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1、第一章 土方工程,土方工程包括土的开挖、运输和填筑等施工过程，有时还要进行排水、降水、土壁支撑等准备工作。在建造工程中，最常见的土方工程有：场地平整、基坑（槽）开挖、地坪填土、路基填筑及基坑回填土等。土方工程施工往往具有工程量大、劳动繁重和施工条件复杂等特点；土方工程施工又受气候、水文、地质、地下障碍等因素的影响较大，不可确定的因素也较多，有时施工条件极为复杂。,土的分类繁多，其分类法也很多，如按土的沉积年代、颗粒级配、密实度、液性指数分类等。 在土木工程施工中按土开挖的难易程度将土分为：松软土、普通土、坚土、砂砾坚土、软石、次坚石、坚石、特坚硬石等八类。,第一节 土的分类及工程性质,一、土的
2、分类与鉴别,表1.1土的工程分类与现场鉴别方法,1.土的含水量 土的含水量：土中水的质量与固体颗粒质量之比的百分率。,二、土的工程性质,（一）土的组成,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。,（二）土的工程性质,土的天然密度: 在天然状态下，单位体 积土的质量。它与土的密实程度和含水 量有关。 土的天然密度按下式计算：,2. 土的天然密度和干密度,式中土的天然密度，kg/m3； m 土的总质量，kg； V 土的体积，m3
3、。,干密度: 土的固体颗粒质量与总体积的比值，用下式表示：,式中d土的干密度，kg/m3； mS 固体颗粒质量，kg； V 土的体积，m3。,在一定程度上，土的干密度反映了土的颗粒排列紧密程度。土的干密度愈大，表示土愈密实。土的密实程度主要通过检验填方土的干密度和含水量来控制。,3. 土的可松性系数,土的可松性：天然土经开挖后，其体积因松散 而增加，虽经振动夯实，仍然不能完全复原， 土的这种性质称为土的可松性。 土的可松性用可松性系数表示，即,式中 KS、KS土的最初、最终可松性系数； V1土在天然状态下的体积，m3； V2土挖出后在松散状态下的体积，m3； V3土经压(夯)实后的体积，m3。
4、,土的最初可松性系数KS是计算车辆装运土方体积及挖土机械的主要参数； 土的最终可松性系数是计算填方所需挖土工程量的主要参数，各类土的可松性系数见表1.1所示。,4. 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。土的渗透系数见表1.6所示。,表1.6 土的渗透系数参考表,第二节土方量计算与土方调配,一、 基坑与基槽土方量计算,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(图1.1)。即,式中 H 基坑
5、深度，m； A1、A2基坑上、下底的面积，m2； A0 基坑中截面的面积，m2。,基槽土方量计算可沿长度方向分段计算(图1.2)：,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：,二、 场地平整土方计算,对于在地形起伏的山区、丘陵地带修建较大厂房、体育场、车站等占地广阔工程的平整场地，主要是削凸填凹，移挖方作填方，将自然地面改造平整为场地设计要求的平面。 场地挖填土方量计算有方格网法和横截面法两种。横截面法是将要计算的场地划分成若干横截面后，用横截面计算公式逐段计算，最后将逐段计算结果汇总。横截面法计算精度较低，可用于地形起伏变化较大地区。对于地形较平
6、坦地区，一般采用方格网法。,方格网法计算场地平整土方量步骤为： (1) 读识方格网图方格网图由设计单位(一般在1/500的地形图上)将场地划分为边长a=1040m的若干方格，与测量的纵横坐标相对应，在各方格角点规定的位置上标注角点的自然地面标高(H)和设计标高(Hn)，如图1.3所示。,(2)计算场地各个角点的施工高度施工高度为角点设计地面标高与自然地面标高之差，是以角点设计标高为基准的挖方或填方的施工高度。各方格角点的施工高度按下式计算：,式中 hn角点施工高度即填挖高度(以“+”为填，“-”为 挖)，m； n 方格的角点编号(自然数列1，2，3，n),(3) 计算“零点”位置，确定零线方格
7、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”(图1.4)。,零点位置按下式计算：,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。,确定零点的办法也可以用图解法，如图1.5所示。方法是用尺在各角点上标出挖填施工高度相应比例，用尺相连，与方格相交点即为零点位置。将相邻的零点连接起来，即为零线。它是确定方格中挖方与填方的分界线。,(4) 计算方格土方工程量按方格底面积图形和表1.3所列计算公式，逐格计算每个方格内的挖方量或填方量。 (5) 边坡土方量计算场地的挖方区和填方区的边沿都需要做成边
8、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，一种为三角棱锥体(图1.6中、)，另一种为三角棱柱体(图1.6中)。,表1.3 常用方格网点计算公式,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。,B三角棱柱体边坡体积,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。,【例1.1】某建筑场地方格网如图1.7所示，方格边长为20
9、m20m，填方区边坡坡度系数为1.0，挖方区边坡坡度系数为0.5，试用公式法计算挖方和填方的总土方量。,【解】 (1) 根据所给方格网各角点的地面设计标高和自然标高，计算结果列于图1.8中。由得：h1=251.50-251.40=0.10 h2=251.44-251.25=0.19h3=251.38-250.85=0.53 h4=251.32-250.60=0.72h5=251.56-251.90=-0.34 h6=251.50-251.60=-0.10h7=251.44-251.28=0.16 h8=251.38-250.95=0.43h9=251.62-252.45=-0.83 h10=2
10、51.56-252.00=-0.44 h11=251.50-251.70 =-0.20 h12=251.46-251.40=0.06,(2) 计算零点位置。从图1.8中可知，15、26、67、711、1112五条方格边两端的施工高度符号不同，说明此方格边上有零点存在。由公式1.10 求得：15线 x1=4.55(m)26线 x1=13.10(m)67线 x1=7.69(m)711线 x1=8.89(m)1112线 x1=15.38(m),将各零点标于图上，并将相邻的零点连接起来，即得零线位置，如图1.8。 (3) 计算方格土方量。方格、底面为正方形，土方量为： V(+)=202/4(0.53+
11、0.72+0.16+0.43)=184(m3) V(-)=202/4(0.34+0.10+0.83+0.44)=171(m3) 方格底面为两个梯形，土方量为： V(+)=20/8(4.55+13.10)(0.10+0.19)=12.80(m3) V(-)=20/8(15.45+6.90)(0.34+0.10)=24.59(m3),方格、底面为三边形和五边形，土方量为：V(+)=65.73 (m3) V(-)=0.88 (m3) V(+)=2.92 (m3) V(-)=51.10 (m3) V(+)=40.89 (m3) V(-)=5.70 (m3) 方格网总填方量：V(+)=184+12.80
12、+65.73+2.92+40.89=306.34 (m3)方格网总挖方量：V(-)=171+24.59+0.88+51.10+5.70=253.26 (m3),(4) 边坡土方量计算。如图1.9，、按三角棱柱体计算外，其余均按三角棱锥体计算，可得：V(+)=0.003 (m3) V(+)=V(+)=0.0001 (m3) V(+)=5.22 (m3) V(+)=V(+)=0.06 (m3) V(+)=7.93 (m3),V(+)=V(+)=0.01 (m3) V=0.01 (m3) V11=2.03 (m3) V12=V13=0.02 (m3) V14=3.18 (m3) 边坡总填方量： V(
13、+)=0.003+0.0001+5.22+20.06+7.93+20.01+0.01=13.29(m3) 边坡总挖方量：V(-)=2.03+20.02+3.18=5.25 (m3),三、土方调配,土方调配是土方工程施工组织设计(土方规划)中的一个重要内容，在平整场地土方工程量计算完成后进行。编制土方调配方案应根据地形及地理条件，把挖方区和填方区划分成若干个调配区，计算各调配区的土方量，并计算每对挖、填方区之间的平均运距(即挖方区重心至填方区重心的距离)，确定挖方各调配区的土方调配方案，应使土方总运输量最小或土方运输费用最少，而且便于施工，从而可以缩短工期、降低成本。,土方调配的原则：力求达到挖
14、方与填方平衡和运距最短的原则；近期施工与后期利用的原则。进行土方调配，必须依据现场具体情况、有关技术资料、工期要求、土方施工方法与运输方法，综合上述原则，并经计算比较，选择经济合理的调配方案。,（一）调配区的划分 在场地的平面图上先画出挖填方区的分 界线（零线），在根据地形及地理条件，在 挖方区和填方区适当划分若干调配区，并计 算出各调配区的土方量，在图上注明。 如下图所示。,图土方调配图 箭线上方为土方量（m3），箭线下方为运距（m）,（二）调配区之间平均运距,平均运距就是挖方区土方重心至填方区土方重 心之间的距离。为了简化计算，假设每个方格 上的土方是各自均匀分布的，从而用图解法求 出几何
15、中心代替方格的重心。取场地的纵横两 边作为坐标轴，各调配区的重心坐标为：,重心求出后标在相应的套配区图上，然后用比例尺量出每对调配区之间的距离。,式中：X，Y调配区的重心坐标； Vi 每个方格的土方量；xi，yi 每个方格的重心坐标。 每对调配区的平均运距：,例题：,W3,500,W4,400,500,500,500,600,800,T2,T1,W1,T3,W2,50,60,100,110,40,40,70,100,70,90,70,80,1.编制初始调配方案,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。 下面介绍用“位势法”求检验数：,
