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1、水利工程施工第二章第二章 土方工程土方工程 土方工程是水利工程主要工种之一，主要土方工程是水利工程主要工种之一，主要施工过程为施工过程为开挖、运输和填筑开挖、运输和填筑。组织施工时，尽可能采用机械化施工，以组织施工时，尽可能采用机械化施工，以代替或减轻繁重的体力劳动；另一方面，要代替或减轻繁重的体力劳动；另一方面，要合理的安排施工计划，尽可能不安排在雨季合理的安排施工计划，尽可能不安排在雨季施工或做好防洪排水等准备，保证工程质量施工或做好防洪排水等准备，保证工程质量和降低工程造价。和降低工程造价。土石方工程的施工内容与土石分级土石方工程的施工内容与土石分级土石分级依据土石分级依据坚固系数坚固系
2、数开挖难易开挖难易开挖方法开挖方法土石方内容土石方内容填方填方挖方挖方洞挖或地下工程开挖洞挖或地下工程开挖明挖或露天开挖明挖或露天开挖土土的的等等级级土的名称土的名称自然湿容重自然湿容重(kg(kgm m3 3)外观及其组成特性外观及其组成特性开挖工具开挖工具砂土、种植土砂土、种植土1650165017501750疏松、粘着力差或疏松、粘着力差或易进水，略有粘性易进水，略有粘性用铁锹或略加脚踩开用铁锹或略加脚踩开挖挖壤土、淤泥、壤土、淤泥、含根种植土含根种植土1750175018501850开挖时能成块，并开挖时能成块，并易打碎易打碎用铁锹，需用脚踩开用铁锹，需用脚踩开挖挖粘土，干燥黄粘土，干
3、燥黄土、干淤泥、土、干淤泥、含少量砾石的含少量砾石的粘土粘土1800180019501950粘手、看不见砂粒，粘手、看不见砂粒，或干硬或干硬用镐三齿耙开挖或用镐三齿耙开挖或用锹需用力加脚踩开用锹需用力加脚踩开挖挖坚硬粘土、砾坚硬粘土、砾质粘土、含卵质粘土、含卵石粘土石粘土1900190021002100结构坚硬，分裂后结构坚硬，分裂后成块状，或含粘粒、成块状，或含粘粒、砾石较多砾石较多用镐、三齿耙等开挖用镐、三齿耙等开挖土的分级表土分土分4级，岩石分级，岩石分12级。级。第一节第一节 土的工程分类和性质土的工程分类和性质岩石：分级根据坚固系数的分级根据坚固系数的大小分级大小分级。前10级（X）
4、的坚固系数在1.520之间，除V级的坚固系数在1.52之间外，其余以2为级差；坚固系数在2025之间，力XV级；坚固系数在25以上，为X级。）土的分级：依开挖依开挖方法、开挖难易、方法、开挖难易、坚固系数等，土分坚固系数等，土分4 4级级。岩石单轴抗压强度极限的岩石单轴抗压强度极限的1/100作为岩石的坚固性系数作为岩石的坚固性系数 锹 镐 三齿耙稳定围岩基本稳定围岩稳定性较差的围岩稳定性差的围岩极不稳定围岩分类标准为围岩的稳定程度，共分5类级别越高，稳定性越差洞室开挖的围岩分类洞室开挖的围岩分类围岩类别风化地质构造节理结构面地下水稳定围岩新鲜完整 影响轻微不发育稍发育结杓面无不稳定组合地下水
5、活动轻微基本稳定围岩新鲜或微风化影响一般稍发育或发育软弱结构面基本稳定渗水或滴水稳定性较差围岩微风化或弱风化影响严重发育软弱结构面分布较多活动显著稳定性差围岩围岩岩体状态同第类影响严重局部极发育软弱结构面分布较多，不利于围岩稳定地下水活动显著极不稳定围岩微风化或弱风化影响严重极发育结构面呈零乱状不稳定组合，地下水活动强烈 二、土的性质二、土的性质 1.土的含水量221mmmw2m1m土烘干后的质量土烘干后的质量含水状态时土的质量含水状态时土的质量 2.土的渗透性 是指水在土体中渗流的性能。一般用渗透系数K表示。渗透系数：渗透系数：表示单位时间内水穿透土层的表示单位时间内水穿透土层的能力，以能力
6、，以m/d表示；它同土的颗粒级配、密表示；它同土的颗粒级配、密实程度等有关，是人工降低地下水位及选实程度等有关，是人工降低地下水位及选择各类井点的主要参数。择各类井点的主要参数。V=KI I-水力坡度水力坡度 V-渗透水流速度渗透水流速度 3.动水压力和流砂动水压力和流砂 动水压力：动水压力：GD=Iw 式中：式中：GD动水压力（又称为渗透力）动水压力（又称为渗透力）kN/m3；I水力坡度（等于水位差除以渗流路线水力坡度（等于水位差除以渗流路线长度）；长度）；w水的容重水的容重kN/m3。当动水压力等于或 大于土的浸水重度时，土颗粒则失去自重，处于悬浮状态，土颗粒能随着渗流的水一起流动，这种现
7、象称“流砂”。4.土的可松性土的可松性土的可松性：土的可松性：天然土经开挖后，其体积因松散而增加，虽经振动夯实，仍然不能完全复原，土的这种性质称为土的可松性。13VVKs土在自然状态下的体积土经回填压实后的体积最初可松性系数最终可松性系数 12VVKs土的天然状态的体积土经开挖后的松散体积 第二节第二节 土方开挖与运输土方开挖与运输 土方开挖常用的方法有人工法和机械法。一般采用机械施土方开挖常用的方法有人工法和机械法。一般采用机械施工。用于土方开挖的机械有工。用于土方开挖的机械有单斗挖掘机、多斗挖掘机、铲单斗挖掘机、多斗挖掘机、铲运机械及水力开挖机械运机械及水力开挖机械。工程量少、施工地点分散
8、和缺少设备的情况下可采用人工工程量少、施工地点分散和缺少设备的情况下可采用人工开挖。开挖。冻土或岩石一般采用爆破的方法。冻土或岩石一般采用爆破的方法。淤泥等可采用水力机械进行开挖。淤泥等可采用水力机械进行开挖。露天土、石方开挖方法 自上而下开挖上下结合开挖先河曹后岸坡分期分段开挖开挖方式机械开挖人工开挖土方开挖方法 一、开挖与运输机械一、开挖与运输机械（一）单斗式挖掘机（一）单斗式挖掘机 单斗挖掘机是单斗挖掘机是仅有一个铲土斗仅有一个铲土斗的挖掘机械，由行走装的挖掘机械，由行走装置、动力装置和工作装置三部分组成。行走装置分为履带置、动力装置和工作装置三部分组成。行走装置分为履带式、轮胎式和步行
9、式三类。式、轮胎式和步行式三类。履带式是最常用的一种履带式是最常用的一种，它对，它对地面的单位压力小、可在各种地面上行驶，但转移速度慢地面的单位压力小、可在各种地面上行驶，但转移速度慢；动力装置分为电动和内燃机驱动两种。；动力装置分为电动和内燃机驱动两种。工作装置由工作装置由正向铲、反向铲、拉铲和抓铲正向铲、反向铲、拉铲和抓铲四种类型四种类型。用钢索或液压操纵。钢索操纵用于大中型正向铲，液压。用钢索或液压操纵。钢索操纵用于大中型正向铲，液压操纵用于小型正铲和反铲较多。操纵用于小型正铲和反铲较多。正向铲挖掘机：1.适用条件：正向铲挖掘机是最常用的挖掘机械。它主要适于挖掘停机面以上的土方，但不能用
10、于水下挖掘。2.斗容划分：正向铲挖掘机具有强有力的推力装置，能挖掘14级土和破碎后的岩石。其型号一般用土斗容量来区分。我国目前生产的单斗式挖掘机有0.515m 3 各种斗容，最常用的是14m3的。3.工作循环和效率：挖掘机的工作循环包括挖掘、回转、卸土、返回四个过程。从工作循环不难理解，其工作效率与它的斗容量、每斗作业所需时间、开挖方式和与运输机械的配合有关。为提高工作效率，要求挖土工作面高度必须满足一次铲土能装满土斗，同时尽量减少回转角度，缩短每个循环延续的时间。4.挖土方式：分正向掌子挖土和侧向掌子挖土两种方式，（挖土机挖土时的工作空间称为掌子面）正铲挖掘机 性能：能挖各种坚实土和破碎后的
11、岩石 适用条件：开挖停机面以上的土石方，也可挖掘停机面以下不深的土方，但不能用于水下开挖 辅助机械：自卸汽车辅助机械：自卸汽车 布置方式：正向挖掘和侧向挖掘适用于挖方高度较大情况适用于开挖宽度较大的情况 挖掘停机面以上的土方或停机面以下的浅层土方。1）正向掌子挖土：挖掘挖土机行走前方的土叫正向掌子挖土。适用基坑开挖。掌子的轮廓尺寸根据挖土机的工作性能和运输方式决定，为使汽车便于倒车和运土，要尽量采用最宽工作面。2）侧向掌子挖土：挖掘挖土机行走方向侧面的土叫侧向掌子挖土。适宜开挖料场、土丘和渠道的土方。特点是运土汽车停在挖土机的侧面，与挖土机的开行路线平行。优点是挖土机卸土时的回转角度小，省去了
12、汽车倒车与转弯的时间，可提高生产效率。正向挖土、后方卸土正向挖土、后方卸土正向挖土、侧向卸土正向挖土、侧向卸土挖掘机布置图侧向开挖法端向开挖 反铲挖掘机 1、适用条件：反铲挖掘机适用于开挖停机面以下的土方开挖基坑、渠道、管沟开挖等。也可开挖停机面以上的土方。2、挖土特点：反铲与正铲相比，稳定性和铲土能力都较小，因此只能开挖12类的土，遇到硬质土需要先刨松，再用反向铲挖掘机开挖，其开挖深度可达46.8m。3、斗容划分：反铲挖掘机的斗容量有0.5、1.0、1.6m3，大的有的已超过3m3。4、挖土方式：（分沟端开行和沟侧开行两种方式）1）端向开挖：将挖掘机置于将要开挖的沟槽的首部，倒退着进行开挖，
13、只能将土弃于离沟边较近的地方，但开挖的宽度和深度较大。2）侧向开挖：将挖掘机置于将要开挖的沟槽的一侧，挖掘机的行进方向与开挖沟槽的方向垂直。可以将土弃于离沟边较远的地方，但开挖的宽度和深度较小。拉铲挖掘机 拉铲挖土机的挖土特点是：拉铲挖土机的挖土特点是：“后退向下，自重切土后退向下，自重切土”。其。其挖土半径和挖土深度较大，能挖土半径和挖土深度较大，能开挖停机面以下的开挖停机面以下的III级土级土，工，工作时，利用惯性力将铲斗甩出去，挖得比较远。但不如反铲灵作时，利用惯性力将铲斗甩出去，挖得比较远。但不如反铲灵活准确，宜用于开挖大而深的基坑或水下挖土。活准确，宜用于开挖大而深的基坑或水下挖土。
14、拉铲挖掘机1、适用条件：开挖停机面以下的土方。卸土多数是在机身回转过程中进行的，在自重和离心力共同作用下，较湿的粘土也可卸干净，适合于开挖水下土方或含水量大的土方。2、挖土特点：1）铲土力小，一般不能开挖硬土。2）拉铲臂杆较长，因此其开挖半径、卸土半径、卸载高度大，适于直接向弃土区弃土的开挖。3、斗容划分：索铲的斗容量一般有0.5、1.0、2.0、4.0m3等数种，大的可达十多m3。适用范围适用范围：开挖停机面以下的土，装备简单。：开挖停机面以下的土，装备简单。工作方式工作方式：沟端开挖：沟端开挖 沟侧开挖沟侧开挖 抓铲挖土机的挖土特点是：抓铲挖土机的挖土特点是：“直上直下，自重切直上直下，自
15、重切土土”。其挖掘力较小，。其挖掘力较小，只能开挖的只能开挖的I级土级土，抓铲挖抓铲挖土机的抓铲能在回转半径范围内开挖基坑上任何位置土机的抓铲能在回转半径范围内开挖基坑上任何位置的土方的土方。宜于开挖窄而深的基坑或水中淤泥。宜于开挖窄而深的基坑或水中淤泥。抓铲挖掘机抓铲挖掘机抓铲挖掘机：1、适用条件：抓铲 与拉铲相比，都是由钢索操纵的，都是依靠铲斗的重量进行切土，但抓铲挖掘机的抓斗因能垂直提升和降落，因此它适于在狭窄的地方挖掘和出料，或抓取沉井中的水下淤泥、砂卵石等松软土方，当然也可以用来装卸散粒材料。2、主要装置：抓斗、动臂（钢行架结构）、操纵抓斗的闭合索、提升索等。3、抓斗操作过程：1）放
16、下抓斗：放下抓斗时，两根索同时放松，但闭合索放得稍快，抓斗便在下降过程中张开，落地后伏在地面上。2）抓取：缓缓收紧闭合索，由于抓斗的重量可使两颚板上的斗齿或刃口切入土中，并闭合起来将土装满。3）提升抓斗：同时收起两钢索，同步上升既将抓斗提起。4）卸载：当挖掘机转台旋转到卸料点上之后，放松闭合索（此时提升索制动不动）两颚板就张开卸载。（二）多斗式挖掘机（二）多斗式挖掘机 多斗式挖掘机是有若干个铲土斗组成的连续式挖掘机械。连续挖掘是通过传动机构带动固定在转动的链或转动的轮上的若干个土斗的转动来实现的。基本类型：主要类型为链式多斗挖掘机（以采沙船为代表），斗轮式挖掘机（主要在陆地上工作）。1、采沙船 ：将链式多斗挖掘机的工作机构安装在特制的船上进行工作的。采沙船能在一定水深中进行水下开挖，生产效率较高。采沙船的型号通常根据小时生产率来划分。2、斗轮式挖掘机：这是一种将土斗固定在转轮上的多斗式连续挖掘机械。适用于陆上开采生产效率很高。（三）铲运机械（三）铲运机械 铲运机械是土方工程中应用非常广泛的一铲运机械是土方工程中应用非常广泛的一类机械。类机械。它主要包括推土机、铲运机等。它主要包括推土机
