第一章土方工程1-2_secret

第一章土方工程

［学习指导］第一章土方工程

内容提要

本章内容包括土方工程的种类和施工特点，土的工程分类和工程性质、土方规划、土方工程施工的要点，土

方工程机械化施工和爆破施工。在土方规划中，涉及了土的工程分类和性质、土方边坡、土方量计算、场地设计标

高的确定和土方调配等问题。在土方工程施工要点中，重点论述了土壁稳定、施工排水、流砂防治和填土压实，是

土方工程施工的关键。在土方工程机械化施工中，着重阐述常用土方机械的类型、性能及提高生产率的措施。在爆

破施工中主要介绍了爆破基本知识、炸药和药量计算、起爆技术及爆破方法。

重点、难点分析

1 ．土的工程性质

土的天然密度、干密度、压实系数和含水量，土的可松性、渗透性。

2．场地设计标高的确定

设计标高的确定原则和方法

3．土方边坡的稳定分析

边坡失稳及产生的原因

4．土壁支护

土壁支护的作用，支护结构的种类和破坏形式。

5．填土压实质量的影响因素

压实功、含水量和铺土厚度与压实效果的关系。

6．动水压力与流砂

动水压力的概念和性质；流砂现象及其危害；流砂发生的原因；防治流砂的途径和方法。7．井点降水

井点降水的原理与井点类型，轻型井点降水计算。

学习要求

土方工程为“建筑施工技术”课的重点章节，学生学习时应给予重视。

1 ．土方工程的种类和施工特点

了解土建施工中常见的土方工程，包括：场地平整；基坑、基槽及管沟的开挖与回填；地下工程 ( 人防工程及大型建筑物的地下室、深基础 ) 的开挖与回填；地坪填土与碾压；路基填筑等。

在土方工程施工中包含了土的开挖、运输、填筑等主要施工过程，以及场地清理、测量放线、施工排水与降水和土壁支护等准备工作和辅助工作。

了解土方工程施工特点，包括：面广量大、劳动繁重；施工条件复杂。

2 ．土的工程分类和工程性质

土方工程施工以土为施工对象，故应熟悉土的工程分类和工程性质。土的分类方法很多，土的工程分类是根据土开挖的难易程度将土分为八类。土的工程性质主要包括，土的可松性、渗透性，以及土的含水量、密实度等。

3 ．土方工程量的计算

掌握土方工程量的计算，包括：

(1) 基坑、基槽和路堤土方量。在难以用几何公式计算的情况下，可按“拟柱体”法近似计算。

(2) 场地平整土方量。在合理确定场地设计标高后，分别计算场区各处的填方和挖方土方量。

4 ．土方工程的机械化施工

土方工程的施工特点决定了其宜采用机械化施工，常用施工机械包括：推土机、铲运机、挖土机 ( 挖掘机 ) ，以及平土机、松土机和各种碾压、夯实机械。要合理应用它们，就要了解它们的性能特点，适用范围和施工方法。

土方的填筑与压实必须保证填方工程土体的强度与稳定性。为此要熟悉正确选择填土的土料，以及填筑和压实的方法。填土压实方法有碾压方法、夯实法和振动法。要掌握压实功、土的含水量和每层铺土厚度对填土压实质量的影响及控制要求；熟悉填土压实后的质量检查方法。

5 ．土方边坡与土壁支护

了解土方边坡大小的确定因素，掌握边坡大小的表示方法，熟悉规范对放坡的有关规定。熟悉边坡稳定的定性分析方法。

土壁支护的种类多种多样，应了解主要的种类、构造和适用范围；熟悉其破坏形式，了解其强度和稳定验算。

6 ．基坑排水与降水

熟悉动水压力的概念，掌握流砂现象及其产生的原因。了解集水井降水法和井点降水法的工类型、特点和适用范围，熟悉井点降水原理和常用井点系统的构造，掌握轻型井点的布置与计算。

［教案讲义］

第一节概述

[目的要求]

了解：建筑施工课程的研究对象和方法，建筑施工规范、规程。

熟悉：土方工程分类及施工特点。

掌握：土的工程性质，土的工程分类。

[讲授重点]土的工程分类

[讲授难点]土的渗透性

[讲授内容] 土的可松性

一、建筑施工课程的研究对象和方法

建筑施工分为建筑施工技术、建筑施工组织、建筑工程预算三个部分。

建筑施工技术是一门研究建筑工程施工中各主要工种工程的施工工艺、技术和方法的学科，它包括：土方工程、桩基础工程、砌筑工程、钢筋混凝土工程、预应力混凝土工程、结构安装工程、防水工程、装饰工程等。

二、建筑施工规范、规程

建筑施工规范和规程是我国建筑界常用的标准。由国务院有关部委批准颁发，作为全国建筑界共同遵守的准则和依据，它分为国家、专业、地方、企业四级。

建筑施工方面的规范，工业与民用建筑部分有：《土方与爆破工程施工及验收规范》、《地基与基础工程施工及验收规范》、《砌体工程施工及验收规范》、《混凝土结构工程施工及验收规范》、《钢结构工程施工及验收规范》等这些作为国家级标准代号为GB×××。如目前使用的钢筋混凝土工程施工验收规范为《混凝土工程施工及验收规范》GB50204-92。

三、土方工程分类及施工特点

工业与民用建筑工程中土方工程一般分为四类：

1.场地平整

2.基坑(槽)及管沟开挖

3.地下工程大型土方开挖

4.土方填筑

土方工程的特点：（1）面广量大、劳动繁重（2）施工条件复杂

土方工程多为露天作业，施工受当地气候条件影响大，且土的种类繁多，成分复杂，工程地质及水文地质变化多，也对施工影响较大。

四、土的工程性质:

1、土的密度天然密度ρ干密度ρd

天然状态下的土由三部分组成：土颗粒、土中的水和土中的气

如图1—1所示。天然密度是指土在天然状态下单位体积的质

量，用ρ表示，即

图1—1土的组成示意图

G1——含水状态下土的质量；

V——土的总体积。

土的密度一般用环刀法测定，用一个体积已知的环刀切入土样中，上下端用刀削平，称出质量，减去环刀的质量，与环刀的体积相比，即得到土的天然密度。

土的干密度：指单位体积土中固体颗粒的质量，用ρd表示，即

G2——土中固体颗粒的质量。

土的干密度用击实实验测定。

2、土的含水量

土的含水量是指土中水的质量与土的固体颗粒之间的质量比，以百分数表示。

G1 - G2

w= ———× 100%

G2

G1 ——含水状态土的质量

G2 ——烘干后土的质量（土经105°C烘干后的质量）

土的含水量测定方法：

把土样称量后放入烘箱内进行烘干（100～105°C），直至重量不在减少为止，称量。第一次称量为含水状态土的质量G1，第二次称量为烘干后土的质量G2，利用公式可计算出土的含水量。

土的含水量表示土的干湿程度，土的含水量在5%以内，称为干土；土的含水量在 5～30%以内，称为潮湿土；土的含水量大于30%，称为湿土。

3、土的渗透性

土的渗透性是指土体被水透过的性质，

水流通过土中孔隙的难易程度。

土的渗透性是用渗透性系数K表示。

土的渗透性系数实验室测定方法：

实验室测定是由法国学者达西发明的。

法国学者达西，根据实验发现水在土中渗

流速度V与水力坡度成正比。

V = K ·i

i ——水力坡度，又叫水力梯度。如

图1—4所示砂土的渗透实验。经过长为L

的渗流路程，A、B两点的水位差为h，它

与渗流路程之比，称为水力坡度。

H

——高水位（单位m）。

1

——低水位（单位m）。

H

2

K——土的渗透性系数。

那么单位时间内流过砂土的水量

Q = V ·A

A——土样横截面面积。

式中Q、L、A、 H1、H2均已知，从而可求出K。

4、土的可松性

什么是土的可松性？

自然状态下的土，经开挖后，其体积因松散而增加，以后虽经回填压实，仍不能恢复成原来的体积，这种性质，称为土的可松性。

工程意义：对土方平衡调配，基坑开挖时留弃土方量及运输工具的选择有直接影响。土的可松性的大小用可松性系数表示。分为最初可松性系数和最终可松性系数。

①最初可松性系数K

S

自然状态下的土，经开挖成松散状态后，其体积的增加，用最初可松性系数表示。

V

1

——土在自然状态下的体积

V

2

——土经开挖成松散状态下的体积

②最终可松性系数K/

S

自然状态下的土，经开挖成松散状态后，回填夯实后，仍不能恢复到原自然状态下体积，夯实后的体积与原自然状态下体积之比，用最终可松性系数表示。

V 1——土在自然状态下的体积； V

3

——土经回填压实后的体积

各类土的可松性系数参见表1-2。

五、土的工程分类

土的种类繁多，其工程性质直接影响土方工程施工方法的选择，劳动量的消耗和工程费用。

土的分类方法很多，作为建筑工程地基的土，根据土的颗粒大小可分为岩石、碎石土、砂土、粉土、粘性土和人工填土。其中，以上各类土又可进行更详细的分类，见《土方与爆破工程施工及验收规范》。在后续课程《土力学与地基基础》中详细介绍。我们主要学习掌握与我们建筑施工技术课联系较大的，根据土的开挖难易程度，在现行预算定额中，将土分为松软土、普通土、坚土等八大类。

思考题

1、根据土的开挖难易程度分为类土。

2、什么叫土的可松性？

3．土的可松性对土方施工有何影响? 4、土的渗透性是指： 。

5、某基坑底长80m ，宽60m ，深8m ，四边放坡，边坡坡度1：0．5，试计算挖土土方工程量。如地下室的外围尺寸为78m× 58m，土的最终可松性系数为K /s=1．03，试求出地下室部分回填土量。 例：

1、已知某基础挖方为2000m 3 ，其中部分土需回填800m 3基坑，余土全部外运。已知： K S ＝1.25 ，K'S ＝1.04 ，运输量为3m 3/车。试求所需车次为多少。（4分） 解：①挖出松土体积：3250025.12000m =?

②回填用土体积：354.96125.104

.1800m =?

③所需车次：8.5123

54.9612500=- 取n=513车

2．某基坑挖方量是35000m 3，若混凝土基础和地下室占有体积为25000m 3。问：

(1)则应预留多少自然状态的回填土?

(2)若多余土方外运，问外运土方为多少? (以自然状态体积计)

(3)如果用斗容量为8m 3的汽车外运，需运多少车次? (已知土的最初可松性系数

Ks=1.14，最终可松性系数Ks ′=1.05)

解：(1) ①填方量(夯实后)V 3′＝35000－25000＝10000m 3

②与之对应的预留天然土体积：V 1′＝V3÷Ks ′＝10000÷1.05=9523.8m 3 ③则填筑用的(应预留)松散土的体积：V 2′＝V 1′·Ks ＝9523.8×1.14=10857.1 m 3

(2) ①基坑开挖后总的松散土的体积V 2＝V 1·Ks ＝35000×1.14＝39900 m 3

②则剩余的自然松散土的体积：V ＝V 2－V 2′＝39900－10857.1＝29043 m 3

(3) 需运输的车次n ＝V/V 0=29043÷8=3630车

3．某基坑下底长100米，宽80米，深12米，四边放坡，边坡坡度1：0.5。

（1）计算土方开挖工程量。

（2）若混凝土基础和地下室占有体积为30000m 3,则应预留多少自然状态下的回填土？

（3） 若多余土方外运，问外运土方为多少？（以自然状态下的体积计）

（4）如果用斗容量为6 m 3,的汽车外运，需多少车次？（已知土的最初可松性系数Ks=1.14，最终可松性系数Ks ′=1.05） 解：(1)放坡宽度B ＝mh ＝0.5×12＝6m

上口A 1＝（100＋6＋6）×（80＋6＋6）＝10304 m 2；下口A 2＝100×80＝8000m 2

中间A 0＝21（92＋80）×2

1

（112＋100）＝9116 m 2

则：土方开挖工程量V1＝61H （A 1＋4A 0＋A 2）＝6

1

×12（10304＋4×9116＋8000）＝

109536 m 3

(2)此开挖量挖出的自然松散土的体积：V 2＝V 1·Ks ＝109536×1.14＝124871.04 m 3

基础的回填方量(夯实后)V 3′＝109536－30000＝79536m 3

与之对应的预留天然土体积：V 1′＝V 3′÷Ks ′＝79536÷1.05=75748.6m 3 则填筑用的(应预留)松散土的体积：V 2′＝V 1′·Ks ＝75748.6×1.14=86353.4

m 3

则剩余的自然松散土的体积（外运土方）：V ＝V 2－V 2′＝124871.04－86353.4＝38517.64 m 3

(4) 需运输的车次n ＝V/V 0=38517.64÷6=6419.6车

第二节基坑（基槽）的土方开挖

[目的要求]

了解:临时性挖方边坡值。三棱柱法计算土方量，边坡土方量计算方法。

熟悉：影响土方边坡的稳定的因素及土方边坡的形式，场地设计标高的调整方法。 掌握：基坑（基槽）土方量计算公式，场地平整的基本原则和计算步骤及方法。 [讲授重点] 基坑（基槽）土方量计算，场地平整的基本原则和计算步骤及方法。 [讲授难点] 场地平整的基本原则和计算步骤及方法。 [讲授内容] 一、土方边坡

土方边坡的稳定，主要是由于土体内土颗粒间存在摩阻力和粘结力，从而使土体具有一定的抗剪强度，当下滑力超过土体的抗剪强度时，就会产生滑坡。如图1—6。 当 F ＞ f + C 时，土体就会产生滑坡。 f —— 摩阻力；