第一講 第一章土方工程

1、建筑施工主講教師(jiosh)：程旭東中國石油大學(xué)儲運(yùn)與建筑工程學(xué)院共三十一頁第一章 土方工程(t fn n chn) 第四節(jié) 土方(tfng)的填筑與壓實(shí)第一節(jié) 概述第二節(jié) 場地平整 第三節(jié) 基坑工程 主要內(nèi)容： 本章將主要講解土的工程分類及其性質(zhì)、場地平整相關(guān)知識、基坑開挖過程中的降水及支護(hù)方法、土的填筑與壓實(shí)方法。 共三十一頁第一節(jié) 概述(i sh)主要內(nèi)容： 引言 一 土的工程分類(fn li) 二 土的工程性質(zhì) 共三十一頁第一節(jié) 概述(i sh)引言最常見的土方工程有： 場地(chngd)平整、基坑（槽）及管溝開挖、地坪填土、路基填筑、隧道開通及基坑回填等。施工過程： 包括土或石的挖

2、掘、填筑和運(yùn)輸?shù)纫约芭潘?、降水和土壁支撐等?zhǔn)備和輔助過程。共三十一頁第一節(jié) 概述(i sh)引言施工的特點(diǎn)：面廣量大、勞動繁重、大多為露天作業(yè)、施工條件復(fù)雜；施工易受地區(qū)氣候條件影響；土本身是一種天然物質(zhì)，種類繁多，施工時(shí)受工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件的影響也很大。施工總的要求：根據(jù)工程自身?xiàng)l件，制定合理施工方案，盡可能采用新技術(shù)和機(jī)械化施工,避開(b ki)雨季。共三十一頁第一節(jié) 概述(i sh)一、土的工程分類 在土方工程施工和工程預(yù)算定額(dng )中，根據(jù)土的開挖難易程度，將土分為松軟土、普通土、堅(jiān)土、砂礫堅(jiān)土、軟石、次堅(jiān)石、堅(jiān)石、特堅(jiān)石等八類。前四類為一般土，后四類為巖石。共三十一頁第一節(jié)

3、 概述(i sh) 二、土的工程性質(zhì) 土的工程性質(zhì)對土方工程施工有直接影響，也是進(jìn)行土方施工設(shè)計(jì)必須掌握的基本資料。土的工程性質(zhì)主要有：1、土的質(zhì)量密度 ： 分天然密度和干密度。土的天然密度，是指在天然狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量，它影響土的承載力、土壓力及邊坡的穩(wěn)定性。土的干密度，是指單位體積土中固體(gt)顆粒的質(zhì)量，它是用以檢驗(yàn)填土壓實(shí)質(zhì)量的控制指標(biāo)。 2、土的含水量 土的含水量 是指土中所含的水與土的固體顆粒間的質(zhì)量比，以百分?jǐn)?shù)表示： 式中 G1-含水狀態(tài)時(shí)土的質(zhì)量； G2-土烘干后的質(zhì)量。共三十一頁第一節(jié) 概述(i sh) 二、土的工程性質(zhì) 土的含水量影響土方施工方法的選擇、邊坡的穩(wěn)定和回填

4、土的質(zhì)量，如土的含水量超過25%30%，則機(jī)械化施工就困難，容易打滑(dhu)、陷車；回填土則需有最佳含水量（見相關(guān)資料），方能夯壓密實(shí)，獲得最大干密度。3、土的滲透性 土的滲透性是指水在土體中滲流的性能，一般以滲透系數(shù)K表示。從達(dá)西公式V=KI 可以看出滲透系數(shù)的物理意義：當(dāng)水力坡度等于1時(shí)的滲透速度即為滲透系數(shù)。 滲透系數(shù)值將直接影響降水方案的選擇和涌水量計(jì)算的準(zhǔn)確性，一般應(yīng)通過揚(yáng)水試驗(yàn)確定，具體滲透系數(shù)參考相關(guān)資料。共三十一頁第一節(jié) 概述(i sh)二、土的工程性質(zhì)(xngzh) 4、土的可松性： 自然狀態(tài)下的土經(jīng)開挖后，內(nèi)部組織破壞，其體積因松散而增加以后雖經(jīng)回填壓實(shí)仍不能恢復(fù)其原來的

5、體積，土的這種性質(zhì)稱為土的可松性。土的可松性用可松性系數(shù)表示： 式中 Ks土的最初可松性系數(shù)； Ks 土的最終可松性系數(shù)； V 1土在自然狀態(tài)下的體積； V 2土挖出后的松散狀態(tài)下的體積； V 3土經(jīng)回填壓實(shí)后的體積。共三十一頁例題(lt) 某建筑外墻采用鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)，其斷面(dun min)尺寸如圖所示。地基土為粘土，已知粘土的最初和最終可松性系數(shù)分別為1.30和1.05。試計(jì)算每100米長基槽的挖方量；若留下回填土后，余土要求全部運(yùn)走，計(jì)算預(yù)留填土量及棄土量。共三十一頁第二節(jié) 場地(chngd)平整主要內(nèi)容： 一 場地豎向規(guī)劃設(shè)計(jì) 二 場地平整(pngzhng)土方量的計(jì)算 三 土方

6、調(diào)配 四 場地平整土方機(jī)械及其施工共三十一頁第二節(jié) 場地(chngd)平整引言 大型項(xiàng)目通常都要確定設(shè)計(jì)平面，進(jìn)行場地平整(pngzhng)。場地平整(pngzhng)就是將自然地面改造成人們所要求的平面。場地設(shè)計(jì)標(biāo)高應(yīng)滿足規(guī)劃、生產(chǎn)工藝、運(yùn)輸、排水及最高 洪水位的要求，并力使場地內(nèi)土方挖填平衡且土方量最小。共三十一頁第二節(jié) 場地(chngd)平整一、場地豎向規(guī)劃設(shè)計(jì) 對小型場地平整，可按場地平整施工中挖填土方量相等的原則。 l、初步確定場地設(shè)計(jì)標(biāo)高Z0（1）在具有等高線的地形圖上將施工區(qū)域劃分為邊長a=10m40m的若干方格如圖所示；（2）確定各小方格的角點(diǎn)高程?？筛鶕?jù)地形圖上相鄰兩等高線的

7、高程，用插值法求得。在無地形圖的情況下，也可以在地面用木樁或鋼釬打好方格網(wǎng)，然后用儀器直接(zhji)測出方格同角點(diǎn)標(biāo)高共三十一頁第二節(jié) 場地(chngd)平整即由圖 可看出，H11只屬于一個(gè)方格的角點(diǎn)標(biāo)高，H12和H21則屬于兩個(gè)方格公共的角點(diǎn)標(biāo)高，H22則屬于四個(gè)方格公共的角點(diǎn)標(biāo)高，它們分別(fnbi)在上式中要加一次、二次、四次。因此，上式可改寫成下列形式：共三十一頁第二節(jié) 場地(chngd)平整 按上式得到的設(shè)計(jì)平面為一水平的挖填方向等的場地，實(shí)際場地均應(yīng)有一定的泄水坡度。因此，應(yīng)根據(jù)泄水要求計(jì)算出實(shí)際施工時(shí)所采用的設(shè)計(jì)標(biāo)高。 以Z0作為場地中心的標(biāo)高，則任意(rny)點(diǎn)的設(shè)計(jì)標(biāo)高為：

8、 故各角點(diǎn)的施工高度Hi 若Hi若為正值，則該點(diǎn)為填方，若Hi為負(fù)值，則該點(diǎn)為挖方。共三十一頁第二節(jié) 場地(chngd)平整 2、最佳設(shè)計(jì)平面： 在滿足建筑規(guī)劃、生產(chǎn)工藝和運(yùn)輸(ynsh)、排水等要求的前提下，盡量使總的土方量達(dá)到最少。 當(dāng)?shù)匦螐?fù)雜時(shí)，可設(shè)計(jì)為多個(gè)設(shè)計(jì)平面。每個(gè)設(shè)計(jì)平面可用各自的參數(shù)表達(dá)，如ix， iy ，和c 。單平面最佳設(shè)計(jì) 平面的規(guī)劃是多平面最佳設(shè)計(jì)平面規(guī)劃的基礎(chǔ)。 設(shè)計(jì)平面上任一點(diǎn)i 的標(biāo)高： zi = c + xi ix + yi iy 該點(diǎn)的原地形自然標(biāo)高為zi，則定義 施工高度 Hi = zizi = c + xi ix + yi iy zi （i =1n，n 方

9、格角點(diǎn)總數(shù)） Hi 的加權(quán)總和能代表土方填挖的平衡結(jié)果， 但仍可能有多個(gè)解。其中有一個(gè)唯一 的解還可能使總的填挖量最少。為此，采用最小二乘法。共三十一頁第二節(jié) 場地(chngd)平整 3、場地設(shè)計(jì)標(biāo)高Z0的調(diào)整 按上述公式所計(jì)算的設(shè)計(jì)標(biāo)高H0系一理論值，實(shí)際上還需要考慮 以下因素進(jìn)行調(diào)整： （1）由于土的可松性，會使填土有剩余(shngy) H0 （2）考慮場地泄水坡度對角點(diǎn)設(shè)計(jì)標(biāo)高的影響； （3）設(shè)計(jì)標(biāo)高以上的各種填方工程（如場區(qū)上填筑路堤） H0 ； 或者由于設(shè)計(jì)標(biāo)高以下的各種挖方工程（如挖河道、水池、基坑 等） H0 ； （4）根據(jù)經(jīng)濟(jì)比較的結(jié)果，將部分挖方就近棄于場外，或部分填方就 近

10、取于場外而引起挖、填土方量的變化后，需增減設(shè)計(jì)標(biāo)高。 上述四方面因素對H0的影響同時(shí)出現(xiàn)的機(jī)會較小，可根據(jù)現(xiàn)場情況適當(dāng)考慮。共三十一頁第二節(jié) 場地(chngd)平整二、場地平整土方量計(jì)算 零線求出后，場地的挖填區(qū)即隨之標(biāo)出，可按“四方棱柱體法” 計(jì)算(j sun)出各方格的挖填土方量。h2h2h2 全挖全填方格 三挖一填或三填一挖方格 兩挖兩填方格挖全填方格共三十一頁第二節(jié) 場地(chngd)平整 三、土方調(diào)配 土方調(diào)配解決土方填挖的程序，目的是使土方的總運(yùn)輸量【m3*m】 或運(yùn)輸成本（元）最?。紤]了調(diào)配區(qū)間不同的單價(jià)【元 / m3】）。 1 、土方調(diào)配區(qū)域的劃分，平均運(yùn)距和土方施工單價(jià)的確

11、定劃分調(diào)配區(qū)的要點(diǎn)： （1） 與房屋和構(gòu)筑物的平面位置相協(xié)調(diào)，并考慮它們的開工順序、工程的分期(fn q)施工順序； （2） 調(diào)配區(qū)的大小應(yīng)滿足施工主導(dǎo)機(jī)械的技術(shù)要求。宜與施工段的大小相適應(yīng)； （3） 調(diào)配區(qū)的范圍應(yīng)與土方工程量的計(jì)算用的方格網(wǎng)協(xié)調(diào)，由若干個(gè)方格網(wǎng)組成一個(gè)調(diào)配區(qū); （4） 填挖的土方不平衡時(shí)，需考慮借土或棄土的地點(diǎn)，被視作一個(gè)調(diào)配區(qū)。共三十一頁第二節(jié) 場地(chngd)平整2、平均運(yùn)距和土方施工單價(jià)的確定(qudng)：（1）平均運(yùn)距【m】 挖方調(diào)配區(qū)和填方調(diào)配區(qū)之間的距離；如需按規(guī)定路線運(yùn)輸，應(yīng)按際情況進(jìn)行計(jì)算。（2）單位土方運(yùn)價(jià)【(元 / m3*m)*m】 簡單考慮運(yùn)輸問題

12、時(shí)，按單位土方運(yùn)價(jià)考慮，可參考有關(guān)預(yù)算定額確定。（3）單位土方施工費(fèi)用【元 / m3】 首先根據(jù)工程的具體情況，選擇最適合的施工機(jī)械及其組合。綜合考慮土方挖掘和運(yùn)輸?shù)染C合費(fèi)用。 將上述平均運(yùn)距或土方施工單價(jià)的計(jì)算結(jié)果填入土方平衡與單價(jià)表。 共三十一頁第二節(jié) 場地(chngd)平整土方平衡與單價(jià)(dnji)表挖方區(qū) 填 方 區(qū)T1T2.Tij.Tn挖方量W1x11c11x12c12.x1ic1i.x1nc1na1c11c12c1ic1nW2x21c21x22c22.x2ic2i.x2nc2na2c21c22c2ic2n . . . . . . . . .xefcef . . .xeqceq .

13、. . . . .cefceqWmxm1cm1xm2cm2.xmicmi.xmncmnamcm1cm2cmicmn填方區(qū)b1b1.b1.b1共三十一頁第二節(jié) 場地(chngd)平整用“線性規(guī)劃”方法進(jìn)行土方調(diào)配時(shí)的數(shù)學(xué)模型： “土方平衡與單價(jià)表” 中填入土方量與“費(fèi)用”單價(jià)。表中有： aij=bij ( i=1m, j=1n ) cij 為從Wi 到Tj 的“費(fèi)用” 調(diào)配區(qū)間平均運(yùn)距【m】或單位土方運(yùn)價(jià)(yn ji)【(元 / m3*m)*m】或單位土方施工費(fèi)用【元 / m3】； xij 為從從Wi 到Tj 的挖填方量。規(guī)劃的目標(biāo)函數(shù)：Z=ijcij*xijxij 滿足下列約束條件：j xij

14、=ai ( i=1m )i xij=bj ( j=1n ) xij=0。 由于未知量個(gè)數(shù)多余獨(dú)立方程數(shù)，因此方程組有無窮多解，而我們需要的是最優(yōu)解。對于此類問題，我們可以采用“表上作業(yè)法”而方便的求解。共三十一頁第二節(jié) 場地(chngd)平整 3、用“表上作業(yè)法”進(jìn)行土方調(diào)配下面結(jié)合例子說明“表上作業(yè)法”求調(diào)配最優(yōu)解的步驟與方法。（1） 編制初始調(diào)配方案 初始方案的編制采用(ciyng)“最小元素法”，即對應(yīng)于價(jià)格系數(shù)最小的土方量取最大值。 500500600800500500W1T1W3W4T3T2W2500400共三十一頁第二節(jié) 場地(chngd)平整 首先將上圖中的土方(tfng)數(shù)及價(jià)

15、格系數(shù)填入計(jì)算表各中。T1T2T3W1x1150 x1270 x13100500c11c11c11W2x217050040 x2290500c21c21c21W3x3160 x32110 x3270500c31c31c31W4x4180 x42100 x4240400c41c41c418006005001900填方區(qū)挖方區(qū)挖方量填方量共三十一頁第二節(jié) 場地(chngd)平整 初始(ch sh)方案確定過程T1T2T311c11c11W270 4090500c21c21c21W36011070500c31c31c31W48010040400c41c41c41800600

16、5001900填方區(qū)挖方區(qū)挖方量填方量500100300100500400共三十一頁第二節(jié) 場地(chngd)平整（2）最優(yōu)方案判別 在“表上作業(yè)法”中，判別是否最優(yōu)方案的方法很多。采用“假想價(jià)格系數(shù)法”求檢驗(yàn)數(shù)較為清晰直觀。該方法是設(shè)法求得無調(diào)配土方的檢驗(yàn)數(shù)是否非負(fù)，如所有檢驗(yàn)數(shù)均大于等于0，則方案最優(yōu)，否則該方案不是(b shi)最優(yōu)的，需進(jìn)一步調(diào)整。 首先求出表中各個(gè)方格的假想價(jià)格系數(shù)cij，有調(diào)配土方的假想價(jià)格系數(shù)為： cij= cij，無調(diào)配土方方格的假想系數(shù)用下式計(jì)算：cef+ cpq = ceq+ cpf 上式的意義即是：構(gòu)成任一矩形的四個(gè)方格內(nèi)對角線上的假想價(jià)格系數(shù)之和相等。

17、共三十一頁第二節(jié) 場地(chngd)平整T1T2T3270 4090500W36011070500W480100404008006005001900填方(tin fn)區(qū)挖方區(qū)挖方量填方量500100300100500400504060110704080300-1010060-30共三十一頁第二節(jié) 場地(chngd)平整（3）方案的調(diào)整 第一步：在所有負(fù)檢驗(yàn)數(shù)中選一個(gè)（一般選最小的），本例中便是 ，把它所對應(yīng)的變量x12作為調(diào)整對象。 第二步 ：找出x12閉合回路。其做法是：從 x12出發(fā)，沿水平與豎直方向前進(jìn)，遇到適當(dāng)?shù)挠袛?shù)字的方格作900轉(zhuǎn)彎（也不一定轉(zhuǎn)彎），然后

18、繼續(xù)前行，如果路線恰當(dāng)，有限步后便能回到出發(fā)點(diǎn)。 第三步：從空格x12出發(fā)，沿著閉合回路（方向任意）一直(yzh)前進(jìn)，在各奇數(shù)次轉(zhuǎn)角點(diǎn)的數(shù)字中，挑出一個(gè)最小的（本例為100），將它沿閉合回路移動到相鄰的角點(diǎn)上（本例為偶數(shù)次角點(diǎn)上）。第四步：被調(diào)出的方格為；同時(shí)將閉合回路上其它的奇數(shù)次轉(zhuǎn)角上的數(shù)字都減去100，偶數(shù)次轉(zhuǎn)角上數(shù)字都增加100。使得填挖方區(qū)的土方量仍然保持平衡。 共三十一頁第二節(jié) 場地(chngd)平整T1T2T3270 4090500W36011070500W480100404008006005001900填方(tin fn)區(qū)挖方區(qū)挖方量填方量5001003001005004005040608070402070040050400303060共三十一頁第二節(jié) 場地(chngd)平整 四、場地平整土方(tfng)機(jī)械及其施工 場地平整土方施工主要為推土機(jī)、鏟運(yùn)機(jī)，有時(shí)也使用挖掘機(jī)。（具體見教材） 共三十一頁內(nèi)容摘要建筑施工。前四類為一般土，后四類為巖石。分天然密度和干密度。土