第一章 土石方工程

2019年8月11日星期日TeacherChenHong第一篇专业工种工程施工技术2019年8月11日星期日TeacherChenHong第一章：土石方工程2019年8月11日星期日TeacherChenHong第一节概述一．土石方工程施工内容：一切土石的挖掘，填筑和运输以及为施工作准备的排水，降水和土壁支撑等工程称土石方工程。常见的内容有：场地平整，基槽坑的开挖，地坪填土，路基填筑及基坑回填土。2019年8月11日星期日TeacherChenHong二．土石方工程的施工特点和要求：1.特点：施工面广，工程量大，施工条件差，劳动繁重，受气候、水文地质影响较大．2019年8月11日星期日TeacherChenHong2.要求(七方面)：（1）要满足场地及基槽坑标高,断面准确,施工安全,土体有足够的强度和稳定性,达到工程量少,工期短,费用省;（2）合理调配土石方量,使总的施工工作量最少;（3）合理选择机械,保证机械发挥最大的效益;2019年8月11日星期日TeacherChenHong（4）做好运输道路,排、降水,土壁支撑等准备工作;（5）合理安排施工计划,避免冬雨季施工;（6）保证工程质量,对工程中遇到的实际问题提出解决措施;（7）城市施工应特别注意文明施工和确保安全.2019年8月11日星期日TeacherChenHong三.土的工程性质:1.土的分类:定额将土分为11类普氏分类将土分为16类。2019年8月11日星期日TeacherChenHong（1）在建筑工程中，根据工程性质，将能作为建筑用的土分为五大类：I.粘性土II.砂土，III.碎石土IV.岩土，V.人工填土。2019年8月11日星期日TeacherChenHong（2）按开挖的难易程度分类为八大类：松软土普通土坚土砂砾坚土软石次坚石坚石特坚石2019年8月11日星期日TeacherChenHong2．土的含水量（干湿度）是指在天然状态下，土中水的质量与土颗粒质量之比的百分率称为土的含水量。时为湿土。当时为潮湿土；当时为干土；当%30%30%5%5%,1002019年8月11日星期日TeacherChenHong3．土的可松性和可松性的系数：（1）土的可松性：是指自然状态下的土，经开挖后，其体积因松散而增加，以后虽经回填压实，仍不能恢复到原体积的这种性质称为土的可松性：2019年8月11日星期日TeacherChenHong（2）可松性系数：Ks=V2/V1;Ks’=V3/V1式中：Ks为最初可松性系数,如；松土1.08~1.17,普通土1.14~1.28,坚土1.24~1.30；Ks’为最后可松性系数,如：松土1.01~1.04普通土1.02~1.05,坚土1.04~1.07;2019年8月11日星期日TeacherChenHongV1——土在天然状态时的体积;(坑槽的体积)V2——土经开挖后的松散体积;（堆积体积）V3——土经回填压实后的体积。2019年8月11日星期日TeacherChenHong4．土的透水性：是指土中水流通过土孔隙的难易程度。其衡量指标是：渗透系数K，它表示单位时间内水穿透土的能力。由K的大小将土分为2类：不透水性土K0.005m/天，透水性土K0.005m/天，K值一般通过室内实验和现场抽水实验测定（扬水实验）。2019年8月11日星期日TeacherChenHong5．土的粘结力.摩擦力和抗剪强度。是表明土体承受外荷作用的强度和稳定性.（1）粘结力：是指土固体之间的凝聚能力；（2）摩擦力：是指土体产生相对移动时产生的力；（3）抗剪强度：是指土在外力作用下将要产生剪应力，土对剪应力的抵抗能力。2019年8月11日星期日TeacherChenHong第二节土石方的计算与调配2019年8月11日星期日TeacherChenHong一．基槽坑和路堤的土方量计算〈一般用平均断面法〉1.平均断面法：是指将不规则的土石方用相互平行的平面划分为比较规则的断面，利用数学的原理进行体积计算的方法。一般基坑采用拟柱体计算，基槽和路基采用沿长度方向分段计算。2019年8月11日星期日TeacherChenHong2.计算公式：（1）基坑：V=H（F1+4F+F2）/6式中:H——基坑深度；F1、F2——基坑上下两底面积；F——基坑中截面面积。2019年8月11日星期日TeacherChenHong（2）基槽和路堤：Vi=Li（F1+4F+F2）/6式中：Vi——第i段的土方量；Li——第i段的长度。各段算法相同，然后将各段土方量叠加即得总土方量；V=V1+V2+…..+Vn。2019年8月11日星期日TeacherChenHong二．场地平整的土方量计算：1.场地最佳设计平面；是指在满足建筑规划，生产工艺和运输，排水等要求的前提下，尽量使土方填挖平衡并使总的土方运输量达到最少，这样的设计平面称为最佳设计平面。2019年8月11日星期日TeacherChenHong一般运用最小二乘法原理求出最佳设计平面的参数(原点标高及地面坡度)。填挖高度的平方和为最小的平面即为最佳。由图1-1-3可知:在平面ABC上任一点i的标高方向的坡度。点在方向的坐标；点在的标高；任一点式中：yxiiiyxiyxiZiyixcZyxiiyixiii,,,,1......''2019年8月11日星期日TeacherChenHong方格角点总数标高；方格网各角点的原地形面标高；方格网各角点的设计平度；方格网各角点的施工高式中：高度为：故方格网各角点的施工天然地面标高之差。是指设计平面的标高与施工高度nZZHniZiyixcZZHiiiiyixiiii''2......2,1.22019年8月11日星期日TeacherChenHong方程：，经整理得出下列准则且令其为求偏导式并分别对式代入将上面和为土方施工高度的平方，令用次数度在计算时的应考虑方格网各点施工高0,323............221121yxHPHPHPPnninii2019年8月11日星期日TeacherChenHongyxnnnnnnnnnyxyxyxiicyxPyxPyxPPxyxxPxxPxxPPxxxPxPxPPxPPPPPyziPyyiPxycPyPxziPxyiPxxcPxPziPyiPxcP、、式得其余类推，解式中：:4........................4...0002221112221112211212019年8月11日星期日TeacherChenHong2、讨论最佳设计平面的几种情况：(1)场地为水平面时：ix=iy=0，H0=C(2)C为一定值(已知),根据(4)式求ix,iy；(3)ix或iy已知,根据(4)式求出另两个参数。2019年8月11日星期日TeacherChenHong3、场地设计标高调整（1）土的可松性系数影响设挖方区面积为Fw，体积为Vw,填方区面积FT，体积VT，求设计标高达到挖填平衡时的提高值⊿H，则有：HHHFFVVKHiiTWTWs0'2019年8月11日星期日TeacherChenHong（2）根据场地竖向规划时要满足生产工艺、运输、排水等要求及地下工程施工后的余土或路堤，池塘等填土而需调整设计标高：（3）场地取御土，要达到最经济。为场地的边长为场地方格网数为挖填后多余的土方量式中：aNQNaQHHii202019年8月11日星期日TeacherChenHong4.场地平整土方量计算：一般计算采用方格网平均高度法（取角点施工高度的平均值）进行计算，计算过程中只有一挖一填的两点会出现零线（零线：是指填挖土的交界线，施工高度为零）。用插入法来确定出零线点的位置，连接即成零线。2019年8月11日星期日TeacherChenHong(1)四棱柱体法：（人工设计）A.当方格网和各角点的施工标高均为正或为负时：V=（H1+H2+H3+H4）a2/4B.方格网中有挖有填时：V填=a2(H填)2/4H;V挖=a2(H挖)2/4H式中：H取绝对值2019年8月11日星期日TeacherChenHong(2)三角梭柱体法：（计算机使用）2019年8月11日星期日TeacherChenHong5、场地土方量计算的步骤（整理）：（1）划分方格网；（2）确定场地方格网中各角点的原始标高，（插入法、图解法、实测法）（3）求最佳设计平面；（4）计算各方格土方量；（5）分别求出挖填方量的总和。2019年8月11日星期日TeacherChenHong三、土方调配：是指在场地平整中，挖土的利用和堆弃与填土的取得三者之间关系的确定。目的：使挖填平衡时土方量最小，土方总输运量最少，运输成本和施工费用最低的情况下，确定土方调配的数量和方向，从而达到缩短工期，降低施工费用。2019年8月11日星期日TeacherChenHong程序：划分土方调配区，计算土方调配区之间的平均运距，单位土方的运价或单位土方施工费用，然后确定土方的最优调配方案，绘出调配图。2019年8月11日星期日TeacherChenHong1.划分调配区,土方运距,单位土方运价或施工费用:(1)土方调配的原则：a.力求达到挖填平衡，运输量最少。b.近期施工与后期利用要相适合。c.分区调配与全场调配相结合,以求总体平衡；d.尽可能与地下建,构筑物相结合,以便就近分配;e.合理划分填挖方区,选择合理调配方向和路线,便于发挥机械效率。2019年8月11日星期日TeacherChenHong（2）划分调配区应注意的几点：a.调配区的划分应与房屋及构筑物的平面位置相协调，并考虑其开工顺序，工程的分期施工顺序；b.调配区的大小要满足土方机械(铲运机，挖土机)的技术要求，调配区的大小最好与施工段的大小相适应；2019年8月11日星期日TeacherChenHongc.调配区的范围应和土方工程量计算用的方格网协调，通常由若干个方格组成一个调配区；d.当土方运距较大或场内范围内土方不平衡时，可按附近地形，考虑就近弃土和借土。2019年8月11日星期日TeacherChenHong(3)平均运距.单位土方运价或单位土方施工费用（单价）：a.平均运距：是指用铲运机或推土机平土时，挖方调配区与填方调配区土方重心之间的距离称平均运距。2019年8月11日星期日TeacherChenHong坐标为填挖方区土方的重心式中：各调配区的平均运距jijijijiijijyyxxyyxxllb22)()(.2019年8月11日星期日TeacherChenHongc.土方施工单价：查定额2019年8月11日星期日TeacherChenHong2.用“表上作业法”进行土方调配：（1）初始调配方案的编制：原理：最小元素法：是指根据对应于cij最小的xij取最大值的原则进行调配。（最小运距的地方取最大限度的土方调配量）。2019年8月11日星期日TeacherChenHong（2）最优方案的判别法：保证挖填土方量不变的情况下，使土方总运输量最小。其方法有：闭合回路法和位势法：闭合回路法又名：假象价格系数法，假想运距成本价格法。2019年8月11日星期日TeacherChenHong实质：都是求检验数ij来判断。当ij0时为最优方案。位势法的步骤：设位势数为Ui,VjA.由Cij=Ui+Vj得Ui=Cij-Vj，Vj=Cij-UiB.令U1=0，求出V1C.然后分别求出Ui、Vj2019年8月11日星期日TeacherChenHong注意：在求位势数时，一定要用初始方案中有调配数的方格的Cij来进行计算！D．一一求出各位势数后再求出各空格的检验数ij=Cij-Ui-Vj，依次求出各空格检验数后，判断其正负，当全为正时，说明为最优方案，否则不是最优，按以下方法再调配；2019年8月11日