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1、第1章 土方工程,第1讲 土方规划 第2讲 土方工程施工要点 第3讲 机械化施工及填土压实,第1章 土方工程,【教学要求】了解土方工程特点；掌握场地设计标高的确定、调整与土方调配；掌握边坡稳定及土壁支护的基本原理及主要方法；了解施工排、降水方法及流砂防治措施；熟悉常用土方机械的性能和使用范围；掌握土方的填筑与压实的要求和方法。,【教学重点】土方调配；边坡稳定及土壁支护的方法；轻型井点降水；土方的填筑与压实。,【教学难点】表上作业法进行土方调配；轻型井点降水；边坡稳定及土壁支护；影响填土压实的因素。,【时间安排】本章共3讲、6学时。,第1讲 土方规划,1 概述 2 土方边坡 3 土方量计算的方法
2、 4 场地平整土方量计算 5 土方调配,第1章 土方工程,1.2 土方工程的施工要求, 土方量少、工期短、费用省； 因地制宜编制合理的施工方案，预防流砂、管涌、塌方等事故发生，确保安全；,1 概述,共46页 第2页, 要求标高、断面控制准确；, 应尽可能采用先进的施工工艺、施工组织和机械化施工。, 土体有足够的强度和稳定性；,基坑土方开挖,1 概述,包括一切土的挖掘、填筑、运输等过程以及排水降水、土壁支撑等准备工作和辅助工程。常见的土方工程施工内容有：,1.1 土方工程的内容, 场地平整：包括障碍物拆除、场地清理、确定场地设计标高、计算挖填土方量、合理进行土方平衡调配等。 开挖沟槽、基坑(竖井
3、、隧道、修筑路基、堤坝)：包括测量放线、施工排水降水、土方边坡和支护结构等。 土方回填与压实：包括土料选择、运输、填土压实的方法及密实度检验等。,第1讲 土方规划,共46页 第1页,1.3 土的工程分类,1 概述,共46页 第3页,1.4 土的工程性质,天然密度-是指土在天然状态下单位体积的质量，它影响土的承载力、土压力及边坡的稳定性。 干密度-是指单位体积中固体颗粒的质量，它是用以 检验土压实质量的控制指标。, 土的质量密度,取土环刀 标准击实仪,不同类的土，其最大 干密度是不同的；同 类的土在不同的状态 下(含水量、压实程度 )其密实度也是不同的,1 概述,共46页 第4页, 土的含水量W
4、,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，见下式：,含水量影响土方 施工方法的选择 、边坡的稳定和 回填土的质量,土的含水量超过2530%， 则机械化施工就困难，容易 打滑、陷车,回填土则需有最佳含水量方能 夯压密实，获得最大干密度,快速含水量测定仪,1 概述,共46页 第5页, 土的渗透性,是指水流通过土中孔隙的难易程度。地下水在土中的渗流速度 V 与土的渗透系数 K 和水头梯度 I 有关，地下水在土中的渗流速度可按达西公式计算： V（m/d）=KI,土壤渗透试验仪,渗透系数K 值将直接 影响降水方案的选择 和涌水量计算的准确 性,1 概述,共46页 第6页, 土的可松性,即自
5、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。土的可松性用可松性系数 KS 表示。 土的最初可松性系数KS= V2 / V1； 土的最后可松性系数K，S= V3 / V1 。 式中：V1土在天然状态下的体积； V2土经开挖后的松散体积； V3土经回填压实后的体积。,土的最初可松性系数 KS是计算挖掘机械生 产率、运土车辆数量 及弃土坑容积的重要 参数，最后可松性系 数K，S是计算场地平 整标高及填方所需的 挖方体积等的重要参 数。,不同分类的土的可松性系数可参考下表：,1 概述,共46页 第7页,土的可松性参考值,1 概述,共46页 第8页,2 土方边
6、坡,合理地选择基坑、沟槽、路基、堤坝的断面和留设边坡，是减少土方量的有效措施。边坡的表示方法为 1:m ，即：,第1讲 土方规划,式中 m = b / h ，称为坡度系数。其意义为：当边坡高度已知为h 时，其边坡宽度则等于mh。,共46页 第9页,临时性挖方的边坡值,边坡坡度应根据不同的挖填高度、土的工程性质及工程特点而定，既要保证土体稳定和施工安全，又要节省土方。临时性挖方边坡可按下表确定：,2 土方边坡,共46页 第10页,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)底面标高时,挖方深度在5m以内,不加支撑的边坡可按下表确定：,
7、2 土方边坡,共46页 第11页,3 土方量计算的基本方法,土方量计算的基本方法有平均高度法 和平均断面法 两种。,3.1 平均高度法, 四方棱柱体法：将施工区域划分为若干个边长等于a 的方格网，每个方格网的土方体积 V 等于底面积 a2 乘四个角点高度的平均值，即：,第1讲 土方规划,共46页 第12页,方格网土方量计算 则可采取平均高度 法（四方棱柱体法 和三角棱柱体法）,3 土方量计算的基本方法,共46页 第13页, 三角棱柱体法：将每一个方格顺地形的等高线沿对角线划分为两个三角形，然后分别计算每一个三角棱柱体的土方量。,3.2平均断面法,基坑、基槽、管沟、路堤的土方量计算可采用平均断面
8、法。即：,3 土方量计算的基本方法,共46页 第14页,4 场地平整土方量计算,4.1.1 H0的重要性 场地设计标高是进行场地平整和土方量计算的依据，也是总图规划和竖向设计的依据。合理地确定场地设计标高，对减少土方工程量、加速工程进度、降低工程造价有着重要意义。,4.1 场地设计标高H0的确定,确定场地设计标高应结合各类影响因素反复进行技术经济比较，选择一个最佳方案。,第1讲 土方规划,共46页 第15页,4.1.2 H0 的确定原则, 满足生产工艺和运输的要求； 充分利用地形，分区或分台阶布置，分别确定不同的设计标高； 考虑挖填平衡，弃土运输或取土回填的土方量最少； 要有合理的泄水坡度(2
9、)，满足排水要求； 考虑最高洪水位的影响。,4 场地平整土方量计算,共46页 第16页,4.1.3 H0 的确定步骤,如场地设计标高无特殊要求时，可根据挖填土方量平衡的原则确定H0 ,其步骤如下：, 划分方格网 方格网边长a 可取1050m，常用20m、40m；,挖填平衡原则即 场地内土方的绝 对体积在平整前 、后相等,4 场地平整土方量计算,共46页 第17页, 确定各方格网角点高程 水准仪实测； 利用地形图上相邻两等高线的高程，用插入法求得。,4 场地平整土方量计算,共46页 第18页,用插入法求得 H13=251.70,水准仪进行高程测量,按每一个方格的角点的计算次数（权数），即方格的角
10、点为几个方格共有的情况，确定设计标高H0的实用公式为：, 按挖填平衡确定设计标高,式中： n 方格网数； H1 一个方格仅有的角点坐标； H2 两个方格共有的角点坐标； H3 三个方格共有的角点坐标； H4 四个方格共有的角点坐标。,4 场地平整土方量计算,共46页 第19页,4.2 场地设计标高H0的调整,按以上步骤求得的H0仅为一理论值，还应考虑以下因素进行调整，求出H,0： 土的可松性影响填方因土的可松性引起的填方体积增加； 场内挖方和填方的影响从经济观点出发，安排的挖方就近弃土和填方就近场外取土，引起的挖填土方量的变化； 场地泄水坡度的影响单坡？双坡？,4 场地平整土方量计算,共46页
11、 第20页,由于土具有可松性，一般填土需相应提高设计标高，故考虑土的可松性后，场地设计标高调整为：,VW,VT,H0,V ,W,V ,T,H ,0,h,理论设计标高 调整设计标高,4.2.1 土的可松性影响,4 场地平整土方量计算,共46页 第21页,场地设计标高H0是按挖填土方量平衡的原则确定的，但从经济观点出发，常会将部分挖方就近弃于场外，或就近于场外取土用于部分填方，均会引起挖填土方量的变化，亦需调整场地设计标高。,4.2.2 场内挖方和填方的影响,式中： Q场地根据H0平整后多余或不足的土方量。,其设计标高调整值按下式计算：,4 场地平整土方量计算,共46页 第22页,调整后的设计标高
12、是一个水平面的标高，而实际施工中要根据泄水坡度的要求(单坡泄水或双坡泄水)计算出场地内各方格网角点实际设计标高。,4.2.3 场地泄水坡度的影响, 场地为单坡泄水时，场地内任意点的设计标高则为：,式中：l 该点至设计标高H，0的距离； i 场地泄水坡度（不小于2）。,4 场地平整土方量计算,共46页 第23页,场地单向泄水坡度示意图, 场地为双坡泄水时，场地内任意点的设计标高则为：,式中：lx、ly该点沿X-X、Y-Y方向 距场地中心线的距离； ix、iy场地沿X-X、Y-Y方向 的泄水坡度。,公式中正负号的取值： 计算角点在H，0之上取 “”，反之取“”,4 场地平整土方量计算,共46页 第
13、24页,场地双向泄水坡度示意图,4.3 场地土方量的计算,4.3.1 求各方格角点的施工高度hn hn=场地设计标高Hn自然地面标高H,角点编号 施工高度 hn 1- 0.72 43.24 42.52 自然地面标高 H 设计标高 Hn,若hn为正值则 该点为填方， hn为负值则为 挖方。,场地土方量计算步骤如下：,4 场地平整土方量计算,土方方格网图例,共46页 第25页,零线位置的确定：先求出方格网中边线两端施工高度有“ + ”、“ ”中的零点，将相邻两零点连接起来即为零线。,4.3.2 绘出零线,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(m)，均用绝对值；
14、a方格网的边长(m).,零点的位置按下式计算：,4 场地平整土方量计算,共46页 第26页,零点位置计算示意,为省略计算，亦可用图解法直接求出零点位置。即用尺在各角点标出相应比例，用尺相接，与方格相交点即为零点位置。见下图：,h1,+0.30,h2,-0.20,0,5,5,10,10,h7,h8,+0.7,-0.10,用尺量出h10.3的刻度,用尺量出h20.2的刻度,两点连线与方格的交点为零点,用尺量出h80.1的刻度,用尺量出h70.7的刻度,两点连线与方格的交点为零点,两零点连线即为零线,4 场地平整土方量计算,共46页 第27页,4.3.3 计算场地挖、填土方量,“零线”求出，也就划出
15、了场地的挖方区和填方区，便可按平均高度法计算各方格的挖、填土方量了。,4 场地平整土方量计算,共46页 第28页,挖方施工 及长距离土方调运,4.3.4 计算各挖、填方调配区之间的平均运距,先按下式求出各挖方或填方区土方重心坐标X0、Y0：,填方区,y,H0,H0,x,xOW,xOT,yOW,yOT,L0,挖方区,式中： xi、yi i 块方格的重心坐标； Vi i 块方格的土方量。,V1 x1、y1,V5 x5、y5,V19 x19、y19,挖方区 重心,填方区 重心,4 场地平整土方量计算,共46页 第29页,则填、挖方区之间的平均运距 L0 为：,式中： x0T、y0T 填方区的重心坐标
16、； x0W、y0W 挖方区的重心坐标。,在实际工作中，亦可用作图法近似地求出调配区的形心位置O代替重心坐标，用比例尺量出每对调配区的平均运距。,4 场地平整土方量计算,共46页 第30页,5 土方调配,5.2 土方调配的原则 土方调配是土方规划中的一个重要内容。其原则是：力求挖填平衡、运距最短、费用最省，考虑土方的利用，以减少土方的重复挖填和运输。,5.1 土方调配的步骤 划分调配区（绘出零线） 计算调配区之间的平均运距（即挖方区至填方区土方重心的距离） 确定初始调配方案 优化方案判别 绘制土方调配图表。,第1讲 土方规划,共46页 第31页,5.3 最优调配方案的确定,最优调配方案的确定，是以线性规划为理论基础，常用“表上作业法”求解。调配的步骤如下：,用“最小元素法” 编制初始调配方案,最优方案判别,绘制土方调配图,最优方案判别
