土石方与基坑工程

场地平整是将建设范围内的自然地面通过人工或机械整平，改造成为设计所需的平面，以利现场平面布置和文明施工。

一、概

述第一节

土的分类及工程性质

土的基本性质与工程施工有关，在施工之前应详尽了解，避免造成工程事故。一、土的分类二、土的工程性质一、土的分类*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。*土和普通土可直接用铁锹开挖，或用铲运机、推土机、挖土机施工；*坚土、砂砾坚土和软石要用镐、撬棍开挖，或预先松土，部分用爆破的方法施工；*次坚石、坚石和特坚硬石一般要用爆破方法施工。

土的工程分类与现场鉴别方法二、土的工程性质

土的工程性质对土方施工方法的选择、劳动量和机械台班的消耗及工程费用等都有较大影响。1.土的含水量2.土的天然密度和干密3.土的可松性系数4.土的渗透性1.土的含水量

土的含水量：土中水的质量与固体颗粒质量之比的百分率式中：m湿——含水状态土的质量,kg；

m干——烘干后土的质量,kg；

mw——土中水的质量,kg；

mS——固体颗粒的质量,kg.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.

2.土的天然密度和干密度

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：式中:

ρ——土的天然密度,kg/m3；

m——土的总质量,kg；

V—土的体积,m3.干密度:土的固体颗粒质量与总体积的比值.用下式表示：

式中

ρd——土的干密度,kg/m3；

mS——固体颗粒质量,kg；

V—土的体积,m3.

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，

最初可松性系数KS=V2/V1最后可松性系数KS’=V3/V1用途：开挖、运输、存放，挖土回填，留回填松土

式中KS、KS′——土的最初、最最终可松性系系数；V1——土在天然状态态下的体积,m3；V2——土挖出后在松松散状态下的的体积,m3；V3——土经压(夯)实后的体积,m3.土的最初可松松性系数KS是计算车辆装装运土方体积积及挖土机械械的主要参数数；

土的最最终可松性系系数KS′是计算填方所所需挖土工程程量的主要参参数,各类土的可松松性系数见第第一节[表1.1]所示.4、土的渗透性性土的渗透性：：指土体被水水透过的性质质.土的渗透性用用渗透系数表表示.渗透系数：表表示单位时间间内水穿透土土层的能力,以m/d表示；它同土土的颗粒级配配、密实程度度等有关,是人工降低地地下水位及选选择各类井点点的主要参数数。

土的的渗透系数见见表所示表1-2土的渗透系数数参考表5.土的压缩性一般土经挖运运、填压以后后，都有压缩缩，在核实土土方量时，一一般可按填方方断面增加10%～20%的方数考虑，，一般土的压压缩率见表;(书P61）6.原地面经机械械压实后的沉沉陷量原地面经机械械往返运行，，或采用其他他压实措施，，其沉降量通通常在3～30cm之间，视不同同土质而变化化，一般可用用下列经验公公式计算其沉沉降量：第二节

土方方量计算在土方施工工之前,必须计算土土方的工程程量.但各种土方方工程的外外形有时很很复杂,而且不规则则.一般情况下下,将其划分成成为一定的的几何形状状,采用具有一一定精度而而又和实际际情况近似似的方法进进行计算.一、基坑与与基槽土方方量计算基坑土方量量可按立体体几何中拟拟柱体(由两个平行行的平面作作底的一种种多面体)体积公式计计算(如图1-1所示).即：V=(F1+4F0+F2)h/6式中h——基坑深度,m；F1、F2——基坑上上、下下底的的面积积，m2；F0—基坑中中截面面的面面积，，m2.图1-1基坑开开挖土土方量量计算算挖基槽槽土方方图1-2基槽开开挖土土方量量计算算基槽土土方量量计算算可沿沿长度度方向向分段段计算算(如图1-2所示)：沿长度度方向向分段段计算算Vi,再V=∑Vi断面尺尺寸不不变的的槽段段：Vi=Fi×Li断面尺尺寸变变化的的槽段段：Vi=(Fi1+4Fi0+Fi2)Li/6在计算算基槽槽截面面积时时，需需要正正确确确定基基槽开开挖宽宽度，，考虑虑是否否需要要放坡坡或为为支设设基础础模板板而增增加工工作面面。如如不放放坡，，但要要留工工作面面时，，基槽槽宽度度按下下式计计算不放坡，留设工作作面并加支撑时:放坡但不加支撑时时式中：d——基槽开挖宽度，单单位mm；a——基底设计宽度，单单位mm；c——工作面宽，一般取取300mm；b——放坡引起的基槽上上口增加宽度。二、场地平整土土方计算对于在地形起伏的的山区、丘陵地带带修建较大厂房、、体育场、车站等等占地广阔工程的的平整场地,主要是削凸填凹,移挖方作填方，将将自然地面改造平平整为场地设计要要求的平面.1.场地平整的一般施施工工序是：现场场勘察→清除地面面障碍物→标定平平整范围→设置水水准基点→设置方方格网、测量标高高→计算土方挖填填工程量→平整土土方→场地碾压→→验收。平整前必须把场地地平整范围内的障障碍物如树木、电电杆、管道等清理理干净，然后根据据总图要求的标高高，从水准基点引引进基准标高作为为确定土方量计算算的基点。2.场地平整的一般要要求(1)应做好地面排水，，平整后场地的表表面坡度应符合设设计要求，如设计计无要求时，一般般应向排水沟方向向做成不小于0.2％的坡度。(2)平整后的场地表面面应逐点检查标高高，检查点为100m2～400m2取一点，但不少于于10点，长度、宽度方方向和边坡上均为为20m取一点，每边不少少于1点。(3)场地平整时应经常常测量和校核其平平面位置、水平标标高和边坡坡度是是否符合设计要求求，平面控制桩和和水淮控制点应采采取可靠措施加以以保护，定期复测测和检查，弃土不不应堆在边坡边缘缘。二、场地平整土土方计算对于在地形起伏的的山区、丘陵地带带修建较大厂房、、体育场、车站等等占地广阔工程的的平整场地,主要是削凸填凹,移挖方作填方，将将自然地面改造平平整为场地设计要要求的平面.场地挖填土方量计计算一般采用方格格网法.方格网法计算场地地平整土方量步骤骤为：1.读识方格网图2.确定场地设计标高高3.计算场地各个角点点的施工高度4.计算“零点”位置置，确定零线5.计算方格土方工程程量6.边坡土方量计算7.计算土方总量8.例题及计算过程根据已有地形图（（一般用1：500的地形图）将场地地划分成若干个方方格网，尽量与测测量的纵、横坐标标网对应，方格一一般采用20m×20m或40m×40m，将相应设计标高高和自然地面标高高分别标注在方格格点的右上角和右右下角。将设计地地面标高与自然地地面标高的差值，，即各角点的施工工高度h（挖或填），填在在方格网的左上角角，挖方为（－）），填方为（＋））。1.读识方格格网图方格网图图由设计计单位(一般在1：500的地形图图上)将场地划划分为边边长a=10～40m的若干方方格,与测量的的纵横坐坐标相对对应,在各方格格角点规规定的位位置上标标注角点点的自然然地面标标高(H)和设计标标高(Hn),如图1-3所示.图1-3方格网法法计算土土方工程程量图二、场场地平整整土方计计算2.确定场地地设计标标高(1)考虑的因因素(2)初步标高高(按挖填平平衡)(3)场地设计计标高的的调整(1)考虑的因因素：①满足足生产工工艺和运运输的要要求；②尽量量利用地地形，减减少挖填填方数量量；③争取在在场区内内挖填平平衡，降降低运输输费；④有一定定泄水坡坡度，满满足排水水要求.⑤场地设计计标高一一般在设设计文件件上规定定，如无无规定：：A.小型场场地――挖填平平衡法法；B.大型场场地――最佳平平面设设计法法(用最小二乘法，使使挖填平衡且总土土方量最小)。(2)初步标高(按挖填平衡)场地初步标高：H0=S(H11+H12+H21+H22)/4MH11、H12、H21、H22——一个方格各角点的的自然地面标高；；M——方格个数.或：H0=(∑H1+2∑H2+3∑H3+4∑H4)/4MH1－－一个方格所所仅有角点的标标高；H2、H3、H4－－分别为两个个、三个、四个个方格共用角点点的标高.考虑到土的可松性后，，场区的设计标标高经调整后改改为:(3)场地设计标高的的调整按泄水坡度、土土的可松性、就就近借弃土等调调整.按泄水坡度调整整各角点设计标标高：①单向排水时，，各方格角点设设计标高为:Hn=H0±L﹒i②双向排水时，各各方格角点设计计标高为：Hn=H0±Lx﹒ix±Ly﹒iy3.计算场地各个角角点的施工高度度施工高度为角点点设计地面标高高与自然地面标标高之差，是以以角点设计标高高为基准的挖方方或填方的施工工高度.各方格角点的施施工高度按下式式计算：式中hn------角点施工高度即即填挖高度(以“+”为填，“-”为挖)，m；n------方格的角点编号号(自然数列1，2，3，…，n).Hn------角点设计高程，，H------角点原地面高程程.4.计算“零点”位位置，确定零线线方格边线一端施施工高程为“+”,若另一端为“-”,则沿其边线必然然有一不挖不填填的点，即“零零点”(如图1-4所示).图1-4零点位置零点位置按下式式计算：式中x1、x2——角点至零点的距距离,m；h1、h2——相邻两角点的施施工高度(均用绝对值),m；a—方格网的边长，，m.确定零点的办法法也可以用图解解法，如图1-5所示.方法是用尺在各各角点上标出挖挖填施工高度相相应比例，用尺尺相连，与方格格相交点即为零零点位置。将相相邻的零点连接接起来，即为零零线。它是确定定方格中挖方与与填方的分界线线。图1-5零点位置图解法法5.计算方格土方工工程量按方格底面积图图形和表1-3所列计算公式，，逐格计算每个个方格内的挖方方量或填方量.表1-3常用方格网点计计算公式6.边坡土方量计算算场地的挖方区和和填方区的边沿沿都需要做成边边坡,以保证挖方土壁壁和填方区的稳稳定。边坡的土方方量可以划划分成两种种近似的几几何形体进进行计算：：一种为三角角棱锥体(图1-6中①～③、、⑤～⑾)；另一种为三三角棱柱体体(图1-6中④).图1-6场地边坡平平面图A三角棱锥体体边坡体积积式中l1——边坡①的长长度；A1——边坡①的端端面积；h2——角点的挖土土高度；m——边坡的坡度度系数，m=宽/高.B三角棱柱体体边坡体积积两端横断面面面积相差差很大的情情况下，边边坡体积式中l4——边坡④的长长度；A1、A2、A0——边坡④两端端及中部横横断面面积积.7.计算土方总总量将挖方区(或填方区)所有方格计计算的土方方量和边坡坡土方量汇汇总,即得该场地地挖方和填填方的总土土方量.8.例题【例1.1】某建筑场地地方格网如如图1-7所示，方格格边长为20m×20m,填方区边坡坡坡度系数数为1.0,挖方区边坡坡坡度系数数为0.5,试用公式法法计算挖方方和填方的的总土方量量.图1-7某建筑场地地方格网布布置图【解】(1)根据所给方方格网各角角点的地面面设计标高高和自然标标高，计算算结果列于于图1-8中.由公式1.9得：h1=251.50-251.40=0.10mh2=251.44-251.25=0.19mh3=251.38-250.85=0.53mh4=251.32-250.60=0.72m

h5=251.56-251.90=-0.34mh6=251.50-251.60=-0.10m

h7=251.44-251.28=0.16mh8=251.38-250.95=0.43mh9=251.62-252.45=-0.83mh10=251.56-252.00=-0.44mh11=251.50-251.70=-0.20mh12=251.46-251.40=0.06m图1-8施工高度及及零线位置置(2)计算零点位位置.从图1-8中可知,1—5、2—6、6—7、7—11、11—12五条方格边边两端的施施工高度符符号不同,说明此方格格边上有零零点存在.由公式1.10求得：1—5线x1=4.55(m)

2——6线x1=13.10(m)6—7线x1=7.69(m)

7——11线x1=8.89(m)

11—12线x1=15.38(m)将各零点标标于图上,并将相邻的的零点连接接起来,即得零线位位置，如图1-8.(3)计算方格土土方量.方格Ⅲ、Ⅳ底面为正正方形,土方量为为：VⅢ(+)=202/4×(0.53+0.72+0.16+0.43)=184(m3)VⅣ(-)=202/4×(0.34+0.10+0.83+0.44)=171(m3)方格Ⅰ底面为两两个梯形形,土方量为为：VⅠ(+)=20/8×(4.55+13.10)×(0.10+0.19)=12.80(m3)VⅠ(-)=20/8×(15.45+6.90)××(0.34+0.10)=24.59(m3)方格Ⅱ、Ⅴ、Ⅵ底面为三三边形和和五边形形,土方量为为：VⅡ(+)=65.73(m3)VⅡ(-)=0.88

(m3)VⅤⅤ(+)=2.92(m3)VⅤ(-)=51.10(m3)VⅥ(+)=40.89(m3)

VⅥⅥ(-)=5.70(m3)方格网总总填方量量：∑∑V(+)=184+12.80+65.73+2.92+40.89=306.34(m3)方格网总总挖方量量：∑∑V(-)=171+24.59+0.88+51.10+5.70=253.26

(m3)(4)边坡土方方量计算算.如图1.9,④、⑦按三三角棱柱柱体计算算外,其余均按按三角棱棱锥体计计算,可得：V①(+)=0.003(m3)V②(+)=V③(+)=0.0001(m3)V④(+)=5.22(m3)V⑤(+)=V⑥(+)=0.06

(m3)V⑦⑦(+)=7.93(m3)V⑧(+)=V⑨(+)=0.01

(m3)V⑩⑩=0.01(m3)V11=2.03(m3)V12=V13=0.02

(m3)