第一講土方工程

第1講土方工程1概述

2場地平整3基坑工程

4土方的填筑與壓實土方工程的施工要求●土方量少、工期短、費用省；●因地制宜編制合理的施工方案，預(yù)防流砂、管涌、塌方等事故發(fā)生，確保安全；●要求標(biāo)高、斷面控制準(zhǔn)確；●應(yīng)盡可能采用先進(jìn)的施工工藝、施工組織和機(jī)械化施工?！裢馏w有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性；基坑土方開挖提示：1.1概述包括一切土的挖掘、填筑、運(yùn)輸?shù)冗^程以及排水降水、土壁支撐等準(zhǔn)備工作和輔助工程。常見的土方工程施工內(nèi)容有：1、土方工程的內(nèi)容

⑴場地平整：包括障礙物拆除、場地清理、確定場地設(shè)計標(biāo)高、計算挖填土方量、合理進(jìn)行土方平衡調(diào)配等。

⑵開挖溝槽、基坑(豎井、隧道、修筑路基、堤壩)：包括測量放線、施工排水降水、土方邊坡和支護(hù)結(jié)構(gòu)等。

⑶土方回填與壓實：包括土料選擇、運(yùn)輸、填土壓實的方法及密實度檢驗等。1概述2、土方工程的特點：

1）工程量大，勞動力或機(jī)械設(shè)備用量大且施工工期較長；

2）施工難度較大，受地質(zhì)、水文、氣候、地下障礙物等因素影響；

3）事故多，基坑深度、面積大的易出現(xiàn)較大事故。土的分類土的名稱密度（kg/m3）開挖方法一類土（松軟土）砂土；粉土；沖積砂土層；疏松的種植土；淤泥600～1500用鍬、鋤頭挖掘二類土（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1100～1600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；含碎(卵)石的黃土；粉質(zhì)粘土；壓實的填土1750～1900主要用鎬，少許用鍬、鋤頭，部分用撬棍四類土（砂礫堅土）堅實密實的粘性土或黃土；中等密實的含碎(卵)石粘性土或黃土；粗卵石；天然級配砂石；軟泥灰?guī)r1900用鎬或撬棍，部分用鍥子及大錘五類土（軟石）硬質(zhì)粘土；中密的頁巖、泥灰?guī)r、白堊土；膠結(jié)不緊的礫巖；軟石灰?guī)r及貝殼石巖1100～2700用鎬或撬棍、大錘，部分用爆破六類土（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(fēng)化花崗巖、片麻巖2200～2900用爆破方法，部分用風(fēng)鎬七類土（堅石）大理巖；輝綠巖；粉巖；粗、中?；◢弾r；堅實的白云巖、砂巖、礫巖、片麻巖、石灰?guī)r2500～3100用爆破方法八類土（特堅石）安山巖；玄武巖；花崗片麻巖；堅實的細(xì)?；◢弾r、閃長巖、石英巖、輝長巖、輝綠巖2700～3300用爆破方法1.1.1土的工程分類1.1.2

土的工程性質(zhì)

天然密度--是指土在天然狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量，它影響土的承載力、土壓力及邊坡的穩(wěn)定性。

干密度--是指單位體積中固體顆粒的質(zhì)量，它是用以檢驗土壓實質(zhì)量的控制指標(biāo)。⑴土的質(zhì)量密度取土環(huán)刀標(biāo)準(zhǔn)擊實儀不同類的土，其最大干密度是不同的；同類的土在不同的狀態(tài)下(含水量、壓實程度)其密實度也是不同的⑵土的含水量W是土中所含的水與土的固體顆粒間的質(zhì)量比，以百分?jǐn)?shù)表示，見下式：含水量影響土方施工方法的選擇、邊坡的穩(wěn)定和回填土的質(zhì)量土的含水量超過25～30%，則機(jī)械化施工就困難，容易打滑、陷車回填土則需有最佳含水量方能夯壓密實，獲得最大干密度快速含水量測定儀（3）土的可松性即自然狀態(tài)下的土，經(jīng)過開挖后，其體積因松散而增加，以后雖經(jīng)回填壓實，仍不能恢復(fù)其原來的體積。土的可松性用可松性系數(shù)KS表示。土的最初可松性系數(shù)；

土的最后可松性系數(shù)。

式中：V1

——土在天然狀態(tài)下的體積；

V2

——土經(jīng)開挖后的松散體積；

V3

——土經(jīng)回填壓實后的體積。土的最初可松性系數(shù)KS是計算挖掘機(jī)械生產(chǎn)率、運(yùn)土車輛數(shù)量及棄土坑容積的重要參數(shù)，最后可松性系數(shù)K，S是計算場地平整標(biāo)高及填方所需的挖方體積等的重要參數(shù)。不同分類的土的可松性系數(shù)可參考下表：

（4）土的邊坡坡度（1/m）

tgα=1/m=h/b

其中：m----坡度系數(shù)

h----邊坡高度

b----邊坡寬度

（5）原狀土經(jīng)機(jī)械壓實后的沉降量經(jīng)驗公式：S=P/C

其中：S----原狀土經(jīng)機(jī)械壓實后的沉降量（cm）

P----機(jī)械壓實的有效作用力（MPa）

C----原狀土的抗陷系數(shù)（MPa）土的可松性參考值土的類別體積增加百分?jǐn)?shù)可松性系數(shù)最初最后最初Ks最后K，s一類土8～171～41.08～1.171.01～1.04二類土14～282～51.14～1.281.02～1.05三類土24～304～71.24～1.301.04～1.07四類土26～376～91.26～1.371.06～1.09五～七類土30～4510～201.30～1.451.10～1.20八類土45～5020～301.45～1.501.20～1.301概述問：土的特性對施工有何影響？例題：例題1－1：某基坑開挖，土方量為1000立方米，土質(zhì)為硬粘土，其最初可松性系數(shù)為1.26，最終可松性系數(shù)為1.06，基坑土方的運(yùn)方量為多少？若將此批土方作為填土，則填方體積為多少？1.2

場地平整1.2.1、場地平整土方量

方格網(wǎng)法（一）確定場地設(shè)計標(biāo)高考慮的因素：

(1)滿足生產(chǎn)工藝和運(yùn)輸?shù)囊螅?/p>

(2)盡量利用地形，減少挖填方數(shù)量；

(3)爭取在場區(qū)內(nèi)挖填平衡，降低運(yùn)輸費;(4)有一定泄水坡度，滿足排水要求。場地設(shè)計標(biāo)高一般在設(shè)計文件上規(guī)定，如無規(guī)定：挖填平衡法

1、初步標(biāo)高（按挖填平衡）

方法：將場地劃分為每格邊長10～40m的方格網(wǎng)，找出每個方格各個角點的地面標(biāo)高（實測法、等高線插入法）。aaaaaaz11z12z21z22則場地初步標(biāo)高：

z0=（zi1+zi2+zi3+zi4）/4nzi1、zi2、zi3、zi4——第i個方格各角點的自然地面標(biāo)高；

n

——方格個數(shù)。用插入法求得H13=251.70水準(zhǔn)儀進(jìn)行高程測量2134lylxixiyz0(2)雙向排水時，各方格角點設(shè)計標(biāo)高為：lz11z0z0iz12z21

zi

=z0

l?i

zi

=z0

lxix

l

yiy(1)單向排水時，各方格角點設(shè)計標(biāo)高為:

zi【例】某建筑場地方格網(wǎng)、地面標(biāo)高如圖,格邊長a=20m。泄水坡度ix=2‰，iy=3‰，不考慮土的可松性的影響，確定方格各角點的設(shè)計標(biāo)高。解：（1）初步設(shè)計標(biāo)高（場地平均標(biāo)高）z0=（z1+2z2+3z3+4z4）/4n=[70.09+71.43+69.10+70.70+2×（70.40+70.95+69.71+…）+4×（70.17+70.70+69.81+70.38）]/（4×9）

=70.29（m）70.0970.0970.3270.3670.4070.4470.2670.3070.3470.3870.2070.2470.2870.3270.1470.1870.2270.26

z0＝70.29z2=70.29－10×2‰+30×3‰=70.36z3=70.29+10×2‰+30×3‰=70.40其它見圖70.3270.3670.4070.4470.2670.3070.3470.3870.2070.2470.2870.3270.1470.1870.2270.2670.09（二）場地土方量計算1、計算各方格角點的施工高度

hn

：hn=zi－zi’

即：hi=該角點的設(shè)計標(biāo)高—自然地面標(biāo)高（m）h1=70.32－70.09=＋0.23（m）；正值為填方高度。+0.23-0.04-0.55-0.99+0.55+0.13-0.36-0.84+0.83+0.43-0.10-0.63+1.04+0.56+0.02-0.44h2=70.36－70.40=－0.04（m）；負(fù)值為挖方高度70.3270.3670.4070.4470.2670.3070.3470.3870.2070.2470.2870.3270.1470.1870.2270.26+0.23-0.04-0.55-0.99+0.55+0.13-0.36-0.84+0.83+0.43-0.10-0.63+1.04+0.56+0.02-0.4470.090

01.2.3場地平整土方量計算1．計算場地各方格角點的施工高度：“＋”為填方；“－”為挖方。2．確定零線：3．計算每一方格的挖填方工程量：編號施工高度地面標(biāo)高設(shè)計標(biāo)高A0Bh2h1xa⑴方格四個角點全部為挖（填）方時：⑵兩個角點為挖、兩個角點為填時：挖方：填方：⑶方格三個角點為挖、另一個角點為填時：填方：挖方：一、基坑、基槽、路堤土方量計算1、基坑土方量：按擬柱體法——

V=(F下+4F中+F上)H/6F下F上F中H1.2.2用最小二乘法原理求最佳設(shè)計平面式中：αacbxzy0βixiy目的：滿足填、挖方平衡，又滿足總的土方量最小。適用范圍：大型場地、地形復(fù)雜1.2.3、土方的調(diào)配：在施工區(qū)域內(nèi)，挖方、填方或借、棄土的綜合協(xié)調(diào)。

1、要求：

總運(yùn)輸量最??；

土方施工成本最低；工期短。

2、步驟：（1）

找出零線，畫出挖方區(qū)、填方區(qū)；（2）劃分調(diào)配區(qū)

注意：

1）位置與建、構(gòu)筑物協(xié)調(diào)，且考慮開、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；

1、土方調(diào)配的步驟

劃分調(diào)配區(qū)（繪出零線）→計算調(diào)配區(qū)之間的平均運(yùn)距（即挖方區(qū)至填方區(qū)土方重心的距離）→確定初始調(diào)配方案→優(yōu)化方案判別→繪制土方調(diào)配圖表。3

最優(yōu)調(diào)配方案的確定

最優(yōu)調(diào)配方案的確定，是以線性規(guī)劃為理論基礎(chǔ)，常用“表上作業(yè)法”求解。調(diào)配的步驟如下：用“最小元素法”編制初始調(diào)配方案最優(yōu)方案判別繪制土方調(diào)配圖最優(yōu)方案判別方案的調(diào)整是否1）、初始調(diào)配方案

下圖為一矩形廣場，圖中小方格內(nèi)的數(shù)字為各調(diào)配區(qū)的土方量，箭桿上的數(shù)字則為各調(diào)配區(qū)之間的平均運(yùn)距。試求土方調(diào)配最優(yōu)方案。500500800600500500400W1T1W36050701108070401009040100W4T3W2T270挖方區(qū)編號填方區(qū)編號挖方區(qū)需調(diào)出土方填方區(qū)需調(diào)進(jìn)土方調(diào)配區(qū)間的平均運(yùn)距各調(diào)配區(qū)土方量及平均運(yùn)距

填方區(qū)挖方區(qū)T1T2T3挖方量m3W1x1150x1270x13100500C,11C,12C,13W2x2170x2240x2390500C,21C,22C,23W3x3260x32110x3370500C,31C,32C,33W4x4180x42100x4340400C,41C,42C,43填方量m38006005001900

填方區(qū)挖方區(qū)T1T2T3挖方量m3,11C,12C,13W2×7050040×90500C,21C,22C,23W36011070500C31C32C33W4×80×10040040400C,41C,42C,43填方量m38006005001900

步驟1：選取平均運(yùn)距最小(C22=C43=40)的方格，確定它所對應(yīng)的調(diào)配土方數(shù)，并使其盡可能大。本例選取C43=40，X43=400(W4的全部挖方調(diào)往T3)，X41、X42=0(W4的挖方不調(diào)往T1、T2)，在X41、X42的方格內(nèi)畫上“×”

填方區(qū)挖方區(qū)T1T2T3挖方量m3W170100500C,11C,12C,13W27090500C,21C,22C,23W3500C,31C,32C,33W4×80×10040040400C,41C,42C,43填方量m38006005001900

步驟2：重復(fù)步驟1，按平均運(yùn)距由小到大依次計算X22、X11、X31（C22→C11→C31）

，我們就得到了土方調(diào)配的初始方案。5005001003001004050××××60701102）、最優(yōu)方案判別初始調(diào)配方案是按“就近調(diào)配”求得的，它保證了挖填平衡、總運(yùn)輸量是較小的，但不一定是最小的，因此還需進(jìn)行判別。在“表上作業(yè)法”中判別最優(yōu)方案的方法有很多，這里我們介紹引入“假想價格系數(shù)”求檢驗數(shù)λij來判別。首先求出表中各方格的假想價格系數(shù)，有調(diào)配土方的假想價格系數(shù)C，ij=Cij

，無調(diào)配土方的假想價格系數(shù)按下式計算：

該公式的意義即：構(gòu)成任一矩形的四個方格內(nèi)對角線上的假想價格系數(shù)之和相等。

步驟2：按任一矩形的四個方格內(nèi)對角線上的C，ij之和相等，逐個求解未知的C，ij；如：填方區(qū)挖方區(qū)T1T2T3挖方量m3W150050×70×1005005010060W2×7050040×90500－10400W330060100110100705006011070W4×80×10040040400308040填方量m38006005001900填方區(qū)挖方區(qū)T1T2T3挖方量m3W150－70+1005005010060W2+7040+90500-10400W360110705006011070W4+80+10040400308040填方量m38006005001900

步驟3：引入檢驗數(shù)λ，按下式求出表中無調(diào)配土方方格的檢驗數(shù)（即方格右邊兩小格數(shù)字上下相減，將正負(fù)號填入表中）：

λ12出現(xiàn)負(fù)數(shù)說明方案不是最佳方案，需要進(jìn)行調(diào)整。4、方案的調(diào)整

T1T2T3W1500X12W2500W3300100100W4400①②③④⑤

步驟2：找出x12的閉回路。其作法是，從x12方格出發(fā)，沿水平或豎直方向前進(jìn)，遇到有數(shù)字的方格作900轉(zhuǎn)彎(也可不轉(zhuǎn)彎)，如果路線恰當(dāng)，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、用水平或豎直線聯(lián)起來的閉回路。見下表：

步驟1：在所有負(fù)檢驗數(shù)中挑選一個(一般選最小的)，本例即λ12，將它對應(yīng)的變量

x12作為調(diào)整對象。

填方區(qū)挖方區(qū)T1T2T3挖方量m3W150070+10050