第1章 土方工程 本章学习要求 了解土的工程性质、边坡留设和土方调配的原则 掌握土方量计算的方法、场地设计标高确定的方法和用表上作业法进行土方 调配 能了解识别基槽、深浅基坑的各种支护方法并了解其适用范围和基坑监测项 目 理解流砂产生的原因，并了解其防治方法；掌握轻型井点设计并了解喷射 点、电渗井点和深井井点的适用范围 掌握基坑土方开挖的一般原则、方法和注意事项，了解常用土方机械的性能 及适用范围并能正确合理地选用 掌握填土压实的方法和影响填土压实质量的影响因素 掌握土方工程质量标准与安全技术要求。 1.1概述 1.1.1土方工程的施工特点 常见的土方工程包括 (1)场地平整：其中包括确定场地设计标高，计算挖、填土方量，合理地进行土 方调配等。 (2)土方的开挖、填筑和运输等主要施工，以及排水、降水和土壁边坡和支护结 构等。 (3)土方回填与压实：包括土料选择，填土压实的方法及密实度检验等 土方工程施工，要求标高准确、断面合理，土体有足够的强度和稳定性， 土方量少，工期短，费用省。但土方工程具有工程量大，施工工期长，劳动强度 大的特点，如大型建设项目的场地平整和深基坑开挖中，施工面积可达数平方 公里，土方工程量可达数百万立方米以上。土方工程的另一个特点是施工条件复 杂又多为露天作业，受气候、水文、地质和邻近建（构）筑物等条件的影响较 大，且天然或人工填筑形成的土石成分复杂，难以确定的因素较多。因此在组织 土方工程施工前，必须做好施工前的准备工作，完成场地清理，仔细研究勘察
设计文件并进行现场勘察：制定严密合理和经济的施工组织设计，做好施工方案， 选择好施工方法和机械设备，尽可能采用先进的施工工艺和施工组织，实现土 方工程施工综合机械化。制订合理的土方调配方案，制订好保证工程质量的技术 措施和安全文明施工措施，对质量通病做好预防措施等。 1.1.2土的工程分类与现场鉴别方法 土的种类繁多，其分类方法各异。土方工程施工中，按土的开挖难易程度 分为八类，如表1.1。表中一至四类为土，五至八类为岩石。在选择施工挖土 机械和套建筑安装工程劳动定额时要依据土的工程类别。 表1.1土的工程分类 密度 土的分类 土的级别 土的名称 开挖方法及工具 (kg/m) 类土 砂土：粉土：冲积砂土层；疏松 用锹、锄头挖掘， 600-1500 (松软土)】 的种植土：淤泥（泥炭） 少许用脚蹬 粉质粘土：潮湿的黄土：夹有碎 二类土 用锹、锄头挖掘， 石、卵石的砂：粉士混卵（碎）石： I 1100~1600 (普通土) 少许用镐翻松 种植土：填土 软及中等密实粘土：重粉质粘 主要用镐，少许用 三类土 土：砾石土：干黄土、含有碎石 锹、锄头挖掘，部 卵石的黄土；粉质粘土：压实的 1750-1900 (坚土) 分用撬棍 填土 坚硬密实的粘性土或黄土；含碎 整个先用镐、撬棍， 四类土 石、卵石的中等密实的粘性十或 1900 后用锹挖掘，部分 (砂砾坚土) 黄土：粗卵石；天然级配砂石： 软泥灰岩 用楔子及大锤 硬质粘土：中密的页岩、泥灰岩、 用镐或撬棍、大锤 五类土 白垩土：胶结不紧的砾岩：软石 挖掘，部分使用爆 1100-2700 (软石) 灰岩及贝壳石灰岩 破方法 泥岩：砂岩：砾岩：坚实的页岩、 六类士 用爆破方法开挖， I 2200-2900 泥灰岩：密实的石灰岩；风化花 (次坚石) 部分用风镐 岗岩：片麻岩及正长岩 大理岩：辉绿岩；玢岩：粗、中 七类土 Ⅶ 粒花岗岩：坚实的白云岩、砂岩、 25003100 用爆破方法开挖 (坚石) 砾岩、片麻岩、石灰岩：微风化
安山岩：玄武岩 安山岩：玄武岩：花岗片麻岩： 八类土 坚实的细粒花岗岩、闪长岩、石 w 英岩、辉长岩、角闪岩、玢岩、 2700-3300 用爆破方法开挖 (特坚土) 辉绿岩 1.1.3土的基本性质 1.土的天然含水量 土的含水量®是土中水的质量与固体颗粒质量之比的百分率，即 0= 8m×100% 2, (1-1) 式中：一土中水的质量 那，一土中固体颗粒的质量。 2.土的天然密度和干密度 土在天然状态下单位体积的质量，称为土的天然密度。土的天然密度用P表 示 p=7 (1-2) 式中：一土的总质量： V一土的天然体积。 单位体积中土的固体颗粒的质量称为土的干密度，土的干密度用表示：
pu-V (1-3) 式中：%：一土中固体颗粒的质量： V一土的天然体积 土的干密度越大，表示土越密实。工程上常把土的干密度作为评定土体密 实程度的标准，以控制填土工程的压实质量。土的干密度P:与土的天然密度 之间有如下关系： e--m+%_%t=0+o警-+aa 即 (1-4) 3.土的可松性 土具有可松性，即自然状态下的土经开挖后，其体积因松散而增大，以后 虽经回填压实，仍不能恢复其原来的体积。土的可松性程度用可松性系数表示， 即 地数 (1-5) V的 ,一* (1-6) 式中：K,一士的最初可松性系数： K:一土的最后可松性系数：
一土在天然状态下的体积(m): 公意一土挖出后在松散状态下的体积(m): 严：一土经回填压（夯）实后的体积(m): 土的可松性对确定场地设计标高、土方量的平衡调配、计算运土机具的数量 和弃土坑的容积，以及计算填方所需的挖方体积等均有很大影响。各类土的可松 性系数见表1.2。 表1.2各种土的可松性参考值 体积增加百分数 可松性系数 土的类别 最初 最后 K, 类土（种植土除外） 8-17 12.5 1.081.17 1.011.03 类土（植物性土、泥炭） 20-30 3~4 1.201.30 1.03-1.04 二类土 14-28 2.55 1.14~1.28 1.021.05 三类土 24-30 4~7 1.24-1.30 1.041.07 四类土（泥灰岩、蛋白石除外） 26-32 6-9 1.261.32 1.06-1.09 四类土（泥灰岩、蛋白石） 33-37 11~15 1.331.37 1.111.15 五至七类土 30-45 1020 1.301.45 1.101.20 八类土 45~-50 20~-30 1.451.50 1.201.30 4.土的渗透性 土的渗透性指水流通过土中孔隙的难易程度，水在单位时间内穿透土层的 能力称为渗透系数，用k表示，单位为m/d。地下水在土中渗流速度一般可按达 西定律计算，其公式如 u=k-. 下： (1-7) 式中：一水在土中的渗透速度，m/d; —水力坡度，1：品： Z,即A、B两点水头差与其水平距离之比： k一土的渗透系数，m/d
从达西公式可以看出渗透系数的物理意义：当水力坡度等于1时的渗透 速度即为渗透系数，单位同样为m/d。值的大小反映土体透水性的强弱， 影响施工降水与排水的速度：土的渗透系数可以通过室内渗透试验或现场抽水试 验测定，一般土的渗透系数见表1.3。 表1.3土的渗透系数K参考值 土的名称 渗透系数K(m/d) 土的种类 渗透系数K(m/d) 粘土 <0.005 中砂 5.025.0 粉质粘土 0.005-0.1 均质中砂 35~50 粉土 0.1-0.5 粗砂 20-50 黄土 0.250.5 圆砾 50-100 粉砂 0.5-5.0 卵石 100-500 细砂 1.010.0 无填充物卵石 5001000 1.2土方与土方调配量计算 1.2.1基坑、基槽土方量计算 1.土方边坡 在开挖基坑、沟槽或填筑路堤时，为了防止塌方，保证施工安全及边坡稳定， 其边沿应 考虑放坡。土方边坡的坡度以其高度H与底宽B之比（图1.1），即 土方边坡坡度= =1:3x H 式中：m=B1H,称为坡度系数。其意义为：当边坡高度已知为H时，其边 坡宽度B则等于x片
不 (a) (b) (c) 图1.1 (a)直线形 (b)折线形 (c)踏步形 2.基坑、基槽土方量计算 基坑土方量可按立体几何中的拟柱体（由两个平行的平面做底的一种多面 体)体积公式计算（图1.2）。即 口=4(4+44+4 6 (1-8)式中 H一基坑深度（洲）； 4A一基坑上、下的底面积（加）； A。一基坑的中间位置截面面积(m2); 图1.2基坑土方量计算 图1.3基槽土方量计算 基槽和路堤的土方量可以沿长度方向分段后，再用同样方法计算（图1.3） K-会4++
式中巧一第一段的土方量()： 乙一第一段的长度(”)。 将各段士方量相加即得总土方量 =+V十，十…+ 式中巧，巧，…，，一各分段的土方量（m)。 1.2.2场地平整土方量计算 1场地设计标高的确定 对较大面积的场地平整，合理地确定场地的设计标高，对减少土方量和加 速工程进度具有重要的经济意义。一般来说应考虑以下因素： ①满足生产工艺和运输的要求： ②尽量利用地形，分区或分台阶布置，分别确定不同的设计标高： ③场地内挖填方平衡，土方运输量最少； ④要有一定泻水坡度（≥2%），使能满足排水要求： ⑤要考虑最高洪水位的影响。 场地设计标高一般应在设计文件上规定，若设计文件对场地设计标高没有规 定时，可按 下述步骤来确定。 1).初步计算场地设计标高 初步计算场地设计标高的原则是场地内挖填方平衡，即场地内挖方总量等于 填方总量。计算场地设计标高时，首先将场地的地形图根据要求的精度划分为 10~40m的方格网，见图1.4a。然后求出各方格角点的地面标高。地形平坦时， 可根据地形图上相邻两等高线的标高，用插入法求得：地形起伏较大或无地形图 时，可在地面用木桩打好方格网，然后用仪器直接测出
按照场地内土方的平整前及平整后相等，即挖填方平衡的原则，如图1.4b, 场地设计标高可按下式计算 Hn+1 4 H。=1++H21+2】 4n (1-9) 式中H。一所计算的场地设计标高(m); a一方格边长（粥）； 力一方格 数： H1、H、H1、Hm一任一方格的四个角点的标高（m)。 2 Hn /Hut Ha 图14场地设计标高Ho计算示意图 (】方格网划分；〔6】场地损计标高示题园 1一锌高锐，2一目拨地子一场地设计标高平画
从图1.4a可以看出，系一个方格的角点标高，江2及H:系相邻两个 方格的公共角点标高，H系相邻的四个方格的公共角点标高。如果将所有方 格的四个角点相加，则类似H这样的角点标高加一次，类似H?、H的角 点标高需加两次，类似如的角点标高要加四次。如令 H一为一个方格仅有的角点标高： ,一为二个方格共有的角点标高： 一为三个方格共有的角点标高： H4一为四个方格共有的角点标高。 则场地设计标高只。的计算公式(1-9)可改写为下列形式 H。=2H+2+32H3+4∑H4 4为 (1-10) 2),场地设计标高的调整 按上述公式计算的场地设计标高。仅为一理论值，在实际运用中还需考虑 以下因素进行调整。 (1)土的可松性影响 由于土具有可松性，如按挖填平衡计算得到的场地设计标高进行挖填施工， 填土多少有富余，特别是当土的最后可松性系数较大时更不容忽视。如图1.5