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建筑施工技术手册 湖南大学土木工程学院 第一章 土方工程 本章提要： 本章内容包括土方规划、土方工程施工的要点，土 方工程机械化施工。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。 第一节 土的工程分类及工程物理性质 一：土石方工程的施工特点 土石方工程是建筑工程施工中主要的分部工程之一，它包 括土、石方的开挖、运输、填筑、平整与压实等主要施工 过程，以及场地清理、测量放线、施工排水、降水和土壁 支护等准备与辅助工作。 土石方施工的特点： 1：土石方施工工程量大、面广。 2：施工条件极为复杂。 3：劳动强度较大 。 二：土的工程分类 1：土的种类繁多，分类方法也较多，根据土的颗粒级配或塑 性指数可分为碎石类土(漂石土、块石土、卵石土、碎石土、 圆砾土、角砾土)、砂土(砾砂、粗砂、中砂、细砂、粉砂)和 粘性土(粘土、亚粘土、轻亚粘土)； 2：根据土的沉积年代，粘性土可分为老粘性土、一般粘性土 、新近沉积粘性土； 3：根据土的工程特性，又可分出特殊性土，如软土、人工填 土、黄土、膨胀土、红粘土、盐渍土、冻土等。不同的土，其 物理、力学性质也不同，只有充分掌握各类土的特性及其对施 工过程的影响，才能选择正确的施工方法。 4：开挖难易程度 将土分为松软土、普通土、坚土、砂砾坚土、软石、次坚石 、坚石、特坚石八类，称为土的工程分类。前四类属一般土， 后四类属岩石，土的分类法及其现场鉴别方法见表11。 土的分类 土 的 名 称 开挖方法 可松性系数 KS KS 一类土 (松软土) 砂、亚砂土，冲积砂土，种植土、泥炭(淤泥) 能用锹、锄头挖 掘 1.081.17 1.011.04 二类土 (普通土) 亚粘土，潮湿的黄土，夹有碎石、卵石的砂，种 植土、填筑土及亚砂土 用锹、锄头挖掘 ，少许用镐 翻松 1.141.28 1.021.05 三类土 (坚土) 软及中等密实粘土，重亚粘土，粗砾石，干黄土 及含碎石、卵石的黄土、亚粘土，压实的填 筑土 主要用镐，少许 用锹、锄头 ，部分用撬 棍 1.241.30 1.041.07 四类土 (砂砾坚土 ) 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，软的泥灰岩及蛋白石 用镐、撬棍，然 后用锹挖掘 ，部分用楔 子及大锤 1.261.37 1.061.09 五类土 (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，部分使 用爆破 1.301.45 1.101.20 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 用爆破方法，部 分用风镐 1.301.45 1.101.20 七类土 (坚石) 大理岩，辉绿岩，粗、中粒花岗岩，坚实的白云 岩、砂岩、砾岩、片麻岩、石灰岩 用爆破方法 1.301.45 1.101.20 八类土 (特坚石) 玄武岩，花岗片麻岩、坚实的细粒花岗岩、闪 长岩、石英岩、辉绿岩 用爆破方法 1.451.50 1.201.30 三：土的工程性质 土的工程性质对土方工程的施工有直接影响，其中基本的工程性质有：土的 质量密度、可松性、压缩性、含水量、渗透性等。 1.土的质量密度 分天然密度和干密度。土的天然密度，指土在天然状态下单位体积的质量； 它影响土的承载力、土压力及边坡的稳定性。土的干密度，指单位体积土 中固体颗粒的质量；它是用以检验填土压实质量的控制指标。 2.土的可松性 土具有可松性。土的可松性是指在自然状态下的土经开挖后组织被破坏， 其体积因松散而增大，以后虽经回填压实也不能恢复其原来体积的特性。 由于土方工程量是以自然状态的体积来计算的，所以在土方调配、计算土 方机械生产率及运输工具数量等的时候.必须考虑土的可松性。土的可松性 程度用可松性系数表示，即： 。 式中 KS最初可松性系数； KS最后可松性系数； V1土在天然状态下的体积(m3)； V2土经开挖后的松散体积(m3)； V3土经回填压实后的体积(m3)； 在土方工程中，KS是计算土方施工机械及运土 车辆等 的重要参数，KS是计算场地平整标高及填方时所需 挖土量等的重要参数。不同类型土的可松性系数可参 照表11。 3.土的压缩性 移挖作填或取土回填，松土经填压后会压缩，一般松 土的压缩率见表12。在松土回填时应考虑土的压缩 率，一般可按填方断面增加1020计算松土方数 。 土的压缩压缩 率 表12 土的类 别 土的 名称 土的压 缩率( ) 1m3松散土 压实 后的 体积(m3) 土的 类别 土的名称 土的 压缩 率() 1m3松散土 压实 后的 体积(m3) 一、二 类土 种植 土 20 0.80 三类 土 天然湿度 黄土 12 17 0.85 一般 土 10 0.90 一般土 5 0.95 砂 土 5 0.95 干燥坚实 黄土 57 0.94 4.土的含水量 土的含水量W是土中所含的水与土的固体 颗粒间的质量比，以百分数表示： 式中 G1含水状态时土的质量； G2土烘干后的质量。 土的含水量影响土方施工方法的选择、边坡的稳定和 回填土的质量，如土的含水量超过2530，则机 械化施工就困难，容易打滑、陷车；回填土则需有最 佳含水量，方能夯压密实，获得最大干密度。土的最 佳含水量和最大干密度参考值见表13。 土的最佳含水量和最大干密度 表13 土的种类 最佳含水量( 质量比)( ) 最大干密度(g/cm3) 土的种 类 最佳含水量 (质量比 )() 最大干密度 (g/cm3) 砂土 812 1.801.88 重亚粘 土 1620 1.671.79 粉土 1622 1.611.80 粉质亚 粘土 1821 1.651.74 亚砂土 915 1.852.08 粘土 1923 1.581.70 亚粘土 1215 1.851.95 5.土的渗透性 土的渗透性是指水在土体中渗流的性能，一般以渗透系数K表示。从达西公 式VKI可以看出渗透系数的物理意义：当水力坡度I等于1时的渗透速度v 即为渗透系数K。 渗透系数K值将直接影响降水方案的选择和涌水量计算的准确性，一般应 通过抽水试验确定，表14所列数据可供参考。 土的渗透系数参考值表14 土的种类 K(m/d) 土的种类 K(m/d) 亚粘土、粘土 0.1 含粘土的中砂及纯细砂 20 25 亚粘土 0.10.5 含粘土的细砂及纯中砂 3550 含亚粘土的粉砂 0.51.0 纯粗砂 5075 纯粉砂 1.55.0 粗砂夹砾石 50 100 含粘土的细砂 1015 砾石 100 200 第二 节基坑的土方开挖 一：土方边坡 1：放坡开挖 土方边坡坡度以其高度H与其底宽B之比表示。 边坡可做成直线形、折线形或踏步形(图11) 式中 mB /H，称为坡度系数。 (c)踏步形 (b)折线形(a)直线形 图11 土方边坡 二：土石方工程量的计算 土方工程施工前应进行挖、填方的平衡计算，综合考虑 土方运距最短、运程合理和各个工程项目的合理施工顺 序等，做好土方平衡调配，减少重复挖运。同时，土方 平衡调配应尽可能与城市规划和农田水利相结合将余土 一次性运送到指定弃土场，做到文明施工。 土石方量计算的基本方法 土石方量计算的基本方法主要有平均高度法和 平均断面法两种。 1.平均高度法 (1） 四方棱柱体法。 四方棱柱体法，是将施工区域划分为若干个边 长为a的方格网，每个方格网的土方体积V等于 底面积a2乘四个角点高度的平均值(图118)， 即 图118 四方棱柱体法 若方格四个角点部分是挖方，部分是填方时，可按表19中 所列的公式计算。 方格类别计算图形计算公式 全挖(全填) 半挖半填 三挖一填 (三填一挖) 注：表中a为方格边长 ，b、c为计 算图形相应的两个边长 ； h1、h2、h3、h4分别为 方格各角点的施工高度； h为各计算图形相应的挖方或填方的施工高度总和，用绝对值 代入； V为挖方或填方的体积(m3)。 三个角挖(或填) （2）：三角棱柱体法。 三角棱柱体法，是将每一个方格顺地形的等高线沿对角线划分成 两个三角形，然后分别计算每一个三角棱柱体的土方量。 ( (a)全挖或全填 b)有填有挖 图119 三角棱柱体法 当三角形为全挖或全填时图119(a)： 当三角形有填有挖时图119(b)，则其零线将三角 形分成两部分， 底面为三角形的锥体： 底面为四边形的楔体： 简化计算： 2.平均断面法 平均断面法(图120)，可按近似公式和较精确的公式进行计算 。 图120 平均断面法 （1）近似计算： （2）较精确计算： 式中 V土方体积(m3)； F1,F2两端的断面面积(m2) F0L/2处的断面面积(m2)。 三：场地平整 1.场地设计标高H0的确定 场地设计标高是进行场地平整和土方量计算的依据，也是总图 规划和竖向设计的依据。合理地确定场地的设计标高，对减少 土方量和加速工程进度均具有重要的意义。 如图123所示，当场地设计标高为H0时，填挖方基本平衡， 可将土方移挖作填，就地处理； 当设计标高为H1时，填方大大超过挖方，则需要从场外大量取 土回填；当 设计标高为H2时，挖方大大超过填方，则需要向场外大量弃土 。 因此，在确定场地设计标高时，应结合现场的具体条件反复进 行技术经济比较，选择其中一个最优的方案。其原则是： （1）应满足生产工艺和运输的要求； （2）充分利用地形，分区或分台阶布置，分别确定不同的设计 标高； （3）使挖填平衡，土方量最少； （4）要有一定泄水坡度(2)，使能满足排水要求； （5）要考虑最高洪水位的影响。 图123 场地不同设计标 高的比较 如场地设计标高无其他特殊要求时，则可根据填挖土方量平衡的 原则加以确定，即场地内土方的绝对体积在平整前和平整后相等 。其步骤如下 ： （1）在地形图上将施工区域划分成边长为10 50m的若干 个方格网(图124)。 （2）确定各小方格角点的高程，其方法：可用水准仪测量；或 根据地形图上相邻两等高线的高程，用插入法求得；也可用一 条透明纸带，在上面画6根等距离的平行线，把该透明纸带放 到标有方格网的地形图上，将6根平行线的最外两根分别对准A 点和B点，这时6根等距离的平行线将A、B之间的0.5m或1m( 等高线的高差)分成五等分，于是便可直接读得H13点的地面标 高，如图125所示，H13251.70。 图124 场地 设计标高计算 图 （3）按填挖方平衡确定设计标高H0 4自然地面与设计标高平面的交线（零线） a）地形图上划分方格； b）设计标高示意图 1等高线；2自然地面；3设计标高平面； 场地设计标高计算简图 式中：H0场地设计标高的初步计算值（m）； a方格边长（m）； N方格个数； H11H22任一方格的四个角点的标高。 因为场地平整前后，土方量相等 从图124中可知，H11系一个方格的角点标高，H12和H21均系 两个方格公共角点， 它们分别在上式中要加一次、二次、 四次。因此，上式直接可改写成下列形式 2.场地设计标高H0的调整 原计划所得的场地设计标高H0仅为一理论值，实际上，还需考虑 以下因素进行调整。 (1):土的可松性影响。 由于土具有可松性，一般填土会有多余，需相应地提 高设计标高。设h为土的可松性引起设计标高的增加 值，则设计标高调整后的总挖方体积VW应为 (2): 场内挖方和填方的影响。 由于场地内大型基坑挖出的土方、修筑路堤填高的土 方，以及从经济观点出发，将部分挖方就近弃于场外 ，将部分填方就近取土于场外等，均会引起挖填土方 量的变化。必要时.亦需调整设计标高。 为了简化计算，场地设计标高的调整值H0，可按下列 近似公式确定， (3):泄水坡度的影响。 当按调整后的同一设计标高H0进行场地平整时，则 整个地表面均处于同一水平面；但实际上由于排水的 要求，场地表面需有一定的泄水坡度。因此，还得根 据场地泄水坡度的要求(单面泄水或双面泄水)，计算 出场地内各方格角点实际施工所用的设计标高。 第三节 土方的填筑与压实 一：填土的要求 最好采用同类土壤填筑 填方土料应符合设计要求，如设计无要求时，应符合下列规定 ： 1）碎石类土、砂土和爆破石渣（粒径不大于每层铺厚的2/3）可 用于表层下的填料； 2）含水量符合压实要求的粘性土，可用作各层填料； 3）碎块草皮和有机质含量大于8%的土，仅用于无压实要求的 填方； 4）淤泥和淤泥质土一般不能用作填料，但在软土或沼泽地区， 经过处理使含水量符合压实要求后，可用于填方中的次要部位 ； 5）有水溶性硫酸盐大于5%的土，不能用作回填土，在地下水 作用下，硫酸盐会逐渐溶解流失，形成孔洞，影响土的密实性 。 6）冻土、膨胀性土等不应作为填方土料。 二：填土的压实方法 1：填土压实方法有碾压、夯实和振动三种(图145)。 1）：填土压实方法(a)碾压 b)夯实 c)振动 a)碾压法。 (1) 碾压法是由沿着表面滚动的鼓筒或轮子的压力压实土壤。一切拖动和自 动的碾压机具，如平滚碾、羊足碾和气胎碾等的工作都属于同一原理。 (2)碾压法主要用于大面积的填土，如场地平整、路基、堤坝等工程。平滚碾 适用于碾压粘性和非粘性土壤；羊足碾只能用来压实粘性土壤；气胎碾对 土壤压力较为均匀，故其填土质量较好。 (3)按碾轮重量，平滚碾又分为轻型(重5t以下)、中型(重8t以下)和重型(重10t) 三种。轻型滚碾压实土层的厚度不大，但土层上部变得较密实，当用轻型 滚碾初碾后，再用重型滚碾碾压，就会取得较好的效果。如直接用重型滚 碾碾压松土，则由于强烈的起伏现象，其碾压效果较差。 (4) 用碾压法压实壤土时，铺土应均匀一致，碾压遍数要一样，碾压方向应从 填土区的两边逐渐压向中心，每次碾压应有1520cm的重叠。 b) 夯实法。 (1) 夯实法是利用夯锤自由下落的冲击力来夯实土壤，主要用于 小面积的回填土。夯实机具的类型较多，有木夯、石硪、蛙式 打夯机、火力夯以及利用挖土机或起重机装上夯板后的夯土机 等。其中蛙式打夯机轻巧灵活，构造简单，在小型土方工程中 应用最广。 (2) 夯实法的优点是，可以夯实较厚的土层，如重锤夯的夯实厚度 可达11.5m，强力夯可对深层土壤夯实。但对木夯、石硪或 蛙式打夯机等机具，其夯实厚度则较小，一般均在20cm以内 。 c) 振动法。 (1) 振动法是将重锤放在土层的表面或内部，借助于振动设备使重 锤振动，土壤颗粒即发生相对位移达到紧密状态。此法用于振 实非粘性土壤效果较好。 (2) 近年来，又将碾压和振动法结合起来而设计和制造了振动平碾 、振动凸块碾等新型压实机械。振动平碾适用于填料为爆破碎 石渣、碎石类土、杂填土或轻亚粘土的大型填方；振动凸块碾 则适用于亚粘土或粘土的大型填方。当压实爆破石渣或碎石类 土时，可选用重815t的振动平碾，铺土厚度为0.61.5m， 先静压、后碾压，碾压遍数由现场试验确定，一般为68遍。 三：影响填方压实效果的主要因素 影响土壤压实效果的因素主要有：含水量、压实功、每层铺 土厚度。 1.含水量 土中含水量对压实效果的影响比较显著。回填土含水量过大、 过小都难以夯压密实。为此，要求回填土应有最佳的含水量， 也就是当土壤在这种含水量的条件下压实时，能获得最大的密 实度，而且所需的夯击能最小。所以，当回填土过湿时，应先 晒干或掺入干土及其他吸水材料；过干时，则应洒水进行湿润 ，尽可能使土壤保持在最佳含水量的范围内。 土的最佳含水量时的最大干密度，可由击实试验取得，也可查 经验表确定。 2.压实功 压实功（指压实工具的重量、碾压遍数或锤落高度、作用时间 等）对压实效果的影响。 3.每层铺土厚度 铺土过厚，下部土体所受压实作用力小于土体本身的粘结力和 摩擦力，土颗粒不能相互移动，无论压实多少遍，填方也不能 被压实；铺土过薄，则下层土体压实次数过多，而受剪切破坏 ，所以规定了一定的铺土厚度。最优的铺土厚度应能使填方压 实而机械的功耗费最小。 第四节 土方工程的机械化施工 土方工程施工机械的种类繁多，有推土机、铲运机、平土机、 松土机、单斗挖土机及多斗挖土机和各种碾压、夯实机械等。 在建筑工程施工中，以推土机、铲运机和挖掘机应用最广，也 具有代表性。现将这几种机械的性能、适用范围及施工方法予 以介绍。 一：推土机 1： 推土机是土方工程施工的主要机械之一，是在履带式拖拉 机上安装推土板等工作装置而成的机械。常用推土机的发动机 功率有45、75、90、120（kW）等数种。推土板有索式和液 压操纵两种。图示是液压操纵的推土机外形图。液压操纵推土 板的推土机除了可以升降推土板外，还可调整推土板的角度， 因此具有更大的灵活性。 液压操纵推土机外形图 2：推土机操纵灵活、运转方便、所需工作面较小、行驶速度快、 能爬30左右的缓坡，因此应用范围较广 3：推土机作业以切土和推运土为主，切土时应根据土质情况 尽量采用最大切土深度在最短距离(610m)内完成，以便缩短低 低速行进的时间，然后直接推运到预定地点。 上下坡度不得 超过35，横坡不得超过10。几台推土机同时作业时，前 后距离应大于8m 3：推土机经济运距在100m以内，效率最高的运距为60m。为提 高生产率，可采用下述方法： （1）槽形推土。推土机多次在一条作业线上工作，使地面形成 一条浅槽，以减少从铲刀两侧散漏。这样作业可增加推土量10 30。槽深以1m左右为宜，槽间土埂宽约0.5m。在推出 多条槽后，再将土埂推入槽内，然后运出。 （2）下坡推土。在斜坡上方顺下坡方向工作。坡度不宜大于15 ，以免后退时爬坡困难。 （3）并列推土。在大面积场地平整时，可采用多台推土机并列 作业。通常两机并列推土可增大推土量1530，三机并列 推土可增加3040。并列推土的运距宜为2060m 槽形推土 下坡推土法并列推土 二：铲运机 铲运机是一种能综合完成全部土方施工工序(挖土、装土、运土 、卸土和平土)的机械。按行走方式分为自行式铲运机和拖式铲 运机两种。常用的铲运机斗容量为2m3、5m3、6m3、7m3等 数种，按铲斗的操纵系统又可分为钢丝绳操纵和液压操纵两种 。 C36型自行式铲运机外形图 1：铲运机操纵简单，不受地形限制，能独立工作，行驶速度快 ，生产效率高。 2：铲运机适于开挖一类至三类土，常用于坡度20以内的大面积 土方挖、填、平整、压实，大型基坑开挖和堤坝填筑等。 3：铲运机运行路线和施工方法视工程大小、运距长短、土的性 质和地形条件等而定。其运行路线可采用环形路线或8字路线 。其中托式铲运机的适用运距为80800m，当运距为200 350m时效率最高。而自行式铲运机的适用运距为8001500m 。采用下坡铲土、跨铲法、推土机助铲法等，可缩短装土时间 提高土斗装土量，以充分发挥其效率。 (a)环形路线 (b)大环形路线 8字形路线 1铲土；2卸土 三：挖掘机 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，工作装置有正铲、反铲、抓铲，机械 传动挖掘机还有拉铲。使用较多的是正铲与反铲。挖掘机利用 土斗直接挖土，因此也称为单斗挖土机。 1：正铲挖掘机。 正铲挖掘机外形如图示。挖土特点是：前进向上，强制切土。它 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，适于开挖含水量小于27的一类 土至四类土和经爆破的岩石及冻土。 1）：正铲挖掘机外形 正铲的开挖方式根据开挖路线与汽车相对位置的不同分为：正 向开挖、侧向装土以及正向开挖、后方装土两种，前者生产率 较高。 正铲的生产率主要决定于每斗的装土量和每斗作业的循环延续时 间。为了提高其生产率，除了工作面高度必须满足装满土斗的 要求之外，还要考虑开挖方式和与运土机械配合的问题，尽量 减少回转角度，缩短每个循环的延续时间。 2：反铲挖掘机。 1）：反铲适用于开挖一类至三类的砂土或粘土。挖土特点是 ：后退向下，强制切土。主要用于开挖停机面以下的土方，最 大挖土深度46m，经济合理的挖土深度为24m。反铲也需 配备运土汽车进行运输，其外形如图示。 2）：反铲的开挖方式可以采用沟端开挖法，即反铲停于沟端 ，后退挖土，向沟一侧弃土或装汽车运走，也可采用沟侧开挖 法，即反铲停于沟侧，沿沟边开挖，它可将土弃于距沟较远的 地方，如装车则回转角度也小，但边坡不易控制。 3：拉铲挖掘机。 1）：适用于一类至三类的土，可开挖较大基坑(槽)和沟渠，挖 取水下泥土，也可用于填筑路基、堤坝等。挖土特点是：后退 向下，自重切土，其挖土深度和挖土半径都很大。拉铲能开挖 停机面以下的土方，其工作状况如图示。 2）： 拉铲挖土时，依靠土斗自重及拉索拉力切土，卸土时斗 齿朝下，利用惯性，较湿的粘土也能卸净。它的开挖方式也有 沟端开挖和沟侧开挖两种。 正铲挖掘机外形 (a)正向挖土、 反向卸土 (b)正向挖土、侧 向卸土 正铲挖土机卸土方式 反铲挖掘机外形(a)沟端开挖 (b)沟侧开挖 抓铲挖掘机。 抓铲适用于开挖较松软的土。挖土特点是：直上直下，自重切 土，挖土力较小。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。抓铲还可用于挖取水中淤泥，装卸碎石 、矿碴等松散材料。抓铲的传动方式主要有机械传动和液压传 动两种。 抓铲挖土时，通常立于基坑一侧进行，对较宽的基坑则在两侧 或四侧抓土。挖淤泥时抓斗易被淤泥“吸住”，应避免起吊用力 过猛，以防翻车。 拉铲工作状况 抓铲工作状况 四：土方机械的选择与合理配置 1：土方机械的选择 土方机械的选择，通常应根据工程特点和技术条件提出几种可 行方案，然后进行技术经济分析比较，选择效率高、综合费用 低的机械进行施工，一般选用土方施工单价最小的机械。在大 型建设项目中，土方工程量很大，而当时现有的施工机械的类 型及数量常常有一定的限制，此时必须将现有机械进行统筹分 配，以使施工费用最小。一般可以用线性规划的方法来确定土 方施工机械的最优分配方案。 2：前面叙述了主要的挖土机械的性能和适用范围，现综合介绍 选择土方施工机械的要点如下： 1）当地形起伏不大、坡度在20以内、挖填平整土方的面积较 大、土的含水量适当、平均运距短(一般在1km以内)时，采用 铲运机较为合适；如果土质坚硬或冬季冻土层厚度超过100 150mm时，必须由其他机械辅助翻松再铲运。当一般土的含水 量大于25或粘土含水量超过30时，铲运机要陷车，必须将 水疏干后再施工。 2）地形起伏大的山区丘陵地带，一般挖土高度在3m以上，运 输距离超过1000m，工程量较大且集中，一般可采用正(反)铲 挖掘机配合自卸汽车进行施工，并在弃土区配备推土机平整场 地。当挖土层厚度在56m以上时，可在挖土段的较低处设置 倒土漏斗，用推土机将土推入漏斗中，并用自卸汽车在漏斗下 装土并运走。漏斗上口尺寸为3.5m左右，由钢框架支承，底部 预先挖平以便装车，漏斗左右及后侧土壁应加以支护。也可以 用挖掘机或推土机开挖土方并将土方集中堆放，再用装载机把 土装到自卸汽车上运走。 3： 开挖基坑时，如土的含水量较小，可结合运距、挖掘深度， 分别选用推土机、铲运机或正铲(或反铲)挖掘机配以自卸汽车 进行施工。当基坑深度在12m、基坑不太长时，可采用推土 机；长度较大、深度在2m以内的线状基坑，可用铲运机；当基 坑较大、工程量集中时，可选用正铲挖掘机。如地下水位较高 ，又不采用降水措施，或土质松软，可能造成机械陷车时，则 采用反铲、拉铲或抓铲挖掘机配以自卸汽车施工较为合适。移 挖作填以及基坑和管沟的回填，运距在60100m以内时可用 推土机。 五：土方机械与运土车辆的配合 1：当挖掘机挖出的土方需用运土车辆运走时， 挖掘机的生产率不仅取决于本身的技术性能， 而且还决定于所选的运输机具是否与之协调。 由于施工现场工作面限制、机械台班费用等原 因，一般应以挖土机械为主导机械，运输车辆 应根据挖土机械性能配套选用。 2：为了使主导机械挖掘机充分发挥生产能力， 应使运土车辆的载重量与挖掘机的斗容量保持 一定的倍数关系，需有足够数量的车辆以保证 挖掘机连续工作。从挖掘机方面考虑，汽车的 载重量越大越好，可以减少等车待装时间，运 土量大；从汽车方面考虑，载重量小，台班费 便宜，然而数量增加；载重量大，台班费贵， 但车辆数量小。一般情况下载重量宜为每斗土 重的35倍。 第五节 人工降低地下水位 土方开挖的过程中，当基坑的底面标高低于地下水位时，由于 土的含水层被切断，地下水会不断渗入坑内。雨季施工时，地 面水也会流入坑内。所以必须采取措施做好降水和排水工作， 降低坑内的水位。 降低地下水位的方法有：集水坑降水法，井点降水法。 一：集水坑降水法 1:集水坑降水法是在基坑开挖过程中，在坑底设置集水坑，并在 坑底的周围或中央开挖排水沟，使水流入集水坑，然后利用水 泵抽水。 2：集水坑的设置 3：水泵的选用 4：流砂及其防治 二：井点降水 1：将点降水是在基坑开挖前。与先在基坑周围埋设一定的滤水 管，利用抽水设备从中抽水，使地下水位降到坑底以下，在基 坑开挖过程中仍不断抽水，施瓦的土始终保持干燥状态，从根 本上防洪治流砂发生。 2：方法 轻型井点 喷射井点 管井井点 深井井点 电渗井点 第二章 桩基础工程 1：桩基础是用承台或梁将沉入土中的桩联系起来，以承受上部 结构的一种常用的基础形式。当天然地基土质不良，不能满足 建筑物对地基变形和强度方面的要求时，常常采用桩基础将上 部建筑物的荷载传递到深处承载力较大的土(岩)层上，以保证 建筑物的稳定和减少其沉降量。同时，当软弱土层较厚时，采 用桩基础施工，可省去大量的土方开挖、支撑、排(降)水设施 ，一般均能获得良好的经济效果。因此，桩基础在建筑工程中 应用广泛。 2：按桩的传力和作用性质，桩可分为端承桩和摩擦桩两种。 1）：端承桩是穿过上部软弱土层而达到下部持力层(岩石、砾石 层、砂层或坚硬土层)上的桩，上部结构荷载主要是由桩尖阻力 来平衡。 2）：摩擦桩是把建筑物的荷载传布在桩四周土中及桩尖下土中 的桩，其大部分荷载靠桩四周表面与土的摩擦力来支承。 (a)端承桩 (b)摩擦桩 桩的分类 1桩；2承台；3上部结构；4软弱土层；5下卧硬土层 3：按桩身的材料来分有木桩、混凝土桩、钢筋混凝土桩、预应 力钢筋混凝土桩和钢桩等。 4：按桩的截面形状分为：实心桩和空腹桩。 5：按桩的施工方式可分为预制桩和灌注桩两大类。 1）：预制桩是在工厂或施工现场制成的各种材料和形式的桩， 然后用沉桩设备将桩沉入(打、压、振)土中。钢筋混凝土预制 桩(含预应力钢筋混凝土桩)施工速度快，适用于穿透中间层较 软弱或夹有不厚的砂层、持力层埋置深度及变化不大、地下水 位高、对噪声及挤土影响无严格限制的地区； 2）：灌注桩是在施工现场的桩位上用机械或人工成孔，然后在 孔内灌注混凝土或钢筋混凝土而成。灌注桩适用于严格限制噪 声、振动、挤土影响、持力层起伏较大的地区。 第一节 预制桩施工 一：刚劲混凝土预制桩 1:钢筋混凝土预制桩(简称预制桩)是运用比较多的一种桩型 ，具有制作方便、质量可靠、材料强度高、耐腐蚀性强、承 载力高、价格低等特点，但桩在施工时，对土的挤密压紧作 用较严重，穿过厚沙层或硬土层较困难，桩截面有限且截桩 困难。 2:预制桩常用的截面形式有混凝土方形实心截面、圆柱体空 心截面以及预应力混凝土管形截面。预制混凝土实心桩大多 做成方形截面，边长通常为250500mm。单根桩的最大长 度根据打桩架的高度而定，一般在27m以内。如需打30m以 上的桩，或者受运输条件所限，则将桩分为几段，在打桩过 程中逐段接长。较短的桩多在预制厂生产，较长的桩一般在 现场附近或打桩现场就地预制。 钢筋混凝土方桩 1主筋；2钢箍；3钢筋网 3:桩的预制 预制桩在制作时，桩内应设纵向钢筋或预应力筋 (或丝)和横 向钢筋(或箍)，以便承受桩在运输、起吊和下沉时产生的弯曲 应力和冲击力。 预制时应保证钢筋位置正确，纵向主筋长度不够时，应采用对 焊。同一钢筋的两个接头距离应大于30倍主筋直径，但不小于 500mm，主筋接头在同一截面内的数量不应超过50。 桩身混凝土强度不应小于C30，混凝土的粗骨料应用粒径为5 40mm碎石或碎卵石，桩混凝土应用搅拌机拌制、机械振捣， 由桩顶向桩尖连续浇筑，一次完成。养护时间不得少于7d。 现场预制桩多采用叠浇法间隔制作，预制场地应平整、坚实， 不得产生不均匀沉降。桩与桩之间应涂刷隔离剂，以保证桩起 吊时不互相粘结。桩的叠浇层数，应根据地面允许荷载和施工 条件确定，但不宜超过四层。上层桩或邻桩的浇筑，须在下层 桩或邻桩的混凝土达到设计强度等级的30后方可进行。 预制桩的质量，除要满足规范的允许偏差外，还应符合以下条 件：桩的表面应平整、密实，掉角的深度不应超过10mm，局 部蜂窝和掉角的缺损总面积不得超过该桩全部表面积的0.5， 且不得过分集中；混凝土的收缩裂缝，其深度不得大于20mm ，宽度不得大于0.25mm，横向裂缝长度不得超过边长的一半 ；桩顶和桩尖处不允许有蜂窝、麻面、裂缝和掉角。 4:桩的起吊 预制桩达到设计强度等级的70后方可起吊，达到设计强度的 100后才可以运输和沉桩。 如要提前起吊和沉桩，必须采取必要的措施并经验算合格后方 可进行。起吊时应用吊索按设计规定的吊点位置进行吊运。如 无吊环且设计又未作规定时，吊点的位置应满足起吊弯矩最小 的原则，如图所示。钢丝绳与桩之间应加衬垫，以免损坏棱角 。起吊时应平稳提升，避免摇晃、撞击和振动。 (a)一个吊点；(b)二个吊点；(c)三个吊点；(d)四个吊点 吊点的合理位置 5:桩的运输 打桩前，需将桩从预制厂(场)运至施工现场堆放或直接运至桩 架前。一般情况下，应根据打桩顺序和速度随打随运，可以避 免二次搬运。运到施工现场的桩或在施工现场预制的桩，应有 质量合格证，并按规定进行检查编号。如要长距离运输，可采 用平板拖车、轻轨平台运输车等。长桩搬运时，桩下要设置活 动支座。经过搬运的桩，还应进行质量复查。 用平台车运桩 1铁轨；2平台车；3桩 6:桩的堆放 桩堆放时，场地必须平整、坚实，桩按规格、桩号分类分层叠 置，堆放层数不宜超过四层，支承点应设在吊点处，各垫木应 在同一垂直线上，最下层垫木适当加宽。 7:锤击法沉桩 1): 锤击法沉桩也称打桩，是利用桩锤下落到桩顶产生的冲击 能而使桩沉入土中。在沉桩施工前，必须做好地基勘测与环境 调查工作、编制预制桩沉桩的施工组织设计、清除施工现场障 碍物、施工现场的场地平整以及施工现场的定位放线等准备工 作。 2): 打桩设备主要有桩锤、桩架以及动力装置三部分。 （1）桩锤。 桩锤是对桩施加冲击力，把桩沉入土中的主要机具。桩锤 有落锤、汽锤(单动和双动)、柴油锤、液压锤和振动锤等。 a：落锤：为一铸铁块，质量一般为12t，用卷扬机提起桩 锤，用脱钩装置或松开卷扬机刹车使其自由下落到桩顶上，利 用锤重下降冲击桩顶，使桩沉入土中，如图所示。落锤构造简 单，使用方便，冲击力大，能随意调整落距。但打桩速度慢， 每分钟612次，效率低。落锤主要适用于打设木桩以及细长 的混凝土桩，在一般土层及含砾石的土层均可使用。 落锤 单动汽锤 双动汽锤 柴油锤 1进汽孔；2排汽孔；3活塞；4汽孔 5燃油泵；6桩帽；7桩 b:汽锤：利用蒸汽或压缩空气的动力进行锤击。根据其工作情况 又分为单动汽锤和双动汽锤。 单动汽锤的冲击体在上升时消耗动力，下降时靠自重，这种锤 冲击力大，结构简单，落距小，对设备和桩头的损伤较小，适 用于打设各种类型的桩，常用锤质量为1.510t，每分钟锤击 次数为2530次。 双动汽锤的冲击体升降均由动力推动，其冲击频率高，每分钟 为100200次，冲击力大，但设备笨重，移动较为困难，适用 于打设各种桩，特别适用于打斜桩和拔桩，也可用于水下打桩 ，其锤质量为0.66t。 C:柴油锤：利用汽缸内的燃油爆炸时的能量推动冲击部分(活塞 等)向上运动，丧失速度后具有势能的冲击部分回落击桩。柴油 锤需有桩架、动力等设备，但不需外界能源，机架轻、移动方 便、打桩速度快，适用于打设钢板桩以及在软弱地基上打设混 凝土桩，但不适用于在松软土或硬土中打桩。 桩锤 种类 适用范围优缺点附注 落 锤 1.宜打各种桩； 2.土、含砾石的土和一般土层 均可使用。 构造简单、使用方便、冲击力大， 能随意调整落距，但锤打速度慢， 效率较低。 落锤是指桩锤用人力或机械拉 升，然后自由落下，利用自重夯 击桩顶 。 单 动 汽 锤 适于打各种桩。构造简单、落距短，对设备 和桩头 不易损坏，打桩速度及冲击力较落 锤大，效率较高。 利用蒸汽或压缩空气的压力将 锤头上举，然后由锤的自重向 下冲击沉桩。 双 动 汽 锤 1.宜打各种桩，便于打斜桩； 2.用压缩空气时可在水下打 桩； 3.用于拔桩。 冲击次数多、冲击力大、工作效率 高，可不用桩架打桩，但需锅炉或 空压机，设备笨重，移动较困难。 利用蒸汽或压缩空气的压力将 锤头上举及下冲，增加夯击能 量。 柴 油 锤 1.宜用于打木桩、钢板桩； 2.适于在过硬或过软的土中打 桩。 附有桩架、动力等设备，机架轻、 移动便利、打桩快、燃料消耗少， 有重量轻和不需要外部能源等优点 。 利用燃油爆炸，推动活塞，引起 锤头跳动。 振 动 桩 锤 1.宜于打钢板桩、钢管桩、 钢筋混凝土和土桩； 2.用于砂土，塑性粘土及松软 砂粘土； 3.卵石夹砂及紧密粘土中效果 较差。 沉桩速度快，适应性大，施工操作 简易安全，能打各种桩并帮助卷扬 机拔桩。 利用偏心轮引起激振，通过 刚性连接的桩帽传到桩上。 桩锤 适用范围 实践证明:当桩锤重大于桩重的1.52倍，能取得较好的效果。 桩锤的类型选择应根据施工现场情况、机具设备条件及工作方式和工作效率等条 件来选择。桩锤类型选定后，还要确定桩锤的质量。 1）计算法选择锤质量。按桩锤的冲击能初选锤质量： E0.025P 式中 E桩锤的一次冲击动能(kNm)； P单桩设计荷载(kN)。 在按上式选择桩锤时，还应按所要打设桩的质量，用以下经验公式复核后决定： 式中 M锤质量(t)； C桩质量(t)，包括送桩、桩帽和桩垫质量； K适用系数，落锤K2.0；单动汽锤K3.5；双动汽锤和柴油锤K5.0。 2)按施工经验选择锤质量。采用锤击沉桩时，为了防止桩受到过大的冲击能而产生过 大的应力，导致桩顶破碎，应采用重锤低击的原则选择锤质量，通常可以按表21 进行选用。 锤质量与桩质量比值表(锤重/桩重) 桩类别 锤类别 木 桩 钢筋混凝土桩 钢 管 桩 落 锤 2.004.00 0.351.50 1.00 2.00 单动汽锤 2.003.00 0.451.40 0.702.00 双动汽锤 1.502.50 0.60 1.80 1.502.50 柴 油 锤 2.503.50 1.001.50 2.002.50 注：锤质量系指锤 体总质量； 桩质量系指除桩质量外还应包括桩帽质量； 桩长度一般不超过20m； 土质较软时建议采用下限值，土质较坚硬时建议采用上限值。 （2）桩架。 桩架的主要作用是在沉桩过程中保持桩的正确位置和在打桩过 程中引导锤、桩的方向并保证桩锤按所要求的方向冲击桩体。 常用的桩架有滚筒式桩架、多功能桩架、履带式桩架，见图。 桩架示意 1柴油桩锤；2立桩；3回转平台； 4撑杆；5司机室；6平衡重；7底盘 桩架在选择时应考虑下列因素：桩的材料、材质和截面形状、 尺寸；是单节桩或多节桩，桩的连接形式与数量；施工场地条 件、作业环境和空间；选定的锤型、锤质量和尺寸；施工进度 要求等。 桩架的高度H应满足： Hh1+h2+h3+h4 式中 h1桩长； h2滑车组高度； h3桩锤高度； h4起锤所需的工作富余高度(12m)。 （3）:打桩施工。 1）打桩顺序。 由于打桩对土体的挤密作用，使先打的桩因受水平推挤而造 成 偏移和变位，或被垂直挤拔造成浮桩，而后打入的桩因土 体挤密，难以达到设计标高或入土深度，或造成土体隆起和挤 压，截桩过大。因此，进行群桩打入施工时，为了保证打桩工 程质量，防止周围建筑物受土体挤压的影响，打桩前应根据桩 的密集程度、桩的规格、长短和桩架的移动方便等因素来正确 选择打桩顺序。 当桩较稀疏时(桩中心距大于4倍桩边长或桩径)，可采用上述两 种打桩顺序，也可采用由一侧向另一侧单一方向施打的方式(即 逐排打设)，或由两侧同时向中间施打，如图 (a)、(b)所示。在 采用逐排打设时，桩架单方向移动，打桩效率高。但打桩前进 方向一侧不宜有防侧移、防振动的建筑物、构筑物、地下管线 等，以防止受土体挤压破坏。 (a) 逐排打设 (b) 从两侧向中间打设 (c)自中部向四周打设 (d)由中间向两侧打设 当桩较密集时(桩中心距小于或等于4倍桩边长或桩径)，应由中 间向两侧对称施打或由中间向四周施打，如图(c)、(d)所示。这 样，打桩时土体由中间向两侧或四周均匀挤压，易于保证施工 质量。当桩数较多时，也可采用分区段施打。 当桩规格、埋深、长度不同时，宜按先大后小、先深后浅、先 长后短的方式进行施打。在实际施工过程中，不仅要考虑打桩 顺序，还要考虑桩架的移动是否方便。如果自然地面标高接近 桩顶的设计标高，而持力层的标高不尽相同，预制桩不可能根 据持力层标高的不同而设计各种尺寸和长度的桩，这样，打桩 完毕后，其桩顶会高于地面，当桩顶高于桩架底面高度时，桩 架不能向前移动到下一个桩位继续打桩，只能后退打桩，这就 是所谓的“退打”，此时，桩不能预先布置在场内，只能采用随 打随运。在打桩后，桩顶标高低于桩架底面高度，桩架可以向 前移动来打桩，称为“顶打”，此时，只要场地允许，预制桩可 以预先布置在场地内以便施工，同时可避免桩的二次搬运。 2）吊桩就位。 按既定的打桩顺序，先将桩架移动至设计所定的桩位处并用缆 风绳等稳定，然后将桩运至桩架下，用桩架上的滑轮组，由卷 扬机将桩提升为直立状态。对准桩位中心，缓缓放下插入土中 。桩插入时垂直度偏差不得超过0.5。桩就位后，在桩顶安上 桩帽，然后放下桩锤轻轻压住桩帽。桩锤、桩帽和桩身 中心线应在同一垂直线上。在桩的自重和锤重的压力下，桩便 会沉入一定深度，等桩下沉达到稳定状态后，再一次检查其平 面位置和垂直度，校正符合要求后，即可进行打桩。为了防止 击碎桩顶，应在混凝土桩的桩顶和桩帽之间、桩锤与桩帽之间 放上硬木、麻袋等弹性衬垫作缓冲层。 3）打桩。 (1):打桩开始时，应先采用小落距(0.50.8m)轻击桩顶，使桩 正常沉入土中12m后，检查桩身垂直度以及桩尖偏移，当符 合要求后，再逐渐增大至规定落距，直至将桩沉到设计要求的 深度。 (2):打桩的方法有重锤低击和轻锤高击两种。轻锤高击所获得的 动量小，冲击力大，其回弹也大，桩头易损坏，在实际工程中 一般不用；重锤低击获得的动量大，桩锤对桩顶的冲击小，其 回弹也小，桩头不易损坏，大部分能量都用以克服桩周边土壤 的摩阻力而使桩下沉。正因为桩锤落距小，频率高，对于较密 实的土层，如砂土或粘土也能容易穿过，一般在工程中采用重 锤低击，其落距为：落锤小于1.0m，单动汽锤小于0.6m，柴 油锤小于1.5m。 4）接桩。 (1)方法： 当设计的桩较长，但由于打桩机高度有限或预制、运 输等因素，只能采用分段预制、分段打入的方法，需在打桩现 场的打入过程中将桩接长。接长预制钢筋混凝土桩的方法有焊 接法、法兰盘连接法和浆锚法三种。 a: 焊接法接头有角钢绑焊接头图(a)和钢板对焊接头图(b) ，其连接强度容易保证，接头承载力大，能适用于各种土层 ，但焊接时间长，沉桩效率低。接桩时，必须在上下节桩对准 并垂直无误后，用点焊将拼接角钢连接固定，再次检查位置正 确后，才进行焊接。预埋铁件表面应保持清洁，上下节桩之间 的间隙应用铁片填实焊牢；采用对角对称施焊以减少节点不均 匀焊接变形，焊缝要连续饱满。 (a)角钢绑焊接头 (b)钢板对焊接头 (c)法兰盘接头 (d)浆锚法接头 钢筋混凝土预制桩接头 b: 法兰盘接头主要是在两节桩分别预埋法兰盘，用螺栓连接图 (c)。上下节桩之间宜用石棉或纸板衬垫，螺栓拧紧后应锤击 数次，再拧紧一次，使上下两节桩端部紧密结合，并将螺帽焊 牢，这种方法操作时间短，接桩沉桩效率高，但耗钢量大。 c: 浆锚法图(d)常用硫磺胶泥锚固接头。上节桩下端伸出4根 锚筋，长度为锚筋直径的15倍，布置在桩的四角，锚筋直径在 锤击沉桩时为2225mm，静力压桩时为1618mm；下节桩 顶部预留锚筋孔，锚筋孔呈螺纹状，孔径为锚筋直径的2.5倍， 一般内径为50mm，孔深应比锚筋长50mm，锚筋和锚筋孔的 间隙填满硫磺胶泥。接桩时，首先对下节桩的锚筋孔进行清洗 ，除去孔内杂物、油污和积水；吊运上节桩对准下节桩，使4 根锚筋插入锚筋孔，下落上节桩身，使其结合紧密；然后将桩 上提约20mm，安设施工夹箍(由4块木板，内侧用人造革包裹 40mm厚的树脂海绵块而成)，将熔化的硫磺胶泥(温度控制在 145左右)注满锚筋孔和接头平面上(灌注时间不得超过2min) ，然后将上节桩下落。当硫磺胶泥冷却并拆除施工夹箍后，即 可继续沉桩施工。浆锚法接桩可节约钢材，操作简便，接桩时 间比焊接法大为缩短，但不宜用于坚硬土层中。硫磺胶泥冷却 时间的要求见表。 硫磺胶泥冷却时间的要求 项次 桩断面 不同气候下的停歇时间 (min) 010 1120 2130 3140 4150 打桩 压 桩 打桩 压桩 打桩 压 桩 打桩 压 桩 打桩 压 桩 1 400mm4 00m m 6 4 8 5 10 7 13 9 17 12 2 450mm4 50m m 10 6 12 7 14 9 17 11 21 14 3 500mm5 00m m 13 15 18 21 24 （4）质量要求 沉桩的质量主要是看能否满足贯入度或设计标高的要求以及 打入后桩的偏差是否在规定的范围内。质量控制的原则是： 1）桩尖位于坚硬、硬塑的粘性土、碎石土、中密以上的沙土或 风化岩等持力层时，以贯