保持平衡，這樣調整后，便可得到表的新調配方案。

對新調配方案，仍用位勢法”進行檢驗，看其是否已是

最優方案。如果檢驗數中仍有負數出現，那就仍按上述步聚繼，豆三':一=[一/一

續調整，直到找出最優方案為止。,旨N7上

表中所有檢驗數均為正號，故該方案即為最優卜唱一

方案。1..?>

該最優土方調配方案的土方總運輸量為：

圖土方調配圖

（）

最后將表中的土方調配數值繪成土方調配圖（圖）

場地平整施工

大面積的場地平整，可采用推土機和鏟運機。

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（）挖掘機械及其施工

推土機

推土機是場地平整施工的主要機械之一。它是在動力機械（如拖拉機等）的前方安裝

推土板等工作裝置而成的機械，可以獨立地完成鏟土、運土及卸土三種作業。按行走機構

的形式，推土機可分為履帶式和輪胎式兩種：圖為履帶式推土機；圖為

輪胎式推土機。履帶式推土機附著牽引力大，接地壓力小，但機動性不如輪胎式推土機。

土機的推土板一般用液壓操縱，除了可升降外，還可調整角度。推土機的車架結構有較接

式（見圖）和整體式（圖）兩種，鉉接式車架結構采用較接轉向，轉彎斗

徑小，因此較為靈活。按發動機功率大小可以分為大型推土機（或馬力以上），中

型推土機（或馬力）和小型推土機（或馬力以下）。三

種。目前我國生產的履帶式推土機有：紅旗、上海、、移山、、

、黃河、、和等；輪胎式推土機有、廈門推土機

等。

圖履帶式推土機

圖輪胎式推土機

推土機操縱靈活，運轉方便，所需工作面較小、行駛速度快、易于轉移，因此應用范

較廣。多用于場地清理和平整、開挖深度不大的基坑、填平溝坑、以及配合鏟運機、挖土

工作等。此外，在推土機后面可按裝松土裝置，破松硬土和凍土，也可拖掛羊足輾進行土

壓實工作。推土機可以推挖一三類土，推運距離宜在以內。以運距在內經濟效

果最好。

推土機的生產率主要決定于推土板推移土壤的體積和切土、推土、回程等工作的循環

時間。為了提高推土機的生產率，可采取下坡推土（見圖按層次依箭頭方向推

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土）并列推土和利用前次推土的槽推土等方法，以提高推土效率、縮短推土時間和減少土

的失散。

鏟運機是一種能綜合完成全部土方施工工序（挖土、運土、卸土和平土）的機械。按

走方式分為自行式鏟運機圖和拖式鏟運機兩種。按斗容量可分為小斗容易（

以下）、中等斗容量（）和大斗容量（以上）三種。按鏟斗的操縱系統又可分為

鋼絲繩操縱和液壓操縱兩種。后者可以強制切土，能切較硬土壤，液壓強制關閉斗門減漏

土，操縱機構輕便靈活，已逐漸取代前者，成為主要應用的形式。

我國目前常用國產鏟運機有型機械操縱和型液壓操縱的拖式鏟運機，

以及型自行式液壓鏟運機等。國外的鏟運機發展很快，主要向自行式鏟運機方向發

展，并向安全耐用、低公害、低能耗、全盤自動化、品種多樣化等方向發展，使生產率大

高，使用范圍擴大。

鏟運機管理簡單，生產率高，且運轉費用低，在土方工程中常應用于大面積場地平整

填筑路基和堤壩等。最宜于開挖含水量不超過的松土和普通土，硬土要用松土機預

松后才能開挖。自行式鏟運機的運距在時效率最高，拖式鏟運機的運距在

時效率最高。

鏟運機的生產率主要取決于鏟斗裝土容量和鏟土、運土、卸土、回程的工作循環時間

為提高生產率，可采用下坡鏟土、推土機助鏟等方法，以縮短裝土時間和使鏟斗裝滿。鏟

機常用的開行路線為環形和字形路線（圖）。

如平整的場地上有土方量較大的土堆、山丘等，當土方運距較遠時，亦可用正向鏟挖

掘機挖土，由汽車運至填方區。

正鏟挖掘機（圖）宜于開挖停機面以上的土方，由汽車配合運土，其挖掘力

大，生產率較高。

挖土機的生產率取決于斗容量和每斗作業的循環延續時間。為提高挖土效率，除工作

施工技術

圖正鏟挖土機

-動臂；-斗桿；-鏟斗；

、、-液壓缸；-連桿機構

面高度要滿足裝滿土斗的要求外，還要使挖掘機與運土汽車很好地配合，減少回轉角度,

縮短一個挖土循環的延續時間。

()土方機械與運土車輛的配合

當挖土機挖出的土方需用運土車輛運走時，挖土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，可按下式算出挖土機的生產率。

------■■—(臺班)

式中——挖土機每次作業循環延續時間()；

—挖土機斗容量();