1土木工程施工土方工程课件

第1章土方工程本章主要学习内容土的工程性质场地平整的基本原则和设计标高的确定土方调配的基本原则和土方量的计算流沙现象产生的条件和原因及治理措施轻型井点的平面和高程布置及计算边坡的稳定性和支护方法土方机械的功能和选择填土的土质要求，影响压实的主要影响因素等。1.1概述1.1.1特点面广量大、施工条件复杂、工期长。1.1.2土的工程分类根据开挖的难易程度松软土、普通土、坚土、砂砾坚土、软石、次坚石、坚石、特坚石。根据颗粒级配与塑性指数岩石、碎石土、砂土、粉土、粘性土、人工填土。1.1.3土的工程性质土的构成：固体颗粒、水和气体三部分。（1）土的体积：V=Vw+Va+Vs＝Vv+Vs（式中：Vw—水的体积，Vs—土颗粒的体积，Va—气体体积，Vv—孔隙的体积。）（2）土的质量：M=Mw+Ms（式中：Mw—水的质量，Ms—土颗粒的质量。）（3）土的密度：ρ＝M/V（4）土的重度：γ＝ρg（式中：g—重力加速度。）（5）土的干重度：γd＝（Ms/V）g（6）饱和重度：γsat＝[（Mw+Ms+Va×ρw）/V]g（7）有效重度:γ'=γsat-ρwg=γsat-γw土重度的比较：γsat≥γ≥γd≥γ'（8）孔隙比：e＝Vv/Vs*100%（9）孔隙率：n＝Vv/V*100%孔隙比和孔隙率之间的换算关系：e＝n/(1-n)n=e/(1+e)（10）饱和度：St=Vw/Vv*100%（11）土的含水量：W=Mw/Ms（注：分母为固体颗粒的质量而不是土的总质量。）土的含水量影响：土方施工方法的选择、边坡的稳定、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；回填土需有最佳含水量，方能夯压密实，获得最大干密度(表1.2)。（12）土的可松性：V2＞V3＞V1土的最初可松性系数：土的最后可松性系数：注：Ks＞Ks′＞1.0（式中：V1—自然状态下土的体积；V2—开挖后的松散体积；V3—回填压实后的体积。）问*分类级别越小的土则可松性就越小？*可松性越小的土就越好挖？13'VVKS12VVKS掌握概念√√可松性系数的作用：土的最初可松性系数：计算土方体积、装运车辆及选择挖土机械数量的主要参数；土的最终可松性系数：计算填方所需挖土工程量的主要参数。（13）土的渗透性土体孔隙中的自由水在重力作用下会透过土体运动，这种被水透过的性质称为土的渗透性。掌握概念单位时间渗水量：渗流速度：(⊿H-水头差;L-渗流路径长度;A-土体横截面积)土渗透性比较：粘土﹤粉土﹤砂土﹤砾石渗透系数K与土的颗粒级配，密实程度等有关，由实验确定。渗透系数K的作用：1）选择各种人工降低地下水位方法的依据；2）分层填土时，确定相邻两层结合面形式的依据。1.2场地平整土方量计算与调配场地平整主要包含三个步骤：场地设计标高的确定场地初步设计标高的计算场地设计标高的调整土方量计算确定零线—挖填方的分界线计算各区格土方量计算挖方和填方总工程量土方调配的规划1.2.1场地设计标高的确定（1）场地设计标高的确定原则：主要考虑因素:满足工艺和运输的要求尽量利用地形，减少挖填方量场地内挖、填方平衡，土方运输总费用最少有一定的泄水坡度（≥0.002），满足排水要求，并考虑最大洪水水位的影响。挖、填土方量平衡关键（2）初步计算场地设计标高4321043241HHHHNH2134NHHHHHNiiiii4)(143210方格网满足挖填方平衡的平均高度场地设计标高H0计算示意图(a)方格网划分；(b)场地设计标高示意图1一等高线；2--自然地面，3一场地设计标高平面(a)(b)（3）场地设计标高的调整1）土可松性的影响问：*土的可松性导致场地设计标高的提高？*调整场地设计标高应采用最后可松性系数？√√2）场内和场外挖、填土的影响问：以下四个因素，哪些导致场地设计标高提高？设计标高以上的填方工程设计标高以下的挖方工程就近从场外挖土就近弃土于场外√√××小结：填土量大，场地设计标高提高；挖土量大，场地设计标高降低。3）泄水坡度对场地设计标高的影响注：设计无要求时，泄水坡度≥0.002。1.2.2土方量计算1）计算各角点的施工高度施工高度：“+”——填；“-”——挖2）确定“零线”“零点”—方格边界上施工高度为0的点。“零线”—“零点”所连成的线。问：*“零线”是否是挖填区的分界线？*“零线”是否是一条连续的线？*假设场地无限大，“零线”是否封闭？*在一个场地上是否会有多条“零线”？'nnnHHh自然标高设计标高√√√√3）计算方格网内的土方量全挖全填两个角点为挖，另两个角点为填：A.B.一个角点为挖，另三个角点为填A.B.)443212hhhhaV（)(43222412122.1hhhhhhaV)(44124322324.3hhhhhhaV))((643413424hhhhhaV4432123.2.1)22(6VhhhhaV注：hi均为正值。4）计算场地边坡的土方量坡度系数：m=b/h某建筑场地方格网的方格边长为20m×20m，泄水坡度，不考虑土的可松性和边坡的影响。试按挖填平衡的原则计算挖、填土方量（保留两位小数）。%3.0yxii例题1解答：（1）计算场地设计标高H018.17279.4288.4148.4403.431H68.518)56.4220.4294.4379.4215.4470.43(222H56.345)40.4399.42(444H)(18.436456.34568.51818.1724424210mNHHHH（2）根据泄水坡度计算各方格角点的设计标高以场地中心点（几何中心o）为H0，各角点设计标高为：H1＝H0－30×0.3％＋20×0.3％＝43.18－0.09+0.06＝43.15（m）H2＝H1＋20×0.3％＝43.15＋0.06＝43.21（m）H3＝H2＋20×0.3％＝43.21＋0.06＝43.27（m）H4＝H3＋20×0.3％＝43.27＋0.06＝43.33（m）H5＝H0－30×0.3％＝43.18－0.09＝43.09（m）H6＝H5＋20×0.3％＝43.09＋0.06＝43.15（m）H7＝H6＋20×0.3％＝43.15＋0.06＝43.21（m）H8＝H7＋20×0.3％＝43.21+0.06＝43.27（m）H9＝H0－30×0.3％－20×0.3％＝43.18－0.09－0.06＝43.03（m）H10＝H9＋20×0.3％＝43.03+0.06＝43.09（m）H11＝H10＋20×0.3％＝43.09+0.06＝43.15（m）H12＝H11＋20×0.3％＝43.15+0.06＝43.21（m）以场地中心点（几何中心o）为H0，各角点设计标高为：（3）计算各角点的施工高度求各角点的施工高度（以“＋”为填方，“－”为挖方）h1＝43.15－43.03＝＋0.12（m）h2＝43.21－43.70＝－0.49（m）h3＝43.27－44.15＝－0.88（m）h4＝43.33－44.48＝－1.15（m）h5＝43.09－42.79＝＋0.30（m）h6＝43.15－42.99＝＋0.16（m）h7＝43.21－43.40＝－0.19（m）h8＝43.27－43.94＝－0.67（m）h9＝43.03－41.88＝＋1.15（m）h10＝43.09－42.20＝＋0.89（m）h11＝43.15－42.56＝＋0.59（m）h12＝43.21－42.79＝＋0.42（m）（4）确定“零线”，即挖、填的分界线先确定零点的位置，1－2线上的零点：，即零点距角点1的距离为3.93m2－6线上的零点：，即零点距角点2的距离为15.08m6－7线上的零点：，即零点距角点6的距离为9.14m7－11线上的零点：，即零点距角点7的距离为4.87m。8－12线上的零点：，即零点距角点8的距离为12.29mmx93.32049.012.012.01mx08.152049.016.049.02mx14.92019.016.016.06mx87.42059.019.019.07mx29.122042.067.067.08再将相邻边线上的零点相连，即为“零线”。（5）计算各方格土方量（以（＋）为填方，（－）为挖方）①全填或全挖方格)(289671911588)67.019.015.188.0(4203231mV)(250891151630)89.015.116.030.0(4203212mV②两挖、两填方格)(81.45)42.067.067.059.019.019.0(4203222)(32mV)(81.60)42.067.042.059.019.059.0(4203222)(32mV（＋）（－）（－）（＋）③三填一挖或三挖一填方格3332)(1178.19)1649)(4912(4932))16.049.0)(49.012.0(49.0(620mV32)(1154.4478.19)49323024(3278.19)49.016.0230.012.02(620mV3332)(1220.1)1649)(1916(1632))16.049.0)(19.016.0(16.0(620mV32)(1287.1392.1)16988838(322.1)16.049.0288.019.02(620mV（－）（＋）（＋）（－）3332)(2267.1)1619)(5919(1932))16.019.0)(59.019.0(19.0(620mV32)(2234.14867.1)191188932(3267.1)19.059.0289.016.02(620mV将计算出的各方格土方工程量按挖、填分别相加，得场地土方工程量总计：挖方：496.13m3填方：504.89m3挖方、填方基本平衡。（－）（＋）1.2.3土方调配土方调配的原则挖方和填方基本平衡，总运输量最小，即挖方量与运距的乘积之和尽可能最小。近期施工和远期利用相结合。分区调配和全场调配的协调，好土用于回填质量要求高的填方区。尽可能与大型地下室结构的施工相结合，避免土方的重复挖、填和运输。案例土方的总运输量为：Z0＝500×50+500×40+300×60＋100×110+100×70+400×40＝97000(m3·m)挖填B1B2B3挖方量A15070100500A2704090500A36011070500A48010040400填方量80060050019001.编制初始调配方案（最小元素法，即满足就近调配）例题表上作业法利用“最小元素法”编制初始调配方案，其总运输量是较小的。但不一定是总运输量最小，因此还需判别它是否为最优方案。判别的方法有“闭回路法”和“位势法”，其实质相同，都是用检验数λij来判别。只要所有的检验数λij≥0，则该方案即为最优方案；否则，不是最优方案，尚需进行调整。下面介绍用“位势法”求检验数。（1）求位势Ui和Vj计算方法：将初始方案中有调配数方格的Cij列出，然后按下式求出两组位势数Ui(i＝1，2，…，m)和Vj(j＝1，2，…·，n)。Cij＝Ui＋Vj式中Cij——平均运距(或单位土方运价或施工费用)；Ui，Vj——位势数。2.最优方案判别(位势法)例如，本例两组位势数计算：设U1＝0，则V1＝C11－U1＝50－0＝50；U3＝C31－V1＝60－50＝10；V