土木工程施工.doc

土木工程施工第一章 土方工程1.1 概述预备知识：1.流体力学---流线网； 2. 土力学---土压力、土的渗透性； 3. 抽水设备(井泵)的扬程及扬程与真空度的关系教学要求：1. 土方工程的特点；2. 熟悉施工中土的工程分类及分类依据； 2. 掌握土的可松性； 3. 熟悉原状土压实后的沉降量 你问我答：1.工程中常见的土方工程有哪些？  2.土方工程由那些种类？  3.施工中土方一般是按照什么来分类？  4.施工中分成哪八类土？如何区分？   5.土有哪些主要的工程性质？  6.什么是土的可松性？7.什么场合要考虑土的可松性"  8.原状土经机械压实后的沉降量如何计算？1.1 概述引言：土方工程包括一切土的挖掘、填筑和运输等过程以及排水、降水、土壁支撑等准备工作和辅助工程在土木工程中，最常见的土方工程有：场地平整、基坑〔槽〕开挖、地坪填土、路基填筑及基坑回填土等土方施工的特点土方工程施工往往具有工程量大、劳动繁重和施工条件复杂等特点；土方工程施工又受气候、水文、地质、地下障碍等因素的影响较大，不可确定的因素也较多，有时施工条件极为复杂施工中土方分类方法松软土：其开挖方法用锹、锄头挖掘。

普通土：一般用锹、锄头挖掘，少许用镐翻松后开挖坚土：主要用镐，少许用锹、锄头开挖，局部须用撬棍沙砾坚土：其开挖一般先用镐、撬棍，然后用锹挖掘，局部须用锲子及大锤软石：须用镐或撬棍、大锤，局部用爆破方法开挖次坚石：须用爆破方法开挖，局部用风镐 坚石、：须用爆破方法进展开挖特坚石：须用爆破方法进展开挖土的工程性质：对土方工程施工有直接影响，也是进展土方施工设计必须掌握的根本资料土的主要工程性质有：土的可松性、渗透性、密实度、抗剪强度、土压力等1.土的可松性土具有可松性即自然状态下的土，经过开挖后，其体积因松散而增大，以后虽经回填压实，仍不能恢复土的可松性程度用可松性系数表示，即〔1-1〕式中——最初可松性系数；——最终可松性系数；V1 ——土在天然状态下的体积，m3；V2 ——土经开挖后的松散体积，m3； V3 ——土经回填压实后的体积，m3由于土方工程量是以自然状态的体积来计算的，所以在土方调配、计算土方机械生产率及运输工具数量等的时候，必须考虑土的可松性如：在土方工程中，是计算土方施工机械及运土车辆等的重要参数，是计算场地平整标高及填方时所需挖土量等的重要参数各类土的可松性系数见表1-1。

土的可松性系数表1-1土的类别可松性系数  KsK's第一类〔松软土〕1.08~1.171.01~1.04第二类〔普通土〕1.14~1.281.02~1.05第三类〔坚土〕1.24~1.301.04~1.07第四类〔砾砂坚土〕1.26~1.371.06~1.09第五类〔软石〕1.30~1.451.10~1.20第六类〔次坚石〕1.30~1.451.10~1.20第七类〔坚石〕1.30~1.451.10~1.20第八类〔特坚石〕1.45~1.501.20~1.302.土的渗透性土的渗透性是指土体被水透过的性质土体孔隙中的自由水在重力作用下会发生流动，当基坑开挖至地下水位以下，地下水在土中渗透时受到土颗粒的阻力，其大小与土的渗透性及地下水渗流路线长短有关法国学者达西根据以下列图中所示的砂土渗透试验，发现渗流速度( V )与水力坡度成正比，即：     水力坡度斜是 A、B 两点的水位差斜体与渗流路程长度斜体之比，即斜体显然，渗流速度斜体与 A、B 两点水位差成正比，与渗流路程长度 L 成反比比例系数 K 称土的渗透系数(m/d)水力坡度斜是 A、B 两点的水位差斜体与渗流路程长度斜体之比，即斜体。

显然，渗流速度斜体与 A、B 两点水位差成正比，与渗流路程长度 L 成反比比例系数 K 称土的渗透系数(m/d) 土的渗透系数 K 应经试验确定，下表的数值可供参考 土壤渗透系数 土壤的种类 斜体 m/d 土壤的种类 斜体 m/d 亚粘土、粘土 亚粘土 含亚粘土的粉砂 纯粉砂 含粘土的细砂 <0.1 0.1 ~ 0.5 0.5 ~ 1.0 1.5 ~ 5.0 10 ~ 15 含粘土的中砖及纯细砂 含粘土的细砂及纯中砂 纯粗砂粗砂夹砾石 砾 石 20 ~ 25 35 ~ 50 50 ~ 75 50 ~ 100 100 ~ 200 3.土的抗剪强度4.土压力土的含水量土中水的质量与土的固体颗粒质量之比的百分率，称为土的含水量()它表示土的干湿程度 式中： —— 土中水的质量(g)，为含水状态时土的质量与烘干后的土质量之差； W —— 土中固体颗粒的质量(g)，为烘干后土的质量 土的含水量对土方边坡稳定性及填土压实的质量都有影响 1.2 场地标高设计预备知识：最小二乘法； 2. 空间平面方程表示法教学要求：1. 熟悉场地设计标高确定中的有关概念，如“权〞、“施工高度〞、“泄水坡度〞等；2. 熟悉场地设计标高确定的一般方法； 3. 掌握最小二乘法原理求最正确设计平面 ；4. 熟悉工程中对设计平面的调整的方法。

你问我答：1.工程中场地设计标高一般要求满足哪些要求"2.场地设计标高确定有哪些方法"3.场地设计标高的一般方法设计原理是什么"4.用“一般方法〞如何计算场地设计标高"5.施工高度的含义是什么"如何确定"6.什么是最正确设计平面"7.“最正确设计平面〞设计原理是什么"8.“最正确设计平面〞如何计算"9. 设计标高如何进展调整"引言：    大型工程工程通常都要确定场地设计平面，进展场地平整场地平整就是将自然地面改造成人们所要求的平面场地设计标高应满足规划、生产工艺及运输、排水及最高洪水水位等要求，并力求使场地内土方挖填平衡且土方量最小     场地设计标高的设计方法：场地设计标高确定一般有两种方法：     ①按挖填平衡原那么确定设计标高如场地高差起伏不大，对场地设计标高无特殊要求，可按照挖填土方量相等的原那么确定场地设计标高；    ②用最小二乘法原理求最正确设计平面应用最小二乘法的原理，不仅可满足土方挖填平衡的要求，还可做到土方的总工程量最小，实现场地设计平面的最优化   挖填平衡法设计原理：将场地划分成边长为a的假设干方格，并将方格网角点的原地形标高标在图上〔图1-1〕原地形标高可利用等高线用插入法求得或在实地测量得到。

a〕地形图方格网；b〕设计标高示意图图1-1 场地设计标高计算示意图按照挖填土方量相等的原那么〔图1-1〕，场地设计标高可按下式计算：即〔1-2〕式中zo——所计算场地的设计标高，m；n ——方格数；    zi1, zi2, zi3, zi4——第i个方格四个角点的原地形标高，m设计方案：由图1-1可见，11号角点为一个方格独有，而12，13，21，24号角点为两个方格共有，22，23，32，33号角点那么为四个方格所共有，在用式〔1-2〕计算z0的过程中类似11号角点的标高仅加一次，类似12号角点的标高加两次，类似22号角点的标高那么加四次，这种在计算过程中被应用的次数Pi，反映了各角点标高对计算结果的影响程度，测量上的术语称为“权〞考虑各角点标高的“权〞，式〔1-2〕可改写成更便于计算的形式：〔1-3〕式中z1——个方格独有的角点标高；z2，z3，z4——分别为二、三、四个方格所共有的角点标高设计标高的调整主要是泄水坡度的调整，由于按式〔1-3〕得到的设计平面为一水平的、挖填平衡的场地，而实际场地往往须有一定的泄水坡度因此，应根据泄水要求计算出实际施工时所采用的设计标高以zo作为场地中心的标高〔图1-2〕，那么场地任意点的设计标高为〔1-4〕式中是考虑泄水坡度的角点设计标高。

图1-2 场地泄水坡度求得 后，即可按下式计算各角点的施工高度Hi，施工高度的含义是该角点的设计标高与原地形标高的差值：〔1-5〕式中的 是角点的原地形标高假设Hi为正值，那么该点为填方，Hi为负值那么为挖方设计步骤：设计标高确定的一般方法是按如下步骤计算的：①划分场地方格网；⑵计算或实测各角点的原地形标高；③计算场地设计标高；④泄水坡度调整最正确设计平面设计原理我们知道，任何一个平面在直角坐标体系中都可以用三个参数c，， 来确定〔图1-3〕在这个平面上任何一点的标高，可以根据下式求出：〔1-6〕式中——点在x方向的坐标；——点在y方向的坐标与前述方法类似，将场地划分成方格网，并将原地形标高zi标于图上，设最正确设计平面的方程为式〔1-6〕形式，那么该场地方格网角点的施工高度为〔1-7〕式中Hi——方格网各角点的施工高度；——方格网各角点的设计平面标高；——方格网各角点的原地形标高；n——方格角点总数图1-3 一个平面的空间位置c—原点标高；=tanα=－，x方向的坡度；=tanβ=－，y方向的坡度由土方量计算公式〔1-12〕到式〔1-17〕可知，施工高度之和与土方工程量成正比由于施工高度有正有负，当施工高度之和为零时，那么说明该场地土方的填挖平衡，但它不能反映出填方和挖方的绝对值之和为多少。

为了不使施工高度正负相互抵消，假设把施工高度平方之后再相加，那么其总和能反映土方工程填挖方绝对值之和的大 小但要注意，在计算施工高度总和时，应考虑方格网各点施工高度在计算土方量时被应用的次数Pi，令为土方施工高度之平方和，那么: 〔1-8〕将式〔1-7〕代入上式，得当σ的值最小时，该设计平面既能使土方工程量最小，又能保证填挖方量相等〔填挖方不平衡时，上式所得数值不可能最小〕这就是用最小二乘法求最正确设计平面的方法为了求得σ最小时的设计平面参数c， ，，可以对式〔1-8〕的c， ， 分别求偏导数，并令其为0，于是得:〔1-9〕经过整理，可得以下准那么方程：〔1-10〕式中余类推解联立方程组〔1-10〕，可求得最正确设计平面〔此时尚未考虑工艺、运输等要求〕的三个参数c， ， 然后即可根据方程式〔1-7〕算出各角点的施工高度设计方案：1. 设计步骤当地形比较复杂时，一般需设计成多平面场地，此时可根据工艺要求和地形特点，预先把场地划分成几个平面，分别计算出最正确设计单平面的各个参数然后适当修正各设计单平面交界处的标高，使场地各单平面之间的变化平缓且连续因此，确定单平面的最正确设计平面是竖向规划设计的根底。

   2.设计用表在实际计算时，可采用列表方法〔表1-2〕最后一列的和[PH]可用于检验计算结果，当[PH]=0，那么计算无误应用上述准那么方程时，假设c或， 或时，只要把这些值作为常数代入，即可求得该条件下的最正确设计平面，但它与无任何限制条件下求得的最正确设计平面相比，其总土方量一般要比后者大例如要求场地为水平面〔即 ==0〕那么由式〔1-10〕中的第一式可得式〔1-11〕，按式〔1-11〕计算的c就是场地为水平面时的设计标高将式〔1-11〕与式〔1-3〕比较，它与 完全一样，说明按式〔1-3〕方法所得的场地设计平面，仅是在场地为水平面条件下的最正确设计平面，显然，它不能保证在一般情况下总的土方量最小〔1-11〕例1-2 对例1-1的矩形广场试用四方棱柱体法确定其最正确设计平面各方格顶点的施工高度。