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(受气候、水文、地质、地下障碍等因素影响)；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；•土的渗透性、密实度、抗剪强度、土压力等。（详见《土力学》）§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)1.30～1.451.10～1.20八类土（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3.土的密度和干密度：•土的密度：土在天然状态下单位体积的质量。•土的干密度：土的干密度指单位体积固体颗粒的质量。;mV;sdmV§1.1概述四、土的工程性质4.土的含水率：•土的含水率：土的含水量指土中水的质量与固体颗粒质量之比。100%wsmm§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设计所要求的平面。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、排水的要求；2.力求场地内的挖填平衡，且土方量最小；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；•（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。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aaaaaaaaaalxz42XYY211xiiyyiz0z42xi1-1z422-2z0yi2二、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三、场地设计标高的调整此工作在完成土方量计算后进行：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。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量。1.2.2土方工程量计算土方工程的外形往往复杂，不规则，一般情况下，都将其假设或划分成为一定的几何形状，并采用具有一定精度而又和实际情况近似的方法进行计算。1.2.2土方工程量计算一、场地平整土方工程量计算步骤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Hi。2.确定“零线”的位置。•确定“零线”的位置，了解整个场地的挖、填区域分布状态。3.按每个方格角点的施工高度算出填、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、挖土方总量。1.2.2土方工程量计算二、零线的确定1.零线即挖方区与填方区的交线，在该线上施工高度为零。2.零线的确定方法是：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，将各相邻的零点连接起来即为零线。axH1(-)(+)H2212HHaHx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土方工程量计算1.2.2土方工程量计算三、四方棱柱体的体积计算方法1．方格四个角点全部为填或全部为挖时：四方棱柱体的体积计算方法分两种情况：21234()4aVHHHH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）。a—方格边长（m）。1.2.2土方工程量计算三、四方棱柱体的体积计算方法2．方格四个角点部分是挖方，部分是填方：224HaVH填填224HaVH挖挖（1-13）aaH2H1H4H3b)c)aaH1H4H3H2b)角点二填二挖；c)角点一填（挖）三挖（填）式中∑H填（挖）—方格角点中填（挖）方施工高度的总和，取绝对值（m）；∑H—方格四角点施工高度之总和，取绝对值（m）。1.2.2土方工程量计算四、三角棱柱体的体积计算方法场地的挖方区和填方区的边沿都需要做成边坡，以保证挖方土壁和填方区的稳定。边坡的土方量计算多采用三角棱柱体的方法计算。1.2.2土方工程量计算四、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。等高线按地形将方格划分成三角形1.2.2土方工程量计算四、三角棱柱体的体积计算方法1．当三角形三个角点全部为挖或全部为填时：三角棱柱体的体积计算方法分两种情况：式中V—挖方或填方体积（m3）；H1、H2、H3—三角形各角点的施工高度，均取绝对值（m）。a—方格边长（m）。2123()6aVHHHa)全填或全挖H2H1H3a)1.2.2土方工程量计算三、四方棱柱体的体积计算方法2．当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：H1H2H3oob)1.2.2土方工程量计算三、四方棱柱体的体积计算方法2．当三角形三个角点有填有挖时：其中锥体部分的体积为：楔体部分的体积为式中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指的是锥体顶点的施工高度。楔（）（）3233211323HaV=-H+H+H6H+HH+H锥（）（）3231323HaV=6H+HH+H（1-16）（1-17）1.3基坑土方工程施工1.3.1基坑土方工程量计算1.3.2边坡稳定与基坑支护1.3.3降水1.3.4基坑（槽）土方开挖§1.3基坑土方工程施工施工准备及定位放线1、场地清理；2、排除地面水；3、修筑好临时道路及供水、供电等临时设施；4、做好材料、机具及土方机械的进场工作；5、做好土方工程测量、放线工作；6、做好边坡稳定、基坑（槽）支护、降低地下水工作。1.3.1基坑（槽）土方工程量计算F1F0F2HF2F1F0Ha)b)1-4a）基坑土方量计算；b）基槽、路堤土方量计算102(4)6HVFFF式中：对基坑而言，H为基坑的深度，F1、F2分别为基坑的上下底面积（m2）；对基槽或路堤，H为基槽或路堤的长度（m），F1、F2为两端的面积（m2）；F0：F1与F2之间的中截面面积（m2）。（1-18）1.3.1基坑（槽）土方工程量计算基槽与路堤通常根据其形状（曲线、折线、变截面等）划分成若干计算段，分段计算土方量，然后再累加求得总的土方工程量。如果基槽、路堤是等截面的，则F1=F2=F0，由式（1-18）计算V=HF1。1.3.2边坡稳定与基坑（槽）支护一、边坡稳定（一）边坡稳定的条件与影响因素（二）放坡与护面二、基坑（槽）支护（一）基槽支护（二）基坑支护•基坑支护原则•基坑支护类型•基坑支护设计与施