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1、第一章 土方工程,常见类型： 场地平整、基坑（槽）及管沟开挖、地坪填土、路基填筑、隧道开通及基坑回填等。施工过程： 包括土或石的挖掘、填筑和运输等以及排水、降水和土壁支撑等准备和辅助过程。 施工的特点： 面广量大、劳动繁重、大多为露天作业、施工条件复杂； 施工易受地区气候条件影响； 土本身是一种天然物质，种类繁多，施工时受工程地质和水文地质条件的影响也很大。 施工总的要求： 根据工程自身条件，制定合理施工方案，尽可能采用新技术和机械化施工,第一节 土的分类和工程性质 一、土的工程分类 二、土的工程性质 1、土的含水量 2、土的可松性 3、土的渗透性,第二节 土方量计算 一、基坑（槽）、管沟土方
2、量计算 二、场地平整土方量计算,主要内容,一、土的工程分类在土方工程施工和工程预算定额中，根据土的开挖难易程度，将土分为松软土、普通土、坚土、砂砾坚土、软石、次坚石、坚石、特坚石等八类。前四类为一般土，后四类为岩石。,第一节 土的分类和工程性质,二、土的工程性质1、土的含水量（w）土中水的质量与固体颗粒质量之比，以百分率表示：,式中， m1含水状态时土的质量（kg）；m2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）。,第一节 土的分类和工程性质,第一节 土的分类和工程性质,二、土的工程性质2、土的可松性：自然状态下的土经开挖后，内部组织破坏，其体积因松散而增加以
3、后虽经回填压实仍不能恢复其原来的体积，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：,式中 Ks土的最初可松性系数；Ks 土的最终可松性系数；V 1土在自然状态下的体积；V 2土挖出后的松散状态下的体积；V 3土经回填压实后的体积。,二、土的工程性质 3、土的渗透性土体被水透过的性质，常用渗透系数 K 表示。渗透系数：在水力坡度为1的渗流作用下，水从土中渗出的速度，它同土的颗粒级配，密实程度等有关。,第一节 土的分类和工程性质,砂土的渗透实验,第二节 土方量计算,一、基坑（槽）、管沟土方量计算基坑土方量的计算可近似按立体几何中拟柱体（由两个平行的平面做底的一种多面体）体积公式计算。基
4、槽和管沟在土方量计算时，可沿长度方向分段计算，将各段土方量相加，即得总土方量。,基坑土方量计算,基槽土方量计算,第二节 土方量计算,二、 场地设计标高的确定场地平整土方量的计算思路是先确定一个场地设计标高，以此标高为基准分别计算标高以下的填方量和标高以上的挖方量。,l、初步确定场地设计标高H0 （1）在具有等高线的地形图上将施工区域划分为边长a=10m40m的若干方格如图所示； （2）确定各小方格的角点高程。可根据地形图上相邻两等高线的高程，用插值法求得。在无地形图的情况下，也可以在地面用木桩或钢钎打好方格网，然后用仪器直接测出方格同角点标高。,场地设计标高计算,第二节 土方量计算,二、场地设
5、计标高的确定,（3）按填挖方平衡原则确定设计标高；,场地设计标高计算,由图 可看出，H11只属于一个方格的角点标高，H12和H21则属于两个方格公共的角点标高，H22则属于四个方格公共的角点标高，它们分别在上式中要加一次、二次、四次。因此，上式可改写成下列形式：,第二节 土方量计算,二、场地设计标高的确定,2、场地设计标高H0的调整按上述公式所计算的设计标高H0系一理论值，实际上还需要考虑以下因素进行调整：,（1）由于土的可松性，会使填土有剩余 H0 （2）考虑场地泄水坡度对角点设计标高的影响； （3）设计标高以上的各种填方工程（如场区上填筑路堤） H0 ；或者由于设 计标高以下的各种挖方工程
6、（如挖河道、水池、基坑等） H0 ； （4）根据经济比较的结果，将部分挖方就近弃于场外，或部分填方就近取于场 外而引起挖、填土方量的变化后，需增减设计标高。上述四方面因素对H0的影响同时出现的机会较小，可根据现场情况适当考虑。,第二节 土方量计算,三、场地平整土方量的计算场地平整土方量的计算一般采用方格网法。,（1）计算场地各方格角点的施工高度,式中，hn为角点施工高度，即挖填高度，以“”为填，“”为挖；Hn为角点的设计标高；Hn为角点的自然地面标高。,（2）确定“零线” 平面网格中，相邻两个零点相连成的一条折线，就是方格网中的挖填分界线零线。 设h1为填方角点的填方高度，h2为挖方角点的挖方
7、高度，O为零点位置。则O点与A点的距离为：,求零点的图解法,第二节 土方量计算,三、场地平整土方量的计算,（3）计算方格挖填土方量 零线求出后，场地的挖填区即随之标出，可按“四方棱柱体法” 计算出各方格的挖填土方量。,全挖全填方格,两挖两填方格挖全填方格,三挖一填或三填一挖方格,a,a,a,a,a,a,h1,h1,h1,h2,h3,h4,h2,h2,h3,h3,h4,h4,；,第三节 土方机械化施工,一、挖土,1、推土机,施工特点：灵活、功率大、爬30坡、40-60m时效率最高。 （1）种类：索式、液压 （2）应用条件：挖深（填高）1.5m运距100m坡度30 1 3类土 （3）作业方式：目的
8、是提高效率下坡推土，提高30-40%槽形推土并列推土，提高15-20% 分批集中，一次推送,推土机外形,第三节 土方机械化施工,一、挖土,下坡推土,槽形推土,并列推土,第三节 土方机械化施工,一、挖土,2、铲运机 （1）类型：自行、拖式 （2）特点：更灵活；运距： （拖式）200350m；（自行）8001500m； （3）适用条件： 13类土大面积w27%,C3-6型自行式铲运机,C6-2.5型拖式铲运机,（1）铲土方式： 下坡铲土； 挖近填远，挖远填近； 推土机助铲； 双联铲运； 挂大斗铲运 （2）开行路线： 环形路线； 8字型路线,第三节 土方机械化施工,一、挖土,2、铲运机,铲运机开行路
9、线 a)、b)、c) 环形路线； d） 8字形路线,第三节 土方机械化施工,一、挖土,2、挖土机常用挖土机主要为单斗挖土机，只用于挖土，运土由自卸式汽车完成。根据挖土方式单斗挖土机铲斗类型可分为： （1）正铲； （2）反铲 ； （3）抓铲； （4）拉铲。,正铲,反铲,抓铲,拉铲,第三节 土方机械化施工,一、挖土,2、挖土机,（1）正铲 特点：只能挖土、挖土机必须在工作面、挖土深度大、效率高； 条件：14类土、大型工程、工作面无涌水,正铲挖土机的主要技术性能,正铲作业挖土和卸土方式：正向卸土、后方卸土；正向 挖土、侧向卸土,第三节 土方机械化施工,一、挖土,2、挖土机,正铲挖土机挖土和卸土方式
10、a)正向挖土后方卸土；b)正向挖土侧向卸土,正铲作业工作面及开行通道,第三节 土方机械化施工,一、挖土,2、挖土机,正铲开挖基坑工作面及开行通道 a)一层通道多次开挖；b)之字开行加宽工作面；c)多层通道开挖,第三节 土方机械化施工,一、挖土,2、挖土机,（2）反铲 特点：挖土机可在地面、边坡留土、挖土深度比正铲小； 条件：小型基坑、基槽、独立柱基、水下挖土；,反铲挖土机的主要技术性能,第三节 土方机械化施工,一、挖土,2、挖土机,（2）反铲 作业方式开行方式： 沟端开行； 沟侧开行：稳定性差、但弃土较远；,反铲开行方式 a)沟端开行；b)沟侧开行,第三节 土方机械化施工,一、挖土,2、挖土机
11、,（3）抓铲抓铲挖土机是在挖土机臂端用钢索装一抓斗，可挖12类土，特别适合独立基坑水下挖土。 （4）拉铲拉铲挖土机的铲斗悬挂在钢丝绳下，土斗借重力切入土中，可用于开挖12类土，开挖深度和宽度较大。由于开挖的精确性较差，边坡要留更多的土，且大多用于将土弃于土堆。,第三节 土方机械化施工,二、运土土方调配,问题的实质：已知各挖土区和填土区的位置和土方量及各挖土区和填土区之间的运距，求各挖土区向各填土区调配的土方量是多少时，总的运输费用最低,求解方法：线性规划法中的“表上作业法” 求解步骤 （一）准备工作 1、划分调配区 2、计算调配区之间的平均运距 （二）建立土方调配的数学模型 1、土方平衡与运距
12、表 2、数学模型 3、求解分析 （三）用“表上作业法”进行土方调配 1、初始方案的确定 2、方案是否最优的判别 3、方案的调整 （四）土方调配图的绘制,第三节 土方机械化施工,二、运土土方调配,划分调配区 （l）调配区的划分应与房屋或构筑物的位置相协调，满足工程施工顺序和分期分批施工的要求，用近期施工与后期利用相结合。 （2）调配区的大小应使上方机械和运输车辆的功效得到充分发挥。 （3）当土方运距较大或场区内土方平衡时，可根据附近地形，考虑就近借土或就近弃土，每一个借土区或弃土区均可作为一个独立的调配区。 （4）平整场地工程，划分调配区时要与场地设计标高结合起来，使填挖平衡。,第三节 土方机械
13、化施工,二、运土土方调配,第三节 土方机械化施工,二、运土土方调配,第三节 土方机械化施工,二、运土土方调配,数学模型 求一组xij的值，使目标函数,为最小值，并满足下列约束条件,i=1,2,m,j=1,2,n,xij0,第三节 土方机械化施工,二、运土土方调配,（1）根据约束条件知道，未知量有m*n个，而方程数为mn个。由于填挖平衡，因此独立方程的数量实际上只有m+n-l个。 （2）由于独立方程只有m+n-1个，而未知量有m*n个，无法计算。在求解线性规划问题时，可以先命m*n-（m+n-1）个未知量为零（可以任意假定。但为了减少运算次数，可以按照就近分配的原则，把运距较远或运费较大的那些未
14、知量假定为零），这样就能够解出第一组m+n-1个未知量的值。这个解是不是最优解，还需要用检验数进行检验。如果在解中换一个未知量（使解中的一个未知量的值为零，并把不在解中的一个未知量引入解中），能使求得的一组新解的目标函数下降，那么新解就比前一个解合理。这样一次次调整，直到使目标函数值为最小，此时的一组解就是最优解。关于线性规划的理论及计算方法可以详见有关的专著。,求解分析,第三节 土方机械化施工,二、运土土方调配,各调配区土方量和平均运距图,第三节 土方机械化施工,二、运土土方调配,初始方案的确定就近分配法,第三节 土方机械化施工,二、运土土方调配,最优方案的判别 （1）求位势数 列出初始方案
15、中有调配数方格的cij 由公式 cij = ui + vj 求位势数并列入表中 （2）计算检验数ij= cij ui - vj 只要出现负的检验数，就说明方案不是最优，需要进一步调整,第三节 土方机械化施工,二、运土土方调配,求位势数 由 cij = ui + vj 求位势数 ui 、vj,第三节 土方机械化施工,二、运土土方调配,第一步：在所有负检验数中选一个（一般可选最小的一个），本例中是12，把它所对应的变量x12作为调整对象。第二步：找出x12的闭回路。其做法是：从x12格出发，沿水平与竖直方向前进，遇到适当的有数字的方格作90转弯，然后继续前进，如果路线恰当，有限步后便能回到出发点，
16、形成一条以有数字的方格为转角点的、用水平和竖直线联起来的闭合回路，见表1-8。第三步:从空格x12出发，沿着闭合回路（方向任意）一直前进，在各奇数次转角点的数字中，挑出最大运距对应的xij（本例中c32=110最大，它对应的x32=200），将它由x32调到x12方格中。第四步：将“200”填入x12方格中，被调出的x32为0（该格变为空格）；同时将闭合回路上其它的奇数次转角上的数字都减去“200”，偶数次转角上数字都增加“200”，使得填挖方区的土方量仍然保持平衡。这样调整后，便可得到表中的新调配方案。第五步：对新调配方案，仍用“位势法”进行检验，看其是否是最优方案。如果检验数中仍有负数出现，那就仍按上述步骤继续调整，直到找出最优方案为止。,
