土木工程施工08248

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1、土木工程施工第一章 土方工程1.1 概述预备知识：1.流体力学-流线网； 2. 土力学-土压力、土的渗透性； 3. 抽水设备(井泵)的扬程及扬程与真空度的关系。教学要求：1. 土方工程的特点；2. 熟悉施工中土的工程分类及分类依据； 2. 掌握土的可松性； 3. 熟悉原状土压实后的沉降量 。 你问我答：1.工程中常见的土方工程有哪些？2.土方工程由那些种类？3.施工中土方一般是按照什么来分类？4.施工中分成哪八类土？如何区分？ 5.土有哪些主要的工程性质？6.什么是土的可松性？7.什么场合要考虑土的可松性?8.原状土经机械压实后的沉降量如何计算？1.1 概述引言：土方工程包括一切土的挖掘、填筑

2、和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。在土木工程中，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。土方施工的特点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。施工中土方分类方法松软土：其开挖方法用锹、锄头挖掘。普通土：一般用锹、锄头挖掘，少许用镐翻松后开挖。坚土：主要用镐，少许用锹、锄头开挖，部分须用撬棍。沙砾坚土：其开挖一般先用镐、撬棍，然后用锹挖掘，部分须用锲子及大锤。软石：须用镐或撬棍、大锤，部分用爆破方法开挖。次坚石

3、：须用爆破方法开挖，部分用风镐。 坚石、：须用爆破方法进行开挖。特坚石：须用爆破方法进行开挖。土的工程性质：对土方工程施工有直接影响，也是进行土方施工设计必须掌握的基本资料。土的主要工程性质有：土的可松性、渗透性、密实度、抗剪强度、土压力等。1.土的可松性土具有可松性即自然状态下的土，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。土的可松性程度用可松性系数表示，即 （1-1） 式中 最初可松性系数； 最终可松性系数； V1 土在天然状态下的体积，m3； V2 土经开挖后的松散体积，m3； V3 土经回填压实后的体积，m3。由于土方工程量是以自然状态的体积来计算的，所以在土方调配

4、、计算土方机械生产率及运输工具数量等的时候，必须考虑土的可松性。如：在土方工程中， 是计算土方施工机械及运土车辆等的重要参数， 是计算场地平整标高及填方时所需挖土量等的重要参数。各类土的可松性系数见表1-1。土的可松性系数 表1-1土的类别可松性系数 KsKs第一类（松软土）1.081.171.011.04第二类（普通土）1.141.281.021.05第三类（坚土）1.241.301.041.07第四类（砾砂坚土）1.261.371.061.09第五类（软石）1.301.451.101.20第六类（次坚石）1.301.451.101.20第七类（坚石）1.301.451.101.20第八类（

5、特坚石）1.451.501.201.302.土的渗透性土的渗透性是指土体被水透过的性质。土体孔隙中的自由水在重力作用下会发生流动，当基坑开挖至地下水位以下，地下水在土中渗透时受到土颗粒的阻力，其大小与土的渗透性及地下水渗流路线长短有关。法国学者达西根据下图中所示的砂土渗透试验，发现渗流速度( V )与水力坡度成正比，即： 水力坡度斜是 A、B 两点的水位差斜体与渗流路程长度斜体之比，即斜体。显然，渗流速度斜体与 A、B 两点水位差成正比，与渗流路程长度 L 成反比。比例系数 K 称土的渗透系数(m/d)。水力坡度斜是 A、B 两点的水位差斜体与渗流路程长度斜体之比，即斜体。显然，渗流速度斜体与

6、 A、B 两点水位差成正比，与渗流路程长度 L 成反比。比例系数 K 称土的渗透系数(m/d)。 土的渗透系数 K 应经试验确定，下表的数值可供参考。 土壤渗透系数 土壤的种类 斜体 m/d 土壤的种类 斜体 m/d 亚粘土、粘土 亚粘土 含亚粘土的粉砂 纯粉砂 含粘土的细砂 0.1 0.1 0.5 0.5 1.0 1.5 5.0 10 15 含粘土的中砖及纯细砂 含粘土的细砂及纯中砂 纯粗砂 粗砂夹砾石 砾 石 20 25 35 50 50 75 50 100 100 200 3.土的抗剪强度4.土压力土的含水量 土中水的质量与土的固体颗粒质量之比的百分率，称为土的含水量()。它表示土的干湿

7、程度。 式中： 土中水的质量(g)，为含水状态时土的质量与烘干后的土质量之差； W 土中固体颗粒的质量(g)，为烘干后土的质量。 土的含水量对土方边坡稳定性及填土压实的质量都有影响。 1.2 场地标高设计预备知识：最小二乘法； 2. 空间平面方程表示法。教学要求：1. 熟悉场地设计标高确定中的有关概念，如“权”、“施工高度”、“泄水坡度”等；2. 熟悉场地设计标高确定的一般方法； 3. 掌握最小二乘法原理求最佳设计平面 ；4. 熟悉工程中对设计平面的调整的方法。你问我答：1.工程中场地设计标高一般要求满足哪些要求?2.场地设计标高确定有哪些方法?3.场地设计标高的一般方法设计原理是什么?4.用

8、“一般方法”如何计算场地设计标高?5.施工高度的含义是什么?如何确定?6.什么是最佳设计平面?7.“最佳设计平面”设计原理是什么?8.“最佳设计平面”如何计算?9. 设计标高如何进行调整?引言：设计标高基本要求大型工程项目通常都要确定场地设计平面，进行场地平整。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、排水及最高洪水水位等要求，并力求使场地内土方挖填平衡且土方量最小。 场地设计标高的设计方法：场地设计标高确定一般有两种方法： 按挖填平衡原则确定设计标高。如场地高差起伏不大，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；用最小二

9、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的要求，还可做到土方的总工程量最小，实现场地设计平面的最优化。 挖填平衡法设计原理：将场地划分成边长为a的若干方格，并将方格网角点的原地形标高标在图上（图1-1）。原地形标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；b）设计标高示意图图1-1 场地设计标高计算示意图按照挖填土方量相等的原则（图1-1），场地设计标高可按下式计算：即 （1-2）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。设计方案：由图1-1可见，11号角点为一个方

10、格独有，而12，13，21，24号角点为两个方格共有，22，23，32，33号角点则为四个方格所共有，在用式（1-2）计算z0的过程中类似11号角点的标高仅加一次，类似12号角点的标高加两次，类似22号角点的标高则加四次，这种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”。考虑各角点标高的“权”，式（1-2）可改写成更便于计算的形式： （1-3）式中 z1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。设计标高的调整主要是泄水坡度的调整，由于按式（1-3）得到的设计平面为一水平的、挖填平衡的场地，而实际场地往往须有一定

11、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。以zo作为场地中心的标高（图1-2），则场地任意点的设计标高为 （1-4）式中 是考虑泄水坡度的角点设计标高。图1-2 场地泄水坡度求得 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： （1-5）式中的 是 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。设计步骤：设计标高确定的一般方法是按如下步骤计算的： 划分场地方格网； 计算或实测各角点的原地形标高； 计算场地设计标高； 泄水坡度调整。 最佳设计平面设计原理我们知道，任何一个平面在直角坐标体系中都可以用三个参数

12、c， ， 来确定（图1-3）。在这个平面上任何一点 的标高 ，可以根据下式求出： （1-6）式中 点在x方向的坐标； 点在y方向的坐标。与前述方法类似，将场地划分成方格网，并将原地形标高zi标于图上，设最佳设计平面的方程为式（1-6）形式，则该场地方格网角点的施工高度为 （1-7）式中 Hi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； n方格角点总数。 图1-3 一个平面的空间位置c原点标高； =tan= ，x方向的坡度； =tan= ，y方向的坡度由土方量计算公式（1-12）到式（1-17）可知，施工高度之和与土方工程量成正比。由于施工高度有正有负，当施

13、工高度之和为零时，则表明该场地土方的填挖平衡，但它不能反映出填方和挖方的绝对值之和为多少。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: （1-8）将式（1-7）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。为了求得最小时的设计平面参数c， ， ，可以对式（1-8）的c， ， 分别求偏导数，并令其为0，于是得:（1-9）经过整理，可得下列准则方程： （1-10） 式中 余类推。解联立方程组（1-10），可求得最佳设计平面（此时尚未考虑工艺、运输等要求）的三个参数c， ， 。然后即可根据方程式（1-7）算出各角点的施工高度。