习题答案-建筑工程施工技术(北京大学出版社)---第1章--土石方工程

1二、简答题1.土方工程施工中，根据土体开挖的难易程度土体如何分类？在土方工程施工中，根据土体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、特坚石八类。前四类属于一般土，后四类属于岩石，其分类和鉴别方法，表1-1所示。2.土的可松性对土方施工有何影响？土的最初可松性系数Ks，是计算车辆装运土方体积及挖土机械的主要参数；土的最终可松性系数Ks′，是计算填方所需挖土工程量的主要参数，各类土的可松性系数见表1-1所示。3.基坑及基槽土方量如何计算？1.基坑土方量基坑是指长宽比小于或等于3的矩形土体。基坑土方量可按立体几何中拟柱体(由两个平行的平面作底的一种多面体)体积公式计算，如图1.1所示。即：)4(6201AAAHV（1-6）式中H--基坑深度，m；1、A2--基坑上、下底的面积，m2；0-基坑中截面的面积，m2。2.基槽土方量基槽土方量计算可沿长度方向分段后，按照上述同样的方法计算，如图1.2所示。即：)4(620111AAALV（1-7）式中1--第一段的土方量，m3；1--第一段的长度，m。将各段土方量相加，即得总土方量：nVVVV21（1-8）式中V1，V2，…，Vn--各段土方量，m3。4.试述方格网法计算场地平整土方量的步骤和方法?1.方格网法方格网法计算场地平整土方量步骤为：1)绘制方格网图由设计单位根据地形图(一般在1/500的地形图上)，将建筑场地划分为若干个方格网，方格边长主要取决于地形变化复杂程度，一般取a=10m、20m、30m、40m等，通常采用20m。方格网与测量的纵横坐标网相对应，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)，如图1.3所示。22)计算场地各方格角点的施工高度各方格角点的施工高度为角点的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：HHhnn（1-9）式中hn--角点的施工高度，即填挖高度(以“+”为填，“-”为挖)，m；Hn--角点的设计标高，m；H--角点的自然地面标高，m；n--方格的角点编号(自然数列1，2，3，…，n)。3)计算“零点”位置，确定零线当同一方格的四个角点的施工高度同号时，该方格内的土方则全部为挖方或填方，如果同一方格中一部分角点的施工高度为“+”，而另一部分为“-”，则此方格中的土方一部分为填方，另一部分为挖方，沿其边线必然有一不挖不填的点，即为“零点”，如图1.4所示。零点位置按下式计算：2111hhahx；2122hhahx（1-10）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，均用绝对值表示，m；a--方格网的边长，m。在实际工作中，为省略计算，确定零点的办法也可以用图解法，如图1.5所示。方法是用尺在各角点3上标出挖填施工高度相应比例，用尺相连，与方格相交点即为零点位置。此法甚为方便，同时可避免计算或查表出错。将相邻的零点连接起来，即为零线。它是确定方格中挖方与填方的分界线。4)计算方格土方工程量按方格底面积图形和表1-3所列计算公式，计算每个方格内的挖方量或填方量。表1-3常用方格网点计算公式注：1.a--方格网的边长，m；b、c--零点到一角的边长，m；h1、h2、h3、h4--方格网四角点的施工高度，用绝对值代入，项目图式计算公式一点填方或挖方(三角形)63213bchhbcV当b=a=c时，632haV二点填方或挖方(梯形)))((84231hhcbahacbV))((84242hhedahaedV三点填方或挖方(五角形)5)2(5)2(32122hhhbcahbcaV四点填方或挖方(正方形))(44432122hhhhahaV4m；∑h--填方或挖方施工高度总和，用绝对值代入，m；V--填方或挖方的体积，m3。2.本表计算公式是按各计算图形底面积乘以平均施工高度而得出的。5)边坡土方量的计算场地的挖方区和填方区的边沿都需要做成边坡，以保证挖方土壁和填方区的稳定。边坡的土方量可以划分成两种近似的几何形体进行计算，一种为三角棱锥体，另一种为三角棱柱体。（1）三角棱锥体边坡体积三角棱锥体边坡体积，如图1.6中①～③、⑤～⑦所示，计算公式如下：11131lAV（1-11）式中l1--三角棱锥体边坡的长度，m；A1--三角棱锥体边坡的端面积，m2；h2--角点的挖土高度，m；m--边坡的坡度系数，m=宽/高。（2）三角棱柱体边坡体积三角棱柱体边坡体积，如图1.6中④所示，计算公式如下：42142lAAV（1-12）当两端横断面面积相差很大的情况下，边坡体积按下式计算：)4(620144AAAlV（1-13）式中l4--三角棱柱体边坡的长度，m；A1、A2、A0--三角棱柱体边坡两端及中部横断面面积。6）计算土方总量将挖方区(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。5.试述断面法计算场地平整土方量的步骤和方法?2.断面法沿场地取若干个相互平行的断面，可利用地形图或实际测量定出，将所取的每个断面（包括边坡断面）划分为若干个三角形和梯形，如图1.7所示，则面积为5211/1dhA，2)(221/2dhhA，…某一断面面积为Ai=A/1+A/2+…+A/n若d1=d2=…=dn=d，则Ai=d(h1+h2+…+hn-1)设各断面面积分别为A1，A2，…，Am，相邻两断面间的距离依次为L1，L2，…，Lm，则所求的土方体积为11232121222mmmLAALAALAAV（1-14）用断面法计算土方量，边坡土方量已包括在内。图1.7断面法示意图6.土方调配应遵循哪些原则?调配区如何划分?1.土方调配原则（1）力求达到挖方与填方基本平衡和运距最短。使挖方量与运距的乘积之和最小，即土方运输量或费用最小，降低工程成本。（2）近期施工与后期利用相结合。当工程分期分批施工时，先期工程有土方余额应结合后期工程的需求来考虑其利用量与堆放位置，以便就近调配，以避免重复挖运和场地混乱。（3）应分区与全场相结合。分区土方的余额或欠额的调配，必须考虑全场土方的调配，不可只顾局部平衡而妨碍全局。（4）尽可能与大型建筑物的施工相结合。大型建筑物位于填土区时，应将开挖的部分土体予以保留，待基础施工后再进行填土，以避免土方重复挖、填和运输。（5）选择适当的调配方向，运输路线，使土方机械和运输车辆的功效得到充分发挥。土方调配方案的编制，应根据施工场地地形及地理条件，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距离)，然后确定挖方各调配区的土方调配方案。土方调配的最优方案，应使土方总运输量最小或土方运输费用最少，工期短、成本低，而且便于施工。调配方案确定后，绘制土方调配图，如图1.11所示。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，仅考虑场内挖方和填方的平衡，W表示挖方，T表示填方。7.什么是边坡系数？影响边坡稳定的因素有哪些。土方边坡的坡度以挖方深度(或填方深度)h与底宽b之比表示，如图1.12所示，即土方边坡坡度=h/b=1/(b/h)=1∶m（1-15）式中称为边坡系数。6图1.12土体边坡（a）直线形边坡（b）折线形边坡土方边坡的大小主要与土质、开挖深度、开挖方法、边坡留置时间长短、边坡附近各种荷载状况及排水情况有关。8.人工降低地下水位的方法有哪些？适用范围如何？1.5.1集水井降水法集水井降水法是一种设备简单、应用普遍的人工降低地水位的方法。在开挖基坑或沟槽过程中，当基底挖至地下水位以下时，沿坑底周围开挖一定坡度的排水沟，设置集水井，使地下水经排水沟流入井内，然后用水泵抽出坑外，如图1.26所示。图1.26集水井降水法1-排水沟；2-集水井；3-水泵集水井降水法适用于水流较大的粗粒土层的排水、降水，也可用于渗水量较小的粘性土层降水，但不适宜于细砂土和粉砂土层，因为地下水渗出会带走细粒而发生流砂现象。1.5.2井点降水法井点降水是在基坑开挖前，在基坑四周预先埋设一定数量的滤水管(井)，在基坑开挖前和开挖过程中，利用抽水设备不断抽出地下水，使地下水位降到坑底以下，直至土方和基础工程施工结束为止。井点降水的方法有：轻型井点、电渗井点、喷射井点、管井井点及深井井点等。对不同类型的井点降水可参考表1-7选用。表1-7降水类型及适用条件降水类型土层渗透系数(m/d)降低水位深度(m)单层轻型井点0.1～503～6多层轻型井点0.1～506～12喷射井点0.1～508～20电渗井点＜0.1根据选用井点确定管井井点20～2003～5深井井点10～250＞15轻型井点法适用于，土壤的渗透系数为0.1～50m/d的土层降水，一级轻型井点水位降低深度3～6m，二级井点可达6～9m。9.轻型井点系统的布置方案有哪些？轻型井点布置，根据基坑大小与深度、土质、地下水位高低与流向和降水深度要求等确定。71）平面布置当基坑或沟槽宽度小于6m，且水位降低深度不超过5m时，可采用单排线状井点，布置在地下水流的上游一侧，其两端延伸长度一般不小于基坑（槽）宽度为宜，如图1.29所示。如基坑宽度大于6m或土质不良，土的渗透系数较大时，宜采用双排井点。基坑面积较大时，宜采用环状井点，如图1.30所示，为便于挖土机械和运输车辆出入基坑，可不封闭，布置为U形环状井点。井点管距离基坑壁一般不宜小于0.7~1.0m，以防局部发生漏气，井点管间距应根据土质、降水深度、工程性质等决定，一般采用0.8~1.6m。一套抽水设备能带动的总管长度，一般为100~120m。采用多套抽水设备时，井点系统要分段，各段长度要大致相等。图1.29单排线状井点布置图(a)平面布置；(b)高程布置1-总管；2-井点管；3-抽水设备图1.30环形井点布置图(a)平面布置；(b)高程布置1-总管；2-井点管；3-抽水设备2）高程布置在考虑到抽水设备的水头损失以后，井点降水深度一般不超过6m。井点管的埋设深度H(不包括滤管)按下式计算，如图1.30(b)所示。H=H1+h+iL（1-16）式中H1--井点管埋设面至基坑底的距离，m；h--基坑中心处坑底面(单排井点时，为远离井点一侧坑底边缘)至降低后地下水位的距离，一般为0.5～1.0m；--地下水降落坡度，环状井点为1/10，单排线状井点为1/4；--井点管至基坑中心的水平距离(单排井点为井点管至基坑另一侧的水平距离)，m。当一级井点系统达不到降水深度要求时，可采用二级井点，即先挖去第一级井点所疏干的土，然后在基坑底部装设第二级井点，使降水深度增加，如图1.31所示。8图1.31二级井点降水示意图1-一级井点降水；2-二级井点降水10.单斗挖土机有哪几种类型?其工作特点和适用范围如何？正铲、反铲挖土机开挖方式有哪几种?如何选择?单斗挖土机是土方开挖常用的一种机械。按工作装置不同，可分为正铲、反铲、拉铲和抓铲四种，如图1.17所示。按其行走装置不同，分为履带式和轮胎式两类。按操纵机构的不同，可分为机械式和液压式两类。液压式单斗挖土机调速范围大，作业时惯性小，转动平稳，结构简单，一机多用，操纵省力，易实现自动化。图1.17单斗挖土机工作装置类型(a)正铲；(b)反铲；(c)抓铲；(d)拉铲1)正铲挖土机正铲挖土机的工作特点是：前进行驶，铲斗由下向上强制切土，挖掘力大，生产效率高。适用于开挖停机面以上一至三类土，且与自卸汽车配合完成整个挖掘运输作业，可用于挖掘大型干燥的基坑和土丘等。正铲挖土机的开挖方式，根据开挖路线与运输车辆相对位置的不同，可分为正向挖土、反向卸土(图1.18(a))和正向挖土、侧向卸土(图1.18(b))两种。正向挖土、反向卸土，挖土机沿前进方向挖土，运输车辆停在挖土机后方装土。这种作业方式所开挖的工作面较大，但挖土机卸土时动臂回