项目2土方工程施工

1项目2土方工程施工土方量的计算与调配2.1土方机械化施工2.2土方开挖2.3土方填筑与压实2.4地基与基础工程施工2项目2.1土方量的计算与调配2.1.1基坑、基槽土方量计算1．基坑土方量计算基坑土方量可按立体几何中的拟柱体（由两个平行的平面做底的一种多面体）体积公式计算（如图2.1），即()201坑46AAAHV++=式中：H——基坑深度，mA1、A2——基坑上、下底的面积，m2；A0—基坑中截面的面积，m2。地基与基础工程施工3项目2.1土方量的计算与调配2．基槽土方量计算基槽和路堤、管沟的土方量，可沿其长度方向分段后，再按基坑土方量计算方法分别计算各段土方量，汇总得到总土方量。即：式中：Vi——基槽的第i段土方量（m3）。∑=iVV槽一般在工程实际中，基槽土方量的计算多按照不同基槽断面，以基槽的长度乘以相应断面积计算。即：ALVi∑槽式中：Li——基槽所在断面的长度（m）；A——基槽所在断面的平均断面积（m2）。地基与基础工程施工4项目2.1土方量的计算与调配2.1.2场地平整土方量计算场地平整就是将现场天然地面改造成施工所要求的设计平面。首先要确定场地设计标高（通常由设计单位在总图规划和竖向设计中确定），计算挖、填土方工程量，确定土方调配方案；并根据工程现场施工条件、施工工期及现有机械设备条件，选择土方施工机械，拟定施工方案。场地挖填土方量计算有横截面法和方格网法两种。地基与基础工程施工5横截面法是将要计算的场地划分成若干横截面后，用横截面计算公式逐段计算，最后将逐段计算结果汇总。横截面法计算精度较低，可用于地形起伏变化较大地区。在地形起伏变化较大的地区，或挖填深度较大，断面又不规则的地区，采用断面法比较方便。其方法为：沿场地取若干个相互平行的断面（可利用地形图定出或实地测量定出），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2.2）。项目2.1土方量的计算与调配地基与基础工程施工6断面面积求出后，即可计算土方体积，设各断面面积分别为：F1、F2、……Fn。相邻两断面间的距离依次为：L1、L2、L3…Ln，则所求土方体积为：项目2.1土方量的计算与调配nnnLFFLFFLFFV1232121212121地基与基础工程施工7下面着重介绍下方格网法。其计算步骤如下：项目2.1土方量的计算与调配1.确定场地设计标高大型工程项目通常都要确定场地设计平面，进行场地平整。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。地基与基础工程施工8确定场地设计标高的方法，有“挖填土方量平衡法”和“最佳设计平面法”。前者是场地设计标高确定一般方法，如场地比较平缓，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。后者是采用最小二乘法原理，计算出最佳设计平面。所谓最佳设计平面，是指场地各方格角点的挖、填高度的平方和为最小，按照这样的设计平面，既能满足土方工程量为最小，也能保证挖填土方量相等，但是此法的计算较为繁琐。项目2.1土方量的计算与调配地基与基础工程施工91）挖填土方量平衡法挖填土方量平衡法，概念直观，计算简便，精度能满足工程要求。采用挖填土方量平衡法确定场地设计标高，可按下述方法进行：如图2.3（a）所示，将地形图上场地的范围划分为若干方格。每个方格的角点标高，可根据地形图上该角点相邻两等高线的标高，用插入法（图2.4）求得。在无地形图的情况下，可在地面用木桩打好方格网，然后用仪器直接测出各角点标高。项目2.1土方量的计算与调配地基与基础工程施工10项目2.1土方量的计算与调配地基与基础工程施工11从工程经济效益的角度来说，合理的设计标高，应该使得场地内的土方，在场地平整前和平整后相等而达到挖方和填方的平衡，如图2.3（b）所示，即：由上式可得到：项目2.1土方量的计算与调配niiiiiHHHHaHna143212024niiiiiHHHHnH14321041式中：H0——所计算场地的设计标高（m）；a——方格边长（m）；n——方格数；Hi1、Hi2、Hi3、Hi4——第i个方格四个角点的原地形标高（m）。地基与基础工程施工12从图2.3（b）可以看出，H11系一个方格的角点标高，H12及H21系相邻两个方格的公共角点标高，H22系相邻的四个方格的公共角点标高。如果将所有方格的四个角点相加，则类似H11这样的角点标高加一次，类似H12、H21的角点标高需加两次，类似H22的角点标高要加四次，这种在计算过程中被应用次数Pi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”。考虑各角点标高的“权”，式2-6可改写为便于计算的形式：项目2.1土方量的计算与调配nHHHHH443243210地基与基础工程施工132）最小二乘法原理求最佳设计平面挖方量与填方量平衡，但不能保证总的土方量最小。应用最小二乘法的原理，可求得满足上述两个条件的最佳设计平面，即设计标高满足规划、生产工艺及运输、排水及最高洪水水位等要求，并做到场地内土方挖填平衡，且挖填的总土方工程量最小。当地形比较复杂时，一般需设计成多平面场地，此时可根据工艺要求和地形特点，预先把场地划分成几个平面，分别计算出最佳设计单平面的各个参数。然后适当修正各设计单平面交界处的标高，使场地各单平面之间的变化缓和且连续。因此，确定单平面的最佳设计平面是竖向规划设计的基础。项目2.1土方量的计算与调配地基与基础工程施工14我们知道，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（图2.7）。在这个平面上任何一点i的标高，可以根据下式求出：项目2.1土方量的计算与调配iixiyHcxiyi式中：ix——i点在x方向的坐标；iy——i点在y方向的坐标。地基与基础工程施工15与前述方法类似，将场地划分成方格网，并将原地形标高Hi标于图上，则该场地方格网角点的施工高度为：项目2.1土方量的计算与调配iiiixiyihHHcxiyiH式中：hi——方格网各角点的施工高度（m）；Hi’——方格网各角点的设计平面标高（m）；Hi——方格网各角点的原地形标高（m）。地基与基础工程施工16由土方量计算公式可知，施工高度之和与土方工程量成正比。由于施工高度有正有负，当施工高度之和为零时，则表明该场地土方的填挖平衡，但它不能反映出填方和挖方的绝对值之和为多少。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。但要注意，在计算施工高度总和时，应考虑方格网各点施工高度在计算土方量时被应用的次数Pi，令σ为土方施工高度之平方和，则：项目2.1土方量的计算与调配222211221niinniPhPhPhPh22211112222()()()xyxynnxnynPcxiyiHPcxiyiHPcxiyiH地基与基础工程施工17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（填挖方不平衡时，上式所得数值不可能最小）。这就是用最小二乘法求最佳设计平面的方法。为了求得σ最小时的设计平面参数c，ix，iy，可以对上式的c，ix，iy分别求偏导数，并令其为0，于是得：项目2.1土方量的计算与调配0)(0)(0)(111iyixiniiiiyixiniiixiyixiniiHiyixcyPiHiyixcxPiHiyixcPcy地基与基础工程施工18经过整理，可得下列准则方程：式中：其他依次类推。项目2.1土方量的计算与调配000xyxyxyPcPxiPyiPHPxcPxxiPxyiPxHPycPxyiPyyiPyH121122111222111222nnnnnnnnnPPPPPxPxPxPxPxxPxxPxxPxxPxyPxyPxyPxy地基与基础工程施工19解联立方程组，可求得最佳设计平面（此时尚未考虑工艺、运输等要求）的三个参数c，ix，iy。然后即可算出各角点的施工高度。在实际计算时，可采用列表方法（表2-1）。最后一列的和[Ph]可用于检验计算结果，当[Ph]=0，则表明计算无误。应用上述准则方程时，若已知C或ix，或iy时，只要把这些已知值作为常数代入，即可求得该条件下的最佳设计平面，但它与无任何限制条件下求得的最佳设计平面相比，其总土方量一般要比后者大。项目2.1土方量的计算与调配地基与基础工程施工20项目2.1土方量的计算与调配地基与基础工程施工213）调整场地设计标高初步确定场地设计标高仅为一理论值，实际上，还需要考虑以下因素对初步场地设计标高值进行调整，这工作在完成土方量计算后进行。①土的可松性影响。由于具有可松性，会造成填土的多余，需相应地提高设计标高，以达到土方量的实际平衡。项目2.1土方量的计算与调配地基与基础工程施工22②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，以及从经济角度比较，将部分挖方就近弃于场外（简称弃土）或将部分填方就近取土于场外（简称借土）等，均会引起挖填土方量的变化。必要时，需重新调整设计标高。③考虑工程余土或工程用土，相应提高或降低设计标高。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。项目2.1土方量的计算与调配地基与基础工程施工232.划分场地方格网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和设计标高，如图2.8所示。项目2.1土方量的计算与调配地基与基础工程施工24项目2.1土方量的计算与调配地基与基础工程施工253.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，填在方格点的右上角。各方格角点的施工高度按下式计算：项目2.1土方量的计算与调配HHhnn式中：hn——角点施工高度，即填挖高度（m）。以“+”为填，“─”为挖；Hn——角点设计标高（m）；H——角点的自然地面标高（m）。地基与基础工程施工264.确定“零线”如果一个方格中一部分角点的施工高度为“+”，而另一部分为“─”时，此方格中的土方一部分为填方，一部分为挖方。计算此类方格的土方量需先确定填方与挖方的分界线，即“零线”。“零线”位置的确定方法是：先求出有关方格边线（此边线一端为挖，一端为填）上的“零点”（即不挖不填的点），然后将相邻的两个“零点”相连即为“零线”。项目2.1土方量的计算与调配地基与基础工程施工27如图2.9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，则可求得项目2.1土方量的计算与调配1112ahxhh2212ahxhh式中：x1、x2——角点至零点的距离（mh1、h2——相邻两角点的施工高度（m），均用绝对值；a——方格网的边长（m）。地基与基础工程施工28在实际工程中，确定零点的办法也可以用图解法，如图2.10所示。方法是用尺在各角点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。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。项目2.1土方量的计算与调配地基与基础工程施工295.计算场地填挖土方量零线确定后，便可进行土方量的计算。按方格网底面积图形和表2-2中的计算公式，计算每个方格内的挖方或填方量。项目2.1土方量的计算与调配地基与基础工程施工30项目2.1土方量的计算与调配地基与基础工程施工31项目2.1土方量的计