平整土方量計(jì)算1

1、本章主要內(nèi)容：本章主要內(nèi)容： 概述（土方規(guī)劃）概述（土方規(guī)劃） 土方工程施工要點(diǎn)土方工程施工要點(diǎn) 土方工程機(jī)械化施工土方工程機(jī)械化施工 爆破施工爆破施工1.1 概述土方工程的內(nèi)容及施工要求：土方工程的內(nèi)容及施工要求：1、土方工程內(nèi)容、土方工程內(nèi)容 場(chǎng)地平整場(chǎng)地平整（設(shè)計(jì)標(biāo)高、土方量、調(diào)配）（設(shè)計(jì)標(biāo)高、土方量、調(diào)配） 坑、槽開挖坑、槽開挖（施工排、降水、土壁支撐）（施工排、降水、土壁支撐） 土方填筑土方填筑（土料選擇、壓實(shí)方法、密實(shí)度）（土料選擇、壓實(shí)方法、密實(shí)度）施工特點(diǎn)施工特點(diǎn): : （1 1）量大面廣）量大面廣 （2 2）勞動(dòng)強(qiáng)度大，人力施工效率低、工期長(zhǎng)）勞動(dòng)強(qiáng)度大，人力施工效率低、工期

2、長(zhǎng) （3 3）施工條件復(fù)雜，受地質(zhì)、水文、氣侯影）施工條件復(fù)雜，受地質(zhì)、水文、氣侯影響響 大，不確定因素多大，不確定因素多施工設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題施工設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題（1 1）摸清施工條件，選擇合理的施工方案與機(jī)械；）摸清施工條件，選擇合理的施工方案與機(jī)械；（2 2）合理調(diào)配土方，使總施工量最少；）合理調(diào)配土方，使總施工量最少；（3 3）合理組織機(jī)械施工，以發(fā)揮最高效率；）合理組織機(jī)械施工，以發(fā)揮最高效率；（4 4）作好道路、排水、降水、土壁支撐等準(zhǔn)備及輔）作好道路、排水、降水、土壁支撐等準(zhǔn)備及輔 助工作；助工作；（5 5）合理安排施工計(jì)劃，避開冬、雨季施工；）合理安排施工計(jì)劃，避開冬、雨季施工；

3、（6 6）制定合理可行的措施，保證工程質(zhì)量和安全。）制定合理可行的措施，保證工程質(zhì)量和安全。1.21.2、土的工程分類、土的工程分類1 1、 按開挖的難易程度分為八類按開挖的難易程度分為八類 一類土（松軟土）、二類土（普通土一類土（松軟土）、二類土（普通土) ) 三類土（堅(jiān)土）、三類土（堅(jiān)土）、 四類土（砂礫堅(jiān)土）四類土（砂礫堅(jiān)土） 機(jī)械或人工直接開挖機(jī)械或人工直接開挖 五類土（軟石）、六類土（次堅(jiān)石）五類土（軟石）、六類土（次堅(jiān)石） 七類土（堅(jiān)石）、八類土（特堅(jiān)石）七類土（堅(jiān)石）、八類土（特堅(jiān)石） 爆破開挖爆破開挖 根據(jù)顆粒級(jí)配與塑性指數(shù)可分巖石、碎石土、砂土、粉土、粘性土、人工填土。2、土

4、的工程性質(zhì)土的構(gòu)成：固體顆粒、水和氣體三部分。（1 1）土的體積：）土的體積：V=Vw+Va+VsV=Vw+Va+VsVv+VsVv+Vs （式中：Vw水的體積，Vs土顆粒的體積，Va氣體體積，Vv孔隙的體積。）（2 2）土的質(zhì)量：）土的質(zhì)量：M=Mw+MsM=Mw+Ms（式中：Mw水的質(zhì)量，Ms土顆粒的質(zhì)量（3 3）土的密度（天然密度）：土天然狀態(tài)下單位體）土的密度（天然密度）：土天然狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量積的質(zhì)量 M/VM/V 一般黏土 =18002000 kg/m3，（4 4）土的干密度：?jiǎn)挝惑w積土中固體顆粒的質(zhì)量。）土的干密度：?jiǎn)挝惑w積土中固體顆粒的質(zhì)量。 是檢測(cè)填土密實(shí)程度的指標(biāo)。是檢

5、測(cè)填土密實(shí)程度的指標(biāo)。Vmsd （5 5）土的含水量：）土的含水量：指土中水的質(zhì)量與土的固體顆指土中水的質(zhì)量與土的固體顆粒質(zhì)量之比。粒質(zhì)量之比。 W=Mw/MsW=Mw/Ms（注：分母為固體顆粒的質(zhì)量而不是土的總質(zhì)量。） 最佳含水量最佳含水量回填土獲得最大密實(shí)度的含水量?；靥钔莲@得最大密實(shí)度的含水量。 含水量的多少影響土方施工方法的選擇、邊坡的含水量的多少影響土方施工方法的選擇、邊坡的穩(wěn)定和回填土的質(zhì)量穩(wěn)定和回填土的質(zhì)量（6 6）土的可松性：）土的可松性： 自然狀態(tài)下的土經(jīng)開挖后，體積因松散而增加，以后雖經(jīng)自然狀態(tài)下的土經(jīng)開挖后，體積因松散而增加，以后雖經(jīng)回填壓實(shí)，仍不能恢復(fù)。回填壓實(shí)，仍不能

6、恢復(fù)。 土的最初可松性系數(shù)：土的最初可松性系數(shù)： KS=V2 /V1 土的最后可松性系數(shù)：土的最后可松性系數(shù)： KS=V3 /V1 注：V2V3V1 KsKsKsKs1.01.0（式中：V1自然狀態(tài)下土的體積；V2開挖后的松散體積；V3回填壓實(shí)后的體積。）問：分類級(jí)別越小的土則可松性就越?。?可松性越小的土就越好挖？用途：開挖、運(yùn)輸、存放，挖土回填，留回填松土（7 7）土的滲透性：）土的滲透性： 土體孔隙中的自由水在重力作用下會(huì)透土體孔隙中的自由水在重力作用下會(huì)透過(guò)土體運(yùn)動(dòng)，這種被水透過(guò)的性質(zhì)稱為土過(guò)土體運(yùn)動(dòng)，這種被水透過(guò)的性質(zhì)稱為土的滲透性。的滲透性。 LhhKiK21Lh當(dāng)水力坡度當(dāng)水力坡

7、度i=1 i=1 時(shí)，地下水時(shí)，地下水在土中滲流的速度，稱滲透在土中滲流的速度，稱滲透系數(shù)系數(shù)K K。滲透系數(shù)參考值：表滲透系數(shù)參考值：表1.31.3粘土粘土 0.1 0.1，粗砂粗砂 5075 5075，卵石卵石 100200 100200 K K值影響降水方案的選擇和涌水量計(jì)算的準(zhǔn)確性。值影響降水方案的選擇和涌水量計(jì)算的準(zhǔn)確性。1.3 1.3 土方邊坡土方邊坡m=B/H，m坡度系數(shù)坡度系數(shù)m的物理意義：的物理意義：當(dāng)基坑深為當(dāng)基坑深為H H米時(shí)，邊坡寬度米時(shí)，邊坡寬度B B等于等于mHmH。邊坡可以做成：邊坡可以做成：直線形、折線形、踏步形直線形、折線形、踏步形。mHBBH11土方邊坡坡度

8、土方邊坡坡度1.邊坡坡度圖邊坡坡度圖BH 臨時(shí)性挖方邊坡的取值臨時(shí)性挖方邊坡的取值 （見表（見表1.51.5） 當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件良好，土質(zhì)均勻且地下水位低于當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件良好，土質(zhì)均勻且地下水位低于基坑、溝槽地面標(biāo)高時(shí)，挖方深度在基坑、溝槽地面標(biāo)高時(shí)，挖方深度在5m5m以內(nèi)，不以內(nèi)，不加支撐的邊坡應(yīng)按表加支撐的邊坡應(yīng)按表1.61.6的規(guī)定。的規(guī)定。1.5 1.5 場(chǎng)地平整土方量的計(jì)算場(chǎng)地平整土方量的計(jì)算 場(chǎng)地平整是將場(chǎng)地平整成施工所要求的設(shè)計(jì)平面，場(chǎng)地平整是將場(chǎng)地平整成施工所要求的設(shè)計(jì)平面，場(chǎng)地平整前首先確定場(chǎng)地的場(chǎng)地平整前首先確定場(chǎng)地的設(shè)計(jì)標(biāo)高設(shè)計(jì)標(biāo)高，計(jì)算，計(jì)算挖填挖填土方工程量土方工程量，確定，確

9、定土方平衡調(diào)配方案土方平衡調(diào)配方案，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的施工條件選擇的施工條件選擇土方機(jī)械土方機(jī)械，擬定施工方案。，擬定施工方案。場(chǎng)地平整土方量的計(jì)算包含三個(gè)步驟：場(chǎng)地平整土方量的計(jì)算包含三個(gè)步驟：一、場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高的確定一、場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高的確定 場(chǎng)地初步設(shè)計(jì)標(biāo)高的計(jì)算 場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高的調(diào)整二、土方量計(jì)算二、土方量計(jì)算 確定零線挖填方的分界線 計(jì)算各方格土方量 計(jì)算挖方和填方總工程量三、土方調(diào)配的規(guī)劃三、土方調(diào)配的規(guī)劃一、場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高的確定一、場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高的確定（1）場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高的確定原則： 挖、填土方量平衡挖、填土方量平衡 主要考慮因素: 滿足工藝和運(yùn)輸?shù)囊?盡量利用地形，減少挖填方量 場(chǎng)地內(nèi)挖

10、、填方平衡，土方運(yùn)輸總費(fèi)用最少 有一定的泄水坡度（0.002），滿足排水要求，并考慮最大洪水水位的影響。 場(chǎng)地場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高設(shè)計(jì)標(biāo)高一般在設(shè)計(jì)文件上規(guī)定，如無(wú)規(guī)定可按以下一般在設(shè)計(jì)文件上規(guī)定，如無(wú)規(guī)定可按以下步驟和方法確定。步驟和方法確定。 按按挖填平衡確定標(biāo)高步驟：挖填平衡確定標(biāo)高步驟： 1 1、初步標(biāo)高、初步標(biāo)高 (1) (1)將場(chǎng)地劃分為每格邊長(zhǎng)將場(chǎng)地劃分為每格邊長(zhǎng)101040m40m的方格網(wǎng)，的方格網(wǎng)， (2) (2)找出每個(gè)方格各個(gè)角點(diǎn)的地面標(biāo)高（實(shí)測(cè)找出每個(gè)方格各個(gè)角點(diǎn)的地面標(biāo)高（實(shí)測(cè) 法、等高線插入法）。法、等高線插入法）。aaaaaaH11H12H21H22 (3)(3)利用公式

11、計(jì)算場(chǎng)地標(biāo)高（設(shè)計(jì)標(biāo)高）利用公式計(jì)算場(chǎng)地標(biāo)高（設(shè)計(jì)標(biāo)高） H H0 0= = （H H1111+ +H H1212+ +H H2121+ +H H2222）/4/4n n H11 H12 H21 H22一個(gè)方格各角點(diǎn)的自然地面標(biāo)高 n 方格個(gè)數(shù)。 H H0 0= =（ H H1 1+2+2 H H2 2+3+3 H H3 3+4+4 H H4 4）/4/4n nH1一個(gè)方格所僅有角點(diǎn)的標(biāo)高； H2、H3、H4分別為兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)方格共用角點(diǎn)的標(biāo)高。 H11H12H21H22)4a22211211220HHHHaNH（ 2 2、場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高的調(diào)整、場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高的調(diào)整 設(shè)計(jì)標(biāo)高設(shè)計(jì)標(biāo)高H H0

12、0為理論值，考慮實(shí)際情況還需對(duì)設(shè)計(jì)為理論值，考慮實(shí)際情況還需對(duì)設(shè)計(jì)標(biāo)高進(jìn)行調(diào)整。標(biāo)高進(jìn)行調(diào)整。 考慮土具有可松性，按設(shè)計(jì)標(biāo)高計(jì)算，填土有考慮土具有可松性，按設(shè)計(jì)標(biāo)高計(jì)算，填土有剩余，必要時(shí)提高設(shè)計(jì)標(biāo)高。剩余，必要時(shí)提高設(shè)計(jì)標(biāo)高。 考慮調(diào)整前進(jìn)行場(chǎng)地平整時(shí)場(chǎng)地處于同一水平考慮調(diào)整前進(jìn)行場(chǎng)地平整時(shí)場(chǎng)地處于同一水平面但實(shí)際排水要求有泄水坡度。面但實(shí)際排水要求有泄水坡度。 就近借棄土就近借棄土 2 2、場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高的調(diào)整、場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高的調(diào)整 按泄水坡度調(diào)整各角點(diǎn)設(shè)計(jì)標(biāo)高按泄水坡度調(diào)整各角點(diǎn)設(shè)計(jì)標(biāo)高 ： Hn = H0 L i (1)(1)單向排水時(shí)，各方格單向排水時(shí)，各方格角點(diǎn)設(shè)計(jì)標(biāo)高為角點(diǎn)設(shè)計(jì)標(biāo)高為

13、: : (2)(2)雙向排水時(shí)，各方格角雙向排水時(shí)，各方格角點(diǎn)設(shè)計(jì)標(biāo)高為：點(diǎn)設(shè)計(jì)標(biāo)高為：Hn = H0 Lx ix L yi y（2 2）土可松性的影響）土可松性的影響)(sWWsWTWWWKhFVKVVhFVV hFVVTTT )(sWTsWKFFKVh 1hHH 00挖方區(qū)有挖方區(qū)有：填方區(qū)有：填方區(qū)有：【例】某建筑場(chǎng)地方格網(wǎng)、地面標(biāo)高如圖,格邊長(zhǎng)a=20m。泄水坡度ix =2，iy=3，不考慮土的可松性的影響，確定方格各角點(diǎn)的設(shè)計(jì)標(biāo)高。解：（1）初步設(shè)計(jì)標(biāo)高（場(chǎng)地平均標(biāo)高）H0=（ H1+2 H2+3 H3+4 H4）/4M =70.09+71.43+69.10+70.70+2（70.4

14、0+70.95+69.71+）+4（70.17+70.70+69.81+70.38） /（49） =70.29（m）70.0970.09（2）按泄水坡度調(diào)整設(shè)計(jì)標(biāo)高： Hn = H0 Lx ix L yi y ； H1 =70.29302+303=70.3270.3270.3670.4070.4470.2670.3070.3470.3870.2070.2470.2870.3270.1470.1870.2270.26 H070.29 H2 =70.29102+303=70.36H3=70.29+102+303=70.40 其它見圖其它見圖三、 土方量計(jì)算1、計(jì)算各角點(diǎn)的施工高度施工高度：方格角點(diǎn)

15、的施工高度： h hn n= H= Hn nH H Hn：該角點(diǎn)的設(shè)計(jì)標(biāo)高(m)； H：該角點(diǎn)的自然地面標(biāo)高(m)。 +”填；“-”挖2、確定“零線” “零點(diǎn)”方格邊界上施工高度為0的點(diǎn)。 “零線”“零點(diǎn)”所連成的線。h1，h2相鄰兩角點(diǎn)挖、填方施工高度(以絕對(duì)值代入)；a方格邊長(zhǎng)；x零點(diǎn)距角點(diǎn)A的距離3.3.場(chǎng)地土方量計(jì)算場(chǎng)地土方量計(jì)算 平均高度法平均高度法 1 1、四方棱柱體法、四方棱柱體法 2 2、三角棱柱體法（了解）、三角棱柱體法（了解） 平均斷面法平均斷面法( (基坑、基槽、管溝、路堤、場(chǎng)地平整基坑、基槽、管溝、路堤、場(chǎng)地平整土方量的計(jì)算土方量的計(jì)算)（了解）（了解） 1 1、近似計(jì)

16、算、近似計(jì)算 2 2、較精確計(jì)算、較精確計(jì)算平均高度法平均高度法（四方棱柱體法） 場(chǎng)地邊坡土方量的計(jì)算1.1.6 土方調(diào)配 土方調(diào)配原則：要求挖填平衡，運(yùn)距最短，成本最低。步驟 ： 1、基本調(diào)配方案 （1）土方調(diào)配區(qū)的劃分 找出零線畫出挖方區(qū)、填方區(qū) 劃分調(diào)配區(qū) 注意： 1）位置與建、構(gòu)筑物協(xié)調(diào)，且考慮施工順序 2）大小滿足主導(dǎo)施工機(jī)械的技術(shù)要求； 3）與方格網(wǎng)協(xié)調(diào)，便于確定土方量； 4）借、棄土區(qū)作為獨(dú)立調(diào)配區(qū)。B1A1A2A3A4B2B30000 （2 2）找各挖、填方區(qū)間的平均）找各挖、填方區(qū)間的平均運(yùn)運(yùn) 距（即土方重心間的距離）距（即土方重心間的距離） 可近似以幾何形心代

17、替土方可近似以幾何形心代替土方體積重心體積重心 挖挖 填填B1B2B3挖方量挖方量A1 50 70 100500A2 70 40 90 500A3 60 110 70 500A4 80 100 40400填方量填方量800600500 1900劃分調(diào)配區(qū)示例：劃分調(diào)配區(qū)示例： （3 3）列挖、填方平衡及運(yùn)距表）列挖、填方平衡及運(yùn)距表 （4 4）調(diào)配）調(diào)配 方法：最小元素法就近調(diào)配。方法：最小元素法就近調(diào)配。 順序：先從運(yùn)距小的開始，使其土方量最大。順序：先從運(yùn)距小的開始，使其土方量最大。填方量填方量 填填挖挖B1B2B3挖方量挖方量A1 50 70 100500A2 70 40 90 500A

18、3 60 110 70500A4 80 100 40400800600 500 1900400500500300100100 土方的總運(yùn)輸量為土方的總運(yùn)輸量為50050050+50+50050040+40+3003006060100100110+110+10010070+70+4004004040 97000(m3m)97000(m3m)。利用利用“最小元素法最小元素法”編制初始調(diào)配方案，其總運(yùn)輸量是較小的。編制初始調(diào)配方案，其總運(yùn)輸量是較小的。但不一定是總運(yùn)輸量最小，因此還需判別它是否為最優(yōu)方案但不一定是總運(yùn)輸量最小，因此還需判別它是否為最優(yōu)方案2.2.最優(yōu)方案判別最優(yōu)方案判別 判別的方法有

19、判別的方法有“閉回路法閉回路法”和和“位勢(shì)法位勢(shì)法”，其實(shí)質(zhì)相同，都是用其實(shí)質(zhì)相同，都是用檢驗(yàn)數(shù)檢驗(yàn)數(shù)ij來(lái)判別。只要所來(lái)判別。只要所有的檢驗(yàn)數(shù)有的檢驗(yàn)數(shù)ij00，則該方案即為，則該方案即為最優(yōu)方案最優(yōu)方案；否則，不是最優(yōu)方案，尚需進(jìn)行調(diào)整。否則，不是最優(yōu)方案，尚需進(jìn)行調(diào)整。 下面介紹用下面介紹用“位勢(shì)法位勢(shì)法”求檢驗(yàn)數(shù)：求檢驗(yàn)數(shù)：（1 1）求位勢(shì)）求位勢(shì)Ui和和Vj 位勢(shì)和就是在運(yùn)距表的行或列中用位勢(shì)和就是在運(yùn)距表的行或列中用運(yùn)距運(yùn)距Cij同同時(shí)減去的數(shù)，目的是使有調(diào)配數(shù)字的格檢驗(yàn)數(shù)時(shí)減去的數(shù)，目的是使有調(diào)配數(shù)字的格檢驗(yàn)數(shù)ij為零，而對(duì)調(diào)配方案的選取沒有影響。為零，而對(duì)調(diào)配方案的選取沒有影響

20、。 計(jì)算方法：將初始方案中有調(diào)配數(shù)方格的計(jì)算方法：將初始方案中有調(diào)配數(shù)方格的Cij列出列出，然后按下式求出兩組位勢(shì)數(shù)然后按下式求出兩組位勢(shì)數(shù)Ui(i1，2，m)和和Vj(j1，2，n)。 CijUiVj 式中式中 Cij平均運(yùn)距平均運(yùn)距； Ui，Vj位勢(shì)數(shù)位勢(shì)數(shù)。 為了使線性方程有解，要求初始方案中調(diào)動(dòng)為了使線性方程有解，要求初始方案中調(diào)動(dòng)的土方量要填夠的土方量要填夠m mn n1 1個(gè)格（個(gè)格（m m為行數(shù)，為行數(shù)，n n為為列數(shù)），不足時(shí)可在任意格中補(bǔ)列數(shù)），不足時(shí)可在任意格中補(bǔ)“0”“0”。挖挖 填填位勢(shì)數(shù)位勢(shì)數(shù)B1B2B3位勢(shì)數(shù)位勢(shì)數(shù)Ui VjA1 50 70 100A270 40 9

21、0 A3 60 110 70 A4 80 100 40本例兩組位勢(shì)數(shù)計(jì)算本例兩組位勢(shì)數(shù)計(jì)算 （ CijUiVj ） ： 設(shè)設(shè) U1 U10 0， 則則 V1 V1 C11 C11U1U150500 05050； U3 U3 C31 C31V1V1606050501010； V2 V21101101010100100； 5001010060-20-60 （2 2）求檢驗(yàn)數(shù)）求檢驗(yàn)數(shù) ij ijCijUiVj 挖挖 填填 B1B2B3 Ui VjV1=50V2=100V3=60A1U1=0070100A2U2=-6070 090 A3U3=10000A4U4=-2080100 0位勢(shì)數(shù)位勢(shì)數(shù)5060110404070+80-30+40+90+50+20其中其中121200，所以這個(gè)方案不是最優(yōu)方案，所以這個(gè)方案不是最優(yōu)方案填方量填方量 填填挖挖B1B2B3挖方量挖方量A1 500A2 500A3 500A4 400800600 500 1900400500500300100100(400) (0)(100)X12(400)（1）在所有負(fù)檢驗(yàn)數(shù)中選取最小的一個(gè)（本例中為）在所有負(fù)檢驗(yàn)數(shù)中選取最小的一個(gè)（本例中為C12)，把它所對(duì)應(yīng)的，把它所對(duì)應(yīng)的變量變量X12作為調(diào)整的對(duì)象。作為調(diào)整的對(duì)象。（2）