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第一章土方工程教学目的：通过本章学习使学生对土方工程的主要分项工程有一个全面的了解，能制订出技术可行经济合理的施工设计方案。教学要求：1.了解土方工程种类，土的分类方法；土壁塌方和发生流砂现象的原因及防止方法；土方施工机械类型、特点、适用范围；轻型井点施工要求。2.熟悉土方施工特点、土方边坡形式、边坡坡度概念；熟悉支护结构的破坏形式；深基坑土方开挖方法及注意事项；地下水降低方法；发生流砂的原因和条件及流砂防治方法。3.掌握基坑（槽）、场地平整土石方工程量的计算方法；回填土施工方法及质量检验标准。教学重点：基坑（槽）、场地平整土石方工程量的计算方法；回填土施工方法及质量检验标准。土的可松性，土方量的计算，场地平整施工的竖向规划设计。教学难点：土壁支护与边坡，以及降低地下水位的方法。教学方式：讲授法参考资料：1.毛鹤琴．土木工程施工（第2版）．武汉：武汉工业大学出版社，20042.重庆大学、同济大学、哈尔滨工业大学．土木工程施工（上、下册）.北京：中国建筑工业出版社，20033.赵世强．土木工程施工实习手册．北京：中国建筑工业大学出版社，20034.姜卫杰．《土木工程施工》学习指导．武汉：武汉工业大学出版社，2000教学过程及内容：1.1概述1.1.1土方工程的内容及施工要求1、土方工程的内容（1）场地平整：将天然地面改造成所要求的设计平面时所进行的土石方施工全过程。（厚度在300mm以内的挖填和找平工作）特点：工作量大、劳动繁重和施工条件复杂。施工准备：详细分析核对各项技术资料―实测地形图、工程地质、水文地质勘察资料；原有地下管道、电缆和地下构筑物资料；土石方施工图。（2）地下工程的开挖和回填：指开挖宽度在3m以内的基槽且长度≥宽度3倍或开挖底面积在20m2且长为宽3倍以内的土石方工程，是为浅基础、桩承台及沟等施工而进行的土石方开挖。特点：要求开挖的标高、断面、轴线准确；土石方量少；受气候影响较大。（3）地下工程大型土石方开挖：对人防工程、大型建筑物的地下室、深基础施工等而进行的地下大型土石方开挖。（宽度大于3M;开挖底面积大于20M2;场地平整土厚大于300mm。特点：涉及降低地下水位、边坡稳定与支护、地面沉降与位移、临近建筑物的安全与防护等一系列问题。（4）土石方填筑：土石方填筑是对低洼处用土石方分层填平。回填分为夯填和松填。特点：对填筑的土石方，要求严格选择土质，分层回填压实。2、特点：面广量大，劳动繁重，施工条件复杂。3、施工要求：标高、断面准确；土体有足够的强度和稳定性；工程量小；期短；费用省。4、资料准备：建设单位应向施工单位提供场地实测地形图；原有地下管线，构筑物竣工图；土石方施工图；以及工程地质、水文、气象等技术资料；以便编制施工组织设计（或施工方案），并应提供平面控制桩和水准点，作为工程测量和验收的依据。5、施工方案（1）根据工程条件，选择适宜的施工方案和效率高，费用低的机械；（2）合理调配土石方，使工程量最小；（3）合理组织机械施工，保证机械发挥最大的使用效率；（4）安排好道路、排水、降水、土壁支撑等一切准备和辅助工作；（5）合理安排施工计划，尽量避免雨季施工；（6）保证工程质量，对施工中可能遇到的问题如流沙、边坡稳定等进行技术分析，并提出解决措施；（7）有确保施工安全的措施。2、土的工程分类及性质（1）分类标准：开挖的难易程度前四类(土)松软土普通土坚土沙砾坚土后四类（岩石）软石次坚石坚石特坚石一般用锹、锄头挖掘，少许用镐翻松后开挖用锹、锄头挖掘主要用镐，少许用锹、锄头开挖，部分须用撬棍一般先用镐、撬棍，然后用锹挖掘，部分须用锲子及大锤须用镐或撬棍、大锤，部分用爆破方法开挖须用爆破方法开挖，部分用风镐须用爆破方法进行开挖须用爆破方法进行开挖（2）土的工程性质土有三相，固相、液相和气相。1）土的天然密度（）：土在天然状态下单位体积的质量。一般粘性土：18~20KN/m3；砂土：16~20KN/m32）土的干密度（d）：单位体积土中的固体颗粒的质量。干密度越大，表示土越密实。是评定土体密实程度的标准，以控制填土工程质量。3）土的可松性（Ｋ）：天然土经开挖后，其体积因松散而增加，虽经振动夯实，仍不能恢复原来的体积，这种性质称为土的可松性。用可松性系数表示，对土方的调配、计算土方运输量和运土工具等都有影响。包括最初可松系数和最终可松系数。最初可松性系数Ks=V2/V1最后可松性系数Ks`=V3/V14）土的含水量（W）：土中水的质量与固体颗粒质量之比，以百分数表示。表示土的干湿程度。W=（G1-G2）/G2×100%对挖土的难易、施工时的放坡、回填土的夯实等均有影响。注意：在一定含水量的条件下，用同样的夯实工具，可使回填土达到最大密实度，此含水量称为最佳含水量。几种土的最佳含水量：砂土：8%～12%；粉土：9%～15%；粉质粘土：12%～15%；粘土：19%～23%含水量是反映土的湿度的一个重要物理指标。天然状态下土层的含水量称天然含水量，其变化范围很大，与土的种类、埋藏条件及其所处的自然地理环境等有关。一般干的粗砂土，其值接近于零，而饱和砂土，可达40%；坚硬的粘性土的含水量约小于30%，而饱和状态的软粘性土（如淤泥），则可达60%或更大。一般说来，同一类土，当其含水量增大时，强度就降低。5）土的透水性：水流通过土中孔隙的难易程度。地下水的流动以及在土中的渗透速度都与它有关。6）土的密实度：表示土的相对紧密程度。（压实系数）土的实际干密度用“环刀法”测定；土的最大干密度用“击实试验”测定。1.2土方工程量计算1.2.1基坑、基槽土方量计算基槽（坑）土方量计算1、基槽沿长度方向分段计算iV，再iVV（1）断面尺寸不变的槽段：()iiVAL断面面积槽段长：外墙—槽底中～中，内墙—槽底净长（2）断面尺寸变化的槽段：2、基坑10246HVAAA【例题3】如图所示，计算其工程量。解：由拟柱体公式得：上口面积上口面积代入上列基坑挖方量计算公式得：1.2.2场地平整土方量计算一、方格网法基本思路：方格边长a为10～20m1、场地设计标高的确定（1）确定原则：1)充分利用地形（分区或台阶布置），尽量使挖填方平衡，以减少土方量；2)要有一定的泄水坡度（≧2‰），使之能满足排水要求；3)应满足生产工艺和运输的要求；4)要考虑最高洪水位的影响。(2)确定步骤：1)初步确定场地设计标高H0234012341+2+3+44()HHHHHHHHn方格个数、、分别为二、三、四个方格所共有的角点标高2）调整场地设计标高根据土的性质，考虑3个因素a、土的可松性：H0′=H0＋⊿hb、借土或弃土：c、考虑泄水坡度对设计标高的影响0000HHHHixyiLLxy2、计算施工高度施工高度=设计标高－自然地面标高＋号表示填方；－号表示挖方3、计算零点、绘制零线方格网一边相邻施工高度一正一负就有零点存在。12hhaaa12零点1112haahh相邻零点连接起来就是零线。4、用平均高度法计算场地的挖、填土方量（1）一点（三点）挖填;二点挖填;四点全挖全填5、场地边坡土方量计算（1）标出场地四个角点A、B、C、D的挖、填高度和“零线”位置（2）确定挖、填边坡坡率m1、m2。（3）算出四个角点的放坡宽度（4）绘出边坡图。（5）计算边坡土方量正方锥体，三角锥体平均断端面6、土方调配土方调配：确定挖填方区土方的调配方向和数量，使土方运输量(m3-m)或土方施工成本(元)最小。土方调配原则：（经济）近期远期结合，场内挖填平衡、运距短、费用省，避免重复挖填和运输。（1）调配区的划分1)调配区的划分应该与房屋和构筑物的平面位置相协调，并考虑它们的开工顺序，工程的分期施工顺序。2)调配区的大小应该满足土方施工主导机械的技术要求。3）调配区的范围应该和土方的工程量计算用的方格网协调，通常可由若干个方格组成。4）当土方运距较大或场内土方不平衡时，可就近借土或弃土，借土区或弃土区可作为一个独立的调配区。（2）调配区之间的平均运距调配区的划分尽可能与大型地下建筑物的施工相结合，避免土方重复开挖。平均运距：即挖方区土方重心至填方区土方重心的距离；重心位置X0=ΣV•X/ΣVY0=ΣV•Y/ΣV为简化计算，可用作图法近似求出形心位置以代替重心位置。重心求出后，标于相应的调配区图上，求出每对调配区的平均运距。Cij=ΣEs/P+E0/V式中：Cij——由挖方区i到填方区j的土方施工单价(元/m3)；Es——参加综合施工过程的各土方施工机械的台班费用（元/台班）P——由挖方区i到填方区j的综合施工过程的生产率（m3/台班）E0——参加综合施工过程的所有机械的一次性费用（元）V——该套机械在施工期内应完成的土方量(m3)；（3）最优调配方案的确定1）用“最小元素法”编制初始调配方案2）最优方案的判别3）方案的调整4）土方调配图将最优方案绘成土方调配图，图上标明填、挖、调配区、调配方向、土方量及平均运距。1.3土方工程的机械化施工1.3.1推土机分类索式、油压式特点操作灵活、运转方便、速度快、能缓缓坡适用场地平整、清理、平沟坑、挖浅基坑1一3类土、经济、远距100米、40一60米。施工方法下坡推土借自重，增加推土能力适用于狭长场地并列推土2一3台机平排，增大推土量适用于大面积场地槽形推土一条作业线重复运行，增大推土量多铲集运多次铲土，一次推送，缩短运时，硬质土1.3.2铲运机分类自行式，拖式，索式，油压式特点操作灵活，速度快，生产率高，费用低适用开挖大基坑、填筑堤坝，路基含水量不超过27%的一～三类土。（一）运行路线（二）施工方法1、下坡铲土借自重2、跨铲法形成土槽，增加铲量3、助铲法与推土机协作作业1.3.3单斗挖土机分类正铲、反铲、拉铲、抓铲；机械式，液压式（一）正铲挖土机特点：前进向前，强制切土，卸土（侧面，后面）（二）反铲挖土机特点：后退向下，强制切土，挖掘力比正铲小作业方式：沟端，沟侧（三）拉铲挖土机特点：后退向下，自重切土（四）抓铲挖土机特点：直上直下，自重切土（五）挖土机，与汽车配套计算当挖掘机挖出的土方需要运土车辆运走时，挖掘机的生产率不仅取决于本身的技术性能，而且还决定于所选的运输工具是否与之协调。由技术性能，可按下式算出挖掘机的生产率P：（m3/台班）式中t——挖掘机每次作业循环延续时间,s；q——挖掘机斗容量，m3KS——土的最初可松性系数；KC——土斗的充盈系数，可取0.8~1.1；KB——工作时间利用系数，一般为0.6~0.8。为了使挖掘机充分发挥生产能力，应使运土车辆的载重量Q与挖掘机的每斗土重保持一定的倍率关系，并有足够数量车辆以保证挖掘机连续工作。从挖掘机方面考虑，汽车的载重量越大越好，可以减少等待车辆调头的时间。从车辆方面考虑，载重量小台班费便宜但使用数量多；载重量大，则台班费高但数量可减少。最适合的车辆载重量应当是使土方施工单价为最低，可以通过核算确定。一般情况下，汽车的载重量以每斗土重的3~5倍为宜。运土车辆的数量N，可按下式计算：式中T——运输车辆每一工作循环延续时间（s），由装车、重车运输、卸车、空车开回及等待时间组成；t1——运输车辆调头而使挖掘机等待的时间，s；t2——运输车辆装满一车土的时间，s；式中n——运土车辆每车装土次数；Q——运土车辆的载重量，t；q——挖掘机斗容量，m3；γ——土的重度，kN/m3。为了减少车辆的调头、等待和装土时间，装土场地必须考虑调头方法及停车位置。如在坑边设置两个通道，使汽车不用调头，可以缩短调头、等待时间。总之，土方工程综合机械化施工，就是以土方工程中工期要求，适量选取完成该施工过程的土方机械，并以此为依据，合理配备完成其他辅助施工过程的机械，做到土方工程各施工过程均实现机械化施工。主导机械与辅助机械所配备的数量及生产率，应尽可能协调一致，以充分发挥施工机械的效能。以流水施工：充分发挥，加快工程进度。1.4土方填筑与压实为了保证填方工程满足强度、变形和稳定性方面的要求，既要正确选择填土的土料，又要合理选择填筑和压实方法。1.4.1对土料的选择土：是由矿物颗