01土方工程

第1章土方工程第1章土方工程1.1概述1.2场地平整与土方量计算1.3基坑土方工程施工1.4土方的填筑1.5土方的机械化施工本章小结§1.1概述一、土方工程的施工过程与常见类型二、土方工程的特点三、土的分类四、土的工程性质§1.1概述一、土方工程的施工过程与常见类型1.施工过程•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。2.常见类型•场地平整、基坑（槽）开挖、地坪填土、路基填筑及基坑回填土等。§1.1概述二、土方工程施工特点：1.工程量大、劳动繁重；2.施工条件复杂；3.受场地限制。因此，在组织土方工程施工前，应制订出技术可行经济合理的施工设计方案。§1.1概述三、土的分类：1.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：•松软土、普通土、坚土、砂砾坚土、软石、次坚石、坚石、特坚硬石八类。前四类为一般土，后四类为岩石。土的工程分类与现场鉴别方法见下表土的分类土的名称现场鉴别方法一类土(松软土)砂，亚砂土，冲积砂土层，种植土，泥炭(淤泥)能用锹、锄头挖掘二类土(普通土)亚粘土，潮湿的黄土，夹有碎石、卵石的砂，种植土，填筑土及亚砂土用锹、锄头挖掘，少许用镐翻松三类土(坚土)软及中等密实粘土，重亚粘土，粗砾石，干黄土及含碎石、卵石的黄土、亚粘土，压实的填筑土要用镐，少许用锹、锄头挖掘，部分用撬棍四类土(砂砾坚土)重粘土及含碎石、卵石的粘土，粗卵石，密实的黄土，天然级配砂石，软泥灰岩及蛋白石整个用镐、撬棍，然后用锹挖掘，部分用楔子及大锤土的分类土的名称现场鉴别方法五类土(软石)硬石炭纪粘土，中等密实的页岩、泥灰岩、白垩土，胶结不紧的砾岩，软的石炭岩用镐或撬棍、大锤挖掘，部分使用爆破方法六类土(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，片麻岩用爆破方法开挖,部分用风镐七类土(坚石)大理岩，辉绿岩，玢岩，粗、中粒花岗岩，坚实的白云岩、砂岩、砾岩、片麻岩、石灰岩，风化痕迹的安山岩、玄武岩用爆破方法开挖(特坚硬石))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、玢岩用爆破方法开挖§1.1概述四、土的工程性质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。§1.1概述四、土的工程性质1.土的可松性：•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：21;sVKV31sVKV（1-1）式中——最初可松性系数；——最后可松性系数；V1——土在自然状态下的体积（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）。sKsK土的分类可松性系数KSK’s一类土(松软土)1.08～1.171.01～1.03二类土(普通土)1.14～1.281.02～1.05三类土(坚土)1.24～1.301.04～1.07四类土(砂砾坚土)1.26～1.321.06～1.09五类土(软石)1.30～1.451.10～1.20六类土(次坚石)1.30～1.451.10～1.20七类土(坚石)1.30～1.451.10～1.20(特坚硬石))1.45～1.501.20～1.30§1.1概述四、土的工程性质1.土的可松性：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。土的最初可松性是计算土方施工机械及运土车辆等的重要参数；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。§1.1概述四、土的工程性质2.土的渗透性：•土的渗透性：指土体被水透过的性质。土的渗透性用渗透系数表示。•渗透系数：表示单位时间内水穿透土层的能力，以m/d表示。它同土的颗粒级配、密实程度等有关；是人工降低地下水位及选择各类井点的主要参数。§1.1概述四、土的工程性质3.原状土经机械压实后的沉降量：：•根据不同土质，其沉降量一般在：3~30cm之间。CPS式中：P——机械压实的有效作用力（MPa）C——原状土的抗陷系数（MPa）§1.2场地平整与土方量计算一、场地平整的概念场地平整就是将自然地面改造成人们所要求的平面。二、场地平整土方施工方案的确定1.先平整整个场地，后开挖基坑（槽）；2.先开挖基坑（槽），后平整场地；3.边平整场地，边开挖基坑（槽）。在场地平整前，必须确定场地设计标高、计算挖填方量、确定土方调配方案，并合理选择施工机械，拟定施工方案。1.2场地平整与土方量计算1.2.1场地设计标高的确定1.2.2场地平整土方工程量计算1.2.1场地标高设计一、场地设计标高确定的基本原则二、场地设计标高确定的两种方法三、场地设计标高的调整1.2.1场地标高设计一、场地设计标高确定的基本原则1.符合规划、生产工艺和运输要求；2.充分利用地形，以减少挖方数量；3.场地内的挖方和填方能达到相互平衡，且土方量最小；4.泄水坡度≥20/00；5.考虑最高洪水位的影响。1.2.1场地标高设计二、场地设计标高确定的方法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。二、场地设计标高确定的方法1.按挖填平衡原则确定设计标高计算步骤：•（1）根据场地地形图划分方格网（a=10m~40m）•（2）根据相邻等高线，用插入法计算或实测各方格角点的地面标高；•（3）根据挖填平衡原则计算场地设计标高；•（4）根据泄水坡度调整设计标高；•（5）根据场地设计标高确定施工高度。二、场地设计标高确定的方法1.按挖填平衡原则确定设计标高计算步骤：（1）根据场地地形图划分方格网（a=10m~40m）二、场地设计标高确定的方法1.按挖填平衡原则确定设计标高计算步骤：（2）根据相邻等高线，用插入法计算或实测各方格角点的地面标高；二、场地设计标高确定的方法1.按挖填平衡原则确定设计标高（3）根据挖填平衡原则计算场地设计标高。22123414niiiioizzzznaza1234114noiiiiizzzzzn考虑各角点标高的“权”（Pi）123412z344ozzzznz1——一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。二、场地设计标高确定的方法1.按挖填平衡原则确定设计标高（4）根据泄水坡度调整设计标高；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。aaaaaaaaaalxz42XYY211xiiyyiz0z42xi1-1z422-2z0yi2以Zo作为场地中心的设计标高，则场地任意点的设计标高为：'ioxxyyzzlili二、场地设计标高确定的方法1.按挖填平衡原则确定设计标高（5）根据场地设计标高确定施工高度•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：'iiiHzz（1-6）式中——角点的原地形标高。若Hi为正值，则该点为填方，Hi为负值则为挖方。iz二、场地设计标高确定的方法2.用最小二乘法确定最佳设计平面（1）原理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。在这个平面上任何一点i的标高，可以根据下式求出：xiyi'izc—原点标高；x方向的坡度；y的方向坡度tan,xciatan,ycibiixiyzcxiyi(1-6)其中—点在x方向的坐标；—点在y方向的坐标。ixiyii二、场地设计标高确定的方法2.用最小二乘法确定最佳设计平面（1）原理与前述方法类似，将场地划分成方格网，并将原地形标高标于图上，设最佳设计平面的方程为式（1-6）形式，则该场地方格网角点的施工高度为：iz(1,,)iiiixiyiHzzcxiyizin式中—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；—方格角点总数。iH'izizn（1-7）二、场地设计标高确定的方法2.用最小二乘法确定最佳设计平面（1）原理土方工程量与施工高度之和成正比。由于施工高度有正有负，当施工高度之和为零时，则表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，若把施工高度平方之后再相加，则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σ为土方施工高度之平方和，则:222211221niinnipHpHpHpH（1-8）二、场地设计标高确定的方法2.用最小二乘法确定最佳设计平面（1）原理将公式（1-7）代入上式，得:21111222222()()xyxynnxnynpcxiyizpcxiyizpcxiyiz　　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佳设计平面的方法。（1-9）二、场地设计标高确定的方法2.用最小二乘法确定最佳设计平面（2）计算方法为了求得σ最小时的设计平面参数c、、可以对式1-9的c、、分别求偏导数，并令其为0，于是得：xiyixixiyi111()0()0()0niixiyiiniiixiyiixniiixiyiiypcxiyizcpxcxiyizipycxiyizi（1-10）经过整理，可得下列准则方程：000xyxyxyPcPxiPyiPzPxcPxxiPxyiPxzPycPxyiPyyiPyz（1-11）式中：12nPPPP1122nnPxPxPxPx111222nnnPxxPxxPxxPxx111222nnnPxyPxyPxyPxy余类推。二、场地设计标高确定的方法解联立方程组（1-11），可求得最佳设计平面（此时尚未考虑工艺、运输等要求）的三个参数c、ix、iy。然后即可根据方程式（1-7）算出各角点的施工高度。在实际计算时，可采用列表方法（表1-2）。二、场地设计标高确定的方法2.用最小二乘法确定最佳设计平面（2）计算方法123456789101112131415点号xyzPPxPyPzPxxPxyPyyPxzPyzHPH0……………………………………1……………………………………2……………………………………3……………………………………………………………………………[P][Px][Py][Pz][Pxx][Pxy][Pyy][Pxz][Pyz][PH]最佳设计平面计算表表1-2最后一列的和[PH]可用于检验计算结果，当[PH]=0，则计算无误。应用上述准则方程时，若已知c或ix，或iy时，只要把这些已知值作为常数代入，即可求得该条件下的最佳设计平面。二、场地设计标高确定的方法2.用最小二乘法确定最佳设计平面但它与无任何限制条件下求得的最佳设计平面相比，其总土方量一定比后者大。三、场地设计标高的调整此工作在完成土方量计算后进行：（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。xi场地设计平面的调整工作也是繁重的，如修改设计标高，则须重新计算土方工程