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第三章 土石方工程与地基处理 第三章 土石方工程与地基处理 土石方工程是环境工程土建施工的主要工程之一，它包括土石方的开挖、回填、运输、平整等施工过程。工程所需的劳动量和机械动力消耗很大，是影响施工进度、成本及工程量的主要因素。 土石方工程的特点： （1）影响因素多且施工条件复杂。土是天然物质，种类多，成分复杂，性质各异。组织施工直接受到所在地区的地形、地物、水文地质以及气候诸多条件的影响，在繁华的城市中施工，还会受到施工环境的影响。 （2）施工量大，施工面积广且劳动繁重。如管道施工属线型工程，长度常达数十公里，某些大型污水处理工程，在场地平整和大型基坑开挖中，土石方施工工程量可达数十万到百万立方米。 （3）质量要求高，与相关施工过程配合紧密。土石方施工，不仅要求标高和断面准确，也要土体有足够强度和稳定性。常需施工排水、沟槽支撑和基坑护壁、坚硬岩土的爆破开挖等施工过程密切配合。 目录 3.1 土的分类与性质 3.2 土石方平衡与调配 3.3 土方开挖与机械 3.4 沟槽支撑 3.5 土方回填 3.6 施工排水 3.7 地基处理 3.8 土方雨季、冬季施工 3.1 土的分类与性质 地球表面30—80km厚的范围是地壳。地壳中原来整体坚硬的岩石，经风化、剥蚀、搬运、沉积，形成固体矿物、水和气体的集合体称为土。 不同的风化作用，形成不同性质的土。风化作用有下列三种： （1）物理风化。岩石受风、霜、雨、雪的侵蚀，温度、湿度变化，不均匀膨胀与收缩，使岩石产生裂缝，裂解为碎块，这种风化作用，只改变颗粒的大小与形状，不改变矿物成分，称为物理风化作用。由物理风化生成的为粗颗粒土，如碎石、卵石、砾石、沙土等，呈松散状态，总称为无黏性土。 （2）化学风化。岩石碎屑与水、氧气和二氧化碳等物质接触，使岩石碎屑发生化学变化，改变了原来组成矿物的成分，产生一种新的成分——次生矿物，土的颗粒变得很细，如黏土、粉质黏土，总称为黏性土。 （3）生物风化。由动、植物和人类活动对岩体造成的破坏，称生物风化。例如开山、打隧道等活动形成的土，其矿物成分没有变化。 3.1 土的分类与性质 3.1.1 土的组成 土是由颗粒（固相）、水（液相）和气（气相）所组成的三相体系。土体中颗粒大小和矿物成分差别很大,各组成部分的数量比例也不相同,土粒与其周围的水又发生复杂的作用。因此，要研究土的工程性质就必须了解土的组成。 3.1 土的分类与性质 （一）土的固体颗粒 1.土的颗粒级配 天然土是由无数大小不同的土粒所组成,通常是把大小相近的土粒合并为一组，称为粒组。不同的粒组具有不同的性质,工程上采用的粒组为六大粒组，即漂石、卵石、圆砾、砂粒、粉粒及黏粒,各粒组的进一步细分的粒径范围见表3-1。 3.1 土的分类与性质 土粒大小及其组成，通常以各粒组中土粒质量占干土总质量的百分数表示，称为土的颗粒级配。 为了确定土的级配，可用筛分法和比重计法测定，前者适用于粒径大于0.075mm的土，后者适于粒径小于0.075mm的土。 根据土粒分析试验结果,在半对数坐标纸上，以纵坐标表示小于某粒径的土粒含量百分比，横坐标表示粒径（用对数坐标），绘出如图3-1所示的颗粒级配曲线。如曲线较陡，则表示粒径大小相差不多，土粒较均匀；反之，曲线平缓，则表示粒径大小相差悬殊，土粒不均匀，级配良好。 对于级配良好的土，粗颗粒间的空隙被细颗粒所填充，土的密实度较好，相应的地基土的强度和稳定性也较好，透水性和压缩性也较小。 3.1 土的分类与性质 2.土粒的矿物成分 土的固体颗粒构成土的骨架，是由矿物所组成的。组成固体颗粒的矿物有原生矿物、次生矿物和有机化合物。 碎石土和砂土颗粒由原生矿物所组成，即由石英、长石和云母等组成。 粉粒的矿物成分是多样的，主要是石英和难溶的盐类CaCO3、MgCO3等颗粒。 黏粒的矿物成分主要有黏土矿物、氧化物、氢氧化物和各种难溶盐类。它的颗粒很小，在电子显微镜下观察到的形状为鳞片状或片状。黏土矿物依据晶片结合情况不同，有蒙脱石、伊里石和高岭石三类。 黏粒组除上述矿物外，还有腐殖质等胶态物质,它的颗粒很微小，能吸附大量水分子。由于土中胶态腐殖质的存在，使土具有高塑性、膨胀性和黏性，这对于工程建设是不利的。 3.1 土的分类与性质 （二）土中水和气体 1.土中水 土中水可以处于液态、固态和气态。当土中温度在0℃以下时，土中水冻结成冰,形成冻土,其强度增大。但冻土融化后,强度急剧降低。至于土中气态水，对土的性质影响不大。土中液态水可分为结合水和自由水。 (1)结合水 结合水是指受分子吸引力吸附于土粒表面的土中水。由于黏粒表面一般带有负电荷，使土