第一讲土方工程

第1讲土方工程1概述

2场地平整3基坑工程

4土方的填筑与压实土方工程的施工要求●土方量少、工期短、费用省；●因地制宜编制合理的施工方案，预防流砂、管涌、塌方等事故发生，确保安全；●要求标高、断面控制准确；●应尽可能采用先进的施工工艺、施工组织和机械化施工。●土体有足够的强度和稳定性；基坑土方开挖提示：1.1概述包括一切土的挖掘、填筑、运输等过程以及排水降水、土壁支撑等准备工作和辅助工程。常见的土方工程施工内容有：1、土方工程的内容

⑴场地平整：包括障碍物拆除、场地清理、确定场地设计标高、计算挖填土方量、合理进行土方平衡调配等。

⑵开挖沟槽、基坑(竖井、隧道、修筑路基、堤坝)：包括测量放线、施工排水降水、土方边坡和支护结构等。

⑶土方回填与压实：包括土料选择、运输、填土压实的方法及密实度检验等。1概述2、土方工程的特点：

1）工程量大，劳动力或机械设备用量大且施工工期较长；

2）施工难度较大，受地质、水文、气候、地下障碍物等因素影响；

3）事故多，基坑深度、面积大的易出现较大事故。土的分类土的名称密度（kg/m3）开挖方法一类土（松软土）砂土；粉土；冲积砂土层；疏松的种植土；淤泥600～1500用锹、锄头挖掘二类土（普通土）粉质粘土；潮湿的黄土；夹有碎石、卵石的砂；粉土混卵(碎)石；种植土；填土1100～1600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；重粉质粘土；砾石土；干黄土；含碎(卵)石的黄土；粉质粘土；压实的填土1750～1900主要用镐，少许用锹、锄头，部分用撬棍四类土（砂砾坚土）坚实密实的粘性土或黄土；中等密实的含碎(卵)石粘性土或黄土；粗卵石；天然级配砂石；软泥灰岩1900用镐或撬棍，部分用锲子及大锤五类土（软石）硬质粘土；中密的页岩、泥灰岩、白垩土；胶结不紧的砾岩；软石灰岩及贝壳石岩1100～2700用镐或撬棍、大锤，部分用爆破六类土（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2200～2900用爆破方法，部分用风镐七类土（坚石）大理岩；辉绿岩；粉岩；粗、中粒花岗岩；坚实的白云岩、砂岩、砾岩、片麻岩、石灰岩2500～3100用爆破方法八类土（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2700～3300用爆破方法1.1.1土的工程分类1.1.2

土的工程性质

天然密度--是指土在天然状态下单位体积的质量，它影响土的承载力、土压力及边坡的稳定性。

干密度--是指单位体积中固体颗粒的质量，它是用以检验土压实质量的控制指标。⑴土的质量密度取土环刀标准击实仪不同类的土，其最大干密度是不同的；同类的土在不同的状态下(含水量、压实程度)其密实度也是不同的⑵土的含水量W是土中所含的水与土的固体颗粒间的质量比，以百分数表示，见下式：含水量影响土方施工方法的选择、边坡的稳定和回填土的质量土的含水量超过25～30%，则机械化施工就困难，容易打滑、陷车回填土则需有最佳含水量方能夯压密实，获得最大干密度快速含水量测定仪（3）土的可松性即自然状态下的土，经过开挖后，其体积因松散而增加，以后虽经回填压实，仍不能恢复其原来的体积。土的可松性用可松性系数KS表示。土的最初可松性系数；

土的最后可松性系数。

式中：V1

——土在天然状态下的体积；

V2

——土经开挖后的松散体积；

V3

——土经回填压实后的体积。土的最初可松性系数KS是计算挖掘机械生产率、运土车辆数量及弃土坑容积的重要参数，最后可松性系数K，S是计算场地平整标高及填方所需的挖方体积等的重要参数。不同分类的土的可松性系数可参考下表：

（4）土的边坡坡度（1/m）

tgα=1/m=h/b

其中：m----坡度系数

h----边坡高度

b----边坡宽度

（5）原状土经机械压实后的沉降量经验公式：S=P/C

其中：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（MPa）

C----原状土的抗陷系数（MPa）土的可松性参考值土的类别体积增加百分数可松性系数最初最后最初Ks最后K，s一类土8～171～41.08～1.171.01～1.04二类土14～282～51.14～1.281.02～1.05三类土24～304～71.24～1.301.04～1.07四类土26～376～91.26～1.371.06～1.09五～七类土30～4510～201.30～1.451.10～1.20八类土45～5020～301.45～1.501.20～1.301概述问：土的特性对施工有何影响？例题：例题1－1：某基坑开挖，土方量为1000立方米，土质为硬粘土，其最初可松性系数为1.26，最终可松性系数为1.06，基坑土方的运方量为多少？若将此批土方作为填土，则填方体积为多少？1.2

场地平整1.2.1、场地平整土方量

方格网法（一）确定场地设计标高考虑的因素：

(1)满足生产工艺和运输的要求；

(2)尽量利用地形，减少挖填方数量；

(3)争取在场区内挖填平衡，降低运输费;(4)有一定泄水坡度，满足排水要求。场地设计标高一般在设计文件上规定，如无规定：挖填平衡法

1、初步标高（按挖填平衡）

方法：将场地划分为每格边长10～40m的方格网，找出每个方格各个角点的地面标高（实测法、等高线插入法）。aaaaaaz11z12z21z22则场地初步标高：

z0=（zi1+zi2+zi3+zi4）/4nzi1、zi2、zi3、zi4——第i个方格各角点的自然地面标高；

n

——方格个数。用插入法求得H13=251.70水准仪进行高程测量2134lylxixiyz0(2)双向排水时，各方格角点设计标高为：lz11z0z0iz12z21

zi

=z0

l•i

zi

=z0

lxix

l

yiy(1)单向排水时，各方格角点设计标高为:

zi【例】某建筑场地方格网、地面标高如图,格边长a=20m。泄水坡度ix=2‰，iy=3‰，不考虑土的可松性的影响，确定方格各角点的设计标高。解：（1）初步设计标高（场地平均标高）z0=（z1+2z2+3z3+4z4）/4n=[70.09+71.43+69.10+70.70+2×（70.40+70.95+69.71+…）+4×（70.17+70.70+69.81+70.38）]/（4×9）

=70.29（m）70.0970.0970.3270.3670.4070.4470.2670.3070.3470.3870.2070.2470.2870.3270.1470.1870.2270.26

z0＝70.29z2=70.29－10×2‰+30×3‰=70.36z3=70.29+10×2‰+30×3‰=70.40其它见图70.3270.3670.4070.4470.2670.3070.3470.3870.2070.2470.2870.3270.1470.1870.2270.2670.09（二）场地土方量计算1、计算各方格角点的施工高度

hn

：hn=zi－zi’

即：hi=该角点的设计标高—自然地面标高（m）h1=70.32－70.09=＋0.23（m）；正值为填方高度。+0.23-0.04-0.55-0.99+0.55+0.13-0.36-0.84+0.83+0.43-0.10-0.63+1.04+0.56+0.02-0.44h2=70.36－70.40=－0.04（m）；负值为挖方高度70.3270.3670.4070.4470.2670.3070.3470.3870.2070.2470.2870.3270.1470.1870.2270.26+0.23-0.04-0.55-0.99+0.55+0.13-0.36-0.84+0.83+0.43-0.10-0.63+1.04+0.56+0.02-0.4470.090

01.2.3场地平整土方量计算1．计算场地各方格角点的施工高度：“＋”为填方；“－”为挖方。2．确定零线：3．计算每一方格的挖填方工程量：编号施工高度地面标高设计标高A0Bh2h1xa⑴方格四个角点全部为挖（填）方时：⑵两个角点为挖、两个角点为填时：挖方：填方：⑶方格三个角点为挖、另一个角点为填时：填方：挖方：一、基坑、基槽、路堤土方量计算1、基坑土方量：按拟柱体法——

V=(F下+4F中+F上)H/6F下F上F中H1.2.2用最小二乘法原理求最佳设计平面式中：αacbxzy0βixiy目的：满足填、挖方平衡，又满足总的土方量最小。适用范围：大型场地、地形复杂1.2.3、土方的调配：在施工区域内，挖方、填方或借、弃土的综合协调。

1、要求：

总运输量最小；

土方施工成本最低；工期短。

2、步骤：（1）

找出零线，画出挖方区、填方区；（2）划分调配区

注意：

1）位置与建、构筑物协调，且考虑开、施工顺序；

2）大小满足主导施工机械的技术要求；

3）与方格网协调，便于确定土方量；

1、土方调配的步骤

划分调配区（绘出零线）→计算调配区之间的平均运距（即挖方区至填方区土方重心的距离）→确定初始调配方案→优化方案判别→绘制土方调配图表。3

最优调配方案的确定

最优调配方案的确定，是以线性规划为理论基础，常用“表上作业法”求解。调配的步骤如下：用“最小元素法”编制初始调配方案最优方案判别绘制土方调配图最优方案判别方案的调整是否1）、初始调配方案

下图为一矩形广场，图中小方格内的数字为各调配区的土方量，箭杆上的数字则为各调配区之间的平均运距。试求土方调配最优方案。500500800600500500400W1T1W36050701108070401009040100W4T3W2T270挖方区编号填方区编号挖方区需调出土方填方区需调进土方调配区间的平均运距各调配区土方量及平均运距

填方区挖方区T1T2T3挖方量m3W1x1150x1270x13100500C,11C,12C,13W2x2170x2240x2390500C,21C,22C,23W3x3260x32110x3370500C,31C,32C,33W4x4180x42100x4340400C,41C,42C,43填方量m38006005001900

填方区挖方区T1T2T3挖方量m3,11C,12C,13W2×7050040×90500C,21C,22C,23W36011070500C31C32C33W4×80×10040040400C,41C,42C,43填方量m38006005001900

步骤1：选取平均运距最小(C22=C43=40)的方格，确定它所对应的调配土方数，并使其尽可能大。本例选取C43=40，X43=400(W4的全部挖方调往T3)，X41、X42=0(W4的挖方不调往T1、T2)，在X41、X42的方格内画上“×”

填方区挖方区T1T2T3挖方量m3W170100500C,11C,12C,13W27090500C,21C,22C,23W3500C,31C,32C,33W4×80×10040040400C,41C,42C,43填方量m38006005001900

步骤2：重复步骤1，按平均运距由小到大依次计算X22、X11、X31（C22→C11→C31）

，我们就得到了土方调配的初始方案。5005001003001004050××××60701102）、最优方案判别初始调配方案是按“就近调配”求得的，它保证了挖填平衡、总运输量是较小的，但不一定是最小的，因此还需进行判别。在“表上作业法”中判别最优方案的方法有很多，这里我们介绍引入“假想价格系数”求检验数λij来判别。首先求出表中各方格的假想价格系数，有调配土方的假想价格系数C，ij=Cij

，无调配土方的假想价格系数按下式计算：

该公式的意义即：构成任一矩形的四个方格内对角线上的假想价格系数之和相等。

步骤2：按任一矩形的四个方格内对角线上的C，ij之和相等，逐个求解未知的C，ij；如：填方区挖方区T1T2T3挖方量m3W150050×70×1005005010060W2×7050040×90500－10400W330060100110100705006011070W4×80×10040040400308040填方量m38006005001900填方区挖方区T1T2T3挖方量m3W150－70+1005005010060W2+7040+90500-10400W360110705006011070W4+80+10040400308040填方量m38006005001900

步骤3：引入检验数λ，按下式求出表中无调配土方方格的检验数（即方格右边两小格数字上下相减，将正负号填入表中）：

λ12出现负数说明方案不是最佳方案，需要进行调整。4、方案的调整

T1T2T3W1500X12W2500W3300100100W4400①②③④⑤

步骤2：找出x12的闭回路。其作法是，从x12方格出发，沿水平或竖直方向前进，遇到有数字的方格作900转弯(也可不转弯)，如果路线恰当，有限步后便能回到出发点。形成一条以有数字的方格为转角点、用水平或竖直线联起来的闭回路。见下表：

步骤1：在所有负检验数中挑选一个(一般选最小的)，本例即λ12，将它对应的变量

x12作为调整对象。

填方区挖方区T1T2T3挖方量m3W150070+10050