市政工程基础知识部分

第一篇市政工程基础知识部分

第一章土壤的概念及土壤的三相性

一土壤的概念

1.概念：土是由岩石经过物理与化学风化作用后产物，它是由各种大小不同

的土粒按各种比例组成的集合体。（这些土粒间的联结是比较微弱

的，在外力作用下，土体并不显示出一般固体的特性，不像铁和木

头这种实体，可以举例说明）

2.土的任意组合相性（我们把土体看作为颗粒性的多孔材料，在孔隙中，除

了空气外，还存在有部分水，或孔隙中完全被水所充满）

图1-1土的任意组合相性

性，土的物理状态，以及三相比例关系，间接地推出其他的工程性质）

1）渗透性：一种材料在不损坏介质构造情况下，能使流体通过的能力。

如土壤和多孔岩石，指其允许水通过的能力。对于空气扩散器而言，是指允

许空气通过的能力。从广义说，除了水以外，在外部环境的影响下，如：地

震、自然界（太阳、风、雪、闪电等）同样可以使材料有渗透性。

2）力学强度：是指土壤承受压力（包括轴向压缩、拉伸、弯矩），力偶（包

括扭矩）以后所产生的抵抗各种荷载的能力。

3）压缩性：在加压条件下粉末被压缩的程度，通常是在封闭模中的单轴向压

制。

二土壤的三相性

1.土的固相

1）主要分为无机矿物颗粒和有机质，成为土的骨架，矿物颗粒由原生矿物

和次生矿物组成；

原生矿物：岩浆在冷凝过程中形成的矿物，例如石英，长石，云母；

次生矿物：在岩石或矿石形成之后，其中的矿物遭受化学变化而改造成的

新生矿物，其化学组成和构造都经过改变而不同于原生矿物，例如三氧化

二铁，三氧化二铝，次生二氧化硅；

腐植质矿物：在已死的生物体在土壤中经微生物分解而形成的有机物质。

2）有机物主要是经微生物分解作用形成的

2.土的液相

1）土中的水是中性的，无色，无味，无嗅；

2）当土粒与水相互作用时，土粒会吸附一部分水分子，在土粒表面形成一

定厚度的水膜，称为表面接合水（结合水受土粒表面引力的控制而不服

从静水力学规律，其密度，粘滞度均比一般正常水高；冰点低于0°C,

最低可达零下几十度）

图1-3土中水的各组成部分

强结合水（吸着水）

结合水

弱结合水（薄膜水）

毛细水

自由水

重力水

气态水

固态水

3.土的气相

土中气体的成分：二氧化碳最多，氮气次之，氧气最少

图1-4土中气体的两个组成部分

与大气连通，对土的工程性质影响不大

不连通，体积压缩性很大，形成非饱和土

4.土作为三相体的比例指标

土是由固相（土粒），液相（水溶液）和气相（空气）组成的三相分散体系，从

物理的角度将其进行抽象化。

图1-5土的三相模型

M1-T±的；枳型

。宾环土修,2土的三制图,c>W相的体积与WK（或重力）

土的物理性质指标可以用各相之间的比例关系来表示

1）土的容重Y：是指土体单位体积的重力/专W

2）土粒容重心：是指土固体颗粒单位体积的重力（或重量），即

3）土的含水量/：是指土中水重与固体颗粒重之比，通常以百分率

表示

0=3x100%

4）干容重力：是指土的固体颗粒重力与土体积之比

儿专，士的干容重越大，土越密实

5）饱和容重八皿：是指土孔隙中全部被水充满时的容重

Ws+匕几九.=9.81初/〃V

V

6)浮容重/：是指土浸没在水中受到浮力作用时的容重

r

/y=Iysa-t/yw

7)孔隙比e：是指土中孔隙的体积与固体颗粒的体积之比

e=—%

匕

8)孔隙率n：是指土中孔隙体积与总体积之比

9)饱和度，：是指孔隙中水的体积与孔隙体积之比

0<Sr<0.5

S=^-0.5<5<0.8

「V'

v

0.8<Sr<1.0

5公式换算的推导

已知3个试验指标丫、¥s、w,试推导出其他六个指标

解：可假定土总体积V=1

W=yV=y.............................................................................................................①

0=区.................................................②

Ws

Ww+Ws=W=y...................................................................................................③

①②③式联立，可得：

%=上.…%=4.%=一^则:

sl+<y1+a)(1+⑼加

匕=旦=^^

'Ys%(1+。)

y

%=兀+匕=1—进而可推出

7s(1+初

Y

14-69

_%+%加=喉+匕加=4+九-一7(%一加)

7su'~-V-+/w

\+（D7s（1+。）7s(1+⑼

7(—w)

/=/s«,-/

w7s(1+3)

e，_%Js(l+Mi

匕/

K,/

/?=—=1----------

V为(i+M

S_%=丫丫38

'K7w[/s(l+3-力

例题：已知某土样y=17KN/m,丫=27.2KN/m,w=10览求e及S.

解：令土的体积V=lm,则土的重力W=yV=17KN

v17

土粒的中粒W$=1-=-----=15.45KN

1+691+0.1

水的重力网,=17-15.45=1.553

土粒体积匕=吆==0.568/

Ys27.2

孔隙体积为=1—0.568=0.432^3

1.55八1UO3

水的体积%=—=----=0.15加

YW9.81

由此可求得:

”J㈣=。.76]

匕0.568

"十黯=。37

三土的物理状态指标

无粘性土的工程性质主要与其密实度有关，越密实，则其强度越高。压缩性

越小；粘性土颗粒很细、比表面积大，水对其性质影响较大。故在描述土的物理

性质时总是把无粘性土和粘性土区分开来。

无粘性土的密实度

1砂土属单粒结构，实验室中引入相对密度Dr来表示砂土的密实度

eg

O,=,max-

P—P

inaxinin

式中：e——土的天然孔隙比

emax——土处于最疏松状态时土的孔隙比。测定方法是：将风干疏松

的土样通过长颈漏斗轻轻倒入容器，测算其最小干密度后，算出的e即为emax

emin——土处于最密实状态时的孔隙比。测定方法是：将风干疏松土

样分三次装入金属容器，并加以充分振动和锤击，直致试样体积不变，测算其最

大干密度并推算出的e即为emin.

当e—emax时，则Dr=O,即土最疏松；当e—>emin时，则Dr=l,即土最密实。

按Dr不同，可将土划分为如下三个状态来表示其密实等级：

1>D,>0.67密实

0.672a>0.33中密

0.33>Dr>0松散

2.从理论上讲，相对密实度Dr尽管能反映颗粒形状及级配等因素，但对砂

土很难取得原状土，天然孔隙比往往测不不准，而且影响emax及emin测定准确性

的因家很多，这两个指标的测定结果往往出入较大。因此《建筑地基基础设计规

范》（GBJ7—89）（以下简称《规范》）以标准贯入实验的锤击数N来划分砂土的密

实度，见下表

砂土的密实度

密实度密实中密稍密松散

标准贯入锤击数NN>30302N>15152N>10NW10

3.对于碎石土，土颗粒更粗，更不易取得原样状土样.也难以把贯入器打入

土中。这类土可采取现场鉴别的方法.根据其骨架颗粒含量及排列，可挖性，可

钻性来区分其密实度。

粘性土的工程性质主要与其界限含水量，塑性指数与液性指数有关

1.粘性土的界限含水量

粘性土性质受水的影响是很大的。随着含水量的不断增加，粘性土可由固态

渐渐变为半固态.可塑状态直至流动状态（所谓可塑性.即拈性土含水量在一定

范围时、在外力作用下，土可塑造成任何形状而不开裂,也不改变其体积的性质）。

粘性土由固态变为半因态的界限含水量称为缩限，用Ws表示，由半固态变为可

塑状态的界限含水量称为塑限.用wp表示，含水量进一步增加，由可塑状态变

为流动状态，此时的界限含水量称为液限，用W表示。

2.塑限的测定方法

塑限wp一般采用搓条法测定。其方法是:取有代表性的天然土样过0.5mm孔

径的筛，再加适量水调匀备用。然后取一团制备好的土样放在毛玻璃板上，用手

心慢慢将其搓成小条若上条搓到直径为3mm时恰好开始断裂。此时测过小条的含

水量w即为塑限wp。如果土条搓到直径3nlm时还未出裂，则说明含水量超过塑

限，须风干土样或另取土样。若还未到3mm断裂.表明含水量低于塑限，须加水,

重新搓条。

3.液限的测定方法（简略）：采用锥式液限仪测定

4.粘性土的塑性指数和液性指数

土的液限和塑限之差称为塑性指数IP,它显示了土处于可塑状态时含水量的

变化范围。

IP=（Di~a）P

土的塑性指数主要与土中粘粒（直径小于0.005mm的颗粒）含量有关。粘粒

含量越高，则其比表面积越大，其可能的结合水含量越高，则L，越大。若土不

含粘粒，则1际0,土无粘性。

液性指数是土的天然含水量与塑限之差除以塑性指数，即

/_cocop_co-a）p

【pg-%

液性指数反映了粘性土软硬程度，ii越大，土质越软；反之土质越硬。《规

范》按L.把粘性土的软硬划分为六个状态，见下表

粘性土的软硬状态划分标准

液性指数IW00<IL^0.250.25<11<0,750.75CLW1IL>1

状态坚硬硬塑可塑软塑流塑

第二章市政工程土石方工程基础知识

市政工程土石方工程的范围

1.道路路基填挖；

2.堤防填挖；

3.市政管网的开槽及回填；

4.桥涵护岸的基坑开挖及回填;

5.施工现场的土方平整等。

二地基基础的概念

1.地基的概念：所有建筑物都建造在地球表面的地层上。其全部荷裁最终均

由地层来承担。凡是建筑物荷载作用的基础下一定深度内的岩（土）层统称为地

基，而使建筑物的荷载能安全、可靠地传给地基的地下扩大的结构部分称为基础。

简言之；地基是土层（它与不受建筑物作用的天然土层是有区别的.因此称为地

基以示区分），基础是结构，两者在概念上截然不同。

2.天然地基：对于大多数建筑物来说。只要选择适当的基础型式.对地基进

行认真的计算，许多天然地层不需任何处理就可修造建筑物、这种地基称为天然

地基。

3.人工地基：由于地基本身的强度低或压缩性较大，不足以承受建筑物的荷

载，得采取处理措施，使其提高强度，降低压缩性，以适应受荷的需要，这种经

过处理后的地基称为人工地基。

4.基础的概念：使构筑物的荷载能安全、可靠地传给地基的地下扩大的结构

部分称为基础。

三地下水

对于工程建设来说，地下水的危害也是极大的，比如引起边坡失稳，侵蚀碎

等。

具体实例:

流砂现象

1概念

当地下水自上而下渗流时候，动水压力与重力方向一致，将加大土粒之间的

压力。这种不会对工程性质产生影响；但是当水自下向上渗流时，动水压力与重

力方向相反，土间的压力将减小，当GD2/时，土粒间的压力消失，土处于悬

浮状态，随水流动的现象。

2产生条件

当基坑开挖时，且直接从基坑排水时，导致流砂现象。

3效果

导致开挖后基坑地面出现隆起。

3防治措施

(1)人工降低地下水位：在基坑开挖前，预先在基坑四周埋设一定数量的滤水

管(井)，利用抽水设备，在基坑开挖前和开挖过程中不断地抽出地下水，使地

下水位降低到坑底以下，直到施工完毕。

(2)冻结法：用冷冻法将地下水冻结，再进行开挖；

(3)枯水期开挖或水下开挖：即不排水或向基坑中注水，同时进行开挖，避免

因排水所造成的水头差

(4)局部出现流砂现象，可抛入大石，也可避免。

管涌现象：

(1)概念：管涌的定义就是在渗流作用下，土体中的细颗粒在孔道中发生移动,

并被水流带到地基以外，称为管涌

(2)产生条件：在土体中缺乏中间粒径的颗粒，细粒土穿过粗粒土的空隙；在

含有可溶性盐的土层中，可溶性盐溶解后随水流走

(3)效果：产生地表塌陷，形成空洞

(4)防治措施：堵截地表水流入土层；设置反滤层

四土石方工程的分类

1.按使用性质分：永久性一一修筑路基，堤防等

临时性一一开挖沟槽，基坑等；

2.按施工方法分：

1)人工土石方一一采用镐、锄、铲等工具或小型机具施工的方法，适用于

量小、运输近、缺乏土石方机械或不宜使用机械施工的土石方工程。

2)机械土石方一一采用推土机、挖掘机、铲运机、压路机、平地机、凿岩

机等工程机械，机械的选型应根据现场施工条件、土质、土方量大小、

机械性能和施工单位机械装备情况综合考虑情况分析；

3.按土的地址成因、颗粒组成或塑性指数及工程特征来划分

1）地址成因：由于我国地域范围宽广，所以造成了各地的土壤性质不同，

形成了膨胀土，冻土，红粘土，黄土等特殊工程性质的土壤。

A.膨胀土是指具有较大的吸水后显著膨胀、失水后显著收缩特性的高

液限粘土。主要在黄河以南地区较多；

B.冻土是指分布于高纬地带和高山垂直带上部，具体的地理位置在青

藏高原和东北地区；冻土是一种对温度极为敏感的土体介质，含有

丰富的地下冰。因此，冻土具有流变性，其长期强度远低于瞬时强

度特征。正由于这些特征，在冻土区修筑工程构筑物就必须面临两

大危险：冻胀和融沉。随着气候变暖，冻土在不断退化。

C.红粘土是指古近代晚期我国广大地区广泛堆积的土状堆积物，没有

湿陷性，但是其在暴露地表时容易龟裂，成为破碎颗粒，但是如果

在下层，压实后水稳性较好，强度较高。一般在云贵高原较多；

D.黄土是指在干燥气候条件下形成的多孔性的具有柱状节理的黄色粉

性土，湿陷性黄土受水浸湿后会产生较大的沉陷，主要存在于华北,

西北地区。

2）塑性指数：可用土处于塑性状态的含水量变化范围来衡量，这范围即液

限与塑限之差值，称为塑性指数LUP；

A.塑限：把塑性状态土重塑均匀后，用手掌在毛玻璃板上把土团搓成

圆土条，在搓的过程中，土条水分渐渐蒸发变干，当搓到土条直径

恰好为3mm时，土条自动断裂为若干段，这时的含水量即为塑限。

3）颗粒组成：土粒的大小称为粒度。在工程上常把大小相近的土粒合并为

组，称为粒组。

4）土的粒组划分方案，见表2-1

表2-1土的粒组划分方案

粒组统称粒组名称粒径d范围（mm）分析方法主要特征

漂石（块石）粒d>200直接测定

巨粒

卵石（碎石）粒60<d^200透水性很大，压缩性极小，

颗粒间无粘结，无毛细性。

粗砾20<dW60筛

砾粒

细砾2<dW20

分

粗粒粗砂0.5<dW2

法透水性大，压缩性小，无

砂粒中砂0.25<dW0.5

粘性，有一定毛细性。

细砂0.075<d^0.25

透水性小，压缩性中等，

细粒粉粒0.005<dW0.075

静水沉降毛细上升高度大，微粘性。

原理透水性极弱，压缩性变化

粘粒dWO.005

大，具粘性和可塑性。

5）常见土的基本工程性质

A.作为建筑地基的岩土，可分为岩石、碎石土、砂土、粉土、粘性土和

人工填土；

B.岩石应为颗粒间牢固联结，呈整体或具有节理裂隙的岩体。作为建筑

物地基，除应确定岩石的地质名称外，尚应按规定划分其坚硬程度和

完整程度；

C.岩石的坚硬程度应根据岩块的饱和和单轴抗压强度按规定分为坚硬

岩、较硬岩、较软岩、软岩和极软岩。当缺乏饱和单轴抗压强度资料

或不能进行该相试验时，可在现场通过观察定性划分，划分标准可按

本规范执行。岩石的风化程度可分为为风化、微风化、中风化、强风

化和强风化；

D.岩体完整程度应按规定划分为完整、较完整、较破碎、破碎和极破

碎。当缺乏试验数据时可按规范执行；

E.碎石土为粒径大于2MM的颗粒含量超过全重50%的土。碎石土可分为

漂石、块石、卵石、碎石、圆砾和角砾；

F.碎石土的密实度，可分为松散、稍密、中密和密实；

G.砂土为粒径大于2MM的颗粒含量不超过全重50乐粒径大于0.075MM

的颗粒超过全重50%的土。砂土可分为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉

砂；砂土的密实度，可分为松散、稍密、中密和密实；

H.粘性土为塑性指数IP大于10的土，可分为粘土、粉质粘土；

I.粘性土的状态，可分为坚硬、硬塑、可塑、软塑、流塑；

J.粉土为介于砂土与粘性土之间，塑性指标IPW10且粒径大于

0.075MM的颗粒含量不超过全重50%的土；

K.淤泥为在静水或缓慢的流水环境中沉积，并经生物化学作用形成，其

天然含水量大于液限、天然孔隙比大于或等于1.5的粘性土。当天然

含水量大于液限而天然孔隙比小于1.5但大于或等于1.0的粘性土或

粉土为淤泥质土；

L.红粘土为碳酸盐岩系的岩石经红土化作用形成的高塑性粘土。其液限

一般大于50o红粘土经再搬运后仍保留其基本特征，其液限大于45

的土为次生红粘土；

M.人工填土根据其组成和成因，可分为素填土、压实填土、杂填土、冲

填土。

N.素填土为由碎石土、砂土、粉土、粘性土等组成的填土。经过压实或

夯实的素填土为压实填土。杂填土为含有建筑垃圾、工业废料、生活

垃圾等杂物的填土。冲填土为由水力冲填泥砂形成的填土；

0.膨胀土为土中粘粒成分主要由亲水性矿物组成，同时具有显著的吸水

膨胀和失水收缩特性，其自由膨胀率大于或等于40%的粘性土；

P.湿陷性土为侵水后产生附加沉降，其湿陷系数大于或等于0.015的土。

4.按定额中规定进行划分

1）市政工程中，根据土石方施工的难易程度，将土石方划分了等级，分为:

一二类土壤、三类土壤、四类土壤、松石、次坚石、普坚石六个等级

2）土壤及岩石（普氏）分类表的背景

A.由俄罗斯学者于1926年提出的岩石坚固性系数（又称普氏系数）至今

仍然矿山开采业和勘探掘进中得到广泛应用

B.优点：分类较完善，细致，现在仍然在各个领域中使用

C.缺点：岩石的坚固性虽概括了岩石的各种属性（如岩石的凿岩性，爆破

性，稳定性等)，但是有些情况下这些属性并不是完全一致的；普氏分

级法采用实验室测定来代替现场测定，这就不可避免地带来因应力状态

的改变而造成坚固程度上的误差。

3)土壤及岩石(普氏)分类表的特点及适用范围

A.定额分类和普氏分类要相互对应记忆

B.土壤以开挖方法及工具来进行分类，岩石以极限压碎强度和紧固系数来

进行分类

4)如何查用定额中关于土壤中关于土壤分类的条目

A.依据2000年《四川省市政工程计价定额》(SGD3-2000)上的规定，对土

壤进行综合编制，不区分类别；

B.石方需要按照极限压碎强度和紧固系数来进行分类

五土石方工程的施工

(一)一般土石方工程的施工

1场地平整及施工准备工作

(1)场地清理

包括拆除房屋、古墓，拆迁或改建通讯、电力设备、上下水管道以及其他建

筑物，迁移树木，去除耕植土及河塘淤泥等

(2)排除地面水

场地内低洼地区的积水必须排除，同时应注意雨水的排除，使场地保持干燥,

以利土方施工

(3)修筑好临时道路及供水、供电等临时设施

(4)当进行大型场地竖向规划设计时，要把天然地面改造成我们所要求的设计平

面，就应该满足建筑规划和生产工艺方面的要求，并尽量使填挖方平衡，总的土

方量最小。

2土方边坡与土壁支撑

(1)土方边坡

为了防止塌方，保证施工安全，在挖方或填方的开挖深度或填筑高度超过一

定限度时，均应在其边沿做成具有一定坡度的边坡。

土方边坡坡度=旦=—L=i：加

BB/H

根据《土方和爆破工程施工及验收规范》的规定，当地下水位低于基底，在

湿度正常的土层中开挖基坑或管沟，且敞露时间不长时，可做成直立壁不加支撑,

但挖方深度不宜超过下列规定：

①砂土和碎石土不大于1m；

②轻亚粘土及亚粘土不大于1.25m；

③粘土不大于1.5m；

④坚硬的粘性土不大于2m

(2)土壁支撑

土壁稳定主要是由土体内摩阻力和粘结力来保持平衡的。一旦土体失去平

衡，土壁就会塌方。

造成土壁塌方的原因是：边坡过陡或土质差，基坑开挖深度大；雨水、地下

水渗入基坑，使土泡软，抗剪能力降低；基坑上边缘有静荷载或动荷载作用。

为了保证土体稳定和施工安全，可采取以下措施：

①放足边坡

②设置支撑

土壁支撑主要有两种方式

①衡撑式支撑

开挖较窄的沟槽，多用横撑式土壁支撑。根据挡土板的不同，可分为水平挡

土板式和垂直挡土板式两类。见下图

水平挡土板

图1水平挡土板图2垂直挡土板

②板桩支撑

板桩为一种支护结构，既挡土又防水。板桩分木板桩、钢筋混凝土板桩、

钢筋混凝土护坡桩、钢板桩和钢木混和板桩式支护结构等数种。钢板桩可多

次重复使用，钢筋混凝土板桩一般不重复使用。

钢板桩基本上分为平板桩与波浪形板桩两类。平板桩防水和承受轴向力

的性能较好，易打入地下，但长轴方向抗弯强度较小。波浪形板桩的防水和

抗弯性能均较好，目前常用者为“拉森”钢板桩。

3施工排水

开挖基坑时，流入坑内的地下水和地面水如不及时排走，不但会使施工条件

恶化，造成土壁塌方，而且还会影响地基的承载力。因此，在土方施工中，做好

施工排水工作，保持土体干燥是十分重要的。

施工排水可分为明沟排水和人工降水地下水位两类

（1）明沟排水

明沟排水是采用截、疏、抽的方法。截：是截住水流；疏：是疏干积水；抽：

是在基坑开挖过程中，在坑底设置集水井，并沿坑底的周围或中央开挖排水沟，

使水流入集水井中，然后用水泵抽走，此种方法称为集水井降水

（2）人工降低地下水

人工降低地下水就是在基坑开挖前，先在基坑周围埋设一定数量的滤水管，

利用抽水设备从中抽水，使地下水位降落到坑底以下，直到施工完毕为止。

①轻型井点：沿着基坑四周或一侧每隔一定距离埋入井点管（下端为滤管）

至蓄水层内，井点管内上端通过弯联管与总管连接，利用抽水设备将地下水从井

点管内不断抽出，使原有地下水位降至坑底标高以下的一种降水方法。优点：设

备轻便，造价低，被广泛采用。降水深度一般在6m左右。

②喷射井点：分为喷水井点和喷气井点两种，由喷射井管、高压水泵和管

路组成，将内室和外室形成一定的压力差，达到抽出地下水的目的。降水深度可

达8-20m.

③电渗井点：当土的渗透系数很小，采用轻型井点或者喷射井点效果不明

显时，宜改用电渗井点降水。原理是以原有的井点管（轻型井点或喷射井点）作

为阴极，沿基坑（槽）外围布置，采用套管冲枪成孔埋设；以钢管（650-675）

或钢筋（”25以上）作为阳极，埋在井点管内侧，通入直流电后，形成电渗现

象（电泳现象）。使用情况：粘土、粉质粘土、淤泥

④管井井点：沿基坑隔一定距离设置一个管井，每个管井单独用一台水泵

（潜水泵或离心泵）不断抽水以降低地下水位。井内水位能降低6Tom,适用于

渗透系数较大（K=20-200m/d）、地下水量大的情况。

⑤深水泵：适用于降水深度大于16m的情况。

4填土压实

（1）对填土的要求

a）.含水量大的粘土、淤泥土、冻土、膨胀性土、有机物含量大于8躲的土、

硫酸盐含量大于5%的土，均不能用作填土；

b）.应水平分层填土、分层夯实,每层的厚度根据土的种类及压实机械而定;

c）.采用两种透水性不同的土料时，应分别分层填筑，透水性较小的土宜在

上层。

（2）压实方法

a).碾压法：利用机械滚轮的压力压实土壤，使之达到所需的密实度。

b).夯实法：利用夯锤下落的冲击力来夯实土壤，此法主要用于小面积回填土。

c).振动压实法：将振动压实机置于土层表面，借助振动机构使压实机械振动，

土颗粒发生相对位移而达到紧密状态。

(3)影响填土压实质量的因素

a).压实功的影响

b).含水量的影响

c).铺土厚度的影响

5主要挖土机械及其选择

(1)推土机

推土机是土方工程施工的主要机械之一，可以独立完成铲土、运土及卸土三

种作业。它操作灵活，运转方便，因此应用范围较广。多用于场地的清理和平整，

开挖深度不大的基坑，填平沟坑，以及配合铲运机、挖土机工作等。其推运距离

宜在100m以内，以运距在50nl以内经济效果最好。

(2)铲运机

铲运机是一种能综合完成全部土方施工工序(挖、运、卸、平)的机械。铲运机

管理简单，生产效率高，且运行费用低，常用于大面积场地平整、开挖大型基坑、

填筑路基等。

(3)单斗挖土机

单斗挖土机在土方工程中应用较广，种类很多，按其工作装置可分为正铲、反铲、

拉铲和抓斗等不同挖土机，但常用的为正铲和反铲挖土机。

(4)土方机械的选择

a).当地形起伏不大，坡度在20。以内，土方开挖的面积较大，土的含水量适当,

平均运距在1km以内时，采用铲运机较合适。

b).地形起伏较大，一般挖土高度在3m以上，运距超过1km,工程量较大且又

集中时，一般可根据情况用三种方法进行选择：i正铲挖土机配合自卸汽车进行

施工，并在弃土区配备推土机平整土堆；ii用推土机将士推入漏斗，用自卸汽车

在漏斗下装土并运走；iii用推土机预先将土推成一堆，用装载机把土装到汽车

上运走。

c).开挖基坑时，可根据运距长短、挖掘深浅，分别采用推土机、铲运机或挖土

机配合自卸汽车进行施工。

6桩基础工程

桩的作用在于将上部建筑结构的载重传递到深处承载力较大的土层上，或者

将软土层挤实，以提高土壤的承载力和密实度，保证建筑物的稳定和减少沉降量。

当上部结构质量很大，而软弱土层又较厚时，采用桩基施工可省去大量的土房工

作量、支撑工作量和排水、降水设施，一般均能获得良好的效果。

(1)桩的分类

根据桩在土壤中的工作性质，可分为下列三种：

a).端承桩：穿过软土层而桩端达到岩层或坚硬土上的桩

b).摩擦桩：悬在软土层中靠摩擦力承重的桩

c).锚固桩：主要承受抗拔拉力和水平力的桩

按桩的施工方法不同，分为预制桩和灌注桩两大类。

a).预制桩：在工厂或施工现场制成各种材料和形式的桩，而后用沉桩设备将桩

打入、压入、振入或旋入土中；

b).灌注桩：在施工现场的桩位上先成孔，然后在孔内灌注碎而成。

(2)预制钢筋混凝土桩施工

a).预制钢筋碎打入桩

表1打桩设备的组成、作用及其分类

对桩施加冲击，把桩落锤、柴油锤、蒸汽锤、液

桩锤

打入土中压锤

支持桩身和桩锤，引沿轨道行驶的多能桩架；履

打桩设备桩架

导桩打击方向带底盘上的打桩架

为蒸汽锤提供蒸汽

动力设备

的设备

表2制作、运输、起吊和堆放

较短的桩多在预制厂生现场预制多用叠浇法施上层桩或邻桩的浇筑，应

产，较长的桩一般在打桩工，但不宜超过三层。且在下层桩或邻桩的碎达到

制作

现场附近或就近预制要做好隔离层设计强度的30%以后方可

进行

起吊当碎桩达到设计强度的起吊时，起吊点的位置由

100%后，方可起吊和运设计决定

运输输。

桩堆放时，地面必须平整各层垫木应位于同一垂直不同规格的桩，应分别堆

堆放坚实，垫木的间距应根据线上，预制桩的堆放层数放

吊点位置确定。不宜超过四层

表3打桩

根据地形、土由于桩队土体产生挤压，先打

质、和桩布置的入的桩常被后打入的桩推挤而

打桩顺序

密度确定。发生水平位移，因此应拟定合

理的打桩顺序。

在桩位就位后，垂直对准桩位中心缓缓放下，在桩顶扣好桩帽或桩箍，起

打桩方法即可吊桩插入土中，位置要准确。锤劲压并轻击数锤，观察是

否垂直，再正常施打。

要视允许偏差、

打桩质量贯入度和沉桩

控制标高是否满足

设计要求

b).静力压桩

静力压桩是利用压桩架自重和配重，通过卷扬机的牵引传至桩顶，将桩直接

压入土中。

图静力压桩机的主要构造

c).水冲沉桩

水冲沉桩是利用高压水流冲刷桩尖下面的土壤，以减小桩表面与土壤之间的

摩擦力和桩下沉时的阻力，使其在自重或锤击作用下，很快沉入土中。

d）.振动沉桩

利用固定在桩头上的振动沉桩体所产生的振动力，以减小桩与土壤颗粒之间

的摩擦力，使桩在自重与机械力的作用下沉入土中。

（3）灌注桩施工

a）.钻孔灌注桩

利用钻孔机钻出桩位，然后灌注混凝土或钢筋混凝土而成。施工时无振动，

不挤土，能在各种土层条件下施工。缺点是承载能力较低，沉降量也较大。

b）.挖孔灌注桩

c）.打拔管灌注桩

是利用与桩的设计尺寸相适应的一根钢管，在端部套上预制的桩靴，打入土

中，然后将钢筋骨架放入钢管内，再灌注混凝土，并随灌随将钢管拔出，利用拔

时的振动将混凝土捣实。优点是可以用小钢管灌注出大断面桩的效果。

d）.爆扩灌注桩

爆扩桩是用钻孔及爆扩法成孔，孔底放入炸药，再灌入适量的混凝土，然后

引爆，使孔底形成扩大头。此时，孔内混凝土落入孔底腔内，再放置钢筋骨架，

浇筑桩身混凝土，制成灌注桩。

（二）道路工程土石方工程施工

1路基断面形式：路基是路面的基础，一般由土石方工程压实而成，路基与路

面结构共同形成稳定的实体承担车辆荷载的作用。

1）路堤一一道路设计线高于原地面，由填方构成的路基断面形式

2）路堑一一道路设计线低于原地面，由挖方构成的路基断面形式

3）半填半挖一一路堤和路堑的综合形式，一般是设置在较陡的山坡上

4）不填不挖一一道路设计线与原地面标高基本平齐。

2路基施工

1）道路土方施工：

挖方路基一一根据土质条件和挖方深度合理确定开挖边坡，并保证路基的

压实度。

填方路基一一认真处理基底，选择良好的地基用土，分层碾压密实。

2）道路石方施工

凿石一一采用铁钎、铁锤或风镐将石方凿除，常用于石方量小或不宜爆破

开挖的情况

爆破一一施工顺序：打眼、装药、爆破、清理；常用方法：裸露药包法、

炮眼法、深孔爆破法、药壶法、洞室法

3软土路基加固处理

1）换填一一将泥炭、软土全部挖除，使路堤筑于基底或尽量换填渗水性土

体，改善基底强度。

2）抛石挤淤一一在路基底从中部向两侧抛投一定数量片石，将淤泥挤出路

基范围，以提高路基强度。

3）砂垫层一一使软土顶面增加一个排水面，促进路基底的排水固结，提高

路基强度与稳定性。

4）设置砂井

5）摊铺土工布一一以土工布摊铺底层，并折向沿边坡作防护，既提高基底

刚度，也使边坡受到维护，有利于排水并因地基应力再分配而增加路基的稳定性。

6）塑料排水板一一作垂直与横向排水，可使路堤加快固结，加快沉降，提

高路基强度

（三）管网工程土石方工程施工

由于污水管道与雨水管道在道路红线以内平面位置和标高不同，一般先进性

埋深较深的污水管道施工，再进行埋深较浅的雨水管道施工

施工的一般顺序是：施工前准备工作一一沟槽开挖一一基础浇注一一管道安

装一一构筑物的砌筑一一闭水试验（污水）一一土方的回填及管道工程的检查与

验收

1开挖形式

梯形槽、混合槽、直槽、联合槽

选定何种沟槽断面形式，要考虑土的种类、地下水水位、管道结构尺寸、管

道埋深、开挖方式和方法、施工排水、现场的其他原因等

2开挖要点

1）人工开挖

2）机械开挖

3沟槽开挖宽度

8=。+2（4+4+&）

B一一管道沟槽底部的开挖宽度

D——管道结构的外缘宽度

乙一一管道一侧的工作面宽度

b2——管道一侧的支撑板厚度

b3一一现场浇注混凝土或钢筋混凝土一侧模板的厚度

第三章道路工程基础知识

一道路工程的概念及范围

1.道路工程的概念

1）是指从事道路的规划、勘测、设计、施工、监理、养护等的应用科学和

技术，是土木工程的一个分支；

2）道路通常是为陆地交通运输服务，通行各种机动车、人畜力车、驮骑牲

畜和行人的各种路的统称。

2.道路工程的分类

1）按使用性质分为城市道路、公路、厂矿道路、农村道路、林区道路等，

其中城市道路，也即是市政道路工程，是讲解的重点内容；

2）市政道路工程的概念：在城市范围内具有一定技术条件和设施的道路。

3.道路工程的范围

1）广义的道路工程范围：道路网规划、路线勘测设计、路基工程、路面工程、

道路排水工程、桥涵工程、隧道工程、附属设施和养护工程等。

2）狭义的道路工程范围：只包括道路网规划、路线勘测设计、路基工程、路

面工程和道路上的附属设施。

二城市道路工程基础知识

1.城市道路概述：城市道路是市政工程的重要组成部分

1）公路：联通全国各行政区划之间的汽车道路交通网络，由国家和各省管

辖；

2）城市公路：市区内交通运输的通道，各种管线的走廊和城区区划的界线,

骨架；

3）专用道路：为某种特定需要开辟的道路交通，如矿山、军用道路等。

2.城市道路的作用

1）城市道路是城市中行人和车辆往来的专门用地，是连接城市各个组成部

分，并与公路相贯通的交通纽带，使城市构成一个相互协调有机联系的整体;

2）城市道路是城市建设的主要项目，是总体规划所确定的建筑红线之间的

用地部分，道路红线一一城市中道路用地和其他用地的分界线（绵阳长虹大

道）；

3）城市道路是市政工程建设的重要组成部分，是城市总体布局的骨架。

3.城市道路的组成

1）供各类车辆行驶的车行道，分机动车道和非机动车道；

2）人行道；

3）沿街绿化地带；

4）组织交通，保证交通安全的辅助性交通设施，交通信号，交通标志，分

车道，导向岛，护栏，停车场，公交车站台。

4.城市道路工程的分类

1）按路幅形式分类（见表3T）

表3-1按路幅形式分类

类别机动和非机动车辆行驶状况适用范围

机动车交通量增大，非机动车交通量减小，用于

一幅式混合行驶

用地不足，拆迁困难的支路

二幅式分流向，混合行驶同上

机动车交通量增大，非机动车交通量增大，适用

三幅式分道行驶，非机动车分流向

于红线宽度240m

机动车交通量增大，非机动车交通量增大，适用

四幅式分流向，分道行驶

于红线宽度250m

2）按功能性质分类（见表3-2）

表3-2按功能性质分类

分类功能横向布置进出口及交叉口要求

快速路设计车速280km/h设中间隔离带，采用与高速主干路交叉须设立交，人行

二幅、四幅断面形式横道应设天桥和地道

主干路4车道以上三幅、四幅为主，机与次干路可采用平交，

动车多设分流形式

次干路服务性为主三幅和四幅，分流形

驶

支路服务性为主单幅式

5.城市道路网的形成

城市道路系统由城市范围内所有道路组成的一个体系

1）方格网式：即每隔一定距离设一干路，干路间设支路，分为大小适当的

街坊，适用于平坦的中小城市，或大城市中个体区域，例如德阳；

优点：便于建筑物布置，定线方便，交通组织简单便利，系统明确

缺点：始终走折线，降低了使用效能

2）放射环形式：以市中心为中心，环绕市中心布置若干环形干道，还有四

周放射的干道。国内外大城市和特大城市采用较多，例如成都；

优点：方便快捷

缺点：市中心交通压力过重

3）自由式：结合地形布置，路线弯曲，无一定的几何图形；例如重庆；

优点:大大利用城市地形特征，减少投资

缺点：影响建筑物的布置，路线弯曲，不易识别方向

4）混合式：扬长避短，几种结合，例如北京，上海等。

6.城市道路的结构

1）结构层次

A.面层：路面结构层最上面的一个层次，直接同大气和车轮接触，受

行车荷载的作用以及外界因素变化的影响最大。应具备较高的力学

强度和稳定性，应当耐磨，不透水，具有良好的抗滑性能；

B.基层：路面结构层中的承重部分，主要承受车轮荷载的竖向力，并

把由面层传下来的应力扩散到垫层或土基。应当具备强度一定，有

扩散性；

C.垫层：介于基层与土基之间的层次，起排水，隔水，防冻或防污等

作用，调节和改善土基的水温状况，以保证面层和基层具有必要的

强度、稳定性和抗冻胀能力，进一步扩散荷载应力；

D.土基：道路的基层一一路基，压实度。

2）路面分类

图3-1路面分类一

r柔性路面

按结构组成和力学特性J刚性路面

半刚性路面

图3-2路面分类二

高级

次高级

按路面的使用品质

中级

低级

3）常见路面结构层组合

图3-3刚性路面结构

C30水泥混凝土

石灰土基层

土基

图3-4半刚性路面结构

细粒式沥青混凝土

水泥混凝土

天然砂砾

土基

图3-5柔性路面结构

细粒式沥青混凝土

中粒式沥青混凝土

_沥青碎石

天然砂砾

土基

三城市道路工程路基施工

1.道路土方施工

1）挖方路基：根据土质条件和挖方深度合理确定开挖边坡，并保证路基的

压实度。

2）填方路基：认真处理基底，选择良好的地基用土，分层碾压密实。

2.道路石方施工

1）凿石：采用铁钎、铁锤或风镐将石方凿除，常用于石方量小或不宜爆破

开挖的情况；

2）爆破:施工顺序：打眼、装药、爆破、清理；常用方法：裸露药包法、

炮眼法、深孔爆破法、药壶法、洞室法。

3.软土路基加固处理

1）换填：将泥炭、软土全部挖除，使路堤筑于基底或尽量换填渗水性土体,

改善基底强度；

2）抛石挤淤：在路基底从中部向两侧抛投一定数量片石，将淤泥挤出路基

范围，以提高路基强度；

3）砂垫层：使软土顶面增加一个排水面，促进路基底的排水固结，提高路

基强度与稳定性；

4）设置砂井；

5）摊铺土工布：以土工布摊铺底层，并折向沿边坡作防护，既提高基底刚

度，也使边坡受到维护，有利于排水并因地基应力再分配而增加路基的

稳定性；

6）塑料排水板：作垂直与横向排水，可使路堤加快固结，加快沉降，提高

路基强度。

4.道路基层施工

1）石灰土基层

A.概念：将土粉碎，掺入石灰，将这种混合料在最佳含水量下拌和、

铺筑、压实，经养护成型的结构层；作为高级、次高级路

面的基层或作为改善水温状况的垫层；石灰剂量8阳12版石

灰剂量=石灰重：干土重。

B.施工工艺：

路拌一一拖拉机带犁耙在路槽中翻拌（拖拉机可以拖带各种土方机械进

行多种作业）

厂拌一一采用拌和机拌和后再运往现场进行摊铺。

2）石灰工业废渣基层

A.概念：把石灰、某种废渣土按一定比例混合使用，“两渣土”“两灰

土”

B.施工工艺：拌和一一整型一一碾压一一养护而成半刚性路面结构层

3）天然沙砾基层

A.概念：设置在路基与基层之间的结构层，主要用于隔离毛细水上升

浸入路面基层

B.施工工艺：设计厚度一般为15-30cm,若压实厚度叁20cm,应分层摊

铺，分层碾压。

4）级配碎石

A.概念

粗、细碎石集料和石屑各占一定比例的混合料，当其颗粒组成符合密实

级配要求时，称为级配碎石。

由各种大小不同粒级集料组成的混合料，当其级配符合技术规范的规定

时，称其为级配型集料。级配型集料包括级配碎石、级配碎砾石（碎石

和砂砾的混合料，也常将砾石中的超尺寸颗粒砸碎后与砂砾一起组成碎

砾石）和级配砾石（或称级配砂砾）。

主要改善路基工作条件，也可作为整平旧路

B.施工工艺：手摆，直接填筑

5）水泥稳定碎石基层

A.概念：由水泥和碎石级配料经拌合、摊铺、振捣、压实、养护后形

成的一种新型路基材料，特别在地下水位以下部位，强度能

持续成长，从而延长道路的使用寿命。

B.施工工艺

图3-6水泥稳定碎石基层施工工艺流程图

四城市道路工程路面施工

1水泥於路面施工

A.概念：将一定配合比的水泥和砂石材料经搅拌，摊铺而成的刚性路面;

B.施工顺序

图3-7水泥砂路面施工工艺流程图

2沥青类面层施工

A.沥青表面处治路面

a).概念：指的是用沥青和集料按层铺法或拌和法铺筑而成的厚度不超

过3cm的沥青面层。又称为“微表处”

b).施工工艺：通常采用层铺法进行施工，按照洒布沥青及铺洒矿料的

层次的多少，可分为单层式、双层式、三层式三种，其中单层式和双层式

是三层式的一部分。

图3-8沥青表面处治路面施工工艺流程图

使矿料外露，并保持干燥，若整体

强度不足，应予以补强。

1.有空白，应立即补强，有积聚，应立即刮除

2.用沥青洒布车进行喷洒，洒布温度应根据施

工气温和沥青标号确定

1.矿料洒布机，应全面，厚度一致，矿料不重

叠，不露沥青

2.局部缺料，应及时找补

L60-80KN双轮压路机，碾压3-4遍

2.应由一侧路缘压向路中

B.沥青贯入式路面

a).概念：在初步压实稳定的碎石层上，用热沥青浇灌后，现分层洒铺

嵌缝料，喷洒沥青并压实成型的路面结构。

b).施工工艺：清扫基层一洒透层或粘层沥青一洒主层矿料一碾压一洒

布第一层沥青一洒布第一遍嵌缝料一碾压一洒布第二层沥青一洒布第二遍

嵌缝料一碾压一洒布第三层沥青一洒布第三遍嵌缝料一碾压一洒封层料―

碾压一初期养护

C.沥青碎和沥青碎石路面

a).概念：由几种粒径不同的颗粒矿料(碎石、石屑、砂和矿粉)用沥

青作结合料，按一定比例配合，进行拌和而成得混合料。上述的材料中若

不加矿粉，则拌和而成的混合料为沥青碎石。

D.透层、粘层及封层

a).概念：

透层一一用于非沥青类基层表面，增强与上层新铺沥青层的粘结性，减小

基层的透水性。

粘层一一下列三种情况必须使用粘层油；1.双层式或三层式热拌热铺沥青

混合料路面的沥青层之间；2.水泥混凝土路面、沥青稳定碎石基层或旧沥

青路面层上加铺沥青层；3.路缘石、雨水口、检查井等构筑物与新铺沥青

混合料等接触的侧面。

封层一一沥青封层是在面层或基层上修筑的沥青表处薄层，用于封闭表面

空隙，防止水分浸入面层或基层，延缓面层老化，改善路面外观。修筑在

面层上的称为上封层，修筑在基层上的称为下封层。上封层及下封层可采

用层铺法或拌和法施工的单层式沥青