第一章土方工程(1)_2

项目1土方工程施工常见土方工程分类：场地平整、挖基坑、挖基槽、挖土方、土方回填；排水、降水和土壁支护等。本章内容1.1土方工程基础知识1.2场地平整1.3土方工程施工降水1.4基坑（槽）开挖1.5土方回填1.1土方工程基础知识一、土方工程的特点1、内容主要：场地平整；坑、槽开挖；土方填筑。辅助：施工排、降水；土壁支撑。2、施工特点（1）量大面广；（2）劳动强度大，人力施工效率低、工期长；（3）施工条件复杂，受地质、水文、气侯影响大，不确定因素多。3、施工设计应注意（1）摸清施工条件，选择合理的施工方案与机械；（2）合理调配土方，使总施工量最少；（3）合理组织机械施工，以发挥最高效率；（4）作好道路、排水、降水、土壁支撑等准备及辅助工作；（5）合理安排施工计划，避开冬、雨季施工；（6）制定合理可行的措施，保证工程质量和安全。二、土的工程分类按开挖的难易程度分为八类一类土（松软土）二类土（普通土)三类土（坚土）四类土（砂砾坚土）机械或人工直接开挖五类土（软石）六类土（次坚石）七类土（坚石）八类土（特坚石）爆破开挖土的分类土的级别土的名称开挖方法及工具一类土松软土I砂土、粉土、冲积砂土层、疏松的种植土、淤泥（泥炭）用锹、锄头挖掘，少许用脚蹬二类土普通土II粉质粘土；潮湿的黄土；夹有碎石、卵石的砂；种植土、填土用锹、锄头挖掘，少许用镐翻松三类土坚土III软及中等密实粘土；重粉质粘土、砾石土；干黄土、含有碎石卵石的黄土、粉质粘土；压实的填土主要用镐，少许用锹、锄头挖掘，部分用撬棍四类土砂砾坚土IV坚硬密实的粘性土或黄土；含碎石卵石的中等密实的粘性土或黄土；粗卵石；天然级配砂石；软泥灰岩整个先用镐、撬棍，后用锹挖掘，部分用楔子及大锤五类土软石V～VI硬质粘土；中密的页岩、泥灰岩、白奎土；胶结不紧的砾岩；软石灰及贝壳石灰石用镐或撬棍、大锤挖掘，部分使用爆破方法六类土次坚石VII～IX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、片麻岩及正长岩用爆破方法开挖，部分用风镐七类土坚石X～XIII大理石；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；微风化安山岩；玄武岩用爆破方法开挖八类土特坚石XIV～XVI安山岩；玄武岩；花岗片麻岩；坚实的细粒花岗岩、石英岩、辉长岩、粉岩、角闪岩用爆破方法开挖1、土的密度mV式中ρ——土的天然密度；m——土的总质量V—土的体积。土的天然密度在天然状态下，单位体积土的质量。它与土的密实程度和含水量有关。sdmV式中ρd——土的干密度；mS——固体颗粒质量；V—土的体积。土的固体颗粒质量与总体积的比值，用下式表示：干密度三、土的工程性质土的组成：土颗粒（固相）、水（液相）、空气（气相）在一定程度上，土的干密度反映了土的颗粒排列紧密程度。土的干密度愈大，表示土愈密实。土的密实程度主要通过检验填方土的干密度和含水量来控制。2、土的含水量-100%100%wsmmmWmm干湿干式中：m湿——含水状态土的质量kg；m干——烘干后土的质量，kg；mW——土中水的质量，kg；mS—固体颗粒的质量，kg；土中水的质量与固体颗粒质量之比的百分率。土的含水量随气候条件、雨雪和地下水的影响而变化，对土方边坡的稳定性及填方密实程度有直接的影响。对工程施工的影响：土方开挖的难易程度，开挖机械的选择、地基处理的方法、夯实填土的质量——最佳含水（砂土8~12%；亚砂土9~15%；亚粘土12~15%；粘土19~23%）；行车（25~30%陷车）、边坡稳定最佳含水量——可使填土获得最大密实度的含水量。（击实试验、手握经验确定）3、土的渗透性土体被水（自由水）透过的性质，用渗透系数K表示。K的意义：水力坡度（I=Δh/L）为1时，单位时间内水穿透土体的速度（V=KI）→达西定律•L•ΔhK的单位：m/d粘土0.1，粗砂50~75，卵石100~200用途：土的渗透系数与土的颗粒级配、密实程度有关，直接影响降水方案的选择和涌水量的计算4、土的可松性自然状态下的土经开挖后，体积因松散而增加，以后虽经回填压实，仍不能恢复。21sVKV最初可松性系数1.08~1.5最终可松性系数1.01~1.3'31sVKVV1——土在自然状态下的体积。m3V2——土经开挖后松散状态下的体积。m3V3——土经回填压实后的体积。m3用途：KS：可估算装运车辆和挖土机械K’S：可估算填方所需挖土的数量（1）土的最初可松性系数KS是计算车辆装运土方体积及挖土机械的主要参数；（2）土的最终可松性系数是计算填方所需挖土工程量的主要参数案例1•某基坑208m3，现需回填，用2m3的装载车从附近运土，问需要多少车次的土？（KS=1.20，KS’=1.04）案例1•某基坑208m3，现需回填，用2m3的装载车从附近运土，问需要多少车次的土？（KS=1.20，KS’=1.04）答：填方用土：V1=V3/KS’=208/1.04=200m3（原状土）V2=KSV1=1.02*200=240m3（松散土）2m3的装载车运土需要车次：n=240/2=120车次例题：已知基坑体积2000m3，基础体积1200m3，土的最初可松性系数1.14，最后可松性系1.05。问应预留多少回填土（自然状态下）？例题：已知基坑体积2000m3，基础体积1200m3，土的最初可松性系数1.14，最后可松性系1.05。问应预留多少回填土（自然状态下）？预留夯实土：2000-1200=800m3；预留原土：800/1.05=762m3；外运原土：2000-762=1238m3；外运松土：1238×1.14=1411m3。例题：1、某条形基础底宽1.2米，挖深2.5米，砖基础（C=0.1m），边坡为1:0.5.求这个基槽开挖土方量？（槽长50m）2、某基坑底面边长为12*10m,挖深为4米，按1:0.5放坡，最初可松性系数ks=1.20，挖出的土用装载量为4m³/每车的汽车运走，求需要运输的车次？1.2场地平整场地平整：将自然地面改造成设计要求的地面;(1)满足生产工艺和运输的要求；(2)尽量利用地形，减少挖填方数量；(3)争取在场区内挖填平衡，降低运输费;(4)有一定泄水坡度，满足排水要求。一、确定场地设计标高考虑的因素：场地平整的基本原则：总挖方量等于总填方量；（挖填平衡）场地挖填土方量计算有方格网法和横截面法两种。横截面法是将要计算的场地划分成若干横截面后，用横截面计算公式逐段计算，最后将逐段计算结果汇总。横截面法计算精度较低，可用于地形起伏变化较大地区。对于地形较平坦地区，一般采用方格网法。二、场地平整的土方量计算（二）计算方法：（一）计算内容：方格土方量、边坡土方量•a•a•a•a•a•a•H11•H12•H21•H221、初步计算场地设计标高H0方法：将场地划分为每格边长10～40m的方格网，找出每个方格各个角点的地面标高（实测法、等高线插入法、等距离平行线法P14）。式中：H1——一个方格独有的角点标高；H2——两个方格共有的角点标高；H3——三个方格共有的角点标高；H4——四个方格共有的角点标高；N——方格个数。【案例2】某建筑场地方格网、地面标高如图,格边长a=20m。泄水坡度ix=2‰，iy=3‰，不考虑土的可松性的影响，确定方格各角点的设计标高和施工高度。•70.09【案例2】某建筑场地方格网、地面标高如图,格边长a=20m。泄水坡度ix=2‰，iy=3‰，不考虑土的可松性的影响，确定方格各角点的设计标高和施工高度。答：（1）初步计算场地的设计标高H0H0=（H1+2H2+3H3+4H4）/4N=[70.09+71.43+69.10+70.70+2×70.40+70.95+69.71+…）+4×（70.17+70.70+69.81+70.38）]/（4×9）=70.29（m）•70.09•11•28.1•12•28.5•13•29.2•14•29.8•8•29.0•1•27.2•7•28.0•6•27.7•9•29.6•10•29.9•2•27.6•4•29.5•3•28.3•5•29.403%xi•图1-4场地方格网及地面标高•角点编号•地面标高•施工高度•设计标高•iy=2%0•例1-2:计算场地平整达到挖填平衡的设计标高，a＝20m2、场地设计标高的调整(H0’)1)土具有可松性，必要时应相应的提高H02)受局部填挖的影响3)经过经济比较后，认为就近借土或弃土一部分更合理3、根据要求的泄水坡度计算方格网各角点的设计标高Hn单向排水时:Hn＝H0±l·i•按要求的泄水坡度调整各角点设计标高Hn：Hn----某角点（计算的那个交点）的设计标高i----某角点到与排水方向垂直的场地中心线的距离l----泄水坡度“±”----某角点比H0高时取“+”某角点比H0低时取“-”双向排水时，各方格角点设计标高Hn为：Hn=H0LxixLyiy4、计算场地各角点施工高度hn（挖填高度）施工高度——指各角点挖方或填方的高度，它等于各角点的实际设计标高和原地形标高之差。hn=Hn—Hhn——角点的施工高度，“＋”填，“－”挖Hn——角点的设计标高H——角点的自然地面标高5、确定零线、画零线（挖填分界线）零点——设计标高与自然地面标高相等的点（施工高度等于零的点或不挖不填的点）零线——在一个方格网内同时有填方或挖方时，应先算出方格网边上的零点的位置，并标注于方格网上，连接零点即得填方区与挖方区的分界线（即零线）。不填不挖点的连线，是挖方区和填方区的分界线。方格边线一端施工高程为“+”，若另一端为“-”，则沿其边线必然有一不挖不填的点，即为“零点”。•x•a-x•a•图1-15求零点方法•O21hxahx211hhahx•ΔAOC∽ΔDOB1112ahXhh2212ahXhh总结：hn符号相同的两点之间不会有零点；hn符号相异的两点之间定有零点；零点位置按下式计算：式中x1、x2——角点至零点的距离；h1、h2——相邻两角点的施工高度(均用绝对值)；a—方格网的边长。•确定零点的办法也可以用作图法，如下图所示。方法是用尺在各角点上标出挖填施工高度相应比例，用尺相连，与方格相交点即为零点位置。将相邻的零点连接起来，即为零线。它是确定方格中挖方与填方的分界线。6、计算各方格内的挖填土方量V=SnhS----各个方格的挖或填方区的面积；----划分后方格的各个角点的挖或填的施工高度总和；n----角点的数量hh1h5h11h15挖方区填方区零线①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩图1.13场地边坡平面图7、边坡土方量的计量（1）三角棱锥体边坡：三角棱锥体边坡体积（如①）计算公式（2）三棱柱体边坡体积：三棱柱体边坡体积如④）计算公式：当两端横端面面积相差很大的情况•土方调配的步骤与方法•1划分调配区；•2计算各调配区的土方量；•3计算各挖、填方调配区之间的运距（即每对调配区之间重心之间的距离），或单位土方运价或单位土方施工费用。•4确定土方调配的初始方案；•5土方调配初始方案的优化——得到最优方案；•6绘出土方调配图表。三、土方调配1．应力求达到挖、填平衡和运输量最小的原则。2．应考虑近期施工与后期利用相结合的原则。3．尽可能与大型地下建筑物的施工相结合。4．编制土方调配方案。（二）最优方案应使土方总运输量最小或土方运输费用最少，工期短、成本低，且便于施工。（一）土方调配原则1、用“最小元素法”编制初始调配方案2、最优方案判别法3、方案的调整w2T2w1T3w4T1w3（三）用“表上作业法”求解最优调配方案w2w1T2T3w4T1w3