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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