1土方工程

土木工程施工,土木系 陈泽世,与鉴别,与鉴别,知识点：土的分类及工程性质、土方量计算、施工辅助工作、土方机械化施工及土方工程质量验收；技能点：能合理选择土方工程的施工方案；能对土方量进行计算。学习重点：土的工程分类；土的工程性质对施工的影响；土方量计算方法；最佳设计平面计算；调配方案优化。学习难点：可松性的应用；最佳设计平面计算；土方量计算；“表上作业法”进行调配方案优化。,第一章 土方工程,1.1 概述,1.2 土方量计算与土方调配,1.3 基坑开挖,1.4 土方施工机械,1.5 土方填筑与压实,本章作业,本 章 内 容,本章小结,1.1.1 土方工程的种类与特点,土方工程是建筑工程施工过程中的第一道工序。 土方工程是建筑工程施工中主要分部工程之一。 土方工程主要包括：土(或石)的挖掘、运输、回填和压实等施工过程。排水、降低地下水位和土壁支撑等准备和辅助过程。,1.1 概述,土方工程施工工艺：场地平整 基坑（槽）及管沟开挖或地下大型土方开挖 土方运输 土方回填压实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。对策：采用机械化施工 做好施工组织设计,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。,1.1.2土的工程分类,表1.1 土的工程分类与现场鉴别方法,土的含水量：土中水的质量与固体颗粒质量之比的百分率。,二、 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。,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。,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。,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。,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所示。,4、 土的渗透性,土的渗透性：指土体被水透过的性质。土的渗透性用渗透系数表示。渗透系数：表示单位时间内水穿透土层的能力，以m/d表示；它同土的颗粒级配、密实程度等有关，是人工降低地下水位及选择各类井点的主要参数。土的渗透系数见表1.2所示。 在进行基坑、基槽的开挖、确定降水方案等情况时，要考虑到土的渗透性；,表1.2 土的渗透系数参考表,5、 土的压实系数,土的紧密程度用土的压实系数表示。 cd/ max d土的实际干密度 max土的最大干密度土的干密度可以用“环刀法”进行测定。在考虑土方边坡稳定、进行填土压实等情况时，要考虑到土的密实度，进而考虑到天然密度、干密度及含水量。,1.2 土方过程量计算与土方调配,1.2.1 土方边坡,土方边坡大小应根据土质、开挖深度、开挖方法、施工工 期、地下水位、坡顶荷载及气候条件等因素确定。,土方边坡坡度= h/b=1/(b/h)=1m (图1.11) m=b/h称为边坡系数。土方边坡坡度一般在设计文件上有规定，若设计文件上无规定，可按照建筑地基基础工程施工质量验收规范GB50202-2002第6.2.3的规定执行如表1.3 。m的确定原则： 保证土体稳定、施工安全，又要节省土方。,表1.3 临时性挖方边坡值,1.2.2 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1.15)。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。,基槽土方量计算可沿长度方向分段计算(图1.16),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：,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,d基础放灰线宽，mm； a基础底宽，mm； c工作面宽(一般取300mm),(4) 放坡（见图1.14）,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。,一、场地设计标高的确定,（一）确定场地设计标高应考虑的因素：应满足建筑功能、生产工艺和运输要求。利用地形，尽量使挖填方平衡，减少土方量。要有移动的泄水坡度（2），能满足排水要求。要考虑最高洪水位的影响。,（二）场地设计标高的确定方法与步骤,1.初步确定场地设计标高H0如图1.17所示。将场地划分成边长为a1040m的若干方格。确定各小方格的角点高程。按照挖填土石方量相等的原则，场地设计标高可按下式计算：,图1.17 场地设计标高计算简图,2.对初步场地设计标高（H0）值进行调整。,（1）土的可松性影响 Vw= VwFw 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：,（2）借土或弃土的影响,将部分挖方就近弃于场外（简称弃土）或将部分填方就近取土于场外（简称借土）等，均会引起挖填土方量的变化。 H0” H0 Q/（Na2） Q假定按初步场地设计标高（H0）平整后多余或不足的土方量N场地方格数；a方格边长。,(3)考虑泄水坡度对设计标高影响,场地具有单向泄水坡度： Hn H0” li场地具有双向泄水坡度： Hn H0” lxix lyiy l场地任意一点至设计标高H0” 的距离 i场地泄水坡度,二、 场地平整土方量计算,场地凭证土方量计算有 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。,（一）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=1040m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。,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)。,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)。,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。,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。,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)。,表1.6 常用方格网点计算公式,（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。,（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。,【例1.1】某建筑场地方格网如图1.22所示，方格边长为20m20m，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。,【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=0.72 h5=251.56-251.90=-0.34h6=251.50-251.60=-0.10 h7=251.44-251.28=0.16 h8=251.38-250.95=0.43 h9=251.62-252.45=-0.83 h10=251.56-252.00=-0.44 h11=251.50-251.70 =-0.20 h12=251.46-251.40=0.06,(2) 计算零点位置。从图1.23中可知，15、26、67、711、1112五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。 15线 x1=4.55(m) 26线 x1=13.10(m) 67线 x1=7.69(m) 711线 x1=8.89(m) 1112线 x1=15.38(m),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),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),(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),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+20.06+7.93+20.01+0.01 =13.29(m3) 边坡总挖方量： V(-)=2.03+20.02+3.18=5.25 (m3),1.3.3 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。土方调配包括：划分调配区，计算土方调配区之间的平均运距(或单位土方运价，或单位土方施工费用)，确定土方的最优调配方案，绘制土方调配图表。,一、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。,二、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。,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。,2.最优方案的判别,最优方案的判别法有“闭回路法”和“位势法”，二者实质都一样，都是用求检验数ij来判别(ij是运距表中第i行第j列的一个数字)，只要所有的检验数ij 0，则该方案即为最优方案，否则，不是最优方案，还需要进行调整。 Cijuivj Cij平均运距（或单位土方造价，或施工费用） ui、vj位势数,C11u1v1 C31u3v1C32u3v2 C22u2v2C33u3v3 C43u4v3,位势,V150,V2100,V360,u10,u2-60,u310,u4-20,求出位势数以后，便可以由下式计算空格内的检验数 。 ijCijuivj 12C12u1v270010030（0） 21C21u2v170（60）50 80（ 0） 23C23u2v390（60）60 90（ 0）,空格的检验数从表中可以看出，出现了负数，说明初始方案不是最优方案，要进一步进行调整。,3.方案的调整,用“闭回路法”在所有负检验数中选一个(一般可选最小的一个），从该格出发，沿水平