土木工程施工01第一章土方工程135

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1、第一章 土方工程,第一节 概 述 第二节 土方量计算与调配 第三节 排水与降水 第四节 土方边坡与土壁支护 第五节 土方工程的机械化施工 第六节 土方填筑与压实,第一节 概述 “破土动工” 是工程开工的标志。 土方工程的主要内容: 主项：场地平整、 基坑（槽）开挖、管沟、 地下建筑、路基填筑、地平填土、回填土等。 辅助项目：排水、降水、土壁支撑。 一、土方工程的特点与施工要求 1.土方工程施工的特点 （1）面广量大、劳动繁重。 （2）施工条件复杂。,2.组织土方工程施工的要求 （1）在条件允许的情况下应尽可能采用机械化施工； （2）要合理安排施工计划，尽量避开冬、雨期施工，要考虑挖、运、弃土对

2、工期的影响。 （3）为了降低土石方工程施工费用，减少运输量和占用农田，要对土方进行合理调配、统筹安排。 （4）在施工前要做好调查研究， 拟定合理的施工方案和技术措施，以保证工程质量和安全，加快施工进度。,二、土的工程分类及性质 (一)土的工程分类 （重点掌握） 土的分类方法较多，如按塑性指数、承载能力、密实程度、空隙率、饱和率等，在施工中是按开挖的难易程度将土分为八类。主要是要计算费用 按开挖的难易程度分为八类 一类土（松软土）、二类土（普通土) 三类土（坚土）、 四类土（砂砾坚土） 机械或人工直接开挖 五类土（软石）、六类土（次坚石） 七类土（坚石）、八类土（特坚石） 爆破开挖,（二）土的工

3、程性质 1土的质量密度分天然密度和干密度。土的天然密度，是指土在天然状态下单位体积的质量，用表示；它影响土的承载力、土压力及边坡的稳定性。土的干密度，是指单位体积土中固体颗粒的质量，用d表示；它是检验填土压实质量的控制指标。,天然密度 ：一般 =W/V=1620 KN/m3 浮密度 ：土在地下水位以下的有效密度及扣除了浮力后的密度。 =度（WS-VS* W）/V 干密度 d：是检测填土密实程度的指标。（105，烘干34h）,2土的含水量 土的含水量W是土中所含的水与土的固体颗粒间的质量比，以百分数表示： 天然含水量 W=（G湿-G干）/G干 （11） 式中 C湿含水状态时土的质量； G干烘干后

4、土的质量。 土的含水量影响土方的施工方法选择、边坡的稳定和回填土的质量，如土的含水量超过2530%时，机械化施工就难以进行；含水量超过20%时，一般运土车辆就容易打滑、陷车。 最佳含水量可使填土获得最大密实度的含水量（击实试验、手握经验确定）。如砂土的最佳含水量为8-12%，而粘土为19-20%。,3.土的渗透性 土的渗透性是指水在土体中渗流的性能，一般以渗透系数K 表示。 达西地下水流动速度公式v =KI， K 的单位：m / d 。 粘土 0.1， 细砂为5-10 粗砂50-75， 卵石100-200 在排降地下水时，需根据土层的渗透系数确定降水方案和计算涌水量；在土方填筑时确定其填铺顺序

5、。,4土的可松性（重点掌握） 土的可松性是指：自然状态下的土，经过开挖后，其体积因松散而增加，以后虽经回填压实，仍不能恢复其原来的体积。,土的可松性对土方的平衡调配，确定运土机具的数量及其土坑的容积，以及计算填方所需的挖方体积、确定预留回填土的体积和堆场面积等均有很大影响。 土的可松性与土质及其密度有关，可参考表1-1。 最初可松性用于计算挖方量、装运车辆和挖土机械，最后可松性用于计算回填土量。,【例】见教材P3,某建筑物外墙为条形毛石基础，基础平均截面面积为2.5。基槽深1.5m，底宽为2.0m，边坡坡度为1：0.5。地基为粉土，Ks=1.25,Ks=1.05.计算100m长的基槽挖方量、需

6、留填方用松土量和弃土量。 【解】 挖方量V1= 填方量V3= 填方用松土量V2留= 弃土量V2弃=,三、土方边坡坡度 土方边坡坡度和坡度系数m,图11 边坡坡度示意,四、土方施工的准备工作 (1)制定施工方案 (2)场地清理 (3)排除地面水 (4)修筑好临时道路 及供水、供电等临时设施。 (5)做好材料、机具、 物资及人员的准备工作。 (6)设置测量控制网， 打设方格网控制桩，进行建筑物、构筑物的定位放线等。 (7)根据土方施工设计做好边坡稳定、基坑(槽)支护、降低地下水等土方工程的辅助工作。,第二节 土方计算与调配 一、基坑、基槽和路堤的土方量计算 基坑土方量即可按拟柱体的体积公式 式中

7、H基坑深度(m)； F1，F2基坑上下两底面积(m2)； F0F1与F2之间的中截面面积(m2)；,基坑开挖尺寸（分两次计算）,当基槽和路堤沿长度方向断面呈连续性变化时其土方量可以用同样方法分段计算。 式中 V1第一段的土方量(m3)； L1第一段的长度(m)； 将各段土方量相加即得总土方量，即： 式中 V1，V2Vn为各分段土的土方量(m3)。,【例】,某工程基础平面尺寸3634M，坑深从自然地面起-6m，土质为粉砂层，采取一定措施后，方坡1：0.5，每边需留工作面0.5m，基础体积（有一层地下室）为7400m3，运输用10m3的自卸车。求：1、挖土方量2、回填土量3、外运余土量4、需运多少

8、车次？Ks=1.2，Ks=1.02,解：1、挖土方量 基底尺寸F2=（36+20.5） （34+20.5）=3735m=1295m2 基口尺寸F1=（37+20.56） （35+20.5 6 ）=4341m=1763m2 中截面F0=1/2(37+43) m2 1/2(35+41)=4038=1520m2 若中截面F0=1/2 （ F1 + F2 ）=1529m2 V挖=6/6(1763+41520+1259)=9138m3 2、回填土量 V填=（91387400）/1.02=1704m3 3、外运于土量 V运=91381704=7434m3 4、需运车次 N=74341.20/10=892(

9、次） 5、继续做出多少辆车、每天运几趟、多少天运完（即工期）,二、场地平整标高与土方量 （了解概念） （一）确定场地设计标高 1初步设计标高 场地设计标高即为各个方格平均标高的平均值。可按下式计算： 式中：H。所计算的场地设计标高(m)； a方格边长(m)； N方格数； H1l，H22任一方格的四个角点的标高(m)。,如令H11个方格仅有的角点标高； H22个方格共有的角点标高； H33个方格共有的角点标高； H44个方格共有的角点标高。 则场地设计标高H0可改写成下列形式,2场地设计标高的调整 (1)土的可松性影响 H0H0+h 式中：Vw按理论标高计算出的总挖方体积； FW，FT按理论设计

10、标高计算出的挖方区、 填方区总面积； Ks土的最后可松性系数。,(2)场内挖方和填土的影响 （3）场地泄水坡度的影响 1）单向泄水时各方格角点的设计标高 HnH0li,2）双向泄水时各方格角点的设计标高 HnH0lxixlyiy,（二）场地土方量计算 1.计算场地各方格角点的施工高度各方格角点的施工高度(即挖、填方高度)h0 hnHn-Hn (113) 式中 hn该角点的挖、填高度，以“”为填方高度，以“”为挖方高度(m)； Hn该角点的设计标高(m)； Hn该角点的自然地面标高(m)。,2.绘出“零线” 方格线上的零点位置见图19，可按下式计算： 式中：h1，h2相邻两角点挖、填方施工高度(

11、以绝对值代入)； a方格边长； x零点距角点A的距离。,图19 零点位置计算,3.场地土方量计算 （1）四方棱柱体法 1）全挖全填格 式中： V挖方或填方的土方量（m）； h1,h2,h3,h4方格四个角点的挖填高度，以绝对值代人（m）。,2）部分挖部分填格,（2）三角棱柱体法 1）全挖全填 式中 a方格边长(m)； hl，h2，h3三角形各角点的施工高度(m)，用绝对值代人。,图113 按地形将方格划分成三角形,2)有挖有填 其中锥体部分的体积为: 楔体部分的体积为:,三、土方调配与优化 (一) 划分土方调配区，计算平均运距或土方施工单价 1调配区的划分 2平均运距的确定 3土方施工单价的确

12、定 （二）最优调配方案的确定,1.编制初始调配方案 土方的总运输量为： Z050050+50040+30060100110+10070+4004097000(m3m)。,2.最优方案判别 利用“最小元素法”编制初始调配方案，其总运输量是较小的。但不一定是总运输量最小，因此还需判别它是否为最优方案。判别的方法有“闭回路法”和“位势法”，其实质相同，都是用检验数ij来判别。只要所有的检验数ij0，则该方案即为最优方案；否则，不是最优方案，尚需进行调整。 为了使线性方程有解，要求初始方案中调动的土方量要填够mn1个格（m为行数，n为列数），不足时可在任意格中补“0”。 如：表14中已填6个格，而mn

13、13416，满足要求。 下面介绍用“位势法”求检验数：,（1）求位势Ui和Vj 位势和就是在运距表的行或列中用运距（或单价）Cij同时减去的数，目的是使有调配数字的格检验数ij为零，而对调配方案的选取没有影响。 计算方法：将初始方案中有调配数方格的Cij列出，然后按下式求出两组位势数Ui(i1，2，m)和Vj(j1，2，n)。 CijUiVj (120) 式中 Cij平均运距(或单位土方运价或施工费用)； Ui，Vj位势数。,例如，本例两组位势数计算： 设 U10， 则 V1 C11U150050； U3 C31V1605010； V211010100； ，见表13所示。,例如，本例两组位势数

14、计算： 设 U10， 则 V1 C11U150050； U3 C31V1605010； V211010100； ，见下表所示。,（2）求检验数ij ijCijUiVj 1270010030 1310006040 2170(60)5080 2390(60)6090,+80,-30,+40,+90,+50,+20,3.方案的调整 （1）在所有负检验数中选取最小的一个（本例中为C12)，把它所对应的变量X12作为调整的对象。 （2）找出X12的闭回路：从X12出发，沿水平或竖直方向前进，遇到调调配土方数字的格作可以做90转弯，然后依次继续前进，直到再回到出发点，形成一条闭回路(表15)。 （3）从空

15、格X12出发，沿着闭回路方向，在各奇数次转角点的数字中，挑出一个最小的土方量(本表即为500、100中选100)，将它调到空格中 (即由X32调到X12中)。 （4）同时将闭回路上其他奇数次转角上的数字都减去该调动值（100m3），偶次转角上数字都增加该调动值，使得填、挖方区的土方量仍然保持平衡，这样调整后，便得到了新的调配方案。见表16中括号内数字。,(400),(400),(0),(100),X12,(400),再求位势及空格的检验数,若检验数仍有负值，则重复以上步骤，直到全部ij 0而得到最优解。,（4）绘出调配图： （包括调运的流向、数量、运距）。 （5） 求出最优方案的总运输量： 40050100705004040060100704004094000m3-m 。,+40,+50,+60,+50,+50,U1= 0,V1=50,V2=70,U2=30,U3=10,V3=60,U4=20,+30,4.绘制土方调配图,图117 土方调配图 箭线上方为土方量（m3），箭线下方为运距（m）,第三节 排水与降水,一、地面排水