nA1章土方工程

1、建 筑 施 工 技 术绪 论 一、“建筑施工技术”课程的研究对象和任务 建安工程资金约占基本建设投资总额的60% 土建工程分部工程：地基与基础工程 主体结构工程 屋面工程 建筑装饰工程 研究对象：就是研究最有效地建造房屋（构筑物）和建筑物群（构筑物群）的理论、方法和有关的施工规律。以求以最少的消耗取得最大的成果。 任务：根椐专业培养目标的要求，使学生了解我国的基本建筑方针，政策，掌握常用的施工技术和方法，具有独立分析和解决施工技术的初步能力。二、建筑施工技术发展简介 建筑施工技术发展：深基坑施工 高层建筑施工 混凝土施工新技术 新工艺 新材料 计算机的应用 三、本课程的学习要求建筑施工技术是一

2、门综合性很强的专业课程 与相关课程的联系理论与实践的联系对规范的学习 第一章土方工程 第一节 土的分类及性质 一.土的分类 1 、按地基土分类： 根据土的颗粒级配或塑性指数分六类 岩石, 碎石土, 砂土 , 粉土 ,粘性土 , 人工填土 2 土的工程分类：按施工的难易程度分八类 松软土 , 普通土 , 坚土 , 砂砾坚土, 软石 , 次坚石 坚石 , 特坚石 二. 土的性质 这里只讨论土的工程性质，即土的可松性、土的含水量、土的渗透性。1 可松性 1) 定义 ： 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,仍不能恢复到原来的体积,其这种性质称为土的可松性2)可松性的表示

3、可松性系数 (1)最初可松性系数 ks v2 开挖后土的松散体积 v1 土的自然体积12vvks (2)土的最终可松性系数 ks v3 土压实后的体积 v1 土的自然体积 13vvks 3)可松性的利用 （1）借土，弃土时应考虑土的可松性 q借土或弃土的量，正表示弃土，负表示借土； vt；vw填或挖方的体积； ks；ks土的可松性 sstwkkvvq)(vw vt 例题 某场地的挖方体积为1000m3,填方体积为1500m3,ks=1.08,ks=1.03,问该场地是借土还是弃土?若用运土量为5m3/车汽车运土,问应运多少车次 解:根据公式 q=（1000-1500/1.03 )1.08= -

4、 492.8m3 结果为负，故该场地应借土 运土的车次为 n=492.8/5=48(车次) sstwkkvvq)(2) 由于可松性的存在,运土时应考虑工具的容量。(3) 由于可松性的存在，原土结构受到破坏时不能用原土回填。再例：施工某基础工程，已知该基坑的尺寸为深x长x宽1.5x4.0x3.5m,该基础处地基土的ks=1.05,ks=1.02,地面以下基础体积为7.50m3，问：（1）分层压实回填平至自然地面后，该基础工程有无余土？（2）余多少？ 解（1）基坑体积v1=1.5*4*3.5=21.0m3 自然地面下基础体积v7.5 m3 回填压实体积v3=21-7.5=13.5m3 总挖出土体积

5、v=21*1.05=22.05m3 回填用土体积v13.5/1.02*1.05=13.90 余土体积vv=22.05-13.90=8.15 （2）有余土。为：8.152 土的含水量 1）定义：土中水的重量与土的固体颗粒重量之比称为土 的含水量。 2）表达式 = mw / ms 100%式中： 土的含水量； mw土中水的重量； ms 土中固体颗粒的重量；3）应用（1）填土时应考虑土的最佳含水量（2）含水量的高低对土的承载力和边坡的稳定性有影响。 3 土的渗透性 1）定义：土体孔隙中的自由水在重力的作用下会透过土体而运动，土体这种被水透过的性质称为土的渗透性。 2）表示 ：渗透系数 由达西定律知，

6、渗透系数的物理意义是：当水力梯度等于时的渗流速度。 ）应用 （）地下降水时计算涌水量应考虑渗透系数的大小。 （）流砂的防治应考虑。 第二节土方量的计算 一基坑，基槽的土方量的计算 边坡坡度=h/b=1:m m为坡度系数、基坑对于基坑土方量可按立体几何中的拟柱体（由两个平行平面做上、下底的一种多面体）体积计算，先计算上、下两个面的面积f1、f2，再计算其体积。如图1-1示，计算公式为 22113ffffhv 开挖深度； 、上下两个面的面积； a、b 底面的长度和宽； m 放坡系数。 图1-1 2 基槽 沟槽土方量可沿其长度方向分段（截面相同的不分段）计算，先计算截面面积，再求长度，累计各段计算土

7、方量，如图1-2示，可按下式计算 vi 第i段的体积（m3）；f1、f2 第i段的两端面积（m2）； li 第i段的长度； f0 第i段的中截面积；)4(6201ffflviiniivv1 图1-2二 场地平整土方量计算 1 设计标高的确定（或称场地竖向规划） 确定方法：(1)场地规划控制标高; (2)场地自然标高加权平均法 （下面介绍此法）；场地整平常要求场地内的土方在平整前和平整后相等，达到挖填土方量最平衡。即“填挖平衡”的原则确定设计标高h0。如图1-3示。步骤如下： 1）在场区地形图上建立方格方格网，方格边长a=1040m，与地形变化有关，常用a=20 m。 2） 根据等高线按比例求解

8、各顶点的地面高程hij或放线实测hij 。 3） 求解h0 图1-3 场地平整标高计算 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） 化简得改写成 nhhhhanah1222112112204nhhhhhn4)(1222112110nhhhhh443243210 式中： h0达到挖填平衡的场地标高(m)； a方格网边长(m)； n方格数(个)； n11n22任一方格的四个角点的标高(m); h11个方格共有的角点标高(m)； h22个方格共有的角点标高(m)； h33个方格共有的角点标高(m)； h44个方格共有的角点标高(m)。 2 h0的调整 1）考虑土的

9、可松性影响 由于土有可松性，为了达到填挖平衡，则应把h0提高h，如图1-4示 vtvwhawat图1-4 标高调整简图 增加高度为： 式中： vt、vw 设计标高调整前的填挖方体积 at、aw 设计标高调整前的填挖方面积； ks 土的最终可松性系数； h 设计标高的增加值。 )(swwttkhavhav)1(swtswkaakvh 2)考虑排水坡度后标高 h0为理论数值（即场地表面交处于同一个水平面），可作施工粗略确定场地整平标高用，实际场地均有排水坡度，如场地面积较大，有2以上排水坡度，尚应考虑坡度对设计标高的影响，以场地中心为基点，双向排水，则场地内任一点实际施工时所采用的设计标高hn，可

10、由下式求得 （如图1-5示） 式中： h0场地内任意一点的设计标高 ix iyx方向y方向的排水坡度(不小于2) lx lyx，y方向至场地中心的距离 由场地中心点沿x，y方向指向计算点，若其方向与ix iy反向则取“+”号，反之取“”号 yyxxnililhh041h1h1h1235 67891011 121314 15 16 ixiy 图1-5 方格网示意图 3 求各顶点的施工高度 式中： hn各顶点的施工高度，“+”为填方，“-” 为挖方 hn各角点的设计标高 hn各角点的自然标高 4 确定零线，即填挖的分界线 当一个方格内同时有填方与挖方时，要确定填挖的分界线即“零线”。先确定零点，再

11、把零点连起来得零线 （如图1-6）。nnnhhh 零点确定公式：ahhhx2111ahhhx2122x2x1h2 h1h1h2h3h4o1o2零线o1图1-6 零点及零线的确定 5 土方量的计算 如图1-7示按零线通过的位置不同，方格可分为三种类型，即：41h1h1h1235 67891011 121314 15 16 ixiy 图1-7 方格网示意图零线填 方 区挖 方 区 1）全填或全挖 2) 两挖两填 3）三挖一填 或三填一挖 )(443212hhhhav)(821hhcbav)(2(5143123hhhbcav2161bchvh1 h2h3h4a全填全挖h1 h2h3h4bca两填两挖

12、h1 h2h3h4bca三填一挖或 三挖一填 6 求填挖方量 将所有的填方挖方累加起来即得总的填挖方量 7 边坡土方量的计算 在整平场地，修筑路基的边坡时，常需计算边坡挖填土方量，系根据地形图和边坡竖向布置图或现场测绘，将要计算的边坡划分为两种近似的几何形体（图1-8），一种为三角棱锥体（如体积、11）；另一种为三角棱柱体（如体积），然后应用几何公式分别进行土方计算，最后将各块汇总，即得场地边坡总挖、填土方量 ttvvwwvv 图1-8 场地边坡计算简图 1）边坡三棱体体积 边坡三角棱体体积v可按下式计算（例如图1-8中的） 2）边坡三棱柱体体积 （1）边坡三角棱柱体积v，可按下式计算（例如图

13、1-8中的 ） （2）当两端横截面面积相差很大时 221161hmlv42142lffv22121mhf 23221mhf)4(620144ffflv 式中： v1、边坡三角棱体体积(m3)，其它的计算方法相同; l1边坡的边长(m) m边坡的坡度系数； v4边坡三角棱体积(m3) l4边坡的长度(m) f1、f2、f0边坡两端及中部的横截面面积 8 土方计算实例土方计算实例 某场地平整利用方格网法计算其土方量a=20m，如图1-9示，各角点编号及自然标高如图示，场地考虑双向排水，ix=0.2%，iy=0.3%（以5角点为中心），不考虑土的可松性影响，试按填挖平整的原则计算，该场地平整的土方量

14、。 解：1.确定设计标高h0。nhhhhh443243210mh25.488 . 89 . 910.100 .1045. 91mh75.372 .930.95 .975.92mh7.93mh6 .94ix=0。3% iy=0。2%图1-9 零线零线填 方 区挖 方 区 2.考虑排水坡度影响，计算每个角点的计算标高 同理其余各角点的设标高可计算出并标在图1-9上 h4=9.5; h5=9.56; h6=9.62; h7=9.68; h8=9.54; h9=9.6; h10=9.66; h11=9.72 mh56. 9546 . 947 . 9375.37225.480mh46.920%3 .02

15、0%2 .056.91mh52.920%2.056.92mh58.920%3.020%2.056.93 3.计算各角点的施工高度 同理其它各角点的施工高度计算并标在图1-9上。 4.计算零点，找零线 利用公式 求零点距角点的距离。 12线 45线 nnnhhhmh01.045.946.91ahhhx2111mx83. 02023. 001. 001. 0mx65.172004. 03 . 03 . 0 59线 610线 1011线 把零点连成零线 5.计算土方量 方格1245 v+=20(0.83+17.65)(0.01+0.3)/8=14.32m3 v-=20(19.17+2.35)(0.2

16、3+0.04)/8=14.53m3 mx65.172004. 03 . 03 . 0mx67. 62016. 008. 008. 0mx41. 92018. 016. 016. 0 方格4589 v+=(20-2.352.35) /2(0.3+0.74+0.3)/5=106.46m3 v-=1/22.352.350.04/3=0.04m3 方格2356 v-=20(0.23+0.42+0.04+0.08)/4=77 m3 方格56910 v+=1/2(17.65+13.32)20(0.3+0.16)/4=35.63m3 v-=20/8(2.35+6.67)(0.04+0.08)=2.71m3

17、方格671011 v+=1/6(13/339.41)0.16=3.35m3 v-=(202-13.339.41)(0.08+0.42+0.18)/5=37.34m3 总土方量 v+=14.32+106.46+35.63+3.35=159.76m3 v-=14.53+77+0.04+2.71+37.34=131.62m3 三 土方调配1 调配原则 1).填方、挖方基本平衡，减少运土 2).填、挖方量与远距的乘积之和尽可能小，使总的运费最低 3).好土应用于回填质量要求高的区域 4).调配应与地下构筑物的施工相配合，地下设施的挖土，应留土后填 5).选择恰当的调配方向及线路、避免对流与乱流现象，同

18、时便利调配、机械化施工 2 调配步骤 1).划分调配区。在平面图上划出挖、填区的分界线，并在挖方区和填方区划出若调配区，确定调配区的大小和位置 2).计算各调配区的土方量，并标于图上 3).计算每对调配区的平均运距，即挖方区土方重心至填方区重心的距离，并将每一距离lij标于表1-1(土方平衡与运距表)中 4).确定最优调配方案。这类问题是多元线性问题，只有用运筹学的线性规划才能解决这种问题。基本方法是“表上作业法”，即先用“最小元素非法”确定初始方案，再用“位势法”进行检查总的运输量s是否为最小值，否则用“闭回路法”进行调整 lij各调配区之间的平均运距(m)； xij各调配区的土方量(m3)

19、。 5).绘制土方调配图，根据以上结果，标出调配方向、土方数量及运距 )(11ijijnjmixls挖方 填方 b1 b2 bl bn挖方量(m3) a1x11l11x12l12x1jl1jx1nl1n w1 a2x21l21x22l22x2jl2jx2nl2n w2 . aixi1li1xi2li2.xijlij.xinlin wi . amxm1lm1xm2lm2.xmjlmj.xmnlmn wm填方量(m3) t1 t2. tj. tniniimitw11表1-1 土方平衡与运距表 3 例题 矩形广场各调配区的土方量如图1-10所示,相互之间的平均运距见表1-2，试求最优土方调配方案。

20、w3 300 w4 350 t1 500 t2 600 t3 450 w1 500 w2 400 图1-10 各调配区的土方量 解：（1）先将图1-10中的数值标注在填、挖方平衡及 运距 表1-2中 表1-2 填挖方平衡及运距表挖方 填方 b1 b2 bl挖方量(m3) a110015090 500 a21409040 400 ai80130110 300 am1305080 350填方量(m3) 500 600 450 1550 1550（2）采用“最小元素法”编初始调配方案，即根据对应于最小的lij取最大的xij值的原则初配， xij wi tjmin 。初始方案见表3-23表表3-23

21、土方初始调配方案土方初始调配方案 挖方 填方 b1 b2 bl挖方量(m3) a110015090 500 a21409040 400 a380130110 300 a41305080 350填方量(m3) 500 600 450 1550 155035030040020025050s1=100200+250150+5090+40040+30080+35050=119500 m3m （3）用“位势法”检验 ）利用“位势法”求假想运距lij = vi+uj ， 求检验数 ij = lij (vi+uj)若所有 ij 0 则方案最优， 若有 i j 0 则方案不优 ） 检验 检验结果见表1-3，从

22、中可以知道22= -10 0，故初始方案不是最优。 表1-3 检验数的计算 注： 表中50/90分别表示假想运距和检验数，其它含义相同 挖方 填方 b1 (u1=100) b2 (u2=150) b3 (u3=90) a1 (v1=0) 100 150 90 a2 (v2=-50)50/90140100/-1090 40 a3 (v3=-20) 80130/ 013070/40110 a4(v4=-100)0/130130 50 -10/90 80（4）用“闭回路法”进行调整 1） 找出x22的闭回路：从x22空格出发,沿水平或竖直方向前进，遇到有适当数字的空格作900的转弯，然后依次继续前进

23、，再回到出发点形成一条闭回路，如表1-4中形成的闭回路; 2） 从x22出发沿闭回路前进，在各奇数次转角点的数字中挑出一个最小的（例题中在400,250中取250）将其调到x22空格中； 将250填入x22空格中，其它奇数次转角上减去250,偶数次转角上数字加250,形成新的方案如 表1-5;表1-4挖方 填方 b1 b2 b3挖方量(m3) a12001002501505090 500 a21409040040 400 a330080130110 300 a41303505080 350填方量(m3) 500 600 450 1550 1550 表15挖方 填方 b1 b2 bl挖方量(m3

24、) a1200100(250) 0150(50) 30090 500 a2140 (0) 25090(400) 15040 400 a330080130110 300 a41303505080 350填方量(m3) 500 600 450 1550 1550 5）再用位势法检验(重复前面的过程)，从表1-6 （表示有土方调配量）可知,所有的ij 0，故新方案为最优 ，土方调配见图1-11 表1-6 检验数的计算挖方 填方 b1 (u1=100) b2 (u2=140) bl (u3=90) a1 (v1=0) 100150/10 150 90 a2 (v2=-50)50/9014090 40

25、a3 (v3=-20) 80130/1013070/40110 a4 (v4=90)0/120130 5010/80 80 w3 300 w4 350 t1 500 t2 600 t3 450 w1 500 w2 400 图1-11 各调配区的土方量 300200300250150350 土方施工要点 一 土壁稳定 土壁的稳定主要由土体内的摩阻力和粘结力来保持平衡的，一旦土体失去平衡，就会造成塌方，不仅会造成人身安全事故，而且会影响工期，甚至会危及附近的建筑物，因而土方施工中应保持土壁稳定防止塌方。 1 土壁塌方的原因1）内因 主要是土体内的抗剪强度低或土体内剪应力增加，使土体中的剪应力超过其

26、抗剪强度所造成。2）外因 体现在以下几个方面：（1） 边坡太陡且坡高太大土的稳定性不够；（2）雨水施工用水渗入边坡中，使土体重量增加，剪应力增加，同时抗剪能力下降；（3） 边坡顶有动载或静载。当边坡高度不大且施工时间短，可以不考虑边坡稳定措施。 2 防止塌方的措施1）放足边坡（1）边坡的含义 土方施工中为了保持土壁稳定防止塌方，对挖方和填方的边缘均应作成一定的坡度，这个倾斜的坡度即为边坡。（2） 边坡系数用 m表示 hbm h b m （3）确定边坡系数的大小应考虑的因素：土的种类； 水文条件；施工方法；开挖深度；工期的长短。 特点：经济简单，但放坡占用场地太大。 2）设支护 （1）产生 当施工现场条件的限制不能放坡或放坡造成土方量开挖过大不经济时可设支护。 （2）支护形式a.土层锚杆支护b.板桩支护 c. 灌注桩支护 d. 地下连续墙f.槽钢支护 土的填筑与压实 1 填土的基本要求 保证一定的密实性和稳定性，符合设计和规范的有关规定 2 填筑方法 填土应分层进行，并尽量采用同类土填筑 若填方中采用不同透水性的土料填筑时必须将透水性较大的土层置于透水星较小的土层之下。 3 填土质量控制 选好土料：不许用淤泥和含有有机质较多的土、冻结块大于100mm 的土、可溶性盐大于5的土。 控制适宜的含水量即最佳含水量。见附图。 确定合适的铺