土木工程施工08248讲课教案.doc
Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。土木工程施工08248-土木工程施工第一章土方工程1.1概述预备知识：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。教学要求：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。你问我答：1.工程中常见的土方工程有哪些？ 2.土方工程由那些种类？ 3.施工中土方一般是按照什么来分类？ 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？ 6.什么是土的可松性？7.什么场合要考虑土的可松性? 8.原状土经机械压实后的沉降量如何计算？1.1概述引言：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施工往往具有工程量大、劳动繁重和施工条件复杂等特点；土方工程施工又受气候、水文、地质、地下障碍等因素的影响较大，不可确定的因素也较多，有时施工条件极为复杂。施工中土方分类方法松软土：其开挖方法用锹、锄头挖掘。普通土：一般用锹、锄头挖掘，少许用镐翻松后开挖。坚土：主要用镐，少许用锹、锄头开挖，部分须用撬棍。沙砾坚土：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：须用镐或撬棍、大锤，部分用爆破方法开挖。次坚石：须用爆破方法开挖，部分用风镐。坚石、：须用爆破方法进行开挖。特坚石：须用爆破方法进行开挖。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。1.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 KsK's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）1.451.501.201.302.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，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)。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，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<0.10.10.50.51.01.55.01015含粘土的中砖及纯细砂含粘土的细砂及纯中砂纯粗砂粗砂夹砾石砾石20253550507550100100200 3.土的抗剪强度4.土压力土的含水量土中水的质量与土的固体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。1.2场地标高设计预备知识：最小二乘法；2.空间平面方程表示法。教学要求：1.熟悉场地设计标高确定中的有关概念，如“权”、“施工高度”、“泄水坡度”等；2.熟悉场地设计标高确定的一般方法；3.掌握最小二乘法原理求最佳设计平面；4.熟悉工程中对设计平面的调整的方法。你问我答：1.工程中场地设计标高一般要求满足哪些要求? 2.场地设计标高确定有哪些方法? 3.场地设计标高的一般方法设计原理是什么? 4.用“一般方法”如何计算场地设计标高? 5.施工高度的含义是什么?如何确定? 6.什么是最佳设计平面? 7.“最佳设计平面”设计原理是什么? 8.“最佳设计平面”如何计算? 9.设计标高如何进行调整? 引言：设计标高基本要求 大型工程项目通常都要确定场地设计平面，进行场地平整。场地平整就是将自然地面改造成人们所要求的平面。场地设计标高应满足规划、生产工艺及运输、排水及最高洪水水位等要求，并力求使场地内土方挖填平衡且土方量最小。 场地设计标高的设计方法：场地设计标高确定一般有两种方法： 按挖填平衡原则确定设计标高。如场地高差起伏不大，对场地设计标高无特殊要求，可按照挖填土方量相等的原则确定场地设计标高； 用最小二乘法原理求最佳设计平面。应用最小二乘法的原理，不仅可满足土方挖填平衡的要求，还可做到土方的总工程量最小，实现场地设计平面的最优化。 挖填平衡法设计原理：将场地划分成边长为a的若干方格，并将方格网角点的原地形标高标在图上（图1-1）。原地形标高可利用等高线用插入法求得或在实地测量得到。 a）地形图方格网；b）设计标高示意图图1-1场地设计标高计算示意图按照挖填土方量相等的原则（图1-1），场地设计标高可按下式计算： 即（1-2） 式中zo所计算场地的设计标高，m；n方格数； zi1,zi2,zi3,zi4第i个方格四个角点的原地形标高，m。设计方案：由图1-1可见，11号角点为一个方格独有，而12，13，21，24号角点为两个方格共有，22，23，32，33号角点则为四个方格所共有，在用式（1-2）计算z0的过程中类似11号角点的标高仅加一次，类似12号角点的标高加两次，类似22号角点的标高则加四次，这种在计算过程中被应用的次数Pi，反映了各角点标高对计算结果的影响程度，测量上的术语称为“权”。考虑各角点标高的“权”，式（1-2）可改写成更便于计算的形式：（1-3）式中z1个方格独有的角点标高；z2，z3，z4分别为二、三、四个方格所共有的角点标高。设计标高的调整主要是泄水坡度的调整，由于按式（1-3）得到的设计平面为一水平的、 挖填平衡的场地，而实际场地往往须有一定的泄水坡度。因此，应根据泄水要求计算出实际施工时所采用的设计标高。以zo作为场地中心的标高（图1-2），则场地任意点的设计标高为（1-4）式中是考虑泄水坡度的角点设计标高。图1-2场地泄水坡度求得后，即可按下式计算各角点的施工高度Hi，施工高度的含义是该角点的设计标高与原地形标高的差值：（1-5）式中的是角点的原地形标高。 若Hi为正值，则该点为填方，Hi为负值则为挖方。 设计步骤：设计标高确定的一般方法是按如下步骤计算的：划分场地方格网；计算或实测各角点的原地形标高；计算场地设计标高；泄水坡度调整。最佳设计平面设计原理我们知道，任何一个平面在直角坐标体系中都可以用三个参数c，来确定（图1-3）。在这个平面上任何一点的标高，可以根据下式求出：（1-6）式中点在x方向的坐标；点在y方向的坐标。 与前述方法类似，将场地划分成方格网，并将原地形标高zi标于图上，设最佳设计平面的方程为式（1-6）形式，则该场地方格网角点的施工高度为（1-7）式中Hi方格网各角点的施工高度；方格网各角点的设计平面标高；方格网各角点的原地形标高；n方格角点总数。图1-3一个平面的空间位置c原点标高；=tan=，x方向的坡度；=tan=，y方向的坡度由土方量计算公式（1-12）到式（1-17）可知，施工高度之和与土方工程量成正比。由于施工高度有正有负，当施工高度之和为零时，则表明该场地土方的填挖平衡，但它不能反映出填方和挖方的绝对值之和为多少。为了不使施工高度正负相互抵消，若把施工高度平方之后再相加，则其总和能反映土方工程填挖方绝对值之和的大小。但要注意，在计算施工高度总和时，应考虑方格网各点施工高度在计算土方量时被应用的次数Pi，令为土方施工高度之平方和，则:（1-8）将式（1-7）代入上式，得 当的值最小时，该设计平面既能使土方工程量最小，又能保证填挖方量相等（填挖方不平衡时，上式所得数值不可能最小）。这就是用最小二乘法求最佳设计平面的方法。为了求得最小时的设计平面参数c，可以对式（1-8）的c，分别求偏导数，并令其为0，于是得:（1-9）经过整理，可得下列准则方程：（1-10）式中余类推。 解联立方程组（1-10），可求得最佳设计平面（此时尚未考虑工艺、运输等要求）的三个参数c，。然后即可根据方程式（1-7）算出各角点的施工高度。设计方案：1. 设计步骤当地形比较复杂时，一般需设计成多平面场地，此时可根据工艺要求和地形特点，预先把场地划分成几个平面，分别计算出最佳设计单平面的各个参数。然后适当修正各设计单平面交界处的标高，使场地各单平面之间的变化平缓且连续。因此，确定单平面的最佳设计平面是竖向规划设计的基础。 2.设计用表在实际计算时，可采用列表方法（表1-2）。最后一列的和PH可用于检验计算结果，当PH=0，则计算无误。应用上述准则方程时，若已知c或，或时，只要把这些已知值作为常数代入，即可求得该条件下的最佳设计平面，但它与无任何限制条件下求得的最佳设计平面相比，其总土方量一般要比后者大。例如要求场地为水平面（即=0）则由式（1-10）中的第一式可得式（1-11），按式（1-11）计算的c就是场地为水平面时的设计标高。将式（1-11）与式（1-3）比较，它与完全相同，说明按式（1-3）方法所得的场地设计平面，仅是在场地为水平面条件下的最佳设计平面，显然，它不能保证在一般情况下总的土方量最小。（1-11）例1-2对例1-1的矩形广场试用四方棱柱体法确定其最佳设计平面各方格顶点的施工高度。解首先确定场区的坐标及方格网10×10m各顶点的标高及P值。接下来计算准则方程的系数，为便于计算可用表的形式进行。例1-2表中第1列为点号，第2、3、4列为各角点的坐标，第5列为各顶点的P值。为了便于计算，所有的P值都乘以0.25。从第6列起至第13列止为系数的运算部分，将系数的总和写在表中的最下一行中。计算后，系数总和值代入准则方程组16c+320ix+320iy-142.4960320c+8800ix+6400iy-2891.4700320c+6400ix+8800iy-2907.2400联解方程组求得设计平面的三个参数为：c+8.082080；ix+0.0173125；iy+0.0238833。将这三个参数代入公式（1-7），即可求出各方格顶点的施工高度，即：H8.082080+0.0173125xi+0.0238833yi-zi最后进行检查，将第5列的P值和第14列的H相乘所得数字填在表的第15列内。PH=0，说明整个计算过程无误。设计标高调整实际工程中，对计算所得的设计标高，还应考虑下述因素进行调整，此工作在完成土方量计算后进行： 考虑土的最终可松性，需相应提高设计标高，以达到土方量的实际平衡。 考虑工程余土或工程用土，相应提高或降低设计标高。 根据经济比较结果，如采用场外取土或弃土的施工方案，则应考虑因此引起的土方量的变化，需将设计标高进行调整。 场地设计平面的调整工作也是繁重的，如修改设计标高，则须重新计算土方工程量。 例1-3 某场地最佳设计平面计算标高为H0，已知挖方量VW，挖方区面积FW，填方区面积FT，土的最初可松性系数KS，最终可松性系数KS'。如考虑土的可松性（不计设计标高调整后FW，FT的变化），该设计标高应提高多少?解：例1-3图 设计标高提高后，仍应使土方挖填平衡，根据例1-3图，设计标高应提高H，故可得到： KS'（VWHFW）=VT+HFT 因为，最佳设计平面的土方挖填平衡，因此有VW=VT， 则1.3 土方工程量的计算预备知识：1.立体几何有关几何体体积计算公式。2.前面有关内容： 土的可松性；场地设计标高；场地方格网；角点施工高度。教学要求：1.掌握拟柱体法确定基坑槽土方量；2.掌握四方棱柱体法计算场地平整土方量的方法；3.掌握三角棱柱体法计算场地平整土方量的方法。你问我答：1.自然土的外形往往不规则，又很复杂，土方工程量计算如何着手？ 2.基坑（槽）或路堤的方法如何计算？ 3.场地平整土方量的计算步骤如何？ 4.方格网零线及零点如何确定？ 5.方格网四方棱柱体法的土方量如何计算？ 6.方格网三角棱柱体法的土方量如何计算? 引言场地平整土方工程量计算：1.设计步骤场地平整土方量的计算可按以下步骤进行： 场地设计标高确定后，求出平整的场地方格网各角点的施工高度Hi 确定“零线”的位置。确定“零线”的位置有助于了解整个场地的挖、填区域分布状态。 然后按每个方格角点的施工高度算出填、挖土方量，并计算场地边坡的土方量，这样即得到整个场地的填、挖土方总量。 （1）方格网零线及零点确定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，用插入法求出方格边线上零点的位置（图1-4），再将各相邻的零点连接起来即得零线。图1-4零点计算如不需计算零线的确切位置，则绘出零线的大致走向即可。例1-4 绘出例1-1计算结果的零线位置。解:先将各点的施工高度标在图上,然后查找相邻角点为一挖一填的方格边线。本题共有a2-3、a6-7、a13-14、a18-19、a21-22、a5-10、a6-11、a2-7、a17-22、a18-23、a9-14这些边线。用插入法求各方格边线零点位置a2-3：x=8.56ma2-7：x=9.72ma6-7：x=0.54m其余零点位置见例1-4图.连接各零点得到零线.2.土方工程量计算（1）四方棱柱体法四方棱柱体的体积计算方法分两种情况：1方格四个角点全部为填或全部为挖（图1-5a）时：（1-12）式中V挖方或填方体积，m3；H1，H2，H3，H4方格四个角点的填挖高度，均取绝对值，m。a方格边长，m。2方格四个角点，部分是挖方，部分是填方（图1-5b和c）时：（1-13）（1-14）式中H填（挖）方格角点中填（挖）方施工高度总和，各角点施工高度取绝对值，m；H方格四角点施工高度总和，各角点施工高度取绝对值，m； a）角点全填或全挖；b）角点二填二挖；c）角点一填（挖）三挖（填）图1-5四方棱柱体的体积计算例1-5根据例1-1及例1-2计算结果，运用四角棱柱体法计算挖填土方量。解： <!endif> <!endif>方格土方工程量（m3） 例1-1例1-20、1、5、6所围方格VT00VW219.18343.481、2、6、7所围方格VT0.380VW428.9389.552、3、7、8所围方格VT24.5657.49VW378.781.423、4、8、9所围方格VT299.68227.33VW005、6、10、11所围方格VT64.1012.34VW5.2053.846、7、11、12所围方格VT102.1832.53VW0.00613.457、8、12、13所围方格VT91.8327.44VW01.428、9、13、14所围方格VT95.6148.11VW0.0070.9610、11、15、16所围方格VT197.3120.75VW0011、12、16、17所围方格VT138.4579.20VW0012、13、17、18所围方格VT94.1052.15VW0013、14、18、19所围方格VT24.387.93VW4.1812.3315、16、20、21所围方格VT279.18226.48VW0016、17、21、22所围方格VT93.4460.68VW3.646.2817、18、22、23所围方格VT9.694.38VW114.51127.3018、19、23、24所围方格VT1.210.68VW307.94308.16总土方量2978.461915.68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。（2）三角棱柱体法三角棱柱体的体积计算方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，m3；H，F1，F2如图所示。F0F1与F2之间的中截面面积，m2。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（m2），对基槽或路堤，H为基槽或路堤的长度（m），F1，F2为两端的面积（m2）；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=F0，由式（1-18）计算V=HF1。1.4土方施工机械预备知识：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：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：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。1.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） 2.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1-8a）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（0°25°），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（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、75kW、90kW、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）。 <!endif>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1. 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铲运机外形图按照铲斗卸土方法，分强制卸土、半强制卸土和自由卸土三种（图1-13）。强制卸土依靠活动的铲斗后壁向前推移，将土强制推出，卸土干净，但动力消耗大，半强制卸土的后斗壁与斗底连成整体，卸土时，斗底与后斗壁一起向前翻转，碎土在推力与重力双重作用下卸出，能够卸净两侧壁之间的土；自由卸土依靠整个铲斗向前翻转将碎土倒出，不能保证土的卸净，但动力消耗低，用于小型铲运机。a）强制卸土；b）半强制卸土；c）自由卸土图1-13卸土方式 铲运机按照铲斗容量分小、中、大、特大四种型式，中型的铲斗容量一般为615m3，大型的一般为1530m3，特大型的可达30m3以上。 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 运行线路可采用环形路线或8字路线（图1-14）。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）环形路线；c）大环形路线；d）8字型路线图1-14铲运机开行路线挖掘机 如平整的场地上有土堆或土丘，或需要向下挖掘或填筑土方时可用挖掘机进行挖掘。挖掘机根据工作装置不同分为正铲、反铲、抓铲，机械传动挖掘机还有拉铲。施工中须有运土汽车进行配合作业。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。1.正铲正铲挖掘机外型如图1-36所示。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。 图1-36正铲挖掘机外形（1）适用性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。（2）作业方式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（图1-37）。前者生产率较高。a）正向开挖、侧向装土；b）正向开挖、后方装土图1-37正铲开挖方式 正铲的生产率主要决定于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。尽量减少回转角度，缩短每个循环的延续时间。2.反铲图1-38液压反铲挖掘机外形 加长臂反铲式挖土机（1）适用性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46m的基坑，经济合理的挖土深度为35m。反铲也需要配备运土汽车进行运输。 （2）作业方式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（图1-39a），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，如装车则回转角度较小，但边坡不易控制（图1-39b）。a)沟端开挖；b)沟侧开挖图1-39反铲开挖方式2. 抓铲机械传动抓铲外形如图1-40所示。它适用于开挖较松软的土。图1-40抓铲挖掘机外形（1）适用性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。 （2）作业方式抓铲挖土时，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。抓挖淤泥时，抓斗易被淤泥“吸住”，应避免起吊用力过猛，以防翻车。3. 拉铲拉铲挖掘机的外形及工作状况如图1-41所示。图1-41拉铲挖掘机外形及工作状况（1）适用性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。 （2）作业方式拉铲挖土时，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。但其开挖的边坡及坑底平整度较差，需更多的人工修坡（底）。它的开挖方式也有沟端开挖和沟侧开挖两种。挖掘机与运土车辆的配合当挖掘机挖出的土方需要运土车辆运走时，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工具是否与之协调。 由技术性能，可按下式算出挖掘机的生产率P： （m3/台班）（1-35） 式中t挖掘机每次作业循环延续时间,s； q挖掘机斗容量,m3 KS土的最初可松性系数，见表1-1； KC土斗的充盈系数，可取0.81.1； KB工作时间利用系数，一般为0.60.8。 为了使挖掘机充分发挥生产能力，应使运土车辆的载重量Q与挖掘机的每斗土重保持一定的倍率关系，并有足够数量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，可以减少等待车辆调头的时间。从车辆方面考虑，载重量小台班费便宜但使用数量多；载重量大，则台班费高但数量可减少。最适合的车辆载重量应当是使土方施工单价为最低，可以通过核算确定。一般情况下，汽车的载重量以每斗土重的35倍为宜。运土车辆的数量N，可按下式计算： （1-36） 式中T运输车辆每一工作循环延续时间（s），由装车、重车运输、卸车、空车开回及 等待时间组成； t1运输车辆调头而使挖掘机等待的时间，s； t2运输车辆装满一车土的时间，s； （1-37） 式中n运土车辆每车装土次数； Q运土车辆的载重量，t； q挖掘机斗容量，m3； 土的重度，kN/m3。 为了减少车辆的调头、等待和装土时间，装土场地必须考虑调头方法及停车位置。如在坑边设置两个通道，使汽车不用调头，可以缩短调头、等待时间。 例1-8 某土方工程，土方工程量15000m3，堆土区距挖土区500m，土的重度为17.5kN/m3，根据下列数据，从经济上分析最佳方案。方案一方案二机械2m³挖土机配12t汽车6m³铲运车 挖土机汽车铲运车台班费1000元/台班300元/台班700元/台班一次性费用2000元/每台100元/每辆2500元/每台计算生产率的数据挖土循环时间为40s，最初可松性系数1.20，土斗充盈系数1.0。时间利用系数0.8,等待时间30s汽车循环一次时间为12min运距100m时，时间系数2.0台班/1000m³每增加50m运距，增加0.4台班/1000m³ 解：方案一： (m3/台班)取n=4t2=nt=4×40=160st1=30s取N4（辆） （元/m3）方案二：2.0+0.4×(500-100)/50=2.0+0.4×400/50=5.2（台班/1000m3） （元/m3）第一方案土方施工单价较小，所以选用方案一。1.5边坡稳定及基坑（槽）支护预备知识：土压力理论；2.重力式挡土墙设计；3.边坡稳定条分法计算。教学要求：1.熟悉土方边坡表示法及常见的几种形式；2.掌握影响土方边坡稳定的因素3.熟悉基槽支护的结构方式及土压力分布；4.熟悉基坑支护的结构方式及常见破坏形式；5.掌握板桩(单锚板桩)支护系统设计要点及相当梁法计算方法；6.熟悉钢板柱及水泥土搅拌桩的施工工艺。你问我答：1.土方边坡如何表达?常用形式？ 2.影响土方边坡稳定的因素有哪些？ 3.基槽支护的结构形式？设计土压力取值？ 4.基坑支护结构有哪些形式？ s5.水泥土墙如何设计？
