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模块2土石方工程与基坑施工 课题1土方工程量的计算与调配 1 场地平整与土方工程量计算土方工程是建筑工程施工过程中的第一道工序 是建筑工程施工中主要分部工程之一 一 土方工程施工的特点面广量大 劳动繁重 大多为露天作业 施工条件复杂 施工易受地区气候及地质条件影响 二 采取的对策采用机械化施工做好施工组织设计 2 一 土的工程分类按土开挖的难易程度将土分为 松软土 普通土 坚土 砂砾坚土 软石 次坚石 坚石 特坚硬石等八类 土的工程分类与现场鉴别方法见表1 1所示 知识回顾 3 表1 1土的工程分类与现场鉴别方法 4 5 土的含水量 土中水的质量与固体颗粒质量之比的百分率 一 土的工程性质 1 土的含水量 土的含水量随气候条件 雨雪和地下水的影响而变化 对土方边坡的稳定性及填方密实程度有直接的影响 6 土的天然密度 在天然状态下 单位体积土的质量 它与土的密实程度和含水量有关 土的天然密度按下式计算 2 土的天然密度和干密度 式中 土的天然密度 kg m3 m 土的总质量 kg V 土的体积 m3 7 干密度 单位体积中土的固体颗粒的质量 用下式表示 在一定程度上 土的干密度反映了土的颗粒排列紧密程度 土的干密度愈大 表示土愈密实 土的密实程度主要通过检验填方土的干密度和含水量来控制 8 3 土的可松性系数 土的可松性 天然土经开挖后 其体积因松散而增加 虽经振动夯实 仍然不能完全复原 土的这种性质称为土的可松性 土的可松性用可松性系数表示 即 KS KS 土的最初 最终可松性系数 V1 土在天然状态下的体积 m3 V2 土挖出后在松散状态下的体积 m3 V3 土经压 夯 实后的体积 m3 9 土的最初可松性系数KS是计算车辆装运土方体积及挖土机械的主要参数 土的最终可松性系数是计算填方所需挖土工程量的主要参数 各类土的可松性系数见表1 1 10所示 10 4 土的压缩性 土经挖运 填压以后 都有压缩 在核实土方量时 可按填方断面增加10 20 的方数考虑 一般土的压缩率见表2 1 1 表2 1 1土压缩率参考表 11 用原状土和压缩后干土质量密度计算压缩率为土的压缩率 100 12 5 原地面经机械压实后的沉陷量 原地面经机械往返运行 或采用其他压实措施 其沉陷量 h 通常在3 30cm之间 视不同土质而变化 一般可用下列经验公式计算其沉降量 h 原地面经机械往返运行后的沉降量 cm P 有效作用力 铲运机 容量6 8m3 施工按0 6MPa计算 推土机 100马力 施工按0 4MPa计算 C 土的抗陷系数 MPa 见表2 1 2 13 二 场地平整场地平整的一般施工工序是 现场勘察 清除地面障碍物 标定平整范围 设置水准基点 设置方格网 测量标高 计算土方挖填工程量 平整土方 场地碾压 验收 平整前必须把场地平整范围内的障碍物如树木 电杆 地下管道等清理干净 然后根据总图要求的标高 从水准基点引进基准标高作为确定土方量计算的基点 土方工程量计算与土方调配 14 1 场地平整的一般要求 1 应做好地面排水 平整后场地的表面坡度应符合设计要求 如设计无要求时 一般应向排水沟方向做成不小于0 2 的坡度 2 平整后的场地表面应逐点检查标高 检查点为100m2 400m2取一点 但不少于10点 长度 宽度方向和边坡上均为20m取一点 每边不少于1点 3 场地平整时 应经常测量和校核平面位置 水平标高和边坡坡度是否符合设计要求 平面控制桩和水准控制点应采取可靠措施加以保护 定期复测和检查 弃土不应堆在边坡边缘 15 2 场地设计标高的确定 1 场地设计标高的初步确定 图2 1 1场地计算方格划分示意图 a 地形图上划分方格 b 设计标高示意图1 等高线 2 自然地坪 3 设计标高平面 4 自然地面与设计标高平面的交线 零线 16 由于相邻方格具有公共的角点标高 在一个方格网中 某些角点系四个相邻方格的公共角点 其标高需加四次 某些角点系三个相邻方格的公共角点 其标高需加三次 而某些角点标高仅需加二次 方格网四角的角点标高仅需加一次 因此上式可改写成以下形式 17 2 设计标高的调整 根据上述公式算出的设计标高为一理论值 实际上还需要考虑下述因素进行调整 1 由于土壤具有可松性 即挖方部分土方开挖后体积会增大 为此需相应地提高设计标高 以达到土方量的实际平衡 2 由于设计标高以上的各种填方工程 如场区修筑路堤 而使得设计标高降低 或者由于设计标高以下的各种挖方工程而使设计标高提高 如开挖河道 水池 基坑等 3 根据经济比较的结果 将部分挖方就近弃于场外 或部分填方就近取于场外而引起挖 填土方量的变化后 需增 减设计标高 18 1 土的可松性影响Vw Vw Fw h总填方体积为 填方区的标高也应与挖方区一样 提高 h 即 19 故考虑土的可松性后 场区的设计标高经调整后改为 20 4 考虑排水坡度对设计标高的影响前面的计算均未考虑场地的排水要求 实际场地应有一定排水坡度 如场地面积较大 应有2 以上排水坡度 尚应考虑排水坡度对设计标高的影响 故场地内任一点实际施工时所采用的设计标高 m 可由下式计算 单向排水时 图2 1 3a H H0 l i双向排水时 图2 1 3b 21 1 2 3场地平整土方量计算 场地平整就是将自然地面改造成人们所要求的平面 计算场地挖方量和填方量 首先要确定场地设计标高 由设计地面的标高和天然地面的标高之差 可以得到场地各点的施工高度 即填挖高度 由此可计算场地平整的挖方和填方的工程量 22 三 场地平整土方量计算 场地平证土方量计算有方格网法和断面法两种 当场地地形较平坦时 宜采用方格网法 当场地地形起伏较大 断面部规则时 宜采用断面法 23 方格网法计算场地平整土方量步骤 1 读识方格网图 方格网图由设计单位 一般在1 500的地形图上 将场地划分为边长a 10 40m的若干方格 与测量的纵横坐标相对应 在各方格角点规定的位置上标注角点的自然地面标高 H 和设计标高 Hn 如图1 18所示 24 25 2 计算场地各个角点的施工高度 施工高度为角点设计地面标高与自然地面标高之差 是以角点设计标高为基准的挖方或填方的施工高度 各方格角点的施工高度按下式计算 式中hn 角点施工高度即填挖高度 以 为填 为挖 m n 方格的角点编号 自然数列1 2 3 n 26 3 计算 零点 位置 确定零线方格边线一端施工高程为 若另一端为 则沿其边线必然有一不挖不填的点 即为 零点 图1 19 27 零点位置按下式计算 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 均用绝对值 m a 方格网的边长 m 28 确定零点的办法也可以用图解法 如图1 20所示 方法是用尺在各角点上标出挖填施工高度相应比例 用尺相连 与方格相交点即为零点位置 将相邻的零点连接起来 即为零线 它是确定方格中挖方与填方的分界线 29 4 计算方格土方工程量 按方格底面积图形和表1 6所列计算公式 逐格计算每个方格内的挖方量或填方量 5 边坡土方量计算 场地的挖方区和填方区的边沿都需要做成边坡 以保证挖方土壁和填方区的稳定 边坡的土方量可以划分成两种近似的几何形体进行计算 一种为三角棱锥体 图1 21中 另一种为三角棱柱体 图1 21中 30 表1 6常用方格网点计算公式 31 32 1 三角棱锥体边坡体积 式中l1 边坡 的长度 A1 边坡 的端面积 h2 角点的挖土高度 m 边坡的坡度系数 m 宽 高 33 2 三角棱柱体边坡体积 两端横断面面积相差很大的情况下 边坡体积 式中 l4 边坡 的长度 A1 A2 A0 边坡 两端及中部横断面面积 3 计算土方总量 将挖方区 或填方区 所有方格计算的土方量和边坡土方量汇总 即得该场地挖方和填方的总土方量 34 例1 1 某建筑场地方格网如图1 22所示 方格边长为20m 20m 填方区边坡坡度系数为1 0 挖方区边坡坡度系数为0 5 试用公式法计算挖方和填方的总土方量 35 解 1 计算施工标高 根据所给方格网各角点的地面设计标高和自然标高计算 计算结果列于图1 23中 h1 251 50 251 40 0 10 h2 251 44 251 25 0 19 h3 251 38 250 85 0 53 h4 251 32 250 60 0 72h5 251 56 251 90 0 34 h6 251 50 251 60 0 10h7 251 44 251 28 0 16 h8 251 38 250 95 0 43 h9 251 62 252 45 0 83h10 251 56 252 00 0 44 h11 251 50 251 70 0 20h12 251 46 251 40 0 06 36 37 2 计算零点位置 从图1 23中可知 1 5 2 6 6 7 7 11 11 12五条方格边两端的施工高度符号不同 说明此方格边上有零点存在 1 5线 x1 4 55 m 2 6线 x1 13 10 m 6 7线 x1 7 69 m 7 11线 x1 8 89 m 11 12线 x1 15 38 m 38 将各零点标于图上 并将相邻的零点连接起来 即得零线位置 如图1 23 3 计算方格土方量 方格 底面为正方形 土方量为 V 202 4 0 53 0 72 0 16 0 43 184 m3 V 202 4 0 34 0 10 0 83 0 44 171 m3 方格 底面为两个梯形 土方量为 V 20 8 4 55 13 10 0 10 0 19 12 80 m3 V 20 8 15 45 6 90 0 34 0 10 24 59 m3 39 方格 底面为三边形和五边形 土方量为 V 65 73 m3 V 0 88 m3 V 2 92 m3 V 51 10 m3 V 40 89 m3 V 5 70 m3 方格网总填方量 V 184 12 80 65 73 2 92 40 89 306 34 m3 方格网总挖方量 V 171 24 59 0 88 51 10 5 70 253 26 m3 40 4 边坡土方量计算 如图1 24 按三角棱柱体计算外 其余均按三角棱锥体计算 V 0 003 m3 V V 0 0001 m3 V 5 22 m3 V V 0 06 m3 V 7 93 m3 41 42 V V 0 01 m3 V 0 01 m3 V11 2 03 m3 V12 V13 0 02 m3 V14 3 18 m3 边坡总填方量 V 0 003 0 0001 5 22 2 0 06 7 93 2 0 01 0 01 13 29 m3 边坡总挖方量 V 2 03 2 0 02 3 18 5 25 m3 43 2基坑与基槽土方量计算 基坑土方量可按立体几何中拟柱体 由两个平行的平面作底的一种多面体 体积公式计算 图2 1 8 即 H 基坑深度 m A1 A2 基坑上 下底的面积 m2 A0 基坑中截面的面积 m2 44 基槽土方量计算1 可沿长度方向分段计算 图2 1 9 V1 第一段的土方量 m3 L1 第一段的长度 m 将各段土方量相加即得总土方量 45 基槽开挖宽度 放线宽度 的计算 1 不放坡 不加挡土板支撑 2 不放坡 但要留工作面 见图1 13 3 留工作面并加支撑 不放坡 d 基础放灰线宽 mm a 基础底宽 mm c 工作面宽 一般取300mm 46 4 放坡不加支撑 见图1 14 47 二 土方调配 土方调配是土方工程施工组织设计 土方规划 中的一个重要内容 在平整场地土方工程量计算完成后进行 土方调配的原则力求达到挖填平衡和运距最短 近期施工和后期利用相结合 应分区与全场相结合 土方调配应尽量与大型地下建筑物的施工相结合 48 土方调配的步骤与方法 划分调配区 计算各调配区的土方量 计算各挖 填方调配区之间的运距 即每对调配区之间重心之间的距离 确定土方调配的初始方案 土方调配初始方案的优化 得到最优方案 绘出土方调配图 49 用 表上作业法 来进行土方调配 例1 2 已知某施工场地有四个挖方区和三个填方区 其相应的挖填土方量和各对调配区的运距如表所示 50 最后将调配方案绘成土方调配图 在土方调配图上应注明挖填调配区 调配方向 土方数量以及每对挖 填之间的平均运距 51 二 土方调配区的划分 场地土方平衡与调配 需编制相应的土方调配图表 以便施工中使用 划分调配区的方法如下 1 在场地平面图上先划出挖 填区的分界线 零线 然后在挖方区和填方区适当地分别划出若干个调配区 划分时应注意以下几