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第三章 土石方开挖与填筑. 土石的分类 土石的分类繁多，其分类法也很多，如按土石的沉积年代、颗粒级配、密实度、液性指数分类等。在工程施工中，按土的开挖难易程度将土石分为八类如下表，这也是确定工程劳动定额的依据。. 土的工程分类. 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。. ⑴ 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
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土石的分类 土石的分类繁多，其分类法也很多，如按土石的沉积年代、颗粒级配、密实度、液性指数分类等。在工程施工中，按土的开挖难易程度将土石分为八类如下表，这也是确定工程劳动定额的依据。
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。
⑴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⑴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 ⑵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关。 —最初可松性系数 —最后可松性系数
（3）容重：天然状态土的单位体积重量称为容重，它是显示土壤密实程度的主要标志。（3）容重：天然状态土的单位体积重量称为容重，它是显示土壤密实程度的主要标志。 （4）含水量：土中所含水分的重量与土的固体颗粒重量之比称为土的含水量。以百分数表示。“反映了土的物理力学性状，对工程地基的施工、土方的开挖与填筑、土方的密实有直接的影响。
1、基坑、基槽、土方量的计算 土方量可按拟柱体积的公式算： a）基坑土方量计算； b）基槽、土方量计算 式中 V——土方工程量，H，F1，F2如下图所示。 F1、F2分别为基坑的上下底面积， F0为中截面面积，
2、场地平整土方工程量计算 零线的概念： （1）四棱柱体计算法 全挖或全填 二挖二填 一（三）挖三（一）填 部分挖填：
2、场地平整土方工程量计算 （2）三棱柱体计算法 全挖或全填 部分挖填：
2、场地平整土方量的计算 在场地平整土方工程施工之前，通常要计算土方的工程量。但土方外形往往复杂，不规则，要得到精确的计算结果很困难。一般情况下，可以按方格网将其划为一定的几何形状，并采用具有一定精度而又和实际情况近似的方法进行计算。其计算步骤如下： ⑴划分方格网⑵计算各角点的地面标高⑶计算各角点的设计标高⑷计算各角点的施工高度⑸计算零点、绘出零线⑹计算各方格内的挖填方体积⑺统计挖、填方量⑻调整设计标高
场地设计标高确定 设计标高确定一般方法 ：
工程实例：计算方格网零点及其零线 零线即挖方区与填方区的交线，在该线上，施工高度为零。零线的确定方法是：在相邻角点施工高度为一挖一填的方格边线上，用插入法求出（下图）方格边线上零点的位置，再将各相邻的零点连接起来即得零线。
某建筑场地地形图和方格网（边长a=20m）布置如图。土壤为二类土，地面泄水坡度ix=0.3%, iy=0.3%。试确定场地设计标高（不考虑土的可松性影响）并计算挖、填土方量。 1 43.03 2 43.70 3 44.15 4 44.48 5 42.79 6 42.99 7 43.40 8 43.94 9 41.88 10 42.20 11 42.56 12 42.79
二、土方调配 目的：使土方总运输量（m3·m）最小或施工费用最低 1、调配区划分、平均运距、施工单价： 2、表上作业法：初始调配方案→最优方案判别→方案调整→检查校核
某土方调配工程，其土方工程量和运距见下表：某土方调配工程，其土方工程量和运距见下表： 试用线性规划方法确定初始调配方案和确定最优方案
挖掘机 基坑土方开挖一般均采用挖掘机施工，对大型的、较浅的基坑有时也可采用堆土机。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。挖掘机利用土斗直接挖土，因此也称为单斗挖土机，按土斗作业装置分为正铲、反铲、抓铲及拉铲，使用较多的是前三种。
⑴正铲 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，适用于开挖含水量较小的一类土和经爆破的岩石及冻土。一般用于大型基坑工程，也可用于场地平整施工。
正铲挖土和卸土的方式 • 根据正铲挖土机与运输汽车的相对位置不同，正铲挖土和卸土方式有以下两种：（1）正向挖土、后方卸土。（2）正向挖土、侧向卸土。
3．正铲挖土机的工作面及开行通道 • 挖土机在一个停机位置所能开挖到的工作面称为掌子，也叫掌子面。工作面的大小和形状，一般根据机械的性能、挖土和卸土的方式以及土壤的性质等因素来确定。根据工作面的大小和基坑的断面，即可布置挖土机的开行通道。
⑵反铲 适用于开挖一至三类的砂土或粘土。主要用于开挖停机面以下的土方，一般反铲的最大挖土深度为4~6m的基坑，经济合理的挖土深度为3~5m。反铲也需要配备运土汽车进行运输。
反铲挖土机的开行方式及施工方法 • 反铲挖土机的开行方式有沟端开行和沟侧开行两种。 • （1）沟端开行。挖土机位于基槽一端挖土，随挖随退，后退方向与基槽开挖方向一致。其优点是挖土方便，开挖的深度和宽度都较大。反铲挖土机如能在基槽两侧卸土，其最大挖土宽度为1．7倍挖土机的有效挖土半径。如基坑宽度超过1.7倍挖土机的有效挖土半径时，则可将基坑分条平行开挖。
⑶抓铲 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，也可用于场地平整中的土堆与土丘的挖掘。抓铲还可用于挖取水中淤泥、装卸碎石、矿碴等松散材料。抓铲也有采用液压传动操纵抓斗作业。
⑷拉铲 拉铲适用于一至三类的土，可开挖停机面以下的土方，如较大基坑（槽）和沟渠，挖取水下泥土，也可用于大型场地平整、填筑路基、堤坝等。
推土机 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，下表为直铲作业时的经济运距。
下列作业条件下宜选用推土机: • 配合开挖机械作掌子面清理、渣堆集散工作； • 具备挖掘机工作条件地段的土石推运(如炮台清理、边坡修整等)； • 施工场地广阔，大方量嵌合紧密的坚实黏土及软岩的开挖； • 小型基坑及不深的河渠土方开挖； • 弃渣场的平整； • 配合铲运机开挖助推。
为提高推土机的生产率，可采用以下几种施工方法。为提高推土机的生产率，可采用以下几种施工方法。 （1）下坡推土。在不大于15°的斜坡上，推土机顺坡．向下切土、推运，借助机械本身的重力作用，增大切土深度，缩短铲土时间，可提高生产率30％左右。 （2）并列推土。平整大面积的场地时，为了增大铲刀前土壤的体积，一般采用２台推土机并列推土。这样可以减少土的散失，提高生产率，并可增大推土量15％～30％。两台推土机刀片间距保持30～50cm，平均运距不宜超过50～75ｍ，不宜小于20ｍ。
（3）槽子推土。利用已推过的土槽再次推土，可以减少铲刀前土的散失。当土槽推到一定程度，再推土埂。一般推土量可提高10％～30％。这种方法适宜于挖土层较厚、运距较远的工程。（3）槽子推土。利用已推过的土槽再次推土，可以减少铲刀前土的散失。当土槽推到一定程度，再推土埂。一般推土量可提高10％～30％。这种方法适宜于挖土层较厚、运距较远的工程。 （4）分批集中，一次推送。当推运距离较远且土质又较坚硬时，由于铲刀切土深度较小，可将铲起的少量土先集中在几个中间地点，再一次推送，以便在铲刀前保持满载，有效地利用推土机的功率，缩短推运时间。
铲运机 铲运机是一种能综合完成挖、装、运、填的机械，对行驶道路要求较低，操纵灵活，生产率较高。按行走机构可将铲运机分为拖拉机式铲运机和自行式铲运机两种；按铲斗操纵方式，又可将铲运机分为钢索式和液压式两种。
可选用装载机作为主要挖装机械: • 挖三级以下土方； • 挖装松散土方、沙砾石及爆破后快度适宜的石渣； • 利用推土机带松土器对坚实黏土、冻土和软岩破碎后的土石方挖装； • 由于施工场地狭窄，不便于挖掘机进入作业面作业的土石方挖装； • 具有分散的作业点，但每个作业点土石方挖装量均不很大； • 掌子面高度、装车台阶高度和作业面宽满足装载机作业要求； • 运距短，可以使用装载机同时完成挖运作业。
铲运机的开行路线 • 铲运机由挖至卸运行的循环路线称为开行路线。开行路线合理与否，将直接影响生产效率，所以要预先根据挖填方区的分布合理地组织。开行路线一般有以下两种形式： • （1）环形路线。（2）８字形路线。
提高铲运机生产率的措施 （1）下坡铲土。借助机械本身自重的作用，来加大切土深度和缩短铲土时间。但纵坡不得超过25°，横坡不得超过6°；铲运机不能在陡坡上急转弯，以免翻车。 （2）推土机助铲。在较硬的土层中用推土机在铲斗后助推，可加大铲刀切削力、切土深度和铲土速度。推土机在助铲的空隙时间可兼做松土或平整工作，为铲运机创造工作条件。
提高铲运机生产率的措施 （3）双联铲运法。当拖拉式铲运机的牵引力有富裕时，可在拖拉机后面串联两个铲斗进行双联铲运。如果土质较硬，可用双联单铲操作，即先将一个土斗铲满，再铲第二个土斗；对于松软的土，则用双联双铲，即两个土斗同时推土。
推土机（索式、液压式） 特点：操作灵活 工作面小 速度快 转移方便 能爬30°坡 适用范围：场地清理平整 1.5m以内的基坑开挖和沟槽回填 堆筑堤坝 配合挖土机集土 适用于一～三类土 作业方法： 槽形推土 下坡推土 并列推土 工作距离：100m 最佳距离：30～60m 铲运机（索式、液压式） 特点：操作灵活 综合挖运卸平 运转方便 效率高 道路要求低 适用范围：地形起伏小大面积场地平整 大型基坑沟槽开挖 筑填路基 适宜松土和普通土
工作距离： 拖式—300～800m 自行式—800～1500m 作业方法： 环形 8字形 下坡铲土法 跨铲法 助铲法 单斗挖土机（挖掘机）（机械式 液压式） 特点：挖土方便灵活 效率高 可适应不同条件施工 需装卸汽车配合 适用范围： 地形起伏大 挖土深、高 土方量大 工作面条件差 作业方法： 特点： 正铲挖土机—正挖侧装 正挖反装 前进向上 强制切土 反铲挖土机—沟端开挖 沟侧开挖 后退向下 强制切土 拉铲挖土机—沟端开挖 沟侧开挖 后退向下 自重切土 抓铲挖土机—正抓侧装 正抓反装 直上直下 自重切土
运输机械 1.循环式运输机械 2.连续式运输机械 皮带运输机
挖运机械数量计算 挖运机械设备的生产能力 工程的工期决定了施工强度，施工强度决定了所需的填筑能力，在掌握挖运机械设备的生产能力的基础上，可以决定所需挖运机械设备数量。
挖掘机械 的生产率 挖掘机的生产率P (m3/h) 式中，q—土斗的几何容积，m3； n—每分钟循环工作次数（单斗挖掘机），每分钟倾倒的土斗数量（多斗挖掘机）；KH—土斗的充盈系数，表示实际装料体积与土斗的几何容积的比值；Kp‘—土的松散系数，表示挖土前实土与挖土后松土体积的比值；KB—时间利用系数；Kt—联合作业延误系数，考虑运输工具影响挖掘的工作时间。
运输机械的生产能力 循环式运输机械的生产能力（ m3） 式中，q—运输工具装载的有效方量，m3； T1—一台班的时间，min； T2—一台班内运输工具的非工作时间，min； t — 运输工具周转一次所需时间，min。
周转一次所需时间 对于工地常用的汽车、拖拉机， 式中，t1 —装车时间，min； t2—卸车时间，min； L— 运距，m；v —平均行驶速度，km/h。 （拖拉机，3.5~5 km/h。汽车，一般工地道路，5~20 km/h；改善路面的道路，25~30 km/h。）
运输机械数量的确定 循环式运输机械数量 n 的确定： 式中，QT—运输强度（每台班需运输的总方量），m3。 q—运输工具装载的有效方量，m3； T1—一台班的时间，min； T2—一台班内运输工具的非工作时间，min； t — 运输工具周转一次所需时间，min 。
带式运输机的生产率P (m3/h) 式中，K—带形系数；v—带的运行速度，m/s；B—带宽，m；KB —时间利用系数；KH—充盈系数；Kp‘—土的松散系数，表示挖土前实土与挖土后松土体积的比值；Kd—土石粒径系数，粒径为0.1~0.3倍带宽者，取0.75；粒径为0.05~0.09倍带宽者，取0.9；对细粒材料，取1； K0—倾角影响系数，倾角越大，系数越小。
