1.3　溝槽（基坑）的土方施工

1.3.1　溝槽斷面

1.常用形式

常用形式有直槽、梯形槽、混合槽、聯合槽等，如圖1.14所示。溝槽底寬由下式確定，如圖1.15所示。

2.選擇形式

在保證安全和工程高質量的前提下，綜合考慮土質、地下水、埋深、施工現場環境條件等因素。

溝槽底寬W：

W=B+2b　　　　　（1.15）

式中：W—溝槽底寬（m）；

B—基礎構造寬度（m）；

b—工作面寬度（m）。

溝槽上口寬度S：

S=W+2nH　　　　　（1.16）

式中：S—溝槽上口的寬度（m）；

n—溝槽邊坡系數；

H—溝槽開挖深度（m）。

工作面寬度b決定于管道斷面尺寸和施工方法，每側工作面寬度如表1.6所示。

溝槽開挖深度按管道設計縱斷面確定。

1.3.2　溝槽及土方量計算

通常，溝槽土方量計算采用分段平均法，基坑土方量計算按立體幾何中柱體體積公式計算，如圖1.16和圖所示。計算公式如下：

（1）溝槽：　　　　V1=1/2（F1+F2）L=1/2（F1×F2）L1　　　　（1.17）

（2）基坑：　　　　V=H/6（F1+4F0+F2）　　　　（1.18）

【工程案例】已知某一給水管線縱斷面圖設計如圖1.18所示，土質為黏土，無地下水，采用人工開槽法施工，其開槽邊坡系數采用1∶0.25，工作面寬度b=0.4，計算土方量。

【解】根據管線縱斷面圖，可以看出地形是起伏變化的。為此將溝槽按樁號0+100～0+150、0+150～0+200、0+200～0+225，分三段計算。

（1）各斷面面積計算

①0+100處斷面面積：

溝槽底寬：W=B+2b=0.6+2×0.4=1.4m

溝槽上口寬度：S=W+2nH1=1.4+2×0.25×2.4=2.6m

②0+150處斷面面積

溝槽底寬：W=B+2b=0.6+2×0.4=1.4m

溝槽上口寬度：S=W+2nH2=1.4+2×0.25×3.65=3.225m

③0+200處斷面面積

溝槽底寬：W=B+2b=0.6+2×0.4=1.4m

溝槽上口寬度：S=W+2nH2=1.4+2×0.25×3.10=2.95m

④0+225處斷面面積

溝槽底寬：W=B+2b=0.6+2×0.4=1.4m

溝槽上口寬度：S=W+2nH2=1.4+2×0.25×2.625=2.71m

（2）溝槽土方量計算

①樁號0+100～0+150段的土方量：

②樁號0+150～0+200段的土方量：

③樁號0+200～0+225段的土方量：

故，溝槽總土方量：

1.3.3　溝槽（基坑）的土方開挖

1.土方開挖的一般原則

（1）合理確定開挖順序。保證土方開挖的順序進行，應結合現場的水文、地質條件，合理確定開挖順序。例如，相鄰溝槽和基坑開挖時，應遵循先深后淺或同時進行的施工順序。

（2）不得超挖，減小對地基土的擾動。采用機械挖土時，可在設計標高以上留20cm土層不挖，待人工清理。即使采用人工挖土也不得超挖。如果挖好后不能及時進行下一工序，可在基底標高以上留15cm土層不挖，待下一工序開始前再挖除。

（3）保證土壁穩定。開挖時應保證溝槽槽壁穩定，一般槽邊上緣至棄土坡腳的距離應不小于0.8～1.5m，推土高度不應超過1.5m。

（4）專人指揮機械開挖，且留有足夠的標高。采用機械開挖溝槽時，應由專人負責掌握挖槽斷面尺寸和標高。施工機械離槽邊上緣應有一定的安全距離。

（5）軟土、膨脹土地區，開挖土方或進入季節性施工時，應遵照有關規定。

2.開挖質量標準

（1）不得擾動天然地基或地基處理負荷設計規定；雨季施工時，應盡可能縮短開槽長度，且成槽快、回填快，并采取防泡槽措施。一旦發生泡槽，應將受泡的軟化土層清除，換填砂石料或中粗砂。

（2）槽壁平整，邊坡符合施工設計規定。

（3）溝槽底部中心每側凈寬留有足夠的施工寬度；溝槽中心線每側的凈寬不應小于管道溝槽底部開挖寬度的一半。

（4）槽底標高允許誤差：開挖土方時應為±20mm；開挖石方時應為+20mm、-200mm。開挖至設計管底標高以上200mm時，即停止機械作業，改用人工開挖清理至設計標高。人工開挖應在機械開挖的同時及時跟進，便于溝槽深度較大時利用挖掘機械將淤泥清出槽外。

（5）開挖溝底比設計基底每側加寬0.5m，以保證基礎施工和管道安裝有必要的操作空間，溝槽開挖期間還應加強對其標高的測量，以防止超挖。

3.開挖方法

土方開挖方法分為人工開挖和機械開挖兩種方法。為了減輕繁重的體力勞動，加快施工速度，提高勞動生產率，應盡量采用機械開挖。

溝槽、基坑開挖常用的施工機械有單斗挖土機和多斗挖土機兩種類型。

（1）單斗挖土機

單斗挖土機在溝槽或基坑開挖施工中應用廣泛，種類很多。按其工作裝置不同，分為正鏟、反鏟、拉鏟和抓鏟等。挖土機按行走方式分履帶式和輪胎式兩種；按其操縱機構的不同，分為機械式和液壓式兩類，如圖1.19所示。目前，多采用的是液壓式挖土機，其特點是能夠比較準確地控制挖土深度。

①正鏟挖土機。它適用于開挖停機面以上的一至三類土，一般與自卸汽車配合完成整個挖運任務，可用于開挖高度大于2.0m的大型基坑及土丘。其特點是：開挖時土斗前進向上，強制切土，挖掘力大，生產率高，其外形如圖1.20所示。正鏟挖土機挖土方式有兩種：正向挖土、側向卸土和正向挖土、后方卸土。開挖工作面較大、深度不大的基坑（槽）和管溝等一般采用正向工作面挖土，側向卸土；方便汽車倒車、裝土和運土。開挖工作面較小且基坑（槽）和管溝較深時，一般采用正向挖土，后方卸土。開挖土丘一般采用側向工作面挖土，挖土機回轉卸土的角度小，且避免汽車的倒車和轉彎多的缺點，如圖1.21所示。如果開挖的基坑較深，還可采用分層挖土等方法，以提高生產效率。

②反鏟挖土機。它適用于開挖停機面以下的一至三類土方，其機身和裝土都在地面上操作，受地下水的影響較小；用于開挖溝槽和深度不大的基坑，其外形如圖1.22所示。反鏟挖土機挖土方法通常采用溝端開挖或溝側開挖兩種，如圖1.23所示。溝端開挖反鏟挖土機停于溝端，向后倒退挖土，同時往溝兩側棄土或裝車運走；溝端開挖工作面寬度為：單面裝土時為1.3R，雙面裝土時為1.7R。基坑較寬時，可多次開行開挖或按Z字形路線開挖。溝側開挖挖土機沿基槽的一側移動挖土，將土棄于距基槽邊較遠處，但開挖寬度受限制（一般為0.8R），且不能很好地控制邊坡，機身停在溝邊穩定性較差；一般只在無法采用溝端開挖或所挖的土不需運走時采用。后者挖土的寬度與深度小于前者，但棄土距溝邊較遠。

③拉鏟挖土機。它適用于開挖停機面以下的一至三類土或水中開挖，主要開挖較深、較大的溝槽、基坑。其工效低，外形如圖1.24所示。其挖土特點是“后退向下，自重切土”，挖土時土斗在自重作用下落到地面切入土中，其挖土半徑和挖土深度較大，但不如反鏟挖土機靈活，開挖精確性差；開挖大型基坑或水下挖土采用。拉鏟挖土機的開挖方式與反鏟挖土機的開挖方式相似，也可分為溝端開挖和溝側開挖。

④抓鏟挖土機。它適用于開挖停機面以下一至三類土，主要用于開挖面積較小、深度較大的基坑及開挖水中的淤泥或疏通舊有渠道等。其外形如圖1.25所示。其挖土特點是“直上直下，自重切土”，挖掘力較小；可用于開挖窄而深的基坑，疏通舊有渠道，以及挖取水中淤泥等，或用于裝卸碎石、礦渣等松散材料。在軟土地基地區，常用于開挖基坑、沉井等。

（2）多斗挖土機

多斗挖土機種類：按工作裝置分，有鏈斗式和輪斗式兩種；按卸土方法分，有裝卸土傳動帶運輸器和未裝卸土傳動帶運輸器兩種。

多斗挖土機由工作裝置、行走裝置和動力操縱及傳動裝置等部分組成，如圖1.26所示。

多斗挖土機與單斗挖土機相比，其優點為挖土作業是連續的，生產效率較高；溝槽斷面整齊；開挖單位土方量所消耗的能量低；在挖土的同時能將土自動地卸在溝槽一側。多斗挖土機不宜開挖堅硬的土和含水量較大的土。宜于開挖黃土、亞黏土和亞砂土等。

4.溝槽、基坑土方工程機械化施工方案的選擇

大型工程的土方工程施工中應合理地選擇機械，使各種機械在施工中配合協調，充分發揮機械效率，保證工程質量，加快施工進度，降低工程成本。因此，在施工前要經過經濟和技術分析比較，制定出合理的施工方案，用以指導施工。

（1）制定施工方案的依據

主要有：工程類型及規模，施工現場的工程及水文地質情況，現有機械設備條件，工期要求。

（2）施工方案的選擇

在大型管溝、基坑施工中，可根據管溝、基坑深度、土質、地下水及土方量等情況，結合現有機械設備的性能、適合條件，采取不同的施工方法。

開挖溝槽常優先考慮采用挖溝機，以保證施工質量，加快施工進度。也可以用反向挖土機挖土，根據管溝情況，采取溝端開挖或溝側開挖。

大型基坑施工可以采用正鏟挖土機挖土，自卸汽車運土；當基坑有地下水時，可先用正鏟挖土機開挖地下水位以上的土，再用反向鏟或拉鏟或抓鏟開挖地下水位以下的土。

采用機械挖土時，為了不使地基土遭到破壞，管溝或基坑底部應留200～300mm厚的土層，由人工清理整平。

1.3.4　開挖注意問題

（1）挖前先驗線。

（2）連續開挖盡快完，防止水流入基坑。

（3）坑邊堆土防坍塌：及時清運；堆土0.8m以外，高≤1.5m。

（4）嚴禁擾動基底土，加強測量防超挖：預留層，保護層，抄平清底打木樁。

（5）發現文物、古墓停挖，上報、待處理。

（6）注意安全，雨后復工先檢查。