1、第一章 土方工程1.1 概述1. 流体力学-流线网； 2. 土力学-土压力、土的渗透性； 3. 抽水设备(井泵)的扬程及扬程与真空度的关系。1. 土方工程的特点；2. 熟悉施工中土的工程分类及分类依据； 2. 掌握土的可松性； 3. 熟悉原状土压实后的沉降量 。1.工程中常见的土方工程有哪些？ 土方工程包括一切土的挖掘、填筑和运输等过程以及排水、降水、土壁支撑等准备工作和辅助工程。在土木工程中，最常见的土方工程有：场地平整、基坑（槽）开挖、地坪填土、路基填筑及基坑回填土等。2.土方工程由那些种类？ 土方工程包括一切土的挖掘、填筑和运输等过程以及排水、降水、土壁支撑等准备工作和辅助工程。在土木工
2、程中，最常见的土方工程有：场地平整、基坑（槽）开挖、地坪填土、路基填筑及基坑回填土等。3.施工中土方一般是按照什么来分类？ 土的分类繁多，其分类法也很多，如按土的沉积年代、颗粒级配、密实度、液性指数等分类。在土木工程施工中，按土的开挖难易程度将土分为八类，它是施工中选择合适的机械与开挖方法的依据，也是确定土木工程劳动定额的依据。4.施工中分成哪八类土？如何区分？ 5.土有哪些主要的工程性质？ 土的工程性质对土方工程施工有直接影响，也是进行土方施工设计必须掌握的基本资料。土的主要工程性质有：土的可松性、渗透性、密实度、抗剪强度、土压力等6.什么是土的可松性？土具有可松性即自然状态下的土，经过开挖
3、后，其体积因松散而增大，以后虽经回填压实，仍不能恢复。土的可松性程度用可松性系数表示，即（1-1） 式中 最初可松性系数；最终可松性系数；V1 土在天然状态下的体积，m 3；V2 土经开挖后的松散体积，m 3；V3 土经回填压实后的体积，m 3。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。如：在土方工程中， 是计算土方施工机械及运土车辆等的重要参数， 是计算场地平整标高及填方时所需挖土量等的重要参数。各类土的可松性系数见表 1-1。土的可松性系数 表 1-1土的类别 可松性系数Ks Ks第一类（松软土） 1.081.1
4、7 1.011.04第二类（普通土） 1.141.28 1.021.05第三类（坚土） 1.241.30 1.041.07第四类（砾砂坚土） 1.261.37 1.061.09第五类（软石） 1.301.45 1.101.20第六类（次坚石） 1.301.45 1.101.20第七类（坚石） 1.301.45 1.101.20第八类（特坚石） 1.451.50 1.201.307.什么场合要考虑土的可松性? 土具有可松性即自然状态下的土，经过开挖后，其体积因松散而增大，以后虽经回填压实，仍不能恢复。土的可松性程度用可松性系数表示，即（1-1） 式中 最初可松性系数；最终可松性系数；V1 土在天
5、然状态下的体积，m 3；V2 土经开挖后的松散体积，m 3；V3 土经回填压实后的体积，m 3。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。如：在土方工程中， 是计算土方施工机械及运土车辆等的重要参数， 是计算场地平整标高及填方时所需挖土量等的重要参数。各类土的可松性系数见表 1-1。土的可松性系数 表 1-1土的类别 可松性系数Ks Ks第一类（松软土） 1.081.17 1.011.04第二类（普通土） 1.141.28 1.021.05第三类（坚土） 1.241.30 1.041.07第四类（砾砂坚土） 1.26
6、1.37 1.061.09第五类（软石） 1.301.45 1.101.20第六类（次坚石） 1.301.45 1.101.20第七类（坚石） 1.301.45 1.101.20第八类（特坚石） 1.451.50 1.201.308.原状土经机械压实后的沉降量如何计算？ . 第二类为普通土，一般用锹、锄头挖掘，少许用镐翻松后开挖。引言 土方工程包括一切土的挖掘、填筑和运输等过程以及排水、降水、土壁支撑等准备工作和辅助工程。在土木工程中，最常见的土方工程有：场地平整、基坑（槽）开挖、地坪填土、路基填筑及基坑回填土等。 土方施工的特点 土方工程包括一切土的挖掘、填筑和运输等过程以及排水、降水、土壁
7、支撑等准备工作和辅助工程。在土木工程中，最常见的土方工程有：场地平整、基坑（槽）开挖、地坪填土、路基填筑及基坑回填土等。 施工中土方分类方法 松软土第一类为松软土，其开挖方法用锹、锄头挖掘。普通土第二类为普通土，一般用锹、锄头挖掘，少许用镐翻松后开挖。 坚土第三类为坚土，主要用镐，少许用锹、锄头开挖，部分须用撬棍。 砂砾坚土第四类为砂砾坚土，其开挖一般先用镐、撬棍，然后用锹挖掘，部分须用锲子及大锤。 软石第五类为软石，须用镐或撬棍、大锤，部分用爆破方法开挖。次坚石第六类为次坚石，须用爆破方法开挖，部分用风镐。坚石第七类为坚石，须用爆破方法进行开挖。 特坚石第八类为特坚石，须用爆破方法进行开挖。
8、 土的工程性质土的工程性质对土方工程施工有直接影响，也是进行土方施工设计必须掌握的基本资料。土的主要工程性质有：土的可松性、渗透性、密实度、抗剪强度、土压力等。土的可松性 土的可松性 土具有可松性即自然状态下的土，经过开挖后，其体积因松散而增大，以后虽经回填压实，仍不能恢复。土的可松性程度用可松性系数表示，即（1-1） 式中 最初可松性系数；最终可松性系数；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。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。如：在土方工
9、程中， 是计算土方施工机械及运土车辆等的重要参数， 是计算场地平整标高及填方时所需挖土量等的重要参数。各类土的可松性系数见表 1-1。土的可松性系数 表 1-1土的类别可松性系数KsKs第一类（松软土）1.081.171.011.04第二类（普通土）1.141.281.021.05第三类（坚土）1.241.301.041.07第四类（砾砂坚土）1.261.371.061.09第五类（软石）1.301.451.101.20第六类（次坚石）1.301.451.101.20第七类（坚石）1.301.451.101.20第八类（特坚石）1.451.501.201.30土的含水量 土中水的质量与土的固体
10、颗粒质量之比的百分率，称为土的含水量()。它表示土的干湿程度。 式中： 土中水的质量(g)，为含水状态时土的质量与烘干后的土质量之差； W 土中固体颗粒的质量(g)，为烘干后土的质量。 土的含水量对土方边坡稳定性及填土压实的质量都有影响。 土的渗透性 土的渗透性是指土体被水透过的性质。土体孔隙中的自由水在重力作用下会发生流动，当基坑开挖至地下水位以下，地下水在土中渗透时受到土颗粒的阻力，其大小与土的渗透性及地下水渗流路线长短有关。法国学者达西根据下图中所示的砂土渗透试验，发现渗流速度( V )与水力坡度成正比，即： 水力坡度斜是 A、 B 两点的水位差斜体与渗流路程长度斜体之比，即斜体。显然，
11、渗流速度斜体与 A、 B 两点水位差成正比，与渗流路程长度 L 成反比。比例系数 K 称土的渗透系数(m/d) 。土的渗透系数 K 应经试验确定，下表的数值可供参考。土壤渗透系数土壤的种类 斜体 m/d 土壤的种类 斜体 m/d 亚粘土、粘土 亚粘土 含亚粘土的粉砂 纯粉砂 含粘土的细砂 土方工程量（m 3）方 格例 1-1 例 1-2VT 0 00、1、5、6 所围方格 VW 219.18 343.48VT 0.38 01、2、6、7 所围方格 VW 428.93 89.55VT 24.56 57.492、3、7、8 所围方格 VW 378.78 1.42VT 299.68 227.333、
12、4、8、9 所围方格 VW 0 0VT 64.10 12.345、6、10、11 所围方格 VW 5.20 53.84VT 102.18 32.536、7、11、12 所围方格 VW 0.006 13.45VT 91.83 27.447、8、12、13 所围方格 VW 0 1.42VT 95.61 48.118、9、13、14 所围方格 VW 0.007 0.96VT 197.3 120.7510、11、15、16 所围方格 VW 0 0VT 138.45 79.2011、12、16、17 所围方格 VW 0 0VT 94.10 52.1512、13、17、18 所围方格 VW 0 013、1
13、4、18、19 所 VT 24.38 7.93围方格 VW 4.18 12.33VT 279.18 226.4815、16、20、21 所围方格 VW 0 0VT 93.44 60.6816、17、21、22 所围方格 VW 3.64 6.28VT 9.69 4.3817、18、22、23 所围方格 VW 114.51 127.30VT 1.21 0.6818、19、23、24 所围方格 VW 307.94 308.16总土方量 2978.46 1915.68由此可见，采用最佳设计平面设计方法所得到的设计平面其土方工程量比仅考虑土方挖填平衡的设计方法小得多。三角棱柱体法 三角棱柱体的体积计算方
14、法计算时先把方格网顺地形等高线，将各个方格划分成三角形（图 1-6）。图 1-6 按地形将方格划分成三角形 每个三角形的三个角点的填挖施工高度，用 H1， H2， H3表示。三角棱柱体的体积计算方法也分两种情况：1三角形三个角点全部为挖或全部为填（图 1-7a）（1-15）式中 a方格边长，m；H1， H2， H3三角形各角点的施工高度，m，用绝对值代入。2三角形三个角点有填有挖当三角形三个角点有填有挖时，零线将三角形分成两部分，一个是底面为三角形的锥体，一个是底面为四边形的楔体（图 1-7b）。其中锥体部分的体积为：（1-16）楔体部分的体积为（1-17）式中 H1， H2， H3一分别为三
15、角形各角点的施工高度，m，取绝对值，其中 H3指的是锥体顶点的施工高度。a）全填或全挖；b）锥体部分为填方图 1-7 三角棱柱体的体积计算基坑(槽) 土方工程量计算 基坑（槽）土方施工前，同样需要进行土方工程量计算，基坑（槽）开挖的土方量可按拟柱体积的公式计算（图 1-15），即（1-18）式中 V土方工程量，m 3；H， F1， F2如图所示。F0F1与 F2之间的中截面面积，m 2。工程施工中路堤的填筑的土方工程量与基槽类似，也可按此公式计算。对基坑而言， H 为基坑的深度，F1， F2分别为基坑的上下底面积（m 2），对基槽或路堤， H 为基槽或路堤的长度（m）， F1， F2为两端的面
16、积（m 2）；a）基坑土方量计算；b）基槽、路堤土方量计算图 1-15 土方量计算基槽与路堤通常根据其形状（曲线、折线、变截面等）划分成若干计算段，分段计算土方量,然后再累加求得总的土方工程量。如果基槽、路堤是等截面的，则 F1=F2= F 0，由式（1-18）计算 V=HF1。1.4 土方施工机械本节首页 预备知识1. 机械原理的基本知识；2. 有关机械作业生产率的计算方法；3. 土的可送性。教学要求1. 各种土方机械的性能和作业特点；2. 各种土方机械的适用性；3. 土方机械的选择；4. 挖掘机与运土车辆的配合。你问我答1. 基坑开挖常用的土方机械有哪几类? 2. 场地平整常用的土方机械有
17、哪几类? 3. 推土机的性能如何，它适用于哪些土方工程? 4. 铲运机的性能如何，它适用于哪些土方工程? 5. 正铲挖掘机的性能如何，它适用于哪些土方工程? 6. 反铲挖掘机的性能如何，它适用于哪些土方工程? 7. 抓铲挖掘机的性能如何，它适用于哪些土方工程? 8. 拉铲挖掘机的性能如何，它适用于哪些土方工程? 9. 挖掘机与运土车辆配合应考虑哪些因素? 引言 场地平整土方施工机械主要为推土机、铲运机，有时也使用挖掘机及装载机。 推土机 推土机是一种在拖拉机前端悬装上推土刀的铲土运输机械。作业时，机械向前开行，放下推土刀切削土壤，碎土堆积在刀前，待逐渐积满以后，略提起推土刀，使刀刃贴着地面推移
18、碎土，推到指定地点以后，提刀卸土，然后调头或倒车返回铲掘地点。由于推土机牵引力大，生产率高，工作装置简单牢固，操纵灵便，能进行多种作业，应用甚为广泛。 适用性 推土机适于推挖一至三类土。用于平整场地，移挖作填，回填土方，堆筑堤坝以及配合挖土机集中土方、修路开道等。推土机的作业效率与运距有很大关系，表 1-3 列有直铲作业时的经济运距。 推土机的经济运距 表 1-3行走装置 机 型 经济运距（m） 备 注履带式大 型中 型小 型50l00（最远 l50）60100（最远 120）50上坡用小值下坡用大值轮胎式 5080（最远 150） 型号及作业方式 推土机按照推土刀安装形式分固定推土刀（图 1
19、- 8a）和回转推土刀（图 1-8b）两种。固定推土刀装成垂直于拖拉机纵轴线，只能作上下升降动作和向前推土，故又称直铲推土机。回转推土刀，推土刀可装成在水平面内与拖拉机纵轴线倾斜一个角度（025），还可在垂直面内倾侧一个角度（一般为 0 9）。推土刀在水平面内倾斜作业时，刀前碎土沿着推土刀表面斜向移动而卸于一侧，故称斜铲推土机，其铲、运、卸三个过程同时进行。推土刀在垂直面内倾侧作业时，可以对坚实地面铲掘。 a）固定推土刀；b）回转推土刀图 1-8 履带式推土机 按照行走装置形式，分履带式和轮胎式两种。履带式推土机的履带板有多种形式，以适应不同地面上行走，按照履带接地比压大小，又分为高比压推土机
20、（接地比压 100kPa 以上），适用于石质地面上行走，中比压推土机（接地比压 60100kPa），称为普通推土机、低比压推土机（接地比压 1030kPa），称为湿地或沼泽地推土机。轮胎式推土机大多采用宽基轮胎，全轮驱动，以提高牵引性能并改善通过性能，其接地比压为 200350kPa。由于履带式推土机后端一般可以装松土齿耙、绞盘和反铲装置等，还可以作其他机械的牵引车或铲运机的助铲机，故目前应用广泛。 按照工作装置操纵系统分液压操纵和机械操纵等。液压操纵式利用液压缸来操纵推土刀的升降，可以借助整机的部分重力，强制推土刀切土，切土力大，操纵轻便，广泛用于中、小型推土机上；机械操纵式依靠钢丝绳滑轮组
21、操纵，只能利用推土刀的自重切土，效率较低，一般用于大型和特大型推土机上。 此外，推土机按照发动机功率分小、中、大、特大四种等级，常用推土机功率有 45kW、75 kW、90 kW、 120kW 等数种。国产推土机大多是中型和大型。目前世界上最大型的推土机功率可达到 735kW。 推土机作业以切土和推运土方为主，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，以便缩短低速行进的时间，然后直接推运到预定地点。上下坡坡度不得超过 35B，横坡不得超过 10B。几台推土机同时作业时，前后距离应大于 8m。 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
22、率，可采用下坡推土（图 1-9）、槽形推土以及并列推土等方法（图 1-10）。 图 1-9 下坡推土法a） 槽形推土法；b） 并列推土法图 1-10 槽形推土法与并列推土法请点击下图观看推土机 动画 铲运机 铲运机是种利用铲斗铲削土壤，并将碎土装入铲斗进行运送的铲土运输机械，能够完成铲土、装土、运土、卸土和分层填土、局部碾实的综合作业。适用于铁路，道路、水利、电力等工程平整场地工作。铲运机具有操纵简单，不受地形限制，能独立工作，行驶速度快，生产效率高等优点。其适用一至三类土，如铲削三类以上土壤时，需要预先松土。 铲运机由铲斗（工作装置）、行走装置、操纵机构和牵引机等组成，铲运其工作过程包括：放
23、下铲斗，打开斗门，向前开行，斗前刀片切削土壤，碎土进入铲斗并装满（图 1-11a），提起铲斗，关上斗门，进行运土（图 1-11b）；到卸土地点后打开斗门，卸土，并调节斗的位置，利用刀片刮平土层（图 1-11c）；卸土完毕，返回。a） 铲土；b）运土；c）卸土图 1-11 铲运机的作业过程1斗门；2斗体铲运机 适用性 型号及作业方式 铲运机分自行式和拖式两种。自行式铲运机（图 1-12）由牵引车和铲斗车两部分合成整体，中间用铰销连接，牵引车和铲斗车均为单轴，其经济运距可达 1500m 以上，具有结构紧凑、机动性大、行驶速度高等优点，得到广泛的应用。拖式铲运机需要有拖拉机牵引作业，装有宽基低压轮胎，适用于土质松软的丘陵地带，其经济运距一般为 50500m，由于机动性差，工程中较少应用。 a）自行式； b）拖式图 1-12 铲运机外形图
