土木工程施工1土方工程

土方工程请在此输入您的副标题主要内容•1.1土方工程特点、分类和工程性质•1.2场地标高的确定•1.3土方工程量计算及土方调配•1.4土方边坡及其稳定•1.5土壁支护•1.6降水•1.7土方的机械化施工、土方的填筑与压实1.1土方工程的特点、分类和工程性质•特点：工程量大、劳动繁重、施工条件复杂•土的工程分类，按土的开挖难易程度分为八类•第一类（松软土）第二类（普通土）第三类（坚土）第四类（砾砂坚土）•第五类（软石）第六类（次坚石）第七类（坚石）第八类（特坚石）•土的工程性质•(一)土的可松性•(二)土的压缩性•(三)原状土经机械压实后的沉降量1.1土方工程的特点、分类和工程性质•(一)土的可松性•定义：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,仍不能恢复到原来的体积。•最初可松性系数Ks最终可松性系数K’s•V1—土的自然体积；•V2—开挖后土的松散体积•V3——土压实后的体积12VVKS13'VVKS1.1土方工程的特点、分类和工程性质•(一)土的可松性•土方工程量计算是以自然状态的体积来计算•（1）借土、弃土时应考虑土的可松性VwVtsstwKKVVQ)('1.1土方工程的特点、分类和工程性质•(一)土的可松性•例题某场地的挖方体积为1000m3,填方体积为1500m3,ks=1.08,ks’=1.03,问该场地是借土还是弃土?若用运土量为5m3/车汽车运土,问应运多少车次•解:根据公式•Q=（1000-1500/1.03)×1.08=-492.8m3•结果为负，故该场地应借土•运土的车次为•n=492.8/5=48(车次)sstwKKVVQ)('1.1土方工程的特点、分类和工程性质•(一)土的可松性•场地填筑，已知Ks、Ks'，场地需要填高20cm，问需要填高多少厚的松土，经压实后正好等于20cm。1.1土方工程的特点、分类和工程性质•(一)土的可松性•（2）由于可松性的存在,运土时应考虑工具的容量。•（3）由于可松性的存在，原土结构受到破坏时不能用原土回填。1.1土方工程的特点、分类和工程性质•其他工程性质•（1）含水量•（2）渗透性•（3）密实度•（4）抗剪强度•（5）土压力1.2场地标高的确定•场地设计标高应满足的要求•如何确定场地设计标高•场地设计标高的调整1.2场地标高的确定•场地设计标高应满足的要求•场地平整就是将自然地面改造成人们所要求的平面。•场地设计标高的基本要求：应满足规划、生产工艺及运输、排水及最高洪水位等要求，并力求使场地内土方挖填平衡且土方量最小。1.2场地标高的确定•如何确定场地设计标高•两种方法：•1．一般方法•如场地比较平坦，对场地设计标高无特殊要求，可按照“挖填土方量相等”的原则确定场地设计标高。•2．最佳设计平面•最佳设计平面——满足建筑规划、生产工艺和运输要求及场地排水，场内土方挖填平衡、并使土方的总工程量最小。•应用最小二乘法的原理求最佳设计平面。1.2场地标高的确定•如何确定场地设计标高•1．一般方法•步骤1：•将场地划分成边长为a的方格网；•计算或实测各角点的原地形标高；•并将方格网点的原地形标高标在图上。a)地形图方格网场地设计标高计算示意图1—等高线1.2场地标高的确定•如何确定场地设计标高•1．一般方法•步骤2：按照挖填土方量相等的原则，场地设计标高可按下式计算：•式中:zo—所计算场地的设计标高（m）；•n—方格数；•zi1、zi2、zi3、zi4—第i个方格四个角点的原地形标高（m）。a)地形图方格网场地设计标高计算示意图1—等高线1.2场地标高的确定•如何确定场地设计标高•步骤2：式中:zo—所计算场地的设计标高（m）；n—方格数；zi1、zi2、zi3、zi4—第i个方格四个角点的原地形标高（m）。1.2场地标高的确定•如何确定场地设计标高•1．一般方法•步骤2：•角点的标高在计算过程中被应用的次数反映了各角点标高对计算结果的影响程度，测量上的术语称为“权”。式中:z1—一个方格独有的角点标高；z2、z3、z4—分别为二、三、四个方格所共有的角点标高。1.2场地标高的确定•如何确定场地设计标高•步骤4：•施工高度——角点的设计标高与原地形标高的差值。•求得设计标高zi′后，即可按下式计算各角点的施工高度Hi：•式中zi—角点的原地形标高；•zi′—角点的设计标高。•若：Hi为正值，则该点为填方，Hi为负值，则该点为挖方。1.2场地标高的确定•如何确定场地设计标高•2．最佳设计平面•任何一个平面在直角坐标体系中都可以用三个参数c、ix、iy来确定。1.2场地标高的确定•如何确定场地设计标高•2．最佳设计平面•这个平面上任何一点i的标高zi′，•可以根据下式求出：•其中xi—i点在x方向的坐标；•yi—i点在y方向的坐标；1.2场地标高的确定•如何确定场地设计标高•2．最佳设计平面•与前述方法类似，将场地划分成方格网，并将原地形角点标高zi标注在图上，设角点设计标高为zi’，则各角点的施工高度为：•式中Hi—方格网i角点的施工高度；•zi’—方格网i角点的设计平面标高；•zi—方格网i角点的原地形标高；•m—方格角点总数。1.2场地标高的确定•如何确定场地设计标高•2．最佳设计平面•土方工程量与施工高度之和成正比。•施工高度之和为零时，则表明该场地土方的填挖平衡。•由于施工高度有正有负，故“施工高度之和”不能反映出填方和挖方的绝对值之和的多少。•为了不使施工高度正负相互抵消，若把施工高度平方之后再相加，则其总和能反映土方工程填挖方绝对值之和的大小。1.2场地标高的确定•如何确定场地设计标高•2．最佳设计平面•令σ为土方施工高度平方之和，并考虑它们的“权”则:•将得：•当σ的值最小时，该设计平面既能使土方工程量最小，又能保证填挖方量相等。1.2场地标高的确定•如何确定场地设计标高•2．最佳设计平面•为了求得σ最小时的设计平面参数c、ix、iy，可以对c、ix、iy分别求偏导数，并令其为0，于是得：1.2场地标高的确定•如何确定场地设计标高•2．最佳设计平面•经过整理，可得下列准则方程：1.2场地标高的确定•如何确定场地设计标高•2．最佳设计平面•解联立方程组•然后即可根据方程式算出各角点的施工高度。可求得最佳设计平面的三个参数c、ix、iy（尚未考虑工艺、运输等要求）。1.2场地标高的确定•如何确定场地设计标高•2．最佳设计平面•在实际计算时，可采用列表方法。最后一列的和[PH]可用于检验计算结果，当[PH]=0，则计算无误。1.2场地标高的确定•场地设计标高的调整•实际工程中，对计算所得的设计标高，还应考虑下述因素进行调整，这些工作在完成土方量计算后进行。•（1）考虑土的最终可松性；•（2）考虑工程余土或工程用土；•（3）采用场外取土或弃土。•场地设计平面的调整工作也是繁重的，如修改设计标高，则须重新计算土方工程量。1.2场地标高的确定•场地设计标高的调整•（1）考虑土的可松性影响•由于土有可松性，为了达到填挖平衡，则应把Hi提高△h，如图示VTVW△hAWAT•标高调整简图1.2场地标高的确定•场地设计标高的调整•增加高度为：•式中：•VT、VW—设计标高调整前的填挖方体积•AT、AW—设计标高调整前的填挖方面积；•Ks’—土的最终可松性系数；•△h—设计标高的增加值。')(sWWTTkhAVhAV'')1(sWTsWkAAkVhVTVW△hAWAT1.3土方工程量计算及土方调配•土方工程量计算•土方调配1.3土方工程量计算及土方调配•土方工程量计算•在土方工程施工之前，通常要计算土方的工程量。但土方工程的外形往往复杂、不规则，要得到精确的结果很困难。•一般情况下，都将其假设或划分成为一定的几何形状，并采用具有一定精度而又和实际情况近似的方法进行计算。1.3土方工程量计算及土方调配•土方工程量计算•1.基坑（槽）和路堤的土方量计算•基坑（槽）和路堤的土方量可按拟柱体体积的公式计算，即•式中V—土方工程量（m3）；H、F1、F2如图所示。1.3土方工程量计算及土方调配•土方工程量计算•2.场地平整土方量计算•步骤1：场地设计标高确定后，求出平整的场地各角点的施工高度Hi。•步骤2：确定“零线”的位置。aHHHx2121.3土方工程量计算及土方调配•土方工程量计算•2.场地平整土方量计算•步骤3：•按每个方格角点的施工高度算出每个方格的填、挖土方量，并计算场地边坡的土方量，这样即得到整个场地的填、挖土方总量。方格中土方量的计算有两种方法：“四方棱柱体法”和“三角棱柱体法”四方棱柱体法•四方棱柱体的体积计算方法分两种情况：•（1）方格四个角点全部为填或全部为挖：•式中V——挖方或填方体积（m3）；•H1、H2、H3、H4——方格四个角点的施工高度，均取绝对值（m）。四方棱柱体法•（2）方格四个角点，部分是挖方，部分是填方：•式中ΣH填（挖）——方格角点中填（挖）方施工高度的总和，取绝对值（m）；•ΣH——方格四角点施工高度之总和，取绝对值（m）；•a——方格边长（m）。1.3土方工程量计算及土方调配•土方调配•1.土方调配的目的•在使土方总运输量最小或土方运输成本最小的条件下，确定填挖方区土方的调配方向和数量，从而达到缩短工期和降低成本的目的。1.3土方工程量计算及土方调配•土方调配•2、调配原则•1、填方、挖方基本平衡，减少运土•2、填、挖方量与远距的乘积之和尽可能小，使总的运费最低•3、好土应用于回填质量要求高的区域•4、调配应与地下构筑物的施工相配合，地下设施的挖土，应留土后填•5、选择恰当的调配方向及线路、避免对流与乱流现象，同时便利调配、机械化施工1.3土方工程量计算及土方调配•土方调配•3、用“线性规划”方法进行土方调配的数学模型土方平衡与施工运距（单价）表1.3土方工程量计算及土方调配•土方调配•3、用“线性规划”方法进行土方调配的数学模型目标函数为最小值，并满足下列约束条件：未知量有m×n个，而方程数为m+n个。由于填挖平衡，因此独立方程的数量实际只有m+n-1个。1.3土方工程量计算及土方调配•土方调配•4.用“表上作业法”进行土方调配1.3土方工程量计算及土方调配•土方调配•4.用“表上作业法”进行土方调配•（1）编制初始调配方案——最小元素法对应于价格系数cij最小的土方量xij取最大，由此逐个确定调配方格的土方数及不进行调配的方格，并满足：1.3土方工程量计算及土方调配•土方调配•4.用“表上作业法”进行土方调配•（1）编制初始调配方案土方：m3；价格：元/m3初始方案：Z=150×7+200×2+50×5+450×4+50×8=3900元1.3土方工程量计算及土方调配•土方调配•4.用“表上作业法”进行土方调配•（2）最优方案判别假想价格系数：c'ij有调配土方的假想价格系数c'ij=cij；无调配土方方格的假想系数：c'ef+c'pq=c'eq+c'pf无调配土方方格的检验数：λij=cij-c'ij判别λij是否非负：如所有检验数λij≥0，则方案为最优方案，否则该方案不是最优方案，需要进行调整。1.3土方工程量计算及土方调配•土方调配•4.用“表上作业法”进行土方调配•（2）最优方案判别土方：m3；价格：元/m31.3土方工程量计算及土方调配•土方调配•4.用“表上作业法”进行土方调配（3）方案的调整第一步在所有负检验数中选一个（一般可选最小的一个），把它所对应的变量作为调整对象；第二步找出该变量的闭回路（转角点为有数字的方格）；第三步从该变量空格出发，沿着闭回路前进，在各奇数次转角点（出发点为0）的数字中，挑出一个最小的，将它调到第一步确定的变量的方格（即空格中）；第四步闭回路上其他奇数次转角的数字都减去第三步调去的数，偶数次转角的数字都增加该数，保持挖填平衡；第五步对新调配方案，再进行检验，看其是否最优；如果为最优，完成；如非最优继续调整。1.3土方工程量计算及土方调配•土方调配•4.用“表上作业法”进行土方调配•（3）方案的调整土方：m3；价格：元