施工技术-第一章土石方第一部分

1、1第一章第一章 土方工程土方工程o第一节第一节 概述概述o第二节第二节 土方计算与调配土方计算与调配o第三节第三节 排水与降水排水与降水o第四节第四节 土方边坡与土壁支护土方边坡与土壁支护o第五节第五节 土方工程的机械化施工土方工程的机械化施工o第六节第六节 土方填筑与压实土方填筑与压实2第一节第一节 概述概述一、土石方工程的施工特点一、土石方工程的施工特点p土石方工程：土石方工程：p主要过程：挖掘、填筑、运输等p辅助工作：排水、降水、土壁支撑p场地平整、基坑（槽）开挖、地坪填土、路基填筑、基坑回填3o土方工程施工的特点土方工程施工的特点 p 面广量大、劳动繁重。 p 施工条件复杂。o组织土方

2、工程施工的要求组织土方工程施工的要求 p 采用机械化施工；p 对土方进行合理调配、统筹安排；p 发挥机械最大使用效率；p 安排好准备及辅助工作；p 尽量避开冬、雨期施工； p 保证工程质量和安全。4二、土的工程分类及性质二、土的工程分类及性质p 土的分类土的分类p分类方法分类方法p沉积年代p颗粒级配p密实度p液性指数p开挖难易程度5类别土的名称开挖方法可松性系数KsKs第一类（松软土）砂，粉土，冲积沙土层，种植土铁锹、锄头1.08-1.171.01-1.04第二类 （普通土）粉质粘土，潮湿的黄土，填筑土铁锹、锄头，少许用镐翻松1.14-1.281.02-1.05第三类（坚土）软及中等密实粘土，

3、干黄土，粉质粘土，压实的填筑土等主要用镐，部分用撬棍1.24-1.301.04-1.07第四类（砾砂坚土）重粘土，粗卵石，密实黄土等镐、撬棍，锹，锲子、大锤1.26-1.371.06-1.09第五类（软石）硬石炭纪粘土，中等密实页岩，泥灰岩等镐、撬棍，大锤，部分爆破1.30-1.451.10-1.20第六类（次坚石）泥岩，砂岩，砾岩，密实石灰岩，风化花岗岩等爆破，部分用风镐1.30-1.451.10-1.20第七类（坚石）大理岩，粗中粒花岗岩，石灰岩等爆破1.30-1.451.10-1.20第八类（特坚石）安山岩，坚实的细粒花岗岩，闪长岩，石英岩等爆破1.45-1.501.20-1.30表表1

4、-1 1-1 土的工程分类土的工程分类6土的工程性质（一）土的工程性质（一）o土的质量密度土的质量密度n天然密度：土在天然状态下单位体积的质量，用表示。影响土的承载力、土压力及边坡的稳定性n干密度。单位体积土中固体颗粒的质量，用d表示。是检验填土压实质量的控制指标。p土的天然含水量土的天然含水量n影响土方的施工方法、边坡稳定和回填土质量%100干干湿GGGw7土的工程性质（二）土的工程性质（二）p土的渗透性土的渗透性p水在土体中渗流的性能p渗透系数Kp达西地下水流动速度公式v =KI p土的可松性土的可松性p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的特性。8V

5、1土的可松性土的可松性12VVKsV3V213VVKs最初可松性系数：最初可松性系数： 最终可松性系数：最终可松性系数： 天然状态天然状态下体积下体积开挖后松开挖后松散体积散体积回填压实回填压实后体积后体积计算土方施工机械及运土车辆：计算土方施工机械及运土车辆：计算场地平整标高及填方所需挖计算场地平整标高及填方所需挖土量：土量：KsKs9例例1 1 已知某工程挖土方为已知某工程挖土方为1500m1500m3 3，其中需填一体积为，其中需填一体积为500m500m3 3的洼地，的洼地，余土全部运走，已知该土的可松性系数余土全部运走，已知该土的可松性系数 K Ks s =1.25 =1.25，K

6、Ks s=1.05=1.05。设每辆汽车一次可运设每辆汽车一次可运3m3m3 3，问需要运输的车次为多少？，问需要运输的车次为多少？解：解： V V1 1=1500=1500；V V3 3=500=500 需要运输的土方量：需要运输的土方量： V=VV=V1 1 K Ks s-V-V2 2 =1500 =1500 1.25-1.25/1.05 1.25-1.25/1.05 500500 =1875-595.24=1279.76m =1875-595.24=1279.76m3 3 n=1279.76/3=426.59427 n=1279.76/3=426.59427次次12VVKs13VVKs3

7、2VKKVss10三、土方边坡坡度三、土方边坡坡度土方边坡坡度 m:1B/H1BH图11 边坡坡度示意11四、土方施工的准备工作四、土方施工的准备工作o制定施工方案o场地清理o排除地面水o修筑好临时道路及供水、供电等临时设施。o做好材料、机具、物资及人员的准备工作。o设置测量控制网，打设方格网控制桩，进行建筑物、构筑物的定位放线等。 o根据土方施工设计做好边坡稳定、基坑(槽)支护、降低地下水等土方工程的辅助工作。12作业：作业：1.1.某建筑物外墙采用毛石基础，其截面尺寸如图所示。地基为粘某建筑物外墙采用毛石基础，其截面尺寸如图所示。地基为粘土，土方边坡坡度为土，土方边坡坡度为1 1：0.33

8、0.33。已知土的可松性系数。已知土的可松性系数K Ks s=1.30=1.30， K Ks s=1.05=1.05。试计算每。试计算每100m100m长度基础施工时的土方挖方量。若长度基础施工时的土方挖方量。若留下回填土后，余土要求全部运走，试计算预留回填土量及弃留下回填土后，余土要求全部运走，试计算预留回填土量及弃土量。土量。基础基坑剖面图基础基坑剖面图13第二节第二节 土方计算与调配土方计算与调配一、基坑、基槽和路堤的土方量计算一、基坑、基槽和路堤的土方量计算 基坑土方量即可按拟柱体的体积公式基坑土方量即可按拟柱体的体积公式式中：式中： H H基坑深度基坑深度(m)(m)； F F1 1

9、，F F2 2基坑上下两底面积基坑上下两底面积(m(m2 2) )； F F0 0F F1 1与与F F2 2之间的中截面面积之间的中截面面积(m(m2 2) )； )F4F(F6HV20114 当基槽和路堤沿长度方向断面呈连续性变化时其土方量可以用同样方当基槽和路堤沿长度方向断面呈连续性变化时其土方量可以用同样方法分段计算。法分段计算。式中式中 V V1 1第一段的土方量第一段的土方量(m(m3 3) )； L L1 1第一段的长度第一段的长度(m)(m)； 将各段土方量相加即得总土方量，即：将各段土方量相加即得总土方量，即： V= VV= V1 1 +V +V2 2 + + + V + V

10、n n 式中式中 V V1 1，V V2 2V Vn n为各分段土的土方量为各分段土的土方量(m(m3 3) )。)F4F(F6LV2011115 二、场地平整标高与土方量二、场地平整标高与土方量 （一）确定场地设计标高（一）确定场地设计标高 1 1初步设计标高初步设计标高 根据挖填方相等原则可得：根据挖填方相等原则可得：场地设计标高即为各个方格平均标高的平均值。可按下式计算：场地设计标高即为各个方格平均标高的平均值。可按下式计算： 式中：式中：H H。所计算的场地设计标高所计算的场地设计标高(m)(m)； a a 方格边长方格边长(m)(m)； N N 方格数；方格数； H H1l1l，H

11、H2222任一方格的四个角点的标高任一方格的四个角点的标高(m)(m)。4N)HHH(HH222112110nHHHHaHna122211211202)4(16 图图1 14 4 场地设计标高场地设计标高H H0 0计算示意图计算示意图 (a)(a)方格网划分；方格网划分；(b)(b)场地设计标高示意图场地设计标高示意图 1 1一等高线；一等高线；2-2-自然地面，自然地面，3 3一场地设计标高平面一场地设计标高平面 (a) (a) (b) (b)17如令如令 H H1 11 1个方格仅有的角点标高；个方格仅有的角点标高； H H2 22 2个方格共有的角点标高；个方格共有的角点标高； H H

12、3 33 3个方格共有的角点标高；个方格共有的角点标高； H H4 44 4个方格共有的角点标高。个方格共有的角点标高。则场地设计标高则场地设计标高H H0 0可改写成下列形式可改写成下列形式4NH4H3H2HH4321018 2 2场地设计标高的调整场地设计标高的调整 (1)(1)土的可松性影响土的可松性影响 H H0 0H H0 0+h+h式中：式中：V Vw w按理论标高计算出的总挖方体积；按理论标高计算出的总挖方体积； F FW W，F FT T按理论设计标高计算出的挖方区、填方区总面积；按理论设计标高计算出的挖方区、填方区总面积； K Ks s土的最后可松性系数。土的最后可松性系数。

13、sWTsWKFF1)(KVh图15 考虑土的可松性调整设计标高计算示意图(a)(b)19(2)(2)场内挖方和填土的影响场内挖方和填土的影响考虑场地边坡土方：设计标高考虑场地边坡土方：设计标高设计标高以上的填方工程（填筑路基）：设计标高设计标高以上的填方工程（填筑路基）：设计标高设计标高以下的挖方工程（开挖水池等）：设计标高设计标高以下的挖方工程（开挖水池等）：设计标高场外取土：设计标高场外取土：设计标高场外弃土：设计标高场外弃土：设计标高降低降低降低降低提高提高提高提高降低降低20（3 3）场地泄水坡度的影响）场地泄水坡度的影响 1 1）单向泄水时各方格角点的设计标高）单向泄水时各方格角点的

14、设计标高 H Hn nH H0 0li li (a)(b) 图16 场地泄水坡度示意图 (a)单向泄水；(b)双向泄水 21 2 2）双向泄水时各方格角点的设计标高）双向泄水时各方格角点的设计标高 H Hn nH H0 0l lx xi ix xl ly yi iy y 由场地中心点沿由场地中心点沿x x，y y方向指向计算点时，若其方向与方向指向计算点时，若其方向与i ix x，i iy y反向，则取反向，则取“+”“+”号，同向取号，同向取“-”“-”号号(a)(b) 图16 场地泄水坡度示意图 (a)单向泄水；(b)双向泄水 22 例例2 2 某建筑场地地形图和方格网某建筑场地地形图和方

15、格网（边长（边长a=20.0ma=20.0m）布置如图所）布置如图所示。土壤为二类土，场地地示。土壤为二类土，场地地面泄水坡度面泄水坡度ix=0.3%ix=0.3%，iy=0.2%iy=0.2%。试确定场地设计标。试确定场地设计标高（不考虑土的可松性影响，高（不考虑土的可松性影响，余土加宽边坡）。余土加宽边坡）。某场地地形图和方格网布置某场地地形图和方格网布置23解：解：1 1）计算场地设计标高）计算场地设计标高H H0 0 H H1 1 =9.45+10.71+8.65+9.52=38.33m=9.45+10.71+8.65+9.52=38.33m 2H 2H2 2= 2= 2（9.75+1

16、0.14+9.11+10.27+8.80+9.86+8.91+9.149.75+10.14+9.11+10.27+8.80+9.86+8.91+9.14） = 151.96m= 151.96m244H4H4 4= 4= 4（9.43+9.68+9.16+9.419.43+9.68+9.16+9.41）= 150.72m= 150.72m由公式由公式场地设计标高：场地设计标高：H H0 0 = =（38.33+151.96+150.7238.33+151.96+150.72）/4 /4 9 9 =9.47m =9.47m)432(4143210HHHHnH252 2）根据泄水坡度计算各方格角点的

17、设计标高）根据泄水坡度计算各方格角点的设计标高以场地中心点为以场地中心点为H H0 0，由公式由公式各角点设计标高为各角点设计标高为H H1 1= H= H0 0-30-300.3%+300.3%+300.2%=9.47-0.09+0.06=9.44m0.2%=9.47-0.09+0.06=9.44m同理：同理： H H2 2= 9.50m= 9.50m，H H3 3= 9.56m= 9.56m，H H4 4=9.62m=9.62m， H H5 5= 9.40m= 9.40m，H H6 6=9.46m=9.46m，H H7 7=9.52m=9.52m，H H8 8= 9.58m= 9.58m，

18、H H9 9=9.36m=9.36m，H H1010=9.42m=9.42m， H H1111=9.48m=9.48m，H H1212=9.54m=9.54m，H H1313=9.32m=9.32m， H H1414=9.38m=9.38m，H H1515=9.44m=9.44m，H H1616=9.50m =9.50m yyxxiililHH026（二）场地土方量计算（二）场地土方量计算 1.1.计算场地各方格角点的施工高度计算场地各方格角点的施工高度( (即挖、填方高度即挖、填方高度)h)hn n h hn nH Hn n-H-Hn n (1 (113)13)式中：式中： h hn n该角

19、点的挖、填高度，以该角点的挖、填高度，以“”为填方高度，以为填方高度，以 “”为挖方高度为挖方高度(m)(m)； H Hn n该角点的设计标高该角点的设计标高(m)(m)； H Hn n该角点的自然地面标高该角点的自然地面标高(m)(m)。272.2.绘出绘出“零线零线” 方格线上的零点位置见图方格线上的零点位置见图1 19 9，可按下式计算：，可按下式计算： 式中：式中： h h1 1，h h2 2相邻两角点挖、填方施工高度相邻两角点挖、填方施工高度( (以绝对值代入以绝对值代入) )； a a方格边长；方格边长； x x零点距角点零点距角点A A的距离。的距离。 211hhahx图19 零

20、点位置计算28 3. 3.场地土方量计算场地土方量计算（1 1）四方棱柱体法）四方棱柱体法 1 1）全挖全填格）全挖全填格式中：式中： V V挖方或填方的土方量（挖方或填方的土方量（m m）；）；h h1 1,h,h2 2,h,h3 3,h,h4 4方格四个角点的挖填高度，以绝对值代人（方格四个角点的挖填高度，以绝对值代人（m m）。）。 )hhh(h4aV43212292 2）部分挖部分填格）部分挖部分填格h)h(4aV22挖挖h)h(4aV22填填30（2 2）三角棱柱体法）三角棱柱体法 1 1）全挖全填）全挖全填式中式中 a a方格边长方格边长(m)(m)； h hl l，h h2 2，

21、h h3 3三角形各角点的施工高度三角形各角点的施工高度(m)(m)， 用绝对值代入。用绝对值代入。 )hh(h6aV3212图113 按地形将方格划分成三角形312)2)有挖有填有挖有填其中锥体部分的体积为其中锥体部分的体积为: :楔体部分的体积为楔体部分的体积为: :)h)(hh(hh6aV3221332锥2133231332hhh)h)(hh(hh6aV楔32作业：作业：2.2.某建筑物场地方格网如下图所示，方格边长为某建筑物场地方格网如下图所示，方格边长为20m20m，双向，双向排水，排水，i ix x=i=iy y=0.2%,=0.2%,不考虑土的可松性及挖填方边坡系数。不考虑土的可

22、松性及挖填方边坡系数。试按填挖平衡原则确定场地设计标高。试按填挖平衡原则确定场地设计标高。某建筑物场地方格网某建筑物场地方格网XY33三、三、 土方调配与优化土方调配与优化 调配区的划分原则、平均运距和土调配区的划分原则、平均运距和土方施工单价的确定方施工单价的确定 最优调配方案的确定最优调配方案的确定表上作业表上作业法法34调配区的划分原则调配区的划分原则与建筑物平面位置相协调，并考虑开工顺序及分期施工顺与建筑物平面位置相协调，并考虑开工顺序及分期施工顺序序大小应满足施工机械的技术要求大小应满足施工机械的技术要求范围应与方格网相协调范围应与方格网相协调可考虑就近取土和弃土可考虑就近取土和弃土

23、平均运距的确定：平均运距的确定： 铲运机、推土机：土方重心铲运机、推土机：土方重心 汽车、自行式铲运机：按实际运距计算汽车、自行式铲运机：按实际运距计算土方施工单价的确定：预算定额土方施工单价的确定：预算定额35“表上作业法表上作业法”步骤步骤编制初始调配方案编制初始调配方案最小元素法最小元素法最优方案判别法最优方案判别法假象价格系数法假象价格系数法方案的调整方案的调整闭回路、奇数转角取代闭回路、奇数转角取代3650040050050060080050050W4T2W2T3W3T1调配区土方量和平均运距各调配区土方量和平均运距100907011010080v用用“表上

24、作业法表上作业法”进行土方调配进行土方调配v下图为一矩形广场，试求土方调配最优方案下图为一矩形广场，试求土方调配最优方案37T1T2T3挖方量（m3）W1x1150 x1270 x13100500c11c12c13W2x2170 x2240 x2390500c21c22c23W3x3160 x32110 x3370500c31c32c33W4x4180 x32100 x3340400c41c42c43填方量（m3）8006005001900挖方区填方区各调配区土方量及平均运距各调配区土方量及平均运距38T1T2T3挖方量（m3）11c12c13W2704090500c

25、21c22c23W36011070500c31c32c33W48010040400c41c42c43填方量（m3）8006005001900挖方区填方区初始方案确定过程及计算结果初始方案确定过程及计算结果50040010010030050039T1T2T3挖方量（m3）2704090500W36011070500W48010040400填方量（m3）8006005001900挖方区填方区计算假象价格系数计算假象价格系数50040010010030050050100-1070060406011040308040T1T2T3挖方量（m3）2704

26、090500W36011070500W48010040400填方量（m3）8006005001900挖方区填方区计算检验数计算检验数+50100-10700604060110403080+-41T1T2T3挖方量（m3）2704090500W36011070500W48010040400填方量（m3）8006005001900挖方区填方区求解闭合回路及调整结果求解闭合回路及调整结果500400100100300500 x1250100-1070060406011040308010040040070208042T1T2T3挖方量（m3）2704

27、090500W36011070500W48010040400填方量（m3）8006005001900挖方区填方区再次计算检验数再次计算检验数+50702070060406080403080+43T1T2T3挖方量（m3）2704090500W36011070500W48010040400填方量（m3）8006005001900挖方区填方区方案优化调整结果方案优化调整结果50040010010040040044500400500500600800500400W4T2W2T3W3T1W1100500400100400土方调配图土方调配图45初始方案的土方总运输量：初始方案

28、的土方总运输量： 50050+500 40+300 60+100 110 +100 70+400 40=97000（m3m）最优土方调配方案的土方总运输量：最优土方调配方案的土方总运输量： 40050+10070+50040+40060 +10070+40040=94000（ m3m ）46T1T2T2挖方量（m3）土方运距土方运距土方运距W1508040350W21007060550W3904080700填方量（m3）2508005501600作业：作业：3. 3. 用表上作业法求解下表土方量的最优调配方案，并用表上作业法求解下表土方量的最优调配方案，并计算总运输量（计算总运输量（m m3 3m m）为多少？）为多少？47o 第三节 排水与降水o一、地面排水n常采用在基坑周围设置排水沟、截水沟或筑土堤等办法o二、集水井排水或降水n沿坑底的周围或中央开挖排水沟