第一章土方工程(1)

土木工程施工古老传统学科活力创新学科有成就感行业非常危险行业教学目的：通过学习使学生掌握土木工程施工的基本知识、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。通过本课程的教学实践环节，使理论联系实际，加深对本课程的理解，增强感性认识，提高动手能力。课程的重要性就业注册监理工程师、注册造价工程师、注册建造师建筑公司、房地产公司、监理、造价、咨询公司必须要掌握的课程深造（考研）土木类专业研究生综合考试必考内容报考工程管理类、施工类、结构工程（施工管理方向）必考课程土木工程施工施工技术施工组织（项目管理）施工组织概论流水施工原理网络计划技术施工组织总设计单位工程施工组织设计土方工程基础工程砌筑工程混凝土结构工程预应力混凝土工程结构安装工程防水工程装饰工程特殊工艺施工土方工程包括:场地平整修筑道路人工开挖土方机械开挖土方基坑支护基坑支护基坑排水基坑或管沟的开挖、回填土方工程土木工程施工中首先进行的一项重要内容，主要包括：场地清表、场地平整、基坑沟槽开挖、边坡开挖、路基填筑和基坑沟槽回填等主要工作；同时还包括排水、降水、边坡维护、基础支护等辅助工作。土方施工特点：面广量大，劳动繁重：机械，或机械＋人工施工条件复杂，露天作业，受自然环境影响大，地质情况不好探明施工空间狭小，管线密集，周边建筑物高耸林里，对施工安全要求高土方施工一般要求：在施工前做好调查研究工作，如土的性质，地下水位情况，管线情况，气象水文等资料根据工期、现场情况等制定详细的施工方案做好土方的协调调配，尽量少占农田，缩短运距，避免二次倒运尽可能采用机械化施工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(人工开挖），或用铲运机、推土机、挖土机施工（机械开挖）；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。1.1土的分类和性质土的类别土的级别土的名称开挖方法及工具一类土（松软土）Ⅰ砂；亚砂土；冲积砂土层；种植土；泥炭（淤泥）用锹、锄头挖掘二类土（普通土）Ⅱ亚粘土；潮湿的黄土；夹有碎石、卵石的砂、种植土、填筑土及亚砂土用锹、锄头挖掘；少许用镐翻松三类土（坚土）Ⅲ软及中等密实的粘土、重亚粘土、干黄土及含有碎石、卵石的黄土、亚粘土；压实的填筑土主要用镐，少许用锹、锄头挖掘，部分用锲子及大锤四类土（砂砾坚土）Ⅳ重粘土及含有碎石、卵石的粘土；粗卵石；密实的黄土；天然级配的砂石；软泥炭碳岩及蛋白石先用镐、撬棍，然后用锹挖掘，部分用锲子及大锤五类土（软石）Ⅴ-Ⅵ硬石炭纪粘土；中等密实的页岩、泥岩；白垩土；胶结不紧的砾岩；软的石灰岩用镐或撬棍、大锤挖掘，部分用爆破方法六类土（次坚石）Ⅶ-IX泥炭岩；砂岩；坚实的页岩、泥灰岩、密实的石灰岩；风化花岗岩、片麻岩用爆破方法开挖，部分用镐七类土（坚石）X-XIII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、玄武岩用爆破方法开挖八类土（特坚石）XIV-XVI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、玢岩用爆破方法开挖土的工程分类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。土的含水量土的天然密度和干密度土的可松性系数土的渗透性土的工程性质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.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.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312VVV说明：（1）计算土方量：用天然密实土的体积V1（2）土方运输：用松土的体积V2，考虑KS（3）土方回填：用压实土的体积V3，考虑KS′土的类型KsKs’一类土1.08～1.171.01～1.03二类土1.14～1.241.02～1.05三类土1.24～1.301.04～1.07四类土1.26～1.451.06～1.20五类土1.30～1.501.10～1.30六类土1.45～1.501.28～1.30土的可松性系数土的渗透性土体孔隙中的自由水在重力作用下会产生流动,土体被水透过的性质称为渗透性.土的渗透性是土的水力学主要性质之一.达西(H.Darcy)定律:V=K·————=K·Ih1-h2LLh2h1vAB式中:I=————=---称为水力坡度;K----渗透系数(m/h,m/d)为一比例系数,当I=1.0时,V=Kh1-h2LhL土的类型K(m/d)土的类型K(m/d)漂石(无砂质充填)500～1000粉砂0.5～1卵石100～500黄土0.25～0.5砾石50～150粘砂土0.1～0.5粗砂20～50轻砂粘土0.05～0.1中砂5～20重砂粘土0.001～0.05细砂1～5粘土0.001渗透系数K经验近似值1.2土方量计算与调配一、基坑、基槽和路堤的土方量计算基坑土方量即可按拟柱体的体积公式式中H——基坑深度(m)；F1，F2——基坑上下两底面积(m2)；F0——F1与F2之间的中截面面积(m2)；)F4F(F6HV201当基槽和路堤沿长度方向断面呈连续性变化时其土方量可以用同样方法分段计算。式中V1——第一段的土方量(m3)；L1——第一段的长度(m)；将各段土方量相加即得总土方量，即：式中V1，V2…Vn——为各分段土的土方量(m3)。11102=(+4+)6LVFFF二、场地平整土方计算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,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.场地挖填土方量计算一般采用方格网法.方格网法计算场地平整土方量步骤为：读识方格网图确定场地设计标高计算场地各个角点的施工高度计算“零点”位置，确定零线计算方格土方工程量边坡土方量计算计算土方总量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),图1-3方格网法计算土方工程量图读识方格网图确定场地设计标高考虑的因素初步标高(按挖填平衡)场地设计标高的调整确定场地设计标高0(b)场地设计标高示意图图1-2场地设计标高计算示意图1aaaaaa(a)方格网划分11H21H22H12Haaaaaa23H11H21H12H22H1—等高线；2—自然平面；3—设计平面任一方格4个角点标高满足生产工艺和运输的要求；尽量利用地形，减少挖填方数量；争取在场区内挖填平衡，降低运输费；有一定泄水坡度（一般取不小于2%0），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：A.小型场地――挖填平衡法；B.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)。考虑的因素：场地初步标高：–H11、H12、H21、H22——一个方格各角点的自然地面标高；–M——方格个数.•或：H0=(∑H1+2∑H2+3∑H3+4∑H4)/4M–H1－－一个方格所仅有角点的标高；–H2、H3、H4－－分别为两个、三个、四个方格共用角点的标高.111221220()4HHHHHM初步标高(按挖填平衡)2．场地设计标高的调整：''''')(sWWsWT挖方区有：hFVVTTT'填方区有：'')(sWTsWKFFKVh1hHH00'考虑泄水坡度、土的可松性、就近借弃土等进行调整.'')(sWTsWKFFKVh1场地设计标高的调整土的可松性挖方区有：wTswwFhVKFhVwTswwFhVKFhV填方区有：hHH00''')(sWTsWKFFKVh1按泄水坡度调整各角点设计标高(如下图)：•①单向排水时，各方格角点设计标高为:•②双向排水时，各方格角点设计标高为：0nHHli0nxxyyHHlili场地设计标高的调整施工高度为角点设计地面标高与自然地面标高之差，是以角点设计标高为基准的挖方或填方的施工高度.各方格角点的施工高度按下式计算：–式中hn------角点施工高度即填挖高度(以“+”为填，“-”为挖)，m；n------方格的角点编号(自然数列1，2，3，…，n).Hn------角点设计高程，H------角点原地面高程.计算场地各个角点的施工高度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“零点”计算“零点”位置，确定零线零点位置零点位置按下式计算：式中x1、x2——角点至零点的距离,m；h1、h2——相邻两角点的施工高度(均用绝对值),m；a—方格网的边长，m.1.全挖或全填:V=(h1+h2+h3+h4)2.两挖、两填挖方V1,2=(+)填方V3,4=(+)a²4a²4h1²h1+h4h2²h2+h3a²4h4²h1+h4h3²h2+h3h3aah2h1h4h1h2h4aah3全挖(全填)方格两挖两填方格土方量计量:常用的有两种方法：四方棱柱体法或三角棱柱体法3.三挖一填(或三填一挖):填方:V4=挖方:V1,2,3=(2h1+h2+2h3-h4)+V44.一挖一填挖方:V1=a²h116a²6h4³(h4+h1)(h4+h3)a²6h3aah2h1h4h1h2a三挖一填(或三填一挖)方格一挖一填方格a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。计算土方总量某建筑场地方格网布置图–在平整场地土方工程量计算完成后进行.编制土方调配方案应根据地形及地理条件，把挖方区和填方区划分成若干个调配区，计算各调配区的土方量，–计算每对挖、填方区之间的平均运距(即挖方区重心至填方区重心的距离)，确定挖方各调配区的土方调配方案，应使土方总运输量最小或土方运输费用最少，而且便于施工，从而可以缩短工期、降低成本.土方调配的原则：力求达到挖方与填方平衡和运距最短的原则；近期施工与后期利用的原则.进行土方调配，必须依据现场具体情况、有关技术资料、工期要求、土方施工方法与运输方法，综合上述原则，并经计算比较，选择经济合理的调配方案.调配方案确定后，绘制土方调配图如图1.9在土方调配图上要注明挖填调配区、调配方向、土方数量和每对挖填之间的平均运距.图中的土方调配，仅考虑场内挖方、填方平衡.A为挖方，B为填方.三、土方调配三、土方调配土方调配是土方工程施工组织设计(土方规划)中的一个重要内容，在平整场地土方工程量计算完成后进行。编制土方调配方案应根据地形及地理条件，把挖方区和填方区划分成若干个调配区，计算各调配区的土方量，并计算每对挖、填方区之间的平均运距(即挖方区重心至填方区重心的