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广播电视大学土木工程专业毕业论文
中央广播电视大学人才培养模式改革和开放教育试点土木工程本科毕业论文
基于晋江人工湖K4标段项目浅谈土方开挖工程
分校（站、点）：
龙岩分校
学生姓名：
周宗杰
学号：
06969
指导教师：
张克
完稿日期：
2015年5月25日
基于晋江人工湖K4标段项目浅谈土方开挖工程
基于晋江人工湖K4标段项目浅谈土方开挖工程
周宗杰
【内容摘要】随着社会主义市场经济体制的建立和发展，建筑行业逐渐地成为国民经济的基础性和支柱性产业，建筑行业对经济的发展具有高度的敏感性，这些不确定性对建筑行业开发经营的成败起着决定性的作用[1]。
因此估计开挖土方过程中可能出现的各种风险，将有利于科学地分析和预测风险，并提出防范开挖土方的对策，以求将风险控制在最低限度阅读的文献，资料分析，国内研究现状和发展趋势提出本课题主要研究工程的施工工艺及其质量控制（方法和影响因素）、质量问题及其处理方法等主要内容，以及土方工程的内容（施工准备、施工方法、一般要求、质量标准等）。
场地排水降水、各种施工措施以保证土方工程的安全进行和进度完成。
【关键词】土方开挖施工控制施工技术质量问题
一、绪论
（一）土方工程的概述
土方工程通常是指土木工程建设项目对土壤开挖，运输，填筑，压实，弃土，排水，土墙支持等相关工作，多见于民用建筑。
工程主要包括土地平整及土方工程，基槽开挖，管沟开挖和路基人防工程，填路基，回填开挖，进行密度测试和部署土方平衡和地下设施安全保护等等。
由于土方工程比较复杂，所以安排计划的建设一定要科学，选择安全的操作环境，如对本项目，要尽量避开阴雨天气施工，同时合理的施工，土方降低建设成本，并符合国家对建筑施工的原则和标准，以尽量减少占用耕地和肥沃的耕地面积，做出了积极的、合理的土石方调配方案，统筹整体的实施安排。
土方工程施工方案设计主要施工方法，爆破土石方平衡，施工程序，组织施工现场，建筑，项目组织，相关布局，基础设施保护方案计划，部署和交付。
在工程建设项目中起着重要作用和意义的环节为控制土方的施工方案。
只有通过场地平整度的实现,才能创造有利条件项目工程的基础开始,并可以确保顺利完成的初步构建的场地景观。
一般来讲对土石方的平衡调配有着重要作用的为土石方的施工方案,而且在空间允许下,对以后的路基和基坑的储备提供了有利的条件。
更重要的是,在建设项目的整个成本控制中土方工程的施工方案起着关键环节的作用，,能最后实现施工场地的标高控制。
在一个工程的施工开始阶段，起着前导作用的工程为土方工程，也是土建是施工的重要工种之一，可见土方工程的重要性。
它是主要的施工内容包括有土的开挖、爆破、运输、填筑、平整和压实。
土方工程建设项目往往有大型，重型和建设劳动条件和复杂的特点：
土方工程施工受气候，水文，地质，场地限制，地下障碍等因素，增加了施工难度。
前土方工程的施工应检查详细的分析和技术资料（如地形图，工程地质和水文地质调查资料，地下管道，电缆和地面条件和土方工程施工图等地下结构），并根据目前现场调查有施工条件，制定技术上可行，经济合理的施工方案。
（二）土方工程的种类与特点
土方工程中是建筑工程中主要施工部分之一，也是建筑工程施工过程中的第一道工序。
它包括场地平整、基坑开挖、土方填筑与压实、降低地下水位和基坑土壁支护等辅助工作。
土方工程按施工内容和方法不同，一般包括以下四项：
1、场地平整
场地平整是将天然地面改造成符合设计要求的平面。
其特点是面广量大，工期长，施工条件复杂，受气候、水文、地质等影响因素多。
因此，施工前应深入调查，详尽地掌握以上各种资料，根据施工工程的特点、规模拟定合理的施工方案，尽可能采用新技术和机械化施工，为整个工程的后续工作提供一个平整、坚实、干燥的施工场地，并为基础工程施工做好准备。
2、基坑及沟管开挖
基坑及沟管开挖是指在地面以下为浅基础，桩承台及地下管道等施工而进行的土方开挖。
其特点是要求开挖的断面、标高、位置准确，它受气候影响较大，所以施工前必须做好施工准备，制定合理的开挖方案，以加快施工进度，保证施工质量。
3、地下大型土方开挖
地下大型土方开挖是指在地面以下如人防工程、大型建筑物得地下室、深基础及大型设备等而进行的土方开挖。
它涉及降低地下水位，边坡稳定及支护，临近建筑物的安全防护问题，因此在开挖土方前，应进行认真研究，制定切实可行的施工技术措施组织施工。
4、土方建筑
土方建筑是对低洼处用土方分层填平。
包括大型土方填筑、基坑、基槽、管沟回填。
前者与场地平整同时进行，后者与地下工程施工完后进行。
对土方填筑要求严格选择土料、分层填筑、分层压实。
二、工程实例
（一）工程概况
拟建场地位于晋江市梅岭组团人工湖规划区，东侧为拟建人工湖及世纪大道，南侧为变电站，西侧为沈海高速公路，北侧为九十九溪，交通便利，纯地下室为一层组成。
总用地面积137239m2，总建筑面积409993.65m2，本工程基坑平均开挖深度达1.7m,局部最大达3.5m。
土方开挖总量约为165000M³，场地平面呈梯型，基坑四周为空地。
建筑区回填后自然地面标高为±0.00，±0.00相对于85高程为9.4-12.3m，现场场地相对标高为7.6~-8.7m,本施工场地地下水位埋深为-0.5～-2.70m，混合稳定水位埋深为-1.80～2.30m，标高为5.80～6.40m；近一个水文年的最高水位标高为7.00m。
（二）工程水文地质概况
1、根据福建省岩土工程勘研究察院提供的《晋江世茂人工湖项目工程岩土工程勘察报告》：
（1）杂填土:
灰黄色、灰色；人工素填土，上部为新进填土、下部堆积10年左右，未经专门压实，松散；稍湿～饱和，松散。
层厚0.40～3.40m。
（2）粉质粘土:
褐灰色灰黄色；主要由黏性土组成，含少量石英，稍湿，可塑。
切面光滑，无摇震反应，韧性中等，干强度中等。
层厚0.30～2.90m。
（3）淤泥:
深灰色，饱和，流塑状，主要成分为粘性土，含有腐殖质，具有腥臭味，切面光滑，无摇震反应，韧性中等，干强度中等，全场分布层厚1.60～14.50m。
部分钻孔有粗砂夹层。
粗砂：
灰色，饱和，松散状，主要成分为粗砂，分选性较差，部分地区夹有中粗砂含泥10%~30%厚度0.50~5.00米。
（4）粉质粘土:
黄色、褐黄色、灰白色，湿，可塑状，主要由粘性土组成，切面光滑，粘性好韧性中等~高，干强度中等~高，无摇震反应，工程性能差。
厚度0.40~11.20米，
（5）淤泥粘土：
灰色、深灰色，饱和，流塑状，主要成分为粘性土，含有腐殖质，具有腥臭味，切面光滑，无摇震反应，韧性中等，干强度中等，工程性能差厚度2.20～4.90m。
（6）砾粗砂：
灰白色、褐黄色，饱和，稍密~中密状，主要成分为石英砾、粗砂，工程性能较差，部分地段为中粗砂，该颗粒粒径〉2mm含量0.00~50%平均值19.04%。
厚度0.30~7.70米。
（7）残积粘性土：
褐黄色、灰白色等，湿，可塑~硬塑状，石英砂〉2mm含量0.00~11.20%，平均值4.00%。
稍有光泽反应，无摇震反应，韧性中等，干强度中等，工程性能一般~较好。
厚度0.70~10.20米。
（8）全风化花岗岩：
灰黄色、黄白色等，中粒或细粒结构，主要矿物成分为长石、云母和石英。
属于极软岩，岩体极破碎。
岩体基本质量等级V级，为工程性能较好，厚度为0.50~8.90米。
（9）强风化花岗岩：
褐黄色、灰黄色，中粒或细粒结构，块状构造，主要矿物成分为长石、石英和云母等，裂隙节理极发育~很发育，属于极软岩~软岩，岩体极破碎~破碎，岩体基本等级为V级，工程性能较好~良好。
厚度为0.70~21.00米。
（10）中等风化花岗岩：
褐黄色、灰白色，中粒或细粒结构，块状构造，矿物成分主要由长石、石英、云母、暗色矿物等组成，裂隙发育~较发育，属于较软岩~较硬岩，岩体基本等级为Ⅳ~Ⅲ级，完整性为破碎~较破碎，工程性能良好，厚度为0.40~6.00米。
2、各岩土层物理力学指标及设计计算参数选取
根据现场原位测试及室内试验结果，按照国家标准《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）（2009年版）关于岩土主要测试指标统计方法，[5]对各土（岩）层的物理力学指标及原位测试结果进行统计，结合本工程实际及地区经验，以上各土（岩）层的地基基础设计计算参数的建议值见表2-1。
各岩土层物理力学指标参数表表2-1
备注：
（1）表中带*者为经验值。
（2）根据邻近场地K3-1资料淤泥③有机质含量取5.47%。
（三）工程特点
1、本工程场地较大，土方堆放及运输较为方便，本工程采用放坡开挖方式施工；
2、土方开挖深度较浅，坑底处于淤泥层中，承台全断面进入该层，对降水效果提出较低要求。
3、土方开挖的时候由于工程桩比较密集所以为避免在开挖时候挖机将桩给挖断，在开挖时不能用大挖机，用小挖机进行开挖；再用大挖机盘土装车运走。
4、在工程进出作业的车辆要严控其撒漏的现象
5、依据本工程的地质勘查报告及现场情况的综合考虑，我们选择自然放坡，若在作业的过程中遇到低于地下水位的要采取降水措施。
三、边坡稳定的计算分析
（一）计算自然放坡是否满足边坡稳定
依据本工程的地质条件，我们要进行边坡稳定的计算分析，从土坡发生滑移的情况我们归结我两个方面，一个是土坡发生滑体时候土方顺着直线的方向向下滑落;另一个是土方发生滑体时候土方是曲面的方向向下滑落[7]。
从这两点出发，我们选择两种边坡稳定的计算方法进行分析，一个是直线滑动面的边坡稳定性分析---解析法；另一个是曲面滑动面的边坡稳定性分析---圆弧滑动面的解析法。
接下来我们采取这两种计算方法来分析边坡的稳定性。
1、直线滑动面的边坡稳定性分析---解析法
直线滑动面的计算图示图3-1
坡脚圆最危险滑动弧圆（δ=0）数值表3-1
坡率m
坡度a
a。
w
0.3
73°18′
28°
40°
0.5
63°26′
33°15′
37°
0.75
53°18′
40°
32°15′
1.0
45°00′
45°
28°15′
有图3-1，按静力平衡可得
Kmin=（2a+f）.cotα+2
.cscα（3-1）
a=2c/γH（3-2）
式中：
f---摩擦系数，f=tanφ，φ为内摩擦角（度）；
c---土的粘结力（kPa）；
H---路基高粘度（m）；
γ---天然单位重度（KN/m³）；
K---稳定系数，当K>1.25为稳定；
φ---内摩擦角（度）；
由各岩土层物理力学指标参数表2-1可知，再加上从现场工程获取的数据，第一种类型的边坡位置土层有两层，第一层为粉质粘土H=2m,第二层为淤泥H=3m,计算过程如下:
第一种类型边坡断面图的土质分层图图3-2
第一层粉质粘土
φ=15.6°c=24.4kPaH=2mr=19.3KN/m³
1:
0.5的边坡，α=63°26′
验算如下:
cotα=0.5，cscα=1.1181,解的f=tanφ=0.2792
带入公式3-2得：
a==2c/γH=1.2642
带入公式3-1得：
Kmin=（2a+f）.cotα+2
.cscα=4.5274＞1.25，该粉质粘土层边坡稳定
第二层淤泥层
φ=7.8°c=12.7kPaH=3mr=16.4KN/m³
1:
0.5的边坡，α=63°26′
验算如下:
cotα=0.5，cscα=1.1181,解的f=tanφ=0.2792
带入公式3-2得：
a==2c/γH=0.5163
带入公式3-1得：
Kmin=（2a+f）.cotα+2
.cscα=1.8835＞1.25，该淤泥层边坡稳定
结论：
该坡在自然放坡下处于稳定状态。
第二种边坡类型
第二种类型边坡断面图的土质分层图图3-3
由各岩土层物理力学指标参数表2-1可知，再加上从现场工程获取的数据，第二种类型的边坡位置土层有两层，第一层为粉质粘土H=3.2m,第二层为淤泥H=1.6m,计算过程如下:
第一层粉质粘土
φ=15.6°c=24.4kPaH=3.2mr=19.3KN/m³
1:
1的边坡，α=45°
验算如下:
cotα=1.0000，cscα=1.4142,解的f=tanφ=0.2792
带入公式3-2得：
a==2c/γH=0.7902
带入公式3-1得：
Kmin=（2a+f）.cotα+2
.cscα=4.4619＞1.25，该粉质粘土层边坡稳定
第二层淤泥层
φ=7.8°c=12.7kPaH=1.6mr=16.4KN/m³
1:
1的边坡，α=45°
验算如下:
cotα=1.0000，cscα=1.4142,解的f=tanφ=0.1370
带入公式3-2得：
a==2c/γH=0.9680
带入公式3-1得：
Kmin=（2a+f）.cotα+2
.cscα=4.998＞1.25，该淤泥层边坡稳定
结论：
该坡在自然放坡下处于稳定状态。
2、曲面滑动面的边坡稳定性分析---圆弧滑动面的解析法
本边坡采用圆弧滑动面解析法中的坡脚圆法，计算图式如图3-4所示。
坡脚圆（δ=0）计算图式图3-4
坡脚圆计算辅助图图3-5
坡脚圆的α、α0、ω图3-5坡脚圆图解曲线关系图图3-6
式中：
C---土的粘结力（kPa）；
H---路基高度（m）；
a。
--圆心角的一半；
w---滑动面的倾角；
极限平衡时，My=Mo.
c=rH[2sina。
.sina。
.sinw.sinw/2a。
.（cota。
.cotw-cota。
.cota+cota.cotw-2×cota/3+1/3）]公式（3-3）
此时边坡的稳定性系数为：
K=C/c公式（3-4）
该边坡稳定性K≧1.25才稳定。
由各岩土层物理力学指标参数表2-1可知，再加上从现场工程获取的数据，第一种类型的边坡位置土层有两层，第一层为粉质粘土H=2m,第二层为淤泥H=3m,计算过程如下:
第一种类型边坡断面图的土质分层图图3-7
第一层粉质粘土
C=24.4kPaH=2mr=19.3KN/m³
1:
0.5的边坡，α=63°26′，α0=33°15′，ω=37°
验算如下:
sina。
=0.5483，sinw=0.6018,cota。
=1.5253,cotw=1.3270,cota=0.5000
带入公式3-3得：
c=rH[2sina。
.sina。
.sinw.sinw/2a。
.（cota。
.cotw-cota。
.cota+cota.cotw-2×cota/3+1/3）]=7.06
带入公式3-4得：
K=C/c=3.46＞1.25，该粉质粘土层边坡稳定
第二层淤泥层
C=12.7kPaH=3mr=16.4KN/m³
1:
0.5的边坡，α=63°26′，α0=33°15′，ω=37°
验算如下:
sina。
=0.5483，sinw=0.6018,cota。
=1.5253,cotw=1.3270,cota=0.5000
带入公式3-3得：
c=rH[2sina。
.sina。
.sinw.sinw/2a。
.（cota。
.cotw-cota。
.cota+cota.cotw-2×cota/3+1/3）]=9.00
带入公式3-4得：
K=C/c=1.41＞1.25，该淤泥层边坡稳定
结论：
该坡在自然放坡下处于稳定状态。
第二种边坡类型
第二种类型边坡断面图的土质分层图图3-8
由各岩土层物理力学指标参数表2-1可知，再加上从现场工程获取的数据，第二种类型的边坡位置土层有两层，第一层为粉质粘土H=3.2m,第二层为淤泥H=1.6m,计算过程如下:
第一层粉质粘土
C=24.4kPaH=3.2mr=19.3KN/m³
1:
1的边坡，α=45°，α0=45°，ω=28°15′
验算如下:
sina。
=0.7071，sinw=0.4733,cota。
=1.0000,cotw=1.8741,cota=1.0000
带入公式3-3得：
c=rH[2sina。
.sina。
.sinw.sinw/2a。
.（cota。
.cotw-cota。
.cota+cota.cotw-2×cota/3+1/3）]=19.3
带入公式3-4得：
K=C/c=1.26＞1.25，该粉质粘土层边坡稳定
第二层淤泥层
C=12.7kPaH=1.6mr=16.4KN/m³
1:
0.5的边坡，α=63°26′，α0=33°15′，ω=37°
验算如下:
sina。
=0.5483，sinw=0.6018,cota。
=1.5253,cotw=1.3270,cota=0.5000
带入公式3-3得：
c=rH[2sina。
.sina。
.sinw.sinw/2a。
.（cota。
.cotw-cota。
.cota+cota.cotw-2×cota/3+1/3）]=8.76
带入公式3-4得：
K=C/c=1.45＞1.25，该淤泥层边坡稳定
结论：
该坡在自然放坡下处于稳定状态。
（二）计算过程中遇到的问题及解决
从上面的计算过程可看出，我用两种不同的方法去分析土方工程中的自然放坡是否满足边坡稳定性的要求。
在计算过程中遇到的一些问题及解决:
1、在现在中想获得边坡的坡度比较困难，因为它不像课文一样能直接给你数据，因此需要自己去获取。
我获取边坡的坡度方法是：
在明显高差的特性点处采集，在内业作业时根据差和坡顶、坡脚的投影距离直接可以算出。
利用的机械有全站仪测距，水准仪测高程差。
2、在做这个课题时候我进行了猜想，我考虑过发生边坡滑坡的几种情况，滑坡的时候可能发生向直线方向的往下滑移，也有可能是圆弧状的向下滑移。
有了这个方向以后就去寻找参考文献，最终确定用直线滑动面的边坡稳定性分析---解析法和曲面滑动面的边坡稳定性分析---圆弧滑动面的解析法[8]。
3、在用两种方法进行计算后，其验算的结果都一样，则说明这个边坡在一般情况下也不会发生边坡滑移现象，从而确保边坡的稳定性，也提高了该工程的经济效益。
四、土方开挖
（一）施工准备
1、在土方工程中土方开挖之前要进行对地下情况和施工现场进行全面勘查，且要制定出一些处理的措施[9]。
2、测量放线及测量桩点保护。
（1）土方开挖之前要先进行对甲方提供的图纸上的坐标点进行复查，等复查后的数据和图纸上给定的数据一致时或者在误差范围内的，在正式开始放线。
（2）土方开挖前，依据施工图把开挖基坑的尺寸位置用白灰撒出来，并在标准的基础上都向外扩300mm，为了提供后期砌砖胎膜提供了施工工作面。
轴线也放出来。
（3）在现场中对在开挖范围内或是在开挖的周边的测量桩，要引测到非开挖区域内，且增加保护措施。
3、土方开挖前，根据建设单位提供的资料、证明按城市有关规定办理手续，土方运输及卸土应按政府有关规定执行。
（二）施工方法
沿基坑内测周边6m范围内，分层分段开挖，分段开挖长度第一层每段不得超过20m，第二层每段不得超过18m，第二层以下每段不得超过9m。
1、退土顺序
基坑土方开挖从北向南推进，具体见附图3-1。
2、第一阶段土方开挖
第一阶段挖土由二台大型挖掘机同时开挖降土至标高处（2.0m深），该阶段开挖的土方均为回填土；开挖顺序由西、向东侧施工、随运；土方全部外运。
第一阶段土方开挖如下页图所示。
3、各阶段土方开挖
第二阶段由一台小型挖掘机基坑内降土，一台大型挖机在基坑边进行盘土装车，坡度的车坡道每阶段挖土深2.0m，施工顺序同第一阶段土方开挖。
最后一道土方开挖（即挖到基坑底时）要采取跳挖的形式进行挖土。
图4-2第二阶段土方开挖
4、承台土方开挖
本工程基础有双桩和三桩承台，按双桩承台（1.50m高）和三桩承台（1.30m高）区分，由于桩距较小，避免机械开挖时碰撞桩身造成断桩，承台部分将其土方挖至基坑底板底为止，以下部分采用人工开挖。
桩顶没有送到设计标高的，在挖土过程中要根据打桩记录提前进行标识，并施工技术人员在现场指挥开挖，对于超过桩顶较高的桩要提前进行预砍，桩身周边500mm范围内采用人工清出土方。
图4-3承台与集水井开挖断面图
（三）一般要求
1、土方开挖遵循“严禁超挖”的原则。
底板底标高以上土方采用大型挖掘机开挖，采用自卸汽车往场外运土。
当挖至板底以上200~300mm时，对承台、地梁进行准确定位，采用人工挖除该范围内土体[10]。
2、在挖基坑的时候，现场应该就挖出土的情况，来布置现场的开挖机械和施工的临时通道，临时通道应合格安全有效，如遇雨天，在场地内采用碎石铺设两条6m宽600mm厚的临时退土道路，保证场地道路畅通。
3、挖成的基坑，凡有扰动或损坏的地方，用监理工程师批准的适用材料回填至正确的标高。
4、基坑开挖后，遇到基底地质、水文等与设计有不良变化时，根据实际钻探及土壤实验资料提出处理方案及加固措施，经监理工程师批准后进行地基处理。
（四）质量标准
土方开挖工程的质量检验标准应符合下表的规定：
项
序
项目
允许偏差或允许值
检验方法
柱基
基坑
基槽
挖方场地平整
管沟
地（路）面基层
人工
机械
主
控
项
目
1
标高
－50
±30
±50
－50
－50
水准仪
2
长度、宽度（由设计中心线向两边量）
＋200
－50
＋300
－100
＋500
－150
＋100
－30
经纬仪、用钢尺量
3
边坡
设计要求
观察或用坡度尺检查
一
般
项
目
1
表面平整度
20
20
50
20
20
用2m靠尺和楔形塞尺检查
2
基底土性
设计要求
注：
地（路）面基层的偏差只适用于直接在挖、填土上做地（路）面的基层。
五、土方开挖工程中遇到的问题分析及处理
（一）土方开挖的难点分析
1、A1#土方开挖的难点特点分析
（1）A1#的集水坑JSK3、JSK4、JSK5开挖深度深（深3.7米），土方量大（现场1:
2放坡）坑边无法堆放，而且由于还有砍桩再加上在打桩基工程时候因现场条件的各种因素，使得冲孔灌注桩的超灌高度远远大于1米，甚至部分桩的超灌达到了6、7米，而集水坑的底面的土面标高又低于砍桩标高的3.7米，超过了现场挖机的有效臂手的长度，因此也加大了现场的施工难度。
再则还要把钩机挖出的土方先用装载机把土方暂时堆放在坑边100~150米的空地，待砖胎模（砖胎模要砌400宽工作面为300宽排水沟200宽。
）砌到一半再用装载机把土方暂时堆放在坑边，用人工回填，冲水夯实，第一次回填到位后，才能继续砌砖胎模待砖胎模（砖胎模要砌400宽）砌到设计标高后，再用装载机把土方暂时堆放在坑边，再用人工回填，再冲水夯实，这也增加了很大的工作量及施工难度。
（2）在基坑施工过程中若有强降水或强台风来临，基坑内水若无法排出，从砂袋缝隙中坑壁砂层流出的水有可能对周边建筑施工外夹造成威胁。
（3）若原桩基存在断桩需接桩，施工难度很大，断桩一般在流沙层。
要用人工挖孔桩进行接桩。
（4）放坡部位采取塑料膜防止雨水冲刷，但实际施工过程中容易破损。
2、应急措施和确保基坑安全措施
（1）开挖施工流向采取由北向南推进，底板、承台、地梁垫层施工紧随其后。
（2）现场准备5000个砂袋，作为应急备用[11]。
（3）布设监测点，根据采集数据达报警界限时，立即
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