土木工程施工教案精品课程第一章土方工程文档格式.docx
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开挖底面积大于20M2;
场地平整土厚大于300mm。
涉及降低地下水位、边坡稳定与支护、地面沉降与位移、临近建筑物的安全与防护等一系列问题。
（4）土石方填筑：
土石方填筑是对低洼处用土石方分层填平。
回填分为夯填和松填。
对填筑的土石方，要求严格选择土质，分层回填压实。
2、特点：
面广量大，劳动繁重，施工条件复杂。
3、施工要求：
标高、断面准确；
土体有足够的强度和稳定性；
工程量小；
期短；
费用省。
4、资料准备：
建设单位应向施工单位提供场地实测地形图；
原有地下管线，构筑物竣工图；
土石方施工图；
以及工程地质、水文、气象等技术资料；
以便编制施工组织设计（或施工方案），并应提供平面控制桩和水准点，作为工程测量和验收的依据。
5、施工方案
（1）根据工程条件，选择适宜的施工方案和效率高，费用低的机械；
（2）合理调配土石方，使工程量最小；
（3）合理组织机械施工，保证机械发挥最大的使用效率；
（4）安排好道路、排水、降水、土壁支撑等一切准备和辅助工作；
（5）合理安排施工计划，尽量避免雨季施工；
（6）保证工程质量，对施工中可能遇到的问题如流沙、边坡稳定等进行技术分析，并提出解决措施；
（7）有确保施工安全的措施。
2、土的工程分类及性质
（1）分类标准：
开挖的难易程度
（2）土的工程性质
土有三相，固相、液相和气相。
1）土的天然密度（
）：
土在天然状态下单位体积的质量。
一般粘性土：
18~20KN/m3
；
砂土：
16~20KN/m3
2）土的干密度（
单位体积土中的固体颗粒的质量。
干密度越大，表示土越密实。
是评定土体密实程度的标准，以控制填土工程质量。
3）土的可松性（Ｋ）：
天然土经开挖后，其体积因松散而增加，虽经振动夯实，仍不能恢复原来的体积，这种性质称为土的可松性。
用可松性系数表示，对土方的调配、计算土方运输量和运土工具等都有影响。
包括最初可松系数和最终可松系数。
最初可松性系数Ks=V2/V1最后可松性系数Ks`=V3/V1
4）土的含水量（W）：
土中水的质量与固体颗粒质量之比，以百分数表示。
表示土的干湿程度。
W=（G1-G2）/G2×
100%
对挖土的难易、施工时的放坡、回填土的夯实等均有影响。
注意：
在一定含水量的条件下，用同样的夯实工具，可使回填土达到最大密实度，此含水量称为最佳含水量。
几种土的最佳含水量：
8%～12%；
粉土：
9%～15%；
粉质粘土：
12%～15%；
粘土：
19%～23%
含水量
是反映土的湿度的一个重要物理指标。
天然状态下土层的含水量称天然含水量，其变化范围很大，与土的种类、埋藏条件及其所处的自然地理环境等有关。
一般干的粗砂土，其值接近于零，而饱和砂土，可达40%；
坚硬的粘性土的含水量约小于30%，而饱和状态的软粘性土（如淤泥），则可达60%或更大。
一般说来，同一类土，当其含水量增大时，强度就降低。
5）土的透水性：
水流通过土中孔隙的难易程度。
地下水的流动以及在土中的渗透速度都与它有关。
6）土的密实度：
表示土的相对紧密程度。
（压实系数）
土的实际干密度用“环刀法”测定；
土的最大干密度用“击实试验”测定。
3.2土方工程量计算
3.2.1基坑、基槽土方量计算
基槽（坑）土方量计算
1、基槽
沿长度方向分段计算
，再
（1）断面尺寸不变的槽段：
槽段长
：
外墙—槽底中～中，内墙—槽底净长
（2）断面尺寸变化的槽段：
2、基坑
【例题3】如图所示，计算其工程量。
解：
由拟柱体公式得：
上口面积
代入上列基坑挖方量计算公式得：
3.2.2场地平整土方量计算
一、方格网法
基本思路：
方格边长a为10～20m
1、场地设计标高的确定
（1）确定原则：
1）充分利用地形（分区或台阶布置），尽量使挖填方平衡，以减少土方量；
2）
要有一定的泄水坡度（≧2‰），使之能满足排水要求；
3）
应满足生产工艺和运输的要求；
4）
要考虑最高洪水位的影响。
（2）确定步骤：
1）初步确定场地设计标高H0
调整场地设计标高
根据土的性质，考虑3个因素
a、
土的可松性：
H0′=H0＋⊿h
b、
借土或弃土：
c、
考虑泄水坡度对设计标高的影响
2、计算施工高度
施工高度=设计标高－自然地面标高
＋号表示填方；
－号表示挖方
3、计算零点、绘制零线
方格网一边相邻施工高度一正一负就有零点存在。
相邻零点连接起来就是零线。
4、用平均高度法计算场地的挖、填土方量
（1）一点（三点）挖填;
二点挖填;
四点全挖全填
5、场地边坡土方量计算
（1）标出场地四个角点A、B、C、D的挖、填高度和“零线”位置
（2）确定挖、填边坡坡率m1、m2。
（3）算出四个角点的放坡宽度
（4）绘出边坡图。
（5）计算边坡土方量正方锥体，三角锥体平均断端面
6、土方调配
土方调配：
确定挖填方区土方的调配方向和数量，使土方运输量（m3-m）或土方施工成本（元）最小。
土方调配原则：
（经济）近期远期结合，场内挖填平衡、运距短、费用省，避免重复挖填和运输。
（1）调配区的划分
1）调配区的划分应该与房屋和构筑物的平面位置相协调，并考虑它们的开工顺序，工程的分期施工顺序。
2）调配区的大小应该满足土方施工主导机械的技术要求。
3）调配区的范围应该和土方的工程量计算用的方格网协调，通常可由若干个方格组成。
4）当土方运距较大或场内土方不平衡时，可就近借土或弃土，借土区或弃土区可作为一个独立的调配区。
（2）调配区之间的平均运距
调配区的划分尽可能与大型地下建筑物的施工相结合，避免土方重复开挖。
平均运距：
即挖方区土方重心至填方区土方重心的距离；
重心位置X0=ΣV•X/ΣV
Y0=ΣV•Y/ΣV
为简化计算，可用作图法近似求出形心位置以代替重心位置。
重心求出后，标于相应的调配区图上，求出每对调配区的平均运距。
Cij=ΣEs/P+E0/V
式中：
Cij——由挖方区i到填方区j的土方施工单价（元/m3）；
Es——参加综合施工过程的各土方施工机械的台班费用（元/台班）
P——由挖方区i到填方区j的综合施工过程的生产率（m3/台班）
E0——参加综合施工过程的所有机械的一次性费用（元）
V——该套机械在施工期内应完成的土方量（m3）；
（3）最优调配方案的确定
1）用“最小元素法”编制
初始调配方案
2）最优方案的判别
3）方案的调整
4）土方调配图
将最优方案绘成土方调配图，图上标明填、挖、调配区、调配方向、土方量及平均运距。
3.3土方工程的机械化施工
3.3.1推土机
分类
索式、油压式
特点
操作灵活、运转方便、速度快、能缓缓坡
适用
场地平整、清理、平沟坑、挖浅基坑
1一3类土、经济、远距100米、40一60米。
施工方法
下坡推土
借自重，增加推土能力适用于狭长场地
并列推土
2一3台机平排，增大推土量适用于大面积场地
槽形推土
一条作业线重复运行，增大推土量
多铲集运
多次铲土，一次推送，缩短运时，硬质土
3.3.2铲运机
自行式，拖式，索式，油压式
操作灵活，速度快，生产率高，费用低
开挖大基坑、填筑堤坝，路基
含水量不超过27%的一～三类土。
（一）运行路线
（二）施工方法
1、下坡铲土
借自重
2、跨铲法
形成土槽，增加铲量
3、助铲法
与推土机协作作业
3.3.3单斗挖土机
分类正铲、反铲、拉铲、抓铲；
机械式，液压式
（一）正铲挖土机
前进向前，强制切土，卸土（侧面，后面）
（二）反铲挖土机
后退向下，强制切土，挖掘力比正铲小
作业方式：
沟端，沟侧
（三）拉铲挖土机
后退向下，自重切土
（四）抓铲挖土机
直上直下，自重切土
（五）挖土机，与汽车配套计算
当挖掘机挖出的土方需要运土车辆运走时，挖掘机的生产率不仅取决于本身的技术性能，而且还决定于所选的运输工具是否与之协调。
由技术性能，可按下式算出挖掘机的生产率P：
（m3/台班）
式中t——挖掘机每次作业循环延续时间,s；
q——挖掘机斗容量，m3
KS——土的最初可松性系数；
KC——土斗的充盈系数，可取0.8~1.1；
KB——工作时间利用系数，一般为0.6~0.8。
为了使挖掘机充分发挥生产能力，应使运土车辆的载重量Q与挖掘机的每斗土重保持一定的倍率关系，并有足够数量车辆以保证挖掘机连续工作。
从挖掘机方面考虑，汽车的载重量越大越好，可以减少等待车辆调头的时间。
从车辆方面考虑，载重量小台班费便宜但使用数量多；
载重量大，则台班费高但数量可减少。
最适合的车辆载重量应当是使土方施工单价为最低，可以通过核算确定。
一般情况下，汽车的载重量以每斗土重的3~5倍为宜。
运土车辆的数量N，可按下式计算：
式中T——运输车辆每一工作循环延续时间（s），由装车、重车运输、卸车、空车开回及等待时间组成；
t1——运输车辆调头而使挖掘机等待的时间，s；
t2——运输车辆装满一车土的时间，s；
式中n——运土车辆每车装土次数；
Q——运土车辆的载重量，t；
q——挖掘机斗容量，m3；
γ——土的重度，kN/m3。
为了减少车辆的调头、等待和装土时间，装土场地必须考虑调头方法及停车位置。
如在坑边设置两个通道，使汽车不用调头，可以缩短调头、等待时间。
总之，土方工程综合机械化施工，就是以土方工程中工期要求，适量选取完成该施工过程的土方机械，并以此为依据，合理配备完成其他辅助施工过程的机械，做到土方工程各施工过程均实现机械化施工。
主导机械与辅助机械所配备的数量及生产率，应尽可能协调一致，以充分发挥施工机械的效能。
以流水施工：
充分发挥，加快工程进度。
3.4土方填筑与压实
为了保证填方工程满足强度、变形和稳定性方面的要求，既要正确选择填土的土料，又要合理选择填筑和压实方法。
3.4.1对土料的选择
土：
是由矿物颗粒、水、气体组成的三相体系，具有弹性、塑性和张滞性。
宜优先利用基槽中挖出的土，但不得含有有机杂质。
使用前应过筛，其粒径不大于50mm，含水率应符合规定。
碎石土类、爆破石渣
表层下填料，粒径不超过2/3层厚，大块料不集中
沙土
表层以下
碎块草皮
含有机质土无压实要求时
淤泥、淤泥质土
一般不做填料
盐渍土
不含盐晶、盐块、含盐植物的根茎
3.4.2对基底的处理1、填土前应将基坑（槽）底或地坪上的垃圾等杂物清理干净；
肥槽口填前，必须清理到基础底面标高，将回落的松散垃圾、砂浆、石子等杂物清除干净。
2、检验回填土的质量有无杂物，粒径是否符合规定，以及回填土的含水量是否在控制的范围内；
如含水量偏高，可采用翻松、晾晒或均匀掺人干上等措施；
如遇回填土的含水量偏低，可采用预先洒水润湿等措施。
3.4.3填筑要求
１、填方前，应根据工程特点、填料种类、设计压实系数、施工条件合理选择压实机具，严格控制填料的含水量，各铺土厚度和压实遍数等参数；
２、应接近水平地分层填土、压实；
同类土填筑。
否则，透水性大在下，透水性小在上，严禁混填。
填方地面倾斜，设斜坡为阶梯，防止土体滑动。
清除积水和杂物，如遇软土游泥，须换土回填。
3.4.4填土的压实方法及施工工艺
1、填土的压实方法
（1）碾压：
大面积填土
平碾：
（压路机）羊足碾：
粘性土
汽胎碾：
运土工具碾压
（2）夯实：
小面积填土，粘性和非粘性土，压实厚较深。
机械：
夯锤、内燃夯土机、蛙式打夯机
（3）振动法：
振法压实：
非粘性土
振法碾压：
效率高
2、填土的压实施工工艺
（1）工艺流程：
基坑（槽）底地坪上清理→检验土质→分层铺土、耙平→夯打密实→检验密实度→修整找平验收
（2）填土前应将基坑（槽）底或地坪上的垃圾等杂物清理干净；
（3）检验回填土的质量有无杂物，粒径是否符合规定，以及回填土的含水量是否在控制的范围内；
（4）回填土应分层铺摊。
每层铺土厚度应根据土质、密实度要求和机具性能确定。
一般蛙式打夯机每层销土厚度为200～250mm；
人工打夯不大于200mm。
每层铺摊后，随之耙平。
（5）回填土每层至少夯打三遍。
打夯应一夯压半夯，夯夯相接，行行相连，纵横交叉。
并且严禁采用水浇使土下沉的所谓“水夯”法。
（6）深浅两基坑（槽）相连时，应先填夯深基础；
填至浅基坑相同的标高时，再与浅基础一起填夯。
如必须分段填夯时，交接处应填成阶梯形，梯形的高宽比一般为1：
2；
上下层错缝距离不小于1.0m。
（7）基坑（槽）回填应在相对两侧或四周同时进行。
基础墙两侧标高不可相差大多，以免把墙挤歪；
较长的管沟墙，应采用内部加支撑的措施，然后再在外侧回填土方。
（8）回填房心及管沟时，为防止管道中心线位移或损坏管邀，应用人工先在管子两侧填土夯实；
并应由管道两们同时进行，直至管顶0.5m以上时，在不损坏管道的情况下，方可采用蛙式打夯机穷实。
在抹带接口处，防腐绝缘层或电缆周围，应回填细粒料。
（9）回填土每层填土夯实后，应按规范规定进行环刀取样，测出干土的质量密度；
达到要求后，再进行上一层的铺土。
（10）修整找平：
填土全部完成后，应进行表面拉线找平，凡超过标准高程的地方，及时依线铲平；
凡低于标准高程的地方，应补土夯实。
（3）雨、冬期施工：
1）基坑（槽）或管沟的回填上应连续进行，尽快完成。
施工中注意雨情，雨前应及时夯完已填土层或将表面压光，并做成一定坡势，以利排除雨水。
2）施工时应有防雨措施，要防止地面水流入基坑（糟）内，以免边坡塌方或基土遭到破坏。
3）冬期回填上每层铺土厚度应比常温施工时减少20％～50％；
其中冻土块体积不得超过填土总体积的15％；
其粒径不得大于150mm。
铺填时，冻土块应均匀分布，逐层压实。
4）填上前，应清除基底上的冰雪和保温材料；
填土的上层应用未冻土填铺，其厚度应符合设计要求。
5）管沟底至管顶0.5m范围内不得用含有冻上块的土回填；
室内房心、基坑（槽）或管沟不得用含冻土块的土回填。
6）回填土施工应连续进行，防止基土或已填上层受冻，应及时采取防冻措施。
3.4.5填土压实的质量检查
1、保证项目：
（1）基底处理，必须符合设计要求或施工规范的规定。
（2）回填的土料，必须符合设计或施工规范的规定。
（3）回填土必须按规定分层夯实。
取样测定夯实后上的干上质量密度，其合格率不应小于90％，不合格的干土质量密度的最低值与设计值的差，不应大于0.08g／cm3，且不应集中。
环刀取样的方法及数量应符合规定。
2、允许偏差项目，见表1-2。
项次
项目
允许偏差（mm）
检
验
方
法
1
2
顶面标高
表面平整度
+0，-50
20
用水准仪或拉线尺量检查
用2m靠尺和楔形尺量检查
3、检验方法：
环刀法取样测定土的实际干密度。
实际干密度：
P0=P／1+0.01W
控制干密度：
Pd=λc*.Pdmax
压实系数：
λc=Pd/Pdmax
PDmax=η.PWDS／1+0.01WCP.DS
η：
经验系数，
粘土0.95,粉质粘土0.96,粉土0.97
DS：
土的相对密度WP：
土的塑限
PWDS：
水的密度WCP：
最佳含水量（%）
3.5土方开挖
由于基坑开挖的土质、深度和面积不同，往往要涉及到边坡的稳定、基坑稳定、基坑支护、降低地下水位，防止流砂，土方开挖方案等一系列问题。
1.5.1基坑边坡及其稳定
（一）基坑边坡
以高度（Ｈ）与底宽（Ｂ）之比表示：
i=H/B=1/（B/H）=1:
m
边坡形式：
（1）边坡应根据土质、开挖深度、开挖方法、工期、地下水位、坡顶承载及气候条件等因素确定，可做成直线、折线或阶梯形。
（２）可作直立壁而不加支撑的条件：
（深度限定）
密实、中密的砂土和碎石类土：
1.0m
硬塑、可塑的粉土及粉质粘土：
1.25m
硬塑、可塑的粉土和碎石类土：
1.5m
坚硬的粘土：
2.0m
（二）土壁稳定
（1）土壁塌方的原因:
１）边坡过陡，土体稳定性不够；
２）雨水、地下水渗入基坑，使土体泡软、重量增大及抗剪能力降低，造成塌方；
３）基坑上边缘附近大量堆土或停放机具、材料或由于运荷载的作用，使土体中的剪应力超过土体抗剪强度。
（２）分析边坡稳定的方法:
1）弹性、塑性及弹塑性理论确定土体的应力状态；
2）假定土体沿着一定的滑动面而进行滑动。
平衡分析：
如条分法、磨擦园法、极限分析。
3、防治塌方的措施
（1）放足边坡（削坡、开级）
（2）设置的支撑
1）沟槽支护
市政工程施工时，常需在地下铺设管沟，因此需开挖沟槽。
开挖较窄的沟槽，多用横撑式土壁支撑。
横撑式土壁支撑根据挡土板的不同，分为水平挡土板式（图1-17a）以及垂直挡土板式（图1-17b）两类。
前者挡土板的布置又分为间断式和连续式两种。
湿度小的粘性土挖土深度小于3m时，可用间断式水平挡土板支撑；
对松散、湿度大的土可用连续式水平挡土板支撑，挖土深度可达5m。
对松散和湿度很高的土可用垂直挡土板式支撑，其挖土深度不限。
a）间断式水平挡土板支撑；
b）垂直挡土板支撑
图1-17
横撑式支撑
1—水平挡土板；
2—立柱；
3—工具式横撑；
`4—垂直挡土板；
5—横楞木；
6—调节螺丝
2）基坑支护
基坑支护结构一般根据地质条件，基坑开挖深度以及对周边环境保护要求可以采取重力式水泥土墙、板式支护结构、土钉墙等形式。
在支护结构的设计与施工中首先要考虑周边环境的保护，其次要满足本工程地下结构施工的要求，再则应尽可能降低造价、便于施工。
重力式支护结构
水泥土桩墙（或称深层搅拌桩）支护结构是近年来发展起来的一种重力式支护结构。
它是通过搅拌桩机将水泥与土进行搅拌，形成柱状的水泥加固土（搅拌桩）。
用于支护结构的水泥土其水泥掺量通常为12%~15%（单位土体的水泥掺量与土的重量之比），水泥土的强度可达0.8~1.2MPa，其渗透系数很小，一般不大于10-6cm/s。
由水泥土搅拌桩搭接而形成水泥土墙，它既具有挡土作用，又兼有隔水作用。
它适用于4~6m深的基坑，最大可达7~8m。
水泥土墙通常由水泥土搅拌桩组成格栅式，格栅的置换率（加固土的面积:
水泥土墙的总面积）为0.6~0.8。
墙体的宽度b，插入深度hd根据基坑开挖深度h确定，一般b=（0.6~0.8）h，hd=（0.8~1.2）h（图1-19）。
图1-19
水泥土墙
１—搅拌桩；
２—插筋；
３—面板
（2）板式支护结构
板式支护结构由两大系统组成：
挡墙系统和锚撑系统（图1-20）。
挡墙系统常见的形式有钢板桩、灌注桩排桩、SMW工法、地下连续墙等。
支撑一般采用大型钢管、H型钢或格构式钢支撑，也可采用现浇钢筋混凝土支撑。
拉锚的材料一般用钢筋、钢索、型钢或土锚杆。
根据基坑开挖的深度及挡墙系统的截面性能可设置一道或多道支点，形成锚撑支护结构。
支撑或拉锚与挡墙系统通过围檩、冠梁等连接成整体。
基坑较浅，挡墙具有一定刚度时，可不设支点而采用悬臂式支护结构。
图1-20
板式支护结构
1—板桩墙；
2—围檩；
3—钢支撑；
4—斜撑；
5—拉锚；
6—土锚杆；
7—先施工的基础；
8—竖撑
钢板桩施工
钢板桩有平板形和波浪形两种（图1-33）。
钢板桩之间通过锁口互相连接，形成一道连续的挡墙。
由于锁口的连接，使钢板桩连接牢固，形成整体，同时也具有较好的隔水能力。
钢板桩截面积小，易于打入。
U形、Z形等波浪式钢板桩截面抗弯能力较好。
钢板桩在基础施工完毕后还可拔出重复使用。
a）平板式；
b）波浪式
图1-33
钢板桩形式
板桩施工要正确选择打桩方法、打桩机械和流水段划分，以便使打设后的板桩墙有足够的刚度和良好的防水作用，且板桩墙面平直，以满足基础施工的要求，对封闭式板桩墙还要求封闭合拢。
对于钢板桩，通常有三种打桩方法：
（a）单独打入法
此法是从一角开始逐块插打，每块钢板桩自起打到结束中途不停顿。
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