土木工程施工01土方-01

1、1第一章 土方工程1.1 概 述 第一章 土方工程21.1 概 述 土方工程包括一切土的挖掘、填筑和運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程以及排水、降水、土壁支撐等準(zhǔn)備工作和輔助工程。在工程中，最常見(jiàn)的土方工程有：場(chǎng)地平整、基坑（槽）開(kāi)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、勞動(dòng)繁重和施工條件復(fù)雜等特點(diǎn)，其不可確定的因素也較多，有時(shí)施工條件極為復(fù)雜。因此，在組織土方工程施工前，應(yīng)制訂出技術(shù)可行經(jīng)濟(jì)合理的施工設(shè)計(jì)方案。第一章 土方工程3土的分類繁多，其分類法也很多，如按土的沉積年代、顆粒級(jí)配、密實(shí)度、液性指數(shù)分類等。在土木工程施工中，按土的開(kāi)挖難易程度將土分為八類： 第一類（松軟土） 第二類（普通土

2、） 第三類（堅(jiān)土） 第四類（礫砂堅(jiān)土） 第五類（軟石） 第六類（次堅(jiān)石） 第七類（堅(jiān)石） 第八類（特堅(jiān)石） 第一章 土方工程4 土的工程性質(zhì)對(duì)土方工程施工有直接影響，也是進(jìn)行土方施工設(shè)計(jì)必須掌握的基本資料。土的主要工程性質(zhì)有：土的可松性；原狀土經(jīng)機(jī)械壓實(shí)后的沉降量等；此外還有：滲透性、密實(shí)度、抗剪強(qiáng)度、土壓力等，這些內(nèi)容在土力學(xué)中有詳細(xì)分析，在此不再贅述。以下重點(diǎn)討論土的可松性。第一章 土方工程5式中 最初可松性系數(shù)； 最后可松性系數(shù)； V1 土在自然狀態(tài)下的體積（m3）； V2 土經(jīng)開(kāi)挖后的松散體積（m3）； V3 土經(jīng)回填壓實(shí)后的體積（m3）。 土具有可松性，即自然狀態(tài)下的土，經(jīng)過(guò)開(kāi)挖后，

3、其體積因松散而增大，以后雖經(jīng)回填壓實(shí)，仍不能恢復(fù)。土的可松性程度用可松性系數(shù)表示，即：（1-1）第一章 土方工程6 土的可松性的應(yīng)用 由于土方工程量是以自然狀態(tài)的體積來(lái)計(jì)算的，所以在土方調(diào)配、計(jì)算土方機(jī)械生產(chǎn)率及運(yùn)輸工具數(shù)量等的時(shí)候，必須考慮土的可松性。如：在土方工程中，土的最初可松性是計(jì)算土方施工機(jī)械及運(yùn)土車輛等的重要參數(shù)，土的最終可松性是計(jì)算場(chǎng)地平整標(biāo)高及填方時(shí)所需挖土量的重要參數(shù)。 第一章 土方工程7第一章土方工程1.2 場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高的確定第一章 土方工程81.2 場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高的確定 大型工程項(xiàng)目通常都要確定場(chǎng)地設(shè)計(jì)平面，進(jìn)行場(chǎng)地平整。場(chǎng)地平整就是將自然地面改造成人們所要求的平面。 場(chǎng)地

4、設(shè)計(jì)標(biāo)高應(yīng)滿足規(guī)劃、生產(chǎn)工藝及運(yùn)輸、排水及最高洪水位等要求，并力求使場(chǎng)地內(nèi)土方挖填平衡且土方量最小。第一章 土方工程9場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高的兩種方法：1一般方法：如場(chǎng)地比較平緩，對(duì)場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高無(wú)特殊要求，可按照“挖填土方量相等”的原則確定場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高；2用最小二乘法原理求最佳設(shè)計(jì)平面：應(yīng)用最小二乘 法的原理，不僅可滿足土方挖填平衡、還可做到土方的總工程量最小。 第一章 土方工程101.2.1 場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高計(jì)算的一般方法 1.2.1.1 計(jì)算原則 將場(chǎng)地劃分成邊長(zhǎng)為a 的若干方格，并將方格網(wǎng)點(diǎn)的原地形標(biāo)高標(biāo)在圖上（圖1-1a）。原地形高可利用等高線用插入法求得或在實(shí)地測(cè)量得到。a) 地形圖方格網(wǎng)圖1-1

5、 場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高計(jì)算示意圖1等高線第一章 土方工程111.2.1 場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高 計(jì)算的一般方法 1.2.1.1 計(jì)算原則 按照挖填土方量相等的原則（圖1-1b），場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高可按下式計(jì)算：（1-2）b）設(shè)計(jì)標(biāo)高示意圖圖1-1 場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高計(jì)算示意圖2自然地面；3設(shè)計(jì)平面第一章 土方工程12由式1-2可得到：（1-3）式中 zo所計(jì)算場(chǎng)地的設(shè)計(jì)標(biāo)高（m）； n 方格數(shù)； zi1、zi2、zi3、zi4第i個(gè)方格四個(gè)角點(diǎn)的原地形 標(biāo)高（m）。 第一章 土方工程13 點(diǎn)的標(biāo)高在計(jì)算過(guò)程中被應(yīng)用的次數(shù)( Pi ) 反映了各角點(diǎn)標(biāo)高對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響程度，測(cè)量上的術(shù)語(yǔ)稱為“權(quán)”。 考慮各角點(diǎn)標(biāo)高的“權(quán)”，式

6、（1-3）可改寫成更便于計(jì)算的形式：式中 z1 一個(gè)方格獨(dú)有的角點(diǎn)標(biāo)高； z2、z3、z4 分別為二、三、四個(gè)方格 所共有的角點(diǎn)標(biāo)高。（1-4） 第一章 土方工程141.2.1.2 計(jì)算步驟劃分場(chǎng)地方格網(wǎng)；計(jì)算或?qū)崪y(cè)各角點(diǎn)的原地形標(biāo)高；按式（1-4）計(jì)算場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高；設(shè)計(jì)標(biāo)高調(diào)整；施工高度計(jì)算。下面分別討論： 設(shè)計(jì)標(biāo)高調(diào)整與施工高度計(jì)算問(wèn)題 第一章 土方工程15設(shè)計(jì)標(biāo)高調(diào)整 設(shè)計(jì)標(biāo)高的調(diào)整主要是泄水坡度的調(diào)整，由于按式（1-4）得到的設(shè)計(jì)平面為一水平的挖填方相等的場(chǎng)地，實(shí)際場(chǎng)地均應(yīng)有一定的泄水坡度。因此，應(yīng)根據(jù)泄水要求計(jì)算出實(shí)際施工時(shí)所采用的設(shè)計(jì)標(biāo)高。第一章 土方工程16 以Zo 作為場(chǎng)地中心

7、的標(biāo)高（圖1-2），則場(chǎng)地任意點(diǎn)的設(shè)計(jì)標(biāo)高為：（1-5） 圖1-2 場(chǎng)地泄水坡度第一章 土方工程17施工高度計(jì)算 求得 后，即可按下式計(jì)算各角點(diǎn)的施工高度Hi，施工高度的含義是該角點(diǎn)的設(shè)計(jì)標(biāo)高與原地形標(biāo)高的差值：（1-6） 式中 角點(diǎn)的原地形標(biāo)高。 若Hi為正值，則該點(diǎn)為填方，Hi為負(fù)值則為挖方。 第一章 土方工程181.2.2 最佳設(shè)計(jì)平面 最佳設(shè)計(jì)平面即設(shè)計(jì)標(biāo)高滿足規(guī)劃、生產(chǎn)工藝及運(yùn)輸、排水及最高洪水位等要求，并做到場(chǎng)地內(nèi)土方挖填平衡，且挖填的總土方工程量最小。第一章 土方工程191.2.2.1 最佳設(shè)計(jì)平面設(shè)計(jì)原理 任何一個(gè)平面在直角坐標(biāo)體系中都可以用三個(gè)參數(shù) c、 、 來(lái)確定（圖1-3

8、）。c 原點(diǎn)標(biāo)高； x 方向的坡度； y 的方向坡度第一章 土方工程201.2.2.1 最佳設(shè)計(jì)平面設(shè)計(jì)原理 在（圖1-3）所示的這個(gè)平面上任何一點(diǎn) i 的標(biāo)高 ，可以根據(jù)下式求出：(1-7) 其中 點(diǎn)在 x 方向的坐標(biāo)； 點(diǎn)在 y 方向的坐標(biāo)。式（1-7）為最佳設(shè)計(jì)平面的方程形式。第一章 土方工程21 與前述方法類似，將場(chǎng)地劃分成方格網(wǎng)，并將原地形標(biāo)高 標(biāo)于圖上，則該場(chǎng)地方格網(wǎng)角點(diǎn)的施工高度為： 式中 方格網(wǎng)各角點(diǎn)的施工高度； 方格網(wǎng)各角點(diǎn)的設(shè)計(jì)平面標(biāo)高； 方格網(wǎng)各角點(diǎn)的原地形標(biāo)高； 方格角點(diǎn)總數(shù)。(1-8) 第一章 土方工程22 土方工程量與施工高度之和成正比。 施工高度之和為零時(shí)，則表明

9、該場(chǎng)地土方的填挖平衡， 但由于施工高度有正有負(fù)，當(dāng)?shù)荒芊从吵鎏罘胶屯诜降慕^對(duì)值之和為多少。第一章 土方工程23 為了不使施工高度正負(fù)相互抵消，若把施工高度平方之后再相加，則其總和能反映土方工程填挖方絕對(duì)值之和的大小。 但要注意，在計(jì)算施工高度總和時(shí)，應(yīng)考慮方格網(wǎng)各點(diǎn)施工高度在計(jì)算土方量時(shí)被應(yīng)用的次數(shù)Pi，令為土方施工高度之平方和，則:（1-9） 第一章 土方工程24將公式（1-8）代入上式，得: 當(dāng)?shù)闹底钚r(shí)，該設(shè)計(jì)平面既能使土方工程量最小，又能保證填挖方量相等（填挖方不平衡時(shí)，上式所得數(shù)值不可能最?。?。這就是用最小二乘法求最佳設(shè)計(jì)平面的方法。第一章 土方工程251.2.2.2 最佳設(shè)計(jì)平

10、面的計(jì)算方法 為了求得最小時(shí)的設(shè)計(jì)平面參數(shù)c、 、 可以對(duì)式1-9的c、 、 分別求偏導(dǎo)數(shù)，并令其為0，于是得：（1-10） 第一章 土方工程26經(jīng)過(guò)整理，可得下列準(zhǔn)則方程： （1-11） 式中 余類推。 第一章 土方工程27 解聯(lián)立方程組（1-11），可求得最佳設(shè)計(jì)平面的三個(gè)參數(shù)c、 ix 、iy （尚未考慮工藝、運(yùn)輸?shù)纫螅?，然后即可根?jù)方程式（1-3）算出各角點(diǎn)的施工高度。 在實(shí)際計(jì)算時(shí)，可采用列表方法（表1-3）。最后一列的和PH可用于檢驗(yàn)計(jì)算結(jié)果，當(dāng)PH=0，則計(jì)算無(wú)誤。第一章 土方工程28123456789101112131415點(diǎn)號(hào)xyzppzpypzpxxpxypyypxzpy

11、zHpH0123p pz py pz pxx pxy pyy pxz pyz Ph29 應(yīng)用上述準(zhǔn)則方程時(shí)，若已知c 或ix，或 iy 時(shí)，只要把這些已知值作為常數(shù)代入，即可求得該條件下的最佳設(shè)計(jì)平面。第一章 土方工程301.2.2.3 設(shè)計(jì)標(biāo)高的調(diào)整 實(shí)際工程中，對(duì)計(jì)算所得的設(shè)計(jì)標(biāo)高，還應(yīng)考慮下述因素進(jìn)行調(diào)整，這工作在完成土方量計(jì)算后進(jìn)行。(1) 考慮土的最終可松性，需相應(yīng)提高設(shè)計(jì)標(biāo)高，以達(dá)到 土方量的實(shí)際平衡。(2) 考慮工程余土或工程用土，相應(yīng)提高或降低設(shè)計(jì) 標(biāo)高。(3) 根據(jù)經(jīng)濟(jì)比較結(jié)果，如采用場(chǎng)外取土或棄土的施工方案，則應(yīng)考慮因此引起的土方量的變化，需將設(shè)計(jì)標(biāo)高進(jìn)行調(diào)整。 場(chǎng)地設(shè)計(jì)平

12、面的調(diào)整工作也是繁重的，如修改設(shè)計(jì) 標(biāo)高，則須重新計(jì)算土方工程量。第一章 土方工程31第一章 土方工程1.3 土方工程量計(jì)算第一章 土方工程321.3 土方工程量計(jì)算 在土方工程施工之前，通常要計(jì)算土方的工程量。但土方工程的外形往往復(fù)雜，不規(guī)則，要得到精確的計(jì)算結(jié)果很困難。一般情況下，都將其假設(shè)或劃分成為一定的幾何形狀，并采用具有一定精度而又和實(shí)際情況近似的方法進(jìn)行計(jì)算。 第一章 土方工程33第一章 土方工程341.3.1 坑（槽）和路堤的土方量計(jì)算基坑（槽）和路堤的土方量可按擬柱體體積的公式計(jì)算（圖1-4），即 （1-13） 式中 V土方工程量（m3）； H、F1、F2如圖所示。 對(duì)基坑而言

13、，H為基坑的深度，F(xiàn)1、F2分別為基 坑的上下底面積（m2）； 對(duì)基槽或路堤，H為基槽或路堤的長(zhǎng)度（m）， F1、F2為兩端的面積（m2）； F0 F1與F2之間的中截面面積（m2）。第一章 土方工程35a）基坑土方量計(jì)算 ；b）基槽、路堤土方量計(jì)算圖1-4 土方量計(jì)算第一章 土方工程36 基槽與路堤通常根據(jù)其形狀（曲線、折線、變截面等）劃分成若干計(jì)算段，分段計(jì)算土方量，然后再累加求得總的土方工程量。如果基槽、路堤是等截面的，則F1 = F2 = F0 ，由式（1-13）計(jì)算V = H F1 。 第一章 土方工程371.3.2 場(chǎng)地平整土方量 1.3.2.1 計(jì)算步驟1. 場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高確定后，

14、求出平整的場(chǎng)地各角點(diǎn)的施工 高度Hi 。 2. 確定“零線”的位置。 確定“零線”的位置，了解整個(gè)場(chǎng)地的挖、填區(qū)域 分布狀態(tài)。按每個(gè)方格角點(diǎn)的施工高度算出填、挖土方量，并 計(jì)算場(chǎng)地邊坡的土方量，這樣即得到整個(gè)場(chǎng)地的 填、挖土方總量。 第一章 土方工程381.3.2.2 零線的確定零線即挖方區(qū)與填方區(qū)的交線，在該線上施工高度為零。零線的確定方法是：在相鄰角點(diǎn)施工高度為一挖一填的方格邊線上，用插入法求出零點(diǎn)（0）的位置（圖1-5），將各相鄰的零點(diǎn)連接起來(lái)即為零線。 圖1-5 零點(diǎn)計(jì)算示意圖第一章 土方工程39 如不需計(jì)算零線的確切位置，則繪出零線的大致走向即可。零線確定后，便可 進(jìn)行土方量的計(jì)算。

15、方格中土方量的計(jì)算有兩種方法：“四方棱柱體法”和“三角棱柱體法”。 第一章 土方工程401.3.2.3 四方棱柱體的體積計(jì)算方法四方棱柱體的體積計(jì)算方法分兩種情況： 1方格四個(gè)角點(diǎn)全部為填或全部為挖（圖1-6a）時(shí)： 式中 V 挖方或填方體積（m3）； H1、H 2、H3、H4 方格四個(gè)角點(diǎn)的填挖高度，均取絕對(duì)值（m）。 a ）角點(diǎn)全填或全挖圖1-6 四方棱柱體的體積計(jì)算 （1-14）第一章 土方工程41 2方格四個(gè)角點(diǎn)，部分是挖方，部分是填方（圖1-6b和c）（1-15）（1-16）式中 H填（挖） 方格角點(diǎn)中填（挖）方施工高度的總和， 取絕對(duì)值（m）； H 方格四角點(diǎn)施工高度之總和，取絕對(duì)值（m）； a 方格邊長(zhǎng)（m）。 圖1-6 四方棱柱體的體積計(jì)算 b) 角點(diǎn)二填二挖 ； c)角點(diǎn)一填（挖）三挖（填）第一章 土方工程421.3.2.4 三角棱柱體的體積計(jì)算方法計(jì)算時(shí)先把方格網(wǎng)順地形等高線，將各個(gè)方格劃分成三角形（圖1-7）。圖1-7 按地形將方格劃分成三角形第一章 土方工程43 三角形的三角點(diǎn)的填挖施工高度，用H1，H2，H3表示。 三角棱柱體的體積計(jì)算方法也分兩種情況：1當(dāng)三角形三個(gè)角點(diǎn)全部為挖或全部為填時(shí)（圖1-8a） （1-17）圖1-8 三角棱柱體的體積計(jì)算a) 全填