第一讲绪论土方工程

土木工程施工张春刚学科引入及简介1．本施工学科简介（1）学科内容①施工技术部分：②施工组织部分：主要分项工程施工工艺及原理（教材第1篇）；新技术、新材料、新工艺的发展施工项目组织原理（教材第2篇1-3章）（3部分）③施工组织设计部分：①、②部分的综合应用（教材第2篇第4章及第5章）（2）学习方法注意学科的系统性、整体性；记一定的笔记；2．（房屋）建设一般程序（非严格意义）

建设部门申请—→

规划部门—→

委托设计、地勘—→

初设及送审—→

施工图设计—→

委托监理、工程招标—→

投标——→

中标

签订工程承包合同—→

施工准备—→

组织施工—→

竣工验收—→

交付使用、保修↙概算↙预算∣→选施工企业↙决算∣施工企业→3．（建筑工程）施工一般过程施工准备↓土方工程↓基础工程↓主体结构↓屋面工程↓装饰工程——第1篇—第一章——第1篇—第二章——第1篇—第三、四、五、六章——第1篇—第七章——第1篇—第八章地基与基础工程—建筑屋面工程—建筑装饰装修工程……*绪论0.1土木工程施工课程的研究对象、任务和学习方法0.2我国建筑施工技术发展概况

0.3建筑工程施工质量验收统一标准与施工质量验收规范

土木工程施工研究的内容：是建筑工程各主要工种分项工程施工中的一般施工技术和施工规律。依据施工对象的特点、规模和实际情况，应用合适的施工技术和方法，完成符合设计要求的工程。本课程教学的目的：是使学生掌握土木工程施工的基础知识，基本理论和决策方法，使学生具有解决土木工程施工技术和施工组织计划问题的初步能力。

本课程的任务：掌握建筑工程施工原理、施工方法、施工组织，以及保证工程质量和施工安全的技术措施。学习方法：理论联系实际。

0.1土木工程施工课程的研究对象、任务和学习方法在地基处理方面；推广了强夯法、深层搅拌地基新技术；在基础工程施工；推广和应用了钻孔灌注桩、旋喷桩、地下连续墙等深基础技术；主体施工：

模板：大模板、滑升模板，

钢筋连接：钢筋电气压焊、钢筋冷压连接、钢筋锥螺纹连接，

混凝土技术：泵送混凝土、高强度混凝土等新工艺和新技术得到了广泛地应用和推广；0.2我国建筑施工技术发展简介

预应力混凝土：采用了无粘结工艺和整体预应力结构，使我国预应力混凝土发展由构件生产进入了预应力结构生产阶段；大跨度结构、高耸结构方面：采用了整体吊装的新技术。

目前在砌体、防水、装饰工程施工中，居多沿用传统的施工工艺和施工方法，劳动强度大、工效低。随着科学技术的进步和生产力的发展，墙体改革、新型建筑材料、工艺理论及计算机技术的应用必将有力地推动我国建筑施工技术的发展。第1章土方工程

常见的土方工程有：场地平整（三通一平中的平整）、基坑开挖、基坑回填、路基填筑（道路工程）等。以及排水、降水、土壁支护等准备和辅助工程。特点：工程量大、不可确定因素多，施工条件复杂，施工前应根据现场条件制定出技术可行、经济合理的施工方案。主要内容：1、土的分类及工程性质，2、土方量计算，3、土方机械化施工以及4、排、降水、坑壁支撑等施工辅助工作。学习重点：土的工程性质及其对施工的影响，施工机械的选择，土壁支护，以及降低地下水位的方法。1.1土的分类1.1.1土的分类与鉴别（按照开挖的难易程度四类土和四类石）

土的分类

土的名称

可松性系数

现场鉴别方法

KSK’s一类土(松软土)砂，亚砂土，冲积砂土层，种植土，泥炭(淤泥)1.08～1.171.01～1.03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

1.14～1.281.02～1.05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

1.24～1.301.04～1.07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

1.26～1.321.06～1.09整个用镐、撬棍，然后用锹挖掘，部分用楔子及大锤

表1－1－1确定劳动定额依据。安排施工、确定造价土的分类

土的名称

可松性系数

现场鉴别方法

KSK’s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

1.30～1.451.10～1.20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1.30～1.451.10～1.20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

1.30～1.451.10～1.20用爆破方法开挖

八类土(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1.45～1.501.20～1.30用爆破方法开挖1.2土的工程性质1.土的可松性：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，土的这种性质称为土的可松性。土的可松性用可松性系数表示，即式中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。(1－1－1)两个可松性系数的意义：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′是计算场地平整标高、填方所需挖土工程量的主要参数；2.原状土经机械压实后的沉降量原状土经机械往返压实或经其他压实措施后，会产生一定的沉陷，根据不同土质，其沉降量一般在3～30cm之间。可按下述经验公式计算：

式中S—原状土经机械压实后的沉降量(cm）；

P—机械压实的有效作用力(kg/cm2)；

C—原状土的抗陷系数(kg/cm2)，可按表1-1-2取值。土的工程性质还有：渗透性、密实度、抗剪强度、土压力等等根据上述公式可以计算沉降土方量1.2.场地平整

1.2.1场地竖向规划设计

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，如果场地标高无特殊要求，主要是削凸填凹，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。场地设计标高一般在设计文件上规定，如无规定：

(1)小型场地――挖填平衡法

(2)大型场地――最佳平面设计法（用最小二乘法，使挖填平衡且总土方量最小）

场地挖填土方量计算有方格网法和横截面法（主要用于道路工程）两种。横截面法是将要计算的场地划分成若干横截面后，用横截面计算公式逐段计算，最后将逐段计算结果汇总。横截面法计算精度较低，可用于地形起伏变化较大地区。对于地形较平坦地区，一般采用方格网法。

一、小型场地方格网法计算场地平整土方量：

(1)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=10～40m的若干方格，与测量的纵横坐标相对应，在各方格角点规定的位置上标注角点的自然地面标高(H)和设计标高(Hn)，如图1.1.1所示。

a）地形图上划分方格；b）设计标高示意图1—等高线；2—自然地面；3—设计标高平面；4—自然地面与设计标高平面的交线（零线）图1.1.1场地设计标高计算简图

因为场地平整前后，土方量相等，

所以：

式中：

H0——场地设计标高的初步计算值（m）；

a——方格边长（m）；

N——方格个数；

H11……H22——任一方格的四个角点的标高。(1-1-3)（2）场地设计标高计算从图中可看出，H11系一个方格的角点标高，H12和H21均系两个方格公共的角点标高，H22则系四个方格公共的角点标高。如果将所有方格的四个角点标高相加，那么，类似H11这样的角点标高加到一次，类似H12和H21的标高加到两次，而类似H22的标高则要加到四次。因此，上式可改写成下列的形式

式中：H1——一个方格的仅有角点标高（m）；

H2——二个方格的共有角点标高（m）；

H3——三个方格的共有角点标高（m）；

H4——四个方格的共有角点标高（m）。(1-1-4)Ho为场地中心点标高，场地内任意一点的设计标高为：

式中：lx、ly——该点在x—x、y—y方向距场地中心线的距离；

ix、iy——该点于x—x、y—y方向的泄水坡度。(1-1-5)（3）双泄水标高的计算二、最佳设计平面（最小二乘法原理）按挖填平衡法计算得出的设计平面标高，能使土方挖填平衡，但不能保证总的土方量最小。应用最小二乘法原理，可求得满足挖填平衡和满足总土方量最小。适用于大型场地或地形复杂的场地平整。最小二乘法（又称最小平方法）是一种数学优化技术。它通过最小化误差的平方和寻找数据的最佳函数匹配。利用最小二乘法可以简便地求得未知的数据，并使得这些求得的数据与实际数据之间误差的平方和为最小。设计标高的调整：1、考虑可松性---适当提高标高2、考虑工程用土或者余土3、采用经济效果较好的施工方案，如采用场外取土或弃土等。考虑土方量变化，调整设计标高。1.2.2场地平整土方计算一、计算“零点”位置，确定零线方格边线一端施工高程为“+”，若另一端为“-”，则沿其边线必然有一不挖不填的点，即为“零点”(图1－1－4)。零点位置按下式计算：

式中x1、x2——角点至零点的距离，h1、h2——相邻两角点的施工高度(均用绝对值)。a—方格网的边长。

确定零点的办法也可以用图解法，如图1.5所示。方法是用尺在各角点上标出挖填施工高度相应比例，用尺相连，与方格相交点即为零点位置。将相邻的零点连接起来，即为零线。它是确定方格中挖方与填方的分界线。二、

常用方格网点计算公式：1、四方棱柱体体积计算项目图式计算公式一点填方或挖方(三角形)两点填方或挖方(梯形)三点填方或挖方(五角形)四点填方或挖方(正方形)2、三角棱柱体计算公式

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（图1一1一6）。1、当三角形三个角点全部为挖或全部为填时（图1-1-7a)：2、三角形三个角点有填有挖时（图1-1-7b)。(1-1-15)(1-1-16)(1-1-16)四、计算土方总量将挖方区(或填方区)所有方格计算的土方量和边坡土方量汇总，即得该场地挖方和填方的总土方量。1.2.3土方调配

土方工程量计算完成后，即可着手土方的调配。土方调配，就是对挖土的利用、堆弃和填土的取得。1、土方调配的原则：（1）应力求达到挖、填平衡和运距最短，调配区范围与土方量计算的方格网相协调的原则。（2）土方调配应考虑近期施工与后期利用相结合，与建筑物的平面位置协调，考虑施工顺序的原则。（3）土方调配应采取分区与全场相结合来考虑，土方运距较大或者场地范围内土方不平衡，应考虑就近取土或者弃土。（4）土方调配还应尽可能与大型地下建筑的施工相结合。（5）选择恰当地调配方向、运输路线，调配区大小应使施工机械的技术要求得到充分发挥。2、平均运距的确定----挖土区与填土区的重心距离3、土方施工单价：除单机核算外，还要考虑配套机械，确定一个综合单价一、划分土方调配区，计算平均运距或土方施工单价

划分调配区

在场地平面图上先划出挖、填区的分界线（即前述的零线），根据地形及地理等条件，可在挖方区和填方区适当地分别划分出若干调配区（其大小应满足土方机械的操作要求），并计算出各调配区的土方量，图示。零线图中的土方调配，仅考虑场内挖方、填方平衡。W为挖方，T为填方。2、求出每对调配区之间的平均运距

平均运距是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：

式中：、——挖方调配区或填方调配区的重心坐标；

v——每个方格的土方量；x、y——各方格的重心坐标，（通常近似的取方格的形心）；重心求出后，标于相应的调配区图上，然后用比例尺量出每对调配区之间的平均运距。

3．土方施工单价的确定----主要通过预算定额，考虑各种机械配合、施工工艺二、用线性规划目标函数和约束条件都是线性的(即均为一次的)，然后求目标函数的极值问题。列出土方调配方案表依据土方调配方案表在图上标出调配方向、土方数量以及平均运距，图示。例题1：用表上作业法求调配最优解的步骤与方法。课本表1-1-7，采用假想价格系数法判断总运输量是否最小。（1）编制初始方案就近调配——最小的施工单价取最大的土方量

Ｔ挖方量（m3）507010050070409050060110705008010040400填方量（m3）8006005001900Ｗ400××500××500××300100100（2）方案最优性判别——假想价格系数法①求解各个方格的假想价格系数→②求解无调配土方方格的检验数→③判别：所有无调配土方方格的检验数≥○，方案最优，否则不为最优，需调整。

Ｔ挖方量（m3）507010050070409050060110705008010040400填方量（m3）8006005001900Ｗ400××500××500××30010010050有调配土方的方格无调配土方的方格60401107040-101008030060＋—＋＋＋＋

Ｔ挖方量（m3）507010050070409050006011070500708010040400填方量（m3）8006005001900Ｗ400××500××500××30010010050604011040＋—＋＋＋＋初始方案计算（3）方案的调整——闭回路法

Ｔ挖方量（m3）507010050070409050060110705008010040400填方量（m3）8006005001900Ｗ400××500××500××3001001005060401107040-101008030060＋—＋＋＋＋①将最小的负检验数对应的变量作为调整对象→②找出其闭合回路*→③调整·↓↓←‖→‖↓↓→‖↓——←←←←←←↑↑↑↑→→→→→→100400400×形成一条以有数字的方格为转折点的用水平和直线连起来的闭合回路（4）方案判别（5）计算土方总运输量、绘制土方调配图教材——Ｐ