第1章 土方与基坑工程施工

第1章土方与基坑工程施工
万丈高楼从地起，土方工程是建筑工程施工的第一步。

常见土石方工程内容有：场地平整、浅基础（基槽、基坑）与管沟开挖、路基开挖、深基坑开挖、地坪填土、路基填筑以及基坑回填等，以及排水、降水、基坑支护等准备工作和辅助工程。

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；土方工程施工受气候、水文、地质、场地限制、地下障碍等因素的影响，加大了施工的难度。

在土方工程施工前，应详细分析与核对各项技术资料（如地形图、工程地质和水文地质勘察资料、地下管道、电缆和地下地上构筑物情况及土方工程施工图等），进行现场调查并根据现有施工条件，制定出技术可行、经济合理的施工方案。

1.1 土方工程概述
1.1.1 土的工程分类
土的种类繁多，从不同的技术角度，分类方法各异。

按施工时开挖的难易程度可分为八类，其中前四类为土，后四类为岩石，具体见表1-1。

土的开挖难易程度直接影响土方工程的施工方案、劳动量消耗和工程费用。

表1-1 土的工程分类
1.1.2 土的工程性质
1.土的组成
土一般由土颗粒（固相）、水（液相）和空气（气相）三部分组成，这三部分之间的比例关系随着周围条件的变化而变化，三者相互间比例不同，反映出土的物理状态不同，如干燥、稍湿或很湿，密实、稍密或松散。

这些指标是最基本的物理性质指标，对于评价土的工程性质，进行土的工程分类具有重要意义。

土的三相物质是混合分布的，为了阐述方便，一般用三相图（图1-1）表示，三相图中，把土的固体颗粒、水、空气各自划分开来。

图1-1 土的三相组成
2.土的物理性质
（1）土的含水量
土的含水量是指土中水的质量与土的固体颗粒质量的百分比，反映了土的干湿程度，用 表示，即：
%100⨯=
s
w
m ω （1-1） 式中 w m —土中水的质量（kg ）； s m —土中固体颗粒的质量（kg ）。

（2）土的天然密度和干密度
土在天然状态下单位体积的质量，称为土的天然密度。

土的天然密度用ρ表示：
V
m
=
ρ （1-2） 式中 m —土的总质量（kg ）； V —土的总体积（m 3）。

土的干密度是土的固体颗粒质量与总体积的比值，用d ρ表示：
V
m s
d =
ρ （1-3） 式中 s m —土中固体颗粒的质量（kg ）；
V —土的总体积（m 3）。

土的干密度越大，表示土越密实。

工程中常把土的干密度作为评定土体密实程度的标准，以控制填土工程的压实质量。

土的干密度d ρ与土的天然密度ρ之间有如下关系：
d s s
s w s V
m V m m V m m V m ρωωωρ)1()1(+=+=+=+==
即
ω
ρ
ρ+=
1d （1-4） （3）土的孔隙比和孔隙率
孔隙比和孔隙率反映了土的密实程度。

孔隙比和孔隙率越小，土就越密实。

孔隙比是土的孔隙体积v V 与土的固体体积s V 的比值，用e 表示：
s
v
V V e =
（1-5） 孔隙率是土的孔隙体积v V 与总体积V 的比值的百分率，用n 表示：
%100⨯=
V
V n v
（1-6） （4）土的可松性与可松性系数
自然状态下的土经开挖后，其体积因松散而增加，以后虽经回填压实，仍不能恢复其原来的体积，这种现象称为土的可松性。

土的可松性用可松性系数表示，即： 最初可松性系数：
1
2
V K s =
（1-7） 最后可松性系数：
1
3
'V V K s =
（1-8） 式中 s K 、'
s K —土的最初、最后可松性系数； 1V —土在天然状态下的体积（m 3） 2V —土开挖后松散状态下的体积（m 3）
3V —土经回填压（夯）实后的体积（m 3）
土的可松性对确定场地设计标高、土方量的平衡调配、计算运土机具的数量和弃土坑的容积等均有很大的影响。

各类土的可松性系数如表1-2所示。

表1-2 各种土的可松性参考值
注：%10011
2⨯-=
V V V 最初体积增加百分比；%1001
13⨯-=V V V 最后体积增加百分比。

【例1】某工业厂房为钢筋混凝土条形基础，条形基础横截面面积为3.0m 2，地基土为干黄
土，现需要开挖基槽，基槽深度为2.0m ，底部宽度为2.5m 开挖长度为100m ，基础施工完毕后用土方将基槽填平，请计算基槽土方挖土方量、回填土量和弃土量（不考虑放坡，
3.1=s K ，05.1'=s K ）。

解：
基槽挖土方量：3
m 5001005.20.2=⨯⨯=基槽体积V
条形基础体积：3
m 3001000.3=⨯=基础体积V
回填土方量（松散体积）：3'36.2473.105
.1300
500m K K V V s s =⨯-=⨯=回填土量（松散） 弃土量（松散体积）：
3)m 4.4026.247-3.1500=⨯=-⨯=回填土量（松散）（基槽体积）
弃土量（松散体积V K V V s （5）土的渗透性
土的渗透性是指水流通过土中孔隙的的难易程度，水在单位时间内穿透土层的能力称为渗透系数，以m/d 表示。

根据土的渗透系数不同，可分为透水性土（如砂土）和不透水性土（如黏土），它影响施工降水与排水的速度，一般土的渗透系数见表1-3。

表1-3 土的渗透系数参考表。