1、土方工程 主要内容：土的分类及工程性质、土方量计算、施工辅助工作、土方机械化施工及土方工程质量验收； 学习重点：土的工程性质及其对施工的影响，土壁支护与边坡，以及降低地下水位的方法。

学习要求: 了解土的分类和现场鉴别土的种类； 掌握基坑(槽)、场地平整土石方工程量的计算方法； 了解土壁塌方和发生流砂现象的原因及防止方法； 熟悉常用土方施工机械的特点、性能、适用范围及提高生产率的方法； 掌握回填土施工方法及质量检验标准。

本 章 内 容 1.1 土的分类及工程性质 1.2 土方量计算 1.3 施工准备与辅助工作 1.4 土方机械化施工 1.5 基坑(槽)施工 1.1 土的分类及工程性质 1.2 土方量计算 1.3 施工准备与辅助工作 本 章 内 容 1.4 土方机械化施工 1.5 基坑(槽)施工 1.6 填土与压实 1.7 质量标准及安全技术

1.1 土的分类及工程性质 1、土的分类与鉴别 按土开挖的难易程度将土分为：松软土、普通土、坚土、砂砾坚土、软石、次坚石、坚石、特坚硬石等八类。 松土和普通土可直接用铁锹开挖，或用铲运机、推土机、挖土机施工； 坚土、砂砾坚土和软石要用镐、撬棍开挖，或预先松土，部分用爆破的方法施工； 次坚石、坚石和特坚硬石一般要用爆破方法施工。 土的工程分类与现场鉴别方法见表1.1所示。

2、土的工程性质 （1）土的含水量 土的含水量：土中水的质量与固体颗粒质量之比的百分率。 土的含水量随气候条件、雨雪和地下水的影响而变化，对土方边坡的稳定性及填方密实程度有直接的影响。

（2）土的天然密度和干密 土的天然密度: 在天然状态下，单位体积土的质量。它与土的密实程度和含水量有关。 土的天然密度按下式计算：

干密度: 土的固体颗粒质量与总体积的比值，用下式表示： 在一定程度上，土的干密度反映了土的颗粒排列紧密程度。土的干密度愈大，表示土愈密实。土的密实程度主要通过检验填方土的干密度和含水量来控制。

（3）土的可松性系数 土的可松性：天然土经开挖后，其体积因松散而增加，虽经振动夯实，仍然不能完全复原，土的这种性质称为土的可松性。 土的可松性用可松性系数表示，即：

土的最初可松性系数KS是计算车辆装运土方体积及挖土机械的主要参数； 各类土的可松性系数见表1.1所示。

（4）土的渗透性 土的渗透性：指土体被水透过的性质。土的渗透性用渗透系数表示。 渗透系数：表示单位时间内水穿透土层的能力，以m/d表示；它同土的颗粒级配、密实程度等有关，是人工降低地下水位及选择各类井点的主要参数。土的渗透系数见表1.2所示。

1.2 土 方 计 算 1、基坑与基槽土方量计算 基坑土方量可按立体几何中拟柱体(由两个平行的平面作底的一种多面体)体积公式计算(图1.1)。即：

基槽土方量计算可沿长度方向分段计算： 将各段土方量相加即得总土方量：

2、场地平整土方计算 对于在地形起伏的山区、丘陵地带修建较大厂房、体育场、车站等占地广阔工程的平整场地，主要是削凸填凹，移挖方作填方，将自然地面改造平整为场地设计要求的平面。 场地挖填土方量计算有方格网法和横截面法两种。横截面法计算精度较低，可用于地形起伏变化较大地区。对于地形较平坦地区，一般采用方格网法。

方格网法计算场地平整土方量步骤为： (1) 读识方格网图 方格网图由设计单位（一般在1/500的地形图上）将场地划分为边长a=10～40m的若干方格，与测量的纵横坐标相对应，在各方格角点规定的位置上标注角点的自然地面标高(H)和设计标高(Hn)。

(2)计算场地各个角点的施工高度 施工高度为角点设计地面标高与自然地面标高之差，是以角点设计标高为基准的挖方或填方的施工高度。各方格角点的施工高度按下式计算：

(3) 计算“零点”位置，确定零线 方格边线一端施工高程为“＋”，若另一端为“－”，则沿其边线必然有一不挖不填的点，即为“零点”。

确定零点的办法也可以用图解法，如图所示。方法是用尺在各角点上标出挖填施工高度相应比例，用尺相连，与方格相交点即为零点位置。将相邻的零点连接起来，即为零线。它是确定方格中挖方与填方的分界线。

(4) 计算方格土方工程量 按方格底面积图形和表1.3所列计算公式，逐格计算每个方格内的挖方量或填方量。 (5) 边坡土方量计算 场地的挖方区和填方区的边沿都需要做成边坡，以保证挖方土壁和填方区的稳定。边坡的土方量可以划分成两种近似的几何形体进行计算，一种为三角棱锥体，另一种为三角棱柱体。

项 目 图 式 计算公式 一点填方或挖方(三角形) 两点填方或挖方(梯形) 三点填方或挖方(五角形) 四点填方或挖方(正方形)

A、三角棱锥体边坡体积： B、三角棱柱体边坡体积： 两端横断面面积相差很大的情况下，边坡体积： C、计算土方总量： 将挖方区(或填方区)所有方格计算的土方量和边坡土方量汇总，即得该场地挖方和填方的总土方量。

【例1. 1】某建筑场地方格网如图1. 7所示，方格边长为20m×20m，填方区边坡坡度系数为1. 0，挖方区边坡坡度系数为0

3、土方调配 土方调配是土方工程施工组织设计(土方规划)中的一个重要内容，在平整场地土方工程量计算完成后进行。编制土方调配方案应根据地形及地理条件，把挖方区和填方区划分成若干个调配区，计算各调配区的土方量，并计算每对挖、填方区之间的平均运距(即挖方区重心至填方区重心的距离)，确定挖方各调配区的土方调配方案，应使土方总运输量最小或土方运输费用最少，而且便于施工，从而可以缩短工期、降低成本。

土方调配的原则：力求达到挖方与填方平衡和运距最短的原则；近期施工与后期利用的原则。进行土方调配，必须依据现场具体情况、有关技术资料、工期要求、土方施工方法与运输方法，综合上述原则，并经计算比较，选择经济合理的调配方案。 调配方案确定后，绘制土方调配图。在土方调配图上要注明挖填调配区、调配方向、土方数量和每对挖填之间的平均运距。图中的土方调配，仅考虑场内挖方、填方平衡。W为挖方，T为填方。

1.3 施工准备与辅助工作 1、施工准备 (1) 在场地平整施工前，应利用原场地上已有各类控制点，或已有建筑物、构筑物的位置、标高，测设平场范围线和标高。 (2) 对施工区域内障碍物要调查清楚，制订方案，并征得主管部门意见和同意，拆除影响施工的建筑物、构筑物；拆除和改造通讯和电力设施、自来水管道、煤气管道和地下管道；迁移树木。

(3) 尽可能利用自然地形和永久性排水设施，采用排水沟、截水沟或挡水坝措施，把施工区域内的雨雪自然水、低洼地区的积水及时排除，使场地保持干燥,便于土方工程施工。 (4) 对于大型平整场地，利用经纬仪、水准仪，将场地设计平面图的方格网在地面上测设固定下来，各角点用木桩定位，并在桩上注明桩号、施工高度数值,以便施工。 (5) 修好临时道路、电力、通讯及供水设施，以及生活和生产用临时房屋。

2、土方边坡与土壁支撑 土壁稳定，主要是由土体内摩阻力和粘结力保持平衡，一旦失去平衡，土壁就会塌方。造成土壁塌方的主要原因有：土质条件、开挖深度、开挖方法、边坡留置时间的长短、边坡附近的各种荷载状况、排水情况等。

1、土方边坡 土方边坡坡度= h/b=1/(b/h)=1∶m 式中：m=b/h称为边坡系数。

密实、中密的砂土和碎石类土(充填物为砂土)：1.0m； 硬塑、可塑的粉土及粉质粘土： 1.25m； 当地质条件良好、土质均匀且地下水位低于基坑(槽)或管沟底面标高时，挖方边坡可做成直立壁不加支撑，但深度不宜超过下列规定： 密实、中密的砂土和碎石类土(充填物为砂土)：1.0m； 硬塑、可塑的粉土及粉质粘土： 1.25m； 硬塑、可塑的粘土和碎石类土(充填物为粘性土)：1.5m； 坚硬的粘土： 2m。 挖土深度超过上述规定时，应考虑放坡或做成直立壁加支撑。

基坑(槽)或管沟挖好后，应及时进行基础工程或地下结构工程施工。在施工过程中，应经常检查坑壁的稳定情况。 当地质条件良好，土质均匀且地下水位低于基坑(槽)或管沟底面标高时，挖方深度在5m以内且不加支撑的边坡的最陡坡度应符合有关规定。

2、土壁支撑 (1) 横撑式支撑 横撑式支撑由挡土板、楞木和工具式横撑组成，用于宽度不大、深度较小沟槽开挖的土壁支撑。 土壁支撑形式应根据开挖深度和宽度、土质和地下水条件以及开挖方法、相邻建筑物等情况进行选择和设计。 (1) 横撑式支撑 横撑式支撑由挡土板、楞木和工具式横撑组成，用于宽度不大、深度较小沟槽开挖的土壁支撑。 根据挡土板放置方式不同，分为水平挡土板和垂直挡土板两类，如图所示。

(2) 板桩式支撑 板桩式支撑特别适用于地下水位较高且土质为细颗粒、松散饱和土的支护，可防治流砂现象产生。 板桩支撑作用： 使地下水在土中的渗流路线延长，减小了动水压力，从而可预防流砂的产生； 板桩支撑既挡土又防水，特别适于开挖较深、地下水位较高的大型基坑； 可以防止基坑附近建筑物基础下沉。

钢板桩施工 钢板桩又可分平板桩和波浪式板桩两类。 平板桩防水和承受轴向压力性能良好，易打入地下，但长轴方向抗弯强度较小； 波浪式板桩的防水和抗弯性能都较好，施工中多采用。

板桩施工要正确选择打桩方法、打桩机械和流水段划分，以保证打设后的板桩墙有足够的刚度和防水作用。 钢板桩打入法一般分为单独打入法、双层围檩插桩法和分段复打法。 钢板桩单独打入法适用于桩长小于10m，且工程要求不高的钢板桩支撑施工。

3、降低地下水位 为了保持基坑干燥，防止由于水浸泡发生边坡塌方和地基承载力下降，必须做好基坑的排水、降水工作，常采用的措施是明沟排水法和井点降水法。 （1）明沟排水法 明沟排水法是一种设备简单、应用普遍的人工降低水位的方法。

施工方法是，开挖基坑或沟槽过程中，遇到地下水或地表水时，在基础范围以外地下水流的上游，沿坑底的周围开挖排水沟，设置集水井，使水经排水沟流入井内，然后用水泵抽出坑外。 明沟排水法适用于水流较大的粗粒土层的排水、降水，也可用于渗水量较小的粘性土层降水，但不适宜于细砂土和粉砂土层，因为地下水渗出会带走细粒而发生流砂现象。 流砂：当开挖深度大、地下水位较高而土质为细砂或粉砂时，如果采用集水井法降水开挖，当挖至地下水位以下时，坑底下面的土会形成流动状态，随地下水涌入基坑，这种现象称为流砂。

如果土层中产生局部流砂现象，应采取减小动水压力的处理措施，使坑底土颗粒稳定，不受水压干扰。其方法有： 如条件许可，尽量安排枯水期施工，使最高地下水位不高于坑底0.5m； 水中挖土时，不抽水或减少抽水，保持坑内水压与地下水压基本平衡； 采用井点降水法、打板桩法、地下连续墙法防止流砂产生。

（2）井点降水法 井点降水：基坑开挖前，在基坑四周预先埋设一定数量的滤水管(井)，在基坑开挖前和开挖过程中，利用抽水设备不断抽出地下水，使地下水位降到坑底以下，直至土方和基础工程施工结束为止。 井点降水有两类：一类为轻型井点(还包括电渗井点与喷射井点)；另一类为管井点(还包括深井泵)。 对不同的土质应采用不同的降水形式，下表为常用的降水形式。

降水类型及适用条件 适合条件 降水类型 渗透系数(cm/s) 可能降低的水位深度(m) 轻型井点 多级轻型井点 10-2～10-5 3～6 6～12 喷射井点 10-3～10-6 8～20 电渗井点 ＜10-6 宜配合其他形式降水使用 深井井管 ≥10-5 ＞10

轻型井点法适用于土壤的渗透系数为0.1～50m/d的土层中；降低水位深度：一级轻型井点3～6m，二级井点可达6～9m。 (1) 轻型井点 轻型井点(如图所示)就是沿基坑周围或一侧以一定间距将井点管(下端为滤管)埋入蓄水层内，井点管上部与总管连接，利用抽水设备将地下水经滤管进入井管，经总管不断抽出，从而将地下水位降至坑底以下。 轻型井点法适用于土壤的渗透系数为0.1～50m/d的土层中；降低水位深度：一级轻型井点3～6m，二级井点可达6～9m。

轻型井点设备由管路系统和抽水设备组成。管路系统包括滤管、井点管、弯联管及总管等。 滤管(如图所示)为进水设备，其构造是否合理对抽水设备影响很大。

轻型井点的布置 当基坑或沟槽宽度小于6m，水位降低深度不超过5m时，可用单排线状井点布置在地下水流的上游一侧，两端延伸长度一般不小于沟槽宽度。

在考虑到抽水设备的水头损失以后，井点降水深度一般不超过6m。井点管的埋设深度H(不包括滤管)按下式计算： 如宽度大于6m或土质不定，渗透系数较大时，宜用双排井点，面积较大的基坑宜用环状井点；为便于挖土机械和运输车辆出入基坑，可不封闭，布置为U形环状井点。

当一级井点系统达不到降水深度时，可采用二级井点。

轻型井点的安装 轻型井点的施工分为准备工作及井点系统安装。 准备工作包括井点设备、动力、水泵及必要材料准备，排水沟的开挖，附近建筑物的标高监测以及防止附近建筑沉降的措施等。 埋设井点系统的顺序：根据降水方案放线、挖管沟、布设总管、冲孔、下井点管、埋砂滤层、粘土封口、弯联管连接井点管与总管、安装抽水设备、试抽。 井点管的埋设一般用水冲法施工，分为冲孔和埋管两个过程 。

轻型井点使用 轻型井点运行后，应保证连续不断地抽水。 井点淤塞，一般可以通过听管内水流声响、手摸管壁感到有振动、手触摸管壁有冬暖夏凉的感觉等简便方法检查。 地下基础工程(或构筑物)竣工并进行回填土后，停机拆除井点排水设备。

1.4 土方机械化施工 1、常用土方施工机械 （1） 推土机 按行走的方式，可分为履带式推土机和轮胎式推土机。 履带式推土机附着力强，爬坡性能好，适应性强； 轮胎式推土机行驶速度快，灵活性好。 目前，我国生产的履带式推土机有东方32100、T-120、黄河220等；轮胎式推土机有TL160等。

（2）铲运机 按行走方式分为牵引式铲运机和自行式铲运机；按铲斗操纵系统分，有液压操纵和机械操纵两种。 为了提高铲运机的生产效率，可以采取下坡铲土、推土机推土助铲等方法，缩短装土时间，使铲斗的土装得较满。 助铲法：根据填、挖方区分布情况，结合当地具体条件，合理选择运行路线，提高生产率。一般有环形路线和“8”字形路线两种形式，如图所示。

（3）单斗挖土机 单斗挖土机按工作装置不同，可分为正铲、反铲、拉铲和抓铲四种(如图所示)。 单斗挖土机按其操纵机构的不同，可分为机械式和液压式两类。 液压式单斗挖土机的优点是能无级调速且调速范围大；快速作业时，惯性小，并能高速反转；转动平稳，可减少强烈的冲击和振动；结构简单，机身轻，尺寸小；附有不同的装置，能一机多用；操纵省力，易实现自动化。

正铲挖土机 正铲挖土机的工作特点是“向前向上，强制切土”，挖掘力大，生产效率高；适用于开挖含水量不大于27%的一至三类土，且与自卸汽车配合完成整个挖掘运输作业；可以挖掘大型干燥基坑和土丘等。 正铲挖土机的开挖方式，根据开挖路线与运输车辆的相对位置的不同，挖土和卸土的方式有以下两种： 正向挖土，侧向卸土 正向挖土，反向卸土

反铲挖土机 反铲挖土机的工作特点是“后退向下，强制切土”，用于开挖停机面以下的一至三类土，适用于挖掘深度不大于4m的基坑、基槽、管沟，也适用湿土、含水量较大的及地下水位以下的土壤开挖。 反铲挖土机的开行方式有沟端开挖和沟侧开挖两种。 沟端开挖反铲挖土机停在沟端，向后退着挖土。 沟侧开挖挖土机在沟槽一侧挖土，挖土机移动方向与挖土方向垂直。

(3) 拉铲挖土机 拉铲挖土机工作时利用惯性，把铲斗甩出后靠收紧和放松钢丝绳进行挖土或卸土，“后退向下，自重切土”，可以开挖一、二类土壤的基坑、基槽和管沟等地面以下的挖土工程，特别适用于含水量大的水下松软土和普通土的挖掘。拉铲开挖方式与反铲相似，可沟端开挖，也可沟侧开挖。 (4) 抓铲挖土机 抓铲挖土机主要用于开挖土质比较松软，施工面比较狭窄的基坑、沟槽、沉井等工程，特别适于水下挖土。土质坚硬时不能用抓铲施工。

2、土方机械的选择 土方机械选择的原则 施工机械的选择应与施工内容相适应； 土方施工机械的选择与工程实际情况相结合； 主导施工机械确定后，要合理配备完成其他辅助施工过程的机械； 选择土方施工机械要考虑其他施工方法，辅助土方机械化施工。

1.5 基坑(槽)施工 1、房屋定位 房屋定位：在基础施工之前根据建筑总平面图设计要求，将拟建房屋的平面位置和零点标高在地面上固定下来。 定位一般用经纬仪、水准仪和钢尺等测量仪器，根据主轴线控制点，将外墙轴线的四个交点用木桩测设在地面上。 房屋外墙轴线测定后，根据建筑平面图将内部纵横的所有轴线都一一测出，并用木桩及桩顶面小钉标识出来。

2、放线 房屋定位后，根据基础的宽度、土质情况、基础埋置深度及施工方法，计算确定基槽(坑)上口开挖宽度，拉通线后用石灰在地面上画出基槽(坑)开挖的上口边线即放线。

3、基槽(坑)土方开挖 基槽(坑)开挖有人工开挖和小型液压挖土机开挖两种形式。 开挖基槽(坑)应按规定的尺寸，合理安排开挖顺序和分层进行，且连续施工。 土方开挖的顺序、方法必须与设计工况一致，并遵循“开槽支撑，先撑后挖，分层开挖，严禁超挖”的原则。

（1）基槽(坑)开挖深度控制 当基槽(坑)挖到离坑底0.5m左右时，根据龙门板上标高及时用水准仪抄平，在土壁上打上水平桩，作为控制开挖深度的依据。

（2） 基槽(坑)开挖中注意事项 在开挖基槽(坑)之前，应检查龙门板、轴线桩有无走动现象，并根据设计图纸校核基础轴线的位置、尺寸及水准点的标高等。 基槽(坑)、管沟的挖土应分层进行。 在施工过程中，基槽(坑)、管沟边堆置土方不应超过设计荷载。 基槽(坑)土方施工中及雨后，应对支护结构、周围环境进行观察和监测，如出现异常情况应及时处理，待恢复正常后方可继续施工。

（3）验槽 基槽(坑)开挖时，要加强垂直高度方向的测量，防止超挖，防止搅动基底土层。 对特大型基坑，应分区分块挖至设计标高，分区分块及时浇筑垫层。 土方开挖施工中，若发现古墓及文物等，要保护好现场，并立即通知文物管理部门，经查看处理后方可施工。 （3）验槽 基槽(坑)开挖完毕并清理好以后，在垫层施工以前，施工单位应会同勘察、设计单位、监理单位、建设单位一起进行现场检查并验收基槽，通常称为验槽。

验槽(坑)的主要内容和方法如下： 核对基槽(坑)的位置、平面尺寸、坑底标高。 核对基槽(坑)土质和地下水情况。 空穴、古墓、古井、防空掩体及地下埋设物的位置、深度、形状。 对整个基槽(坑)底进行全面观察，注意土的颜色是否一致，土的坚硬程度是否一样，有无软硬不一或弱土层，局部的含水量有无异常现象，走上去有无颤动的感觉等。 验槽的重点应选择在桩基、承重墙或其他受力较大部位。

1.6 填土与压实 1、填土的要求 填土的土料应符合设计要求。 含有大量有机物、石膏和水溶性硫酸盐(含量大于5%)的土以及淤泥、冻土、膨胀土等，均不应作为填方土料； 以粘土为土料时，应检查其含水量是否在控制范围内，含水量大的粘土不宜作填土用； 一般碎石类土、砂土和爆破石渣可作表层以下填料，其最大粒径不得超过每层铺垫厚度的2/3。

填土应按整个宽度水平分层进行，当填方位于倾斜的山坡时，应将斜坡修筑成1∶2阶梯形边坡后施工，以免填土横向移动，并尽量用同类土填筑。 回填施工前，填方区的积水采用明沟排水法排除，并清除杂物。

2、土的压实方法 填土的压实方法一般有碾压、夯实、振动压实等几种。 碾压法：适用于大面积填土工程。碾压机械有平碾(压路机)、羊足碾、振动碾和汽胎碾。碾压机械进行大面积填方碾压，宜采用“薄填、低速、多遍”的方法。 夯实方法：适用于小面积填土的压实。夯实机械有夯锤、内燃夯土机和蛙式打夯机等。

3、填土压实的影响因素 填土压实的主要影响因素为压实功、土的含水量以及每层铺土厚度。 （1） 压实功的影响

（2）含水量的影响

（3）铺土厚度的影响

4、填土质量检查 填土压实后必须要达到密实度要求，填土密实度以设计规定的控制干密度ρd(或规定的压实系数λ)作为检查标准。 土的控制干密度与最大干密度之比称为压实系数。 土的最大干密度乘以规范规定或设计要求的压实系数，即可计算出填土控制干密度ρd的值。 土的实际干密度可用“环刀法”测定。

1.7 质量标准及安全技术 1、土方工程质量验收内容 (1) 场地平整挖填方工程的验收内容 平整区域的坐标、高程和平整度； 挖填方区的中心位置、断面尺寸和标高； 边坡坡度要求及边坡的稳定； 泄水坡度，水沟的位置、断面尺寸和标高； 填方压实情况和填土的密实度； 隐蔽工程记录。

(2) 基槽的验收内容  基槽(坑)的轴线位置、宽度；  基槽(坑)底面的标高； 基槽(坑)和管沟底的土质情况及处理； 槽(坑)壁的边坡坡度； 槽(坑)、管沟的回填情况和密实度。

2、质量标准 项 序 项 目 允许偏差或允许值(mm) 检查方法 桩基 基坑 基槽 挖方场地平整 管沟 地(路)面基 层 人工 机械 主控 项 目 允许偏差或允许值(mm) 检查方法 桩基 基坑 基槽 挖方场地平整 管沟 地(路)面基 层 人工 机械 主控 项目 1 标高 -50 30 50 水准仪 2 长度、宽度(由设计中心线向两边量) +200 +300 -100 +500 -150 +100 _ 经纬仪，用钢尺量 3 边坡 设计要求 观察或用坡度尺检查 一般项目 表面平整度 20 用2m靠尺和楔形塞尺检查 基底土性 观察或土样分析

3、安全技术 施工前进行场地清理，拆除施工区域内的房屋、古墓，拆除或改建通讯和电力设备、上下管道、地下电缆等；迁移树木，清除树墩及含有大量有机物的草皮、耕植土和河塘淤泥等。 基槽(坑)开挖时，人工操作间距应不小于2.5m；采用机械作业时，挖土机的间距应大于10m。挖土应由上而下逐层进行。 基槽(坑)的开挖严格按要求放坡。

尽量避免在坑槽边缘堆置大量土方、材料和机械设备。 运输道路应平整坚实，坡度和转弯半径应符合有关安全规定。 深基坑上下应先挖好阶梯或设置靠梯，禁止踩踏支撑上下；坑的四周应设安全栏杆或悬挂危险标志。 基槽(坑)设置的支撑应经常检查有无松动、变形等不安全迹象，特别是雨雪后要加强巡视检查。