《建筑施工》第一章 土方工程教学文案

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1、,第一章 土方工程,第一章 土方工程,第一节 概述 第二节 场地设计标高的确定 第三节 土方工程量计算与调配 第四节 土方工程的准备与辅助工作 第五节 土方的机械化施工 第六节 土方的填筑与压实,第一节 概述,一、土方工程的分类及特点 二、土的分类 三、土的工程性质 四、土方边坡 五、土方工程施工应注意的问题,第一节 土方工程概述,一、土方工程的分类及特点 包括一切土的挖掘、填筑和运输等过程以及排水、降水、土壁支撑等准备和辅助工程。 1、分类：场地平整、土方开挖、土方回填与压实等。 2、土方工程施工特点： 工程量大、劳动繁重； 施工条件复杂； 受场地限制。,第一节 概述,三、土的工程性质 1.

2、土的可松性 自然状态下的土，经过开挖后，其体积因松散而增大，以后虽经回填压实，仍不能恢复原来的体积。 最初可松性系数 Ks= V2 / V1 最终可松性系数 Ks = V3 / V1 其中：V1-土在自然状态下的体积； V2-土经开挖后松散体积； V3-土经填土压实后的体积。 注： Ks Ks 1.0 问：可松性越小的土就越好挖？,2.土的天然含水量,第一节 概述,式中：m湿含水状态土的质量，kg； m干烘干后土的质量，kg； mW 土中水的质量，kg； mS固体颗粒的质量，kg。 土的含水量随气候条件、雨雪和地下水的影响而变化，对土方边坡的稳定性及填方密实程度有直接的影响。,第一节 概述,3

3、.土的渗透性 土的渗透性：指土体被水透过的性质。土的渗透性用渗透系数表示。 渗透系数：表示单位时间内水穿透土层的能力，以m/d表示；它同土的颗粒级配、密实程度等有关，是人工降低地下水位及选择各类井点的主要参数。,土的渗透系数参考值 土的种类 K(m/d) 土的种类 K(m/d) 亚粘土、粘土 0.1 含粘土的中砂及纯细砂 2025 亚粘土 0.10.5 含粘土的细砂及纯中砂 3550 含亚粘土的粉砂 0.51.0 纯粗砂 5075 纯粉砂 1.55.0 粗砂夹砾石 50100 含粘土的细砂 1015 砾石 100200,第二节 场地设计标高的确定,大型工程项目通常都要确定场地设计平面， 进行场

4、地平整。场地平整就是将自然地面改造 成人们所要求的平面。 场地设计标高应满足规划、生产工艺及运 输、排水及最高洪水位等要求，并力求使场地 内土方挖填平衡且土方量最小。,第二节，场地设计标高的确定,场地设计标高的两种方法： 1一般方法：如场地比较平缓，对场地设计标高无特殊要求，可按照“挖填土方量相等”的原则确定场地设计标高； 2用最小二乘法原理求最佳设计平面：应用最小二乘 法的原理，不仅可满足土方挖填平衡、还可做到土方的总工程量最小。,1.2.1 场地设计标高计算的一般方法,1.2.1.1 计算原则 将场地划分成边长 为a 的若干方格，并将方 格网点的原地形标高标在 图上（图1-1a）。原地形

5、高可利用等高线用插入法 求得或在实地测量得到。,a) 地形图方格网 图1-1 场地设计标高计算示意图 1等高线,13,1.2.1.1 计算原则,按照挖填土方量相等的 原则（图1-1b），场地设计 标高可按下式计算：,（1-2）,b）设计标高示意图 图1-1 场地设计标高计算示意图 2自然地面；3设计平面,14,由式1-2可得到：,（1-3）,式中 zo所计算场地的设计标高（m）； n 方格数； zi1、zi2、zi3、zi4第i个方格四个角点的原地形 标高（m）。,15,点的标高在计算过程中被应用的次数( Pi ) 反映了各角点标高对计算结果的影响程度，测量上的术语称为“权”。 考虑各角点标高

6、的“权”，式（1-3）可改写成更便于计算的形式：,式中 z1 一个方格独有的角点标高； z2、z3、z4 分别为二、三、四个方格 所共有的角点标高。,（1-4）,16,1.2.1.2 计算步骤,划分场地方格网； 计算或实测各角点的原地形标高； 按式（1-4）计算场地设计标高； 设计标高调整； 施工高度计算。 下面分别讨论： 设计标高调整与施工高度计算问题,17,设计标高调整 设计标高的调整主要是泄水坡度的调整，由于按式（1-4）得到的设计平面为一水平的挖填方相等的场地，实际场地均应有一定的泄水坡度。因此，应根据泄水要求计算出实际施工时所采用的设计标高。,18,以Zo 作为场地中心的标高（图1-

7、2），则场地任意点的设计标高为：,（1-5）,图1-2 场地泄水坡度,19,施工高度计算,求得 后，即可按下式计算各角点的施工高度Hi，施工高度的含义是该角点的设计标高与原地形标高的差值：,（1-6）,式中 角点的原地形标高。 若Hi为正值，则该点为填方，Hi为负值则为挖方。,20,1.2.2 最佳设计平面,最佳设计平面即设计标高满足规划、生产工艺及运输、排水及最高洪水位等要求，并做到场地内土方挖填平衡，且挖填的总土方工程量最小。,21,1.2.2.1 最佳设计平面设计原理,任何一个平面在直角坐标体系中都可以用三个参数 c、 、 来确定（图1-3）。,c 原点标高； x 方向的坡度； y 的方

8、向坡度,22,1.2.2.1 最佳设计平面设计原理,在（图1-3）所示的这个平面上任何一点 i 的标高 ，可以根据下式求出：,(1-7),其中 点在 x 方向的坐标； 点在 y 方向的坐标。,式（1-7）为最佳设计平面的方程形式。,23,与前述方法类似，将场地划分成方格网，并将原地形标高 标于图上，则该场地方格网角点的施工高度为：,式中 方格网各角点的施工高度； 方格网各角点的设计平面标高； 方格网各角点的原地形标高； 方格角点总数。,(1-8),24,土方工程量与施工高度之和成正比。 施工高度之和为零时，则表明该场地土方的填挖平衡， 但由于施工高度有正有负，当但它不能反映出填方和挖方的绝对值

9、之和为多少。,25,为了不使施工高度正负相互抵消，若把施工高度平方之后再相加，则其总和能反映土方工程填挖方绝对值之和的大小。 但要注意，在计算施工高度总和时，应考虑方格网各点施工高度在计算土方量时被应用的次数Pi，令为土方施工高度之平方和，则:,（1-9）,26,将公式（1-8）代入上式，得:,当的值最小时，该设计平面既能使土方工程量最小，又能保证填挖方量相等（填挖方不平衡时，上式所得数值不可能最小）。这就是用最小二乘法求最佳设计平面的方法。,27,1.2.2.2 最佳设计平面的计算方法,为了求得最小时的设计平面参数c、 、 可以对式1-9的c、 、 分别求偏导数，并令其为0，于是得：,（1-

10、10）,28,应用上述准则方程时，若已知c 或ix，或 iy 时，只要把这些已知值作为常数代入，即可求得该条件下的最佳设计平面。,29,实际工程中，对计算所得的设计标高，还应考虑下述 因素进行调整，这工作在完成土方量计算后进行。,(1) 考虑土的最终可松性，需相应提高设计标高，以达到 土方量的实际平衡。 (2) 考虑工程余土或工程用土，相应提高或降低设计 标高。 (3) 根据经济比较结果，如采用场外取土或弃土的施工方案，则应考虑因此引起的土方量的变化，需将设计标高进行调整。 场地设计平面的调整工作也是繁重的，如修改设计 标高，则须重新计算土方工程量。,设计标高调整,30,场地平整,第三节 土方

11、工程量计算与土方调配,第三节 土方工程量计算与土方调配,一、基坑（槽）土方量计算 二、场地平整土方施工方案的确定 三、场地平整土方量的计算 四、土方调配,第三节 土方工程量计算与土方调配,一、基坑（槽）土方量计算 基坑土方量可按立体几何中拟柱体(由两个平行的平面作底的一种多面体)体积公式计算。,式中 H 基坑深度，m； A1、A2基坑上、下底的面积，m2； A0 基坑中截面的面积，m2。,第三节 土方工程量计算与土方调配,基槽土方量计算可沿长度方向分段计算：,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：,第三节 土方工程量计算与土方调配,二、场地平

12、整土方施工方案的确定 1.先平整整个场地，后开挖基坑（槽）； 2.先开挖基坑（槽），后平整场地； 3.边平整场地，边开挖基坑（槽）。 在场地平整前，必须确定场地设计标高、计算挖填方量、确定土方调配方案，并合理选择施工机械，拟定施工方案。,第三节 土方工程量计算与土方调配,三、场地平整土方量的计算 （一）方格网法计算场地平整土方量步骤为： 1.划分方格网（边长一般为1040m）； 2.计算角点的自然地面标高； 3.计算场地设计标高H0； 4.根据泄水（2 0/00 ）等要求调整设计标高； 5.计算角点施工高度； 6.标出“零线”； 7.计算土方工程量。,第三节 土方工程量计算与土方调,计算“零点

13、”位置，确定零线 方格边线一端施工高程为“+”，若另一端为“-”，则沿其边线必然有一不挖不填的点，即为“零点”,第三节 土方工程量计算与土方调配,式中 x1、x2角点至零点的距离，m； h1、h2相邻两角点的施工高度(均用绝对值)，m； a方格网的边长，m。,零点位置按下式计算：,第三节 土方工程量计算与土方调配,（三）场地土方量的计算 1.方格土方量的计算,全挖全填方格 两挖两填方格 三挖一填方格（三填一挖）,第三节 土方工程量计算与土方调配,2.边坡土方量的计算 场地的挖方区和填方区的边沿都需要做成边坡，以保证挖方土壁和填方区的稳定。边坡的土方量可以划分成两种近似的几何形体进行计算， 一种

14、为三角棱锥体，另一种为三角棱柱体，如下图所示。,第三节 土方工程量计算与土方调配,第三节 土方工程量计算与土方调配,A三角棱锥体边坡体积,式中 l1边坡的长度； A1边坡的端面积； h2角点的挖土高度； m边坡的坡度系数，m=宽/高。,第三节 土方工程量计算与土方调配,两端横断面面积相差很大的情况下，边坡体积,式中l4边坡的长度； A1、A2、A0边坡两端及中部横断面面积。,C计算土方总量 将挖方区(或填方区)所有方格计算的土方量和边坡土方量汇总，即得该场地挖方和填方的总土方量。,B三角棱柱体边坡体积,第三节 土方工程量计算与土方调配,四、土方调配 1、目的：就是使土方总运输量或土方施工成本最

15、小的条件下，确定填挖方区土方的调配方向和数量，从而达到缩短工期和降低成本的目的。,第三节 土方工程量计算与土方调配,2、土方调配原则： 应力求达到挖、填平衡和运量最小的原则； 应考虑近期施工与后期利用相结合的原则； 应采取分区与全场相结合来考虑的原则； 应尽可能与大型地下建筑物的施工相结合； 应合理布置挖填方分区线，选择恰当的调配方向、运输路线，以方便挖、填、运。,第三节 土方工程量计算与土方调配,3、土方调配图的编制步骤 划分调配区, 求出每对调配区之间的平均运距 进行土方调配 画出土方调配图 列出土方量平衡表,第三节 土方工程量计算与土方调配,4、用“ 表上作业法”进行土方调配步骤 列出土方平衡-运距（或单位运价）表 初始调配方案编制-采用最小元素法 最小元素法-即对运距最小的一对填挖区优先地、最大限度地供应土方量，采用此法可减少检验次数。 最优方案的判别法-位势法、假想价格系数法。 方案的调整 -闭合回路法,第三节 土方工程量计算与土方调配,5、用“ 表上作业法”进行土方调配实例 下图为