1.土方工程的内容
（1）土方工程施工内容
土木工程施工通常包括场地平整、地下室和基坑（槽）及管沟开挖与回填，地坪填土与碾压，路基填筑等。此外还包括排水、降水和土壁支护等准备工作和辅助过程。
（2）土方工程特点
土方工程施工往往具有面广量大、劳动繁重、施工条件复杂等特点，如大型建设项目的场地平整，土石方施工面积可达数平方公里，甚至数十平方公里，在场地平整和大型深基坑开挖中，土方工程量可达几万甚至几百万立方米以上；施工工期长，土方工程施工多为露天作业，施工中直接受到所在区域交通、气候、水文、地质和邻近建（构）筑物等条件的影响；且土、石又是一种天然物质，成分较为复杂，难以确定的因素较多，有时施工条件极为复杂。
（3）土方工程施工要求
组织土方工程施工前，应对现场进行勘察，详细收集、核对和分析各项技术资料（如实测地形图，工程地质、水文地质、原有地下管线分布情况，地下构物筑资料）；并做好施工前的准备工作，如地面、地下障碍物清除，必要时修筑运土道路等；制订出以技术经济分析为依据的施工组织设计，选择好施工方案，做到有条件和可能利用机械施工时，尽可能采用机械施工，减轻繁重的体力劳动；合理安排施工计划，尽可能避开雨季施工；做出合理的土方调配方案，以降低土方工程施工费用；并做好保证工程质量的技术措施，对施工中可能遇到的问题，如：流砂、边坡稳定等进行技术分析，提出解决方法。
2.土的工程分类
土的种类繁多，其分类方法也很多。在土木工程中作为地基的土分为五类：粘性土、砂土、碎石土、岩石和人工填土；按工程地质特征及土的性质不同，各类土又可分为几个细类：如砂土分砾砂、粗砂、中砂、细砂、粉砂等；根据其孔隙比大小，分为密实、中密、稍密和松散等各种砂土；根据含水量大小分为稍湿、很湿和饱和的各种砂土；同样粘性土也可分为粘土、亚粘土和轻亚粘土，并根据其状态分为坚硬、硬塑、可塑、软塑和流塑等粘性土。
在土木工程施工中，按照开挖的难易程度，土的分类又分为八类如表2-1-1。表中一~四类为土、五~八类为岩石。不同的土其物理、力学性质也不同，只有充分掌握各类土的特性及其对施工的影响，才能选择正确的施工方法。
表2-1 土的工程分类
3.土的工程性质
（1）土的可松性
自然状态下的土经开挖后，其体积因松散而增大，以后虽经回填压实，仍不能恢复原状，这种性质称为土的可松性。土的可松性用可松性系数表示,
最初可松性系数 KS=V2/V1 （1－1）
最后可松性系数 KS’=V3/V1 （1－2）
–V1 ——土在自然状态下的体积。
–V2 ——土经开挖后松散状态下的体积。
–V3 ——土经回填压实后的体积。
土的可松性对土方量的平衡调配、确定场地设计标高、计算运土机具的数量、填土所需挖方体积等均有很大影响。
在土方工程中，KS是计算土方施工机械及运土车辆等的参数，KS’是计算场地平整标高及填方时所需挖土量等的重要参数。（可松性系数见表）
（2）土的渗透性
土的渗透性指水流通过土中孔隙的难易程度，水在单位时间内穿透土层的能力称为渗透系数，用k表示，单位为m/d。水的渗透性大小，取决于不同的土质，地下水的流动以及在土中的渗透速度都与土的透水性有关。
k的意义：水力坡度（i=Δh/L）为1时，单位时间内水穿透土体的速度（V=ki）
V－水在土中的渗透速度，m/d
I－水力坡度，i=Δh/L
K－土的渗透系数
K值的大小反映土体透水性的强弱（一般土的渗透系数表）
3.原状土经机械压实后的沉降量
原状土经机械往返压实或经其他压实措施后，会产生一定的沉陷，根据不同土质，其沉陷量一般在3～750px之间。可按下述经验公式计算：
S——原状土经机械压实后的沉降量(cm)；
P——机械压实的有效作用力(MPa)；
C——原状土的抗陷系数(MPa) (可按表1-4取值)
4.土的天然含水量
土的含水量w是土中水的质量与固体颗粒质量之比，以百分数表示，即
（1－4）
式中：mw—土中水的质量
ms—土中固体颗粒的质量
土的干湿程度用含水量表示。含水量5％以下称干土，含水量在5%~30%之间称湿土，大于30％称饱和土。含水量越大，土就越湿，对施工越不利。土的含水量大小对挖土的难易、施工时边坡的坡度、回填土的压实等均有影响。
5.土的天然密度与干密度
（1）土的天然密度
土在天然状态下单位体积的质量，称为土的天然密度。土的天然密度用ρ表示：
（1－5）
式中：m—土的总质量；
v—土的天然体积。
（2）土的干密度
单位体积中土的固体颗粒的质量称为土的干密度，土的干密度用ρd表示：
（1－6）
式中：ms—土中固体颗粒的质量；
v—土的天然体积
土的干密度越大，表示土越密室。工程上常把土的干密度作为评定土体密室程度的标准，以控制 填土压实质量。
4.土方边坡
(1)土方边坡坡度
在开挖基坑、沟槽或填筑路堤时，为防止塌方，保证施工安全及边坡稳定，其边沿应考虑放坡。土方边坡坡度以其高度B与底宽H之比表示，即
土方边坡坡度＝ （1－7）
式中：m=B/H，称为坡度系数。
2.土方边坡形式
土方放坡开挖底边坡可做成直线形、折线形或踏步形，如下图所示：
(a)直线形 (b)折线形 (c) 踏步形
3.土方边坡坡度要求
一、 使用时间较长的临时性挖方边坡坡度值
应根据土的物理力学性质(内摩擦角、内聚力、湿度、密度等)确定，永久性挖方边坡坡度应按设计要求放坡。对使用时间较长的临时性挖方边坡坡度，在山坡整体稳定情况下，如地质条件良好，土质较均匀，高度在10m以内的应符合1-5表规定。
二、 岩石边坡允许坡度值
对容易风化的岩石进行挖方时，应对坡脚、坡面采取喷浆、抹面、嵌补等保护措施，并作好排水，避免在影响边坡稳定的范围内积水。其边坡坡度可按表1-6采用。
三、路堑边坡坡度值
地质条件良好、土质较均匀、高度在18 m以内的路堑边坡坡度可按表1-7采用。
四、深度在5m内的基坑(槽)、管沟边坡的最陡坡度(不加支撑)
当地质条件良好，土质均匀且地下水位低于基坑(槽)或管沟底面标高时，挖方深度在5 m以内不加支撑的边坡最陡坡度应符合表1-8规定。
五、挖方边坡可作成直立壁不加支撑
在地质条件良好，土质均匀且地下水位低于基坑(槽)或管沟底面标高时，挖方边坡可作成直立壁不加支撑，但不宜超过下列规定：
密实、中密的砂土和碎石类土(充填物为砂土)——1.0 m；
硬塑、可塑的粉土及粉质粘土——1.25 m；
硬塑、可塑的粘土和碎石类土(充填物为粘性土)——1.5 m；
坚硬的粘土——2 m。
挖方深度超过上述规定时，应考虑放坡或作成直立壁加支撑。施工过程中，应经常检查基坑(槽)或管沟壁的稳定情况，及时进行地下结构和安装工程施工。
4.土方边坡稳定分析
一、土方边坡稳定的影响因素
基坑边坡的稳定，主要由土体的抗滑能力来保持。当土体下滑力超过抗滑力，土体就会失去稳定而发生滑动。边坡土体的滑动是沿着一个面发展的，这个面称作滑动面。滑动面的位置与形状取决于土质和土层结构，如含有粘土夹层的土体因浸水而下滑时，滑动面往往沿夹层而发展。而一般均质粘性土的滑动面为圆柱形，如图1-4-1可见土体的破坏是由于剪切而破坏的，土体抗滑能力实质上就是土体的抗剪能力。而土体抗剪能力的大小主要取决于土的内摩擦系数与内聚力大小。土壤颗粒间不但存在抵抗滑动的摩擦力，也存在内聚力（除了干净和干燥的砂之外）。内聚力一般由两种因素形成：一是由于土中水的水膜和土粒之间的分子引力；一是由于化合物的胶结作用（特别是黄土）。不同的土，土的不同物理性质对土体抗剪能有影响，图1—4－1“条分法”的计算简图
如含水量增加了，胶结物溶解，内聚力就会变小。因此在考虑边坡稳定时，除了从试验室得到的内摩擦系数与内聚力的数据外，还应考虑施工期间气候（如雨水）的影响和振动的影响（饱和细砂和粉砂会因振动而变化）。
土体的下滑力在土体中产生剪应力，土体下滑力的大小与基坑深度和边坡大小等有关，因为边坡越陡，基坑越深，土体的自重也越大。此外，基坑上边缘堆土和停放机械、因下雨使土体的含水量增加而加大土体的自重。地下水的渗流对土体产生的动水压力等都会增加土体的下滑力而使剪应力增大。
引起土体抗剪强度降低的主要因素有：土质本身较差或因气候影响使土质变软，土体内含水量增加在颗粒间产生润滑作用，饱和的细砂、粉砂受振动而液化等。
由于影响基坑边坡稳定的因素甚多，在一般情况下，开挖深度较大的基坑，应对土方边坡作稳定分析，即在给定的荷载作用下，土体抗剪切破坏应有一个足够的安全系数，而且其变形不应超过某一容许值。无内聚力的砂土，边坡大小由内摩擦角φ确定。坡度角α（斜坡与地面的夹角）小于或等于内摩擦角φ时，边坡即能保持稳定。内摩擦角由试验室确定。
二、边坡稳定分析的计算方法
匀质粘性土的边坡稳定，一般可用“条分法”、“摩擦园法”等计算。下面简述条分法的概念。
“条分法”的基本假定是：1）滑动面近似于园柱形；2）当内摩擦角 30°时，滑动面通过坡脚；3）在计算中当作平面问题看待（图1-4-2）
计算时，按比例绘出边坡剖面（图1-4-2），任选一圆O，以Oa为半径作圆弧，ab为滑动面，将滑动面以上土体分成几个等宽（不等宽亦可）土条。设土条自重（包括土条顶面的荷载）Wi，为简化计算，以土条侧面上的法向力Pi、Pi+1和剪力Xi、Xi+1合力相平衡，则作用于滑动面fg上的法向反力Ni和剪切力Ti分别为：
（1－8）
（1－9）
构成滑阻力的还有粘聚力Ci，测滑动面ab上的总滑动力矩为：
（1－10）
滑动面ab上的总阻滑力矩为：
（1－11）
边坡稳定安全系数K为：
（1－12）
式中 K——边坡稳定安全系数，一般取1.25~1.43；
li——分条的圆弧长度；
——分条土的内摩擦角；
βi——分条的坡角；
R——滑动圆弧的半径；
T——滑动面上总滑动力；
T ’——滑动面上总阻滑力。
如果有地下水，则需考虑孔隙水压力u 的影响，则按下式计算边坡稳定安全系数；
（1－13）
式中 Ci’、φi’——为有效内聚力和有效内摩擦角。
ui——分条土的孔隙水压力。
由于滑动圆弧是任意选定的，所以上述计算结果不一定是最危险的，因此还必须对其他滑动圆弧 （不同圆心位置和不同半径）进行计算，直至求得最小安全系数。而最小安全系数对应的滑弧即为最危险滑弧。根据经验，最危险滑弧两端距坡顶点和坡脚点各为0.1mH处，且最危险滑弧中心在 线的垂直平分线上。这样，只需在此垂直平分线上取若干点作为滑弧圆心，按上述方法分别计算，即可求得最小的安全系数。对于一级基坑（H＞15m），K=1.43；二级基坑（8m≤H≤15m），k=1.30；三级基坑（H＜8 m＝，K=1.25）。
