第一節(jié) 挖土1教材

第一章土方工程土方工程是建筑工程施工的一個主要分部工程，它的主要施工過程包括，挖土、運土、填土、壓土和場地平整，此外還有準備工作（排水與降水），輔助工作（護壁）。1.1.1：土的工程分類與鑒別不同的土，其物理、力學(xué)性質(zhì)也不同，只有充分掌握各類土的特性及其對施工過程的影響，才能選擇正確的施工方法

1：土的種類繁多，分類方法也較多，根據(jù)土的顆粒級配或塑性指數(shù)可分為

碎石類土(漂石土、塊石土、卵石土、碎石土、圓礫土、角礫土)、砂土(礫砂、粗砂、中砂、細砂、粉砂)粘性土(粘土、亞粘土、輕亞粘土)；

2：根據(jù)土的沉積年代，粘性土可分為老粘性土、一般粘性土、新近沉積粘性土；3：根據(jù)土的工程特性，又可分出特殊性土，如軟土、人工填土、黃土、膨脹土、紅粘土、鹽漬土、凍土等。

4：開挖難易程度

將土分為松軟土、普通土、堅土、砂礫堅土、軟石、次堅石、堅石、特堅石八類，稱為土的工程分類。前四類屬一般土，后四類屬巖石，土的分類法及其現(xiàn)場鑒別方法見表1－1。土的分類土的名稱開挖方法可松性系數(shù)KS

KS′一類土(松軟土)砂、亞砂土，沖積砂土，種植土、泥炭(淤泥)能用鍬、鋤頭挖掘1.08～1.171.01～1.04二類土(普通土)亞粘土，潮濕的黃土，夾有碎石、卵石的砂，種植土、填筑土及亞砂土用鍬、鋤頭挖掘，少許用鎬翻松1.14～1.281.02～1.05三類土(堅土)軟及中等密實粘土，重亞粘土，粗礫石，干黃土及含碎石、卵石的黃土、亞粘土，壓實的填筑土主要用鎬，少許用鍬、鋤頭，部分用撬棍1.24～1.301.04～1.07四類土(砂礫堅土)重粘土及含碎石、卵石的粘土，粗卵石，密實的黃土、天然級配砂石，軟的泥灰?guī)r及蛋白石用鎬、撬棍，然后用鍬挖掘，部分用楔子及大錘1.26～1.371.06～1.09土的分類土的名稱開挖方法可松性系數(shù)KS

KS′五類土(軟石)硬石炭紀粘土，中等密實的頁巖、泥灰?guī)r，白堊土，膠結(jié)不緊的礫巖，軟的石灰?guī)r用鎬或撬棍、大錘，部分使用爆破1.30～1.451.10～1.20六類土(次堅石)泥巖，砂巖，礫巖，堅實的頁巖、泥灰?guī)r，密實的石灰?guī)r，風化花崗巖、片麻巖用爆破方法，部分用風鎬1.30～1.451.10～1.20七類土(堅石)大理巖，輝綠巖，粗、中?；◢弾r，堅實的白云巖、砂巖、礫巖、片麻巖、石灰?guī)r用爆破方法1.30～1.451.10～1.20八類土(特堅石)玄武巖，花崗片麻巖、堅實的細?；◢弾r、閃長巖、石英巖、輝綠巖用爆破方法1.45～1.501.20～1.301.1.2土的基本性質(zhì)

土的工程性質(zhì)對土方工程的施工有直接影響，其中基本的工程性質(zhì)有：土的質(zhì)量密度、可松性、壓縮性、含水量、滲透性等。

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.土的三相組成

土是由土顆粒（soil）、水（water）、空氣（air）三相組成的。土的三相比例的不同，決定了各類土的性質(zhì)不同。

。

2.土的天然密度和干密度。（1）土的天然密度：土在天然狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量；——它影響土的承載力、土壓力及邊坡的穩(wěn)定性。環(huán)刀法測定

。式中ρ——土的天然密度，kg/m3；m——土的總質(zhì)量，kg；

V—土的體積，m3。

（2）土的干密度：單位體積土中固體顆粒的質(zhì)量；——它是用以檢驗填土壓實質(zhì)量的控制指標。烘干法測定

最優(yōu)含水量：在一定功能的壓實（或擊實、或夯實）作用下，能使填土達到最大干密度（干容量）時相應(yīng)的含水率。式中：ρd——土的干密度，kg/m3；mS——固體顆粒質(zhì)量，kg；

V—土的體積，m3。

3.土的含水量土的含水量W是土中所含的水與土的固體顆粒間的質(zhì)量比，以百分數(shù)表示：w=mw/ms×100%一般土的干濕程度，用含水量表示。含水量5%以下為干土，5%—30%為潮濕土，大于30%稱為濕土。

土的含水量影響土方施工方法的選擇、邊坡的穩(wěn)定和回填土的質(zhì)量，如土的含水量超過25％～30％，則機械化施工就困難，容易打滑、陷車；回填土則需有最佳含水量，方能夯壓密實。

4.土的可松性1、土的可松性：在自然狀態(tài)下的土經(jīng)開挖后組織被破壞，其體積因松散而增大，以后雖經(jīng)回填壓實也不能恢復(fù)其原來體積的特性。由于土方工程量是以自然狀態(tài)的體積來計算的，所以在土方調(diào)配、計算土方機械生產(chǎn)率及運輸工具數(shù)量等的時候.必須考慮土的可松性。土的可松性程度用可松性系數(shù)表示，即：式中KS、KS′——土的最初、最終可松性系數(shù)；V1——土在天然狀態(tài)下的體積，m3；V2——土挖出后在松散狀態(tài)下的體積，m3；V3——土經(jīng)壓(夯)實后的體積，m3。

在土方工程中，KS是計算土方施工機械及運土車輛等的重要參數(shù)，KS′是計算場地平整標高及填方時所需挖土量等的重要參數(shù)。不同類型土的可松性系數(shù)可參照表1.1。1.1.3土方工程的機械化施工土方工程施工機械的種類繁多，有推土機、鏟運機、平土機、松土機、單斗挖土機及多斗挖土機和各種碾壓、夯實機械等。在建筑工程施工中，以推土機、鏟運機和挖掘機應(yīng)用最廣，也具有代表性。現(xiàn)將這幾種機械的性能、適用范圍及施工方法予以介紹。1.：推土機施工1：推土機是土方工程施工的主要機械之一，是在履帶式拖拉機上安裝推土板等工作裝置而成的機械。常用推土機的發(fā)動機功率有45、75、90、120（kW）等數(shù)種。推土板有索式和液壓操縱兩種。圖示是液壓操縱的推土機外形圖。液壓操縱推土板的推土機除了可以升降推土板外，還可調(diào)整推土板的角度，因此具有更大的靈活性。推土機液壓操縱推土機外形圖

2：推土機操縱靈活、運轉(zhuǎn)方便、所需工作面較小、行駛速度快、能爬30°左右的緩坡，因此應(yīng)用范圍較廣

3：推土機作業(yè)以切土和推運土為主，切土時應(yīng)根據(jù)土質(zhì)情況

盡量采用最大切土深度在最短距離(6～10m)內(nèi)完成，以便縮短低

低速行進的時間，然后直接推運到預(yù)定地點。

上下坡度不得

超過35°，橫坡不得超過10°。幾臺推土機同時作業(yè)時，前后距離應(yīng)大于8m

3：推土機經(jīng)濟運距在100m以內(nèi)，效率最高的運距為60m。為提高生產(chǎn)率，可采用下述方法：（1）槽形推土。推土機多次在一條作業(yè)線上工作，使地面形成一條淺槽，以減少從鏟刀兩側(cè)散漏。這樣作業(yè)可增加推土量10％～30％。槽深以1m左右為宜，槽間土埂寬約0.5m。在推出多條槽后，再將土埂推入槽內(nèi)，然后運出。（2）下坡推土。在斜坡上方順下坡方向工作。坡度不宜大于15°，以免后退時爬坡困難。（3）并列推土。在大面積場地平整時，可采用多臺推土機并列作業(yè)。通常兩機并列推土可增大推土量15％～30％，三機并列推土可增加30％～40％。并列推土的運距宜為20～60m

槽形推土

下坡推土法并列推土2：鏟運機施工

鏟運機是一種能綜合完成全部土方施工工序(挖土、裝土、運土、卸土和平土)的機械。按行走方式分為自行式鏟運機和拖式鏟運機兩種。常用的鏟運機斗容量為2m3、5m3、6m3、7m3等數(shù)種，按鏟斗的操縱系統(tǒng)又可分為鋼絲繩操縱和液壓操縱兩種。C3－6型自行式鏟運機外形圖

1：鏟運機操縱簡單，不受地形限制，能獨立工作，行駛速度快，生產(chǎn)效率高。鏟運機：自行式、拖式自行式鏟運機

拖式鏟運機

2：鏟運機適于開挖一類至三類土，常用于坡度20°以內(nèi)的大面積土方挖、填、平整、壓實，大型基坑開挖和堤壩填筑等。3：鏟運機運行路線和施工方法視工程大小、運距長短、土的性質(zhì)和地形條件等而定。其運行路線可采用環(huán)形路線或8字路線。其中托式鏟運機的適用運距為80～800m，當運距為200～350m時效率最高。而自行式鏟運機的適用運距為800～1500m。采用下坡鏟土、跨鏟法、推土機助鏟法等，可縮短裝土時間提高土斗裝土量，以充分發(fā)揮其效率。(a)環(huán)形路線

(b)大環(huán)形路線

8字形路線1－鏟土；2－卸土3.裝載機特點：全能。適用條件同鏟運機可完全代替鏟運機4

.單斗挖土機施工

挖掘機按行走方式分為履帶式和輪胎式兩種。按傳動方式分為機械傳動和液壓傳動兩種。斗容量有0.2m3、0.4m3、1.0m3、1.5m3、2.5m3等多種，工作裝置有正鏟、反鏟、抓鏟，機械傳動挖掘機還有拉鏟。使用較多的是正鏟與反鏟。挖掘機利用土斗直接挖土，因此也稱為單斗挖土機。1：正鏟挖掘機。挖土特點是：前進向上，強制切土。它適用于開挖停機面以上的土方，且需與汽車配合完成整個挖運工作。正鏟挖掘機挖掘力大，適于開挖含水量小于27％的一類土至四類土和經(jīng)爆破的巖石及凍土。2：反鏟挖掘機。1）：反鏟適用于開挖一類至三類的砂土或粘土。挖土特點是：后退向下，強制切土。主要用于開挖停機面以下的土方，最大挖土深度4～6m，經(jīng)濟合理的挖土深度為2～4m。反鏟也需配備運土汽車進行運輸，其外形如圖示。2）：反鏟的開挖方式可以采用溝端開挖法，即反鏟停于溝端，后退挖土，向溝一側(cè)棄土或裝汽車運走，也可采用溝側(cè)開挖法，即反鏟停于溝側(cè)，沿溝邊開挖，它可將土棄于距溝較遠的地方，如裝車則回轉(zhuǎn)角度也小，但邊坡不易控制。3：拉鏟挖掘機。1）：適用于一類至三類的土，可開挖較大基坑(槽)和溝渠，挖取水下泥土，也可用于填筑路基、堤壩等。挖土特點是：后退向下，自重切土，其挖土深度和挖土半徑都很大。拉鏟能開挖停機面以下的土方，其工作狀況如圖示。2）：拉鏟挖土時，依靠土斗自重及拉索拉力切土，卸土時斗齒朝下，利用慣性，較濕的粘土也能卸凈。它的開挖方式也有溝端開挖和溝側(cè)開挖兩種。正鏟挖掘機外形(a)正向挖土、反向卸土

(b)正向挖土、側(cè)向卸土正鏟挖土機卸土方式反鏟挖掘機外形(a)溝端開挖

(b)溝側(cè)開挖

4.抓鏟挖掘機。抓鏟適用于開挖較松軟的土。挖土特點是：直上直下，自重切土，挖土力較小。對施工面狹窄而深的基坑、深槽、深井采用抓鏟可取得理想效果。抓鏟還可用于挖取水中淤泥，裝卸碎石、礦碴等松散材料。抓鏟的傳動方式主要有機械傳動和液壓傳動兩種。抓鏟挖土時，通常立于基坑一側(cè)進行，對較寬的基坑則在兩側(cè)或四側(cè)抓土。挖淤泥時抓斗易被淤泥“吸住”，應(yīng)避免起吊用力過猛，以防翻車。拉鏟工作狀況

抓鏟工作狀況5.土方機械的選擇與合理配置1：土方機械的選擇土方機械的選擇，通常應(yīng)根據(jù)工程特點和技術(shù)條件提出幾種可行方案，然后進行技術(shù)經(jīng)濟分析比較，選擇效率高、綜合費用低的機械進行施工，一般選用土方施工單價最小的機械。在大型建設(shè)項目中，土方工程量很大，而當時現(xiàn)有的施工機械的類型及數(shù)量常常有一定的限制，此時必須將現(xiàn)有機械進行統(tǒng)籌分配，以使施工費用最小。一般可以用線性規(guī)劃的方法來確定土方施工機械的最優(yōu)分配方案。土方機械與運土車輛的配合1：當挖掘機挖出的土方需用運土車輛運走時，挖掘機的生產(chǎn)率不僅取決于本身的技術(shù)性能，而且還決定于所選的運輸機具是否與之協(xié)調(diào)。由于施工現(xiàn)場工作面限制、機械臺班費用等原因，一般應(yīng)以挖土機械為主導(dǎo)機械，運輸車輛應(yīng)根據(jù)挖土機械性能配套選用。2：為了使主導(dǎo)機械挖掘機充分發(fā)揮生產(chǎn)能力，應(yīng)使運土車輛的載重量與挖掘機的斗容量保持一定的倍數(shù)關(guān)系，需有足夠數(shù)量的車輛以保證挖掘機連續(xù)工作。從挖掘機方面考慮，汽車的載重量越大越好，可以減少等車待裝時間，運土量大；從汽車方面考慮，載重量小，臺班費便宜，然而數(shù)量增加；載重量大，臺班費貴，但車輛數(shù)量小。一般情況下載重量宜為每斗土重的3～5倍。1.1.4土方邊坡土方邊坡坡度以其高度H與其底寬B之比表示。邊坡可做成直線形、折線形或踏步形式中m＝B/H，稱為坡度系數(shù)。(c)踏步形(b)折線形(a)直線形圖1－1土方邊坡2土方工程施工要點

⑴踏勘現(xiàn)場；⑵熟悉圖紙、編制施工方案；⑶清除現(xiàn)場障礙物，平整施工場地,進行地下墓探，設(shè)置排水降水設(shè)施；⑷永久性控制坐標和水準點的引測,建立測量控制網(wǎng)，設(shè)置方格網(wǎng)、控制樁等；⑸搭設(shè)臨時設(shè)施、修筑施工道路；⑹施工機具、用料準備。1土方施工準備工作1.2邊坡開挖

場地邊坡開挖應(yīng)采取沿等高線自上而下、分層、分段依次進行。在邊坡上采取多臺階同時進行開挖時，上臺階應(yīng)比下臺階開挖進深不少于30m，以防塌方。1土方開挖

邊坡臺階開挖，應(yīng)作成一定坡勢以利泄水。邊坡下部設(shè)有護腳矮墻及排水溝時，在邊坡修完后，應(yīng)立即進行護腳矮墻和排水溝的砌筑和疏通，以保證坡面不被沖刷和坡腳范圍內(nèi)不積水。土方工程的多臺階開挖1.3基坑（槽）開挖

⑴基坑開挖，上部應(yīng)有排水措施，防止地表水流入坑內(nèi)沖刷邊坡，造成塌方和破壞基土。1土方開挖

⑵基坑開挖，應(yīng)進行測量定位、抄平放線，定出開挖寬度，根據(jù)土質(zhì)和水文情況確定在四側(cè)或兩側(cè)、直立或放坡開挖，坑底寬度應(yīng)注意預(yù)留施工操作面。⑶應(yīng)根據(jù)開挖深度、土體類別及工程性質(zhì)等綜合因素確定保持土壁穩(wěn)定的方法和措施。基坑的切線開挖

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