土方工程概述

土方工程

一、了解土方工程施工特点。

二、土方量的计算。

三、土方调配的原则和计算方法。

四、填土压实的要求和方法。

五、常用土方机械的性能和使用范围。

概述

1、介绍土方工程包括土的开挖、运输和填筑等施工过程，有时还要进行排水、降水、等准备工作。在建造工程中，最常见的土方工程有：场地平整、土方开挖、回填土等。

土方工程施工往往具有工程量大、劳动繁重和施工条件复杂等特点；土方工程施工又受气候、水文、地质、地下障碍等因素的影响较大，不可确定的因素也较多，有时施工条件极为复杂。2、施工准备与辅助工作(1)在场地平整施工前,应利用原场地上已有各类控制点,或已有建筑物、构筑物的位置、标高,测设平场范围线和标高.(2)对施工区域内障碍物要调查清楚，制订方案,并征得主管部门意见和同意,拆除影响施工的建筑物、构筑物；拆除和改造通讯和电力设施、自来水管道、煤气管道和地下管道；迁移树木.(3)尽可能利用自然地形和永久性排水设施,采用排水沟、截水沟或挡水坝措施,把施工区域内的雨雪自然水、低洼地区的积水及时排除,使场地保持干燥,便于土方工程施工.知识点：土的分类及工程性质、土方量计算、施工辅助工作、土方机械化施工及土方工程质量验收；技能点：能合理选择土方工程的施工方案；能对土方量进行计算。重点：土的工程分类；土的工程性质对施工的影响；土方量计算方法；最佳设计平面计算；调配方案优化。难点：可松性的应用；最佳设计平面计算；土方量计算；“表上作业法”进行调配方案优化。一、土的分类1、土的工程性质

土的工程性质对土方工程施工有直接影响，也是进行土方施工设计必须掌握的基本资料。土的主要工程性质有：土的可松性、渗透性、密实度、抗剪强度、土压力等。2、土的工程分类土的分类繁多，其分类法也很多，如按土的沉积年代、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如下表，这也是确定土木工程劳动定额的依据（详见下表）。类别

土的名称

开挖方法

可松性系数

Ks

K's

第一类

（松软土）

砂，粉土，冲积砂土层，种植土，泥炭（淤泥）

用锹、锄头挖掘

1.08~1.171.01~1.04第二类

（普通土）

粉质粘土，潮湿的黄土，夹有碎石、卵石的砂，种植土，填筑土和粉土

用锹、锄头挖掘，少许用镐翻松

1.14~1.281.02~1.05第三类

（坚土）

软及中等密实粘土，重粉质粘土，粗砾石，干黄土及含碎石、卵石的黄土、粉质粘土、压实的填筑土

主要用镐，少许用锹、锄头，部分用撬棍

1.24~1.301.04~1.07第四类

（砾砂坚土）

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

先用镐、撬棍，然后用锹挖掘，部分用锲子及大锤

1.26~1.371.06~1.09第五类

（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，软的石灰岩

用镐或撬棍、大锤，部分用爆破方法

1.30~1.451.10~1.20第六类

（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，部分用风镐

1.30~1.451.10~1.20第七类

（坚石）

大理岩，辉绿岩，玢岩，粗、中粒花岗岩，坚实的白云岩、砾岩、砂岩、片麻岩、石灰岩，风化痕迹的安山岩、玄武岩

用爆破方法

1.30~1.451.10~1.20第八类

（特坚石）

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

1.45~1.501.20~1.30土的工程分类

⑴土具有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

例:原有土方V1经开挖后的体积为V2,回填夯实后的体积为V3,则土的可松性系数由上式可得:⑵土的渗透性是指土体被水透过的性质。土体孔隙中的自由水在重力作用下会发生流动，当基坑开挖至地下水位以下，地下水在土中渗透时受到土颗粒的阻力，其大小与土的渗透性及地下水渗流路线长短关。—最初可松性系数—最后可松性系数二、土方量的计算1、横断面面积计算

（一）积距法：（条分法）适用于不规则图形面积计算。把横断面图划分成若干条等宽的小条，累加每一小条中心处的高度，再乘以条宽即为该图形的面积。

每个小条块的近似面积为：

横断面面积：2、块分法：把横断面图上地面线及设计线的转折点划分成若干块不等宽的梯形或三角形，分别计算为一块图形的面积并累加起来，即为该图形的面积。适用于计算机计算，精度高。3、坐标法已知断面图上各转折点坐标（xi，yi），则断面面积为：4、土石方数量计算应注意的问题：（1）填挖方数量分别计算，（填挖方面积分别计算）；（2）土石方应分别计算，（土石面积分别计算）；（3）路基填、挖方数量中应考虑路面所占的体积，（填方扣除、挖方增加）；（4）大中桥位处所占的路基土石方应扣除。三、土石方调配原则及计算方法1、土石方调配的目的：确定填方用土的来源、挖方弃土的去向；以及客土的单价和运量等。填方土源：附近挖方利用客土挖方去向：调往附近填方弃土2、土石方调配原则（1）在半填半挖断面中，首先考虑在本路段内移挖作填进行横向平衡，然后再作纵形调配，以减少总的运输量。

（2）土石方调配应首先考虑桥涵位置对施工的影响，一般大沟不作跨越调运，同时尚应注意施工的可能与方便，尽可能避免和减少上坡运土。

（3）为使调配合理，必须根据地形和施工条件，选用适当的运输方式，确定合理的经济运距，用以分析工程用土是调运还是外借。

（4）土方调配“移挖作填”不仅要考虑经济运距问题，还要综合考虑弃方或借方占地，赔偿青苗损失及对农业的影响等。

（5）不同的土方和石方应根据工程需要分别进行调配，以保证路基稳定和人工构造物的材料供应。

（6）位于山坡上的回头曲线路段，要优先考虑上下线的土方竖向调运。

（7）土方调配对于借土和弃土应事先同地方商量，妥善处理。

3、土石方调配方法·土石方调配方法有累积曲线法、调配图法及土石方计算表调配法等。目前生产上多采用土石方计算表调配法。具体步骤如下：

（1）调配前应将可能影响运输调配的桥涵位置、陡坡、大沟等注在表旁，供调配时参考。

（2）弄清各桩号间路基填挖情况并作横向调配，明确利用、填缺与挖余数量。

（3）在作纵向调配前，应根据施工方法及可能采取的运输方式定出合理的经济运距，供土石方调配时参考。

（4）根据填缺挖余分布情况，结合路线纵坡和自然条件，本着技术经济和支农的原则，具体拟定调配方案。

（5）经过纵向调配，如果仍有填缺或挖余，则应会同当地政府协商确定借土或弃土地点，将借土和弃土的数量和运距分别填注到借方或弃方栏内。

（6）土石方调配后，应按下式进行复核检查：

横行调运+纵向调运+借方=填方

横行调运+纵向调运+弃方=挖方

挖方+借方=填方+弃方4、土石方调配计算的几个问题（1）经济运距：填方用土的来源，一是路上纵向调运，二是就近路外借土。因此，采取“调”还是“借”，有个限度距离问题，这个限度距离即所谓“经济运距”，其值按下式计算：

L经=B/T+L免

式中：B——借土单价（元／m3）；T——远运运费单价（元／m3·km）；L兔——免费运距（km）。（2）平均运距土方调配的运距，是指从挖方体积的重心到填方体积的重心之间的距离。在路线工程中为简化计算，这个距离可简单的按挖方断面间距中心至填方断面间距中心的距离计算，称为平均间距。（3）运量土石方运量为平均运距与土石方调配数量的乘积。

总运量=调配（土石方）方数×n

式中：n——平均运距单位（级），其值为：n=(L-L免)/10

L——平均运距；

L免——免费运距。（4）计价土石方数量在土石方调配中，所有挖方无论是“弃”或“调”，都应予以计价，但是填方则不然，要根据用土来源来决定是否计价。如果是移挖作填，不应计价；如果是路外借土，要计价。

计价土石方数量=挖方数量+借方数量如某工程土石方数量：填方500m3挖方200m3借方400m3弃方100m3则计价土石方数量=600m3

一般工程的土石方总量，实际上是指计价土石方数量。5、土方调配区的划分

调配区的划分应与房屋或构筑物的位置相协调，满足工程施工顺序和分期施工的要求，使近期施工和后期利用相结合。调配区的大小，应考虑土方及运输机械的技术性能，使其功能得到充分发挥。例如，调配区的长度应大于或等于机械的铲土长度；调配区的面积最好与施工段的大小相适应。

调配区的范围应与计算土方量用的方格网相协调，通常可由若干个方格网组成一个调配区。

从经济效益出发，考虑就近借土或就近弃土。这时，一个借土区或一个弃土区均可作为一个独立的调配区。

调配区划分还应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。6、调配区之间的平均运距平均运距即挖方区土方重心至填方区土方重心的距离。因此，求平均运距，需先求出每个调配区的重心。其方法如下：取场地或方格网中的纵横两边为坐标轴，分别求出各区土方的重心位置，即：（1.27）式中X0，Y0——挖或填方调配区的重心坐标；V——每个方格的土方量；X，y——每个方格的重心坐标。当地形复杂时，亦可用作图法近似地求出行心位置以代替重心位置。重心求出后，则标于相应的调配区上，然后用比例尺量出每对调配区之间的平均运距，或按下式计算：

（1.28）式中L——挖，填方区之间的平均运距；XOT，YOT——填方区的中心坐标；XOW，YOW——挖方区的中心坐标。

7、最优调配方案的确定最优调配方案的确定，是以线性规定为理论基础，常用“表上作业法”求解。现结合示例介绍如下：已知某场地有四个挖方区和三个填方区，其相应的挖填土方量和各对调配区的运距如表1.8所示。利用“表上作业法”进行调配的步骤为：用“最小元素法”编制初始调配方案即先在运距表（小方格）中找一个最小数值，如C22=C43=40（任取其中一个，现取C43），于是先确定X43的值，使其尽可能的大，即X43=max(400,500)=400。由于A4挖方区的土方全部调到B3填方区，所以X41和X42都等于零。此时，将400填入X43格内，同时将X41，X42格内画上一个“×”号，然后在没有填上数字和“×”号的方格内再选一个运距最小的方格，即C22=40，便可确定X22=500，同时使X21=X23=0。此时，又将500填入X22格内，并在X21，X23格内画上“×”号。重复上述步骤，依次确定其余Xj的数值，最后得出表1.8所示的初始调配方案。8、最优方案的判别法由于利用“最小元素法”编制初始方案，也就优先考虑了就近调配的原则，所以求得之总运输量是较小的。但这并不能保证其总运输量最小，因此还需要进行判别，看它是否为最优方案。判别的方法有“闭回路法”和“位势法”，其实质均一样，都是求检验数λij来判别。只要所有的检验数λij≥0，则方案即为最优方案；否则，不是最优方案，尚需进行调整。现就用“位势法”求检验数予以介绍：首先将初始方案中有调配数方格的Cij列出，然后按下式求出两组位势数ui（i=1,2,…,m）和vj(j=1,2,…,n)。Cij=ui+vj（1.29）式中Cij——平均运距（或单位土方运价或施工费用）；ui、vj——位势数。位势数求出后，便可根据下式计算各空格的检验数；λij=Cij-ui-vj（1.30）9、土方调配图最后将调配方案绘成土方调配图（图1.17）。在土方调配图上应注明挖填调配区，调配方向，土方数量以及每对挖填调配区之间平均运距。图1.17（a）为本例的土方调配，仅考虑场内的挖填平衡即可解决。图1.17(b)亦为四个挖方区，三个填方区，挖填土方区量虽然相等，但由于地形狭长，运距较远，故采取就近弃土和就近借土的平衡调配方案更为经济。10、土方工程量事故的原因及其防治在基坑（基槽）施工过程中，可能会发生边坡塌方或流砂，将会影响工程的正常进行，延误工期，甚至造成人身事故，所以需要采取相应的防治措施。边坡塌方：⑴边坡塌方的原因；

⑵防治塌方的措施流砂：⑴产生流砂的成因；

⑵流砂的防治措施四、土方的填筑与压实影响填土压实因素

填土压实质量与许多因素有关，其中主要影响因素为：压实功、土的含水量以及每层铺土厚度。

填土压实的质量控制。

⑴选择好填土的材料。⑵控制适宜的含水量。⑶填土的压实要达到一定的密实度的要求.填土的压实度用压实系数来表示：填土的压实方法有碾压、夯实和振动压实等几种。

1、压实功的影响

填土压实后的密度与压实机械在其上所施加功的关系见(见图4-1所示)。图4-1

土的密度与压实功的关系示意图

2、含水量的影响

填土含水量的大小直接影响碾压(或夯实)遍数和质量。

较为干燥的土，由于摩阻力较大，而不易压实；当土具有适当含水量时，土的颗粒之间因水的润滑作用使摩阻力减小，在同样压实功作用下，得到最大的密实度，这时土的含水量称做最佳含水量各种土的最佳含水量和最大干密度见表4.1所示。表4.1土的最佳含水量和最大干密度参考表

3、铺土厚度的影响

在压实功作用下，土中的应力随深度增加而逐渐减小，其压实作用也随土层深度的增加而逐渐减小。

各种压实机械的压实影响深度与土的性质和含水量等因素有关。

对于重要填方工程，其达到规定密实度所需的压实遍数、铺土厚度等应根据土质和压实机械在施工现场的压实试验决定。若无试验依据应符合表4.2的规定。

表4.2

填土施工时的分层厚度及压实遍数

五、土方工程机械化施工

1、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、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