土木工程施工1(土方工程)1.1,1.2.ppt

第1篇 专业工种工程施工技术第一章 土方工程1.1 概述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工程施工具有工程量大、劳动繁重和施工条件复杂等特点，其不可确定的因素也较多，有时施工条件极为复杂土的分类繁多，其分类法也很多，如按土的沉积年代、颗粒级配、密实度、液性指数分类等在土木工程施工中，按土的开挖难易程度将土分为八类：第一类（松软土） 第五类（软土）第二类（普通土） 第六类（次坚石）第三类（坚土） 第七类（坚石）第四类（砂砾坚土） 第八类（特坚石）土的分类土的名称密度（ kg/m3）开挖方法一类土 （松软土）砂土；粉土；冲积砂土层；疏松的种植土；淤泥600～ 1500用锹、锄头挖掘二类土 （普通土）粉质粘土；潮湿的黄土；夹有碎石、卵石的砂； 粉土混卵(碎)石；种植土；填土1100～ 1600用锹、锄头挖掘， 少许用镐翻松三类土 （坚土）软及中等密实粘土；重粉质粘土；砾石土；干黄 土；含碎(卵)石的黄土；粉质粘土；压实的填土1750～ 1900主要用镐，少许用 锹、锄头，部分用 撬棍四类土 （砂砾坚土）坚实密实的粘性土或黄土；中等密实的含碎(卵) 石粘性土或黄土；粗卵石；天然级配砂石；软泥 灰岩1900用镐或撬棍，部分 用锲子及大锤五类土 （软石）硬质粘土；中密的页岩、泥灰岩、白垩土；胶结 不紧的砾岩；软石灰岩及贝壳石岩1100～ 2700用镐或撬棍、大锤 ，部分用爆破六类土 （次坚石）泥岩；砂岩；砾岩；坚实的页岩、泥灰岩；密实 的石灰岩；风化花岗岩、片麻岩2200～ 2900用爆破方法，部分 用风镐七类土 （坚石）大理岩；辉绿岩；粉岩；粗、中粒花岗岩；坚实 的白云岩、砂岩、砾岩、片麻岩、石灰岩2500～ 3100用爆破方法八类土 （特坚石）安山岩；玄武岩；花岗片麻岩；坚实的细粒花岗 岩、闪长岩、石英岩、辉长岩、辉绿岩2700～ 3300用爆破方法土的工程性质对土方工程施工有直接影响，也是进行土方施工设计必须掌握的基本资料。

土的主要工程性质有：土的可松性；原状土经机械压实后的沉降量等；此外还有：渗透性、密实度、抗剪强度、土压力等.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；—最后可松性系数；—土在自然状态下的体积（m³）；—土经开挖后的松散体积（m³）；—土经过回填压实后的体积（m³） 在土方工程中，土的最初可松性是计 算土方施工机械率、运土车辆数量及弃土 坑容积等的重要参数，土的最终可松性是 计算场地平整标高及填方时所需挖土量的 重要参数第一章 土方工程1.2 场地平整1.2 场地平整大型工程项目通常都要确定场地设计平面，进行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 场地设计标高一般有两种方法：1、一般方法：如场地比较平缓，对场地设计标高无特殊要求，可按照“挖填土方量相等”的原则确定场地设计标高；2、用最小二乘法原理求最佳设计平面：应用最小二乘法的原理，不仅可满足土方挖填平衡、还可做到土方的总工程量最小。

1.2.1 场地竖向规划设计1 1、、场地设计标高H0的确定H0的重要性：场地设计标高是进行场地平整和土方量计算的依据，也是总图规划和竖向设计的依据合理地确定场地设计标高，对减少土方工程量、加速工程进度、降低工程造价有着重要意义2、H0 的确定原则● 满足生产工艺和运输的要求；● 充分利用地形，分区或分台阶布置，分别确定不同的设计标高；● 考虑挖填平衡，弃土运输或取土回填的土方量最少；● 要有合理的泄水坡度(≧2‰)，满足排水要求；● 考虑最高洪水位的影响3、H0 的确定步骤如场地设计标高无特殊要求时，可根据挖填土方量平衡的原则确定H0 ,其步骤如下：⑴ 划分方格网方格网边长a 可取10～50m，常用20m、40m；⑵ 确定各方格网角点高程● 水准仪实测；● 利用地形图上相邻两等高线的高程，用插入法求得 用插入法求得 H13=251.70 水准仪进行高程测量⑶ 按挖填平衡确定设计标高按每一个方格的角点的计算次数（权数），即方格的角点为几个方格共有的情况，确定设计标高H0的实用公式为：式中：n —— 方格网数；H1 —— 一个方格仅有的角点坐标；H2 —— 两个方格共有的角点坐标；H3 —— 三个方格共有的角点坐标；H4 —— 四个方格共有的角点坐标。

4、设计标高调整设计标高的调整主要是泄水坡度的调整，由于按式（1-4）得到的设计平面为一水平的挖填方相等的场地，实际场地均应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Z0作为场地中心的标高（图1-2），则任意点的设计标高为：（1-5）以Z0作为场地中心的标高（图1-2），则任意点的设计标高为：（1-5）施工高度计算求得 后，即可按下式计算各角点的施工高 ，施工高度的含义是该角点的设计标高与原地地形标高的差值；（1-6）式中 —角点的原地形标高若 为正值，则该点位填方， 为负值则为挖方1.2.1.2 最佳设计平面最佳设计平面即设计标高满足规划、生产工艺及运输、排水及最高洪水位等要求，并做到场内土方挖填平衡，且挖填的总土方工程量最小最佳设计平面计算表最佳设计平面计算表 表表1-31-31.2.1.3设计标高的调整实际工程中，对计算所得的设计标高，还应考虑下述因素进行调整，这工作在完成土方量计算和进行1）考虑土的最终可松性，需相应提高设计标高，以达到土方量的实际平衡2）考虑工程余土或工程用土，相应提高或降低设计标高3）根据经济比较结果，如采用场外取土或弃土的施工方案，则应考虑因此引起的土方量的变化，需将设计标高进行调整。

场地设计平面的调整工作也使繁重的，如修改设计标高，则须重新计算土方工程量1.2.2场地平整土方量的计算计算步骤：1、场地设计标高确定后，求出平整的场地各角点的施工高度Hi2、确定“零线”的位置；确定“零线”的位置有助于了解整个场地的挖、填区域分布状态3、然后按每个方格角点的施工高度计算出填、挖土方量，并计算场地边坡的土方量，这样即得到整个场地的填、挖土方量零线的确定零线即挖方区与填方区的交线，在该线上，施工高度为零零线的确定方法是：在相邻角点施工高度为一挖一填的方格边线上，用插入法求出零点（0）的位置（图1-4），将各相邻的零点连接起来即为零线图1-4 零点计算示意图如不需计算零线的确切位置，则绘出零线的大致走向即可零线确定后，便可进行土方量的计算方格中土方量的计算有两种方法：“四方棱柱体法”和“三角棱柱体法”1.2.2.1 四方棱柱体的体积计算方法四方棱柱体的体积计算方法分为两种情况：1.方格四个角点全部为填或全部为挖（图1-5a）时候：(1—14）式中 V—挖方或填方体积（m3）；H1，H2，H3，H4—方格四个角点的填挖高度，均取绝对值（m）2.方格四个角点，部分式挖方，部分式填方（图1-5b和c）时：（1-15）(1-16) 式中 —方格角点中填（挖）方施工高度的总和，取绝对值（m）—方格四角点施工高度之总和，取绝对值（m）；—方格边长（m）。

a)角点全填或全挖 b）角点二填二挖 c）角点一填（挖）三挖（填）图1-6四方棱柱体的体积计算1.2.2.2 三角棱柱体的体积计算方法计算时先把方格网顺地形等高线，将各个方格划分成三角形（图1-6）图1-6按地形将方格划分成三角形每个三角形的三个角点的填挖施工高度，用H1，H2，H3表示三角棱柱体的体积计算方法也分为两种情况：1.当三角形三个角点全部为填或全部为挖（图1-7a）时候：(1-17)式中 a—方格边长（m）；H1，H2，H3—三角形各角点的施工高度，用绝对值代入2.三角形三个角点有填有挖时，零线将三角形分成两部分，一个是底面为三角形的锥体，一个是底面为四边形的楔体（图1-7）其中锥体部分的体积为：(1-18)a)全填或全挖 b）锥体部分为填方图1-8 三角棱柱体的体积计算楔体部分的体积为：(1-19)式中 H1，H2，H3—分别为三角形各角点的施工高度（m），取绝对值，其中H3指的时锥体顶点的施工高度1.2.3 土方调配1、 土方调配的步骤划分调配区（绘出零线）→ 计算调配区之间的平均运距（即挖方区至填方区土方重心的距离）→ 确定初始调配方案→ 优化方案判别→ 绘制土方调配图表。

2、土方调配的原则土方调配是土方规划中的一个重要内容其原则是：力求挖填平衡、运距最短、费用最省，考虑土方的利用，以减少土方的重复挖填和运输3、最优调配方案的确定最优调配方案的确定，是以线性规划为理论基础 ，常用“表上作业法”求解调配的步骤如下：：用“最小元素法” 编制初始调配方案最优方案判别绘制土方调配图最优方案判别方案的调整是否(1) 初始调配方案下图为一矩形广场，图中小方格内的数字为各调配区的 土方量，箭杆上的数字则为各调配区之间的平均运距试求 土方调配最优方案500500800600500500400W1T1W3 6 05 07 011 08070401009040100W4T3W2T27 0挖方区 编号填方区编号挖方区需 调出土方填方区需 调进土方调配区间的 平均运距5 土方调配共46页 第33页各调配区土方量及平均运距填方区挖方区T1T2T3挖方量 m3 W1x1150x1270x13100500 C,11C,12C,13 W2x2170x2240x2390500 C,21C,22C,23 W3x3260x32110x3370500 C,31C,32C,33 W4x4180x42100x4340400 C,41C,42C,43填方量 m38006005001900填方区 挖方区T1T2T3挖方量m3W15070100500 C,11C,12C,13 W2×7050040×90500 C,21C,22C,23 W36011070500 C 31C 32C 33 W4×80×10040040400 C,41C,42C,43 填方量m38006005001900步骤1：选取平均运距最小(C22=C43=40)的方格，确定 它所对应的调配土方数，并使其尽可能大。

本例选取C43=40 ，X43=400(W4的全部挖方调往T3)，X41、X42=0 (W4的挖 方不调往T1、T2)，在X41、X42的方格内画上“×”填方区 挖方区T1T2T3挖方量m3 W170100500 C,11C,12C,13 W27090500 C,21C,22C,23 W3500 C,31C,32C,33 W4×80×10040040400 C,41C,42C,43 填方量m38006005001900步骤2：重复步骤1，按平均运距由小到大依次计算X22、X11、X31 （ C22→C11→C31） ，我们就得到了土方调配的初始方案5005001003001004050××××6070110(2) 最优方案判别初始调配方案是按“就近调配”求得的，它保证 了挖填平衡、总运输量是较小的，但不一定是最小的 ，因此还需进行判别在“表上作业法”中判别最优方案的方法有很多 ，这里我们介绍引入“假想价格系数”求检验数λij来判别首先求出表中各方格的假想价格系数，有调配土方的假想价格系数C，ij=Cij ，无调配土方的假想价格系数按下式计算：利用已知的假想价格系数，我们可以逐个求解 未知的C，ij。

步骤1：在有调配土方的方格内， C，ij=Cij ，。