一、土石方开挖施工

（一）土石方工程施工前的准备工作

在进行土石方开挖前，应先对开挖区进行清基。清理内容包括开挖区的植被和表土清除。施工时，采用推土机清表，挖掘机挖树根。挖除树根的范围应延伸到离施工图所示最大开挖边线、填筑线或建筑物基础外侧3m的距离。开挖深度约为0.3m，清除物运至弃土场堆放，防止土壤被冲刷流失。

（1）清理施工场地、拆移障碍物。如旧有房屋、构筑物、道路、沟渠、管道、电线、电杆、坟墓、树木等。

（2）设置排水防洪设施。

①排水沟——合理布置，截面按需要，一般不小于0.5m×0.5m，坡度0.2％。

②截水沟或排洪沟——山坡地段，截断地表雨水流入施工地段，设在坡地较高处。

③挡水堤坝——低洼地施工，场地周围设置，防止雨水流入。

（3）修筑临时运输道路。场地内施工机械运行的道路，主要干线宜与永久性道路结合修建，一般双车道，宽度不小于7m。20cm 厚碎石或砾石路基，两侧结合设置排水沟，重车下坡行驶。

（4）修建临时设施、安装临时水电。搭设临时工棚，修建现场供水、供电、供压缩空气管线。

（5）材料、机具的准备及设备试运转。机械设备维修、检查，运往施工现场。

（二）测量、定位放线工作

为保证整个场地定位及标高的准确，对建设单位提供的水准进行校核。施测中严格控制精度，定位放线的基本步骤如下。

（1）根据设计定位条件测设“控制网”，作为开挖的依据。

（2）测定边线控制桩。

（3）撒灰线。

（4）各施工层标高控制主要沿山体向下竖直进行，引测步骤为：①先用水准仪根据水准点在河道两边山体引测出起始标高线。②根据施工进度用钢尺沿铅直方向向下量至设计标高。③将水准仪安置到施工层，校测由上面传递上来的各水平线，在各层抄平时，后视两条水平线以作校核。

（三）土石方开挖工作

完成需开挖区段的场地清理后，对需回填的区段进行回填夯实，且达到规范要求后再进行土石方开挖。开挖包括渠道土石方开挖、沟渠、排水涵土、石方开挖、箱涵、闸门等土石方开挖等。采用挖掘机配合自卸汽车的方法，挖掘机开挖并装车，自卸汽车运输至指定位置。

开挖时采用机械自上而下、全断面一次挖到位的方法，并按照设计断面分段依次进行开挖。边角和机械难以挖到之处，由人力配合开挖。为了使基底土层不受到扰动，机械开挖时须预留20cm的保护层，由人工进行开挖和修整。施工过程中要避免扰动开挖线之外的土石方，并且按设计图纸和测量点线控制开挖边坡，严禁出现超挖，并尽量避免欠挖。开挖土石方除用于筑堤外，多余土石方用推土机推运至渠道外侧弃土区。机械开挖后的边坡需由人工进行修整，且开挖完成后，测量校核开挖断面。

在雨季施工时，采取保证工程质量和安全施工的技术措施，防止雨水冲刷开挖完成的基础和边坡。

（四）土石方调运工作

（1）开挖土石方，大部分可就近用作填筑或弃土，但因施工工序、工期安排等原因，仍有部分土石方需要在工段范围内进行调运。

（2）土石方调运使用挖掘机配合自卸汽车进行。需要调运土石方的区域，由挖掘机开挖并装车，然后用自卸汽车运送至弃土位置或填筑施工段，在专人指挥下，这些土石方在指定位置被卸车。

（五）土石方填筑工作

（1）土石方填筑包括土石方筑堤压实、沟渠土石方回填等。

（2）有压实度要求的土石方填筑工程，开工前须根据土石方填筑料源，并按照《土工试验规程》进行试验。根据室内试验与碾压试验结果研究确定施工压实参数，包括铺土厚度、含水量的适宜范围、压实遍数、压实方法等。

（3）填方前须对基底进行清理、碾压，经监理工程师验收后开始填筑。土石方回填采用机械为主，结合人工施工。铺土采用挖掘机配合推土机进行，整平、初压使用推土机，碾压使用振动式压路机。机械无法施工的部位由人工施工，使用蛙式打夯机或内燃夯夯实。

（4）土石方回填工序要保证持续和连贯进行。若土料含水量较高，使用翻耕晾晒的方法降低含水量；若含水量过低，使用洒水汽车洒水并适当闷料，以调整土料含水量至最佳含水量范围。

（5）填筑作业应分段、分层施工，按“铺料→整平→压实→质检”四个工序进行流水作业，层次清楚、大面平整、均衡上升、减少接缝。（注意：土石方开挖工程主要参照《水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范》、《水工建筑物地下开挖工程施工规范》等。分土质基础、岩石基础，地上、地下分别进行。）

二、土石方的机械开挖方法

土石方开挖常用的方法有人工开挖法和机械开挖法，对于现代化的施工作业来说，常采用机械开挖法。

（一）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，正铲挖土和卸土石方式有以下两种。

（1）正向挖土、后方卸土，如图4-1所示。

（2）正向挖土、侧向卸土，如图4-2所示。

图4-1　正向挖土、后方卸土

图4-2　正向挖土、侧向卸土

（二）反铲挖土和卸土的方式

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。其优点是挖土石方便，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，如图4-3所示。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，如图4-4所示。

图4-3　最大挖土宽度为1.7倍挖土机的有效挖土半径

图4-4　基坑分条平行开挖

2．沟侧开行

挖土机位于基槽一侧挖土，随挖随平行于基槽移动。由于挖土机移动方向与挖土石方向相垂直，所以机身稳定性较差，开挖的深度和宽度均较小，最大宽度为0.8倍挖土机的有效挖土半径，但可就近卸上堆置，如图4-5所示。一般在场地宽敞的临时性窄沟开挖中采用。

图4-5　沟侧开行

（三）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。开行路线是否合理，直接影响生产效率，因此要预先根据挖填方区的分布合理组织。开行路线一般有环形路线（图4-6）和“8”字形路线（图4-7）两种。

图4-6　环形路线

图4-7　“8”字形路线

（四）主要施工机械

1．单斗挖掘机

单斗挖掘机如图4-8所示。

图4-8　单斗挖掘机

2．多斗挖掘机

多斗挖掘机如图4-9所示。

图4-9　多斗挖掘机的主要形式

H：挖掘深度

3．拉铲挖掘机

拉铲挖掘机如图4-10所示。

图4-10　拉铲挖掘机

4．推土机

推土机如图4-11所示。

图4-11　推土机

推土机的作业方法有以下五种。

①槽型推土法。

②下坡推土法。

③并列推土法。

④分段铲土集中推送法。

⑤斜角推土法。

5．铲运机

铲运机如图4-12所示。

图4-12　铲运机

铲运机是一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。

单斗挖掘机是一种常见的挖掘机械，它通过一个单独的斗齿进行挖掘作业。这种挖掘机通常配备一个可旋转的上部结构和一个可伸缩的臂杆，使得斗齿能够到达不同的作业位置。单斗挖掘机适用于各种土石方工程，如挖掘沟渠、平整土地等。

多斗挖掘机，又称链斗挖掘机，是一种连续作业的挖掘设备，主要用于大规模土石方工程。它由一系列相互连接的斗齿组成，这些斗齿固定在一条连续的链条上。当链条运动时，斗齿会连续挖掘土壤并将其运送到指定位置。多斗挖掘机效率高，适合在大型矿山、水利建设等工程中使用。

拉铲挖掘机，也称为拉铲式挖掘机，是一种利用钢丝绳牵引斗齿进行挖掘的机械。这种挖掘机的斗齿通过钢丝绳与挖掘机臂杆相连，臂杆的运动带动斗齿进行挖掘和提升动作。拉铲挖掘机适用于挖掘较深的沟渠和基坑，尤其在狭窄空间内作业时具有优势。

推土机是一种主要用于推土和平整地面的重型工程车辆。它由一个大型的推土板和履带式行走机构组成。推土机通过液压系统控制推土板的升降和倾斜角度，从而实现推土、平整、压实等作业。推土机适用于道路建设、土地开发、堤坝建设等工程。

三、熟知土石方的压实方法

（一）压实理论

1．土体的压实

细颗粒填充粗土粒间的空隙，排走空气所占的体积，实质就是提高土体的密实度。

2．压实的作用

可以提高土体的稳定性和防渗能力。如干密度为1.4的砂壤土，压实后干密度为1.7，其抗压强度提高4倍，渗透系数降低2000倍。

3．影响压实的因素

（1）土料的性质：黏性土、非黏性土。

（2）含水量：最优含水量与压实功。

（3）颗粒级配、压实方法、压实参数等。

（二）压实方法

压实方法有碾压、夯实和振动夯实等。

1．碾压

碾压适用于大面积填土。碾压机械主要有平碾碾压机、羊足碾碾压机和汽胎碾碾压机，如图4-13所示。

（1）平碾碾压机，即压路机，适用于较薄的填土或表面压实、平整场地、修筑堤坝及道路工程，是应用最广泛的大面积填土压实机械。

（2）羊足碾碾压机，在滚轮表面装有许多羊足样滚压件，羊足高度为滚轮直径的1/5～1/8，需机械牵引。滚筒内按需要可装水或砂等。压实效果及深度较同重量的平碾高。适用于中等深度的粉质粘土、粉土、黄土等，且含水量适当。对干砂、干硬土块及石渣等压实效果不佳，不宜使用。还有一种带槽碾的特点及适用范围与羊足碾相似。

（3）汽胎碾碾压机，通过轮胎的压力进行碾压，较少采用。但有时利用土石方运输车辆进行碾压，效果较好而且经济，但不宜大面积靠车辆碾压。且需要较好地进行规划。

（a）平碾碾压机

（b）羊足碾碾压机

（c）气胎碾碾压机

图4-13　碾压机械

2．夯实

夯实主要用于小面积填土作业，作用深度大。小型夯实机械有冲击式和振动式之分，主要有内燃打夯机、电动立夯机及蛙式打夯机。由于其轻便，在工程中应用很广，适用于基坑沟槽及各种零星分散、边角部位的小型填方的夯实作业。

3．振动压实

振动夯实主要用于压实非粘性填土，如砂、石等，能增加填土密实度。机械如振动夯实机等。利用振动作用增加密实度是填土作业中常用的方法，如一般的压路机均有静力档和振动档，在道路工程的片石路基压实施工中通常进行振动压实。

4．其他方法

对于特厚的土层，采用重锤夯实或强夯等方法。

（三）压实机械的选择原则

（1）与筑坝材料的特性相适应。

（2）与土料含水量、原状土的结构状态和设计压实标准相适应。

（3）与施工强度大小、工作面宽窄和施工季节相适应。

（4）与施工单位现有机械设备情况和习用某种设备的经验相适应。

（5）各种碾压机械对各种土石料的适用范围如图4-14所示。

图4-14　各种碾压机械对各种土石料的适用范围

（四）压实试验目的

通过试验，确定合理且经济的压实参数（铺土厚度、压实遍数、最优含水量/加水量、压实机械类型与重量），指导现场施工，确保压实质量达到设计要求。

1． 压实标准

（1）黏性土：以压实度作为控制标准。压实度是现场实测干密度γ_d 与室内标准击实试验（或振动压实试验）所得最大干密度γ_max的比值（百分比表示）。

（2）无黏性土（砂、砾石等）： 通常以相对密度D_r 作为控制标准。为方便工程应用和检测，常将相对密度要求换算为对应的干密度γ_d 要求进行控制。

相对密度D_r与干密度γ_d的换算关系：

γ_d = (γ_min γ_max) / [γ_max - D_r (γ_max - γ_min)]

其中：

γ_d：要求达到的干密度 (g/cm³ 或 t/m³)

γ_min：土料的最小干密度（疏松状态，通过标准方法测定）（g/cm³ 或 t/m³）

γ_max：土料的最大干密度（最密实状态，通过标准方法测定）（g/cm³ 或 t/m³）

D_r：要求的相对密度（以小数表示，如0.70表示70%）

2． 压实参数

通过试验需确定的主要压实参数如下。

（1）黏性土： 最优含水量（ω）、铺土厚度（h）、碾压遍数（n）、压实机械重量（Q）及类型。

（2）无黏性土： 铺土厚度（h）、碾压遍数（n）、压实机械重量（Q）及类型（通常振动碾压更有效）。含水量（ω） 对无黏性土的压实效果影响较小，通常不是关键控制参数，但仍需注意避免过饱和。

3． 碾压试验

试验场地选择。

（1）应选择在施工区域附近，具有代表性（地质条件、土料性质与施工区相似）。

（2）场地要求地势平坦、开阔，便于压实机械操作。

（3）场地基础应密实、稳定，能承受试验荷载。

（4）靠近水源（如需要调整含水量）。

（五）试验与绘图分析

根据碾压试验结果进行以下工作。

1．绘制含水量（ω）与干密度γ_d关系曲线

（1）针对黏性土，确定其最大干密度γ_max 和对应的最优含水量（ω）。

（2）对于无黏性土，此曲线通常较为平缓，但仍需绘制以观察规律。

2．绘制干密度γ_d、最优含水量（ω）与压实遍数（n）的关系曲线

（1）在同一坐标系内，以压实遍数（n）为横坐标，分别以干密度γ_d和最优含水量（ω）为纵坐标（建议使用双纵坐标）。

（2）该曲线用于分析压实遍数对压实效果（干密度）和所需最优含水量的影响。

3．选择最优压实参数（h, n, ω）

（1）判断标准： 在满足设计压实标准（压实度或相对密度）对应的γ_d的前提下，选择单位体积土体压实功能（或压实功）最小的组合。

（2）压实功能（E）计算： 单位体积压实功能通常与 (Q * n) / h 成正比（Q为压实机械有效作用力或线荷载，n为遍数，h为铺土厚度）。最小化 (n) / h 或其等效形式（在Q相对固定时）可近似代表单位体积压实功能最小，即最经济。

（3）综合选择： 结合曲线分析，选择满足压实标准且(n) / h值最小的铺土厚度（h）和压实遍数（n）组合。最优含水量（ω）主要从含水量-干密度关系曲线确定。