土方工程施工技术

二.土方工程的分类•1场地平整•2基坑（槽）开挖回填•3地坪填土•4路基填筑•包括一切土的挖掘、填筑和运输等过程以及排水、降水、土壁支撑等准备和辅助工程。•三.土的性质•1可松性自然状态下的土,经过开挖后,其体积因松散而增加,以后虽经回填压实,仍不能恢复到原来的体积,其这种性质称为土的可松性•2)可松性的表示—可松性系数–(1)最初可松性系数Ks–V2—开挖后土的松散体积–V1—土的自然体积12VVKS•(2)土的最终可松性系数K’sV3——土压实后的体积V1——土的自然体积13'VVKS•3)可松性的利用•（1）借土，弃土时应考虑土的可松性–Q—借土或弃土的量，正表示弃土，负表示借土；–Vt；Vw—填或挖方的体积；–Ks；Ks’—土的可松性sstwKKVVQ)('VwVt•例题某场地的挖方体积为1000m3,填方体积为1500m3,ks=1.08,ks’=1.03,问该场地是借土还是弃土?若用运土量为5m3/车汽车运土,问应运多少车次•解:根据公式Q=（1000-1500/1.03)×1.08=-492.8m3结果为负，故该场地应借土•运土的车次为n=492.8/5=99(车次)sstwKKVVQ)('(2)由于可松性的存在,运土时应考虑工具的容量。(3)由于可松性的存在，原土结构受到破坏时不能用原土回填。2土的含水量1）定义：土中水的重量与土的固体颗粒重量之比称为土的含水量。2）表达式ω=Ww/W×100%式中：ω——土的含水量；Ww——土中水的重量；W——土中固体颗粒的重量；3）应用（1）填土时应考虑土的最佳含水量（2）含水量的高低对土的承载力和边坡的稳定性有影响。•3土的渗透性•1）定义：土体孔隙中的自由水在重力的作用下会透过土体而运动，土体这种被水透过的性质称为土的渗透性。•2）表示：渗透系数Ｋ–由达西定律Ｖ＝ＫＩ知，渗透系数的物理意义是：当水力梯度等于１时的渗流速度。•３）应用–（１）地下降水时计算涌水量应考虑渗透系数的大小。–（２）流砂的防治应考虑。•第二节土方量的计算•一基坑，基槽的土方量的计算１、基坑对于基坑土方量可按立体几何中的拟柱体（由两个平行平面做上、下底的一种多面体）体积计算，先计算上、下两个面的面积F1、F2，再计算其体积。如图1-1示，计算公式为)4(6201FFFLViiniiVV1ｈ——开挖深度；Ｆ１、Ｆ２——上下两个面的面积；a、b——底面的长度和宽；m——放坡系数。•2基槽–沟槽土方量可沿其长度方向分段（截面相同的不分段）计算，先计算截面面积，再求长度，累计各段计算土方量，如图1-2示，可按下式计算Vi——第i段的体积（m3）；F1、F2——第i段的两端面积（m2）；Li——第i段的长度；F0——第i段的中截面积；)4(6201FFFLViiniiVV1•二场地平整土方量计算•总要求：建筑规划；生产工艺及运输、排水；最高洪水位；力求场地内挖填方平衡。•1设计标高的确定场地平整要求场地内的土方在平整前和平整后相等，达到挖填土方量的平衡。即“填挖平衡”的原则确定设计标高H0。如图1-3示1）在图上划分方格，边长a=10~40m，常用a=20m2）根据等高线按比例求解各顶点的地面高程Hij3）求解H0场地平整标高计算•1—等高线2—自然地坪3—设计标高平面•4—自然地面与设计标高平面的交线（零线）化简得改写成NHHHHaNaH1222112112204NHHHHHN4)(1222112110NHHHHH443243210•式中：•H0—达到挖填平衡的场地标高(m)；•a—方格网边长(m)；•N—方格数(个)；•N11…N22—任一方格的四个角点的标高(m);•H1—1个方格共有的角点标高(m)；•H2—2个方格共有的角点标高(m)；•H3—3个方格共有的角点标高(m)；•H4—4个方格共有的角点标高(m)。•2H0的调整•1）考虑土的可松性影响–由于土有可松性，为了达到填挖平衡，则应把H0提高△h，如图1-4示VTVW△hAWAT标高调整简图•增加高度为：•式中：•VT、VW—设计标高调整前的填挖方体积AT、AW—设计标高调整前的填挖方面积；Ks’—土的最终可松性系数；△h—设计标高的增加值。')(sWWTTkhAVhAV'')1(sWTsWkAAkVh•2)考虑排水坡度后标高–H0为理论数值（即场地表面交处于同一个水平面），可作施工粗略确定场地整平标高用，实际场地均有排水坡度，如场地面积较大，有2‰以上排水坡度，尚应考虑坡度对设计标高的影响，以场地中心为基点，双向排水，则场地内任一点实际施工时所采用的设计标高Hn，可由下式求得（如图1-5示）•式中：–H0—场地内任意一点的设计标高–ixiy—x方向y方向的排水坡度(不小于2‰)–lxly—x，y方向至场地中心的距离–±—由场地中心点沿x，y方向指向计算点，若其方向与ixiy反向则取“+”号，反之取“－”号yyxxnililHH041H1’h1H1235678910111213141516ixiy•图1-5方格网示意图•3求各顶点的施工高度–式中：–hn—各顶点的施工高度，“+”为填方，“-”为挖方–Hn—各角点的设计标高–Hn’—各角点的自然标高•4确定零线，即填挖的分界线–当一个方格内同时有填方与挖方时，要确定填挖的分界线即“零线”。先确定零点，再把零点连起来得零线（如图1-6）。'nnnHHh•零点确定公式：ahhhx2111ahhhx2122x2x1h2h1h1h2h3h4o1o2零线o1•图1-6零点及零线的确定•5土方量的计算–如图1-7示按零线通过的位置不同，方格可分为三种类型，即：41H1’h1H1235678910111213141516ixiy•图1-7方格网示意图零线填方区挖方区–1）全填或全挖–2)两挖两填–3）三挖一填–或三填一挖)(443212hhhhaV))((821hhcbaV))(2(5143123hhhbcaV2161bchVh1h2h3h4a全填全挖h1h2h3h4bca两填两挖h1h2h3h4bca三填一挖或三挖一填•6求填挖方量–将所有的填方挖方累加起来即得总的填挖方量•7边坡土方量的计算–在整平场地，修筑路基的边坡时，常需计算边坡挖填土方量，系根据地形图和边坡竖向布置图或现场测绘，将要计算的边坡划分为两种近似的几何形体（图1-8），一种为三角棱锥体（如体积①~③、⑤~11）；另一种为三角棱柱体（如体积④），然后应用几何公式分别进行土方计算，最后将各块汇总，即得场地边坡总挖、填土方量tTVVwWVV•图1-8场地边坡计算简图–1）边坡三棱体体积•边坡三角棱体体积V可按下式计算（例如图1-8中的①）–2）边坡三棱柱体体积•（1）边坡三角棱柱体积V，可按下式计算（例如图1-8中的④）•（2）当两端横截面面积相差很大时221161hmlV42142lFFV22121mhF23221mhF)4(620144FFFlV•式中：–V1、—边坡①三角棱体体积(m3)，其它的计算方法相同;–l1—边坡①的边长(m)–m—边坡的坡度系数；–V4—边坡④三角棱体积(m3)–l4—边坡④的长度(m)–F1、F2、F0—边坡④两端及中部的横截面面积•8土方计算实例–某场地平整利用方格网法计算其土方量a=20m，如图1-9示，各角点编号及自然标高如图示，场地考虑双向排水，ix=0.2%，iy=0.3%（以5角点为中心），不考虑土的可松性影响，试按填挖平整的原则计算，该场地平整的土方量。–解：1.确定设计标高H0。NHHHHH443243210mH25.488.89.910.100.1045.91mH75.372.930.95.975.92mH7.93mH6.94Ix=0。3%Iy=0。2%图1-9零线零线填方区挖方区–2.考虑排水坡度影响，计算每个角点的计算标高–同理其余各角点的设标高可计算出并标在图1-9上–H4=9.5;H5=9.56;H6=9.62;H7=9.68;–H8=9.54;H9=9.6;H10=9.66;H11=9.72mH56.9546.947.9375.37225.480mH46.920%3.020%2.056.91mH52.920%2.056.92mH58.920%3.020%2.056.93–3.计算各角点的施工高度–同理其它各角点的施工高度计算并标在图1-9上。–4.计算零点，找零线•利用公式求零点距角点的距离。•1—2线•4—5线'nnnHHhmh01.045.946.91ahhhx2111mx83.02023.001.001.0mx65.172004.03.03.0•5—9线•6—10线•10—11线•把零点连成零线•5.计算土方量–方格1245–V+=20(0.83+17.65)(0.01+0.3)/8=14.32m3–V-=20(19.17+2.35)(0.23+0.04)/8=14.53m3mx65.172004.03.03.0mx67.62016.008.008.0mx41.92018.016.016.0–方格4589V+=(20²-2.35×2.35)/2·(0.3+0.74+0.3)/5=106.46m3V-=1/2×2.35×2.35×0.04/3=0.04m3–方格2356V-=20²(0.23+0.42+0.04+0.08)/4=77m3方格56910V+=1/2(17.65+13.32)×20×(0.3+0.16)/4=35.63m3V-=20/8×(2.35+6.67)×(0.04+0.08)=2.71m3方格671011V+=1/6×(13/33×9.41)×0.16=3.35m3V-=(202-13.33×9.41)×(0.08+0.42+0.18)/5=37.34m3总土方量V+=14.32+106.46+35.63+3.35=159.76m3V-=14.53+77+0.04+2.71+37.34=131.62m3•三土方调配•1土方调配的目的：是在使土方总运输（m3.m）最小或土方运输成本（元）或土方施工费用（元）最小的条件下，确定挖填方区土方的调配方向和数量，从而达到缩短工期和降低成本的目的。–1调配原则•1).填方、挖方基本平衡，减少运土。•2).填、挖方量与运距的乘积之和尽可能小，使总的运费最低。•3).好土应用于回填质量要求高的区域。•4).调配应与地下构筑物的施工相配合，地下设施的挖土，应留土后填。•5).选择恰当的调配方向及线路、避免对流与乱流现象，同时便利调配、机械化施工–2调配步骤•1).划分调配区。在平面图上划出挖、填区的分界线，并在挖方区和填方区划出若调配区，确定调配区的大小和位置。•2).计算各调配区的土方量，并标于图上•3).计算每对调配区的平均运距，即挖方区土方重心至填方区重心的距离，并将每一距离Lij标于表1-1(土方平衡与运距表)中。每个调配区的重心坐标：Xi=∑VX/∑VYi=∑VY/∑VXi、Yi—第i调配区重心的坐标；V------第i调配区中每方格的土方量；X，Y---每方格的几何中心坐标。平均运距Lij=[（xwi-xtj）2+（ywi-yTj）2]1/2Lij----------从挖方区i到填方区j的平均运距；Xwi，ywi----挖方区i的重心坐标；Xtj，yTj-----填方区j的重心坐标。•4).确定最优调配方案。先用“最小元素性”确定初始方案，再用“位势法”进行检查，是否总的运输量•为最小值，否则用“闭回路法”进行调整•Lij——各调配区之间的平均运距(m)；•Xij——各调配区的土方量(m3)。•5).绘制土方调配图，根据以上结果，标出调配方向、土方数量及运距)(11