土方工程教學(xué)課件

1、第一章 土方工程河南大學(xué)土木工程教研室 第一節(jié) 土的分類(lèi)及性質(zhì) 按地基土分類(lèi)：巖石、 碎石土、 砂土、粉土 、粘性土、人工填土按施工的難易程度分八類(lèi):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)石一、土的分類(lèi) 二、土的性質(zhì) 1、可松性（1）定義 自然狀態(tài)下的土，經(jīng)過(guò)開(kāi)挖后，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)到原來(lái)的體積，這種性質(zhì)稱(chēng)為土的可松性 V2 開(kāi)挖后土的松散體積 V1 土的自然體積 （2）可松性的表示可松性系數(shù) 1） 最初可松性系數(shù) Ks 2） 土的最終可松性系數(shù) V3 土壓實(shí)后的體積 V1 土的自然體積 （3）工程中對(duì)土的可松性的考慮1）借土、棄土?xí)r應(yīng)考慮

2、土的可松性 Vw Vt2）確定運(yùn)土工具時(shí)，應(yīng)考慮土的可性松性影響。例題： 某場(chǎng)地的挖方體積為1000m3，填方體積為1500m3，ks=1.08，ks=1.03，問(wèn)該場(chǎng)地是借土還是棄土？若用運(yùn)土量為5m3/車(chē)汽車(chē)運(yùn)土，問(wèn)應(yīng)運(yùn)多少車(chē)次？ 解：根據(jù)公式 2、土的含水量 （1）定義：土中水的重量與土的固體顆粒重量之比稱(chēng)為土的含水量。（2）應(yīng)用:填土?xí)r應(yīng)考慮土的最佳含水量；含水量的高低對(duì)土的承載力和邊坡的穩(wěn)定性有影響。 3、土的滲透性（1）定義：土體孔隙中的自由水在重力的作用下會(huì)透過(guò)土體而運(yùn)動(dòng)，土體這種被水透過(guò)的性質(zhì)稱(chēng)為土的滲透性。（2）應(yīng)用地下降水、計(jì)算涌水量應(yīng)考慮滲透系數(shù)的大小。流砂的防治應(yīng)考慮第

3、二節(jié)土方量的計(jì)算一、基坑、基槽的土方量的計(jì)算、基坑 對(duì)于基坑土方量可按立體幾何中的擬柱體（由兩個(gè)平行平面作為上、下底的一種多面體）體積計(jì)算，先計(jì)算上、下兩個(gè)面的面積F1、F2，再計(jì)算其體積。如圖示，計(jì)算公式為 b2 、 基槽 溝槽土方量可沿其長(zhǎng)度方向分段（截面相同的不分段）計(jì)算，先計(jì)算截面面積，再求長(zhǎng)度，累計(jì)各段計(jì)算土方量，如圖示，可按下式計(jì)算Vi 第i段的體積（m3）；F1、F2 第i段的兩端面積（m2）； Li 第i段的長(zhǎng)度； F0 第i段的中截面積；例 某建筑外墻采用毛石基礎(chǔ)，基礎(chǔ)底寬1.07m，開(kāi)挖深度1.8m，地基為硬塑粘土， 已知土的可松性系數(shù)ks1.3，ks1.05。試計(jì)算每10

4、0m長(zhǎng)基槽的挖方量； 若留土后填， 余土全部運(yùn)走，計(jì)算預(yù)留土量及棄土量。解：查硬塑粘土放坡起始深度為1.5m，放坡坡度為10.33，考慮工作面300mm基礎(chǔ)頂寬為：（107023001800 0.33 2）2860mm基礎(chǔ)底寬為：（10702300）1670mm基礎(chǔ)開(kāi)挖截面積按梯形計(jì)算基礎(chǔ)所占的體積V基(0.441.07十0.50.67十0.9 0.37)100109.6(m3)棄土量（按松散體積計(jì)算）V棄（V挖V填）KS（408284.19）1.3160.95（m3）每100m長(zhǎng)基槽的挖方量 V挖=AL=4.08100=408(m3)預(yù)留填方量(按原土計(jì)算)：二、場(chǎng)地平整土方量計(jì)算1、計(jì)算步

5、驟1）設(shè)計(jì)標(biāo)高的確定和調(diào)整 2） 施工節(jié)點(diǎn)施工高度的確定3）確定零線(xiàn)，即挖填的分界線(xiàn)4）土方量的計(jì)算(四方棱柱體法)求解初始設(shè)計(jì)標(biāo)高H0設(shè)計(jì)標(biāo)高的確定與調(diào)整1、設(shè)計(jì)標(biāo)高確定的原則挖填平衡2、設(shè)計(jì)標(biāo)高確定的步驟在圖上劃分方格，邊長(zhǎng)a=10-40m，常用20 m根據(jù)等高線(xiàn)按比例求解各節(jié)點(diǎn)的地面高程HijH0的調(diào)整和確定 圖 場(chǎng)地平整標(biāo)高計(jì)算 1等高線(xiàn) 2自然地坪 3設(shè)計(jì)標(biāo)高平面 4自然地面與設(shè)計(jì)標(biāo)高平面的交線(xiàn)（零線(xiàn)） H0達(dá)到挖填平衡的場(chǎng)地標(biāo)高（m）；a方格網(wǎng)邊長(zhǎng)（m）；N方格數(shù)（個(gè)）；H11H22各方格四個(gè)角點(diǎn)的標(biāo)高（m）;H11個(gè)方格共有的角點(diǎn)標(biāo)高（m）；H22個(gè)方格共有的角點(diǎn)標(biāo)高（m）；H3

6、3個(gè)方格共有的角點(diǎn)標(biāo)高（m）；H44個(gè)方格共有的角點(diǎn)標(biāo)高（m）。H0的調(diào)整1）考慮土的可松性影響 由于土有可松性，為了達(dá)到挖填平衡，則應(yīng)把H0提高h(yuǎn)，如圖示 VTVWhAWAT圖 標(biāo)高調(diào)整簡(jiǎn)圖式中： VT、VW 設(shè)計(jì)標(biāo)高調(diào)整前的填挖方體積 AT、AW 設(shè)計(jì)標(biāo)高調(diào)整前的填挖方面積； Ks 土的最終可松性系數(shù)； h 設(shè)計(jì)標(biāo)高的增加值。調(diào)整高度2）考慮排水坡度后的標(biāo)高 H0為理論數(shù)值，可作施工粗略確定場(chǎng)地整平標(biāo)高用，實(shí)際場(chǎng)地均有排水坡度，如場(chǎng)地面積較大，一般有2以上的排水坡度，應(yīng)考慮坡度對(duì)設(shè)計(jì)標(biāo)高的影響，如果以場(chǎng)地中心為基點(diǎn)，雙向排水41H1235 67891011 121314 15 16 ixi

7、y 式中：Hn場(chǎng)地內(nèi)任意一點(diǎn)的設(shè)計(jì)標(biāo)高 H0坐標(biāo)原點(diǎn)的設(shè)計(jì)標(biāo)高ix iyx方向y方向的排水坡度（不小于2）lx lyx，y方向至場(chǎng)地中心的距離由場(chǎng)地中心點(diǎn)沿x，y方向指向計(jì)算點(diǎn)，若其方向與ix iy反向則取“+”號(hào)，反之取“”號(hào)cabxzy則場(chǎng)地內(nèi)任一點(diǎn)實(shí)際施工時(shí)所采用的設(shè)計(jì)標(biāo)高Hn，可由下式求得41H1h1H1235 67891011 121314 15 16 ixiy 各頂點(diǎn)的施工高度 當(dāng)一個(gè)方格內(nèi)同時(shí)有填方與挖方時(shí)，要確定挖填的分界線(xiàn)即“零線(xiàn)”。先確定零點(diǎn)，再把零點(diǎn)連起來(lái)得零線(xiàn)41235 67891011 121314 15 16 ixiy零線(xiàn)填 方 區(qū)挖 方 區(qū)挖填邊界的確定內(nèi)插法確定

8、零點(diǎn)： 零點(diǎn)確定公式 h2h1o1x1x2h1h2h3h4o2零線(xiàn)o1圖 零點(diǎn)及零線(xiàn)的確定式中hi取絕對(duì)值5 、土方量的計(jì)算(四方棱柱體法)如圖示按零線(xiàn)通過(guò)的位置不同，方格可分為三種類(lèi)型，即：全填或全挖、兩挖兩填、三挖一填或三填一挖41H1h1H1235 67891011 121314 15 16 ixiy方格網(wǎng)示意圖零線(xiàn)填 方 區(qū)挖 方 區(qū)1）全填或全挖h1 h2h3h4a全填全挖41H1h1H1235 67891011 121314 15 16 ixiy填 方 區(qū)挖 方 區(qū)2） 兩挖兩填h1 h2cah3h4b兩填兩挖零線(xiàn)填方區(qū)挖方區(qū)零線(xiàn)41H1h1H1235 67891011 12131

9、4 15 16 ixiy3）三挖一填或三填一挖h1 h4h2h3b ca三填一挖或 三挖一填41H1h1H1235 67891011 121314 15 16 ixiy填方區(qū)挖方區(qū)零線(xiàn)6、 求總挖填方量將所有的挖方填方累加起來(lái)即得總的挖填方量 （以5角點(diǎn)為中心），不考慮土的可松性影響，試按挖填平整的原則計(jì)算該場(chǎng)地平整的土方量。土方計(jì)算實(shí)例 某場(chǎng)地平整利用方格網(wǎng)法計(jì)算其土方量a=20m，各角點(diǎn)編號(hào)及自然標(biāo)高如圖示，場(chǎng)地考慮雙向排水，ix=0.2%，iy=0.3%ix0.2iy0.3xy9.75解：（1）確定設(shè)計(jì)標(biāo)高H0 ix0.2iy0.3xy9.752、考慮排水坡度影響，計(jì)算每個(gè)角點(diǎn)的計(jì)算標(biāo)高

10、（以5角點(diǎn)為中心）同理其余各角點(diǎn)的設(shè)標(biāo)高可計(jì)算出并標(biāo)在圖上H4=9.5; H5=9.56; H6=9.62; H7=9.68; H8=9.54; H9=9.6; H10=9.66; H11=9.72cabxzyyxix0.2iy0.39.753.計(jì)算各角點(diǎn)的施工高度 同理計(jì)算其它各角點(diǎn)的施工高度結(jié)果標(biāo)在圖上。 ix0.2iy0.39.7559線(xiàn) 610線(xiàn)1011線(xiàn)把零點(diǎn)連成零線(xiàn)零線(xiàn)填 方 區(qū) 挖 方 區(qū)ix0.2iy0.39.755.計(jì)算土方量 方格1245零線(xiàn)填 方 區(qū) 挖 方 區(qū)ix0.2iy0.3兩挖兩填V+=20（0.83+17.65）（0.01+0.3）/8=14.32m3 V=20

11、（19.17+2.35）（0.23+0.04）/8=14.53m39.75方格4589 零線(xiàn)填 方 區(qū) 挖 方 區(qū)ix0.2iy0.3 一挖三填V+=（202.352.35 /2 ） （0.3+0.74+0.3）/5=106.46m3 V=1/22.352.350.04/3=0.04m3方格2356V=20（0.23+0.42+0.04+0.08）/4=77 m3 全挖9.75方格4589 V+=（20-2.352.35 /2 ） （0.3+0.74+0.3）/5=106.46m3 V=1/22.352.350.04/3=0.04m3 方格2356 V=20（0.23+0.42+0.04+0.

12、08）/4=77 m3 方格56910 V+=1/2（17.65+13.32）20（0.3+0.16）/4=35.63m3 V=20/8（2.35+6.67）（0.04+0.08）=2.71m3 方格671011 V+=1/6（13/339.41）0.16=3.35m3 V=（202-13.339.41）（0.08+0.42+0.18）/5=37.34m3 總土方量 V+=14.32+106.46+35.63+3.35=159.76m3 V=14.53+77+0.04+2.71+37.34=131.62m3 第三節(jié) 土方調(diào)配1、調(diào)配原則填方、挖方基本平衡，減少運(yùn)土填、挖方量與運(yùn)距的乘積之和盡可

13、能小，使總的運(yùn)費(fèi)最低好土應(yīng)用于回填質(zhì)量要求高的區(qū)域土方調(diào)配應(yīng)與地下構(gòu)筑物的施工相配合，地下設(shè)施的挖土，應(yīng)留土后填選擇恰當(dāng)?shù)恼{(diào)配方向及線(xiàn)路、避免對(duì)流與亂流現(xiàn)象，同時(shí)便利調(diào)配、機(jī)械化施工2、調(diào)配步驟1）劃分調(diào)配區(qū)在平面圖上劃出挖、填區(qū)的分界線(xiàn)，并在挖方區(qū)和填方區(qū)劃出若干調(diào)配區(qū)，確定調(diào)配區(qū)的大小和位置 W3 300 W4 350 T1 500 T2 600 T3 450 W1 500 W2 400調(diào)配區(qū)劃分（各調(diào)配區(qū)土方量如圖，單位：m3）2）計(jì)算各調(diào)配區(qū)的土方量，并標(biāo)于圖上3）計(jì)算每對(duì)調(diào)配區(qū)的平均運(yùn)距（或運(yùn)輸單價(jià)），即挖方區(qū)土方重心至填方區(qū)重心的距離Lij（或單價(jià)cij），標(biāo)于表中LmnLinL2

14、nL1nLmjLijL2jL1jLm2Li2L22L12Lm1Li1L21L11 Wm Wi W2 W1挖方量（m3） TnXmnXinX2nX1n Bn. TjXmjXij.X2jX1j B3. T2Xm2Xi2X22X12 B2 T1Xm1Xi1X21X11 B1填方量（m3） Am Ai A2 A1挖方 填方表1 土方平衡與運(yùn)距表4）確定最優(yōu)調(diào)配方案先用“最小元素法”確定初始方案，再用“位勢(shì)法”進(jìn)行檢查方案總的運(yùn)輸量：若5）繪制土方調(diào)配圖，根據(jù)以上結(jié)果，標(biāo)出調(diào)配方向、土方數(shù)量及運(yùn)距為最小值，方案最優(yōu)；否則用“閉回路法”進(jìn)行調(diào)整，直到求得最優(yōu)方案Lij從挖區(qū)i調(diào)配到j(luò)的平均運(yùn)距（m）或運(yùn)輸

15、單價(jià)cij （元/m3） ；Xij從挖區(qū)i調(diào)配到j(luò)區(qū)的土方量（m3）。3 例題矩形廣場(chǎng)各調(diào)配區(qū)的土方量如圖所示，相互之間的平均運(yùn)距見(jiàn)表2，試求最優(yōu)土方調(diào)配方案。 W3 300 W4 350 T1 500 T2 600 T3 450 W1 500 W2 400各調(diào)配區(qū)的土方量解：（1）先將圖中的數(shù)值標(biāo)注在填、挖方平衡及運(yùn)距表2中 表2 挖填方平衡及運(yùn)距表801104090501309015013080140100 1550 1550 350 300 400 500挖方量（m3） 450 T3 600 T2 500 T1填方量（m3） W4 W3 W2 W1挖方 填方400503502503002

16、00在單位運(yùn)價(jià)表中將T3 這一列運(yùn)價(jià)劃去，表示T3 的需求 已滿(mǎn)足(2)采用“最小元素法”編初始調(diào)配方案，即根據(jù)對(duì)應(yīng)于最小的Lij（cij）取最大的xij值的原則調(diào)配。初始方案見(jiàn)表31）計(jì)算位勢(shì)數(shù) ui、v j對(duì)有調(diào)配數(shù)方格令 u10依次計(jì)算各ui、vjV1=100V2=150V3=90U1=0U3=-20U4=-100U2= -50(3) 最優(yōu)解的判別cij =uiv j2）計(jì)算檢驗(yàn)數(shù)ij。V1=100V2=150V3=90U1=0U3=-20U4=-100U2=-50+10 +表5 檢驗(yàn)數(shù)的計(jì)算檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表，從中可以知道22= 10 0，故初始方案不是最優(yōu)無(wú)調(diào)配數(shù)方格的檢驗(yàn)數(shù) ij = c

17、ij （uiv j）若所有 ij 0 則方案最優(yōu)，結(jié)束否則方案不是最優(yōu)，繼續(xù)調(diào)整、檢驗(yàn)，直到達(dá)到最優(yōu)801104090501309015013080140100 1550 1550 350 300 400 500挖方量（m3） 45040050 T3 600350250 T2 500300200 T1填方量（m3） W4 W3 W2 W1挖方 填方(4) 用“閉回路法”進(jìn)行調(diào)整1）找出X22的閉回路：從X22空格出發(fā)，沿水平或豎直方向前進(jìn)，遇到有適當(dāng)數(shù)字的空格作900的轉(zhuǎn)彎，然后依次繼續(xù)前進(jìn)，再回到出發(fā)點(diǎn)形成一條閉回路，如表6中形成的閉回路;X22表6 閉合回路8011040905013090

18、15013080140100 1550 1550 350 300 400 500挖方量（m3） 45040050 T3 600350250 T2 500300200 T1填方量（m3） W4 W3 W2 W1挖方 填方2）從X22出發(fā)沿閉回路前進(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（例題中在400，250中取250）將其調(diào)到X22空格中；其它奇數(shù)次轉(zhuǎn)角上減去250，偶數(shù)次轉(zhuǎn)角上數(shù)字加250，形成新的方案如 表7;X22801104090501309015013080140100 1550 1550 350 300 400 500挖方量（m3） 450150300 T3 600350250 T2 500300200 T1填方量（m3） W4 W3 W2 W1挖方 填方表7 調(diào)整后的新方案801104090501309015013080140100 1550 1550 350 300 400 500挖方量（m3） 450150300