《前言及土方规划》PPT课件.ppt

Gemdale CorporationGemdale Corporation 科学筑家科学筑家 The Science of Living 土木工程施工 Gemdale Corporation 土木工程施工 （房屋建筑方向） Gemdale Corporation 前 言 土木工程施工是土木专业（房建方向 ）的一门实践性强、综合性大、涉及知识面 广的骨干专业课程，它的任务是研究土木工 程施工的局部规律和全局性规律。 本讲座的施工程序、工艺 流程、操作要点、质量要 求等内容直接与规范的强 制性条文接轨，这些知识 将使你受用一生！ Gemdale Corporation 第1讲 土方规划 1 概述 2 土方边坡 3 土方量计算的方法 4 场地平整土方量计算 5 土方调配 第1章 土方工程 Gemdale Corporation 1.2 土方工程的施工要求 土方量少、工期短、费用省； 因地制宜编制合理的施工方案，预防流砂、 管涌、塌方等事故发生，确保安全； 1 概述 共46页 第2页 要求标高、断面控制准确 ； 应尽可能采用先 进的施工工艺、施工组织 和机械化施工。 土体有足够的强 度和稳定性； 基坑土方开挖 Gemdale Corporation 1 概述 包括一切土的挖掘、填筑、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。常见的土方工程施工内容有 ： 1.1 土方工程的内容 场地平整：包括障碍物拆除、场地清理、确定场 地设计标高、计算挖填土方量、合理进行土方平衡调配等。 开挖沟槽、基坑(竖井、隧道、修筑路基、 堤坝)：包括测量放线、施工排水降水、土方边坡和支护结构 等。 土方回填与压实：包括土料选择、运输、填土压 实的方法及密实度检验等。 第1讲 土方规划 共46页 第1页 Gemdale Corporation 土的分类土的名称密度（kg/m3）开挖方法 一类类土 （松软软土） 砂土；粉土；冲积积砂土层层；疏松的种植土；淤泥6001500用锹、锄头挖掘 二类类土 （普通土） 粉质质粘土；潮湿的黄土；夹夹有碎石、卵石的砂； 粉土混卵(碎)石；种植土；填土 11001600 用锹、锄头挖掘， 少许用镐翻松 三类类土 （坚坚土） 软软及中等密实实粘土；重粉质质粘土；砾砾石土；干 黄土；含碎(卵)石的黄土；粉质质粘土；压实压实 的填 土 17501900 主要用镐，少许用 锹、锄头，部分用 撬棍 四类类土 （砂砾坚砾坚 土 ） 坚实坚实 密实实的粘性土或黄土；中等密实实的含碎(卵 )石粘性土或黄土；粗卵石；天然级级配砂石；软软 泥灰岩 1900 用镐或撬棍，部分 用锲子及大锤 五类类土 （软软石） 硬质质粘土；中密的页页岩、泥灰岩、白垩土；胶结结 不紧紧的砾砾岩；软软石灰岩及贝贝壳石岩 11002700 用镐或撬棍、大锤 ，部分用爆破 六类类土 （次坚坚石） 泥岩；砂岩；砾砾岩；坚实坚实 的页页岩、泥灰岩；密 实实的石灰岩；风风化花岗岗岩、片麻岩 22002900 用爆破方法，部分 用风镐 七类类土 （坚坚石） 大理岩；辉绿辉绿 岩；粉岩；粗、中粒花岗岗岩；坚坚 实实的白云岩、砂岩、砾砾岩、片麻岩、石灰岩 25003100 用爆破方法 八类类土 （特坚坚石） 安山岩；玄武岩；花岗岗片麻岩；坚实坚实 的细细粒花 岗岗岩、闪长闪长 岩、石英岩、辉长辉长 岩、辉绿辉绿 岩 27003300 用爆破方法 1.3 土的工程分类 1 概述 共46页 第3页 Gemdale Corporation 1.4 土的工程性质 天然密度-是指土在天然状态下单位体积的质量，它 影响土的承载力、土压力及边坡的稳定性。 干密度-是指单位体积中固体颗粒的质量，它是用以 检验土压实质量的控制指标。 土的质量密度 取土环刀 标准击实仪 不同类的土，其最大 干密度是不同的；同 类的土在不同的状态 下(含水量、压实程度 )其密实度也是不同的 1 概述 共46页 第4页 Gemdale Corporation 土的含水量W 是土中所含的水与土的固 体颗粒间的质量比，以百分数表示 ，见下式： 含水量影响土 方 施工方法的选 择 、边坡的稳定 和 回填土的质量 土的含水量超过2530%， 则机械化施工就困难，容易 打滑、陷车 回填土则需有最佳含水量方能 夯压密实，获得最大干密度 快速含水量测定仪 1 概述 共46页 第5页 Gemdale Corporation 土的渗透性 是指水流通过土中孔隙的难易程度。地下水在 土中的渗流速度 V 与土的渗透系数 K 和水头梯度 I 有 关，地下水在土中的渗流速度可按达西公式计算： V（m/d）=KI 土壤渗透试验仪 渗透系数K 值将直接 影响降水方案的选择 和涌水量计算的准确 性 1 概述 共46页 第6页 Gemdale Corporation 土的可松性 即自然状态下的土，经过开挖后，其体积因松散而增加 ，以后虽经回填压实，仍不能恢复其原来的体积。土的可松性 用可松性系数 KS 表示。 土的最初可松性系数 KS= V2 / V1； 土的最后可松性系数 K，S= V3 / V1 。 式中：V1 土在天然状态下的体积； V2 土经开挖后的松散体积； V3 土经回填压实后的体积。 土的最初可松性系 数 KS是计算挖掘机械 生 产率、运土车辆数 量 及弃土坑容积的重 要 参数，最后可松性 系 数K，S是计算场地平 整标高及填方所需 的 挖方体积等的重要 参 数。 不同分类的土的可松性系数可参考下表：不同分类的土的可松性系数可参考下表： 1 概述 共46页 第7页 Gemdale Corporation 土的可松性参考值 土的类别类别体积积增加百分 数 可松性系数 最 初最 后最初 Ks最后 K，s 一类类土（种植土除外） 81712.51.081.171.011.03 二类类土（植物土、泥炭 ） 2030341.201.301.031.04 二类类土 14282.551.141.281.021.05 三类类土 2430471.241.301.041.07 四类类土（除外） 2632691.261.321.061.09 四类类土（泥灰岩、蛋白 ） 333711151.331.371.111.15 五七类类土 304510201.301.451.101.20 八类类土 455020301.451.501.201.30 1 概述 共46页 第8页 Gemdale Corporation 2 土方边坡 合理地选择基坑、沟槽、路基、堤坝的断面和留设边 坡，是减少土方量的有效措施。边坡的表示方法为 1:m ，即 ： 第1讲 土方规划 式中 m = b / h ，称为坡度系数。其意义为：当边坡 高度已知为h 时，其边坡宽度则等于mh。 共46页 第9页 Gemdale Corporation 临时性挖方的边坡值 土 的 类类 别别边边坡值值（高：宽宽） 砂 土（不包括细细砂、粉砂）1:1.251:1.5 一般 粘性土 硬1:0.751:1 硬、塑1:11:1.25 软软1:1.5 或更缓缓 碎石类类土充填坚坚硬、硬塑粘性土 1:0.51:1 充填砂土1:11:1.5 边边坡坡度应应根据不同的挖填高度、土的工程性质 及工程特点而定，既要保证证土体稳稳定和施工安全，又要节节 省土方。临时临时性挖方边边坡可按下表确定： 2 土方边坡 共46页 第10页 Gemdale Corporation 深度在5m内的基坑(槽)、管沟边坡 的最陡坡度（不加支撑） 土 的 种 类类边边 坡 坡 度（高：宽宽） 坡顶顶无荷载载坡顶顶有静载载坡顶顶有动载动载 中密的砂土1:1.001:1.251:1.50 中密的碎石类类土(充填物为为砂土) 1:0.751:1.001:1.25 硬塑的粉土1:0.671:0.751:1.00 中密的碎石类类土(充填物为为粘性土) 1:0.501:0.671:0.75 硬塑的粉质质粘土、粘土1:0.331:0.501:0.67 老黄土1:0.101:0.251:0.33 软软土(经经井点降水后)1:1.00 当地质条件良好,土质均匀且地下水位低于基坑(槽) 底面标高时,挖方深度在5m以内,不加支撑的边坡可按下 表确定： 2 土方边坡 共46页 第11页 Gemdale Corporation 3 土方量计算的基本方法 土方量计算的基本方法有平均高度法 和平均断面法 两 种。 3.1 平均高度法 四方棱柱体法：将施工区域划分为若干个边长等 于a 的方格网，每个方格网的土方体积 V 等于底面积 a2 乘四 个角点高度的平均值，即： 第1讲 土方规划 共46页 第12页 Gemdale Corporation 方格网土方量计算 则可采取平均高度 法（四方棱柱体法 和三角棱柱体法） 3 土方量计算的基本方法 共46页 第13页 三角棱柱体法 ：将每一个方格顺地形的等 高线沿对角线划分为两个三 角形，然后分别计算每一个 三角棱柱体的土方量。 Gemdale Corporation 3.2 平均断面法 基坑、基槽、管沟、路堤的土方量计计算可采用平均 断面法。即： 3 土方量计算的基本方法 共46页 第14页 Gemdale Corporation 4 场地平整土方量计算 4.1.1 H0的重要性 场地设计标高是进行场地平整和土方量计算的依据，也是总图规划和竖向设计 的依据。合理地确定场地设计标高，对减少土方工程量、加速工程进度、降低工程 造价有着重要意义。 4.1 场地设计标高H0的确定 确定场地设计标高应结合各类影响因素反复进行技 术经济比较，选择一个最佳方案。 第1讲 土方规划 共46页 第15页 Gemdale Corporation 4.1.2 H0 的确定原则 满足生产工艺和运输的要求； 充分利用地形，分区或分台阶布置，分别确 定不同的设计标高； 考虑挖填平衡，弃土运输或取土回填的土方 量最少； 要有合理的泄水坡度(2)，满足排水要 求； 考虑最高洪水位的影响。 4 场地平整土方量计算 共46页 第16页 Gemdale Corporation 4.1.3 H0 的确定步骤 如场地设计标高无特殊要求时，可根据挖填土 方量平衡的原则确定H0 ,其步骤如下： 划分方格网 方格网边长a 可取 1050m，常用20m、 40m； 挖填平衡原则 即 场地内土方的 绝 对体积在平整 前 、后相等 4 场地平整土方量计算 共46页 第17页 Gemdale Corporation 确定各方格网角点高 程 水准仪实测； 利用地形图上相邻两 等高线的高程，用插入法求得 。 4 场地平整土方量计算 共46页 第18页 用插入法求得 H13=251.70 水准仪进行高程测量 Gemdale Corporation 按每一个方格的角点的计算次数（权数），即方格的角 点为几个方格共有的情况，确定设计标高H0的实用公式为： 按挖填平衡确定设计标高 式中： n 方格网数； H1 一个方格仅有的角点坐标； H2 两个方格共有的角点坐标； H3 三个方格共有的角点坐标； H4 四个方格共有的角点坐标。 4 场地平整土方量计算 共46页 第19页 Gemdale Corporation 4.2 场地设计标高H0的调整 按以上步骤求得的H0仅为一理论值，还应考虑 以下因素进行调整，求出H,0： 土的可松性影响填方因土的可松性引起 的填方体积增加； 场内挖方和填方的影响从经济观点出发 ，安排的挖方就近弃土和填方就近场外取土，引起的 挖填土方量的变化； 场地泄水坡度的影响单坡？双坡？ 4 场地平整土方量计算 共46页 第20页 Gemdale Corporation 由于土具有可松性，一般填土需相应提高设计标高，故 考虑土的可松性后，场地设计标高调整为： V W VT H0 V ,W V ,T H ,0 h 理论设计标高 调整设计标高 4.2.1 土的可松性影响 4 场地平整土方量计算 共46页 第21页 Gemdale Corporation 场地设计标高H0是按挖填土方量平衡的原则确 定的，但从经济观点出发，常会将部分挖方就近弃于 场外，或就近于场外取土用于部分填方，均会引起挖 填土方量的变化，亦需调整场地设计标高。 4.2.2 场内挖方和填方的影响 式中： Q场地根据H0平整后多余或不足的土方量。 其设计标高调整值按下式计算： 4 场地平整土方量计算 共46页 第22页 Gemdale Corporation 调整后的设计标高是一个水平面的标高，而实 际施工中要根据泄水坡度的要求(单坡泄水或双坡泄水 )计算出场地内各方格网角点实际设计标高。 4.2.3 场地泄水坡度的影响 场地为单坡泄水时，场场 地内任意点的设计标设计标高则为则为： 式中：l 该点至设计标高H，0的距离； i 场地泄水坡度（不小于2 ）。 4 场地平整土方量计算 共46页 第23页 场地单向泄水坡度示意图 Gemdale Corporation 场地为双坡泄水时，场地内任意点的设计标 高则为： 式中：lx、ly该点沿X-X、Y-Y方向 距场地中心线的距离 ； ix、iy场地沿X-X、Y-Y方向 的泄水坡度。 公式中正负号的取值： 计算角点在H，0之上取 “”，反之取“” 4 场地平整土方量计算 共46页 第24页 场地双向泄水坡度示意图 Gemdale Corporation 4.3 场地土方量的计算 4.3.1 求各方格角点的施工高度hn hn=场地设计标高Hn自然地面标高H 角点编号 施工高度 hn 1 - 0.72 43.24 42.52 自然地面标高 H 设计标高 Hn 若hn为正值则 该点为填方 ， hn为负值则 为 挖方。 场地土方量计算步骤如下： 4 场地平整土方量计算 土方方格网图例 共46页 第25页 Gemdale Corporation 零线位置的确定：先求出方格网中边线两端施工高 度有“ + ”、“ ”中的零点，将相邻两零点连接起来即 为零线。 4.3.2 绘出零线 式中：X1、X2角点至零点的距离(m)； h1、h2相邻两角点的施工高度(m)，均用绝对 值； a方格网的边长(m). 零点的位置按下式计算： 4 场地平整土方量计算 共46页 第26页 零点位置计算示意 Gemdale Corporation 为省略计算，亦可用图解法直接求出零点位 置。即用尺在各角点标出相应比例，用尺相接，与方 格相交点即为零点位置。见下图： h1+0.30 h2-0.20 0 5 510 10 h7 h8 +0.7 -0.10 用尺量出h1 0.3的刻度 用尺量出h2 0.2的刻度 两点连线 与方格的 交点为零 点 用尺量出h8 0.1的刻度 用尺量出h7 0.7的刻度 两点连线 与方格的 交点为零 点 两零点连线 即为零线 4 场地平整土方量计算 共46页 第27页 Gemdale Corporation 4.3.3 计算场地挖、填土方量 “零线”求出，也就划出了场地的挖方区和填 方区，便可按平均高度法计算各方格的挖、填土方量 了。 4 场地平整土方量计算 共46页 第28页 挖方施工 及长距离土方调运 Gemdale Corporation 4.3.4 计算各挖、填方调配区之间的平均运距 先按下式求出各挖方或 填方区土方重心坐标X0、Y0： 填方区 y H0 H0 x xOW xOT yOW yOT L0 挖 方 区 式中： xi、yi i 块方格的重心坐 标； Vi i 块方格的土方量。 V1 x1、y1 V5 x5、y5 V19 x19、y19 挖方区 重心 填方区 重心 4 场地平整土方量计算 共46页 第29页 Gemdale Corporation 则填、挖方区之间的平均运距 L0 为 ： 式中： x0T、y0T 填方区的重心坐标； x0W、y0W 挖方区的重心坐标。 在实际工作中，亦可用作图法近似地求出调配区 的形心位置O代替重心坐标，用比例尺量出每对调配区 的平均运距。 4 场地平整土方量计算 共46页 第30页 Gemdale Corporation 5 土方调配 5.2 土方调配的原则 土方调配是土方规划中的一个重要内容。其原 则是：力求挖填平衡、运距最短、费用最省，考 虑土方的利用，以减少土方的重复挖填和运输 。 5.1 土方调配的步骤 划分调配区（绘出零线） 计算调配区之间的 平均运距（即挖方区至填方区土方重心的距离） 确 定初始调配方案 优化方案判别 绘制土方调配图表 。 第1讲 土方规划 共46页 第31页 Gemdale Corporation 5.3 最优调配方案的确定 最优调配方案的确定，是以线性规划为理论基 础，常用“表上作业法”求解。调配的步骤如下： 用“最小元素法” 编制初始调配方案 最优方案判别 绘制土方调配图 最优方案判别 方案的调整 是 否 5 土方调配 共46页 第32页 Gemdale Corporation 5.3.1 初始调配方案 下图为一矩形广场，图中小方格内的数字为各调配区 的土方量，箭杆上的数字则为各调配区之间的平均运距。试求 土方调配最优方案。 500 500 800 600500 500 400 W1 T1W3 6050 70 110 80 70 40 100 90 40 100 W4T3 W2 T2 70 挖方区 编号 填方区编号 挖方区需 调出土方 填方区需 调进土方 调配区间的 平均运距 5 土方调配 共46页 第33页 Gemdale Corporation 各调配区土方量及平均运距 填方区 挖方区 T1T2T3 挖方量 m3 W1x1150x1270x13100500 C,11C,12C,13 W2x2170x2240x2390500 C,21C,22C,23 W3x3260x32110x3370500 C,31C,32C,33 W4x4180x42100x4340400 C,41C,42C,43 填方量 m3 8006005001900 5 土方调配 共46页 第34页 Gemdale Corporation 填方区 挖方区 T1T2T3挖方量m3 W1 5070100 500 C,11C,12C,13 W2 70 500 40 90 500 C,21C,22C,23 W3 6011070 500 C 31C 32C 33 W4 80 100 400 40 400 C,41C,42C,43 填方量m38006005001900 步骤1：选取平均运距最小(C22=C43=40)的方格，确定它 所对应的调配土方数，并使其尽可能大。本例选取C43=40， X43=400(W4的全部挖方调往T3)，X41、X42=0 (W4的挖方不调往 T1、T2)，在X41、X42的方格内画上“” 5 土方调配 共46页 第35页 Gemdale Corporation 填方区 挖方区 T1T2T3挖方量m3 W170100 500 C,11C,12C,13 W27090 500 C,21C,22C,23 W3 500 C,31C,32C,33 W4 80 100 400 40 400 C,41C,42C,43 填方量m38006005001900 步骤2：重复步骤1，按平均运距由小到大依次 计算X22、X11、X31 （C22C11C31） ，我们就得到 了土方调配的初始方案。 1.5 土方调配 500 500 100300100 40 50 6070110 共46页 第36页 Gemdale Corporation 5.3.2 最优方案判别 初始调配方案是按“就近调配”求得的，它保 证了挖填平衡、总运输量是较小的，但不一定是最小 的，因此还需进行判别。 在“表上作业法”中判别最优方案的方法有很 多，这里我们介绍引入“假想价格系数”求检验数ij 来判别。 首先求出表中各方格的假想价格系数，有调配土方 的假想价格系数C，ij=Cij ，无调配土方的假想价格系数 按下式计算： 5 土方调配 共46页 第37页 Gemdale Corporation 利用已知的假想价格系数，我们可以逐个求解 未知的C，ij。 步骤1：在有调配土方的方格内， C，ij=Cij ， 将数据填入表中； 该公式的意义即：构成任一矩形的四个方格内 对角线上的假想价格系数之和相等。 5 土方调配 共46页 第38页 Gemdale Corporation 步骤2：按任一矩形的四个方格内对角线上的C，ij之和 相等，逐个求解未知的C，ij；如： 填方区 挖方区 T1T2T3 挖方量 m3 W1500 50 70 100500 5010060 W2 70 500 40 90500 10400 W3300 60 100 110 100 70500 6011070 W4 80 100 400 40400 308040 填方量m38006005001900 5 土方调配 共46页 第39页 Gemdale Corporation 填方区 挖方区 T1T2T3挖方量m3 W1 50 70 + 100 500 5010060 W2+ 7040 + 90 500 -10400 W3 6011070 500 6011070 W4+ 80 + 10040 400 308040 填方量m38006005001900 步骤3：引入检验检验数，按下式求出表中无调配土方方格 的检验数（即方格右边两小格数字上下相减，将正负号填入表 中）： 12 出现负现负数说说明方案不是最佳方案，需要进进行调调整。 5 土方调配 共46页 第40页 Gemdale Corporation 步骤2：找出x12的闭回路。其作法是，从x12方格出发 ，沿水平或竖直方向前进，遇到有数字的方格作900转弯(也可 不转弯)，如果路线恰当，有限步后便能回到出发点。形成一条 以有数字的方格为转角点、用水平或竖直线联起来的闭回路。 见下表： T1T2T3 W1500X12 W2500 W3300100100 W4400 5.3.3 方案的调整 步骤1：在所有负检验数中挑选一个(一般选最小的)， 本例即12，将它对应的变量 x12 作为调整对象。 5 土方调配 共46页 第41页 Gemdale Corporation 填方区 挖方区 T1T2T3 挖方量 m3 W150070+100500 5010060 W2+7050040+90500 -10400 W33006011010070500 6011070 W4+80+10040040400 308040 填方量 m3 8006005001900 步骤3：从空格 X12出发，沿闭回路（方向任意 ）行进，在各奇数转角