第一章土石方与基坑工程

场地平整是将建设范围内的自然地面通过人工或机械整平，改造成为设计所需的平面，以利现场平面布置和文明施工。

一、概

述第一节

土的分类及工程性质

土的基本性质与工程施工有关，在施工之前应详尽了解，避免造成工程事故。一、土的分类二、土的工程性质一、土的分类*按土开挖的难易程度将土分为：松软土、普通土、坚土、砂砾坚土、软石、次坚石、坚石、特坚硬石等八类。*土和普通土可直接用铁锹开挖，或用铲运机、推土机、挖土机施工；*坚土、砂砾坚土和软石要用镐、撬棍开挖，或预先松土，部分用爆破的方法施工；*次坚石、坚石和特坚硬石一般要用爆破方法施工。

土的工程分类与现场鉴别方法二、土的工程性质

土的工程性质对土方施工方法的选择、劳动量和机械台班的消耗及工程费用等都有较大影响。1.土的含水量2.土的天然密度和干密3.土的可松性系数4.土的渗透性1.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:在天然状态下，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:

ρ——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

ρd——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：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，

最初可松性系数KS=V2/V1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

式中KS、KS′——土的最初、最最终可松性系系数；V1——土在天然状态态下的体积,m3；V2——土挖出后在松松散状态下的的体积,m3；V3——土经压(夯)实后的体积,m3.土的最初可松松性系数KS是计算车辆装装运土方体积积及挖土机械械的主要参数数；

土的最最终可松性系系数KS′是计算填方所所需挖土工程程量的主要参参数,各类土的可松性性系数见第一节节[表1.1]所示.4、土的渗透性土的渗透性：指指土体被水透过过的性质.土的渗透性用渗渗透系数表示.渗透系数：表示示单位时间内水水穿透土层的能能力,以m/d表示；它同土的的颗粒级配、密密实程度等有关关,是人工降低地下下水位及选择各各类井点的主要要参数。土土的渗透系数见见表所示表1-2土的渗透系数参参考表5.土的压缩性一般土经挖运、、填压以后，都都有压缩，在核核实土方量时，，一般可按填方方断面增加10%～20%的方数考虑，一一般土的压缩率率见表;(书P61）6.原地面经机械压压实后的沉陷量量原地面经机械往往返运行，或采采用其他压实措措施，其沉降量量通常在3～30cm之间，视不同土土质而变化，一一般可用下列经经验公式计算其其沉降量：第二节

土方量量计算在土方施工之前前,必须计算土方的的工程量.但各种土方工程程的外形有时很很复杂,而且不规则.一般情况下,将其划分成为一一定的几何形状状,采用具有一定精精度而又和实际际情况近似的方方法进行计算.一、基坑与基槽槽土方量计算基坑土方量可按按立体几何中拟拟柱体(由两个平行的平平面作底的一种种多面体)体积公式计算(如图1-1所示).即：V=(F1+4F0+F2)h/6式中h——基坑深度,m；F1、F2——基坑上、下底的的面积，m2；F0—基坑中截面的面面积，m2.图1-1基坑开挖土方量量计算挖基槽土方图1-2基槽开挖土方量量计算基槽土方量计算算可沿长度方向向分段计算(如图1-2所示)：沿长度方向分段段计算Vi,再V=∑Vi断面尺寸不变的的槽段：Vi=Fi×Li断面尺寸变化的的槽段：Vi=(Fi1+4Fi0+Fi2)Li/6在计算基槽截面面积时，需要正正确确定基槽开开挖宽度，考虑虑是否需要放坡坡或为支设基础础模板而增加工工作面。如不放放坡，但要留工工作面时，基槽槽宽度按下式计计算不放坡，留设工工作面并加支撑撑时:放坡但不加支撑撑时式中：d——基槽开挖宽度，，单位mm；a——基底设计宽度，，单位mm；c——工作面宽，一般般取300mm；b——放坡引起的基槽槽上口增加宽度度。二、场地平整整土方计算对于在地形起伏伏的山区、丘陵陵地带修建较大大厂房、体育场场、车站等占地地广阔工程的平平整场地,主要是削凸填凹凹,移挖方作填方，，将自然地面改改造平整为场地地设计要求的平平面.1.场地平整的一般般施工工序是：：现场勘察→清清除地面障碍物物→标定平整范范围→设置水准准基点→设置方方格网、测量标标高→计算土方方挖填工程量→→平整土方→场场地碾压→验收收。平整前必须把场场地平整范围内内的障碍物如树树木、电杆、管管道等清理干净净，然后根据总总图要求的标高高，从水准基点点引进基准标高高作为确定土方方量计算的基点点。2.场地平整的一般般要求(1)应做好地面排水水，平整后场地地的表面坡度应应符合设计要求求，如设计无要要求时，一般应应向排水沟方向向做成不小于0.2％的坡度。(2)平整后的场地表表面应逐点检查查标高，检查点点为100m2～400m2取一点，但不少少于10点，长度、宽度度方向和边坡上上均为20m取一点，每边不不少于1点。(3)场地平整时应经经常测量和校核核其平面位置、、水平标高和边边坡坡度是否符符合设计要求，，平面控制桩和和水淮控制点应应采取可靠措施施加以保护，定定期复测和检查查，弃土不应堆堆在边坡边缘。。二、场地平整整土方计算对于在地形起伏伏的山区、丘陵陵地带修建较大大厂房、体育场场、车站等占地地广阔工程的平平整场地,主要是削凸填凹凹,移挖方作填方，，将自然地面改改造平整为场地地设计要求的平平面.场地挖填土方量量计算一般采用用方格网法.方格网法计算场场地平整土方量量步骤为：1.读识方格网图2.确定场地设计标标高3.计算场地各个角角点的施工高度度4.计算“零点”位位置，确定零线线5.计算方格土方工工程量6.边坡土方量计算算7.计算土方总量8.例题及计算过程程根据已有地形图图（一般用1：500的地形图）将场场地划分成若干干个方格网，尽尽量与测量的纵纵、横坐标网对对应，方格一般般采用20m×20m或40m×40m，将相应设计标标高和自然地面面标高分别标注注在方格点的右右上角和右下角角。将设计地面面标高与自然地地面标高的差值值，即各角点的的施工高度h（挖或填），填填在方格网的左左上角，挖方为为（－），填方方为（＋）。1.读识方格网图方格网图由设计计单位(一般在1：500的地形图上)将场地划分为边边长a=10～40m的若干方格,与测量的纵横坐坐标相对应,在各方格角点规规定的位置上标标注角点的自然然地面标高(H)和设计标高(Hn),如图1-3所示.图1-3方格网法计算土土方工程量图二、场地平整整土方计算2.确定场地设计标标高(1)考虑的因素(2)初步标高(按挖填平衡)(3)场地设计标高的的调整(1)考虑的因素：①满足生产工工艺和运输的要要求；②尽量利用地地形，减少挖填填方数量；③争取在场区内内挖填平衡，降降低运输费；④有一定泄水坡坡度，满足排水水要求.⑤场地设计标高一一般在设计文件件上规定，如无无规定：A.小型场地――挖填平衡法；B.大型场地――最佳平面设计法法(用最小二乘法，，使挖填平衡且且总土方量最小小)。(2)初步标高(按挖填平衡)场地初步标高：：H0=S(H11+H12+H21+H22)/4MH11、H12、H21、H22——一个方格各角点点的自然地面标标高；M——方格个数.或：H0=(∑H1+2∑H2+3∑H3+4∑H4)/4MH1－－一个方格所所仅有角点的标标高；H2、H3、H4－－分别为两个个、三个、四个个方格共用角点点的标高.考虑到土的可松性后，，场区的设计标标高经调整后改改为:(3)场地设计标高的的调整按泄水坡度、土土的可松性、就就近借弃土等调调整.按泄水坡度调整整各角点设计标标高：①单向排水时，，各方格角点设设计标高为:Hn=H0±L﹒i②双向排水时，各各方格角点设计计标高为：Hn=H0±Lx﹒ix±Ly﹒iy3.计算场地各个角角点的施工高度度施工高度为角点点设计地面标高高与自然地面标标高之差，是以以角点设计标高高为基准的挖方方或填方的施工工高度.各方格角点的施施工高度按下式式计算：式中hn------角点施工高度即即填挖高度(以“+”为填，“-”为挖)，m；n------方格的角点编号号(自然数列1，2，3，…，n).Hn------角点设设计高高程，，H------角点原原地面面高程程.4.计算““零点点”位位置，，确定定零线线方格边边线一一端施施工高高程为为“+”,若另一一端为为“-”,则沿其其边线线必然然有一一不挖挖不填填的点点，即即“零零点””(如图1-4所示).图1-4零点位位置零点位位置按按下式式计算算：式中x1、x2————角点至至零点点的距距离,m；h1、h2————相邻两两角点点的施施工高高度(均用绝绝对值值),m；a——方格网网的边边长，，m.确定零零点的的办法法也可可以用用图解解法，，如图1-5所示.方法是是用尺尺在各各角点点上标标出挖挖填施施工高高度相相应比比例，，用尺尺相连连，与与方格格相交交点即即为零零点位位置。。将相相邻的的零点点连接接起来来，即即为零零线。。它是是确定定方格格中挖挖方与与填方方的分分界线线。图1-5零点位位置图图解法法5.计算方方格土土方工工程量量按方格格底面面积图图形和和表1-3所列计计算公公式，，逐格格计算算每个个方格格内的的挖方方量或或填方方量.表1-3常用方方格网网点计计算公公式6.边坡土土方量量计算算场地的的挖方方区和和填方方区的的边沿沿都需需要做做成边边坡,以保证证挖方方土壁壁和填填方区区的稳稳定。。边坡的的土方方量可可以划划分成成两种种近似似的几几何形形体进进行计计算：：一种为为三角角棱锥锥体(图1-6中①～～③、、⑤～～⑾)；另一种种为三三角棱棱柱体体(图1-6中④).图1-6场地边边坡平平面图图A三角棱棱锥体体边坡坡体积积式中l1——边坡①①的长长度；；A1——边坡①①的端端面积积；h2——角点的的挖土土高度度；m——边坡的的坡度度系数数，m=宽/高.B三角棱棱柱体体边坡坡体积积两端横横断面面面积积相差差很大大的情情况下下，边边坡体体积式中l4——边坡④的长度；A1、A2、A0——边坡④两端及中部部横断面面积.7.计算土方总量将挖方区(或填方区)所有方格计算的土土方量和边坡土方方量汇总,即得该场地挖方和和填方的总土方量量.8.例题【例1.1】某建筑场地方格网网如图1-7所示，方格边长为为20m×20m,填方区边坡坡度系系数为1.0,挖方区边坡坡度系系数为0.5,试用公式法计算挖挖方和填方的总土土方量.图1-7某建筑场地方格网网布置图【解】(1)根据所给方格网各各角点的地面设计计标高和自然标高高，计算结果列于于图1-8中.由公式1.9得：h1=251.50-251.40=0.10m

h2=251.44-251.25=0.19mh3=251.38-250.85=0.53m

h4=251.32-250.60=0.72mh5=251.56-251.90=-0.34mh6=251.50-251.60=-0.10m

h7=251.44-251.28=0.16mh8=251.38-250.95=0.43m

h9=251.62-252.45=-0.83mh10=251.56-252.00=-0.44m

h11=251.50-251.70=-0.20mh12=251.46-251.40=0.06m图1-8施工高度及零线位位置(2)计算零点位置.从图1-8中可知,1—5、2—6、6—7、7—11、11—12五条方格边两端的的施工高度符号不不同,说明此方格边上有有零点存在.由公式1.10求得：1—5线x1=4.55(m)

2—6线x1=13.10(m)

6—7线x1=7.69(m)

7—11线x1=8.89(m)

11—12线x1=15.38(m)将各零点标于图上上,并将相邻的零点连连接起来,即得零线位置，如图1-8.(3)计算方格土方量.方格Ⅲ、Ⅳ底面为正方形,土方量为：VⅢ(+)=202/4×(0.53+0.72+0.16+0.43)=184(m3)

VⅣⅣ(-)=202/4×(0.34+0.10+0.83+0.44)=171(m3)方格Ⅰ底面为两个梯形,土方量为：VⅠ(+)=20/8×(4.55+13.10)×(0.10+0.19)=12.80(m3)

VⅠ(-)=20/8××(15.45+6.90)×(0.34+0.10)=24.59(m3)方格Ⅱ、Ⅴ、Ⅵ底面为三边形和五五边形,土方量为：VⅡ(+)=65.73

(m3)

VⅡ(-)=0.88(m3)VⅤ(+)=2.92

(m3)

VⅤ(-)=51.10(m3)

VⅥⅥ(+)=40.89

(m3)

VⅥ(-)=5.70

(m3)方格网总填方量：：

∑V(+)=184+12.80+65.73+2.92+40.89=306.34

(m3)方格网总挖方量：：

∑V(-)=171+24.59+0.88+51.10+5.70=253.26

(m3)(4)边坡土方量计算.如图1.9,④、⑦按三角棱柱体体计算外,其余均按三角棱锥锥体计算,可得：V①(+)=0.003

(m3)

V②(+)=V③(+)=0.0001

(