土方工程及基坑開挖施工方案

第1章土方工程

本章學習要求

了解土的工程性質，邊坡留設和土方調配的原則

駕馭土方量計算的方法，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)生的緣由，并了解其防治方法；駕馭輕型井點設

計并了解噴射井點，電滲井點和深井井點的適用范圍

駕馭基坑土方開挖的一般原則，方法和留意事項，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

駕馭填土壓實的方法和影響填土壓實質量的影響因素

駕馭土方工程質量標準及平安技術要求。

1.1概述

1.1.1土方工程的施工特點

常見的土方工程包括

⑴場地平整：其中包括確定場地設計標高，計算挖，填土方

量，合理地進行土方調配等。

⑵土方的開挖，填筑和運輸?shù)戎饕┕ぃ约芭潘?，降水?/p>

土壁邊坡和支護結構等。

⑶土方回填及壓實：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，要求標高精確，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

條件困難又多為露天作業(yè)，受氣候，水文，地質和鄰近建

（構）筑物等條件的影響較大，且自然或人工填筑形成的土石

成分困難，難以確定的因素較多。因此在組織土方工程施工

前，必需做好施工前的打算工作，完成場地清理，細致探討勘

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

納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。制訂合理的土方調配方案，制訂好保證工程質量的技術措

施和平安文明施工措施，對質量通病做好預防措施等。

1.1.2土的工程分類及現(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1.10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

開挖

土的級密度方法

土的分類土的名稱

別(kg/m3)及工

具

用

鍬，

砂土；粉土；沖積鋤頭

一類土砂土層；疏松600?挖

（松軟土）I的種植土；淤泥（泥1500掘，

炭）少許

用腳

蹬

用

鍬，

粉質粘土；潮濕的

鋤頭

黃土；夾有碎石，

二類土1100?挖

卵石的砂；粉土混

（一般土）n1600掘，

卵（碎）石;

少許

種植土；填土

用鎬

翻松

主要

軟及中等密實粘

用

土；重粉質粘土；

鎘，

礫石土；干黃土，

三類土1750?少許

含有碎石卵石的黃

（堅土）in1900用

土；粉質粘土；壓

鍬，

實的

鋤頭

填土

挖

掘，

部

分用

撬棍

整個

先用

鎬，

堅硬密實的粘性土

撬

或黃土；含碎石，

棍，

卵石的中等密實的

四類土后用

粘性土或1900

（砂礫堅土）鍬挖

黃土；粗卵石；自

掘，

然級配砂石；軟泥

部分

灰?guī)r

用楔

子及

大錘

用鎘

或撬

棍，

硬質粘土；中密的大錘

頁巖，泥灰?guī)r，挖

五類土1100?

白堊土；膠結不緊掘，

（軟石）V2700

的礫巖；軟石部分

灰?guī)r及貝殼石灰?guī)r運用

爆

破方

法

爆

用

破

泥巖；砂巖；礫方

巖；堅實的頁巖，法

開

六類土泥灰?guī)r；密實的石2200?挖

VI，

部

（次堅石）灰?guī)r；風化花崗2900分

用

巖；片麻巖及正長風

石u_j鎬

七類土vn大理巖；輝綠巖；2500?用爆

(堅石)玲巖；粗，中3100破方

?；◢弾r；堅實的法開

白云巖，砂巖，挖

礫巖，片麻巖，

石灰?guī)r；微風化

安山巖；玄武巖

安山巖；玄武巖；

花崗片麻巖；堅實

用爆

的細?；◢弾r，閃

八類土2700?破方

血長巖，石英巖，

(特堅土)3300法開

輝長巖，角閃巖，

挖

玲巖,

輝綠巖

1.1.3土的基本性質

1.土的自然含水量

土的含水量3是土中水的質量及固體顆粒質量之比的百

分率，即

(1-1)

式中：陽----土中水的質量

%——土中固體顆粒的質量。

9+的白根率庶和不率由

土在自求狀態(tài)下單位體積的質量，稱為土的自然密度。土的

自然密度用/表示：

(1-2)

式中：口---土的總質量；

V——土的自然體積。

單位體積中土的固體顆粒的質量稱為土的干密度，土的干密

度用P，表示：

(1-3)

式中：叫——土中固體顆粒的質量；

v—土的自然體積

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，以限制填土工程的壓實質

量。土的干密度4及土的自然密度/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，仍不能復原其原來的體積。土

的可松性程度用可松性系數(shù)表示，即

(1-5)

（1-6）

式中：（一土的最初可松性系數(shù)；

右——土的最終可松性系數(shù)；

——土在自然狀態(tài)下的體積（mD；

—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Gif）；

土的可松性對確定場地設計標高，土方量的平衡調配，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1.2O

表1.2各種土的可松性參考值

體積增加百分數(shù)可松性系數(shù)

土的類別

最初最終K,

一類土（種植土除1.08?1.01?

8?171-2.5

外）1.171.03

一類土（植物性土，1.20?1.03?

20?303?4

泥炭）1.301.04

二類土1.14-1.02?

14?282.5?5

1.281.05

三類土1.24?1.04?

24?304?7

1.301.07

四類土（泥灰?guī)r，1.26?1.06?

26?326?9

蛋白石除外）1.321.09

四類土（泥灰?guī)r，33?3711?151.33?1.11-

蛋白石)1.371.15

五至七類土1.30?1.10-

30?4510?20

1.451.20

八類土1.45?1.20?

45?5020?30

1.501.30

4.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

間內穿透土層的實力稱為滲透系數(shù)，用k表示，單位為m/do

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：乙——水在土中的滲透速度，m/d；

'----水力坡度，乙，即A石兩點水頭差及其水

平距離之比；

k—土的滲透系數(shù)，m/do

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時的滲透速度乙即為滲透系數(shù)3單位同樣為m/do左值

的大小反映土體透水性的強弱，影響施工降水及排水的速度；

土的滲透系數(shù)可以通過室內滲透試驗或現(xiàn)場抽水試驗測定，

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

滲透系

土的

土的名稱滲透系數(shù)K(m/d)數(shù)

種類

K(m/d)

5.0?

粘土<0.005中砂

25.0

均質

粉質粘土0.005—0.135?50

中砂

粉土0.1-0.5粗砂20?50

50?

黃土0.25?0.5圓礫

100

100?

粉砂0.5?5.0卵石

500

無填500?

細砂1.0—10.0

充物1000

__________________________________________卵石_______

1.2土方及土方調配量計算

1.2.1基坑，基槽土方量計算

1.土方邊坡

在開挖基坑，溝槽或填筑路堤時，為了防止塌方，保證施

工平安及邊坡穩(wěn)定，其邊沿應

考慮放坡。土方邊坡的坡度以其高度及及底寬石之比（圖

1.1）,即

土方邊坡坡度=

式中：7K之，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8則等于2/。

（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H——基坑深度（〃）；

4、外——基坑上，下的底面積（應）；

A,----基坑的中間位置截面面積（汴）；

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（圖1.3）

式中匕一第一段的土方量（向）；

。一第一段的長度（〃）。

將各段土方量相加即得總土方量

式中匕，v2,…，'——各分段的土方量（力）。

1.2.2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

削減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：

①滿意生產(chǎn)工藝和運輸?shù)囊螅?/p>

②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

IWJ;

③場地內挖填方平衡，土方運輸量最少；

④要有肯定瀉水坡度(22%。)，使能滿意排水要求；

⑤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

初步計算場地設計標高的原則是場地內挖填方平衡，即場地

內挖方總量等于填方總量。計算場地設計標高時，首先將場地

的地形圖依據(jù)要求的精度劃分為10?40nl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，可依據(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)，然后用儀器干脆

測出。

依據(jù)場地內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H。一所計算的場地設計標高(〃以

乙——方格邊長(〃)；

方格數(shù);

任一方格的四個角點的標高

(〃)。

從圖1.4a可以看

出，"“系一個方格的角

點標高，乜2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。

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

假如將全部方格的四個角點相加，則類似“U這樣的角點標高加

一次，類似耳2,/的角點標高需加兩次，類似“22的角點標

高要加四次。如令

出——為一個方格僅有的角點標高；

名——為二個方格共有的角點標高；

%—為三個方格共有的角點標高；

明——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整。

⑴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地設計標高

進行挖填施工，填土多少有富余，特殊是當土的最終可松性系

數(shù)較大時更不容忽視。如圖L5所示，設M為土的可松性引起

設計標高的增加值，則設計標高調整后的總挖方體積叱應為：

(1-11)

總填方體積"應為：一千修

(1-12)

圖1.5設計標高調整計算示意

(a)理論設計標高；(b)調整

設計標高

此時，填方區(qū)的標高也應及挖方區(qū)一樣提高“，即：

(1-13)

移項整理簡化得(當斤=匕)：

(1-14)

故考慮土的可松性后，場地設計標高調整為：看王孝國

(1-15)

式中％,叫一按理論設計標高計算的總挖方，總填方

體積；

九,FT一按理論設計標高計算的挖方區(qū)，填方區(qū)

總面積；

I—土的最終可松性系數(shù)。

⑵場地挖方和填方的影響

由于場地內大型基坑挖出的土方，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將部分填方

就近從場外取土，上述做法均會引起挖填土方量的變更。必要

時，亦需調整設計標高。

為了簡化計算，場地設計標高的調整值"：，可按下列近似公

式確定，即：

（1-16）

式中。一場地依據(jù)也平整后多余或不足的土方量。

⑶場地泄水坡度的影響

按上述計算和調整后的場地設計標高，平整后場地是一個水

平面。但事實上由于排水的要求，場地表面均有肯定的泄水坡

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

乩或經(jīng)調整后的基礎上，要依據(jù)場地要求的泄水坡度，最終

計算出場地內各方格角點實際施工時的設計標高。當場地為單

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：

①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“?；蛘{整后的設計標高”：作為場地中

心線的標高，場地內隨意一個方格角點的設計標高為：

（1-17）

式中Hdn一場地內隨意一點方格角點的設計標高

（〃）；

I—該方格角點至場地中心線的距離（〃以

i——場地泄水坡度（不小于2%。）；

-該點比"。高則取"+”，反之取“一”。

例如，圖1.6a中場地內角點10的設計標高：石

②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”。或調整后的標高H:作為場地中心點

的標高，場地內隨意一個方格角點的設計標高為：

（1-18）

式中<1>—該點于一，戶方向上距場地中心線

的距離（〃）；

'I'----場地在4中,方向上泄水坡度。

例如，圖1.6b中場地內角點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L7所示，方格

邊長為20mx20m,2,3P方向上泄水坡度分別為2%。和

3%oo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，試依據(jù)挖填平衡原則（不考慮可松性）確定場地中

心設計標高，并依據(jù)內，戶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】①計算角點的自然地面標高

依據(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)變更的，可以假定兩等高線之

間的地面凹凸是呈直線變更的。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A,直線上。由圖1.8,

_0>5

依據(jù)相像三角形特性，可寫出：則'十,

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X（角點4至44.0等高線的水平距

離）和/（44.0等高線和44.5等高線及A直線相交的水平距離）

的長度，便可算出“4的數(shù)值。但是，這種計算是繁瑣的，所

以，通常是采納圖解法來求得各角點的自然地面標高。如圖

1.9所示，用一張透亮紙，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)的精確），把該透亮紙放到標有方

格網(wǎng)的地形圖上，將六根平行線的最外兩根分別對準點A及點

B,這時六根等距離的平行線將人2之間的o.5m的高差分成五

等分，于是便可干脆讀得角點4的地面標高""，耳。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L7

方格網(wǎng)角點左下角。

②計算場地設計標高

③依據(jù)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4（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

右卜角標不。

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

于地形起伏變更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：

⑴劃分方格網(wǎng)并計算場地各方格角點的施工高度

依據(jù)已有地形圖（一般用1/500的地形圖）劃分成若干個方

格網(wǎng)，盡量及測量的縱橫坐標網(wǎng)對應，方格一般采納

10mX10m?40mX40m,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）o角點設計標高及自

然地面標高的差值即各角點的施工高度，表示為

（1.19）

式中h?——角點的施工高度，以“+”為填，以“一”

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）；

H----角點的自然地面標高。

④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

⑵計算零點位置

在一個方格網(wǎng)內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)及挖方區(qū)的分界線（圖

1.8）。零點的位置按相像三角形原理（圖1.12）得下式計算：

;（1-20）

式中七z一角點至零點的距離

（八

h,心——相鄰兩角點的施工

高度（”），

均用肯定值；

圖乙——方格網(wǎng)

1.12的邊長（〃）。

⑤計算零點位置

圖中2-3網(wǎng)格線兩端分別是填方及挖方點，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)及挖方區(qū)的分界線（圖

1.11）0

⑶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，計算每個方格內的挖

方或填方量。

表L4

⑥計算方格土方量。

方格I,III,IV,V,VI底面為正方形，土方量為:

方格II底面為二個梯形，土方量為:

11+

11-

方格VI底面為三角形和五邊形，土方量為:

VVi-二^——二^—F

方格vn底面為二個梯形，土方量為：

VvTl一—-

方格VDI底面為三角形和五邊形，土方量為:

Vvn—

V?+二^-F-F

方格網(wǎng)的總填方量—?■??

方格網(wǎng)的總挖方量二.■.-

⑷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須要計算邊坡的

土方量。邊坡土方量計算較簡潔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

利用地形圖定出或實地測量定出)，將所取的每個斷面(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：

Z,，?N，????????，/

(1-21)

該斷面面積為：

貝lj-通R^?一察

(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

分別為平號……，F(xiàn)一相鄰兩斷面之間的距離依次為

一、……，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一

般坐標紙上("取等值)，用透亮紙尺從比起先，依次量出(用

大頭針向上撥動透亮紙尺)各點標高(后尾一)，累計得出各

點標高之和，然后將此值及"相乘，即可得出所求斷面面積。

1.2.3土方調配

1土方調配原則

土方工程量計算完成后，即可著手對土方進行平衡及調配。

土方的平衡及調配是土方規(guī)劃設計的一項重要內容，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便利施工的目的。土方調

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

難滿意運輸量最小的要求。因此還需依據(jù)場地和其四周地

形條件綜合考慮，必要時可在填方區(qū)四周就近借土，或在挖方

區(qū)四周就近棄土，而不是只局

限于場地以內的挖，填平衡，這樣才能做到經(jīng)濟合理。

2).應考慮近期施工及后期利用相結合的原則。當工程分期分

批施工時，先期工程的土方余額應結合后期工程的須要而考

慮其利用數(shù)量及堆放位置，以便就近調配。堆放位置的選擇

應為后期工程創(chuàng)建良好的工作面和施工條件，力求避開重復

挖運。如先期工程有土方欠額時，可由后期工程地點挖取。

3).盡可能及大型地下建筑物的施工相結合。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，為了避開土方的

重復挖，填和運輸，該填土區(qū)短暫不予填土，待地下建筑物

施工之后再行填土。為此，在填方保留區(qū)旁邊應有相應的挖

方保留區(qū)，或將旁邊挖方工程的余土按須要合理堆放，以便

就近調配。

4).調配區(qū)大小的劃分應滿意主要土方施工機械工作面大小

(如鏟運機鏟土長度)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，進行土方調配，必需依據(jù)現(xiàn)場的詳細狀況，有關

技術資料，工期要求，土方機械及施工方法，結合上述原

則，予以綜合考慮，從而做出經(jīng)濟合理的調配方案。

2土方調配區(qū)的劃分

場地土方平衡及調配，需編制相應的土方調配圖表，以便施

工中運用。其方法如下：

1).劃分調配區(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劃出若干個調配區(qū)。劃分時

應留意以下幾點：

(2)劃分應及建筑物的平面位置相協(xié)調，并考慮開工依次,

分期開工依次；

(3)調配區(qū)的大小應滿意土方機械的施工要求；

(4)調配區(qū)范圍應及場地土方量計算的方格網(wǎng)相協(xié)調，一般

可由若干個方格組成一個調配區(qū)；

(5)當土方運距較大或場地范圍內土方調配不能達到平衡

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配區(qū)。

(6)計算各調配區(qū)的土方量，并將它標注于圖上。

2).求出每對調配區(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)土方的重心坐標玉，"

(1-24)

式中斗》——，.塊方格的重心坐標；

匕——，塊方格的土方量

填，挖方區(qū)之間的平均運距q為：

(1-25)

式中X%府——填方區(qū)的重心坐標;

%,力v---挖方區(qū)的重心坐標。

為了簡化f力的計算，可假定每個方格（完整的或不完整

的）上的土方是各自勻稱分布的，于是可用圖解法求出形心位

置以代替方格的重心位置。

各調配區(qū)的重心求出后，標于相應的調配區(qū)上，然后用比例

尺量出每對調配區(qū)重心之間的距離，此即相應的平均運距

（..）o

全部填挖方調配區(qū)之間的平均運距均需一一計算，并將計算

結果列于土方平衡及運距表內。

當填，挖方調配區(qū)之間的距離較遠，采納自行式鏟運機或

其他運土工具沿現(xiàn)場道路或規(guī)定路途運土時，其運距應按實際

狀況進行計算。

3用“表上作業(yè)法”求解最優(yōu)調配方案

最優(yōu)調配方案的確定，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Wl,W2,W3,填方區(qū)為

Tl,T2,T3,其挖填方量如圖1.16所示，其每一調配區(qū)的

平均運距如圖1.16和表1.5所示。

⑴試用“表上作業(yè)法”求其土方的最優(yōu)調配方案，并用

位勢法予以檢驗。

（2）繪出土方調配圖。

圖1.16各調配區(qū)的土方量和平均運距

1.用“最小元素法”編制初始調配方案

即先在運距“表（小方格）中找一個最小數(shù)值，如

-二（任取其中一個,現(xiàn)取期），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

q0rf■由于W4挖方區(qū)的土方全部調到乙填方區(qū)，所以

X4I和X42都等于零。此時，將400填入X43格內，同時將X、

X42格內畫上一個“X”號，然后在沒有填上數(shù)字和“X”號的

方格內再選一個運距最小的方格，即便可確定方方。

同時使考登此時，又將500填入X22格內，并在左丁冬格

內畫上“X”號。重復上述步驟，依次確定其余3的數(shù)值，最

終得出表1.5所示的初始調配方案。

~表1.5初始調配方案

填方區(qū)|RT2~T3~

方格內的％值取盡可能大的值，也就是符合“就近調配”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)此方案不肯定是最優(yōu)方案，而且可以用簡潔的表上作

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)方案的方法有很多。采

納“假想運距法”求檢驗數(shù)較清楚直觀，此處介紹該法。該方

法是設法求得無調配土方的方格的檢驗數(shù)4,判別乙是否非

負，如全部當對，則方案為最優(yōu)方案，否則該方案不是最優(yōu)方

案，須要進行調整。

要計算與，首先求出表中各個方格的假想運距其中

有調配土方方格的假想運距；

(1-26)

無調配土方方格的假想運距。六%

(1-27)

式的意義即構成任一矩形的相鄰四個方格內對角線上的假想

運距之和相等。

利用已知的假想運距號F，，找尋適當?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

得全部的4。見下表上的作業(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配土方方格的檢驗

數(shù)：

（1-28）

表中只要把無調配土方的方格右邊兩小格的數(shù)字上下相減即

可。如。將計算結果填入表中無

調配土方“X”的右上角，但只寫出各檢驗數(shù)的正負號，因為

依據(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，須

要進一步調整。

3.方案的調整

①在全部負檢驗數(shù)中選一個（一般可選最小的一個），本例

中唯一負的是“，把它所對應的變量項2作為調整對象。

②找出和的閉回路。其作法是：從加格動身，沿水平及豎直

方向前進，遇到適當?shù)挠袛?shù)字的方格作90°轉彎（也可不轉

彎），然后接著前進，假如路途恰當，有限步后便能回到動身

點，形成一條以有數(shù)字的方格為轉角點的，用水平和豎直線聯(lián)

起來的閉合回路，見表。

③從空格（其轉角次數(shù)為零偶數(shù)）動身，沿著閉合回路

（方向隨意轉角次數(shù)逐次累加）始終前進，在各奇數(shù)次轉角點

的數(shù)字中，挑出一個最小的（本表即為500,100中選100）,

將它由口調到為2方格中（即空格中）。

④將“100”填入周2方格中，被挑出的3為0（該格變?yōu)榭?/p>

格）；同時將閉合回路上其他奇數(shù)次轉角上的數(shù)字都減去

“100”，偶數(shù)轉角上數(shù)字都增加“100”，使得填挖方區(qū)的土

方量仍舊保持平衡，這樣調整后，便可得到表L6的新調配方

案。

對新調配方案，再進行檢驗，看其是否已是最優(yōu)方案。假如

檢驗數(shù)中仍有負數(shù)出現(xiàn)，，那就按上述步驟接著調整，直到找出

最優(yōu)方案為止。

表1.6中全部檢驗數(shù)均為正號，故該方案即為最優(yōu)方案。

表1.6最優(yōu)調配方案

將表中的土方調配數(shù)值繪成土方調配圖（圖1.17）,圖中

箭桿上數(shù)字為調配區(qū)之間的運距，箭桿下數(shù)字為最終土方調配

量。

圖1.17最優(yōu)方案土方調配

圖

最終來比較一下最佳方案及初始方案的運輸量：

初始調配方案總土方運輸量：

最優(yōu)調配方案總土方運輸量：

即調整后總運輸量削減了3000（，月―）。

土方調配的最優(yōu)方案還可以不僅一個，這些方案調配區(qū)或調

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)方案可以供應更多的選擇余地。

1.3土方工程施工要點

1.3.1施工打算

土方工程施工前通常需完成下列打算工作:施工場地的清

理；地面水解除；臨時道路修筑；油燃料和其他材料的打算；

供電及供水管線的敷設；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。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)主托付有資質的拆卸拆除公司或建筑施工公司完成，發(fā)

生費用由業(yè)主擔當。

2.解除地面水

場地內低凹地區(qū)的積水必需解除，同時應留意雨水的解

除，使場地保持干燥，以利土方施工。地面水的解除一般采納

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，使水干脆排至場外，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依據(jù)最大流量確定。

一般排水溝的橫斷面不小于0.5mX0.5m,縱向坡度一般不小于

2%oo場地平整過程中，要留意排水溝保持暢通，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。在低凹地區(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板側面，

邊撒，邊走，在地上撒出灰線，標出基礎挖土的界線。

基槽放線：依據(jù)房屋主軸線限制點，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記。房屋外墻

軸線測定以后，再依據(jù)建筑物平面圖，將內部開間全部軸線都

一一測出。最終依據(jù)中心軸線用石灰在地面上撒出基槽開挖邊

線。同時在房屋四周設置龍門板（圖L18）或者在軸線延長線

上設置軸線限制樁（又稱引樁）見圖L19,以便于基礎施工時

復核軸線位置。旁邊若有已建的建筑物，也可用經(jīng)緯儀將軸線

投測在建筑物的墻上。復原軸線時，只要將經(jīng)緯儀安置在某軸

線一端的限制樁上，瞄準另一端的限制樁，該軸線即可復原。

圖1.18龍門板的設置

圖1.19軸線限制樁（引樁）

1一龍門板；2一龍門樁；3一軸線釘；4一角樁；

平面布置圖

5—灰線釘；6一軸線限制樁（引樁）

圖1.20基槽底抄平水準測量示意圖圖

L21基坑定位高程測設示意圖

為了限制基槽開挖深度，當快挖到槽底設計標高時，可用水

準儀依據(jù)地面±0.00水準點，在基槽壁上每隔2?4nl及拐角處

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限制高程的依

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，依據(jù)柱子的縱橫軸線，用經(jīng)緯儀在矩

形限制網(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0.5?1.0m。若基礎之間的

距離不大，可每隔I?2個或幾個基礎打肯定位樁，但兩定位樁

的間距以不超過20m為宜，以便拉線復原中間柱基的中線。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，標

出挖土范圍。當基坑挖到肯定深度時，應在坑壁四周離坑底設

計高程0.3?0.5m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，依據(jù)房屋的限制點用經(jīng)緯儀放出基坑四周的挖

土邊線。

1.3.2土方邊坡及土壁支撐

土壁的穩(wěn)定，主要是由土體內摩擦阻力和粘結力來保持平

衡，一旦土體失去平衡，土體就會塌方，這不僅會造成人身平

安事故。同時亦會影響工期，有時還會危及旁邊的建筑物。

造成土壁塌方的緣由主要有?

①邊坡過陡，使土體的穩(wěn)定性不足導致塌方；尤其是在土質

差，開挖深度大的坑槽中；

②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緣由；

③基坑上口邊緣旁邊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；

④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，保證施工平安，在基坑（槽）開挖時，可實

行以下措施。

1.放足邊坡

土方邊坡（圖1.1）坡度大小的留設應依據(jù)土質，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。一般狀況下，粘性土的邊坡可陡些，砂性

土則應平緩些；當基坑旁邊有主要建筑物時，邊坡應取1：

1.0?1:1.5。

依據(jù)《地基及基礎工程施工工藝標準》（QCJJT-JS02-2004）

的建議，在自然濕度的土中，當挖土深度不超過下列數(shù)值時，

可不放坡，不支撐。

深度Wl.Om密實,中密的砂土和碎石類土（充填物為砂

土）；

深度WL25nl硬塑,可塑的粘質砂土及砂質粘土；

深度WL5nl硬塑,可塑的粘土和碎石類土（充填物為粘性

土）；

深度W2.0m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

邊坡值

土的類別（高：

寬）

1:

1.25?

砂土（不包括細砂，粉砂）

1：

1.50

1：

0.75?

一般性粘土硬

1：

1.00

1:

1.00?

硬，塑

1:

1.25

1：

軟1.50

或更緩

1：