土方工程的施工方法优化技巧

3.4.1　人工和半机械化施工

1.闸、坝基坑开挖

闸、坝的土质地基开挖，一般应自上而下全断面一次挖完。在开挖中，应特别注意排水设施，还必须审慎地注意地基的不均匀沉陷。开挖程序应结合排水考虑，一般有以下两种：

（1）一次开挖到底，土方分层开挖，如图6.2所示。本法适用挖深3～5m、地下水渗透量不大的情况，否则水沟边坡易坍滑，工作面泥泞，效率不高。

（2）土方分层开挖，如图6.3所示。此法比较灵活，且能依工作量大小分段施工，加快进度。

图6.2　排水沟一次挖成，土方分层开挖示意图

图6.3　排水沟领先，土方分层开挖示意图

闸、坝地基的开挖方式，用人力直接挖、抬运至岸边，或以小型推土机送土，用人力转运至岸边。

2.河、渠开挖

河渠开挖一般分段施工。分段长度应按照地形条件，开挖方量大小，出土路线布置，并考虑挖填方平衡，以及施工队伍人数等来确定。施工顺序通常应由中心向两侧，先深后宽，分块分层开挖。在山坡上开挖渠道时，应先开挖截水沟，以排除山坡上的地表径流。在深挖方中，应分层下挖，防止塌方事故。

（1）无排水情况下的渠道开挖方式和程序如图6.4所示。

（2）在需要排水的情况下，河道的开挖方式和程序如图6.5所示。

（3）通过丘陵地带且挖方较深时，可采取顺坡或台阶开挖方式，如图6.6所示。

（4）若深挖方渠段较长，可在中段山体较薄处开挖缺口出土，以增加工作面，如图6.7所示。

图6.4　干地（不需排水）渠道开挖方式和程序示意图

（a）分层开挖；（b）、（c）台阶分层开挖

图6.5　湿地（需要排水）渠道开挖方式和程序示意图

（a）新开河道；（b）旧河道一岸拓宽或裁弯取直；（c）旧河道拓宽

图6.6　丘陵地带深挖方开挖示意图

（a）顺坡开挖；（b）台阶式顺坡开挖

图6.7　山区长渠道开挖示意图

3.溢洪道开挖

溢洪道土方开挖，同样可采用顺坡立面开挖、平面分层开挖、分台阶顺坡开挖等方法，与河渠开挖基本相似。

3.4.2　机械开挖

1.闸、坝基坑开挖

（1）正铲挖掘机开挖、自卸汽车运土：这是一种被广泛采用的施工方法，其典型布置如图6.8所示。

1初始汽车路；2汽车；3正铲挖掘机；4进出汽车坡道；①～⑧开挖程序；h1台阶高度；h土撑高度

1）台阶h1的选择，一般按下式计算：

式中　h1——开挖台阶，m；

hx——正铲挖掘机的卸土高度，m；

hq——车厢高度，m。

2）支撑高度h的选择，适宜的土撑高度，见表6.5。

图6.8　正铲挖掘机开挖闸、坝基坑示意图

3）根据基坑的开挖宽度和正铲开挖宽度选定开挖带宽度。对于侧向卸土的最大开挖带宽度见表6.6。

表6.5　土撑高度选择参考表

表6.6　正铲挖掘机侧土向卸土开挖带宽度参考表

图6.9　铲运机开挖基坑平面示意图

4）必要时应配备推土机或装载机作为辅助机械，用以维修道路、平整土场、开挖边角土方以及最后挖除基坑的坡道。当地下水渗漏量较大时，还可配备小型抓斗（0.5～1.0m3）挖掘机或反铲挖掘机用以开挖泵坑、排水边沟。

（2）铲运机开挖：适用于挖方深度不超过5m、运距不超过800m的土方开挖。铲运机行走坡度不宜超过10%～15%，坡道宽度可参考表6.7，其平面布置见图6.9。

（）推土机开挖：适用于上下游有较开阔的堆料场，3深度在2m以内的基坑开挖。其布置如图6.10所示。推土机在上坡地段推土时，坡度不宜超过15%。弃土堆的平均高度则不宜超过5m。

表6.7　土撑高度选择参考表

图6.10　推土机开挖基坑平面示意图

（a）平面图；（b）剖面图
1—基坑；2—卸土区；3—推土机

（4）拉铲挖掘机开挖、直接卸土于基坑周围：这种方法适用于基坑面积不大、拉铲的工作半径及开挖宽度同卸土范围相适应的情况，其工作参数见表6.8；否则，亦应装车外运，其布置见图6.11。

表6.8　拉铲挖掘机开挖就近卸土工作参数

图6.11　拉铲机开挖基坑平面示意图

1—自卸汽车；2—拉铲挖掘机

2.河渠开挖

河道、渠道土方开挖的施工线一般很长。在平坦地段工程量较分散；在丘陵深挖方地段，工程量又很集中，往往形成控制性施工地区。因此，必须依据实际情况，分别选用各类施工机械。

（1）铲运机开挖：它适用于无地下水影响的河渠开挖工程。为了提高铲运机生产效率，应尽量缩短运行路线和切土时间，一般可采用如图6.12所示的几种方式。

图6.12　铲运机开挖河道的施工方式示意图

（a）横向环形；（b）纵向环形；（c）∞字形开行；（d）曲折开行

1）布置进出车坡道位置时，铲土工作段长度L值可按下式计算：

式中　L——铲运机铲土工作段长度，即进出车道间距，m；

V——铲运机铲斗容积，m3；

Kch——铲斗充满系数，不用推土机助铲时，0.5～0.9；用推土机助铲时，0.8～1.2；

KZ——土的松散系数，见表6.2；

b——铲斗切土宽度，m；

h——铲斗切土深度，m；

n——在一个铲土工作段内沿直线铲土次数；

l′——牵引机工作距离，对于2.5m3铲运机约为7.5m；6m3为10.5m；9m3为11m；15m3为12m。

2）牵引拖拉机的功率根据牵引力计算确定。牵引力F及所需功率N由下式计算：

式中　F——拖拉机牵引力，kN；

N——拖拉机功率，马力；

G1、G2、Q——依次为牵引机重量、铲运机重量及土的重量，kg；(www.xing528.com)

Wqbh——切土阻力系数，砂土为0.5kgf/cm2，壤土为0.8kgf/cm2，壤土为1.2kgf/cm2；

b——铲斗切土宽度，cm；

h——铲斗切土深度，cm；

Wz——装土阻力系数，见表6.9；

Wo——行驶阻力系数，0.1～0.30；

α——地面坡度，以度计，下坡铲土时取负号；

V——行驶速度，m/s；

η——传运效率系数，0.7～0.9。

表6.9　铲运机装土阻力系数Wz

（2）拉铲挖掘机开挖：拉铲挖掘机是开挖河、渠土方最有效的机械之一，尤其适用于有地下水的情况。

拉铲挖掘机开挖河渠，一般可一次基本挖成断面，然后由人工或推土机进行修整。

根据河、渠的开挖宽度和拉铲的工作参数，有如图6.13所示各种开挖方式。

1）一端开挖、两侧卸土[图6.13（a）]，其工作条件为

式中　Rχ——拉铲的卸土半径，m；

B1——河、渠开挖宽度，m；

B2——填方（或弃土）宽度，m；

b——戗台宽度，m。

2）一侧开挖、一侧卸土[图6.13（b）]，其工作条件为

式中　Rw——拉铲的挖土半径，m。

这种开挖方式可用于宽度较大的河、渠开挖，对于一侧筑堤的坡地的河、渠开挖尤为适宜。

3）两侧开挖、各侧卸土[图6.13（c）]，其工作条件为

可用于宽度较大的河、渠开挖工程。

4）两侧分部开挖[图6.13（d）]，当

采用分部开挖的方法，适用于底宽很宽的河、渠开挖。

5）两侧分部开挖、二次转投[图6.13（e）]，也是在时采用。适用于底宽的河、渠开挖。

6）横向开挖，在较宽的河、渠开挖工程中采用。

用拉铲挖掘机开挖河、渠，其开挖深度，适宜经济开挖深度见表6.10，以免降低挖掘机的生产率。

图6.13　拉铲挖掘机开挖河道、渠道的施工方式示意图

（a）一端开挖、两侧卸土；（b）一侧开挖、一侧卸土；（c）两侧开挖、各侧卸土；
（d）两侧分部开挖；（e）两侧分部开挖、二次转运；（f）横向开挖

表6.10　拉铲挖掘机的经济开挖深度

（3）反铲挖掘机开挖：适用于宽度不大、挖深较浅的河、渠。其开挖方式与拉铲类似。

（4）装载机开挖：适用于松散土、轻质土、无地下水影响的河、渠开挖。挖出的土方可直接卸于两侧或外运。图6.14为装载机配合推土机深挖河、渠的施工示意图。

图6.14　推土机配合装载机开挖河道、渠道示意图

（5）正铲挖掘机开挖：适用于土方量比较集中、工程量较大的深挖河、渠工程或土方需要外运，而且运距较远的情况下采用。其河、渠开挖方式与基坑开挖相似。

（6）多斗挖沟机开挖：多用于小型渠道开挖。其断面尺寸如图6.15所示。

图6.15　多斗挖掘机开挖断面示意图（单位：m）

（7）犁铧式开渠机开挖：可一次挖出小型渠道，并将土方堆卸在渠道两侧。开挖断面如图6.16所示。开挖前必须沿渠线按机械行驶宽度将地面依渠底坡度进行平整，以保证挖出的渠道具有所需的底坡。

（8）推土机开挖：可用于深度不大于2m的小型河、渠开挖，但推土机更多地用作辅助机械，配合其他施工机械来完成各种工作。

3.溢洪道开挖

溢洪道开挖（土基溢洪道或岩基溢洪道上部的覆盖层）与深挖方渠道土方开挖相类似。开挖方式如图6.17所示。

选用机械施工时，机械的选用、正铲挖掘机、铲运机等均可使用。具体方法与基坑、渠道开挖相类似。

对于深挖方、工程量大的土方工程，还可采用斗轮式挖掘机。有关斗轮式挖掘机的使用和开挖方式参阅第6章。

图6.16　犁铧开渠机挖断面示意图（单位：m）

图6.17　机械开挖溢洪道示意图

（a）平层开挖、直接出土；（b）纵向分台阶立面开挖；
（c）横向分台阶立面开挖；（d）先立面后平层开挖

3.4.3　运土和弃土处理

1.运土

（1）运土方法：人工开挖中，应尽量采用各种机具或半机械化运土。

1）人工挑、抬运土。上坡坡度应不陡于1∶7～1∶5；宽度一般不小于1.0m，平均每人一次运土约0.02m3。

2）人推独轮车、架子车运土。前者坡度不陡于1∶9～1∶12，后者坡度不陡于1∶15～1∶20，宽度一般2.0m左右，每车运土0.1～0.2m3。

3）扒杆吊运土筐。由人力牵引或卷扬机提升，每次可运土0.4～0.7m3。

4）人推窄轨斗车。斗车0.45～0.75m3，其坡度应控制在1%左右。

5）机动小型翻斗车运土。斗容0.5～1.0m3，道路坡度不宜大于10%。

6）卷扬机运土。适用于开挖深度较大、道路坡度陡的情况下，用卷扬机牵引斗车运土。

（2）运土道路。各种运土方法对道路的要求见表6.11。

表6.11　运土道路特性

2.弃土处理

开挖的土方除一部分做回填土，还会有不能用和不需用剩余土方，这部分为弃土。施工时应规划弃土场。选择弃土场时，应考虑距离较近，弃土场与开挖面高差较小，不妨碍其他后续工程施工，不堵塞排水系统和弃土能尽量利用等原则。

弃土场面积可按下式计算：

式中　A——弃土场面积，m2；

H——弃土平均高度，m；

K3——弃土的松散系数，见表6.2；

Q——弃土量，以自然方计，m3。