土方平整工程施工组织设计.doc
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第一章土方工程
第一节土的工程分类及性质
一、土的工程分类:
土方工程施工和工程预算定额中，土是按其开挖难易程度分类的。
一般工程土类分Ⅰ-Ⅳ级:
土类级别
土质名称
自然湿密度（kg/m3）
外形特征
开挖方法
Ⅰ
1.砂土
2.种植土
1650～1750
疏松、粘着力差或易透水，略有粘性
用锹或略加脚踩开挖
Ⅱ
1.壤土
2.淤泥
3.含壤种植土
1750～1850
开挖时能成块并易打碎
用锹需要用脚踩开挖
Ⅲ
1.黏土2.干燥黄土3.干淤泥4.含少量砾石粘土
1800～1950
粘手，看不见砂粒，或干硬
用镐、三齿耙开挖或用锹需用力加脚踩开挖
Ⅳ
1.坚硬黏土2.砾质黏土3.含卵石黏土
1900～2400
土壤结构坚硬、将土分裂后成块状，或含粘粒砾石较多
用镐、三齿耙等工具开挖
二、土的性质
1．土的含水量
土的含水量是指土中所含的水与土的固体颗粒间的质量比，
以百分数表示。
G1：
含水状态时土的质量。
G2：
土烘干后的质量。
2.土的渗透性
土的渗透性是指土体被水透过的性能，它与土的密实程度有关，土的空
隙比越大，则土的渗透系数越大。
（计算）
3．动水压力和流砂（计算）
在一定动水压力作用下，松散而饱和的细砂和粉砂容易产生流砂现象，降低
地下水位，改变水流方向，消除动水压力，是防治流砂现象的重要途径。
其具体措
施有：
（1）枯水期施工——地下水位低，坑内外水位差小，动水压力减小，
不易产生流砂。
（2）抛大石块法——基坑开挖中出现流砂现象，枪挖至标高后，立即铺设芦席并抛大石块，增加土的压重，以平衡动水压力。
此法解决解决局部或轻微流砂现象是有效的。
（3） 打钢板桩法——将钢板桩打入坑底一定深度，增加地下水由坑外流入坑内的渗流路线，减小水力坡度，从而减小动水压力。
浇筑地下连续墙可起到同样的效果。
（4）井点降水法——采用井点降水法可使地下水渗流方向朝下，向下的动水压力增大了土粒间的压力，从而有效地制止了流砂现象。
4.土的可松性
自然状态下的土经开挖后，其体积因松散而增加，称为土的最初可松性，以后虽经回填压实，仍不能恢复到原来的体积，称为土的最终可松性。
（见表）
最初可松性系数用K1表示，最终可松性系数用K2表示，即：
；
；
式中：
V1——土在自然状态下的体积；
V2——土挖出后的松散体积；
V3——土经回填压实后的体积。
土的可松性系数可参考表。
土的可松性系表
土的名称
可松性系数
K1
K2
砂土、轻亚粘土、种值土、淤泥土
1.08～1.17
1.01～1.03
亚粘土、潮湿黄土、砂土混碎（卵）石、填筑土
1.14～1.28
1.02～1.05
重亚粘土、干黄土、含碎（卵）石的亚黏土
1.24～1.30
1.04～1.07
重粘土、含碎（卵）石的黏土、粗卵石、密实黄土
1.26～1.32
1.06～1.09
中等密实的页岩、泥灰岩、白垩土、软石灰岩
11.30～1.45
1.10～1.20
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第二节场地平整
场地平整前，必须先确定场地平整的施工方案，其中包括：
确定场地的设计标高（一般均在设计文件上规定）、计算挖方和填方的工程量、确定挖方填方的平衡调配，并选择土方机械，拟定施工方法。
一、土方量计算
（一）场地设计标高的确定设计标高选择，需考虑以下因素：
（1）满足生产工艺和运输的要求；
（2）尽量利用地形，以减少挖方数量；
（3）尽量使场地内的挖方量与填方量达到平衡，以降低土方运输费用；
（4）需有一定的泄水坡度（≥20‰），使能满足排水要求；
（5）考虑最高洪水位的要求。
场地的设计标高，可根据挖填平衡的原则照下述方法确定。
1.初步计算场地设计标高
将地形图划分方格。
每个方格的角点标高，一般根据地形图上相邻两等高线的标高，用插入法求得；在无地形图情况下，也可在地面用木桩打好方格网，然后用仪器直接测出。
一般说来，理想的设计标高，应该使场地的土方在平整前和平整后相等而达到
挖方和填方的平衡（图示）
2.计算设计标高的调整值
所计算的标高，纯系初步计算值，实际上，还需考虑以下因素进一步进行调整。
（1）由于土具有可松性，必要时应相应地提高设计标高；
（2）由于设计标高以上的各种填方（挖方）工程而影响设计标高的降低（提高）；
（3）由于边坡填挖土方量不等（特别是坡度变化大时）而影响设计标高的增减；
（4）根据经济比较结果，而将部分挖方就近弃土于场外，或将部分填方就近取土于场外而引起挖填土的变化后需增减设计标高。
3.考虑泄水坡度对设计标高的影响
如果按照公式计算出的设计标高进行场地平整，那么，整个场地表面将处于同一个水平面；但实际上由于排水要求，场地表面场有一定的泄水坡度。
因此，还需根据场地泄水坡度的要求（单面泄水或双面泄水），计算出场地内各方格角点实际施工时所采用的设计标高。
（1）单向泄水时，场地各点设计标高的求法.
（2）双向泄水时，场地各点设计标高的求法.
（二）场地平整土方量计算
1、场地平整土方量的计算方法，通常有方格网法和断面法两种。
方格网法适用于地形较为平坦的地区，断面法则多用于地形起伏变化较大的地区。
通常用方格网控制整个场地。
2、方格边长主要取决于地形变化的复杂程度，一般10m、20m、30m或40m等，通常多采用20m。
根据每个方格角点的自然地面标高和实际采用的设计标高，算出相应的角点填挖高度，然后计算每一个方格的土方量，再将场地上所有方格的土方量求和，并算出场地边坡的土方量，这样即可以得到整个场地的挖、填土总方量。
场地诸方格的土方量的计算方法如下：
（1）计算零点位置
（2）计算土方工程量
按下列方法计算每个方格的挖方或填方量：
1）一个角点填（挖）三个角点挖（填）方
2）两个角点填方，另外两个角点挖方
3）四个角点挖（填）方
（三）土方调配
土方工程量计算完成后，即可着手土方的调配。
土方调配，就是对挖土的利用、堆弃和填土的取得。
1.土方调配原则
（1）应力求达到挖、填平衡和运距最短的原则。
（2）土方调配应考虑近期施工与后期利用相结合的原则。
（3）土方调配应采取分区与全场相结合来考虑的原则。
（4）土方调配还应尽可能与大型地下建筑的施工相结合。
（5）选择恰当地调配方向、运输路线，使土方机械和运输车辆的功效能得到充分发挥。
2．土方调配图表的编制
（1）划分调配区
在场地平面图上先划出挖、填区的分界线（即前述的零线），根据地形及地理等条件，可在挖方区和填方区适当地分别划分出若干调配区（其大小应满足土方机械的操作要求），并计算出各调配区的土方量，图示。
（2）求出每对调配区之间的平均运距
平均运距是挖方区土方重心至填方区土方重心的距离。
因此，求平均运距，需先求每个调配区的重心。
其方法如下：
取场地或方格网中的纵横两边为坐标轴，分别求出各区土方的重心位置，
即：
式中：
、——挖方调配区或填方调配区的重心坐标；
v——每个方格的土方量；
x、y——各方格的重心坐标，（通常近似的取方格的形心）；
重心求出后，标于相应的调配区图上，然后用比例尺量出每对调配区之间的平均运距。
（3）列出土方调配方案表
（4）画出土方调配图
依据土方调配方案表在图上标出调配方向、土方数量以及平均运距，图示。
二、场地平整施工
（一）施工准备工作
1．场地清理
2．修筑临时道路、水电线路
3．机具进场、临时停机棚与修理间搭设等。
（二）场地平整施工方法
1、场地平整系综合施工过程，它由土方的开挖、运输、填筑、压实等施工过程组成，其中土方开挖是主导施工过程。
2、土方开挖，通常有人工、半机械化、机械化和爆破等数种方法。
3、大面积的场地平整，适宜采用大型土方机械，如推土机、铲运机或单斗挖土机等施工。
1．推土机施工（图示）
推土机的特点是操作灵活，运输方便，所需工作面较小，行驶速度较快，易于转移。
部分国产推土机的工作性能（见表）。
使用推土机推土的施工方法
使用推土机推土的几种施工方法
（1）下坡推土法
（2）分批集中，一次推送法
（3）并列推土法
（4）沟槽推土法
（5）斜角推土法
推土机顺地面坡势进行下坡推土，可以借机械本身的重力作用，增加铲刀的切土力量，因而可增大推土机铲土深度和运土数量，提高生产效率。
在较硬的土中，推土机的切土深度较小，一次铲土不多，可分批集中，再整批地推送到卸土区。
在较大面积的平整场地施工中，采用两台或三台推土机并列推土，能减少的散失。
并列推土时，铲刀间距15～30cm。
并列台数不宜超过四台，否则互相影响。
就是沿第一次推过的原槽推土，前次推土所形成的土埂能阻止土的散失，从而增加推运量。
将铲刀斜装在支架上，与推土机横轴在水平方向形成一定角度进行推土。
一般在管沟回填且无倒车余地时，可采用这种方法。
2.铲运机施工
铲运机是一种能独立完成挖土、运土、卸土、填筑、压实等工作的土方机械。
适宜在松土、普通土中工作。
场地地形起伏不大（坡度在20度以内）的大面积场地上施工。
部分国产铲运机工作性能（见表）
部分国产铲运机工作性能
性能
铲运机型号
C1－6
C3－6
C4－7
C5－6
C6－2.5
铲斗容量（m3）
6.4
6
7
6
2.5
铲刀宽度（mm）
1800
2600
2700
2600
1900
最大铲土深度（mm）
350
300
300
300
150
牵引装置
拖拉机
自行式
自行式
拖拉机
拖拉机
发动机功率（马力）
165
120
160
100
60
铲斗操纵系统
液压
钢索
液压
钢索
液压
（1）铲运机的开行路线
由于挖填区的分布不同，根据具体条件，选择合理的铲运路线，对生产率影响很大。
1）环形路线
施工地段较短、地形起伏不大的挖、填工程，适宜采用环形路线，（图示）。
当挖土和填土交替，而挖填之间距离又较短时，则可采用大环形路线（图示）。
大环形路线的优点是一个循环能完成多次铲土和卸土，从而减少了铲运机的转弯次数，提高了工作效率。
2）8字形路线
对于挖、填相邻。
地形起伏较大，且工作地段较长的情况，可采用8字路线（图示）。
其特点是铲运机行驶一个循环能完成两次作业，而每次铲土只需转弯一次，比环形路线可缩短运行时间，提高生产效率。
同时，一个循环中两次转弯方向不同机械磨损较均匀。
（2）铲运机铲土的施工方法
1）下坡铲法土
应尽量利用有利地形进行下坡铲土。
这样，可以利用铲运机的重力来增大牵引力，使铲斗切土加深，缩短装土时间。
一般地面坡度以5度～7度为宜。
2）跨铲法
预留土埂，间隔铲土的方法。
可使铲运机在挖两边土槽时减少向外撒土量，挖土埂时增加了两个自由面，阻力减小，铲土容易，土埂高度应不大于300mm，宽度以不大于拖拉机两履带间净距为宜。
3）助铲法
在地势平坦、土质较坚硬时，可采用推土机助铲（图示），以缩短铲土时间。
2．挖土机施工（图片）
平地机
推土机助铲
铲运机
当场地为I～III类土的丘陵地带、挖土高度一般在3m以上、运输距离超过一公里，且工程量大而集中时，可采用挖土机挖土，配合自卸汽车运土，并在卸土区配备推土机平整土堆。
第三节土方开挖
一、降低地下水位
在土方开挖过程中，地下水渗入坑内，不但会使施工条件恶化，而更严重的是会造成边坡塌方和地基承载能力下降。
因此，在基坑土方开挖前和开挖过程中，必须采取措施降低地下水位。
降低地下水位的方法有集水坑降水法和井点降水法。
（一）集水坑降水法（图示）
说明：
集水坑降水法是在基坑开挖过程中，在基坑范围以外设置集水坑，并沿坑底的周围或中央开挖排水沟，使水流入集水坑中，然后用水泵抽走（集水坑降水法）。
1．集水坑设置
集水坑应设置在基础范围以外，地下水走向的上游。
根据地下水量大小、基坑平面形状及水泵能力，集水坑每隔20～40m设置一个。
集水坑的直径或宽度，一般为0.6～0.8m。
其深度，随着挖土的加深而加深，要经常低于挖土面0.7～1.0m。
井壁可用竹、木或钢筋笼等简易加固。
当基坑挖至设计标高后，井底应低于坑底1～2m，并铺设碎石滤水层，以免在抽水时将泥砂抽出，并防止井底的土被搅动。
2．水泵性能与选用
在建筑工地上，排水用的水泵主要有：
离心泵、潜水泵和软轴水泵等。
（1）离心泵：
由泵壳、泵轴及叶轮等主要部件组成，其管路系统包括滤网与底阀、吸水管及出水管等。
离心泵的抽水原理：
是利用叶轮高速旋转时所产生的离心力，将轮心部分的水甩往轮边，沿出水管压向高处。
此时叶轮中心形成部分真空，这样，水在大气压力作用下，就能源源不断地从吸水管自动上升进入水泵。
水泵的主要性能：
包括流量、总扬程、吸水扬程和功率等。
流量是指水泵单位时间内的出水量。
吸水扬程表示水泵能吸水的最大高度，是确定水泵安装高度的一个重要数据。
（从理论上说，水泵能将水吸上10.3m，但水泵限于构造关系，其最大吸水扬程只有3.5～8.5m。
实际吸水高度（扬程）还要扣除吸水管路阻力损失和水泵进口处的流速水头损失。
在水泵口径不大、吸水管不长时，实际吸水高度可按性能表上的最大吸水扬程减去1.2m（有底阀）～0.6m（无底阀）估算。
总扬程（H）包括吸水扬程和出水扬程两部分。
常用离心泵性能（见表）。
常用离心泵性能
型号
流量
总扬程
最大吸水扬程
电动机功率
（m3/h）
（m）
（m）
（kW）
B17
6~14
20.3~14
6.6~6.0
1.7
2B19
11~15
21~16
8.0~6.0
2.8
2B31
10~30
34.5~24
8.7~5.7
4.5
3B19
32.4~52.2
21.5~15.6
6.5~5.0
4.5
3B33
30~55
35.5~28.8
7.0~3.0
7.0
4B20
65~110
22.6~17.1
5
10.0
注：
2B19表示进水口直径为2英寸，总扬程为19m（最佳工作时）的单级离心泵。
离心泵的选择：
主要根据需要的流量与扬程而定。
对基坑来说，离心泵的流量应大于基坑的涌水量，一般选用吸水口径2～4英寸的离心泵；离心泵的扬程在满足总扬程的前提下，主要是考虑吸水扬程是否能满足降水深度要求，如果不够，则可另选水泵或将水泵降低至坑壁台阶或坑底上。
离心泵的抽水能力大，宜用于地下水量较大的基坑。
离心泵的安装，要特别注意吸水管接头不漏气及吸水至少应在水面以下0.5m，以免吸入空气，影响水泵正常进行。
离心泵的使用：
要先向泵体与吸水管内灌满水，排除空气，然后开泵抽水。
为了防止所灌的水漏掉。
在底阀内装有单向阀门。
离心泵在使用中要防止漏气与脏物堵塞等。
（2）潜水泵
是由立式水泵与电动机组合而成，工作时完全浸在水中。
水泵装在电动机上端，叶轮可制成离心式或螺旋桨式；电动机设有密封装置。
潜水泵的出水口径，常用的有：
40、50、100、125mm，其流量相应为：
15、25、65、100m/h，扬程相应为25、15、7、3.5m。
这种泵具有体积小、重量轻、移动方便、安装简单和开泵时不需引水等优点，因此在基坑排
水中采用较广。
使用潜水泵时，为了防止电机烧坏，不得脱水运转，或陷入泥中，也不
得排灌含泥量较高的水质或泥浆水，以免泵叶轮被杂物堵塞。
（二）井点降水法
井点降水法就是在基坑开挖前，预先在基坑四周设一定数量的滤水管（井），利用抽水设备从中抽水，使地下水位降落到坑底以下；同时在基坑开挖过程中仍不断抽水。
这样，可使开挖的土始终保持干燥状态，从根本上防止流砂发生，避免了地基隆起，改善了工作条件；同时土内水分排除后，边坡可以陡一些，以减少挖土量。
此外，还可以加速地基土的固结，保证地基土的承载力，以利用提高工程质量。
井点降水法有：
轻型井点、喷射井点、管井井点、深井井点及电渗井点等，可根据土的渗透系数、降低水位的深度、工程特点及设备条件等选用。
（见表）
各种井点的适用范围
项次
井点类别
土的渗透系数（m/d）
降低水位深度（m）
1
单级轻型井点
0.1～50
3～6
2
多级轻型井点
0.1～50
6～12
3
电渗井点
<0.1
根据选用的井点确定
4
管井井点
20～200
3～5
5
喷射井点
0.1～2
8～20
6
深井井点
10～250
>15
1.轻型井点
轻型井点就是沿基坑的四周将许多井点管埋入地下蓄水层内，井点管的上端通过弯联管与总管相连接，利用抽水设备将地下水从井点管内不断抽出，这样便可将原有地下水位降至坑底以下。
（1）轻型井点设备
轻型井点设备是由管路系统和抽水设备组成。
管路系统包括：
滤管、井点管、弯联管及总管等。
（图示）
1—井点管；2—滤管；3—总管；4—弯联管1—钢管；2—小孔；3—塑料管
5—水泵房；6—原地下水位；4—细滤网；5—粗滤网；6—粗铁丝
7—降水后地下水位保护网；7—井点管；8—铸铁头
轻型井点全貌图滤管构造
滤管是井点设备的一个重要部分，其构造是否合理，对抽水效果影响较大。
滤管的直径为38或50mm，长度为1.0～1.5m，管壁上钻有直径为13～19mm的按梅花状排列的滤孔，滤孔面积为滤管表面积的20～25%，滤管外包以两层滤网。
内层细滤网采用每厘米30～40眼的铜丝布或尼龙丝布，外层粗滤网采用每厘米5～10眼塑料纱布。
为使水流畅通，避免滤孔淤塞时影响水流进入滤管，在管壁与滤网间用小塑料管（或铁丝）饶成螺旋形隔开。
滤网的外边用带眼的薄铁管，或粗铁丝网保护。
滤管的下端为一铸铁头，滤管的上端与井点管连接。
井点管直径与滤管同，其长度为5～7m，可整根或分节组成。
井点管的上端用弯联管与总管相连。
弯联管装有阀门，以便检修井点。
弯联管宜用透明塑料管能随时看到井点
管的工作情况。
总管宜采用直径为100～127mm的钢管，其上每隔0.8m或1.2m设有一个与井点管连接的短接头。
总管每节长度为4m，其间用橡皮套管连接，并用钢箍拉
紧，以防漏水。
抽水设备是由真空泵、离心泵和水气分离等组成。
其工作原理（图示）。
说明：
抽水时先开动真空泵13，使土中的水分和空气受真空吸力形成产水气混合液，经管路系统向上流到水气分离器6中，然后开动离心泵14。
在水气分离器内水气分离，水经离心泵由出水管16排出；空气则由真空泵排出。
如水多，来不及排出时，水分分离器内浮筒7上浮，由阀门9将通向真空泵的通路关住，保护真空泵不使水进入缸体。
副水气分离器12的作用是滤清从空气中带来的少量水分使其落入该器下层放出，以保证水不致吸入真空泵内。
压力箱15除调节出水量外，并阻止空气由水泵部分窜入水气分离器，影响真空度。
过滤箱4是用以防止由水流带来的部分细砂磨损机械。
此外，在水气分离器上还装有真空调节阀21。
当抽水设备所负担的管路较短，管路漏气轻微时，可将调节阀打开，让少量空气进入水气分离器内，使真空度能适应水泵的要求。
当水位降低较深需要较高的真空度时，则将调节阀关闭。
为对真空泵进行冷却，设有一个冷循环水泵17。
（2）轻型井点布置
1）平面布置（图示）
说明：
当基坑或沟槽宽度小于6m，且降水深度不超过5m时，一般可采用单排井点，布置在地下水流的上游一侧（上图），其两端的延伸长度不小于基坑（槽）宽度为宜。
如基坑宽度小于6m或土质不良，则宜采用双排井点。
当基坑面积较大时，宜采用环形井点（下图）；有时为了施工需要，也可留出一段（地下水流下游方向）不封闭。
井点管距离基坑壁一般不宜小于0.7～1.0m，以防局部发生漏气。
井点管间距应根据土质、降水深度、工程性质等按计算或经验确定，一般采用0.8或1.6m。
靠近河流处与总管四角部位，井点应适当加密。
一套抽水设备能带动的总管长度，一般为100～200m。
采用多套抽水设备时，井点系统要分段，各段长度应大致相等，其分段地点宜选择在基坑拐弯处，以减少总管弯头数量，提高水泵抽吸能力，泵宜设置在各段总管的中部，使泵两边水流平衡。
采用环形井点时，宜在泵的对面（即环圈的一半处）的总管上装设阀门或将总管断开，以控制总管内水流方向，改善总管内的水流状态，提高抽水效果。
采用多套井点设备时，各套总管之间应装设阀门隔开，这样，当其中一套泵组发生故障时，可开启相邻阀门，借助邻近的泵组来维持抽水。
同时，装设阀门也可以避免总管内水流紊乱。
2）高程布置轻型井点的降水深度，从理论上说，利用真空泵抽吸地下水可达10.3m，但考虑抽水设备的水头损失后，一般不超过6m。
井点管的埋置深度HA（不包括滤管），可按下式计算：
（平面布置图示）
式中：
H1——总管平台面至基坑底面的距离（m）；
h——基坑底面至降低后的地下水位线的距离，一般取0.5～1.0m；
i——水力坡度，根据实测：
环形井点为1/10，单排线状井点为1/4；
L——井点管至基坑中心的水平距离（m）。
HA值如大于降水深度6m，则应降低总管平台面标高以满足降水深度要求。
此外在确定井点管埋置深度时，还要考虑到井点管的长度一般为6m，且井点管通常露出地面为0.2～0.3m。
在任何情况下，滤管必须埋在含水层内。
当一级轻型井点达不到降水深度要求时，可视土质情况，先用其他方法降水（如集水坑降水），然后将总管安装在原有地下水位线以下，以增加降水深度；或采用二级轻型井点（图示），即先挖去第一层井点所疏干的土，然后再在其底部装设在第二层井点。
3）轻型井点计算
轻型井点的计算内容包括：
涌水量计算、井点管数量与井距的确定，以及抽水设备选用等。
井点计算受水文地质和井点设备等许多因素影响，算出的数值只是近似值。
轻型井点涌水量计算之前，先要确定井点系统布置方式和基坑计算图形面积。
如矩形基坑的长宽比大于5或基坑宽度大于抽水影响半径的两倍时，需将基坑分块，使其符合计算公式的适用条件；然后分块计算涌水量，将其相加即为总涌水量。
1）涌水量计算
说明：
无压完整井抽水时，水位的变化如图所示。
当抽水一段时间后，井周围
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