单元1土方与基坑工程

中等职业教育建筑工程施工专业规划教材建筑施工技术JIANZHUSHIGONGJISHU1主编：郭晓霞李明单元1土方与基坑工程JIANZHUSHITU土方与基坑工程土方与基坑工程包括的内容较多，如场地平整、基坑基槽的开挖回填、场地降排水和土壁支护等。本单元从土的基本性质入手，使学生了解土方施工的基本特点，掌握基坑开挖、支护、回填的施工要点和安全要求，掌握基坑开挖土方量的计算方法。土方与基坑工程施工主要依据《建筑工程施工质量验收统一标准》（GB50300—2001）、《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202—2002）以及相关的国家标准、规范和规程等。土方工程包括的内容较多，主要有两类：一类是场地平整，完成“三通一平”，包括设计标高的确定，土方调配以及挖、运、填的机械化施工；另一类是建筑物和其他地下工程的开挖与回填，包括支护结构的设计与施工，开挖前的降水或开挖后的排水，土方开挖以及回填土的压实等。土方工程具有工程量大、工期长、投资大、劳动强度大且多为露天作业等特点，因此，土方工程施工必须了解土层的性质，进行现场勘测，充分做好准备工作，合理安排施工计划，以确保土方工程的施工质量。单元1土方与基坑工程土的种类繁多，分类方法也较多。作为建筑地基的岩土，可分为岩石、碎石土、砂土、粉土、黏性土和人工填土。在建筑施工中根据土的开挖难易程度又将土分为松软土、普通土等八类，土的工程分类及鉴别方法见表1.1。前四类属一般土，后四类属岩石。注：ks为土的最初可松性系数；ks′为土的最终可松性系数。1.1.1土的工程分类与现场鉴定1.1土的基本性质和分类’一类土（松软土）砂土、粉土、冲积砂土层、疏松的种植土、淤泥（泥潭）1.08～1.171.01～1.03用锹、锄头挖掘，少许用脚蹬二类土（普通土）粉质粘土；潮湿的黄土；夹有碎石、卵石的砂；粉土混卵（碎）石；种植土、填土1.14～1.281.02～1.05用锹、锄头挖掘，少许用镐翻松三类土（坚土）软及中等密实粘土；重粉质粘土、砾石土；干黄土、含有碎石卵石的黄土、粉质粘土；压实的填土1.24～1.301.05～1.07主要用镐，少许用锹、锄头挖掘，部分用撬棍四类土（砂砾坚土）坚硬密实的粘性土或黄土；含碎石卵石的中等密实的粘性土或黄土；粗卵石；天然级配砂石；软泥灰岩1.26～1.351.06～1.09整个先用镐、撬棍，后用锹挖掘，部分用楔子及大锤五类土（软石）硬质粘土；中密的页岩、泥灰岩、白垩土；胶结不紧的砾岩；软石灰及贝壳石灰石1.30～1.401.10～1.15用镐或撬棍、大锤挖掘，部分使用爆破方法六类土（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、石灰岩；微风化安山岩；玄武岩1.35～1.451.11～1.20用爆破方法开挖，部分用风镐七类土（坚石）大理石；辉绿岩；玢岩；粗、中颗粒花岗石；坚实单位白云岩、砂岩、砾岩、片麻岩、石灰岩、风化痕迹的安山岩、玄武岩1.40～1.451.15～1.20用爆破方法开挖八类土（特坚土）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、角闪岩1.45～1.501.20～1.30用爆破方法开挖表1.1土的工程分类及鉴别方法1.1土的基本性质和分类土一般是由固体颗粒（固相）、水（液相）、空气（气相）三部分组成，这三部分之间的比例关系随周围条件的变化而不同，三者比例关系不同反映出土的物理状态就不同，如干燥、湿润、密实、松散。这些土的物理指标对土方工程施工有直接影响。1.1.2土的组成与工程性质1.1土的基本性质和分类土的含水量土的含水量是指土中所含水的质量与土中固体颗粒质量之比，用百分率表示，即：式中ω——土的含水量，%；mw——土中水的质量，kg；ms——土中固体颗粒的质量，kg。%100swmm（1.1）1.1土的基本性质和分类。土的种类变动范围最佳含水量（%）（重量比）最大干密度（g/cm3）砂土8～121.80～1.88粉土16～221.61～1.80亚砂土9～151.85～2.08亚粘土12～151.85～1.95重亚粘土16～201.67～1.79粉质亚粘土18～211.65～1.74黏土19～231.58～1.70表1.2土的最佳含水量和干密度参考值1.1土的基本性质和分类土的自然密度和干密度(1)土的自然密度土在自然状态下单位体积的质量叫做土的自然密度，即：式中ρ——土的自然密度，kg/m3；m——土在自然状态下的质量，kg；V——土在自然状态下的体积，m3。（1.2）Vm1.1土的基本性质和分类(2)土的干密度单位体积土中固体颗粒的质量叫做土的干密度，即：式中ρd——土的干密度，kg/m3；ms——土中固体颗粒的质量（经105℃烘干的土重），kg；V——土在自然状态下的体积，m3。干密度反映了土的紧密程度，常用于填土夯实质量的控制指标。土的最大干密度值可参考表1.2。Vmsd（1.3）1.1土的基本性质和分类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，虽经回填压实，仍不能恢复到原来的体积，这种性质称为土的可松性。土的可松性大小用可松性系数表示,即:式中ks——最初可松性系数；ks′——最终可松性系数；V1——土在自然状态的体积，m3；V2——土挖出后松散状态下的体积，m3；V3——挖出的土经回填压实后的体积，m3。12VVks13'VVkS（1.5）（1.4）1.1土的基本性质和分类。【例1.1】某土方工程需回填土方量100m3，已知土的可松性系数为ks=1.2，ks′=1.05，外运取土，问需取多少土？1.1土的基本性质和分类土的渗透性土的渗透性也称透水性，是指土体被水透过的性质。土体孔隙中的水在重力作用下会发生流动，流动速度与土的渗透性有关。渗透性的大小用渗透系数K表示,其参考值见表1.3。1.1土的基本性质和分类（m.d-1）土的类别K（m.d-1）土的类别K（m.d-1）粘土＜0.005粉土0.5～1.0粗砂20～50亚粘土0.005～0.1细砂1.0～1.5砾石50～100轻亚粘土0.1～0.5中砂5.0～20.0卵石100～500黄土0.25～0.5均质中砂25～50漂石（无砂质充填）500～10001.1土的基本性质和分类场地平整就是将需要进行建设范围内的天然地面，通过人工或机械挖填平整改造成工程上所要求的设计平面。平整场地前应先做好各项准备工作，如清除场地内所有地上、地下障碍物；排除地面积水；铺筑临时道路等。场地平整是工程开工前的一项重要工作。1.2场地平整（1）场地平整前应先做好各项准备工作，主要有清理现场范围及周边场地，包括清理杂草、杂物，建筑物拆迁等工作。（2）做好现场排水处理，包括设置排水沟、截水沟或挡水坝等，确保场地平整后干燥，便于施工。（3）修建施工临时设施，包括场边道路、现场临时工棚，供水供电的临时设施。1.2.1施工准备1.2场地平整场地平整的一般施工程序安排是：现场勘察→清除地面障碍物→标定整平范围→设置水准基点→设置方格网→测量标高→计算土方挖填工程量→平整场地→场地碾压→验收。1.2.2施工程序1.2场地平整计算场地平整土方量的方法很多，常用的方法可归纳为以下三类：（1）用求体积的公式估算在土方施工过程中，不管是原地形或是设计地形，经常会碰到一些类似锥体、棱台等几何形体的地形单体，这些地形单体的体积可用相近的几何体体积公式来计算，此法简便，但精度较差，多用于估算。1.2.3场地平整土方量的计算1.2场地平整（2）方格网法方格网法是把平整场地的设计工作和土方量计算工作结合在一起进行的。其工作程序是：①在附有等高线的施工现场地形图上，作方格网控制施工场地，方格边长数值取决于所要求的计算精度和地形变化的复杂程度，一般用20～40m。②在地形图上用插入法求出各角点的原地形标高(或把方格网各角点测设到地面上，同时测出各角点的标高，并标记在图上)。1.2场地平整③依设计意图(如地面的形状、坡向、坡度值等)确定各角点的设计标高。④比较原地形标高和设计标高，求得施工标高。⑤计算土方量，其具体计算步骤和方法查相关计算公式。1.2场地平整(3)断面法断面法是以一组等距(或不等距)的互相平行的截面将拟计算的地块、地形单体(如山、溪涧、池、岛等)和土方工程(如堤、沟渠、路堑、路槽等)分截成“段”。分别计算这些“段”的体积，再将各段体积累加，以求得该计算对象的总土方量。此方法的计算精度取决于截取断面的数量，多则精，少则粗。断面法根据其取断面的方向不同可分为垂直断面法、水平断面法(或等高面法)及与水平面成一定角度的成角断面法。1.2场地平整土方调配的目的是使工程中土方总运输量最小或土方施工费用最小。这就必须对场地土方的利用、堆弃和填土之间的关系进行综合协调处理，制订优化方案，确定挖、填方区土方的调配方向、数量和运输距离，以利于缩短工期和节约工程成本。1.2.4土方调配1.2场地平整土方调配的基本原则如下：（1）力求达到挖方与填方平衡，就近调配，以使土方运输量或费用最小。（2）应考虑近期施工与后期利用相结合的原则。（3）应考虑分区与全场相结合的原则。（4）合理布置挖、填方分区线，选择恰当的调配方向、运输线路，使土方机械和运输车辆的性能得到充分发挥。（5）土方调配“移挖作填”固然要考虑经济运距问题，但这不是唯一的指标，还要综合考虑弃方和借方的占地，赔偿青苗损失及对农业生产影响等。1.2场地平整（6）土方调配还应尽可能与大型地下建筑物的施工相结合。总之，进行土方调配必须根据现场具体情况、周围环境、相关技术资料、工期要求、施工机械与运输方案等综合考虑，反复比较，确定出经济合理的调配方案。方案制订时，在可能条件下宜将弃土场平整为可耕地，防止乱弃乱堆，或堵塞河流，损害农田。1.2场地平整推土机施工推土机（图1.1）是土方工程施工的主要机械之一，它由拖拉机和推土铲刀组成。若按其行走方式不同，推土机可以分为履带式和轮胎式两种；按铲刀操作机构的不同，推土机又可分为液压操纵和索式操纵两种。索式推土机的铲刀借其自重切土，在硬土中切入深度较小；液压式推土机由液压操纵，能使铲刀强制切入