基坑开挖土方量计算

1、项目四 土石方开挖施工红河州农业学校水利水电工程专业林郁项目四 土石方开挖施工知识目标 1.熟知土的施工分级和土方开挖施工流程 2.了解土方的机械开挖方法 3.掌握土方的压实方法 能力目标 1.能够根据施工条件确定土石方开挖方法 2.会绘制含水量与干密度关系曲线图掌握土方放坡 考虑因素 土质 开挖深度 施工工期 地下水水位 坡顶荷载 气候l开挖型式放坡开挖直壁开挖l常用的边坡加固方法水泥砂浆抹面浆砌片石护坡堆置砂(土)包护坡塑料膜覆盖喷浆或挂网喷射混凝土掌握土方工程的性质 土的主要工程性质 可松性 渗透性 含水量 密实度 抗剪强度 土压力等。 土石方工程施工设计的主要任务安排合理的土石方施工程

2、序，确定施工进度选择合理的施工方案，开挖、运输和填筑的施工方法、施工机械设备选型根据施工需要做出施工布置，主要是施工道路、堆料场、弃渣场及其他辅助设施的布置进行开挖、填筑的土石方利用与调配计算主要机械设备、材料和劳动力需要量。熟悉土的工程分类 依据开挖方法、开挖难易、坚固系数等，土分4级，岩石分12级。 岩石的分级根据坚固系数的大小分级，前10级的坚固系数在1.520之间，除V级的坚固系数在1.52.0之间外，其余以2为级差；坚固系数在2025之间，为XV级；坚固系数在25以上，为XVI级。二、土的工程性质二、土的工程性质 土的工程性质对土方施工方法的选土的工程性质对土方施工方法的选择、劳动量

3、和机械台班的消耗及工程费择、劳动量和机械台班的消耗及工程费用等都有较大影响。用等都有较大影响。 1.土的含水量土的含水量 2.土的天然密度和干密度土的天然密度和干密度 3.土的可松性系数土的可松性系数 4.土的渗透性土的渗透性1.土的含水量土的含水量 土的含水量：土中水的质量与固体颗粒质量之比的百分率 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. 2.土的天然密度和干密度土的天然密度和干密度 土的天然密度: 在天然状态下

4、，单位体积土的质量。它与土的密实程度和含水量有关。土的天然密度按下式计算： 式中:土的天然密度,kg/m3； m 土的总质量,kg； V 土的体积,m3. 干密度: 土的固体颗粒质量与总体积的比值.用下式表示： 式中 d 土的干密度,kg/m3； mS 固体颗粒质量,kg；V 土的体积,m3. 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. 3、土的可松性系数、土的可松性系数 土的可松性：土的可松性：天然土经开挖后，其体积因松散而增加，虽天然土经开挖后，其体积因松散而增加，虽经振动夯实，仍然不能完全复原，

5、土的这种性质称为土的经振动夯实，仍然不能完全复原，土的这种性质称为土的可松性。可松性。土的可松性用土的可松性用可松性系数可松性系数表示，表示， 最初可松性系数最初可松性系数KS=V2 /V1 最后可松性系数最后可松性系数KS=V3 /V1 用途：开挖、运输、存放，挖土回填，留回填松土用途：开挖、运输、存放，挖土回填，留回填松土 式中KS、KS土的最初、最终可松性系数； V1土在天然状态下的体积,m3； V2土挖出后在松散状态下的体积,m3； V3土经压(夯)实后的体积,m3.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；土的最终可松性系数KS是计算填方所需挖土工程量的主要参

6、数,各类土的可松性系数见第一节表1.1所示. 4、土的渗透性、土的渗透性 土的渗透性：指土体被水透过的性质.土的渗透性用渗透系数表示. 渗透系数：表示单位时间内水穿透土层的能力,以m/d表示；它同土的颗粒级配、密实程度等有关,是人工降低地下水位及选择各类井点的主要参数。 土的渗透系数见表1-2所示表表1-2 土的渗透系数参考表土的渗透系数参考表 土方量计算与调配 1.2.1 概述概述 在土方施工之前在土方施工之前,必须计算土方的工程量必须计算土方的工程量.但各种土但各种土方工程的外形有时很复杂方工程的外形有时很复杂,而且不规则而且不规则.一般情况下一般情况下,将将其划分成为一定的几何形状其划分

7、成为一定的几何形状,采用具有一定精度而又和采用具有一定精度而又和实际情况近似的方法进行计算实际情况近似的方法进行计算. 一、一、 基坑土方量计算基坑土方量计算 基坑土方量可按立体几何中拟柱体基坑土方量可按立体几何中拟柱体(由两个平行的平面作底的由两个平行的平面作底的一种多面体一种多面体)体积公式计算体积公式计算(如图如图1-1所示所示).即：即： V =(F下下+ 4F中中+ F上上)H/6 式中 H 基坑深度,m； F上、F下基坑上、下底的面积，m2； F中 基坑中截面的面积，m2. 图1-1 基坑开挖土方量计算 图图1-1基坑开挖土方量计算基坑开挖土方量计算 基槽土方量计算可沿长度方向分段

8、计算(如图如图1-2所示所示 )：沿长度方向分段计算Vi,再 V = Vi 断面尺寸不变的槽段：Vi =FiLi断面尺寸变化的槽段：Vi =(Fi上上+4Fi中中+Fi下下)Li/6二、基槽土方量计算二、基槽土方量计算图图1-2 基槽开挖土方量计基槽开挖土方量计算算1.2.2场地平整土方计算场地平整土方计算 对于在地形起伏的山区、丘陵地带修建较大厂房、体育场、车站对于在地形起伏的山区、丘陵地带修建较大厂房、体育场、车站等占地广阔工程的平整场地等占地广阔工程的平整场地,主要是削凸填凹主要是削凸填凹,移挖方作填方，将自然移挖方作填方，将自然地面改造平整为场地设计要求的平面地面改造平整为场地设计要求

9、的平面. 场地挖填土方量计算一般采用场地挖填土方量计算一般采用方格网法方格网法. 方格网法计算场地平整土方量步骤为：方格网法计算场地平整土方量步骤为： 1.读识方格网图读识方格网图 2.确定确定场地设计标高场地设计标高 3.计算场地各个角点的计算场地各个角点的施工高度施工高度 4.计算计算“零点零点”位置，确定位置，确定零线零线 5.计算方格土方工程量计算方格土方工程量 6.边坡土方量计算边坡土方量计算 7.计算土方总量计算土方总量一、读识方格网图一、读识方格网图 方格网图由设计单位(一般在1：500的地形图上)将场地划分为边长a=1040m的若干方格,与测量的纵横坐标相对应,在各方格角点规定

10、的位置上标注角点的自然地面标高(H)和设计标高(Hn),如图图1-3所所示.图1-3 方格网法计算土方工程量图二、二、 场地平整土方计算场地平整土方计算 1、确定场地设计标高、确定场地设计标高 (1)考虑的因素考虑的因素 (2)初步标高初步标高(按挖填平衡按挖填平衡) (3)场地设计标高的调整场地设计标高的调整0(b) 场地设计标高示意图图1-2 场地设计标高计算示意图1aaaaaa(a) 方格网划分11H21H22H12Haaaaaa23H11H21H12H22H1等高线； 2自然平面； 3设计平面任一任一方格方格4个个角点角点标高标高(1)考虑的因素：考虑的因素： 满足生产工艺和运输的要求

11、；满足生产工艺和运输的要求； 尽量利用地形，减少挖填方数量；尽量利用地形，减少挖填方数量； 争取在争取在场区内挖填平衡场区内挖填平衡，降低运输费；，降低运输费； 有一定有一定泄水坡度泄水坡度（一般取不小于（一般取不小于2%0），），满足满足排水要求排水要求. 场地设计标高一般在设计文件上规定，如无规场地设计标高一般在设计文件上规定，如无规定：定： A.小型场地小型场地挖填平衡法；挖填平衡法； B.大型场地大型场地最佳平面设计法最佳平面设计法(用最小二乘法，使挖填平衡用最小二乘法，使挖填平衡且总土方量最小且总土方量最小)。(2)初步标高初步标高(按挖填平衡按挖填平衡) 场地初步标高：场地初步标高

12、： H11、H12、H21、H22 一个方格各角点的自然地面标高；一个方格各角点的自然地面标高； M 方格个数方格个数. 或：或： H0=(H1+2H2+3H3+4H4)/4M H1一个方格所仅有角点的标高；一个方格所仅有角点的标高； H2、H3、H4分别为两个、三个、四个方格共分别为两个、三个、四个方格共用角点的标高用角点的标高.111221220()4HHHHHM(3)场地设计标高的调整场地设计标高的调整考虑考虑泄水坡度、土的可松性泄水坡度、土的可松性、就近借弃土就近借弃土等进行调整等进行调整.按泄水坡度调整各角点设计标高按泄水坡度调整各角点设计标高(如下图如下图) ： 单向排水时，各方格

13、角点设计标高为单向排水时，各方格角点设计标高为: 双向排水时，各方格角点设计标高为：双向排水时，各方格角点设计标高为：0nHHli0nx xy yHHl il i图1-53.计算场地各个角点的施工高度计算场地各个角点的施工高度 施工高度为角点设计地面标高与自然地面标高之差，是以角点设计标高为基准的挖方或填方的施工高度.各方格角点的施工高度按下式计算： 式中 hn-角点施工高度即填挖高度(以“+”为填，“-”为 挖)，m； n-方格的角点编号(自然数列1，2，3，n). Hn-角点设计高程，H-角点原地面高程. 4.计算计算“零点零点”位置，确定零线位置，确定零线 方格边线一端施工高程为“+”,

14、若另一端为“-”,则沿其边线必然有一不挖不填的点，即“零点”(如图如图1-4所示所示). 图图1-6 零点位置零点位置 零点位置按下式计算：零点位置按下式计算： 式中式中 x1、x2 角点至零点的距离角点至零点的距离,m； h1、h2 相邻两角点的施工高度相邻两角点的施工高度(均用绝均用绝对值对值),m； a 方格网的边长，方格网的边长，m. 5.计算方格土计算方格土方工程量方工程量 按方格底面积图形和表表1-3所列计算公式，逐格计算每个方格内的挖方量或填方量.表表1-3 常用方格网点计算公式常用方格网点计算公式 常用的有两种方法：常用的有两种方法：四方棱四方棱柱体法柱体法或或三角棱柱体法三角

15、棱柱体法 6.边坡土方量计算边坡土方量计算 场地的挖方区和填方区的边沿都需要做成边场地的挖方区和填方区的边沿都需要做成边坡坡,以保证以保证挖方土壁挖方土壁和和填方区填方区的稳定。的稳定。 边坡的土方量可以划分成两种近似的几何形边坡的土方量可以划分成两种近似的几何形体进行计算：体进行计算： 一种为一种为三角棱锥体三角棱锥体(图图1-6中中、)； 另一种为另一种为三角棱柱体三角棱柱体(图图1-6中中).图图1-7 场地边坡平面图场地边坡平面图 A三角棱锥体边坡体积 式中 l1 边坡的长度； A1边坡的端面积； h2 角点的挖土高度； m边坡的坡度系数，m=宽/高. B 三角棱柱体边坡体积 两端横断

16、面面积相差很大的情况下，边坡体积 式中 l4 边坡的长度； A1、A2、A0 边坡两端及中部横断面面积.7.计算土方总量计算土方总量 将挖方区将挖方区(或填方区或填方区)所有所有方格计算的方格计算的土方量土方量和和边坡土方量边坡土方量汇总汇总,即得该场地挖即得该场地挖方和填方的总土方量方和填方的总土方量. 图1-8 某建筑场地方格网布置图 三、三、 土方调配土方调配 在平整场地土方工程量计算完成后进行在平整场地土方工程量计算完成后进行.编制土方调配编制土方调配方案应根据地形及地理条件，把挖方区和填方区划分方案应根据地形及地理条件，把挖方区和填方区划分成若干个调配区，计算各调配区的土方量，成若干

17、个调配区，计算各调配区的土方量， 计算每对挖、填方区之间的平均运距计算每对挖、填方区之间的平均运距(即挖方区重心至即挖方区重心至填方区重心的距离填方区重心的距离)，确定挖方各调配区的土方调配方，确定挖方各调配区的土方调配方案，应使土方总运输量最小或土方运输费用最少，而案，应使土方总运输量最小或土方运输费用最少，而且便于施工，从而可以缩短工期、降低成本且便于施工，从而可以缩短工期、降低成本. 土方调配的原则：土方调配的原则：力求达到挖方与填方平衡和运距力求达到挖方与填方平衡和运距最短的原则；近期施工与后期利用的原则最短的原则；近期施工与后期利用的原则.进行土方调进行土方调配，必须依据现场具体情况

18、、有关技术资料、工期要配，必须依据现场具体情况、有关技术资料、工期要求、土方施工方法与运输方法，综合上述原则，并经求、土方施工方法与运输方法，综合上述原则，并经计算比较，选择经济合理的调配方案计算比较，选择经济合理的调配方案.调配方案确定后，绘制土方调配图调配方案确定后，绘制土方调配图如图如图1.9在土方调配图上要注明挖填调在土方调配图上要注明挖填调配区、调配方向、土方数量和配区、调配方向、土方数量和每对挖填之间的平均运距每对挖填之间的平均运距.图图中的土方调配，仅考虑场内挖中的土方调配，仅考虑场内挖方、填方平衡方、填方平衡.A为挖方，为挖方，B为为填方填方.图图1-9 土方调配图土方调配图

19、熟悉土的开挖方法及机械 挖掘机械 单斗式挖掘机 多斗式挖掘机 挖运组合机械 推土机：穿梭式 铲运机：环形、字形计算方格网零点及其零线 零线即挖方区与填方区的交线，在该线上，施工高度为零。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（下图）方格边线上零点的位置，再将各相邻的零点连接起来即得零线。 正铲挖土和卸土的方式正铲挖土和卸土的方式 根据正铲挖土机与运输汽车的相对位置不同，正铲挖土和卸土方式有以下两种：（1）正向挖土、后方卸土。（2）正向挖土、侧向卸土。 反铲挖土机的开行方式及施工方法 反铲挖土机的开行方式有沟端开行和沟侧开行两种。 （1）沟端开行。挖土机位于基槽

20、一端挖土，随挖随退，后退方向与基槽开挖方向一致。其优点是挖土方便，开挖的深度和宽度都较大。反铲挖土机如能在基槽两侧卸土，其最大挖土宽度为17倍挖土机的有效挖土半径。如基坑宽度超过1.7倍挖土机的有效挖土半径时，则可将基坑分条平行开挖。 （2）沟侧开行。挖土机位于基槽一侧挖土，随挖随平行于基槽移动。由于挖土机移动方向与挖土方向相垂直，所以机身稳定性较差，开挖的深度和宽度均较小，最大宽度为0.8倍挖土机的有效挖土半径，但可就近卸上堆置。一般在场地宽敞的临时性窄沟开挖中采用。 推土机 推土机适于推挖一至三类土。用于平整场地，移挖作填，回填土方，堆筑堤坝以及配合挖土机集中土方、修路开道等。推土机的作业效率与运距有很大关系，下表为直铲作业时的经济运距。 行走装置机 型经济运距（m）备 注履带式大 型中 型小 型50l00（最远l50）60100（最远120）50上坡用小值下坡