第三章 土石方工程與地基處理

第三章土石方工程與地基處理第三章土石方工程與地基處理土石方工程是環(huán)境工程土建施工的主要工程之一，它包括土石方的開挖、回填、運輸、平整等施工過程。工程所需的勞動量和機械動力消耗很大，是影響施工進度、成本及工程量的主要因素。土石方工程的特點：（1）影響因素多且施工條件復雜。土是天然物質(zhì)，種類多，成分復雜，性質(zhì)各異。組織施工直接受到所在地區(qū)的地形、地物、水文地質(zhì)以及氣候諸多條件的影響，在繁華的城市中施工，還會受到施工環(huán)境的影響。（2）施工量大，施工面積廣且勞動繁重。如管道施工屬線型工程，長度常達數(shù)十公里，某些大型污水處理工程，在場地平整和大型基坑開挖中，土石方施工工程量可達數(shù)十萬到百萬立方米。（3）質(zhì)量要求高，與相關施工過程配合緊密。土石方施工，不僅要求標高和斷面準確，也要土體有足夠強度和穩(wěn)定性。常需施工排水、溝槽支撐和基坑護壁、堅硬巖土的爆破開挖等施工過程密切配合。目錄3.1土的分類與性質(zhì)3.2土石方平衡與調(diào)配3.3土方開挖與機械3.4溝槽支撐3.5土方回填3.6施工排水3.7地基處理3.8土方雨季、冬季施工3.1土的分類與性質(zhì)地球表面30—80km厚的范圍是地殼。地殼中原來整體堅硬的巖石，經(jīng)風化、剝蝕、搬運、沉積，形成固體礦物、水和氣體的集合體稱為土。不同的風化作用，形成不同性質(zhì)的土。風化作用有下列三種：（1）物理風化。巖石受風、霜、雨、雪的侵蝕，溫度、濕度變化，不均勻膨脹與收縮，使巖石產(chǎn)生裂縫，裂解為碎塊，這種風化作用，只改變顆粒的大小與形狀，不改變礦物成分，稱為物理風化作用。由物理風化生成的為粗顆粒土，如碎石、卵石、礫石、沙土等，呈松散狀態(tài)，總稱為無黏性土。（2）化學風化。巖石碎屑與水、氧氣和二氧化碳等物質(zhì)接觸，使巖石碎屑發(fā)生化學變化，改變了原來組成礦物的成分，產(chǎn)生一種新的成分——次生礦物，土的顆粒變得很細，如黏土、粉質(zhì)黏土，總稱為黏性土。（3）生物風化。由動、植物和人類活動對巖體造成的破壞，稱生物風化。例如開山、打隧道等活動形成的土，其礦物成分沒有變化。3.1土的分類與性質(zhì)3.1.1土的組成土是由顆粒（固相）、水（液相）和氣（氣相）所組成的三相體系。土體中顆粒大小和礦物成分差別很大,各組成部分的數(shù)量比例也不相同,土粒與其周圍的水又發(fā)生復雜的作用。因此，要研究土的工程性質(zhì)就必須了解土的組成。3.1土的分類與性質(zhì)（一）土的固體顆粒1.土的顆粒級配天然土是由無數(shù)大小不同的土粒所組成,通常是把大小相近的土粒合并為一組，稱為粒組。不同的粒組具有不同的性質(zhì),工程上采用的粒組為六大粒組，即漂石、卵石、圓礫、砂粒、粉粒及黏粒,各粒組的進一步細分的粒徑范圍見表3-1。3.1土的分類與性質(zhì)土粒大小及其組成，通常以各粒組中土粒質(zhì)量占干土總質(zhì)量的百分數(shù)表示，稱為土的顆粒級配。為了確定土的級配，可用篩分法和比重計法測定，前者適用于粒徑大于0.075mm的土，后者適于粒徑小于0.075mm的土。根據(jù)土粒分析試驗結果,在半對數(shù)坐標紙上，以縱坐標表示小于某粒徑的土粒含量百分比，橫坐標表示粒徑（用對數(shù)坐標），繪出如圖3-1所示的顆粒級配曲線。如曲線較陡，則表示粒徑大小相差不多，土粒較均勻；反之，曲線平緩，則表示粒徑大小相差懸殊，土粒不均勻，級配良好。對于級配良好的土，粗顆粒間的空隙被細顆粒所填充，土的密實度較好，相應的地基土的強度和穩(wěn)定性也較好，透水性和壓縮性也較小。3.1土的分類與性質(zhì)2.土粒的礦物成分土的固體顆粒構成土的骨架，是由礦物所組成的。組成固體顆粒的礦物有原生礦物、次生礦物和有機化合物。碎石土和砂土顆粒由原生礦物所組成，即由石英、長石和云母等組成。粉粒的礦物成分是多樣的，主要是石英和難溶的鹽類CaCO3、MgCO3等顆粒。黏粒的礦物成分主要有黏土礦物、氧化物、氫氧化物和各種難溶鹽類。它的顆粒很小，在電子顯微鏡下觀察到的形狀為鱗片狀或片狀。黏土礦物依據(jù)晶片結合情況不同，有蒙脫石、伊里石和高嶺石三類。黏粒組除上述礦物外，還有腐殖質(zhì)等膠態(tài)物質(zhì),它的顆粒很微小，能吸附大量水分子。由于土中膠態(tài)腐殖質(zhì)的存在，使土具有高塑性、膨脹性和黏性，這對于工程建設是不利的。3.1土的分類與性質(zhì)（二）土中水和氣體1.土中水土中水可以處于液態(tài)、固態(tài)和氣態(tài)。當土中溫度在0℃以下時，土中水凍結成冰,形成凍土,其強度增大。但凍土融化后,強度急劇降低。至于土中氣態(tài)水，對土的性質(zhì)影響不大。土中液態(tài)水可分為結合水和自由水。(1)結合水結合水是指受分子吸引力吸附于土粒表面的土中水。由于黏粒表面一般帶有負電荷，使土粒周圍形成電場，在電場范圍內(nèi)的水分子和水溶液中的陽離子（如Na+、Ca2+、Al3+等）一起被吸附在土粒表面。結合水又可分為強結合水和弱結合水。強結合水指緊靠土粒表面的結合水。它沒有溶解能力，不能傳遞靜水壓力，只有在105℃溫度時才蒸發(fā)。這種水性質(zhì)接近固體,重力密度約為12～24kN/m3，冰點為-78℃，具有極大的黏滯度、彈性和抗剪強度。弱結合水指存在于強結合水外圍的一層結合水。它仍不能傳遞靜水壓力，但水膜較厚的弱結合水能向鄰近較薄水膜緩慢轉移。黏性土中含有較多的弱結合水時,使土具有一定的可塑性。3.1土的分類與性質(zhì)(2)自由水自由水是存在于土粒表面電場范圍以外的水。它的性質(zhì)與普通水一樣，服從重力定律，能傳遞靜水壓力,冰點為O℃，有溶解能力。自由水按其移動所受作用力的不同，可分為重力水和毛細水。重力水:指受重力或壓力差作用而移動的自由水。它存在于地下水位以下的透水層中，對土粒有浮力作用。毛細水:毛細水受到它與空氣交界面處表面張力的作用，它存在于潛水位以上的透水土層中。當土孔隙中局部存在毛細水時,毛細水的彎液面和土粒接觸處的表面張力反作用于土粒，使土粒之間由于這種毛細力而擠緊，土因而具有微弱的黏聚力，稱為毛細黏聚力。在施工現(xiàn)場常?？梢钥吹缴詽駹顟B(tài)的砂堆，能保持垂直陡壁達幾十厘米高而不塌落，就是因為具有毛細黏聚力的緣故。2.土中氣體土中氣體有與大氣相連通的和封閉的。在粗粒土中常見到與大氣相聯(lián)通的空氣，它對土的力學性質(zhì)影響不大。在細粒土中則常存在與大氣隔絕的封閉氣泡，它在外力作用下具有彈性，并使土的透水性減小。3.1土的分類與性質(zhì)3.1.2土的分類（一）地基土的分類

我國《建筑地基基礎設計規(guī)范》（GB50007-2011）規(guī)定：粗粒土按顆粒級配分類，細粒土按塑性指數(shù)分類。1、巖石巖石是指顆粒間牢固聯(lián)結、呈整體或具有節(jié)理裂縫的巖體。（1）按堅固程度分為：①硬質(zhì)巖石；②軟質(zhì)巖石。（2）按風化程度分為：①微風化；②中等風化；③強風化。工程性質(zhì)：微風化的硬質(zhì)巖石為最優(yōu)良的地基。強風化的軟質(zhì)巖石工程性質(zhì)較差。2、碎石土粒徑d＞2mm的顆粒含量超過全重50%的土稱碎石土。碎石土粒徑由大至小分飄石、塊石、卵石、圓礫、角礫六種，見表3-2。3.1土的分類與性質(zhì)工程性質(zhì)：碎石土根據(jù)骨架顆粒含量占總重的百分比、顆粒的排列、可挖性與可鉆性，分為密實、中密和稍密三等。常見的碎石土強度大、壓縮性小、滲透性大，為良好的地基。3.1土的分類與性質(zhì)3.沙土粒徑d＞2mm的顆粒含量最多不超過全重50%，且d＞0.075mm的顆粒超過全重50%的土，稱沙土。沙土粒徑由大到小分為礫沙、粗沙、中沙、細沙、粉沙五種,見表3-3。

工程性質(zhì)：常見的礫沙、粗沙、中沙為良好地基；粉細沙要具體分析，若為飽和疏松狀態(tài)，則為不良地基。3.1土的分類與性質(zhì)4、粉沙

粒徑d＞0.075mm的顆粒含量不超過全重50%，且塑性指數(shù)Ip≤10，稱為粉土。粉土的性質(zhì)介于黏性土與沙土之間。根據(jù)d＜0.005mm的顆粒含量是否超過全重10%，分為黏質(zhì)粉土與沙質(zhì)粉土

密實度：根據(jù)天然孔隙比的大小，粉土的密實可分為三等：密實、中密、稍密。

濕度:粉土的濕度根據(jù)飽和度分為三等:稍濕、很濕、飽和。

工程性質(zhì):密實粉土性質(zhì)好,飽和稍密的粉土地震時易產(chǎn)生液化,為不良地基。5.

黏性土

塑性指數(shù)Ip>10的,稱為黏性土。塑性指數(shù)Ip>17為黏土；Ip≤17為粉質(zhì)黏土(即亞黏土)。

工程性質(zhì):黏性土隨其含水量的大小,處于不同的狀態(tài)。密實硬塑狀態(tài)的黏性土為良好地基；疏松流塑狀態(tài)的黏性土為軟弱地基。3.1土的分類與性質(zhì)6.人工填土

由人類活動堆填形成的各類土稱為人工填土。(1)按組成物質(zhì)可分為以下三種:◆素填土:由碎石、沙土、粉土、黏性土等組成的填土。經(jīng)分層壓實者統(tǒng)稱為壓實填土,這種人工填土不含雜物?！綦s填土:含有建筑垃圾、工業(yè)廢料、生活垃圾等雜物的填土?！魶_填土:由水力沖填泥沙形成的沉積土。(2)按堆積年代可分為以下兩種:?◆老填土:黏性土填筑年代超過10年,粉土超過5年?！粜绿钔?黏性土填筑年代小于10年,粉土小于5年。工程性質(zhì):人工填土因堆積年代很新,通常工程性質(zhì)為不良,其中壓實填土相對稍好。雜填土因成分雜,分布很不均勻,工程性質(zhì)最差。3.1土的分類與性質(zhì)(二)土的工程分類土方工程施工和工程預算定額中,按土開挖的難易程度將土分為松軟土、普通土、堅土、沙礫堅土、軟石、次堅石、堅石、特堅硬石8類16級。其分類如右表所示。注：1、土的級別為相當于一般16級土石分類級別。2、堅實系數(shù)f為相當于普氏巖石強度系數(shù)。3.1土的分類與性質(zhì)3.1.3土的性質(zhì)（一）土的工程性質(zhì)1、土的天然含水量

在天然狀態(tài)下,土中水的質(zhì)量與固體顆粒質(zhì)量之比的百分率叫土的天然含水量。含水量是標示土的濕度的一個重要物理指標。天然土層中的含水量變化范圍很大，與土的種類、埋藏條件及其所處的自然地理環(huán)境等有關。一般來說，同一類土，當其含水量增大時，則其強度就降低。2、土的密度

土的密度有天然密度、干密度、飽和密度之分。土的天然密度是指土在天然狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。土的干密度是指土的固體顆粒質(zhì)量與總體積的比值。土的飽和密度是指土的孔隙中充滿水時單位體積的質(zhì)量。3、土的相對密度（比重）

土粒的質(zhì)量與同體積的純水的質(zhì)量之比，稱為土的密度。它取決于土中的礦物成分，它的數(shù)值一般為2.6～2.8，有機質(zhì)土為2.4～2.5，泥炭土為1.5～1.8。同一類土的密度變化幅度很小，例如砂土密度為2.65～2.69，粉土的密度為2.70～2.71。粉質(zhì)黏土的密度為2.72～2.73，黏土的密度為2.74～2.76。3.1土的分類與性質(zhì)4、土的孔隙比和孔隙率孔隙比是土的孔隙體積與固體的體積之比，孔隙率是土的孔隙體積占總體積的百分比，是反映土的密實程度的指標，孔隙比和孔隙率越小土越密實。一般孔隙比小于0.6的土是密實的低壓縮性土，大于1.0的土是疏松的高壓縮性土。5、土的可松性土的可松性為土經(jīng)挖掘以后，組織破壞，體積增加的性質(zhì)。在自然狀態(tài)下的土經(jīng)開挖后土的體積因松散而增加，稱為最初的可松性；以后經(jīng)壓實，仍不能恢復原來的體積，稱為最終可松性。松散土的體積與天然狀態(tài)下原土的體積之比稱為土的可松性系數(shù)。在土方工程中，最初的可松性系數(shù)Kp是用于計算開挖土方裝運車輛及挖土機械的重要參數(shù)；最終可松性系數(shù)Kp′是計算填方時所需挖土方量的重要參數(shù)。各類土的可松性系數(shù)見表3-5。3.1土的分類與性質(zhì)3.1土的分類與性質(zhì)6、土的壓縮性

土的壓縮性是指用挖掘后的土回填后，再經(jīng)過壓實之后，土體積被壓縮的性質(zhì)。一至三類土的壓縮率見表3-6。

土的壓縮性可用土的壓縮系數(shù)α（MPa-1）表示。α可用壓縮試驗來計算：式中

e1——壓力p1下土的孔隙比；

e2——壓力p2下土的孔隙比；

p1——e1下土的壓縮試驗壓力，為100kPa；

p2——e2下土的壓縮試驗壓力，為200kPa；壓縮系數(shù)α劃分為低、中、高壓縮性，并按以下規(guī)定進行評價:①當α1-2＜0.1MPa-l時，為低壓縮性土；②當0.1MPa-l≤α1-2≤0.5MPa-l時，為中壓縮性土；③α1-2≥0.5MPa-l時，為高壓縮性土。3.1土的分類與性質(zhì)3.1土的分類與性質(zhì)7、土的休止角(安息角)土的休止角是指在某一狀態(tài)下的土體可以穩(wěn)定的坡度，其坡度值如表3-7所列。3.1土的分類與性質(zhì)8、土的滲透性土的滲透性是指土體被水透過的性能。

土的滲透性用土的滲透系數(shù)——單位時間內(nèi)水穿透土層的能力，以m/d表示。根據(jù)土的滲透系數(shù)不同，可分為透水性土(如砂土)和不透水性土(如黏土)，它影響施工降水與排水的速度。土的滲透性取決于土的形成條件、顆粒級配、膠體顆粒含量和土的結構等因素。

法國學者達西根據(jù)砂土滲透實驗，發(fā)現(xiàn)如下關系(達西定律):

V=Ki式中V——滲透水流的速度,單位為m/d；

K——滲透系數(shù)，單位為m/d；

i——水力坡度。3.1土的分類與性質(zhì)9、土的抗剪強度確定地基承載力、評價地基穩(wěn)定性、分析邊坡穩(wěn)定性以及計算擋土墻的土壓力，都需要研究土的抗剪強度。土的抗剪強度是土抵抗剪切破壞的能力，其大小可由剪切試驗求得。10、土的側土壓力土的側土壓力又稱擋土墻壓力，簡稱土壓力，是指各種用途的擋土墻、地下構筑物的墻壁和池壁、地下管溝的側壁、工程施工中溝槽的支撐、頂管工作坑的后背等受到土從側向施加來的壓力。3.1土的分類與性質(zhì)（二）土的物理性質(zhì)土的基本物理性質(zhì)指標見表3-8。3.2土石方平衡與調(diào)配3.2.1土石方工程的種類土石方工程按其施工內(nèi)容和方法的不同,常有以下幾種:1.場地平整場地平整是將天然地面改造成所要求的設計平面時所進行的土方工程施工全過程。往往具有工程量大、勞動繁重和施工條件復雜等特點。因此,在組織場地平整施工前,應詳細分析、核對各項技術資料(如實測地形圖、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)勘察資料、原有地下管道、電纜和地下構筑物資料、土方施工圖等)，進行現(xiàn)場調(diào)查并根據(jù)現(xiàn)場施工條件,制訂出以經(jīng)濟分析為依據(jù)的施工設計。2.淺基礎開挖其開挖寬度在3m以內(nèi)的溝槽或開挖底面積在20㎡以內(nèi)的基坑土方工程,其特點是:要求開挖的標高、斷面、軸線準確,土方量少。3.地下工程大型土方開挖為大型水處理工程、深基礎施工等而進行的地下大型土方開挖。它涉及到降低地下水位、邊坡穩(wěn)定與支護、地面沉降與位移、鄰近建筑物(構筑物、道路和各種管線）的安全與防護等一系列問題,因此在土方開挖前,應詳細研究各項技術資料，進行專門的施工設計和評審。4.土方填筑土方填筑是對低洼處用土方分層填平。環(huán)境工程上有大型土方填筑和中小型場地基坑、管溝的回填。前者一般與場地平整施工同時進行,交叉施工,后者除小型場地回填外，一般在地下工程施工完畢再進行,對填筑的土方,要求嚴格選擇好土質(zhì)，分層回填壓實。3.2土石方平衡與調(diào)配3.2.2土方量計算

在土石方工程施工之前，必須計算土石方的工程量，以便選擇和確定施工量。但各施工項目的土石方工程的形體有時很復雜，而且非常不規(guī)則。一般情況下，應將其劃分為一定的幾何形狀，采用具有一定精度而又和實際情況近似的方法進行計算。

常用的計算主要有：基坑溝槽土方量計算、場地平整土方量計算、邊坡土方量計算與平衡調(diào)配等。（一）基坑土方量計算

如圖3-2所示，基坑土方量的計算，可近似地按似柱體體積公式計算：V=H（A1+4A0+A2）/6（3-3）

式中H——基坑深度，單位為m；

A1、A2——基坑上下兩底面積，單位為㎡；

A0——基坑中截面面積，單位為㎡。3.2土石方平衡與調(diào)配（二）溝槽土方量計算

如圖3-3所示，溝槽土方量可沿長度方向分段計算。根據(jù)選定的斷面及兩相鄰斷面間距離，按其幾何體積計算區(qū)段間溝槽土方量，將各區(qū)段計算結果匯總，求得溝槽開挖的總土方量。計算公式：V1=L1（A1+4A0+A2）/6

式中V1——第一段土方量，單位為m3；

L1——第一段的長度，單位為m。

總土方量為各段土方量之和。V=V1+V2+…+Vn

式中V1、V2…Vn——各分段的土方量，單位為m3；

V——總土方量，單位為m3。

若該段內(nèi)溝槽橫截面形狀、尺寸不變時，其土方量即為該段橫截面的面積乘以該段溝槽長度。

V=AL3.2土石方平衡與調(diào)配（三）場地平整土方量計算場地平整土方量的計算方法，通常有方格網(wǎng)法和斷面法。計算可使用專門的工程量計算表。

1.方格網(wǎng)法適用于地形平緩或在臺階寬度較大的場地采用，計算精度較高，其計算步驟如下。（1）劃分方格網(wǎng)根據(jù)已有地形圖，將整個場地劃分成若干個方格網(wǎng)，盡量與測量的縱、橫坐標網(wǎng)對應，方格一般采用20m×20m或40m×40m，將設計標高和自然地面標高分別標注在方格點的右上角和右下角。將自然地面標高與設計標高的差值及各角點的施工高度（挖或填）寫在方格網(wǎng)的左上角，挖方為（-）,填方為(+)。圖3-4圖3-5（三）場地平整土方量計算(2)計算零點位置在一個方格網(wǎng)內(nèi)同時有填方或挖方時，要先算出方格網(wǎng)邊的零點位置，并標注于方格網(wǎng)上，連接零點就得零線，它是填方區(qū)與挖方區(qū)的分界線（圖3-4）。零點的位置按下式計算:

x1=ah1/(h1+h2)；x2=ah2/(h1+h2)（3-7）式中

x1、x2——角點至零點的距離單位為m；

a——方格網(wǎng)的邊長，單位為m；

h1，h2——相鄰兩角點的施工高度，單位為m，均用絕對值。在實際工作中，為省略計算，常采用圖解法直接求出零點，如圖3-5所示，方法是用尺在各角上標出相應的比例，用尺連接，與方格相交點即為零點位置。3.2土石方平衡與調(diào)配3.2土石方平衡與調(diào)配(3)計算土方工程量劃分的方格網(wǎng)中，一般有三種類型，應分別計算。①方格四個角點全部為挖或填方時(圖3-6)，其挖方或填方體積為:V=a2（h1+h2+h3+h4）/4式中a——方格邊長，單位為m；

h1，h2，h3，h4——方格四個角點挖或填的施工高度，以絕對值代入，單位為m。3.2土石方平衡與調(diào)配②方格四個角點中，部分是挖方，部分是填方時（圖3-7），其挖方或填方體積分別為：

V挖=a2/4[h12/(h１+h4)+h22/（h2+h））]

V填=a2/4[h32/(h2+h3)+h42/(h1+h4)]

3.2土石方平衡與調(diào)配③方格三個角點為挖（填）方，另一個角點為填（挖）方時（圖3-8），其填方體積為：

V4=a2h43/6(h1+h4)（h3+h4)其挖方體積為：V1,2,3=a2(2h1+h2+2h3-h4)/6+V43.2土石方平衡與調(diào)配2.斷面法適用于地形起伏變化較大的地區(qū)，或挖填深度較大又不規(guī)則的地區(qū)，對于長條形的挖方或填方更為方便。計算步驟如下：（1）劃分橫斷面根據(jù)地形圖、布置圖，將要平整的場地劃分為若干個平行的橫斷面，劃分原則是垂直等高線或垂直主要建筑物的邊長，各斷面間的間距可以不等，一般可用10m或20m,在平坦地區(qū)可以大些。（2）畫橫斷面圖形按比例繪制每個橫斷面（包括邊坡斷面）的自然斷面和設計地面的輪廓線。兩輪廓線之間的面積，即為挖方或填方的斷面，將所取的每個斷面再劃分為若干三角形和梯形，。如圖3-9所示。3.2土石方平衡與調(diào)配（3）計算橫斷面面積計算每個斷面的挖方或填方斷面面積，則面積為：f1=h1d1/2；f2=(h1+h2)d2/2；f3=(h2+h3)d3/2；……某一斷面面積為：Fi=f1+f2+f2+……+fn（4）計算土方量根據(jù)橫斷面面積計算土方量。斷面面積求出后，即可計算土方體積，設各斷面面積分別為：

F1，F(xiàn)2，…，F(xiàn)n相鄰兩斷面間的距離依次為：L1，L2，L3，…，Ln-1，則所求土方體積為：

V=（F1+F2）L1/2+（F2+F3）L2/2+…+（Fn-1+Fn）Ln-1/2

3.2土石方平衡與調(diào)配(5)計算土方總量按表3-9的格式匯總土方量。3.2土石方平衡與調(diào)配（四）邊坡土方量計算圖3-10是場地邊坡的平面示意圖，從圖中可以看出，邊坡的土方量可以劃分為兩種近似的幾何體進行計算，一種為三角形棱椎體，另一種為三角形棱柱。3.2土石方平衡與調(diào)配1.三角形棱錐體邊坡體積如圖中①，其體積為：V=F1L1/3F1=（mh2）h2/2=mh22/2式中L1——邊坡①的長度，單位為m；

F1——邊坡①的端面積，單位為m2；

h2——角點的挖土高度，單位為m；

m——邊坡的坡度系數(shù)。3.2土石方平衡與調(diào)配2.三角棱柱體邊坡體積如圖中④其體積為：V4=(F1+F2)L4/2當兩端橫斷面面積相差很大的情況下，則：V4=(F1+4F0+F2)L4/6式中L——邊坡④的長度，單位為m；

F1，F(xiàn)2，F(xiàn)0——邊坡④的兩端及中部橫斷面面積，單位為m2。3.2土石方平衡與調(diào)配3.2.3土方的平衡調(diào)配

土方的平衡調(diào)配，是對挖土、填土、堆棄或移運之間的關系進行綜合協(xié)調(diào)，以確定土方的調(diào)配數(shù)量及調(diào)配方向。它的目的是使土方運輸量或土方運輸成本最低，又能方便施工。

土方調(diào)配包括：劃分調(diào)配區(qū)；計算土方調(diào)配區(qū)之間的平均運距；確定土方的最優(yōu)調(diào)配方案；繪制土方調(diào)配圖表。3.2土石方平衡與調(diào)配(1)土方調(diào)配原則①力求達到挖、填平衡和運距最短，減少重復倒運。這樣做可以降低土方工程成本，但實際工程中往往難以同時滿足上述兩個要求，因此還需要根據(jù)場地和周圍地形條件綜合考慮。取土或棄土，必須本著不占或少占農(nóng)田與耕地，并有利于改地造田的原則進行妥善安排。②土方調(diào)配應考慮近期施工與后期利用相結合，盡可能與地下設施的施工相結合。當工程分批分期施工時，先期工程的土方余額應結合后期工程的需要而考慮其利用數(shù)量和堆放位置，以便就近調(diào)配，力求避免重復挖運。先期工程有土方欠額的，也可由后期工程地點挖取。(1)土方調(diào)配原則③土方調(diào)配應采取分區(qū)與全場相結合原則。分區(qū)土方的余額或欠額的調(diào)配，必須配合全場性的土方調(diào)配。④好土要用在回填質(zhì)量要求較高的地區(qū)，對有地下設施的填土，應留土后填。⑤選擇恰當?shù)恼{(diào)配方向、運輸路線，使土方機械和運輸車輛的功效能得到充分發(fā)揮?？傊?，進行土方調(diào)配，必須根據(jù)現(xiàn)場的具體情況、有關技術資料、進度要求、土方施工方法與運輸方法，綜合考慮上述原則，并經(jīng)計算比較，選擇出經(jīng)濟合理的調(diào)配方案。3.2土石方平衡與調(diào)配3.2土石方平衡與調(diào)配（2）土方調(diào)配圖表的編制場地土方調(diào)配，需作成相應的土方調(diào)配圖表，以便施工使用。其編制方法如下。①劃分調(diào)配區(qū)在場地平面圖上先劃出挖、填區(qū)的分界線（即零線），根據(jù)地形、施工順序及施工作業(yè)面等條件，將挖方區(qū)和填方區(qū)適當?shù)胤謩e劃出為若干調(diào)配區(qū)(其大小應滿足土方機械的操作要求)，并計算出各調(diào)配區(qū)的土方量，在圖上標明，如圖3-11所示。

3.2土石方平衡與調(diào)配②求出每對調(diào)配區(qū)之間的平均運距。平均運距即挖方區(qū)土方重心至填方區(qū)土方重心的距離。一般可用圖解法求出形心位置代替重心位置。重心求出后，標于相應的調(diào)配區(qū)圖上，然后用比例尺量出每對調(diào)配區(qū)之間的平均運距。③畫出土方調(diào)配圖。調(diào)配方向可擬定幾個方案，比較各方案的總運輸量（即各調(diào)配區(qū)土方量與運距乘積的總和），其最小值方案即為最優(yōu)調(diào)配方案。將方案的調(diào)配方向、土方數(shù)量以及平均運距標在圖上，如圖3-11所示。3.2土石方平衡與調(diào)配④列出土方量平衡表把土方調(diào)配計算結果列入土方量平衡表中。表3-10就是圖3-11所示調(diào)配方案的土方量平衡表。3.3土方開挖與機械3.3.1土方開挖1.準備工作

土方開挖前，應做好以下準備工作：（1）拆除或搬遷施工區(qū)域內(nèi)有礙施工的障礙物。（2）設置排水防洪設施，在有地下水的區(qū)域，應有妥善的明溝排水或人工降低地下水位的設施。平整場地的表面坡度一般不小于2‰的坡度坡向排水溝。（3）按確定好的棄土場地修建運輸?shù)缆泛屯练綑C械的運行道路。3.2土石方平衡與調(diào)配3.3.1土方開挖（4）修建臨時供水、供電、供氣管線及設施，搭建必要的臨時工棚、倉庫等。（5）做好挖土、運輸車輛及各種輔助設備的維修檢查、試運轉和進場工作。（6）雨期和冬期施工應遵守國家有關現(xiàn)行標準。（7）施工過程中應檢查平面設置、水平標高、邊坡坡度、壓實度、排水、降低地下水位系統(tǒng)，并隨時觀察周圍的環(huán)境變化。3.3土方開挖與機械2.施工方案基坑開挖與支護施工方案應包括以下主要內(nèi)容:（1）施工平面布置圖及開挖斷面圖。（2）挖、運土石方的機械型號、數(shù)量。（3）土石方開挖的施工方法。（4）圍護與支撐的結構形式，支設、拆除方法及安全措施。（5）基坑邊坡以外堆放土石方的位置及數(shù)量，棄運土石方運輸路線及土石方挖運平衡表（6）開挖機械、運輸車輛的行駛線路及斜道設置。（7）支護結構、周圍環(huán)境的監(jiān)控量測措施。3.3土方開挖與機械3.挖方的邊坡坡度

土方邊坡坡度以其挖方深度H與邊坡底寬B之比來表示（H：B）。土方開挖的邊坡通常以1：n表示，如圖3-12。n=B/H式中n——邊坡率；

B——邊坡水平長度，單位為m；

H——邊坡垂直高度，單位為m。3.3土方開挖與機械顯然，n值愈小，邊坡愈陡，土體下滑力就愈大。土方邊坡的穩(wěn)定，主要是由于土體內(nèi)土顆粒間存在摩擦阻力和粘結力，從而使土體具有一定的抗剪強度，當下滑力超過土體的抗剪強度時，就會產(chǎn)生滑坡。土方邊坡坡度一般在設計文件上有規(guī)定，若設計文件上無規(guī)定時，可按照《建筑地基基礎工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》(GB50202-2002)的規(guī)定執(zhí)行。（1）永久性的挖方邊坡坡度應按設計要求放坡。在山坡整體穩(wěn)定的條件下，土質(zhì)邊坡開挖時，邊坡的允許值應根據(jù)當?shù)亟?jīng)驗，參照同類土層的穩(wěn)定坡度確定。當土質(zhì)良好且均勻、無不良地質(zhì)現(xiàn)象、地下水不豐富時，可參照表3-11確定。3.3土方開挖與機械（2）使用時間較長的臨時性挖方（是指使用時間超過1年的臨時性道路、臨時工程的挖方）邊坡坡度，應根據(jù)地質(zhì)和邊坡高度，結合當?shù)赝愅馏w的穩(wěn)定坡度值確定。在山坡整體穩(wěn)定的情況下,如地質(zhì)條件良好，土質(zhì)較均勻，深度在10m以內(nèi)的臨時性挖方邊坡坡度可參照表3-12的規(guī)定。

3.3土方開挖與機械（3）在地質(zhì)條件良好、土質(zhì)均勻，地下水低于基坑（溝槽）底面高程時，其最陡坡度應符合表3-13的規(guī)定。3.3土方開挖與機械當土具有天然濕度、構造均勻、水文地質(zhì)條件良好且無地下水影響時，深度在5m以內(nèi)不加支撐的坑（槽）和管溝，其開挖深度不能超過表3-14規(guī)定的數(shù)值，且應做好支撐的準備，已備塌方。3.3土方開挖與機械3.3.2開挖方法（一）土方施工機械的選擇

環(huán)境工程施工中,除小型基坑、溝槽或少量零星土方采用人工開挖外，大量土方一般采用機械開挖。機械開挖使用的機械主要有推土機、單斗挖土機(包括正鏟、反鏟、拉鏟、抓鏟等)、多斗挖土機、鏟運機、裝載機等。

1.推土機推土機是土石方工程施工中的主要機械之一，它由拖拉機與推土工作裝置兩部分組成。按鏟刀的操縱方法分液壓操縱與機械傳動兩種，見圖3-13。

推土機能單獨進行挖土、運土和卸土工作，具有操作靈活、運轉方便、所需工作面較小、行駛速度較快等特點。適于開挖一至三類土，可用于平整場地，即可挖土又可短距離運土；可開挖深度1.5m以內(nèi)的基坑（槽）及回填土方。3.3土方開挖與機械2.鏟運機鏟運機的工作裝置是鏟斗，鏟斗前設有切土刀片。鏟運機按其行走方式分拖式鏟運機和自行式鏟運機兩種；按鏟斗的操縱方式區(qū)分，有機械操縱(鋼絲繩操縱)和液壓操縱兩種，如圖3-14。鏟運機在土方工程中主要用來鏟土、運土、鋪土、平整和卸土等工作。鏟運機對運行的道路要求較低，適應性強，具有操縱靈活、轉移方便與行駛速度較快等優(yōu)點。適于開挖一至三類土，常用于地形起伏不大，坡度在20°以內(nèi)的大面積場地平整，開挖大型基坑、溝槽，以及填筑路基、堤壩等工程。不適用于礫石層和凍土地帶、以及土壤含水量超過27%和沼澤區(qū)。3.3土方開挖與機械3.挖土機挖掘機按行走方式分履帶式和輪胎式兩種；按傳動方式分機械傳動和液壓傳動兩種。根據(jù)工作裝置不同，有正鏟和反鏟，機械傳動挖掘機還有拉鏟和抓鏟，使用較多的為正鏟，其次為反鏟。拉鏟和抓鏟僅在特殊情況下使用；按鏟斗數(shù)量又分為單斗和多斗挖土機，如圖3-15和圖3-16。挖土機適于開挖場地為一～四類、含水量小于27%的丘陵地帶土壤及經(jīng)爆破后的巖石和凍土。挖土深度一把在3m以上，運輸距離超過1km，且土方量大而集中的工程。圖3-15圖3-16（a）圖3-16（c）圖3-16（b）3.3土方開挖與機械4.裝載機裝載機按工作方式有周期工作的單斗式裝載機和連續(xù)工作的鏈式與輪斗式裝載機。有的單斗裝載機背端還帶有反鏟。土方工程主要使用單斗鉸接式輪胎裝載機，它具有操作輕便、靈活、轉運方便、快速、維修較易等特點。適于外運多余土方、地面平整和場地清理及回填土方。依據(jù)挖土機械的性能和適用范圍，實際應用時應根據(jù)下列條件進行比選確定:1)土方工程的類型及規(guī)模：不同類型的土方工程，如場地平整、基坑（槽）開挖、大型地下室土方開挖、構筑物填土等施工各有其特點，應根據(jù)開挖或填筑的斷面（深度及寬度）、工程范圍的大小、工程量多少來選擇土方機械；2）地質(zhì)水文及氣候條件：如土的類型、地下水等條件；3）機械設備條件：現(xiàn)有土方機械的種類、數(shù)量及性能；4）工期要求等。如果有多種機械可供選擇時，應當進行技術經(jīng)濟比較，選擇效率高費用低的機械進行施工。一般可選用土方施工單價最小的機械進行施工，但在大型建設項目中，土方工程量很大，而現(xiàn)有土方機械的類型及數(shù)量常受限制，此時必須將所有的機械進行最優(yōu)分配，使施工總費用最少，可應用線性規(guī)劃的方法來確定土方機械的分配方案。3.3土方開挖與機械（二）挖方注意事項⑴應根據(jù)土方平衡調(diào)配計算，挖填配合，減少重復挖運。⑵開挖時，應注意觀測附近構筑物、道路、管線等的下沉和變形，必要時采取防護措施。⑶施工中，應經(jīng)常測量和復核平面位置、標高和邊坡坡度是否與設計相符。⑷開挖應從上到下分層分段依次進行，隨時保持一定的坡勢，以利泄水，要有防止地面水流入挖方場地或基坑(溝槽)的措施。人工開挖基坑(溝槽)的深度超過3m時，分層開挖的每層深度不宜超過2m，機械開挖基坑(溝槽)時，分層深度應按機械性能確定。⑸人工開挖多層基坑(溝槽)的層間留臺寬度：放坡開槽時不應小于0.8m，開挖時不應小于0.5m，安裝井點設備時不應小于1.5m。3.3土方開挖與機械⑹棄土堆坡腳至挖方上緣應有一定距離，以保持邊坡的穩(wěn)定。挖方下側棄土時，應將棄土堆表面平整，低于挖方場地標高并向外傾斜或在棄土堆與挖方場地之間設置排水溝，防止地面水流入挖方場地。人工開挖基坑(溝槽)時，堆土高度不宜超過1.5m，且距槽口邊緣不宜小于0.8m。⑺臨時棄土、堆土不得影響建筑物、各種管線和其他設施的安全；不得掩埋消火栓管道閘門、雨水口、測量標志以及各種地下管道的井蓋，且不得妨礙其正常使用。⑻采用機械開挖基坑(溝槽)時，為不破壞基地土的結構，應在基地設計標高以上預留一層用工人清理。使用推土機、鏟運機或多斗挖土機施工時，應保留20cm；使用單斗挖土機施工時，應保留30cm厚土層不挖。如人工挖土后不能立即砌筑基礎或鋪設管道時，應保留15～30cm一層不挖，待下一工序開始前挖除。⑼在軟土地區(qū)開挖基坑(溝槽)時，施工前必須做好地面排水和降低地下水位，地下水位應降至基底以下0.5～1.0m后，方可開挖。降水工作應持續(xù)至回填完畢。⑽在基坑和溝槽開挖過程中，應對土質(zhì)情況、地下水位和標高等的變化經(jīng)常檢查，做好原始記錄及繪出斷面圖。如發(fā)現(xiàn)基底土質(zhì)與設計不符時，需經(jīng)有關人員研究處理，并做好工程記錄。⑾開挖過程中，發(fā)現(xiàn)已建成的地下各類設施或文物時，應采取保護措施，并及時通知有關單位處理。3.3土方開挖與機械3.3土方開挖與機械（三）場地平整施工場地平整是將自然地面按預定的高程、坡度進行平整，以方便交通、運輸，利于排水。場地平整的施工過程包括：土方開挖、運輸、填筑與壓實等，當遇有堅硬土層、巖石或障礙物時，還常需爆破。1.準備工作在場地平整施工前,應作好必要的準備工作，主要內(nèi)容包括以下幾點。①清理場地。在施工區(qū)域內(nèi)，對原有地上地下房屋、構筑物、管線、河渠等進行拆除、疏通或改建，對耕植土及淤泥等進行清理；②排除地面積水。在排除地面積水的同時，盡量利用自然地形設置排水溝，防止雨季雨水積存，使場地保持干燥，以利于土方施工；③修筑臨時道路。以供機械進場和土方運輸?shù)取?.3土方開挖與機械2.平整方案平整場地之前應根據(jù)情況布設20m×20m的方格網(wǎng)，當?shù)孛嫫鸱^大時，可用10m×10m方格網(wǎng)。用全站儀、經(jīng)緯儀或鋼尺實地測設出方格網(wǎng)，在方格網(wǎng)交點打上木樁或撒灰點，并將交點按行、列編號。測量方格節(jié)點的原地面高程，將測量結果記錄在網(wǎng)格的相交點上，記錄方法如圖3-17所示。3.3土方開挖與機械場地平整分兩種:一種是已知設計高程（如圖3-18），根據(jù)原地面高程和設計高程計算現(xiàn)場的填土量或挖土量；另一種是未知場地設計高程，通過實測場地高程，用加權平均的方法確定場地平均高程，再根據(jù)預定坡度確定設計高程的方法，目的是平衡場內(nèi)土方，避免大量土方運輸，降低工程成本。環(huán)境工程的場地標高是場區(qū)豎向規(guī)劃設計的內(nèi)容，通常由設計文件規(guī)定。確定標高，應在滿足建筑規(guī)劃和生產(chǎn)工藝的要求下，盡量考慮填挖土方平衡，使總的土方工程量最小。3.3土方開挖與機械3.場地平整的順序確定場地平整的施工順序，應按照工程建設的部署，結合基坑、溝槽開挖的要求加以選擇。一般有3種情況。（1）先平整后開挖。先進行整個場地的平整，然后開挖構筑物及地下管線基坑和管溝等。這種方案，可為土方機械施工提供較大的工作面，充分發(fā)揮其工作效率，但工期較長，多適用于場區(qū)高低不平，填挖土方量較大的施工現(xiàn)場。（2）先開挖后平整。先開挖建筑物、構筑物等的基坑(槽)，后進行場地平整，這種方案多適用于地形平坦的施工現(xiàn)場，可以加快土建工程的施工進度，減少重復填挖土方數(shù)量。（3）先劃區(qū)段后平整開挖。劃分施工區(qū)(段)，平整與開挖結合，這種方案是根據(jù)工程特點和現(xiàn)場具體條件，將場地劃分若干施工區(qū),分別進行平整和開挖。3.3土方開挖與機械（四）溝槽開挖1.溝槽斷面的形式在了解開挖地段的土壤性質(zhì)及地下水位情況后，可結合管徑大小、埋管深度、施工季節(jié)、地下構筑物等情況，施工現(xiàn)場及溝槽附近地上、地下構筑物的位置因素來選擇開挖方法，并合理地確定溝槽開挖斷面。常采用的溝槽斷面的形式有直槽、梯形槽、混合槽等。當有兩條或多條管道共同埋設在同一槽內(nèi)的聯(lián)合槽,如圖3-19所示。3.3土方開挖與機械(1)直槽即槽幫邊坡基本為直坡(邊坡小于0.05的的開挖斷面)，直槽一般都用于工期短、深度較淺的小管徑工程，如地下水位低于槽底、直槽深度不超過1．5m的情況。在地下水位以下采用直槽時則需考慮支撐。(2)梯形槽(大開槽)即槽幫具有一定坡度的開挖斷面，開挖斷面槽幫放坡，不用支撐。槽底如在地下水位以下，目前多采用人工降低水位的施工方法，減少支撐。采用此種大開槽斷面，在土質(zhì)好(如黏土、亞黏土)時雖然槽底在地下水以下，但也可以在槽底挖成排水溝，進行表面排水，保證其槽幫土壤的穩(wěn)定。大開槽斷面是應用較多的一種形式，尤其適用于機械開挖的施工方法。(3)混合槽即由直槽與大開槽組合而成的多層開挖斷面，較深的溝槽宜采用此種混合槽分層開挖斷面?；旌喜垡话愣酁樯畈凼┕ぁ２扇』旌喜凼┕r，上部槽盡可能采用機械施工開挖，下部槽的開挖常需同時考慮采用排水及支撐的施工措施。正確選擇溝槽的開挖斷面，可以為管道施工創(chuàng)造便利條件，保證施工安全，減少開挖土方量。3.3土方開挖與機械2.溝槽斷面的寬度管道溝槽底部的開槽寬度（圖3-20）,可以按下式確定:B=D0+2(b1+b2+b3)式中B——溝槽底寬，單位為mm；

D。——管道結構的外緣寬度，單位為mm；

b1——管道一側的工作面寬，單位為mm；見表3-14；

b2——管道一側的支撐厚度，一般可取150mm～200mm；

b3——現(xiàn)場澆筑混凝土或鋼筋混凝土管渠一側模板的厚度，單位為mm。3.3土方開挖與機械溝槽開挖深度按管道設計縱斷面確定。3.3土方開挖與機械3.不支撐開直槽的最大深度一般溝槽均采用梯形斷面，在無地下水天然濕度的土中開挖溝槽，如溝深不超過表3-15的數(shù)值時，可采用不支撐直立的溝槽斷面。3.3土方開挖與機械（五）土方機械與運輸車輛的配合當挖出的土方需要運土車輛運走時，挖土機的生產(chǎn)率不僅取決于本身的技術性能，而且還決定于所選的運輸工具是否與之協(xié)調(diào)。為了挖土機充分發(fā)揮生產(chǎn)能力，應使運土車輛的載重量Q與挖土機的每斗土重保持一定的倍數(shù)關系，并有足夠數(shù)量車輛以保證挖土機連續(xù)工作。從挖土機方面考慮，汽車的載重量越大越好，可以減少等待車輛調(diào)頭的時間。從車輛方面考慮，載重小，臺班費便宜但使用數(shù)量多；載重大，則臺班費用高但數(shù)量可減少。最適合的車輛載重量應當是使土方施工單價最低，可以通過核算確定。一般情況下，車的載重量以每斗土重的3～5倍為宜。運土車輛的數(shù)量N，可按下式計算：N=T/（t1+t2）式中T——運輸車輛每一工作循環(huán)延續(xù)時間，單位為s，由裝車、重車運輸、卸車、空車開回及等待時間組成；t1——運輸車輛調(diào)頭而使挖土及等待的時間，單位為s；t2——運輸車輛裝滿一車土的時間，單位為s。t2=ntn=10K1Q/Kcqγ式中n——運土車輛每車裝土次數(shù)；t——運土車輛每裝一次土所需時間，單位為s；K1——土的最初可松性系數(shù)；Q——運土車輛的載重量，單位為t；Kc——土的充盈系數(shù)，可取0.8-1.1；Q——挖土機斗容量，單位為m3；γ——實土重度，單位為kN/m3。3.3土方開挖與機械（六）塌方與流砂的處理在土石方開挖施工中，由于處理不當，常會發(fā)生邊坡塌方和產(chǎn)生流砂的現(xiàn)象。1.邊坡塌方溝槽、基坑邊坡的穩(wěn)定，主要是由土體的內(nèi)摩阻力和黏結力來保持平衡的。當土地失去平衡，邊坡塌方會引起人身事故，同時也妨礙施工正常進行，嚴重塌方還會危及附近建筑物的安全。（六）塌方與流砂的處理發(fā)生邊坡塌方的原因，根據(jù)工程實踐分析，主要有以下幾點：1)基坑、溝槽邊坡放坡不足，邊坡過陡，使土體本身的穩(wěn)定性不夠。在土質(zhì)較差、開挖深度較大時，常遇到這種情況；2)降雨、地下水或施工用水滲人邊坡，使土體抗剪能力降低，這是造成塌方的主要原因；3)基坑、溝槽上邊緣附近大量堆土或停放機具；或因不合理的開挖坡腳及受地表水、地下水沖蝕等，增加了土體負擔，降低了土體的抗剪強度而引起滑坡和塌方等。針對上述分析，為了防治滑坡和塌方，應采取如下措施：注意地表水、地下水的排除；嚴格遵守放坡規(guī)定，放足邊坡；當開挖深度大，施工時間長、邊坡有機具或堆置材料等情況，邊坡應平緩；當因受場地限制，或因放坡增加土方量過大，則應采用設置支撐的施工方法(具體內(nèi)容可參見第四節(jié))。3.3土方開挖與機械3.3土方開挖與機械2.流砂的防治在溝槽、基坑開挖低于地下水位，且采用坑(槽)內(nèi)抽水時,誘使發(fā)生坑底及側壁的土形成流動狀態(tài)，水涌進坑內(nèi)而產(chǎn)生流砂。流砂嚴重時常會引起溝槽、基坑邊坡塌方、滑坡，如附近有建筑物，會因地基被掏空而使建筑物下沉、傾斜，甚至倒塌。因此，在土方施工時必須消除地下水的影響。流砂防治的措施有多種，如水下挖土法（此法在沉井不排水下沉施工中常用)、打鋼板樁法、地下連續(xù)墻法(施工工藝復雜,成本較高)等，而采用較廣并較可靠的方法是人工降低地下水位法。3.4溝槽支撐支撐是防止溝槽土壁坍塌的一種臨時性擋土結構。一般情況下，溝槽土質(zhì)較差、深度較大而又挖成直槽時，或高地下水位、砂性土質(zhì)并采用表面排水措施時，均應支設支撐。支設支撐的直壁溝槽，可以減少土方量，縮小施工面積，減少拆遷。在有地下水時，支設板樁支撐，由于板樁下端深人槽底，延長了地下水的滲水途徑，起到一定的阻水作用。但支撐增加材料消耗。也給以后工序作業(yè)帶來不便。因此，是否設置支撐，應根據(jù)土質(zhì)、地下水情況、槽深、槽寬、開挖方法、排水方法和地面荷載等情況確定。3.4溝槽支撐3.4.1溝槽支撐的形式和適用范圍（一）支撐形式

溝槽支撐一般由木材或鋼材制作。支撐形式有橫撐、豎撐和板樁撐等。橫撐分斷續(xù)式水平撐(疏撐)和連續(xù)式水平撐(密撐)兩種，疏撐是撐板之間有間距，分單板撐、井字撐和稀撐等；密撐是各撐板間緊密相接。部分支撐的形式如圖3-21所示。3.4溝槽支撐（二）支撐的適用范圍1.橫撐橫撐用于土質(zhì)較好，地下水量較小的溝槽。當在砂質(zhì)土壤，挖深在1.5～2.5m時，采用圖3-21(a)種形式，而溝槽挖深在2.5～5.0m，并有少量地下水時，可采用圖3-21(b)種形式；如開挖段土質(zhì)較硬則可采用圖3-21(c)種形式。2.豎撐在土質(zhì)較差，地下水較多或散砂中開挖時，采用圖3-20(d)種形式。豎撐的特點是撐板可在開槽過程中先于挖土插入土中，在回填以后再拔出，因此，支撐和拆撐都較安全。3.板樁撐常用于地下水嚴重、有流砂的弱飽和土層中。板樁在溝槽開挖之前用打樁機打人土中，并且深人槽底一定長度，故在溝槽開挖及其以后的施工中，不但能起到保證安全的作用，還可延長地下水的滲水路徑，有效地防止流砂滲入。3.4溝槽支撐3.4.2溝槽支撐的間距和材料（一）溝槽支撐的間距深度在5m以內(nèi)的支撐間距參見表3-16。（二）溝槽支撐的材料溝槽支撐的材料可選用鋼材、木材或鋼木混合使用。鋼支撐的撐板采用鋼模板，橫梁或縱梁采用槽鋼、工字鋼，橫撐可采用鋼管。3.4溝槽支撐3.4.3溝槽支撐注意事項(1)撐板必須隨挖土深度及時安裝，雨季施工不得空槽過夜。(2)撐板應均勻地與槽壁緊貼，當有空隙時用土填實。(3)撐板必須牢固可靠，并應經(jīng)常檢查，發(fā)現(xiàn)松動及時加固。(4)在軟土或其他不穩(wěn)定土層中采用撐板支撐時，開始支撐的開挖溝槽深度不得超過l.Om。以后挖深與支撐交替進行，每次交替的深度宜為0.4～0.8m。(5)劈裂、腐朽的木料不得作為支撐材料。(6)采用木料支撐時，橫撐應在垂直墊板上，橫撐端下方應釘木托；在水平墊板上，橫撐端應用鐵抓釘與水平托板釘牢，且橫撐端頭下方也釘木托。(7)上下溝槽應設安全梯，嚴禁攀登橫撐。3.4溝槽支撐3.4.4拆撐

溝槽內(nèi)的施工過程全部完成后，應將支撐拆除。拆撐施工的注意事項如下:（1）拆撐時應邊回填土邊拆除，拆除時必須注意安全，繼續(xù)排除地下水。（2）豎撐拆除時，一般先填土至下層撐木底面，再拆除下?lián)?，然后還土至半槽，再拆除上撐，拔出木板或板樁。豎撐板或板樁一般采用導鏈或吊車拔出。（3）水平撐拆除時，先松動最下一層的橫撐，抽出最下一層撐板。然后回填土、回填完畢后再拆上一層撐板，依次將撐板全部拆除，再拆除原有支撐。（4）拆撐前，應仔細檢查溝槽兩邊的建筑物、電桿及其他外露管道等是否安全，必要時進行加固。3.4溝槽支撐3.4.5土釘墻（一）土釘墻技術

土釘墻技術是一種利用經(jīng)加固后的原位土體來維護基坑邊坡土體穩(wěn)定的支護方法。它是由土釘、鋼絲網(wǎng)噴射混凝土面板和加固后的原位土體三部分組成的(圖3-22)。天然土體通過土釘?shù)木偷丶庸滩⑴c噴射混凝土面板相結合，形成一個類似的土質(zhì)擋土墻，以此來抵抗墻后傳來的水土壓力，保持基坑開挖面的穩(wěn)定。土釘墻適用于地下水位以上或經(jīng)人工降水后的人工填土、黏性土和微黏結砂土的基坑開挖支護；一般用于開挖深度不超過12m的基坑，在土質(zhì)特別堅硬的黏土地層中不宜超過l5m。3.4溝槽支撐（二）土釘墻的構造要求（1）土釘墻的坡度宜為1：0.3～1:0.7，鉆孔直徑宜為70～120mm。（2）土釘必須和面層有效連接在一起，常設以承壓板和加強筋。（3）土釘鋼筋宜用Ⅱ級以上螺紋鋼筋，直徑宜為16～32mm，常用25mm。土釘?shù)拈L度宜為開挖深度的0.5～1.2倍，土釘間距為1m～2m，土釘與水平面夾角為10°～20°。（4）噴射混凝土設計強度等級不宜低于C20，噴射混凝土面層厚度宜為80mm～200mm,常用100mm；并在混凝土表面噴上水泥砂漿，以防止雨水滲人坡內(nèi)。（5）噴射混凝土面層中應配以鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)宜采用I級鋼筋，鋼筋直徑宜為6mm～10mm，鋼筋間距宜為100mm～300mm，雙向布置（6）坡底擋土墻采用370mm厚磚墻，墻高為1.2m，并埋人基坑底部的土內(nèi)5O0mm.（7）在坡頂?shù)幕炷劣不瘜觾?nèi)也滿扎直徑為6.5mm的鋼筋，間距為150mm，同樣為雙向布置，混凝土厚也為100mm，其目的是防止雨水從坡頂滲人坡內(nèi)。3.4溝槽支撐3.4溝槽支撐（三）土釘墻的施工土釘墻的施工工藝:按設計要求開挖工作面，修整邊坡→噴射第一層混凝土→安設土釘（包括鉆孔、插鋼筋、注漿、墊板等)→綁扎鋼筋網(wǎng)→噴射第二層混凝土→設置坡頂和坡腳的排水設施。施工時要按坡度要求，邊挖土，邊修整坡面，邊釘土釘，同時綁扎鋼筋。挖至坡底后，要及時砌筑坡底擋墻和澆筑坡面混凝土硬化層。噴射混凝土應分段分片依次進行，水平方向的分段長度一般為10～20m，同一分段內(nèi)的噴射順序自下而上，一次噴射厚度宜為40mm～70mm；噴射混凝土終凝2h后，應噴水養(yǎng)護，養(yǎng)護時間應根據(jù)氣溫環(huán)境條件而定。一般3～7天。3.4溝槽支撐（四）復合土釘墻針對軟土層中土釘支護涉及的一系列問題，出現(xiàn)了復合土釘墻的概念，并應用于實際工程。復合土釘墻技術，即將釘墻技術與攪拌樁、旋噴樁或預應力錨桿等結合起來，使得土釘墻技術在深基坑中應用及垂直釘墻成為可能，并改善土釘墻支護形式變形大的缺陷。常用的復合土釘墻有三種基本形式:土釘與預應力錨桿、土釘與微型鋼管樁、土釘與攪拌樁(止水帷幕)聯(lián)合應用。3.5土方回填

回填的施工過程包括還土、攤平、夯實、檢查等工序。為了保證填土的強度和穩(wěn)定性，填土前應對填土區(qū)基底的垃圾和弱土層進行清理壓實；在水田、池塘及溝渠上填土時，先需排水疏干，對基底進行處理。還必須正確選擇土料及填筑、壓實方法。一、回填時間

溝槽（基坑）的回填要在管道驗收或構筑物達到足夠強度后再進行?；靥罟ぷ鞅M量及早開始，以避免槽（坑）壁坍塌，保護管道的準確位置，防止管道暴露時間過長造成損失。3.5土方回填二、溝槽回填前應具備的條件①預制管節(jié)現(xiàn)場鋪設管的現(xiàn)澆混凝土基礎強度、接口抹帶或預制構件現(xiàn)場裝配的接縫水泥砂漿強度不小于5N/mm2。②現(xiàn)場澆筑混凝土管道的強度達到設計規(guī)定。③混合結構的矩形管道或拱形管道，其磚石砌體水泥砂漿強度達到設計規(guī)定；當管道頂板為預制蓋板時，并應裝好蓋板。④現(xiàn)場澆筑或預制構件現(xiàn)場裝配的鋼筋混凝土拱形管道或其他拱形管道應采取措施，確保回填時不發(fā)生位移或損傷。⑤管道水壓試驗前，除接口外，管道兩側及管頂以上回填高度不應小于0.5m，水壓試驗合格后，及時回填其余部分。⑥管徑大于900mm的鋼管道，必要時可采取措施控制管頂?shù)呢Q向變形。⑦回填前必須將槽底雜物(草包、模板及支撐設備等)清理干凈。⑧回填溝槽內(nèi)不得有積水，嚴禁帶水回填。3.5土方回填

三、回填土料與回填施工的要求

（一）回填土料的要求

為了保證填土工程的質(zhì)量，除設計文件有規(guī)定外，填方土料應符合下列規(guī)定。

（1）地基壓實填土的填料，應符合：

①級配良好的砂土或碎石土。

②性能穩(wěn)定的工業(yè)廢料。

③以礫石、卵石或塊石作填料時，分層夯實時其最大粒徑不宜大于400mm；分層壓實時其最大粒徑不宜大于200mm。

④以粉質(zhì)黏土、粉土作填料時，其含水量宜為最優(yōu)含水量。

⑤不得使用淤泥、耕土、凍土、膨脹性土以及有機質(zhì)含量大于5%的土。3.5土方回填（2）溝槽的回填材料，應符合:

①槽底至管頂以上0.5m范圍內(nèi)，不得含有機物、凍土以及大于50mm的磚石等硬塊；在抹帶接口處、防腐絕緣層或電纜周圍，應采用細粒土回填。

②冬期回填時管頂以上50cm范圍外可均勻摻入凍土，其數(shù)量不得超過填土總體積的15%，且凍塊尺寸不得超過100mm。（3）碎石類土、砂土和爆破石渣，可用作表層以下的填料。（4）含水量符合壓實要求的黏性土，可用作各層填料。（5）碎塊草皮和有機質(zhì)含量大于8%的土，僅用于無壓實要求的填方。（6）淤泥和淤泥質(zhì)土一般不能用在填料，但在軟土或沼澤地區(qū)，經(jīng)過處理含水量符合壓實要求后，可用作填方中的次要部位。三、回填土料與回填施工的要求3.5土方回填三、回填土料與回填施工的要求（二）回填施工要求

（1）填土應分層進行，每層厚度應根據(jù)土的種類及選用的壓實機具確定。對于有密實要求的填方，應按選用的土料、壓實機具性能，經(jīng)試驗確定含水量控制范圍、分層鋪土厚度、壓實遍數(shù)等。對于無密實度要求的填土區(qū)，可直接填筑，經(jīng)一般碾壓即可。但應預留一定的沉陷量。

（2）同一填方工程應盡量采用同類土填筑；如采用不同土料時,應按土類分層鋪填，并應將透水性較大的土層置于透水性較小的土層之下。

（3）當填土區(qū)位于傾斜的地面時,應先將斜坡挖成階梯狀,然后分層填土,防止填土滑動。

（4）填方邊坡的坡度應根據(jù)土的種類、填方高度及其重要性確定,通常對于永久性填方邊坡應按設計規(guī)定或查閱有關資料選用。對使用時間較長的臨時性填方邊坡坡度,當填土高度在10m以內(nèi),可采用1：1.5,高度超過10m可作成折線形,上部1:1.5,下部采用1:1.75。3.5土方回填四、影響填土壓實質(zhì)量的因素（一）壓實功的影響

填土壓實后的密度與壓實機械在其上所施加的功有一定的關系，當土的含水量一定，在開始壓實時，土的密度急劇增加，到接近土的最大密度時，壓實功雖然增加許多，而土的密度則變化甚小，故過多的壓實只能做無用功。

在實際施工中，對于不同的土質(zhì)，根據(jù)壓實機械和土的密實度要求選擇合理的壓實遍數(shù)，對于砂土一般需碾莊2～3遍，對亞砂土需3～4遍，對亞黏土或黏土需5～6遍。3.5土方回填四、影響填土壓實質(zhì)量的因素（二）含水量的影響

土的含水量對填土壓實有很大影響，較干燥的土，由于土顆粒之間的摩阻力大，填土不易被夯實。而含水量較大，超過一定限度，土顆粒間的孔隙全部被水充填而呈飽和狀態(tài)，填土也不易被壓實，容易形成橡皮土。只有當土具有適當?shù)暮浚令w粒之間的摩阻力由于

水的潤滑作用而減小，土才易被壓實。為了保證填土在壓實過程中具有最優(yōu)的含水量，當土過濕時，應予翻松晾曬或摻入同類干土及其他吸水性材料。如土料過干，則應預先灑水濕潤。土的含水量一般以手握成團，落地開花為宜。3.5土方回填四、影響填土壓實質(zhì)量的因素（三）鋪土厚度的影響

土在壓實功的作用下，其應力隨深度增加而逐漸減小，在壓實過程中，土的密實度也是表層大，隨深度加深而逐漸減小，超過一定深度后，雖經(jīng)反復碾壓，土的密實度仍與未壓實前一樣。各種不同壓實機械的壓實影響深度與土的性質(zhì)、含水量有關，所以，填方每層鋪土的厚度，應根據(jù)土質(zhì)、壓實的密實度要求和壓實機械性能確定。填方每層的鋪土厚度和壓實遍數(shù)參見表3-17。3.5土方回填表3-17填方每層的鋪土厚度和壓實遍數(shù)序號壓實機具分層厚度/mm1平碾（8-12t）200-3002羊足碾(5-16t)200-3503蛙式打夯機(200kg)200-2504振動碾（8-15t）60-1305振動壓路機(2t,振動力98kN)120-1506人工打夯≤200四、影響填土壓實質(zhì)量的因素3.5土方回填五、填土壓實的質(zhì)量要求與方法（一）質(zhì)量要求

填土壓實后要達到一定的密實度要求。填土的密實度要求和質(zhì)量指標通常以壓實系數(shù)

λc表示，計算公式為λc=ρd/ρdmax（3-22）式中ρd——土的施工控制干密度，單位為kg/m3；ρdmax——土的最大干密度，單位為kg/m3。

壓實系數(shù)一般根據(jù)工程結構性質(zhì)、使用要求以及土的性質(zhì)確定。一般場地平整為0.9，地基填土為0.91～0.97,管頂以上25cm內(nèi)為0.87。3.5土方回填五、填土壓實的質(zhì)量要求與方法（二）壓實方法

填土壓實方法有碾壓、夯實和振動三種，此外還有利用運土工具壓實。

1.碾壓法碾壓法是由沿著表面滾動的鼓筒或輪子的壓力壓實土壤。―切拖動和自動的碾壓機具，如平碾、羊足碾和氣胎碾等的工作都屬于同一原理。

適用范圍:主要用于大面積填土。3.5土方回填五、填土壓實的質(zhì)量要求與方法

（1）平碾適用于碾壓黏性和非黏性土。平碾又叫壓路機，它是一種以內(nèi)燃機為動力的自行式壓路機，

按碾輪的數(shù)目，有兩輪兩軸式(圖3-23)和三輪兩軸式(圖3-24)。平碾的運行速度決定其生產(chǎn)率，在壓實填方時，碾壓速度不宜過快，一般碾壓速度不超過2km/h。圖3-23兩輪光碾壓路機1-轉向輪；2-刮泥板；3-操縱臺；4-機身；5-驅動輪圖3-24三輪光碾壓路機1-轉向輪；2-叉腳；3-機身；4-驅動輪；5-操縱臺3.5土方回填五、填土壓實的質(zhì)量要求與方法

（2）羊足碾羊足碾和平碾不同，它是碾輪表面上裝有許多羊蹄形的碾

壓凸腳(圖3-25)，一般用拖拉機牽引作業(yè)。圖3-25羊足碾1-連接器；2-框架；3-輪滾；4-投壓重物口；5-羊蹄；6-灑水口；7-后連接器；8-鏟刀

羊足碾有單桶和雙桶之分，桶內(nèi)根據(jù)要求可分為空桶、裝水、裝砂，以提高單位面積的壓力，增加壓實效果。由于羊足碾單位面積壓力較大，壓實效果、壓實深度均較同質(zhì)量的光面壓路機高，但工作時羊足碾的羊蹄壓入土中，又從土中拔出，致使上部土翻松，不宜用于無黏性土、砂及面層的壓實。

一般羊足碾適用于壓實中等深度的粉質(zhì)黏土、粉土、黃土等。3.5土方回填五、填土壓實的質(zhì)量要求與方法

2.夯實法夯實法是利用夯錘自由下落的沖擊力來夯實土壤，主要用于小面積的回填土。夯實機具類型較多，有木夯、石夯、蛙式打夯機（圖3-26）以及利用挖土機或起重機裝上夯板后的夯土機等。其中蛙式打夯機輕巧靈活,構造簡單，在小型土方工程中應用最廣。圖3-26蛙式打夯機1-夯頭；2-夯架；3-三角膠帶；4-底盤

夯實法的優(yōu)點是可以夯實較厚的土層。采用重型夯土機（如1t以上的重錘）時，其夯實厚度可達1～1.5m。但對木夯、石夯或蛙式打夯機等夯土工具，其夯實厚度則較小，一般均在200mm以內(nèi)。3.5土方回填五、填土壓實的質(zhì)量要求與方法

3.振動法振動法是將重錘放在土層的表面或內(nèi)部，借助于振動設備使重錘振動，土壤顆粒即發(fā)生相對位移達到緊密狀態(tài)。此法用于振實非黏性土效果較好。

近年來，又將碾壓和振動結合而設計和制造出振動平碾、振動凸塊碾等新型壓實機械，振動平碾適用于填料為爆破碎石碴、碎石類土、雜填土或粉土的大型填方；振動凸塊碾則適用于粉質(zhì)黏土或黏土的大型填方。3.6施工排水一、施工排水的方法

施工排水包括排除地下自由水、地表水和雨水。在環(huán)境工程施工中，在開挖基坑或溝槽時，土壤的含水層常被切斷，地下水將會不斷地涌入坑內(nèi)。雨季施工時，地面水也會流入基坑內(nèi)。為了保證施工的正常進行，防止邊坡坍塌和地基承載力下降，必須做好基坑降水工作。

施工排水方法分為明溝排水和人工降低地下水位兩種。

明溝排水是在溝槽或基坑開挖時在其周圍筑堤截水或在其內(nèi)底四周或中央開挖排水溝，將地下水或地面水匯集到集水井內(nèi)，然后用水泵抽走。

人工降低地下水位是在溝槽或基坑開挖前，預先在基坑周圍埋設一定數(shù)量的井點管，利用抽水設備將地下水位降至基坑底面以下，形成干槽施工的條件。在基坑開挖深度較大、地下水位較高、土質(zhì)較差（如細砂、粉砂等）等情況下，可采用人工降低地下水位的方法。二、明溝排水3.6施工排水

明溝排水為施工中應用最廣，最為簡單、經(jīng)濟的方法，一般常用且有效的方法有明溝排水、集水井排水、深溝排水等。（一）地面截水明溝排水

在地表深2m以上的土層滲透系數(shù)較大、涌水量較大的情況下挖基坑（槽）時應采用截水明溝排水。

排除地表水和雨水，最簡單的方法是在施工現(xiàn)場及基坑或溝槽周圍筑堤截水。通常可以利用挖出之土沿四周或迎水一側、兩側筑0.5～0.8高的土堤。

在坑（槽）開挖前沿坑（槽）四周上口約10m處挖設截水明溝(如圖3-27所示)，用以攔截地下水和地表徑流水。圖3-27截水明溝斷面圖二、明溝排水3.6施工排水（二）普通明溝排水

這種排水方法系在開挖基坑的一側、兩側或四側，或在基坑中部設置排水明（邊）溝，在四角或每隔30～40m設一集水井，使地下水流匯集于集水井內(nèi)，再用水泵將地下水排出基坑外（圖3-28)。圖3-28普通明溝排水1-排水明溝；2-集水井；3-水泵；4-建筑物基礎邊界；5-原地下水位線；6-降低后地下水位線

這種排水方法的優(yōu)點是施工方便，設備簡單，降水費用低，管理維護較易，應用最為廣泛。適用于土質(zhì)情況較好，地下水不很豐富，一般基礎及中等面積建（構）筑物群和基坑（槽、溝）的排水。二、明溝排水3.6施工排水（三）分層明溝排水

當基坑開挖土層由多種土層組成，中部夾有透水性強的砂類土層時，為避免上層地下水沖刷基坑下部邊坡造成塌方，可在基坑邊坡上設置2～3層明溝及相應的集水井，分層阻截并排除上部土層中的地下水（圖3-29）。圖3-29分層明溝排水1-底層排水溝；2-底層集水井；3-二層排水溝；4-二層集水井；5-水泵；6-原地下水位線；7-降低后地下水位線

本法可保持基坑邊坡穩(wěn)定，減少邊坡高度和揚程，但土方開挖面積加大，土方量增加，適于深度較大、地下水位較高、且上部有透水性強土層的建筑物基坑排水。二、明溝排水3.6施工排水（四）深溝排水

當?shù)叵略O備基礎成群，基坑相連，土層滲水量和排水面積大時，為減少大量設置排水溝的復雜性，可在基坑外距坑邊6～30m或基坑內(nèi)深基礎部位，開挖一條縱長深的明排水溝作為主溝，使附近基坑地下水溝通過深溝自流人下水道，或另設集水井用泵抽到施工場地以外溝道排走(圖3-30)。圖3-30深溝排水1-主排水溝；2-支溝；3-邊溝；4-原地下水位線；5-降低后地下水位線

本法將多塊小面積基坑排水變?yōu)榧信潘?，降低地下水位面積大和深度大，節(jié)省降水設施和費