土方工程的内容及施工要求

土方工程的内容及施工要求1.1.1土方工程的内容及施工要求在土木工程施工中，常见的土方工程有：（1）场地平整其中包括确定场地设计的标高，计算挖、填土方量，合理到进行土方调配等。（2）开挖沟槽、基坑、竖井、隧道、修筑路基、堤坝，其中包括施工排水、降水，土壁边坡和支护结构等。（3）土方回填与压实其中包括土料选择，填土压实的方法及密实度检验等。此外，在土方工程施工前，应完成场地清理，地面水的排除和测量放线工作；在施工中，则应及时采取有关技术措施，预防产生流砂，管涌和塌方现象，确保施工安全。土方工程施工，要求标高、断面准确，土体有足够的强度和稳定性，土方量少，工期短，费用省。但由于土方工程施工具有面广量大，劳动繁重，施工条件复杂等特点，因此，在施工前，首先要进行调查研究，了解土壤的种类和工程性质，土方工程的施工工期、质量要求及施工条件，施工地区的地形、地质、水文、气象等资料，以便编制切实可行的施工组织设计，拟定合理的施工方案。为了减轻繁重的体力劳动，提高劳动生产率，加快工程进度，降低工程成本，在组织土方工程施工时，应尽可能采用先进的施工工艺和施工组织，实现土方工程施工综合机械化。1.1.2土的工程分类和性质土的种类繁多，分类方法各异，在建筑安装工程劳动定额中，按土的开挖难易程度分为八类，如表1.1所示。土有各种工程性质，其中影响土方工程施工的有土的质量密度、含水量、渗透性和可松性等。1.1.2.1土的质量密度分天然密度和干密度。土的天然密度，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。土的干密度，指单位体积土中的固体颗粒的质量；它是用以检验填土压实质量的控制指标。1.1.2.2土的含水量土的含水量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：（1.1）式中G1——含水状态时土的质量；G2——土烘干后的质量。土的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，如土的含水量超过25%~30%，则机械化施工就困难，容易打滑、陷车；回填土则需有最佳的含水量，方能夯密压实，获得最大干密度（表1.2）。1.1.2.3土的渗透性土的渗透性是指水在土体中渗流的性能，一般以渗透系数K表示。从达西公式V=KI可以看出渗透系数的物理意义：当水力坡度I等于1时的渗透速度v即为渗透系数K。渗透系数K值将直接影响降水方案的选择和涌水量计算的准确性，一般应通过扬水试验确定，表1.3所列数据仅供参考。1.1.2.4土的可松性土具有可松性，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。土的可松性程度用可松性系数表示，即最初可松性系数(1.2)最后可松性系数(1.3)土的可松性对土方量的平衡调配，确定运土机具的数量及弃土坑的容积，以及计算填方所需的挖方体积等均有很大的影响。土的可松性与土质有关，根据土的工程分类（表1.1），其相应的可松性系数可参考表1.4。1.1.3土方边坡合理地选择基坑、沟槽、路基、堤坝的断面和留设土方边坡，是减少土方量的有效措施。边坡的表示方法如图1.1所示，为1：m,即：（1.4）式中m=b/h，称坡度系数。其意义为：当边坡高度已知为h时，其边坡宽度b则等于mh。边坡坡度应根据不同的挖填高度、土的性质及工程的特点而定，既要保证土体稳定和施工安全，又要节省土方。在山坡整体稳定情况下，如地质条件良好，土质较均匀，使用时间在一年以上，高度在10m以内的临时性挖方边坡应按表1.5规定；挖方中有不同的土层，或深度超过10m时，其边坡可作成折线形（图1.1（b）、（c））或台阶形，以减少土方量。当地质条件良好，土质均匀且地下水位低于基坑、沟槽底面标高时，挖方深度在5m以内，不加支撑的边坡留设应符合表1.6的规定。对于使用时间在一年以上的临时行填方边坡坡度，则为：当填方高度在10m以内，可采用1：1.5；高度超过10m，可作成折线形，上部采用1：1.5，下部采用1：1.75。至于永久性挖方或填方边坡，则均应按设计要求施工。1.1.4土方量计算的基本方法土方量计算的基本方法主要有平均高度法和平均断面法两种。1.1.4.1平均高度法•四方棱柱体法四方棱柱体法，是将施工区域划分为若干个边长等于a的方格网，每个方格网的土方体积V等于底面积a2乘四个角点高度的平均值（图1.2），即（1.5）若方格四个角点部分是挖方，部分是填方时，可按表1.7中所列的公式计算。•三角棱柱体法三角棱柱体法，是将每一个方格顺地形的等高线沿着对角线划分成两个三角形，然后分别计算每一个三角棱柱体的土方量。当三角形为全挖或全填时（图1.3（a））（1.6）当三角形有填有挖时（图1.3（b）），则其零线将三角形分成两部分，一个是底面为三角形的锥体，一个是底面为四边体的楔体。其土方量分别为：（1.7）（1.8）1.1.4.2平均断面法平均断面法（图1.4），可按近似公式和较精确的公式进行计算。•近似计算（1.9）•较精确的计算（1.10）式中V——体积（m3）；F1，F2——两断的断面面积（m2）；F0——L/2处的断面面积（m2）。基坑、基槽、管沟、路堤、场地平整的土方量计算，均可用平均断面法。当断面不规则时，求断面面积的一种简便方法是累高法。此法如图1.5所示，只要将所测出的断面绘于普通方格坐标纸上（d取值相等），用透明卷尺从h1开始，依次量出各点高度h1、h2、…hn，累计得各点高度之和，然后将此值与d相乘，即为所求断面面积。在上述的土方量计算基本公式中，由于计算公式不同，其计算的精度亦有所不同。例如，图1.6所示的土方量：按四方棱柱体计算为：m3按三角棱柱体计算为：m3由此可见，其相对误差可高达33%或更大。所以，在地形平坦地区可将方格尺寸划分得大一些，采用四方棱柱体计算即可；而在地形起伏较大的地区，则应将方格尺寸划分得小些，亦宜采用三角棱柱体计算土方量。当采用平均断面法计算基槽、管沟或路基土方量时，可先测绘出纵断面图（图1.7），再根据沟槽基底的宽、纵向坡度及放坡宽度，绘出在纵断面图上各转折点处的横断面。算出个横断面面积后，便可用平均断面法计算个段的土方量，即：（1.11）两横断面之间的距离与地形有关，地形平坦，距离可大一些；地形起伏较大时，则一定要沿地形每一起伏的转折点处取一横断面，否则会影响土方量计算的准确性。1.1.5场地平整土方量计算1.1.5.1场地设计标高H0的确定场地设计标高是进行场地平整和土方量计算的依据，也是总图规划和竖向设计的依据。合理地确定场地的设计标高，对减少土方量和加速工程进度均具有重要的意义。如图1.8所示，当场地设计标高为H0时，填挖方基本平衡，可将土方移挖作填，就地处理；当设计标高为H1时，填方大大超过挖方，则需要从场地外大量取土回填；当设计标高为H2时，挖方大大超过填方，则需要向场外大量弃土。因此，在确定场地设计标高时，应结合场地的具体条件反复进行技术经济比较，选择其中一个最优的方案。其原则是：①应满足生产工艺和运输的要求；②充分利用地形，分区或分台阶布置，分别确定不同的设计标高；③使挖填平衡，土方量最少；④要有一定泄水坡度（≥2‰），使能满足排水要求；⑤要考虑最高洪水位的影响。如场地设计标高无其他特殊要求时，则可根据填挖土方量平衡的原则加以确定，即场地内土方的绝对体积在平整前和平整后相等。其步骤如下：（1）在地形图上将施工区域划分为边长a为10~50m若干方格网（图1.9）。（2）确定各小方格角点的高程，其方法：可用水准仪测量；或根据地形图上相邻两等高线的高程，用插入法求得；也可用一条透明纸带，在上面画6根等距离的平行线，把该透明纸带放到标有方格网的地形图上，将6根平行线的最外两根分别对准A点和B点，这时6根等距离的平行线将A、B之间的0.5m或1m（等高线的高差）分5等分，于是便可直接读得H31点的地面标高，如图1.10所示，H31=251.70。•按填挖方平衡确定设计标高H0，即（1.12）从图1.9中可知，H11系一个方格的角点标高，H12和H21均系两个方格公共的角点标高，H22则是四个方格公共的角点标高，它们分别在上式中要加一次，二次，四次。因此，上式直接可改写成下列形式：（1.13）式中N——方格网数；H1——一个方格仅有的角点标高；H2——两个方格共有的角点标高；H4——四个方格共有的角点标高。图1.9的H0即为：[（252.45+251.40+251.60+251.60）+2（252.00+251.70+251.90+250.95+251.25+250.85）+4（251.60+251.28）=251.45m1.1.5.2场地设计标高的调整原计划所得的场地设计标高H0仅为一理论值，实际上，还需要考虑以下因素进行调整。•土的可松性影响由于土具有可松性，一般填土会有多余，需相应地提高设计标高。如图1.11所示，设△h为土的可松性引起设计标高的增加值，则设计标高调整后的总挖方体积应为：(1.14)总填方体积：(1.15)此时，填方区的标高也应与挖方区一样，提高△h，即：(1.16)移项整理简化得（当VT=VW）：(1.17)故考虑土的可松性后，场地设计标高调整为：(1.18)式中VW，VT——按理论设计标高计算的总挖方，总填土区总面积；FW，FT——按理论设计标高计算的挖方区，填方区总面积；——土的最后可松性系数。•场内挖方和填方的影响由于场地内大型基坑挖出的土方，修筑路堤填高的土方，以及从经济观点出发，将部分挖方就近弃于场外，将部分填方就近取土与场外等，均会引起填土方量的变化。必要时，亦需调整设计标高。为了简化计算，场地设计标高的调整值H，可按下列近似公式确定，即：(1.19)式中Q——场地根据H平整后多余或不足的土方量。•场地泄水坡度的影响当按调整后的同一设计标高H进行场地平整时，则整个地表面均处于同一水平面；但实际上由于排水的要求，场地表面需有一定的泄水坡度。因此，还需根据场地泄水坡度的要求（单面泄水或双面泄水），计算出场地内各方格角点实际施工所用的设计标高。①场地具有单向泄水坡度时的设计标高场地具有单向泄水坡度时设计标高的确定方法，是将已调整的设计标高作为场地中心线的标高（图1.12），场地内任意点的设计标高则为：(1.20)式中Hn——场地内任一点的设计标高；l——该点至设计标高的距离；i——场地泄水坡度（不小于2‰）。例如：H11角点的设计标高为：②场地具有双向泄水坡度时的设计标高场地具有双向泄水坡度时设计标高的确定方法，同样是将已调整的设计标高作为场地纵横方向的中心线标高（图1.13），场地内任一点的设计标高为：(1.21)式中lx,ly————该点沿X——X，Y——Y方向距场地中心线的距离；ix,iy————场地沿X——X，Y——Y方向的泄水坡度。例如：H34角点的设计标高为：1.1.5.3场地土方量计算场地土方量计算步骤如下（图1.14）。•求各方格角点的施工高度hn（1.22）式中hn——角点的施工高度，以“+”为填，“-”为挖；Hn——角点的设计标高（若无泄水坡度时，即为场地设计标高）；H——角点的自然地面标高。例如：图1.14中，已知场地方格边长a=20m,根据方格角点的地面标高求得H0=43.48m，按单向排水坡度2‰已求得各方格角点的设计标高，于是各方格角点的施工高度，即为该点的设计标高减去地面标高（见图1.14中的图例）。•绘出“零线”“零线”位置的确定方法是，先求出方格网中边线两端施工高度有“+”“-”中的“零点”，将相邻两“零点”连接起来，即为“零线”。确定“零点”的方法如图1.15所示，设h1为填方角点的填方高度，h2为挖方角点的挖方高度，O为零点位置。则由两个相似三角形求得：（1.23）式中x——零点至计算基点的距离；a——方格边长。同理，亦可根据边长a和两端的填挖高度h1,h2,采用作图法直接求得零点位置。即用相同的比例尺在边长的两端标出填，挖高度，填，挖高度连线与边长的相交点就是零点。•计算场地挖，填土方量零线求出后，也就划出了场地的挖方区和填方区，便可按平均高度法分别计算出挖，填区各方格的挖，添