《土木工程智能施工》课件 第3章 土方工程-土方量计算及调配

一、概述二、土方计算与调配三、土方开挖与填筑四、土方作业辅助工程第3章土方工程丽泽SOHO

场地原始地形

进场时场地交接现状

丽泽SOHO土方工程

第一节概述1.施工分类

主要：场地平整；基坑基槽开挖；土方填筑。辅助：稳定土壁；控制地下水（截、排、降水）。

2.施工特点（1）面广量大；（天津117大厦基坑土方量200万m3）（2）工作强度大，人力施工效率低、工期长；（3）施工条件复杂，受气侯、水文地质、周围环境、地下障碍等影响,不确定因素多。

3.施工要求（1）尽可能采用机械化、智能化施工，以缩短工期、降低劳动强度

。（2）要合理安排施工计划，尽量避开冬、雨期。（3）统筹安排，合理调配土方，降低施工费用，减少运输量和占用农田。（4）施工前做好调查研究，拟定合理的施工方案和技术措施，以保证工程质量和安全、加快进度、获得良好效益。一、土方工程的分类、特点二、土的工程分类与性质（一）土的工程分类按开挖的难易程度分为八类：一类土（松软土）、二类土（普通土)三类土（坚土）、四类土（砂砾坚土）

——机械或人工直接开挖五类土（软石）、六类土（次坚石）七类土（坚石）、八类土（特坚石）

——爆破开挖

1.土的含水率

天然含水率

ω=（G湿-G干）/G干

影响：开挖、行车（20%打滑）、边坡稳定。

最佳含水率——可使填土获得最大密实度的含水率（击实试验确定，手握经验检查）。

2.土的渗透性

——土体中水渗流的性能，用渗透系数K表示。

K的意义：水力坡度（I=Δh/L）为1时，水穿透土体的速度（达西：v=KI）。LΔhK的单位：m/d（或cm/s）。粘土：K<0.005，粉土：0.1~0.5，细砂：1~10，中砂：5~25，粗砂：20~50，砾石：100~200

用途：降低水位方法，回填。（二）土的工程性质

3.土的可松性

自然状态下的土经开挖后，体积因松散而增加，以后虽经回填压实，仍不能恢复。

最初可松性系数

KS=V2/V11.08~1.5

最后可松性系数

KS’=V3/V11.01~1.3

V1——土在自然状态下的体积。

V2——土经开挖后的松散体积。

V3——土经回填压实后的体积。

用途：开挖、运输、存放，挖土回填，预留回填松土三、土方施工的准备工作（1）制定施工方案。场地平整、地下水控制、土壁稳定与支护、开挖顺序与方法、土方调配与存放、回填时间与方法的方案。并绘制施工平面布置图，编制施工进度计划等。（2）做好现场准备。包括：清障，排水，修路，建临时设施、测量控制网，定位放线，材料、机具、物资及人员的准备……。土方量如何计算？第二节土方计算与调配

1.基坑土方量按拟柱体法——

V=(F下+4F中+F上)H/6F下F上F中H一、基坑、基槽、路堤土方量计算HI－IFi2.基槽（路堤）土方量沿长度方向分段计算Vi，再V=

Vi

对于：断面尺寸不变的槽段：Vi=Fi×Li

断面尺寸变化的槽段：Vi=(Fi1+4Fi0+Fi2)Li/6

槽段长Li：外墙——取槽底中～中（如L1、L2

），

内墙——取槽底净长（如L5）。IIL2L1L5

方法：方格网法、累高法＋平均断面法

（一）确定场地设计标高考虑的因素：

(1)满足生产工艺和运输的要求；

(2)尽量利用地形，减少挖填方数量；

(3)争取在场区内挖填平衡，降低运输费;(4)有一定泄水坡度，满足排水要求。设计标高一般在设计文件上规定，若未规定：

(1)小型场地――挖填平衡法

(2)大型场地――最佳平面设计法（用最小二乘法，使挖填平衡且总土方量最小）二、场地平整标高与土方量1.初步设计标高（按挖填平衡）

方法：将场地划分为每格边长10～40m的方格网，找出每个方格各个角点的地面标高（实测法、等高线插入法）。则场地初步设计标高：

H0=

（H11+H12+H21+H22）/4NH11、H12、H21、H22

——一个方格各角点的自然地面标高；

N

——方格个数。或：H0=（

H1+2

H2+3

H3+4

H4）/4NH1－－一个方格所仅有角点的标高；H2、H3、H4－－分别为两个、三个、四个方格共用角点的标高。aaaaaaH11H12H21H22

2、场地设计标高的调整按泄水坡度、土的可松性、就近借弃土等调整。按泄水坡度调整各角点设计标高：LyLxixiyH0(2)双向排水时，各方格角点设计标高为：LH11H0H0iH12H21

Hn

=H0

Li

Hn

=H0

Lxix

Lyiy(1)单向排水时，各方格角点设计标高为:Hn【例】某建筑场地方格网、地面标高如图,格边长a=20m。泄水坡度ix=2‰，iy=3‰，不考虑土的可松性的影响，确定方格各角点的设计标高。【解】（1）初步设计标高（场地平均标高）H0=（

H1+2

H2+3

H3+4

H4）/4N=[70.09+71.43+69.10+70.70+2×（70.40+70.95+69.71+…）+4×（70.17+70.70+69.81+70.38）]/（4×9）

=70.29（m）70.0970.09（2）按泄水坡度调整设计标高：Hn=H0

Lxix

Lyiy

；H1=70.29-30×2‰+30×3‰=70.32(m)70.3270.3670.4070.4470.2670.3070.3470.3870.2070.2470.2870.3270.1470.1870.2270.26

H0＝70.29H2=70.29－10×2‰+30×3‰=70.36(m)H3=70.29+10×2‰+30×3‰=70.40(m)

其它见图70.3270.3670.4070.4470.2670.3070.3470.3870.2070.2470.2870.3270.1470.1870.2270.2670.09（二）场地土方量计算1.计算各方格角点的施工高度

hn

：hn=Hn－Hn’

即：hn=该角点的设计标高—自然地面标高（m）h1=70.32－70.09=＋0.23（m）；正值为填方高度。+0.23-0.04-0.55-0.99+0.55+0.13-0.36-0.84+0.83+0.43-0.10-0.63+1.04+0.56+0.02-0.44h2=70.36－70.40=－0.04（m）；负值为挖方高度角点编号施工高度设计标高地面标高图例：70.3270.3670.4070.4470.2670.3070.3470.3870.2070.2470.2870.3270.1470.1870.2270.26+0.23-0.04-0.55-0.99+0.55+0.13-0.36-0.84+0.83+0.43-0.10-0.63+1.04+0.56+0.02-0.4470.09

2.确定零线（挖填分界线）插入法、比例法找零点零点连线h10

0角点编号施工高度设计标高地面标高图例：

3.场地土方量的计算分别按方格求出挖、填方量，再求整个场地总挖方量、总填方量（1）四角棱柱体法

1）全挖、全填格：

V挖（填）=a2(h1+h2+h3+h4)/4

h1~h4—方格角点施工高度绝对值

V挖（填）—挖方或填方的体积。

2）部分挖、部分填格：V挖（填）

=a2[

h挖（填）]2/4

h

h挖（填）—方格角点挖或填施工高度绝对值之和；

h—方格四个角点施工高度绝对值总和。（2）四方棱柱体平均高度法（略）（3）三角棱柱体法（略）后两种情况可以课后推导三、土方调配与优化

在施工区域内，挖方、填方或借、弃土的综合协调。要求：

总运输量最小；

施工成本最低。

1.初步调配（1）找出零线，画出挖方区、填方区；（2）划分调配区

注意：

1）位置与建、构筑物协调，且考虑开、施工顺序；

2）大小满足主导施工机械的技术要求；

3）与方格网协调，便于确定土方量；

4）借、弃土区作为独立调配区；

5）与大型地下建筑物的施工相结合，避免重复开挖。T1W1W2W3W4T2T30000

（3）找各挖、填方区间的平均运距（即土方重心间的距离）可近似以几何形心代替土方体积重心。挖填T1T2T3挖方量W1

50

70

100500W2

70

40

90

500W3

60

110

70

500W4

80

100

40400填方量800600500

1900划分调配区示例：

（4）列挖、填方平衡及运距表

（5）调配

方法：最小元素法－－就近调配。

顺序：先从运距小的开始，使其土方量最大。n

列填方量

填挖T1T2T3挖方量W1

50

70

100500W2

70

40

90

500W3

60

110

70500W4

80

100

40400800600500

1900m

行400500500300100100结果：所得运输量较小，但不一定是最优方案。（总运输量97000m3-m)

（7）求出最优方案的总运输量：

400×50＋100×70＋500×40＋400×60＋100×70＋400×40＝94000m3·m（6）绘出调配图：（包括调运的流向、数量、运距）。W1W2W3W4T1T2T3m3m有借、弃土时的土方调配图案例1中山大学·深圳建设工程项目1、项目概况本工程为中山大学-深圳建设工程项目III标，建筑用地面积657500m2,总建筑面积510000m2。场地围绕猪公山、猪婆山两座山头建设，共有包含高边坡、地下管廊、高填方道路等室外工程及大礼堂、体育场馆等15栋。场地航拍图本工程拟建场地原始地貌属于丘陵地貌，场地内以猪公山、猪婆山为中心，分布有若干座无名山，高程分别为126.02m、113.11m、101.63m。场地起伏变化大，局部地段为山林及泥沼地；项目场地内高差较大，最大高差为106m。本工程为群体工程，单体数量较多。工程共计15个单体，多处单体与山地密切结合。标高情况复杂。2、项目特点东区教学实验组团与山体的关系案例1中山大学·深圳建设工程项目工程中一块土方开挖量较大的场地，占地面积约151000m2，土方作业情况较为复杂，为在短时间内得到较为精确的土方量。现场利用无人机对该块场地进行3D扫描采集照片，通过建模软件将图片导入，生成该区域在深圳市坐标系下的实景模型。使用模型处理软件，可按计算需要将土方算量范围择选，使计算范围更加精确。3、无人机在土方算量方面的应用计算范围的选定案例1中山大学·深圳建设工程项目为比较土方开挖剩余量，只需要通过对现状地形面与场平地形面进行对比即可。本工程中采用AuotoCADCivil3D对挖填关系进行算量，将现状地形面定义为基准曲面，将场平地形面定义为对照曲面，通过分析两个曲面之间的关系来确定挖填方量。Civil3D现状地形表面Civil3D现状地形表面与场平地形表面整合Civil3D场平地形表面Civil3D土方算量结果案例1中山大学·深圳建设工程项目案例2嘉兴市北部湖荡及河