【正文】 建筑施工技術(shù)手冊 湖南大學(xué)土木工程學(xué)院 第一章 土方工程 本章提要： 本章內(nèi)容包括土方規(guī)劃、土方工程施工的要點(diǎn)，土方工程機(jī)械化施工。在土方規(guī)劃中，涉及了土的工程分類和性質(zhì)、土方邊坡、土方量計算、場地設(shè)計標(biāo)高的確定和土方調(diào)配等問題。在土方工程施工要點(diǎn)中，重點(diǎn)論述了土壁穩(wěn)定、施工排水、流砂防治和填土壓實(shí)，是土方工程施工的關(guān)鍵。在土方工程機(jī)械化施工中，著重闡述常用土方機(jī)械的類型、性能及提高生產(chǎn)率的措施。 第一節(jié) 土的工程分類及工程物理性質(zhì) 一：土石方工程的施工特點(diǎn) 土石方工程是建筑工程施工中主要的分部工程之一，它包括土、石方的開挖、運(yùn)輸、填筑、平整與壓實(shí)等主要施工過程，以及場地清理、測量放線、施工排水、降水和土壁支護(hù)等準(zhǔn)備與輔助工作。 土石方施工的特點(diǎn)： 1：土石方施工工程量大、面廣。 2：施工條件極為復(fù)雜。 3：勞動強(qiáng)度較大 。 二：土的工程分類 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(xì)砂、粉砂 )和粘性土(粘土、亞粘土、輕亞粘土 )； 178。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。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。 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 ～ ～ 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 ～ ～ 三類土 (堅土 ) 軟及中等密實(shí)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(shí)的填筑土 主要用鎬，少許用鍬、鋤頭，部分用撬棍 ～ ～ 四類土 (砂礫堅土 ) 重粘土及含碎石、卵石的粘土，粗卵石，密實(shí)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 ～ ～ 五類土 (軟石 ) 硬石炭紀(jì)粘土，中等密實(shí)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 ～ ～ 六類土 (次堅石 ) 泥巖，砂巖，礫巖，堅實(shí)的頁巖、泥灰?guī)r，密實(shí)的石灰?guī)r，風(fēng)化花崗巖、片麻巖 用爆破方法，部分用風(fēng)鎬 ～ ～ 七類土 (堅石 ) 大理巖，輝綠巖，粗、中?；◢弾r，堅實(shí)的白云巖、砂巖、礫巖、片麻巖、石灰?guī)r 用爆破方法 ～ ～ 八類土 (特堅石 ) 玄武巖，花崗片麻巖、堅實(shí)的細(xì)粒花崗巖、閃長巖、石英巖、輝綠巖 用爆破方法 ～ ～ 三：土的工程性質(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。 分天然密度和干密度。土的天然密度，指土在天然狀態(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。土的干密度，指單位體積土中固體顆粒的質(zhì)量；它是用以檢驗填土壓實(shí)質(zhì)量的控制指標(biāo)。 土具有可松性。土的可松性是指在自然狀態(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(shí)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(jī)械生產(chǎn)率及運(yùn)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——最初可松性系數(shù)； KS′——最后可松性系數(shù)； V1——土在天然狀態(tài)下的體積 (m3)； V2——土經(jīng)開挖后的松散體積 (m3)； V3——土經(jīng)回填壓實(shí)后的體積 (m3)； 在土方工程中， KS是計算土方施工機(jī)械及運(yùn)土 車輛等的重要參數(shù)， KS′是計算場地平整標(biāo)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。 移挖作填或取土回填，松土經(jīng)填壓后會壓縮，一般松土的壓縮率見表 1－ 2。在松土回填時應(yīng)考慮土的壓縮率，一般可按填方斷面增加 10％～ 20％計算松土方數(shù)。 土的壓縮率 表 1－ 2 土的類別 土的名稱 土的壓縮率 (％ ) 1m3松散土壓實(shí)后的體積 (m3) 土的類別 土的名稱 土的壓縮率(％ ) 1m3松散土壓實(shí)后的體積 (m3) 一、二類土 種植土 20 三類土 天然濕度黃土 12～ 17 一般土 10 一般土 5 砂 土 5 干燥堅實(shí)黃土 5～ 7 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?jǐn)?shù)表示： 式中 G1——含水狀態(tài)時土的質(zhì)量； G2——土烘干后的質(zhì)量。 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(jī)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(shí)，獲得最大干密度。土的最佳含水量和最大干密度參考值見表 1－ 3。 土的最佳含水量和最大干密度 表 1－ 3 土的種類 最佳含水量(質(zhì)量比 )(％ ) 最大干密度 (g/cm3) 土的種類 最佳含水量(質(zhì)量比 )(％ ) 最大干密度(g/cm3) 砂土 8～ 12 ～ 重亞粘土 16～ 20 ～ 粉土 16～ 22 ～ 粉質(zhì)亞粘土 18～ 21 ～ 亞砂土 9～ 15 ～ 粘土 19～ 23 ～ 亞粘土 12～ 15 ～ 土的滲透性是指水在土體中滲流的性能，一般以滲透系數(shù) K表示。從達(dá)西公式V＝ KI可以看出滲透系數(shù)的物理意義：當(dāng)水力坡度 I等于 1時的滲透速度 v即為滲透系數(shù) K。 滲透系數(shù) K值將直接影響降水方案的選擇和涌水量計算的準(zhǔn)確性，一般應(yīng)通過抽水試驗確定，表 1－ 4所列數(shù)據(jù)可供參考。 土的滲透系數(shù)參考值 表 1－ 4 土的種類 K(m/d) 土的種類 K(m/d) 亞粘土、粘土 含粘土的中砂及純細(xì)砂 20～ 25 亞粘土 ～ 含粘土的細(xì)砂及純中砂 35～ 50 含亞粘土的粉砂 ～ 純粗砂 50～ 75 純粉砂 ～ 粗砂夾礫石 50～ 100 含粘土的細(xì)砂 10～ 15 礫石 100～ 200 第二 節(jié)基坑的土方開挖 一：土方邊坡 1：放坡開挖 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 (圖 1－ 1) 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 二：土石方工程量的計算 土方工程施工前應(yīng)進(jìn)行挖、填方的平衡計算，綜合考慮土方運(yùn)距最短、運(yùn)程合理和各個工程項目的合理施工順序等，做好土方平衡調(diào)配，減少重復(fù)挖運(yùn)。同時，土方平衡調(diào)配應(yīng)盡可能與城市規(guī)劃和農(nóng)田水利相結(jié)合將余土一次性運(yùn)送到指定棄土場，做到文明施工。 土石方量計算的基本方法 土石方量計算的基本方法主要有平均高度法和平均斷面法兩種。 (1） 四方棱柱體法。 四方棱柱體法，是將施工區(qū)域劃分為若干個邊長為 a的方格網(wǎng)，每個方格網(wǎng)的土方體積 V等于底面積 a2乘四個角點(diǎn)高度的平均值 (圖 1－ 18)，即 圖 1－ 18 四方棱柱體法 若方格四個角點(diǎn)部分是挖方，部分是填方時，可按表 1－ 9中所列的公式計算。 方格類別 計算圖形 計算公式 全挖 (全填 ) 半挖半填 三挖一填 (三填一挖 ) 注：①表中 a為方格邊長， b、 c為計算圖形相應(yīng)的兩個邊長； ② h h h h4分別為方格各角點(diǎn)的施工高度； ③ Σh為各計算圖形相應(yīng)的挖方或填方的施工高度總和，用絕對值代入； ④ V為挖方或填方的體積 (m3)。 三個角挖 (或填 ) （ 2）：三角棱柱體法。 三角棱柱體法，是將每一個方格順地形的等高線沿對角線劃分成兩個三角形，然后分別計算每一個三角棱柱體的土方量。 ( (a)全挖或全填 b)有填有挖 圖 1－ 19 三角棱柱體法 當(dāng)三角形為全挖或全填時 〔 圖 1－ 19(a)〕 ： 當(dāng)三角形有填有挖時 〔 圖 1－ 19(b)〕 ，則其零線將三角形分成兩部分， 底面為三角形的錐體： HH4a22?? ）（＝ 填（挖）填（挖）V底面為四邊形的楔體： 簡化計算： 平均斷面法 (圖 1－ 20)，可按近似公式和較精確的公式進(jìn)行計算。 圖 1－ 20 平均斷面法 （ 1）近似計算： （ 2）較精確計算： 式中 V——土方體積 (m3)； F1,F2——兩端的斷面面積 (m2) F0——L/2處的斷面面積 (m2)。 三：場地平整 H0的確定 場地設(shè)計標(biāo)高是進(jìn)行場地平整和土方量計算的依據(jù)，也是總圖規(guī)劃和豎向設(shè)計的依據(jù)。合理地確定場地的設(shè)計標(biāo)高，對減少土方量和加速工程進(jìn)度均具有重要的意義。 如圖 1－ 23所示，當(dāng)場地設(shè)計標(biāo)高為 H0時，填挖方基本平衡，可將土方移挖作填，就地處理； 當(dāng)設(shè)計標(biāo)高為 H1時，填方大大超過挖方，則需要從場外大量取土回填；當(dāng) 設(shè)計標(biāo)高為 H2時，挖方大大超過填方，則需要向場外大量棄土。 因此，在確定場地設(shè)計標(biāo)高時，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場的具體條件反復(fù)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選擇其中一個最優(yōu)的方案。其原則是： （ 1）應(yīng)滿足生產(chǎn)工藝和運(yùn)輸?shù)囊螅? （ 2）充分利用地形，分區(qū)或分臺階布置，分別確定不同的設(shè)計標(biāo)高； （ 3）使挖填平衡，土方量最少； （ 4）要有一定泄水坡度 (≥2‰) ，使能滿足排水要求； （ 5）要考慮最高洪水位的影響。 圖 1－ 23 場地不同設(shè)計標(biāo)高的比較 如場地設(shè)計標(biāo)高無其他特殊要求時，則可根據(jù)填挖土方量平衡的原則加以確定，即場地內(nèi)土方的絕對體積在平整前和平整后相等。其步驟如下 ： （ 1）在地形圖上將施工區(qū)域劃分成邊長為 10～ 50m的若干個方格網(wǎng) (圖 1－ 24)。 （ 2）確定各小方格角點(diǎn)的高程，其方法：可用水準(zhǔn)儀測量；或根據(jù)地形圖上相鄰兩等高線的高程，用插入法求得；也可用一條透明紙帶，在上面畫 6根等距離的平行線，把該透明紙帶放到標(biāo)有方格網(wǎng)的地形圖上，將 6根平行線的最外兩根分別對準(zhǔn) A點(diǎn)和 B點(diǎn)，這時 6根等距離的平行線將 A、 B之間的 1m(等高線的高差 )分成五等分，于是便可直接讀得 H13點(diǎn)的地面標(biāo)高，如圖 1－ 25所示， H13＝ 。 圖 1－ 24 場地設(shè)計標(biāo)高計算圖 （ 3）按填挖方平衡確定設(shè)計標(biāo)高 H0 4—自然地面與設(shè)計標(biāo)高平面的交線（零線） a）地形圖上劃分方格； b）設(shè)計標(biāo)高示意圖 1—等高線； 2—自然地面； 3—設(shè)計標(biāo)高平面； 場地設(shè)計標(biāo)高計算簡圖 式中： H0——場地