土木工程施工土方工程..PPT课件

第1篇专业工种工程施工技术 第一章土方工程 1 1概述 土方工程包括一切土的挖掘 填筑和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 在工程中 最常见的土方工程有 场地平整 基坑 槽 开挖 地坪填土 路基填筑及基坑回填土等 土方工程施工具有工程量大 劳动繁重和施工条件复杂等特点 其不可确定的因素也较多 有时施工条件极为复杂 土的分类繁多 其分类法也很多 如按土的沉积年代 颗粒级配 密实度 液性指数分类等 在土木工程施工中 按土的开挖难易程度将土分为八类 第一类 松软土 第五类 软土 第二类 普通土 第六类 次坚石 第三类 坚土 第七类 坚石 第四类 砂砾坚土 第八类 特坚石 土的工程性质对土方工程施工有直接影响 也是进行土方施工设计必须掌握的基本资料 土的主要工程性质有 土的可松性 原状土经机械压实后的沉降量等 此外还有 渗透性 密实度 抗剪强度 土压力等 土具有可松性 即自然状态下的土 经过开挖后 其体积因松散而增大 以后虽经回填压实 仍不能恢复 土的可松性程度用可松性系数表示 即 1 1 式中 最初可松性系数 最后可松性系数 土在自然状态下的体积 m 土经开挖后的松散体积 m 土经过回填压实后的体积 m 在土方工程中 土的最初可松性是计算土方施工机械率 运土车辆数量及弃土坑容积等的重要参数 土的最终可松性是计算场地平整标高及填方时所需挖土量的重要参数 第一章土方工程 1 2场地平整 1 2场地平整 大型工程项目通常都要确定场地设计平面 进行场地平整 场地平整就是将自然地面改造成人们所要求的平面 场地设计标高应满足规划 生产工艺及运输 排水及最高洪水位等要求 并力求使场地内土方挖填平衡且土方量最小 场地设计标高一般有两种方法 1 一般方法 如场地比较平缓 对场地设计标高无特殊要求 可按照 挖填土方量相等 的原则确定场地设计标高 2 用最小二乘法原理求最佳设计平面 应用最小二乘法的原理 不仅可满足土方挖填平衡 还可做到土方的总工程量最小 1 2 1场地竖向规划设计1 场地设计标高H0的确定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 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 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10 50m 常用20m 40m 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 用插入法求得H13 251 70 水准仪进行高程测量 按挖填平衡确定设计标高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 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 设计标高调整设计标高的调整主要是泄水坡度的调整 由于按式 1 4 得到的设计平面为一水平的挖填方相等的场地 实际场地均应有一定的泄水坡度 因此 应根据泄水要求计算出实际施工时所采用的设计标高 以Z0作为场地中心的标高 图1 2 则任意点的设计标高为 1 5 以Z0作为场地中心的标高 图1 2 则任意点的设计标高为 1 5 施工高度计算求得后 即可按下式计算各角点的施工高 施工高度的含义是该角点的设计标高与原地地形标高的差值 1 6 式中 角点的原地形标高 若为正值 则该点位填方 为负值则为挖方 1 2 1 2最佳设计平面最佳设计平面即设计标高满足规划 生产工艺及运输 排水及最高洪水位等要求 并做到场内土方挖填平衡 且挖填的总土方工程量最小 最佳设计平面计算表表1 3 1 2 1 3设计标高的调整实际工程中 对计算所得的设计标高 还应考虑下述因素进行调整 这工作在完成土方量计算和进行 1 考虑土的最终可松性 需相应提高设计标高 以达到土方量的实际平衡 2 考虑工程余土或工程用土 相应提高或降低设计标高 3 根据经济比较结果 如采用场外取土或弃土的施工方案 则应考虑因此引起的土方量的变化 需将设计标高进行调整 场地设计平面的调整工作也使繁重的 如修改设计标高 则须重新计算土方工程量 1 2 2场地平整土方量的计算 计算步骤 1 场地设计标高确定后 求出平整的场地各角点的施工高度Hi 2 确定 零线 的位置 确定 零线 的位置有助于了解整个场地的挖 填区域分布状态 3 然后按每个方格角点的施工高度计算出填 挖土方量 并计算场地边坡的土方量 这样即得到整个场地的填 挖土方量 零线的确定零线即挖方区与填方区的交线 在该线上 施工高度为零 零线的确定方法是 在相邻角点施工高度为一挖一填的方格边线上 用插入法求出零点 0 的位置 图1 4 将各相邻的零点连接起来即为零线 图1 4零点计算示意图 如不需计算零线的确切位置 则绘出零线的大致走向即可 零线确定后 便可进行土方量的计算 方格中土方量的计算有两种方法 四方棱柱体法 和 三角棱柱体法 1 2 2 1四方棱柱体的体积计算方法四方棱柱体的体积计算方法分为两种情况 1 方格四个角点全部为填或全部为挖 图1 5a 时候 1 14 式中V 挖方或填方体积 m3 H1 H2 H3 H4 方格四个角点的填挖高度 均取绝对值 m 2 方格四个角点 部分式挖方 部分式填方 图1 5b和c 时 1 15 1 16 式中 方格角点中填 挖 方施工高度的总和 取绝对值 m 方格四角点施工高度之总和 取绝对值 m 方格边长 m a 角点全填或全挖b 角点二填二挖c 角点一填 挖 三挖 填 图1 6四方棱柱体的体积计算 1 2 2 2三角棱柱体的体积计算方法计算时先把方格网顺地形等高线 将各个方格划分成三角形 图1 6 图1 6按地形将方格划分成三角形每个三角形的三个角点的填挖施工高度 用H1 H2 H3表示 三角棱柱体的体积计算方法也分为两种情况 1 当三角形三个角点全部为填或全部为挖 图1 7a 时候 1 17 式中a 方格边长 m H1 H2 H3 三角形各角点的施工高度 用绝对值代入 2 三角形三个角点有填有挖时 零线将三角形分成两部分 一个是底面为三角形的锥体 一个是底面为四边形的楔体 图1 7 其中锥体部分的体积为 1 18 a 全填或全挖b 锥体部分为填方图1 8三角棱柱体的体积计算 楔体部分的体积为 1 19 式中H1 H2 H3 分别为三角形各角点的施工高度 m 取绝对值 其中H3指的时锥体顶点的施工高度 1 2 3土方调配 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 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 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 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 500 500 800 600 500 500 400 W1 T1 W3 60 50 70 110 80 70 40 100 90 40 100 W4 T3 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 各调配区土方量及平均运距 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 步骤2 重复步骤1 按平均运距由小到大依次计算X22 X11 X31 C22 C11 C31 我们就得到了土方调配的初始方案 500 500 100 300 100 40 50 60 70 110 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 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 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 步骤3 引入检验数 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出现负数说明方案不是最佳方案 需要进行调整 2 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 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 步骤3 从空格X12出发 沿闭回路 方向任意 行进 在各奇数转角点的数字中挑出一个最小的 本例即X32 100 将它由X32调到X12方格中 500 100 步骤4 将 100 数字填入X12方格中 被调出的X32为0 同时将闭回路上其它奇数次转角 X11 方格内的数字都减去100 偶数次转角 X31 方格内的数字都增加100 使得填 挖方区的土方量仍然保持平衡 这样我们就得到了下表中的新调配方案 400 0 100 400 步骤5 对新调配方案按 最优方案判别 的方法和步骤再进行判别和检验 如仍出现负数 则重复步骤1 4继续调整 如不出现负数 方案即是最优方案 100 70 10 20 110 80 80 50 计算无调配土方方格的检验数 无负数 方案是最优方案 该优化方案的土方总运输量为 Z 400 50 100 70 500 40 400 60 100 70 400 40 94000 m3 m 初始方案的土方总运输量为 Z 500 50 500 40 300 60 100 110 100 70 400 40 97000 m3 m 调整后的总运输量减少了3000 m3 m 绘出最终土方调配图如下所示 500 500 800 600 500 500 400 W1 T1 W3 40060 10070 40040 W4 T3 W2 T2 10070 50040 40050 1 2 4场地平整土地机械及其施工 1 推土机分类 索式 油压式特点 操作灵活 运转方便 速度快 能缓缓坡适用 场地平整 清理 平沟坑 挖浅基坑1一3类土 经济 远距100米 40一60米 施工方法下坡推土 借自重 增加推土能力适用于狭长场地并列推土 2