土方工程1

主讲人:葛燕锋[e-mail]建筑施工《建筑施工》课程的性质、内容、组成1.性质：土木工程专业的主干专业课。2.内容：建筑工程中主要工种施工工艺原理和方法及施工组织原理。3.组成：课堂教学（64学时）、课程设计（2周）、生产实习（4周）。4.教材：《土木工程施工》（上册）（第二版），重庆大学、同济大学、哈工大合编课程特点：课程内容多、涉及面广、琐碎，要有一定的现场感性知识；学时相对较少，部分内容要自学，课前要预习，课后应认真独立完成作业；尽快适应由基础课到专业课的转变。课程的考核：平时（作业、考勤、测验）占35%、期终考试占65%课程内容及学时安排1.土方工程82.深基础工程43.砌体工程44.混凝土结构工程125.预应力混凝土工程46.结构安装工程67.防水工程28.装饰工程29.施工组织概论210.流水施工原理411.网络计划技术612.建设项目施工组织总设计413.单位工程施工组织设计4第一章土方工程概述场地平整基坑开挖土方的填筑与压实第一节概述一、土方施工特点与内容1.土方工程的主要内容分两类（1）场地平整（设计标高确定、土方量计算、土方调配和机械化施工）。（2）基坑开挖和回填（支护结构的设计与施工、地下降水排水与回灌、土方机械开挖与回填土施工）。2.特点土方工程量大；施工条件复杂。二、土方施工设计原则1.选择适宜的施工方案。2.合理地进行土方调配。3.做好施工准备工作。4.编制施工计划要考虑季节性。5.对可能遇到的问题应有解决措施。三、土的工程分类1.按颗粒级配分：碎石类土、砂土和粘性土2.按工程分类分成八类，按开挖难易程度分。3.按《地基设计规范》地基土分为五类：岩石、碎石土、砂土、粘性土和人工填土。四、土的工程性质1.土的天然密度和干密度2.土的含水量3.土的可松行12sVVK13sVV'K第二节场地平整一、场区竖向规划设计场地平整时，首先根据设计文件规定的要求，确定场地平整的设计标高，然后再根据自然地形标高计算各点的施工高度。施工高度=设计标高-自然标高由此计算整个场地的挖方、填方工程量。（一）小型场地平整时设计标高的确定：土方量平衡，但不能保证总土方量最小1.场地平整成水平面.2.考虑泄水坡度对设计标高的影响，将场地整理成一定坡度的斜面.MHHHHH443243210yyxxNililHH0（二）最佳设计平面的确定：大型场区竖向规划设计时，把天然地面改造成所要求的设计平面，应满足建筑规划和生产工艺方面的要求，并尽量使填挖方平衡和总的土方量最小。应考虑的因素：1.满足规划和工艺要求；2.尽量利用地形，以减少填挖土方的数量；3.争取场区内的挖方同填方相互平衡，降低土方运费；4.要有一定的泄水坡度，满足排水要求。地形较复杂，需设计成多平面情况的处理。用最小二乘法原理可求得最佳设计平面参数（原点标高及地面坡度）。设计平面的方程为：变换为：如果知道了原点标高C以及坡度ix及iy那么设计平面上各点的标高可按上式计算。场地方格网角点的施工高度为：1czbyaxiyixiiiiziyixcz'zhyixiiyixCZ根据最小二乘法原理可知，当各方格顶点的填挖深度的平方和最小时，则该设计平面能满足土方工程量最小和保证填挖方量相等的最佳条件，即：将hi代入上式，求ó最小时的设计平面参数C、ix、iy，可对上式的C、ix、iy分别求偏导，并令其为0即得。整理成准则方程：解上述联立方程组，即可求的最佳设计平面的三个参数C、ix、iy。即可求的各角点的施工高度hi。最小ninniihphphphP1222221120][][][][0][][][][0][][][][pyzipyyipxycpypxzipxyipxxcpxpzipyipxcpyxyxyx（三）场区设计平面的几种情况:（1）当已知c时求坡度ix,iy（2）场区为水平面（即ix=iy=0）则(3)当给出ix、iy时，可求出c][][ppzc（四）设计标高的调整考虑的因素：1.由于土的可松性，设计标高的调整。2.由于设计标高以上各种填方（挖方）影响，设计标高的调整。3.经过经济比较，将部分挖土方就近弃于场外。因土的可松性，设计标高的调整：设△h为设计标高的增加值，则总挖方体积变VW´=VW-FW∆h设计标高调整后，总填方体积变为：填方区的标高也与挖方区的标高一样提高h，即移项并化简得：则考虑土的可松性，场区的设计标高调整后为：swwswTKhFVKVV)(TTsWWTTTFVKhFVFVVh)(sWTsWKFFKVh)1(hHH00二、场区平整土方工程量计算（一）方格网法：四角棱柱体法、三角棱柱体法其步骤:1）划分方格网。2）确定零点位置。3）计算土方量。1.四角棱柱体法：方格为全挖全填:方格为部分挖、部分填:)(443212hhhhaVhhaV4][22挖（填）挖（填）2.三角棱柱体法：全挖或全填:部分挖、部分填:)(63212hhhaV]))(([6))((612332313323231332hhhhhhhhaVhhhhhaV楔锥(二)断面法：1.2.LFFV221)4(6201FFFLV三、土方调配目的：使土方总运输量（m3-m）或施工成本（元）最小条件下，确定调配方向和数量。调配原则：1）挖、填方基本平衡，减少重复倒运。2）挖、填方量与运距的乘积之和尽可能最小，即总土方运输量或运输费用最小。3）好土应用在回填密实度要求较高的地区。4）取土或弃土应尽量不占或少占农田。5）分区调配应与全场调配相协调，避免只顾局部平衡，任意挖填而破坏全局平衡。6）调配应与地下构筑物的施工相结合，地下设施的填土应留土后填。选择恰当的调配方向、运输路线，土方运输无对流和乱流现象并便于机具调配、机械化施工。调配工作：划分调配区、计算土方平均运距、确定最优调配方案。（一）土方调配区划分、平均运距和土方施工单价的确定（1）土方调配区的划分：确定填挖区分界线，在挖填区适当划出若干调配区，确定调配区的大小和位置。划分调配区的注意点。（2）平均运距的确定：平均运距即挖填方区之间的重心距离.多种机械施工时，土方施工单价的确定:VEPEcnsij01（二）用“线性规划”方法进行土方调配1.方法简介土方平衡与运距（或单价）表一般从Ai到Bj的运距或单价为Cij,则土方调配量为Xij。则土方调配问题就化作为这样一个数学模型，即要求求出一组Xij值，使目标函数为最小值，且满足:minjijijxcZ11011ijjmiijnjiijxbxax根据约束条件变量X有mn个方程数m+n个独立方程数m+n-1个变量个数（mn）多于独立方程数（m+n-1）方程组有无穷多组解，目的求最优解。是“线性规划”中的运输问题，可用“表上作业法”求解。2.用“表上作业法”进行土方调配（1）编制土方平衡及运距（或单价）表（2）编制初始调配方案，采用“最小元素法”（3）调配方案的最优化检验初始方案是否为最优方案，需进行判断检验，才能确定。当所有检验数0，则方案为最优。“表上作业法”中求检验数的方法有“假想价格系数法”与“位势法”等。“假想价格系数法”较简便，其步骤如下：将初始方案中有调配数的方格的假想价格系数Cij’=Cij列出。无调配土方方格的假想系数的计算：Cef’+Cpq’=Ceq’+Cpf’求各无调配土方方格的检验数ij=Cij-Cij'若ij﹤0则方案要进行调整计算假想价格系数填方区挖方区T1T2T3挖方量（m3）W150050×70×1005005010060W2×7050040×90500-10400W330060100110100705006011070W4×80×10040040400308040填方量（m3）800600500计算检验数填方区挖方区T1T2T3W150-70+1005010060W2+7040+90-10400W360110706011070W4+80+10040308040（3）调配方案的最优化检验初始方案是否为最优方案，需进行判断检验，才能确定。当所有检验数0，则方案为最优。“表上作业法”中求检验数的方法有“闭回路法”与“位势法’。“位势法’较简便，其步骤如下：将初始方案中有调配数的方格的Cij列出；作位势表，求出位势数（ui、vj）；求各空格的检验数,若﹤0则方案要调整。jiijvucjiijijvuc（4）方案调整：第一步：在所有负检验数中选一个（可选最小一个）为调整对象。第二步：找出调整对象的闭回路。第三步：确定调整量的大小。第四步：调整。第五步：用位势法检验新方案是否为最优。新的调整表填方区挖方区T1T2T3挖方量（m3）W14005010070+100500507060W2+7050040+90500204030W340060+11010070500608070W4+80+10040040400305040填方量（m3）800600500（5）求土方总运输量或总费用，即目标函数。Z=400×50+100×70+500×40+400×60+100×70+400×40=94000(m3-m)（6）绘土方调配图。可用电算程序进行土方调配计算：四、场地平整施工（一）挖掘机械及其施工1.推土机完成铲土、运土、卸土三种作业。可推挖一~三类土，推运距宜在100米以内，50米以内效果较好。（录像）2.铲运机宜开挖普通土，自行式运距在800~1500米效率最高，拖式运距在200~350米效率最高。开行路线：环行、八字形路线。3.正铲挖土机宜挖停机面以上的土方，汽车配合运土（二）土方机械与运土车辆的配合挖土机的生产率P：与之配套运土车辆数量：挖土机数量的确定：)/(***3600*83台班mKKKqtPBsc21ttTn)(1台TCRNPQ作业：1.一基坑长50m、宽40m、深5.5m，四边放坡，边坡坡度1∶0.6，问挖土土方量为多少？如混凝土基础体积为3000m3，则回填土为多少？多余土方外运，外运土方为多少？如用斗容量8m3的汽车运土，问需运多少次？已知土的最初可松性系数Ks=1.14，最终可松性系数Ks'=1.05。2.某场地如图1.58所示。（1）试按挖、填方平衡的原则确定场地平整的计划标高H0，然后算出方格角点的施工高度，绘出零线，分别计算挖方量和填方量。（2）当iy=2‰，ix=2‰时，试确定方格角点的计划标高。3.已知某场地的挖方区为W1、W2、W3，填方区为T1、T2、T3，其挖填方量如图1.60所示；其每一调配区的平均运距如表1.29所示。（1）试用“表上作业法”求其土方量的最优调配方案。（2）绘出土方调配图。图1.58调配区平均运距表1.29填方区挖方区T1T2T3挖方量（m3）W1508040350W21007060550W3904080700填方量（m3）2508005501600