土方工程及基坑開挖施工方案

1、第1章 土方工程本章學習要求了解土的工程性質(zhì)、邊坡留設和土方調(diào)配的原則掌握土方量計算的方法、場地設計標高確定的方法和用表上作業(yè)法進行土方調(diào)配能了解識別基槽、深淺基坑的各種支護方法并了解其適用范圍和基坑監(jiān)測項目理解流砂產(chǎn)生的原因，并了解其防治方法；掌握輕型井點設計并了解噴射井點、電滲井點和深井井點的適用范圍掌握基坑土方開挖的一般原則、方法和注意事項，了解常用土方機械的性能及適用范圍并能正確合理地選用掌握填土壓實的方法和影響填土壓實質(zhì)量的影響因素掌握土方工程質(zhì)量標準與安全技術要求。1.1 概述土方工程的施工特點常見的土方工程包括（1） 場地平整：其中包括確定場地設計標高，計算挖、填土方量，合理地進

2、行土方調(diào)配等。（2） 土方的開挖、填筑和運輸?shù)戎饕┕ぃ约芭潘?、降水和土壁邊坡和支護結(jié)構等。（3） 土方回填與壓實：包括土料選擇，填土壓實的方法及密實度檢驗等土方工程施工，要求標高準確、斷面合理，土體有足夠的強度和穩(wěn)定性，土方量少，工期短，費用省。但土方工程具有工程量大，施工工期長，勞動強度大的特點，如大型建設項目的場地平整和深基坑開挖中，施工面積可達數(shù)平方公里，土方工程量可達數(shù)百萬立方米以上。土方工程的另一個特點是施工條件復雜又多為露天作業(yè)，受氣候、水文、地質(zhì)和鄰近建（構）筑物等條件的影響較大，且天然或人工填筑形成的土石成分復雜，難以確定的因素較多。因此在組織土方工程施工前，必須做好施工前

3、的準備工作，完成場地清理，仔細研究勘察設計文件并進行現(xiàn)場勘察；制定嚴密合理和經(jīng)濟的施工組織設計，做好施工方案，選擇好施工方法和機械設備，盡可能采用先進的施工工藝和施工組織，實現(xiàn)土方工程施工綜合機械化。制訂合理的土方調(diào)配方案，制訂好保證工程質(zhì)量的技術措施和安全文明施工措施，對質(zhì)量通病做好預防措施等。土的工程分類與現(xiàn)場鑒別方法 土的種類繁多，其分類方法各異。土方工程施工中，按土的開挖難易程度分為八類，如表1.1。表中一至四類為土，五至八類為巖石。在選擇施工挖土機械和套建筑安裝工程勞動定額時要依據(jù)土的工程類別。表 1.1 土的工程分類土的分類土的級別土的名稱密度(kg/m3)開挖方法及工具一類土(松

4、軟土)砂土；粉土；沖積砂土層；疏松的種植土；淤泥(泥炭)6001500用鍬、鋤頭挖掘，少許用腳蹬二類土(普通土)粉質(zhì)粘土；潮濕的黃土；夾有碎石、卵石的砂；粉土混卵(碎)石；種植土；填土11001600用鍬、鋤頭挖掘，少許用鎬翻松三類土(堅土)軟及中等密實粘土；重粉質(zhì)粘土；礫石土；干黃土、含有碎石卵石的黃土；粉質(zhì)粘土；壓實的填土17501900主要用鎬，少許用鍬、鋤頭挖掘，部分用撬棍四類土(砂礫堅土)堅硬密實的粘性土或黃土；含碎石、卵石的中等密實的粘性土或黃土；粗卵石；天然級配砂石；軟泥灰?guī)r1900整個先用鎬、撬棍，后用鍬挖掘，部分用楔子及大錘五類土(軟石)硬質(zhì)粘土；中密的頁巖、泥灰?guī)r、白堊土；

5、膠結(jié)不緊的礫巖；軟石灰?guī)r及貝殼石灰?guī)r11002700用鎬或撬棍、大錘挖掘，部分使用爆破方法六類土(次堅石)泥巖；砂巖；礫巖；堅實的頁巖、泥灰?guī)r；密實的石灰?guī)r；風化花崗巖；片麻巖及正長巖22002900用爆破方法開挖，部分用風鎬七類土(堅石)大理巖；輝綠巖；玢巖；粗、中?；◢弾r；堅實的白云巖、砂巖、礫巖、片麻巖、石灰?guī)r；微風化安山巖；玄武巖25003100用爆破方法開挖八類土(特堅土)安山巖；玄武巖；花崗片麻巖；堅實的細粒花崗巖、閃長巖、石英巖、輝長巖、角閃巖、玢巖、輝綠巖27003300用爆破方法開挖 土的基本性質(zhì) 1土的天然含水量 土的含水量是土中水的質(zhì)量與固體顆粒質(zhì)量之比的百分率，即 （1

6、-1）式中：土中水的質(zhì)量土中固體顆粒的質(zhì)量。2土的天然密度和干密度土在天然狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量，稱為土的天然密度。土的天然密度用表示： （1-2）式中：土的總質(zhì)量； 土的天然體積。單位體積中土的固體顆粒的質(zhì)量稱為土的干密度，土的干密度用表示： （1-3）式中：土中固體顆粒的質(zhì)量； 土的天然體積 土的干密度越大，表示土越密實。工程上常把土的干密度作為評定土體密實程度的標準，以控制填土工程的壓實質(zhì)量。土的干密度與土的天然密度之間有如下關系： 即 （1-4） 3.土的可松性 土具有可松性，即自然狀態(tài)下的土經(jīng)開挖后，其體積因松散而增大，以后雖經(jīng)回填壓實，仍不能恢復其原來的體積。土的可松性程度用可松性系

7、數(shù)表示，即 （1-5） （1-6） 式中：土的最初可松性系數(shù)； 土的最后可松性系數(shù)； 土在天然狀態(tài)下的體積（m3）； 土挖出后在松散狀態(tài)下的體積(m3)； 土經(jīng)回填壓（夯）實后的體積(m3)；土的可松性對確定場地設計標高、土方量的平衡調(diào)配、計算運土機具的數(shù)量和棄土坑的容積，以及計算填方所需的挖方體積等均有很大影響。各類土的可松性系數(shù)見表1.2。表1.2 各種土的可松性參考值土的類別體積增加百分數(shù)可松性系數(shù)最初最后一類土(種植土除外)81712.51.081.171.011.03一類土(植物性土、泥炭)2030341.201.301.031.04二類土14282.551.141.281.021.

8、05三類土2430471.241.301.041.07四類土(泥灰?guī)r、蛋白石除外)2632691.261.321.061.09四類土(泥灰?guī)r、蛋白石)333711151.331.371.111.15五至七類土304510201.301.451.101.20八類土455020301.451.501.201.304.土的滲透性 土的滲透性指水流通過土中孔隙的難易程度，水在單位時間內(nèi)穿透土層的能力稱為滲透系數(shù)，用k表示，單位為m/d。地下水在土中滲流速度一般可按達西定律計算，其公式如下： （1-7）式中：水在土中的滲透速度，m/d； 水力坡度，即、兩點水頭差與其水平距離之比； 土的滲透系數(shù)，m/d。

9、 從達西公式可以看出滲透系數(shù)的物理意義：當水力坡度等于1時的滲透速度即為滲透系數(shù)，單位同樣為m/d。值的大小反映土體透水性的強弱，影響施工降水與排水的速度；土的滲透系數(shù)可以通過室內(nèi)滲透試驗或現(xiàn)場抽水試驗測定，一般土的滲透系數(shù)見表1.3。表1.3 土的滲透系數(shù)K參考值土的名稱滲透系數(shù)K(m/d)土的種類滲透系數(shù)K(m/d)粘土0.005中砂5.025.0粉質(zhì)粘土0.0050.1均質(zhì)中砂3550粉土0.10.5粗砂2050黃土0.250.5圓礫50100粉砂0.55.0卵石100500細砂1.010.0無填充物卵石50010001.2土方與土方調(diào)配量計算基坑、基槽土方量計算 1土方邊坡在開挖基坑、

10、溝槽或填筑路堤時，為了防止塌方，保證施工安全及邊坡穩(wěn)定，其邊沿應考慮放坡。土方邊坡的坡度以其高度與底寬之比（圖1.1），即 土方邊坡坡度= 式中：，稱為坡度系數(shù)。其意義為：當邊坡高度已知為時，其邊坡寬度則等于。 (a) (b) (c) 圖1.1 (a)直線形 （b）折線形 （c）踏步形 2基坑、基槽土方量計算基坑土方量可按立體幾何中的擬柱體（由兩個平行的平面做底的一種多面體）體積公式計算（圖1.2）。即 （1-8）式中 基坑深度（）；基坑上、下的底面積（）； 基坑的中間位置截面面積（）； 圖1.2 基坑土方量計算 圖1.3 基槽土方量計算基槽和路堤的土方量可以沿長度方向分段后，再用同樣方法計算

11、（圖1.3） 式中 第一段的土方量（）； 第一段的長度（）。將各段土方量相加即得總土方量 式中，各分段的土方量（）。 場地平整土方量計算1場地設計標高的確定 對較大面積的場地平整，合理地確定場地的設計標高，對減少土方量和加速工程進度具有重要的經(jīng)濟意義。一般來說應考慮以下因素： 滿足生產(chǎn)工藝和運輸?shù)囊螅?盡量利用地形，分區(qū)或分臺階布置，分別確定不同的設計標高； 場地內(nèi)挖填方平衡，土方運輸量最少； 要有一定瀉水坡度（2），使能滿足排水要求； 要考慮最高洪水位的影響。 場地設計標高一般應在設計文件上規(guī)定，若設計文件對場地設計標高沒有規(guī)定時，可按下述步驟來確定。 1）初步計算場地設計標高初步計算場地

12、設計標高的原則是場地內(nèi)挖填方平衡，即場地內(nèi)挖方總量等于填方總量。計算場地設計標高時，首先將場地的地形圖根據(jù)要求的精度劃分為1040m的方格網(wǎng)，見圖1.4a。然后求出各方格角點的地面標高。地形平坦時，可根據(jù)地形圖上相鄰兩等高線的標高，用插入法求得；地形起伏較大或無地形圖時，可在地面用木樁打好方格網(wǎng)，然后用儀器直接測出。按照場地內(nèi)土方的平整前及平整后相等，即挖填方平衡的原則，如圖1.4b，場地設計標高可按下式計算 （1-9）式中 所計算的場地設計標高（）； 方格邊長（）； 方格數(shù)； 、任一方格的四個角點的標高（）。圖1.4 場地設計標高Ho計算示意圖 （a）方格網(wǎng)劃分; （b）場地設計標高示意圖1

13、等高線; 2自然地面; 3場地設計標高平面面從圖1.4a可以看出，系一個方格的角點標高，及系相鄰兩個方格的公共角點標高，系相鄰的四個方格的公共角點標高。如果將所有方格的四個角點相加，則類似這樣的角點標高加一次，類似、的角點標高需加兩次，類似的角點標高要加四次。如令 為一個方格僅有的角點標高； 為二個方格共有的角點標高； 為三個方格共有的角點標高； 為四個方格共有的角點標高。則場地設計標高的計算公式（1-9）可改寫為下列形式 (1-10) 2）場地設計標高的調(diào)整按上述公式計算的場地設計標高僅為一理論值，在實際運用中還需考慮以下因素進行調(diào)整。土的可松性影響由于土具有可松性，如按挖填平衡計算得到的場

14、地設計標高進行挖填施工，填土多少有富余，特別是當土的最后可松性系數(shù)較大時更不容忽視。如圖1.5所示，設為土的可松性引起設計標高的增加值，則設計標高調(diào)整后的總挖方體積應為： (1-11)總填方體積應為： (1-12) 圖1.5 設計標高調(diào)整計算示意 (a)理論設計標高； （b）調(diào)整設計標高 此時，填方區(qū)的標高也應與挖方區(qū)一樣提高，即： (1-13)移項整理簡化得（當）： (1-14)故考慮土的可松性后，場地設計標高調(diào)整為： (1-15)式中 、按理論設計標高計算的總挖方、總填方體積； 、按理論設計標高計算的挖方區(qū)、填方區(qū)總面積； 土的最后可松性系數(shù)。場地挖方和填方的影響由于場地內(nèi)大型基坑挖出的土

15、方、修筑路堤填高的土方，以及經(jīng)過經(jīng)濟比較而將部分挖方就近棄土于場外或?qū)⒉糠痔罘骄徒鼜膱鐾馊⊥?，上述做法均會引起挖填土方量的變化。必要時，亦需調(diào)整設計標高。為了簡化計算，場地設計標高的調(diào)整值，可按下列近似公式確定，即： (1-16)式中 場地根據(jù)平整后多余或不足的土方量。場地泄水坡度的影響按上述計算和調(diào)整后的場地設計標高，平整后場地是一個水平面。但實際上由于排水的要求，場地表面均有一定的泄水坡度，平整場地的表面坡度應符合設計要求，如無設計要求時，一般應向排水溝方向作成不小于2的坡度。所以，在計算的或經(jīng)調(diào)整后的基礎上，要根據(jù)場地要求的泄水坡度，最后計算出場地內(nèi)各方格角點實際施工時的設計標高。當場地

16、為單向泄水及雙向泄水時，場地各方格角點的設計標高求法如下：單向泄水時場地各方格角點的設計標高（圖1.6a）以計算出的設計標高或調(diào)整后的設計標高作為場地中心線的標高，場地內(nèi)任意一個方格角點的設計標高為： (1-17)式中 場地內(nèi)任意一點方格角點的設計標高（）； 該方格角點至場地中心線的距離（）； 場地泄水坡度（不小于2）； 該點比高則取“”，反之取“”。例如，圖1.6a中場地內(nèi)角點10的設計標高： 雙向泄水時場地各方格角點的設計標高（圖1.6b）以計算出的設計標高或調(diào)整后的標高作為場地中心點的標高，場地內(nèi)任意一個方格角點的設計標高為： (1-18)式中 、該點于、方向上距場地中心線的距離（）；

17、、場地在、方向上泄水坡度。例如，圖1.6b中場地內(nèi)角點10的設計標高 圖1.6 場地泄水坡度示意圖 (a)單向泄水； (b)雙向泄水【例1.1】：某建筑場地的地形圖和方格網(wǎng)如圖1.7所示，方格邊長為20m×20m, 、方向上泄水坡度分別為2和3。由于土建設計、生產(chǎn)工藝設計和最高洪水位等方面均無特殊要求，試根據(jù)挖填平衡原則（不考慮可松性）確定場地中心設計標高，并根據(jù)、方向上泄水坡度推算各角點的設計標高。 圖1.7 某建筑場地方格網(wǎng)布置圖【解】計算角點的自然地面標高根據(jù)地形圖上標設的等高線，用插入法求出各方格角點的自然地面標高。由于地形是連續(xù)變化的，可以假定兩等高線之間的地面高低是呈直線

18、變化的。如角點4的地面標高（），從圖1.7中可看出，是處于兩等高線相交的直線上。由圖1.8,根據(jù)相似三角形特性，可寫出： 則 ， 得 圖1.8 插入法計算標高簡圖 圖1.9 插入法的圖解法在地形圖上，只要量出（角點4至44.0等高線的水平距離）和(44.0等高線和44.5等高線與直線相交的水平距離)的長度，便可算出的數(shù)值。但是，這種計算是繁瑣的，所以，通常是采用圖解法來求得各角點的自然地面標高。如圖1.9所示，用一張透明紙，上面畫出六根等距離的平行線（線條盡量畫細些，以免影響讀數(shù)的準確），把該透明紙放到標有方格網(wǎng)的地形圖上，將六根平行線的最外兩根分別對準點與點，這時六根等距離的平行線將之間的0

19、.5m的高差分成五等分，于是便可直接讀得角點4的地面標高。其余各角點的標高均可類此求出。用圖解法求得的各角點標高見圖1.7方格網(wǎng)角點左下角。計算場地設計標高按照要求的泄水坡度計算各方格角點的設計標高以場地中心點即角點8為（圖1.7），其余各角點的設計標高為：其余各角點設計標高均可類此求出，詳見圖1.7中方格網(wǎng)角點右下角標示。2場地土方工程量計算 場地土方量的計算方法，通常有方格網(wǎng)法和斷面法兩種。方格網(wǎng)法適用于地形較為平坦、面積較大的場地，斷面法則多用于地形起伏變化較大或地形狹長的地帶。1）方格網(wǎng)法仍以前面【例1.1】為例，其分解和計算步驟如下：劃分方格網(wǎng)并計算場地各方格角點的施工高度根據(jù)已有地

20、形圖（一般用1/500的地形圖）劃分成若干個方格網(wǎng)，盡量與測量的縱橫坐標網(wǎng)對應，方格一般采用10m×10m40m×40m,將角點自然地面標高和設計標高分別標注在圖1.10方格網(wǎng)點的左下角和右下角（見圖1.10）。角點設計標高與自然地面標高的差值即各角點的施工高度，表示為 (1.19)式中 角點的施工高度，以“”為填，以“” 為挖；標注在方格網(wǎng)點的右上角。 角點的設計標高（若無泄水坡度時，即為場地設計標高）； 角點的自然地面標高。計算各方格網(wǎng)點的施工高度 各角點的施工高度標注于下圖1.10各方格網(wǎng)點右上角。 圖1.11 某建筑場地方格網(wǎng)挖填土方量計算圖計算零點位置在一個方格網(wǎng)

21、內(nèi)同時有填方或挖方時，要先算出方格網(wǎng)邊的零點位置即不挖不填點，并標注于方格網(wǎng)上，由于地形是連續(xù)的，連接零點得到的零線即成為填方區(qū)與挖方區(qū)的分界線（圖1.8）。零點的位置按相似三角形原理（圖1.12）得下式計算：圖1.12； (1-20)式中 、角點至零點的距離（）； 、相鄰兩角點的施工高度（）， 均用絕對值； 方格網(wǎng)的邊長（）。 計算零點位置圖中23網(wǎng)格線兩端分別是填方與挖方點，故中間必有零點，零點至3角點的距離： 同理 連接零點得到的零線即成為填方區(qū)與挖方區(qū)的分界線（圖1.11）。計算方格土方工程量按方格網(wǎng)底面積圖形和表1.4所列公式，計算每個方格內(nèi)的挖方或填方量。表1.4計算方格土方量。方

22、格、底面為正方形，土方量為： V+ V- V- V+ 方格底面為二個梯形，土方量為： V+ V-方格底面為三角形和五邊形，土方量為： V V方格底面為二個梯形，土方量為： V+ V-方格底面為三角形和五邊形，土方量為： V V+方格網(wǎng)的總填方量方格網(wǎng)的總挖方量邊坡土方量計算 為了維持土體的穩(wěn)定，場地的邊沿不管是挖方區(qū)還是填方區(qū)均需作成相應的邊坡，因此在實際工程中還需要計算邊坡的土方量。邊坡土方量計算較簡單但限于篇幅這里就不介紹了。圖1.13是例題1場地邊坡的平面示意圖。 圖1.13場地邊坡平面圖2斷面法 沿場地的的縱向或相應方向取若干個相互平行的斷面（可利用地形圖定出或?qū)嵉販y量定出），將所取的

23、每個斷面（包括邊坡）劃分成若干個三角形和梯形，如圖1.14所示，對于某一斷面，其中三角形和梯形的面積為： ； (1-21)該斷面面積為： 若 則 (1-22) 圖1.14 斷面法計算圖 圖1.15 用累高法求斷面面積 各個斷面面積求出后，即可計算土方體積。設各斷面面積分別為、，相鄰兩斷面之間的距離依次為、，則所求土方體積為： (1-23) 如圖1.15所示，是用斷面法求面積的一種簡便方法，叫“累高法”。此法不需用公式計算，只要將所取的斷面繪于普通坐標紙上（取等值），用透明紙尺從開始，依次量出（用大頭針向上撥動透明紙尺）各點標高（），累計得出各點標高之和，然后將此值與相乘，即可得出所求斷面面積。

24、土方調(diào)配1土方調(diào)配原則土方工程量計算完成后，即可著手對土方進行平衡與調(diào)配。土方的平衡與調(diào)配是土方規(guī)劃設計的一項重要內(nèi)容，是對挖土的利用、堆棄和填土的取得這三者之間的關系進行綜合平衡處理，達到使土方運輸費用最小而又能方便施工的目的。土方調(diào)配原則主要有：1）應力求達到挖、填平衡和運輸量最小的原則。這樣可以降低土方工程的成本。然而，僅限于場地范圍的平衡，往往很難滿足運輸量最小的要求。因此還需根據(jù)場地和其周圍地形條件綜合考慮，必要時可在填方區(qū)周圍就近借土，或在挖方區(qū)周圍就近棄土，而不是只局限于場地以內(nèi)的挖、填平衡，這樣才能做到經(jīng)濟合理。2）應考慮近期施工與后期利用相結(jié)合的原則。當工程分期分批施工時，先

25、期工程的土方余額應結(jié)合后期工程的需要而考慮其利用數(shù)量與堆放位置，以便就近調(diào)配。堆放位置的選擇應為后期工程創(chuàng)造良好的工作面和施工條件，力求避免重復挖運。如先期工程有土方欠額時，可由后期工程地點挖取。3）盡可能與大型地下建筑物的施工相結(jié)合。當大型建筑物位于填土區(qū)而其基坑開挖的土方量又較大時，為了避免土方的重復挖、填和運輸，該填土區(qū)暫時不予填土，待地下建筑物施工之后再行填土。為此，在填方保留區(qū)附近應有相應的挖方保留區(qū)，或?qū)⒏浇诜焦こ痰挠嗤涟葱枰侠矶逊?，以便就近調(diào)配。4）調(diào)配區(qū)大小的劃分應滿足主要土方施工機械工作面大?。ㄈ珑P運機鏟土長度）的要求，使土方機械和運輸車輛的效率能得到充分發(fā)揮。 總之，進

26、行土方調(diào)配，必須根據(jù)現(xiàn)場的具體情況、有關技術資料、工期要求、土方機械與施工方法，結(jié)合上述原則，予以綜合考慮，從而做出經(jīng)濟合理的調(diào)配方案。2土方調(diào)配區(qū)的劃分場地土方平衡與調(diào)配，需編制相應的土方調(diào)配圖表，以便施工中使用。其方法如下：1）劃分調(diào)配區(qū) （ 1） 在場地平面圖上先劃出挖、填區(qū)的分界線（零線），然后在挖方區(qū)和填方區(qū)適當?shù)胤謩e劃出若干個調(diào)配區(qū)。劃分時應注意以下幾點：（ 2）劃分應與建筑物的平面位置相協(xié)調(diào)，并考慮開工順序、分期開工順序；（3）調(diào)配區(qū)的大小應滿足土方機械的施工要求；（4）調(diào)配區(qū)范圍應與場地土方量計算的方格網(wǎng)相協(xié)調(diào)，一般可由若干個方格組成一個調(diào)配區(qū)；（5）當土方運距較大或場地范圍內(nèi)

27、土方調(diào)配不能達到平衡時，可考慮就近借土或棄土，一個借土區(qū)或一個棄土區(qū)可作為一個獨立的調(diào)配區(qū)。 （6）計算各調(diào)配區(qū)的土方量，并將它標注于圖上。2）求出每對調(diào)配區(qū)之間的平均運距 平均運距即挖方區(qū)土方重心至填方區(qū)土方重心的距離。因此，求平均運距，需先求出每個調(diào)配區(qū)的土方重心。其方法如下：取場地或方格網(wǎng)中的縱橫兩邊為坐標軸，以一個角作為坐標原點（圖），分別求出各區(qū)土方的重心坐標、： (1-24)式中 塊方格的重心坐標； 塊方格的土方量 填、挖方區(qū)之間的平均運距為： (1-25)式中 、 填方區(qū)的重心坐標； 、挖方區(qū)的重心坐標。為了簡化的計算，可假定每個方格（完整的或不完整的）上的土方是各自均勻分布的，

28、于是可用圖解法求出形心位置以代替方格的重心位置。各調(diào)配區(qū)的重心求出后，標于相應的調(diào)配區(qū)上，然后用比例尺量出每對調(diào)配區(qū)重心之間的距離，此即相應的平均運距（）。所有填挖方調(diào)配區(qū)之間的平均運距均需一一計算，并將計算結(jié)果列于土方平衡與運距表內(nèi)。當填、挖方調(diào)配區(qū)之間的距離較遠，采用自行式鏟運機或其他運土工具沿現(xiàn)場道路或規(guī)定路線運土時，其運距應按實際情況進行計算。3用“表上作業(yè)法”求解最優(yōu)調(diào)配方案 最優(yōu)調(diào)配方案的確定，是以線性規(guī)劃為理論基礎，常用“表上作業(yè)法”求解。【例1.2】已知某場地的挖方區(qū)為W1、W2、W3，填方區(qū)為T1、T2、T3，其挖填方量如圖1.16所示，其每一調(diào)配區(qū)的平均運距如圖1.16和表

29、1.5所示。（1） 試用“表上作業(yè)法”求其土方的最優(yōu)調(diào)配方案，并用位勢法予以檢驗。（2） 繪出土方調(diào)配圖。 圖1.16 各調(diào)配區(qū)的土方量和平均運距 1用“最小元素法”編制初始調(diào)配方案 即先在運距表（小方格）中找一個最小數(shù)值，如（任取其中一個，現(xiàn)?。?，由于運距最短，經(jīng)濟效益明顯，于是先確定的值，使其盡可能的大，即由于挖方區(qū)的土方全部調(diào)到填方區(qū)，所以和都等于零。此時，將400填入格內(nèi)，同時將、格內(nèi)畫上一個“×”號，然后在沒有填上數(shù)字和“×”號的方格內(nèi)再選一個運距最小的方格，即，便可確定，同時使。此時，又將500填入格內(nèi)，并在格內(nèi)畫上“×”號。重復上述步驟，依次確定其余

30、的數(shù)值，最后得出表1.5所示的初始調(diào)配方案。表1.5 初始調(diào)配方案 填方區(qū)T1T2T3挖方量(m3)挖方區(qū)W150050 ×-70 ×+1005005010060W2 ×+7050040 ×+90500-10400W330060100110100705006011070W4 ×+80 ×+10040040400308040填方量 (m3)8006005001900 由于利用“最小元素法”確定的初始方案首先是讓最小的方格內(nèi)的值取盡可能大的值，也就是符合“就近調(diào)配”常理，所以求得的總運輸量是比較小的。但數(shù)學上可以證明（證明從略）此方案不一

31、定是最優(yōu)方案，而且可以用簡單的表上作業(yè)法進行判別。2最優(yōu)方案判別法在“表上作業(yè)法”中，判別是否最優(yōu)方案的方法有許多。采用“假想運距法”求檢驗數(shù)較清晰直觀，此處介紹該法。該方法是設法求得無調(diào)配土方的方格的檢驗數(shù)，判別是否非負，如所有，則方案為最優(yōu)方案，否則該方案不是最優(yōu)方案，需要進行調(diào)整。要計算，首先求出表中各個方格的假想運距。其中有調(diào)配土方方格的假想運距 ； (1-26)無調(diào)配土方方格的假想運距 (1-27)式的意義即構成任一矩形的相鄰四個方格內(nèi)對角線上的假想運距之和相等。利用已知的假想運距，尋找適當?shù)姆礁駱嫵梢粋€矩形，利用對角線上的假想運距之和相等逐個求解未知的，最終求得所有的。見下表上的作

32、業(yè)。其中未知的（黑體字）為通過如圖的對角線和相等得到。假想運距求出后，按下式求出表中無調(diào)配土方方格的檢驗數(shù)： (1-28)表中只要把無調(diào)配土方的方格右邊兩小格的數(shù)字上下相減即可。如，。將計算結(jié)果填入表中無調(diào)配土方“×”的右上角，但只寫出各檢驗數(shù)的正負號，因為根據(jù)前述判別法則，只有檢驗數(shù)的正負號才能判別是否是最優(yōu)方案。表中出現(xiàn)了負檢驗數(shù)，說明初始方案不是最優(yōu)方案，需要進一步調(diào)整。3 方案的調(diào)整 在所有負檢驗數(shù)中選一個（一般可選最小的一個），本例中唯一負的是，把它所對應的變量作為調(diào)整對象。找出的閉回路。其作法是：從格出發(fā)，沿水平與豎直方向前進，遇到適當?shù)挠袛?shù)字的方格作90°轉(zhuǎn)彎

33、（也可不轉(zhuǎn)彎），然后繼續(xù)前進，如果路線恰當，有限步后便能回到出發(fā)點，形成一條以有數(shù)字的方格為轉(zhuǎn)角點的、用水平和豎直線聯(lián)起來的閉合回路，見表。從空格（其轉(zhuǎn)角次數(shù)為零偶數(shù)）出發(fā)，沿著閉合回路（方向任意轉(zhuǎn)角次數(shù)逐次累加）一直前進，在各奇數(shù)次轉(zhuǎn)角點的數(shù)字中，挑出一個最小的（本表即為500、100中選100），將它由調(diào)到方格中（即空格中）。將“100”填入方格中，被挑出的為0（該格變?yōu)榭崭瘢?；同時將閉合回路上其他奇數(shù)次轉(zhuǎn)角上的數(shù)字都減去“100”，偶數(shù)轉(zhuǎn)角上數(shù)字都增加“100”，使得填挖方區(qū)的土方量仍然保持平衡，這樣調(diào)整后，便可得到表1.6的新調(diào)配方案。對新調(diào)配方案，再進行檢驗，看其是否已是最優(yōu)方案。如

34、果檢驗數(shù)中仍有負數(shù)出現(xiàn)，那就按上述步驟繼續(xù)調(diào)整，直到找出最優(yōu)方案為止。表1.6中所有檢驗數(shù)均為正號，故該方案即為最優(yōu)方案。表1.6 最優(yōu)調(diào)配方案填方區(qū)T1T2T3挖方量(m3)挖方區(qū)×+100500507060W2 ×+7050040 ×+90500204030W340060 ×+11010070500608070W4 ×+80 ×+10040040400305040填方量 (m3)8006005001900 將表中的土方調(diào)配數(shù)值繪成土方調(diào)配圖（圖1.17），圖中箭桿上數(shù)字為調(diào)配區(qū)之間的運距，箭桿下數(shù)字為最終

35、土方調(diào)配量。 圖1.17 最優(yōu)方案土方調(diào)配圖 最后來比較一下最佳方案與初始方案的運輸量： 初始調(diào)配方案總土方運輸量：最優(yōu)調(diào)配方案總土方運輸量：即調(diào)整后總運輸量減少了3000（）。土方調(diào)配的最優(yōu)方案還可以不僅一個，這些方案調(diào)配區(qū)或調(diào)配土方量可以不同，但它們的總土方運輸量都是相同的，有若干最優(yōu)方案可以提供更多的選擇余地。1.3土方工程施工要點1.3.1施工準備土方工程施工前通常需完成下列準備工作:施工場地的清理；地面水排除；臨時道路修筑；油燃料和其他材料的準備；供電與供水管線的敷設；臨時停機棚和修理間等的搭設；土方工程的測量放線和編制施工組織設計等。1場地清理 場地清理包括清理地面及地下各種障礙。

36、在施工前應拆除舊有房屋和古墓，拆遷或改建通訊、電力設備、上下水道以及地下建筑物，遷移樹木，去除耕植土及河塘淤泥等。此項工作由業(yè)主委托有資質(zhì)的拆卸拆除公司或建筑施工公司完成，發(fā)生費用由業(yè)主承擔。2排除地面水 場地內(nèi)低洼地區(qū)的積水必須排除，同時應注意雨水的排除，使場地保持干燥，以利土方施工。地面水的排除一般采用排水溝、截水溝、擋水土壩等措施。應盡量利用自然地形來設置排水溝，使水直接排至場外，或流向低洼處再用水泵抽走。主排水溝最好設置在施工區(qū)域的邊緣或道路的兩旁，其橫斷面和縱向坡度應根據(jù)最大流量確定。一般排水溝的橫斷面不小于0.5m×0.5m，縱向坡度一般不小于2。場地平整過程中，要注意排

37、水溝保持暢通，必要時應設置涵洞。山區(qū)的場地平整施工，應在較高一面的山坡上開挖截水溝。在低洼地區(qū)施工時，除開挖排水溝外，必要時應修筑擋水土壩，以阻擋雨水的流入。3修筑臨時設施 修筑好臨時道路及供水、供電等臨時設施，做好材料、機具及土方機械的進場工作。4做好土方工程的測量和放灰線工作 放灰線時，可用裝有石灰粉末的長柄勺靠著木質(zhì)板側(cè)面，邊撒、邊走，在地上撒出灰線，標出基礎挖土的界線?；鄯啪€：根據(jù)房屋主軸線控制點，首先將外墻軸線的交點用木樁測設在地面上，并在樁頂釘上鐵釘作為標志。房屋外墻軸線測定以后，再根據(jù)建筑物平面圖，將內(nèi)部開間所有軸線都一一測出。最后根據(jù)中心軸線用石灰在地面上撒出基槽開挖邊線。同

38、時在房屋四周設置龍門板（圖1.18）或者在軸線延長線上設置軸線控制樁（又稱引樁）見圖1.19,以便于基礎施工時復核軸線位置。附近若有已建的建筑物，也可用經(jīng)緯儀將軸線投測在建筑物的墻上。恢復軸線時，只要將經(jīng)緯儀安置在某軸線一端的控制樁上，瞄準另一端的控制樁，該軸線即可恢復。 圖1.18 龍門板的設置 圖1.19 軸線控制樁（引樁）1龍門板；2龍門樁；3軸線釘；4角樁； 平面布置圖5灰線釘；6軸線控制樁（引樁） 圖1.20基槽底抄平水準測量示意圖 圖1.21基坑定位高程測設示意圖為了控制基槽開挖深度，當快挖到槽底設計標高時，可用水準儀根據(jù)地面±0.00水準點，在基槽壁上每隔24m及拐角處

39、打一水平樁，如圖1.20所示。測設時應使樁的上表面離槽底設計標高為整分米數(shù)，作為清理槽底和打基礎墊層控制高程的依據(jù)。 柱基放線：在基坑開挖前，從設計圖上查對基礎的縱橫軸線編號和基礎施工詳圖，根據(jù)柱子的縱橫軸線，用經(jīng)緯儀在矩形控制網(wǎng)上測定基礎中心線的端點，同時在每個柱基中心線上，測定基礎定位樁，每個基礎的中心線上設置四個定位木樁，其樁位離基礎開挖線的距離為0.51.0m。若基礎之間的距離不大，可每隔12個或幾個基礎打一定位樁，但兩定位樁的間距以不超過20m為宜，以便拉線恢復中間柱基的中線。樁頂上釘了釘子，標明中心線的位置。然后按施工圖上柱基的尺寸和已經(jīng)確定的挖土邊線的尺寸，放出基坑上口挖土灰線，

40、標出挖土范圍。當基坑挖到一定深度時，應在坑壁四周離坑底設計高程0.30.5m處測設幾個水平樁，如圖1.21所示，作為基坑修坡和檢查坑深的依據(jù)。大基坑開挖，根據(jù)房屋的控制點用經(jīng)緯儀放出基坑四周的挖土邊線。1.3.2土方邊坡與土壁支撐土壁的穩(wěn)定，主要是由土體內(nèi)摩擦阻力和粘結(jié)力來保持平衡，一旦土體失去平衡，土體就會塌方，這不僅會造成人身安全事故。同時亦會影響工期，有時還會危及附近的建筑物。造成土壁塌方的原因主要有： 邊坡過陡，使土體的穩(wěn)定性不足導致塌方；尤其是在土質(zhì)差，開挖深度大的坑槽中； 雨水、地下水滲入土中泡軟土體，從而增加土的自重同時降低土的抗剪強度，這是造成塌方的常見原因； 基坑上口邊緣附近

41、大量堆土或停放機具、材料，或由于行車等動荷載，使土體中的剪應力超過土體的抗剪強度； 土壁支撐強度破壞失效或剛度不足導致塌方。為了防止塌方，保證施工安全，在基坑（槽）開挖時，可采取以下措施。1放足邊坡 土方邊坡（圖1.1）坡度大小的留設應根據(jù)土質(zhì)、開挖深度、開挖方法、施工工期、地下水水位、坡頂荷載及氣候條件等因素確定。一般情況下，粘性土的邊坡可陡些，砂性土則應平緩些；當基坑附近有主要建筑物時，邊坡應取1：1.01:1.5。根據(jù)地基與基礎工程施工工藝標準(QCJJT-JS02-2004)的建議，在天然濕度的土中，當挖土深度不超過下列數(shù)值時，可不放坡、不支撐。 深度1.0m密實、中密的砂土和碎石類土

42、（充填物為砂土）；深度1.25m硬塑、可塑的粘質(zhì)砂土及砂質(zhì)粘土；深度1.5m硬塑、可塑的粘土和碎石類土（充填物為粘性土）；深度2.0m堅硬的粘土。挖方深度超過上述規(guī)定時，應考慮放坡或做成直立壁加支撐。建筑地基基礎工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范（GB50202-2002）規(guī)定，臨時性挖方的邊坡值應符合表1.7的規(guī)定。表1.7 臨時性挖方邊坡值 土的類別邊坡值(高：寬)砂土(不包括細砂、粉砂)1：1.251：1.50一般性粘土硬1：0.751：1.00硬、塑1：1.001：1.25軟1：1.50或更緩碎石類土充填堅硬、硬塑粘性土1：0.501：1.00充填砂土1：1.001：1.50注：1設計有要求時,應符

43、合設計標準。2 如采用降水或其他加固措施，可不受本表限制，但應計算復核。3 開挖深度,對軟土不應超過4m,對硬土不應超過8m。2設置支撐 為了縮小施工面，減少土方，或受場地的限制不能放坡時，則可設置土壁支撐。如表1.8所列為一般溝槽支撐方法，主要采用橫撐式支撐；表1.9所列為一般淺基坑支撐方法，主要采用結(jié)合上端放坡并加以拉錨等單支點板樁或懸臂式板樁支撐，或采用重力式支護結(jié)構如水泥攪拌樁等；表1.10所列為深基坑的支護方法，主要采用多支點板樁。 表1.8 一般溝槽的支撐方法支撐方式簡 圖支撐方式及適用條件間斷式水平支撐兩側(cè)擋土板水平放置,用工具式或木橫撐借木楔頂緊,挖一層土,支頂一層 適于能保持

44、立壁的干土或天然濕度的粘土類土,地下水很少,深度在2m以內(nèi)斷續(xù)式水平支撐 擋土板水平放置,中間留出間隔,并在兩側(cè)同時對稱立豎枋木,再用工具式或木橫撐上下頂緊 適于能保持直立壁的干土或天然濕度的粘土類土,地下水很少,深度在3m以內(nèi)連續(xù)式水平支撐 擋土板水平連續(xù)放置,不留間隙,然后兩側(cè)同時對稱立豎枋木,上下各頂一根撐木,端頭加木楔頂緊適用于較松散的干土或天然濕度的粘土類土,地下水很少,深度為35m連續(xù)或間斷式垂直支撐擋土板垂直放置,連續(xù)或留適當間隙,然后每側(cè)上下各水平頂一根枋木,再用橫撐頂緊適于土質(zhì)較松散或濕度很高的土,地下水較少,深度不限水平垂直混合支撐溝槽上部連續(xù)或水平支撐,下部設連續(xù)或垂直支

45、撐適于溝槽深度較大,下部有含水土層情況表1.9 一般淺基坑的支撐方法支撐方式簡 圖支撐方式及適用條件斜柱支撐水平擋土板釘在柱樁內(nèi)側(cè),柱樁外側(cè)用斜撐支頂,斜撐底端支在木樁上,在擋土板內(nèi)側(cè)回填土適于開挖較大型、深度不大的基坑或使用機械挖土錨拉支撐水平擋土板支在柱樁的內(nèi)側(cè),柱樁一端打入土中,另一端用拉桿與錨樁拉緊,在擋土板內(nèi)側(cè)回填土適于開挖較大型、深度不大的基坑或使用機械挖土、而不能安設橫撐時使用短柱橫隔支撐 打入小短木樁,部分打入土中,部分露出地面,釘上水平擋土板,在背面填上搗實 適于開挖寬度大的基坑,當部分地段下部放坡不夠時使用臨時擋土墻支撐 沿坡腳用磚、石疊砌或用草袋裝土砂堆砌,使坡腳保持穩(wěn)定

46、適于開挖寬度大的基坑,當部分地段下部放坡不夠時使用表1.10 一般深基坑的支撐方法支護(撐)方式簡 圖支護(撐)方式及適用條件型鋼樁橫擋板支撐沿擋土位置預先打入鋼軌、工字鋼或H型鋼樁,間距11.5m,然后邊挖方,邊將36cm厚的擋土板塞進鋼樁之間擋土,并在橫向擋板與型鋼樁之間打入楔子,使橫板與土體緊密接觸適于地下水位較低,深度不很大的一般粘性或砂土層中應用鋼板樁支撐在開挖基坑的周圍打鋼板樁或鋼筋混凝土板樁,板樁入土深度及懸臂長度應經(jīng)計算確定,如基坑寬度很大,可加水平支撐適于一般地下水、深度和寬度不很大的粘性砂土層中應用鋼板樁與鋼構架結(jié)合支撐在開挖的基坑周圍打鋼板樁,在柱位置上打入暫設的鋼柱,在基坑中挖土,每下挖34m,裝上一層構架支撐體系,挖土在鋼構架網(wǎng)格中進行,亦可不預先打入鋼柱,隨挖隨接長支柱適于在飽和軟弱土層中開挖較大、較深基坑,鋼板樁剛度不夠時采用擋土灌注樁支撐在開挖基坑的周圍,用鉆機鉆孔,現(xiàn)場灌注鋼筋混凝土樁,達到強度后,在基坑中間用機械或人工挖土,下挖1m左右裝上橫撐,在樁背面裝上拉桿與已設錨樁拉緊,然后繼續(xù)挖土至要求深度。在樁間土方挖成外拱形，使之起土拱作用。如基坑深度小于6m,或鄰近有建筑物,亦可不設錨拉桿,采取加密樁距或加大樁徑處理適于開挖較大、較深(>6m)基坑,臨近有建筑物,不允許支護,背面地基有下沉、位移時采用擋土灌注樁與