第四讲土石方开挖与填筑5.

第三章土石方开挖与填筑•土石的分类土石的分类繁多，其分类法也很多，如按土石的沉积年代、颗粒级配、密实度、液性指数分类等。在工程施工中，按土的开挖难易程度将土石分为八类如下表，这也是确定工程劳动定额的依据。土的工程分类类别土的名称开挖方法可松性系数KsK's第一类松软土砂，粉土，冲积砂土层，种植土，泥炭（淤泥）用锹、锄头挖掘1.08~1.171.01~1.04第二类普通土粉质粘土，潮湿的黄土，夹有碎石、卵石的砂，种植土，填筑土和粉土用锹、锄头挖掘，少许用镐翻松1.14~1.281.02~1.05第三类坚土软及中等密实粘土，重粉质粘土，粗砾石，干黄土及含碎石、卵石的黄土、粉质粘土、压实的填筑土主要用镐，少许用锹、锄头，部分用撬棍1.24~1.301.04~1.07第四类砾砂坚土重粘土及含碎石、卵石的粘土，粗卵石，密实的黄土，天然级配砂石，软泥灰岩及蛋白石先用镐、撬棍，然后用锹挖掘，部分用锲子及大锤1.26~1.371.06~1.09第五类（软石）硬石炭纪粘土，中等密实的页岩、泥灰岩、白垩土，胶结不紧的砾岩，软的石灰岩用镐或撬棍、大锤，部分用爆破方法1.30~1.451.10~1.20第六类（次坚石）泥岩，砂岩，砾岩，坚实的页岩、泥灰岩，密实的石灰岩，风化花岗岩、片麻岩用爆破方法，部分用风镐1.30~1.451.10~1.20第七类（坚石）大理岩，辉绿岩，玢岩，粗、中粒花岗岩，坚实的白云岩、砾岩、砂岩、片麻岩、石灰岩，风化痕迹的安山岩、玄武岩用爆破方法1.30~1.451.10~1.20第八类（特坚石）安山岩，玄武岩，花岗片麻岩，坚实的细粒花岗岩、闪长岩、石英岩、辉长岩、辉绿岩，玢岩用爆破方法1.45~1.501.20~1.30•土的工程性质土的工程性质对土方工程施工有直接影响，也是进行土方施工设计必须掌握的基本资料。土的主要工程性质有：土的可松性、渗透性、密实度、抗剪强度、土压力等。⑴土具有可松性即自然状态下的土，经过开挖后，其体积因松散而增大，以后虽经回填压实，仍不能恢复。土的可松性程度用可松性系数表示，即⑵土的渗透性是指土体被水透过的性质。土体孔隙中的自由水在重力作用下会发生流动，当基坑开挖至地下水位以下，地下水在土中渗透时受到土颗粒的阻力，其大小与土的渗透性及地下水渗流路线长短关。—最初可松性系数—最后可松性系数sK'sK（3）容重：天然状态土的单位体积重量称为容重，它是显示土壤密实程度的主要标志。（4）含水量：土中所含水分的重量与土的固体颗粒重量之比称为土的含水量。以百分数表示。“反映了土的物理力学性状，对工程地基的施工、土方的开挖与填筑、土方的密实有直接的影响。土方量的计算1、基坑、基槽、土方量的计算土方量可按拟柱体积的公式算：式中V——土方工程量，H，F1，F2如下图所示。F1、F2分别为基坑的上下底面积，F0为中截面面积，a）基坑土方量计算；b）基槽、土方量计算2、场地平整土方工程量计算零线的概念：（1）四棱柱体计算法全挖或全填二挖二填一（三）挖三（一）填部分挖填：432124HHHHaVHHaVHHaV222244挖挖填填2、场地平整土方工程量计算（2）三棱柱体计算法全挖或全填部分挖填：32126HHHaV1233231332323133266HHHHHHHHaVHHHHHaV楔锥2、场地平整土方量的计算在场地平整土方工程施工之前，通常要计算土方的工程量。但土方外形往往复杂，不规则，要得到精确的计算结果很困难。一般情况下，可以按方格网将其划为一定的几何形状，并采用具有一定精度而又和实际情况近似的方法进行计算。其计算步骤如下：⑴划分方格网⑵计算各角点的地面标高⑶计算各角点的设计标高⑷计算各角点的施工高度⑸计算零点、绘出零线⑹计算各方格内的挖填方体积⑺统计挖、填方量⑻调整设计标高场地设计标高确定设计标高确定一般方法：，余同两个方格共有角点标高一个方格独有角点标高式中：加权计算公式：高个方格四角点原地形标第方格数计算场地设计标高式中：214321411432143241~41zzzzzznzizznzzzzznzoiioniiiiioiiiyyxxoiozzHililzzz''施工高度：：场地任意点设计标高为作场地中心标高，则以工程实例：计算方格网零点及其零线零线即挖方区与填方区的交线，在该线上，施工高度为零。零线的确定方法是：在相邻角点施工高度为一挖一填的方格边线上，用插入法求出（下图）方格边线上零点的位置，再将各相邻的零点连接起来即得零线。•某建筑场地地形图和方格网（边长a=20m）布置如图。土壤为二类土，地面泄水坡度ix=0.3%,iy=0.3%。试确定场地设计标高（不考虑土的可松性影响）并计算挖、填土方量。143.03243.70344.15444.48542.79642.99743.40843.94941.881042.201142.561242.79二、土方调配目的：使土方总运输量（m3·m）最小或施工费用最低1、调配区划分、平均运距、施工单价：2、表上作业法：初始调配方案→最优方案判别→方案调整→检查校核土方平衡与施工运距各调配区的土方量和平均运距某土方调配工程，其土方工程量和运距见下表：挖方区编号填方区编号及运距（m)各区挖方量(M3)T1T2T3W1997226729483640W222462881256918900W3135611861570148W4306422359715573各区填方量(M3)4642212462373∑=28261∑=28261试用线性规划方法确定初始调配方案和确定最优方案•挖掘机基坑土方开挖一般均采用挖掘机施工，对大型的、较浅的基坑有时也可采用堆土机。挖掘机按行走方式分为履带式和轮胎式两种。按传动方式分为机械传动和液压传动两种。斗容量有0.2m3、0.4m3、1.0m3、1.5m3、2.5m3等多种。挖掘机利用土斗直接挖土，因此也称为单斗挖土机，按土斗作业装置分为正铲、反铲、抓铲及拉铲，使用较多的是前三种。⑴正铲适用于开挖停机面以上的土方，且需与汽车配合完成整个挖运工作。正铲挖掘机挖掘力大，适用于开挖含水量较小的一类土和经爆破的岩石及冻土。一般用于大型基坑工程，也可用于场地平整施工。•正铲挖土和卸土的方式•根据正铲挖土机与运输汽车的相对位置不同，正铲挖土和卸土方式有以下两种：（1）正向挖土、后方卸土。（2）正向挖土、侧向卸土。•3．正铲挖土机的工作面及开行通道•挖土机在一个停机位置所能开挖到的工作面称为掌子，也叫掌子面。工作面的大小和形状，一般根据机械的性能、挖土和卸土的方式以及土壤的性质等因素来确定。根据工作面的大小和基坑的断面，即可布置挖土机的开行通道。⑵反铲适用于开挖一至三类的砂土或粘土。主要用于开挖停机面以下的土方，一般反铲的最大挖土深度为4~6m的基坑，经济合理的挖土深度为3~5m。反铲也需要配备运土汽车进行运输。•反铲挖土机的开行方式及施工方法•反铲挖土机的开行方式有沟端开行和沟侧开行两种。•（1）沟端开行。挖土机位于基槽一端挖土，随挖随退，后退方向与基槽开挖方向一致。其优点是挖土方便，开挖的深度和宽度都较大。反铲挖土机如能在基槽两侧卸土，其最大挖土宽度为1．7倍挖土机的有效挖土半径。如基坑宽度超过1.7倍挖土机的有效挖土半径时，则可将基坑分条平行开挖。•（2）沟侧开行。挖土机位于基槽一侧挖土，随挖随平行于基槽移动。由于挖土机移动方向与挖土方向相垂直，所以机身稳定性较差，开挖的深度和宽度均较小，最大宽度为0.8倍挖土机的有效挖土半径，但可就近卸上堆置。一般在场地宽敞的临时性窄沟开挖中采用。⑶抓铲对施工面狭窄而深的基坑、深槽、深井采用抓铲可取得理想效果，也可用于场地平整中的土堆与土丘的挖掘。抓铲还可用于挖取水中淤泥、装卸碎石、矿碴等松散材料。抓铲也有采用液压传动操纵抓斗作业。⑷拉铲拉铲适用于一至三类的土，可开挖停机面以下的土方，如较大基坑（槽）和沟渠，挖取水下泥土，也可用于大型场地平整、填筑路基、堤坝等。•推土机推土机适于推挖一至三类土。用于平整场地，移挖作填，回填土方，堆筑堤坝以及配合挖土机集中土方、修路开道等。推土机的作业效率与运距有很大关系，下表为直铲作业时的经济运距。行走装置机型经济运距（m）备注履带式大型中型小型50~l00（最远l50）60~100（最远120）＜50上坡用小值下坡用大值轮胎式50~80（最远150）推土机下列作业条件下宜选用推土机:配合开挖机械作掌子面清理、渣堆集散工作；具备挖掘机工作条件地段的土石推运(如炮台清理、边坡修整等)；施工场地广阔，大方量嵌合紧密的坚实黏土及软岩的开挖；小型基坑及不深的河渠土方开挖；弃渣场的平整；配合铲运机开挖助推。为提高推土机的生产率，可采用以下几种施工方法。（1）下坡推土。在不大于15°的斜坡上，推土机顺坡．向下切土、推运，借助机械本身的重力作用，增大切土深度，缩短铲土时间，可提高生产率30％左右。（2）并列推土。平整大面积的场地时，为了增大铲刀前土壤的体积，一般采用２台推土机并列推土。这样可以减少土的散失，提高生产率，并可增大推土量15％～30％。两台推土机刀片间距保持30～50cm，平均运距不宜超过50～75ｍ，不宜小于20ｍ。（3）槽子推土。利用已推过的土槽再次推土，可以减少铲刀前土的散失。当土槽推到一定程度，再推土埂。一般推土量可提高10％～30％。这种方法适宜于挖土层较厚、运距较远的工程。（4）分批集中，一次推送。当推运距离较远且土质又较坚硬时，由于铲刀切土深度较小，可将铲起的少量土先集中在几个中间地点，再一次推送，以便在铲刀前保持满载，有效地利用推土机的功率，缩短推运时间。（5）附加侧板。在铲刀两侧设置挡土板，增加铲刀前土的体积，以减少土的散失，提高生产率。铲运机铲运机是一种能综合完成挖、装、运、填的机械，对行驶道路要求较低，操纵灵活，生产率较高。按行走机构可将铲运机分为拖拉机式铲运机和自行式铲运机两种；按铲斗操纵方式，又可将铲运机分为钢索式和液压式两种。可选用装载机作为主要挖装机械:挖三级以下土方；挖装松散土方、沙砾石及爆破后快度适宜的石渣；利用推土机带松土器对坚实黏土、冻土和软岩破碎后的土石方挖装；由于施工场地狭窄，不便于挖掘机进入作业面作业的土石方挖装；具有分散的作业点，但每个作业点土石方挖装量均不很大；掌子面高度、装车台阶高度和作业面宽满足装载机作业要求；运距短，可以使用装载机同时完成挖运作业。铲运机•铲运机的开行路线•铲运机由挖至卸运行的循环路线称为开行路线。开行路线合理与否，将直接影响生产效率，所以要预先根据挖填方区的分布合理地组织。开行路线一般有以下两种形式：•（1）环形路线。（2）８字形路线。•提高铲运机生产率的措施（1）下坡铲土。借助机械本身自重的作用，来加大切土深度和缩短铲土时间。但纵坡不得超过25°，横坡不得超过6°；铲运机不能在陡坡上急转弯，以免翻车。（2）推土机助铲。在较硬的土层中用推土机在铲斗后助推，可加大铲刀切削力、切土深度和铲土速度。推土机在助铲的空隙时间可兼做松土或平整工作，为铲运机创造工作条件。•提高铲运机生产率的措施（3）双联铲运法。当拖拉式铲运机的牵引力有富裕时，可在拖拉机后面串联两个铲斗进行双联铲运。如果土质较硬，可用双联单铲操作，即先将一个土斗铲满，再铲第二个土斗；对于松软的土，则用双联双铲，即两个土斗同时推土。推土机（索式、液压式）特点：操作灵活工作面小速度快转移方便能爬30°坡适用范围：场地清理平整1.5m以内的基坑开挖和沟槽回填堆筑堤坝配合挖土机集土适用于一～三类土作业方法：槽形推土下坡推土并列推土工作距离：100m最佳距离：30～60m铲运机（索式、液压式）特点：操作灵活综合挖运卸平运转方便效率高道路要求低适用范围：地形起伏小大面积场地平整大型基坑沟槽开挖筑填路基适宜松土和普通土工作距离：拖式—300～800m自行式—800～1500m作业方法：环形8字形下坡铲土法