01 第一章 土方工程64787教学文案

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1、第一章 土方工程,概 述 土方量计算与调配 土方开挖的辅助工作 土方工程机械化施工 土方填筑,第一节 概述,一、土方工程的分类、特点 1、施工分类 主要：场地平整； 坑、槽开挖； 土方填筑。 辅助：施工排、降水； 土壁支撑。 2、施工特点 （1）量大面广； （2）劳动强度大，人力施工效率低、工期长； （3）施工条件复杂，受地质、水文、气侯影响大，不确定因素多。,3、施工设计应注意 （1）摸清施工条件，选择合理的施工方案与机械； （2）合理调配土方，使总施工量最少； （3）合理组织机械施工，以发挥最高效率； （4）作好道路、排水、降水、土壁支撑等准备及辅助工作； （5）合理安排施工计划，避开冬、

2、雨季施工； （6）制定合理可行的措施，保证工程质量和安全。,二、土的工程分类,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,2、土的渗透性,土体被水透过的性质，用渗透系数K表示。 K的意义：水力坡度（I=h/L）为1时，单位时间内水穿透土体的速度（V=KI）,K的单位：m / d 。 粘土 0.1， 粗砂5075， 卵石100200 用途：降低水位方法， 回填。,3、土的质量密度： 天然密度 ：一般 =1620 KN/m3 干密度 d：是检测填

3、土密实程度的指标。（105，烘干34h） 4、土的含水量： 天然含水量 W=（G湿-G干）/G干 开挖、行车（2530%陷车）、边坡稳定 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）。,第二节 土方量计算与调配,一、基坑、基槽、路堤土方量计算 1、基坑土方量： 按拟柱体法,V=(F下+4F中+F上)H/6,F下,F上,Fi,2、基槽（路堤）土方量：,沿长度方向分段计算Vi，再 V = Vi 断面尺寸不变的槽段：Vi =FiLi 断面尺寸变化的槽段：Vi =(Fi1+4Fi0+Fi2)Li/6 槽段长Li：外墙槽底中中， 内墙槽底净长,二、场地平整土方量方格网法、累高法平均

4、断面法,（一）确定场地设计标高 考虑的因素： (1)满足生产工艺和运输的要求； (2)尽量利用地形，减少挖填方数量； (3)争取在场区内挖填平衡，降低运输费; (4)有一定泄水坡度，满足排水要求。 场地设计标高一般在设计文件上规定，如无规定： (1)小型场地挖填平衡法 (2)大型场地最佳平面设计法（用最小二乘法，使挖填平衡且总土方量最小）,1、初步标高（按挖填平衡）,方法：将场地划分为每格边长1040m的方格网，找出每个方格各个角点的地面标高（实测法、等高线插入法） 。,则场地初步标高： H0=（H11+H12+H21+H22）/4M H11、 H12、 H21、 H22 一个方格各角点的自然

5、地面标高； M 方格个数。 或：H0=（H1+2H2+3H3+4H4）/4M H1一个方格所仅有角点的标高； H2、H3、H4分别为两个、三个、四个方格共用角点的标高。,2、场地设计标高的调整 按泄水坡度、土的可松性、就近借弃土等调整。 按泄水坡度调整各角点设计标高 ：,H0,(2)双向排水时，各方格角点设计标高为：,H11,H12,H21,Hn = H0 L i,Hn = H0 Lx ix L yi y,(1)单向排水时，各方格角点设计标高为:,Hn,【例】某建筑场地方格网、地面标高如图,格边长a=20m。泄水坡度ix =2，iy=3，不考虑土的可松性的影响，确定方格各角点的设计标高。,解：

6、 （1）初步设计标高（场地平均标高） H0=（H1+2H2+3H3+4H4）/4M =70.09+71.43+69.10+70.70+2（70.40+70.95+69.71+）+4（70.17+70.70+69.81+70.38） /（49） =70.29（m）,70.09,70.09,（2）按泄水坡度调整设计标高：,Hn = H0 Lx ix L yi y ； H1 =70.29302+303=70.32,70.32,70.36,70.40,70.44,70.26,70.30,70.34,70.38,70.20,70.24,H070.29,H2 =70.29102+303=70.36,H3=

7、70.29+102+303=70.40,其它见图,（二）场地土方量计算,1、计算各方格角点的施工高度 hn ： hn= HnHn 即：hn=该角点的设计标高自然地面标高（m）,h1 =70.3270.09=0.23 （m）； 正值为填方高度。,+0.23,-0.04,-0.55,-0.99,+0.55,+0.13,-0.36,-0.84,+0.83,h2 =70.3670.40=0.04 （m）；,负值为挖方高度,2、确定零线（挖填分界线） 插入法、比例法找零点 零点连线,0,0,3、场地土方量的计算： 分别按方格求出挖、填方量，再求整个场地总挖方量、总填方量 （1）四角棱柱体法 1）全挖、全

8、填格： V挖（填）=a2 (h1+h2+h3+h4)/4 h1 h4 方格角点施工高度绝对值 V挖（填）挖方或填方的体积。 2）部分挖、部分填格：V挖（填） = a2 h挖（填） 2 / 4 h h挖（填） 方格角点挖或填施工高度绝对值之和； h 方格四个角点施工高度绝对值总和。 （2）四方棱柱体平均高度法（略） （3）三角棱柱体法（略）,三、土方的调配：,在施工区域内，挖方、填方或借、弃土的综合协调。 1、要求： 总运输量最小；土方施工成本最低。 2、步骤： （1） 找出零线，画出挖方区、填方区； （2）划分调配区 注意： 1）位置与建、构筑物协调，且考虑开、施工顺序； 2）大小满足主导施工

9、机械的技术要求； 3）与方格网协调，便于确定土方量； 4）借、弃土区作为独立调配区。,B1,B2,B3,（3）找各挖、填方区间的平均运距（即土方重心间的距离） 可近似以几何形心代替土方体积重心,划分调配区示例：,（4）列挖、填方平衡及运距表,（5）调配 方法：最小元素法就近调配。 顺序：先从运距小的开 始，使其土方量最大。,n 列,m 行,400,500,500,300,100,100,结果：所得运输量较小，但不一定是最优方案。 （总运输量97000m3-m) （6）画出调配图（略）,3、调配方案的优化（线性规划中表上作业法） （1）确定初步调配方案（如上） 要求：有几个独立方程土方量要填几个

10、格，即应填m+n-1个格，不足时补“ 0 ”。 如例中：m+n1=3+41=6，已填6个格，满足。 （2）判别是否最优方案 用位势法求检验数ij，若所有ij 0，则方案为最优解。 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）同时减去的数，目的是使有调配数字的格检验数为零，而对调配方案的选取没有影响。,计算方法：平均运距（或单方费用）Cij = Ui+Vj,设 U1=0，,U1= 0,V1=50,U3=10,V2=100,U2=60,V3= 60,U4=20,U3= C31V1=6050=10；,则V1= C11U1=500=50；,V2=11010=100； ,2）求空

11、格的检验数ij,ij= Cij Ui Vj ; 11=500500（有土）;,结论：表中12为负值，不是最优方案。应对初始方案进行调整。,-30,+40,+80,+90,+50,+20,13=10006040;,21=70(60)5080; ,12=70010030,4、方案调整 调整方法：闭回路法。 调整顺序：从负值最大的格开始。,1)找闭回路 沿水平或垂直方向前进，遇适当的有数字的格转弯，直至回到出发点。,2）调整调配值 从空格出发，在奇数次转角点的数字中，挑最小的土方数调到空格中。且将其它奇数次转角的土方数都减、偶数次转角的土方数都加这个土方量，以保持挖填平衡。,X12,(100),(0

12、),(400),(400),3）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。,+40,+50,+60,+50,+50,U1= 0,V1=50,V2=70,U2=30,U3=10,V3=60,U4=20,+30,由于所有的检验数 ij 0，故该方案已为最优方案。,（5）求出最优方案的总运输量：40050100705004040060100704004094000m3m 。,（4）绘出调配图： （包括调运的流向、数量、运距）。,有借、弃土时的土方调配图,第三节 土方开挖的辅助工作,一、降低地下水位 一）降水目的 1、防止涌水、冒砂，保证在较干燥的状态下施

13、工； 2、防止滑坡、塌方、坑底隆起； 3、减少坑壁支护结构的水平荷载。,地下含水构造的种类,二）流砂现象 1动水压力地下水在渗流过程中受到土颗粒的阻力，使水流对土颗粒产生的一种压力。 动水压力的大小与水力坡度成正比，方向同渗流方向。 GDIw =(h/L) w,流砂原因 当 动水压力大于或等于土的浸水重度（GD）时，土粒被水流带到基坑内。主要发生在细砂、粉砂、轻亚粘土、淤泥中。,3流砂的防治 减小动水压力（板桩等增加L）； 平衡动水压力（抛石块、水下开挖、泥浆护壁）； 改变动水压力的方向（井点降水）。,（三）降排水方法,1集水井法（明排水法） 用于土质较好、水量不大、基坑可扩大者 挖至地下水位

14、时，挖排水沟设集水井抽水再挖土、沟、井,要求： （ 1）排水沟：沿基坑底四周设置，底宽300mm，沟底低于坑底500mm，坡度1。 （ 2）集水井：沿基坑底边角设置，间距2040m，直径0.60.8m，井底低于坑底12m。长期用，有护壁和碎石压底。 （ 3）水泵：离心泵、潜水泵、污水泵,（一）普通明沟排水法,（二）分层明沟排水法,离心泵工作简图,2井点降水法 （1）特点 效果明显，使土壁稳定、避免流砂、防止隆起、方便施工； 可能引起周围地面和建筑物沉降。 （2）井点类型及适用范围,轻型井点降水全貌图,喷射井点,管井井点构造,引渗井点示意,水平辐射井点示意,（四）轻型井点降水 1降水原理 2井点

15、设备 井管：38、51，长57m（常用6m），无缝钢管，丝扣连滤管； 滤管：38、51，长11.7m，开孔12,开孔率2025，包滤网； 总管：内75100无缝钢管，每节4m，每隔0.8、1或1.2m有一短接口； 连接管：使用透明塑料管、胶管或钢管，宜有阀门； 抽水设备： 真空泵（教材）真空度高，体形大、耗能多、构造复杂 射流泵（常用）简单、轻小、节能 隔膜泵（少用）,滤管构造,真空泵井点设备工作原理图,(b) 射流器构造,3井点布置 （1）平面布置 单排：在沟槽上游一侧布置，每侧超出沟槽B。 用于沟槽宽度B6m，降水深度5m。 双排：在沟槽两侧布置，每侧超出沟槽B。 用于沟槽宽度B6m，或土

16、质不良。 环状：在坑槽四周布置。 用于面积较大的基坑。,单排井点平面及高程布置,环状井点平面及高程布置,（2）高程布置（图） 井管埋深：H埋H1hiL。 H1埋设面至坑底距离； h降水后水位线至坑底最小距离（一般可取0.51m）； i地下水降落坡度，环状1/10，线状1/5； L井管至基坑中心（环状）或另侧（线状）距离。 当H埋6m时：降低埋设面； 采用二级井点； 改用其它井点。,4计算涌水量Q：（环状井点系统） （1）判断井型（图） 按照滤管与不透水层的关系： 完整井到不透水层 非完整井未到不透水层. 按照是否承压水层： 承压井 无压井,水井的分类,（2）无压完整井群井井点计算（积分解）,Q1.366K(2HS)S / (lgRlgX0) （m3/d） K土层渗透系数（m/d）； H含水层厚度（m）； S水位降低值（m）； R抽水影响半径（m），R=1.95S