土方工程教学课件

1、第一章 土方工程河南大学土木工程教研室 第一节 土的分类及性质 按地基土分类：岩石、 碎石土、 砂土、粉土 、粘性土、人工填土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、特坚石一、土的分类 二、土的性质 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，这种性质称为土的可松性 V2 开挖后土的松散体积 V1 土的自然体积 （2）可松性的表示可松性系数 1） 最初可松性系数 Ks 2） 土的最终可松性系数 V3 土压实后的体积 V1 土的自然体积 （3）工程中对土的可松性的考虑1）借土、弃土时应考虑

2、土的可松性 Vw Vt2）确定运土工具时，应考虑土的可性松性影响。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 2、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）应用:填土时应考虑土的最佳含水量；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）应用地下降水、计算涌水量应考虑渗透系数的大小。流砂的防治应考虑第

3、二节土方量的计算一、基坑、基槽的土方量的计算、基坑 对于基坑土方量可按立体几何中的拟柱体（由两个平行平面作为上、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。如图示，计算公式为 b2 、 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，累计各段计算土方量，如图示，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；例 某建筑外墙采用毛石基础，基础底宽1.07m，开挖深度1.8m，地基为硬塑粘土， 已知土的可松性系数ks1.3，ks1.05。试计算每10

4、0m长基槽的挖方量； 若留土后填， 余土全部运走，计算预留土量及弃土量。解：查硬塑粘土放坡起始深度为1.5m，放坡坡度为10.33，考虑工作面300mm基础顶宽为：（107023001800 0.33 2）2860mm基础底宽为：（10702300）1670mm基础开挖截面积按梯形计算基础所占的体积V基(0.441.07十0.50.67十0.9 0.37)100109.6(m3)弃土量（按松散体积计算）V弃（V挖V填）KS（408284.19）1.3160.95（m3）每100m长基槽的挖方量 V挖=AL=4.08100=408(m3)预留填方量(按原土计算)：二、场地平整土方量计算1、计算步

5、骤1）设计标高的确定和调整 2） 施工节点施工高度的确定3）确定零线，即挖填的分界线4）土方量的计算(四方棱柱体法)求解初始设计标高H0设计标高的确定与调整1、设计标高确定的原则挖填平衡2、设计标高确定的步骤在图上划分方格，边长a=10-40m，常用20 m根据等高线按比例求解各节点的地面高程HijH0的调整和确定 图 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） 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）；H11H22各方格四个角点的标高（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）；H3

6、3个方格共有的角点标高（m）；H44个方格共有的角点标高（m）。H0的调整1）考虑土的可松性影响 由于土有可松性，为了达到挖填平衡，则应把H0提高h，如图示 VTVWhAWAT图 标高调整简图式中： 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。调整高度2）考虑排水坡度后的标高 H0为理论数值，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，一般有2以上的排水坡度，应考虑坡度对设计标高的影响，如果以场地中心为基点，双向排水41H1235 67891011 121314 15 16 ixi

7、y 式中：Hn场地内任意一点的设计标高 H0坐标原点的设计标高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cabxzy则场地内任一点实际施工时所采用的设计标高Hn，可由下式求得41H1h1H1235 67891011 121314 15 16 ixiy 各顶点的施工高度 当一个方格内同时有填方与挖方时，要确定挖填的分界线即“零线”。先确定零点，再把零点连起来得零线41235 67891011 121314 15 16 ixiy零线填 方 区挖 方 区挖填边界的确定内插法确定

8、零点： 零点确定公式 h2h1o1x1x2h1h2h3h4o2零线o1图 零点及零线的确定式中hi取绝对值5 、土方量的计算(四方棱柱体法)如图示按零线通过的位置不同，方格可分为三种类型，即：全填或全挖、两挖两填、三挖一填或三填一挖41H1h1H1235 67891011 121314 15 16 ixiy方格网示意图零线填 方 区挖 方 区1）全填或全挖h1 h2h3h4a全填全挖41H1h1H1235 67891011 121314 15 16 ixiy填 方 区挖 方 区2） 两挖两填h1 h2cah3h4b两填两挖零线填方区挖方区零线41H1h1H1235 67891011 12131

9、4 15 16 ixiy3）三挖一填或三填一挖h1 h4h2h3b ca三填一挖或 三挖一填41H1h1H1235 67891011 121314 15 16 ixiy填方区挖方区零线6、 求总挖填方量将所有的挖方填方累加起来即得总的挖填方量 （以5角点为中心），不考虑土的可松性影响，试按挖填平整的原则计算该场地平整的土方量。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，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%ix0.2iy0.3xy9.75解：（1）确定设计标高H0 ix0.2iy0.3xy9.752、考虑排水坡度影响，计算每个角点的计算标高

10、（以5角点为中心）同理其余各角点的设标高可计算出并标在图上H4=9.5; H5=9.56; H6=9.62; H7=9.68; H8=9.54; H9=9.6; H10=9.66; H11=9.72cabxzyyxix0.2iy0.39.753.计算各角点的施工高度 同理计算其它各角点的施工高度结果标在图上。 ix0.2iy0.39.7559线 610线1011线把零点连成零线零线填 方 区 挖 方 区ix0.2iy0.39.755.计算土方量 方格1245零线填 方 区 挖 方 区ix0.2iy0.3两挖两填V+=20（0.83+17.65）（0.01+0.3）/8=14.32m3 V=20

11、（19.17+2.35）（0.23+0.04）/8=14.53m39.75方格4589 零线填 方 区 挖 方 区ix0.2iy0.3 一挖三填V+=（202.352.35 /2 ） （0.3+0.74+0.3）/5=106.46m3 V=1/22.352.350.04/3=0.04m3方格2356V=20（0.23+0.42+0.04+0.08）/4=77 m3 全挖9.75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.

12、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 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 第三节 土方调配1、调配原则填方、挖方基本平衡，减少运土填、挖方量与运距的乘积之和尽可

13、能小，使总的运费最低好土应用于回填质量要求高的区域土方调配应与地下构筑物的施工相配合，地下设施的挖土，应留土后填选择恰当的调配方向及线路、避免对流与乱流现象，同时便利调配、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干调配区，确定调配区的大小和位置 W3 300 W4 350 T1 500 T2 600 T3 450 W1 500 W2 400调配区划分（各调配区土方量如图，单位：m3）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（或运输单价），即挖方区土方重心至填方区重心的距离Lij（或单价cij），标于表中LmnLinL2

14、nL1nLmjLijL2jL1jLm2Li2L22L12Lm1Li1L21L11 Wm Wi W2 W1挖方量（m3） TnXmnXinX2nX1n Bn. TjXmjXij.X2jX1j B3. T2Xm2Xi2X22X12 B2 T1Xm1Xi1X21X11 B1填方量（m3） Am Ai A2 A1挖方 填方表1 土方平衡与运距表4）确定最优调配方案先用“最小元素法”确定初始方案，再用“位势法”进行检查方案总的运输量：若5）绘制土方调配图，根据以上结果，标出调配方向、土方数量及运距为最小值，方案最优；否则用“闭回路法”进行调整，直到求得最优方案Lij从挖区i调配到j的平均运距（m）或运输

15、单价cij （元/m3） ；Xij从挖区i调配到j区的土方量（m3）。3 例题矩形广场各调配区的土方量如图所示，相互之间的平均运距见表2，试求最优土方调配方案。 W3 300 W4 350 T1 500 T2 600 T3 450 W1 500 W2 400各调配区的土方量解：（1）先将图中的数值标注在填、挖方平衡及运距表2中 表2 挖填方平衡及运距表801104090501309015013080140100 1550 1550 350 300 400 500挖方量（m3） 450 T3 600 T2 500 T1填方量（m3） W4 W3 W2 W1挖方 填方400503502503002

16、00在单位运价表中将T3 这一列运价划去，表示T3 的需求 已满足(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（cij）取最大的xij值的原则调配。初始方案见表31）计算位势数 ui、v j对有调配数方格令 u10依次计算各ui、vjV1=100V2=150V3=90U1=0U3=-20U4=-100U2= -50(3) 最优解的判别cij =uiv j2）计算检验数ij。V1=100V2=150V3=90U1=0U3=-20U4=-100U2=-50+10 +表5 检验数的计算检验结果见表，从中可以知道22= 10 0，故初始方案不是最优无调配数方格的检验数 ij = c

17、ij （uiv j）若所有 ij 0 则方案最优，结束否则方案不是最优，继续调整、检验，直到达到最优801104090501309015013080140100 1550 1550 350 300 400 500挖方量（m3） 45040050 T3 600350250 T2 500300200 T1填方量（m3） W4 W3 W2 W1挖方 填方(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，再回到出发点形成一条闭回路，如表6中形成的闭回路;X22表6 闭合回路8011040905013090

18、15013080140100 1550 1550 350 300 400 500挖方量（m3） 45040050 T3 600350250 T2 500300200 T1填方量（m3） W4 W3 W2 W1挖方 填方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；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7;X22801104090501309015013080140100 1550 1550 350 300 400 500挖方量（m3） 450150300 T3 600350250 T2 500300200 T1填方量（m3） W4 W3 W2 W1挖方 填方表7 调整后的新方案801104090501309015013080140100 1550 1550 350 300 400 500挖方量（m3） 450150300