土方工程的內(nèi)容及施工要求

土方工程的內(nèi)容及施工要求1.1.1土方工程的內(nèi)容及施工要求在土木工程施工中，常見的土方工程有：（1）場地平整其中包括確定場地設(shè)計(jì)的標(biāo)高，計(jì)算挖、填土方量，合理到進(jìn)行土方調(diào)(2)開挖溝槽、基坑、豎井、隧道、修筑路基、堤壩，其中包括施工排水、降水,土壁邊坡和支護(hù)結(jié)構(gòu)等.（3）土方回填與壓實(shí)其中包括土料選擇,填土壓實(shí)的方法及密實(shí)度檢驗(yàn)等。此外，在土方工程施工前，應(yīng)完成場地清理,地面水的排除和測量放線工作；在施工中,則應(yīng)及時(shí)采取有關(guān)技術(shù)措施,預(yù)防產(chǎn)生流砂，管涌和塌方現(xiàn)象,確保施工安全.土方工程施工，要求標(biāo)高、斷面準(zhǔn)確,土體有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，土方量少,工期短，費(fèi)用省。但由于土方工程施工具有面廣量大，勞動繁重,施工條件復(fù)雜等特點(diǎn)，因此，在施工前，首先要進(jìn)行調(diào)查研究，了解土壤的種類和工程性質(zhì)，土方工程的施工工期、質(zhì)量要求及施工條件，施工地區(qū)的地形、地質(zhì)、水文、氣象等資料，以便編制切實(shí)可行的施工組織設(shè)計(jì),擬定合理的施工方案。為了減輕繁重的體力勞動,提高勞動生產(chǎn)率，加快工程進(jìn)度，降低工程成本,在組織土方工程施工時(shí),應(yīng)盡可能采用先進(jìn)的施工工藝和施工組織,實(shí)現(xiàn)土方工程施工綜合機(jī)械化。1。1.2土的工程分類和性質(zhì)土的種類繁多，分類方法各異，在建筑安裝工程勞動定額中，按土的開挖難易程度分為八?土有各種工程性質(zhì),其中影響土方工程施工的有土的質(zhì)量密度、含水量、滲透性和可松性分天然密度和干密度。土的天然密度，指土在天然狀態(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，指單位體積土中的固體顆粒的質(zhì)量；它是用以檢驗(yàn)填土壓實(shí)質(zhì)量的控制指標(biāo)。1。1。2.2土的含水量土的含水量W是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：（1。1)土的含水量影響土方施工方法的選擇、邊坡的穩(wěn)定和回填土的質(zhì)量,如土的含水量超過2530％,則機(jī)械化施工就困難,容易打滑、陷車；回填土則需有最佳的含水量，方能夯密壓實(shí)，獲得最大干密度(表1．2)。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I等于1時(shí)的滲透速度v即為滲透系數(shù)K.?1.1。2。4土的可松性土具有可松性,即自然狀態(tài)下的土，經(jīng)過開挖后，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)其原來的體積。土的可松性程度用可松性系數(shù)表示,即最初可松性系數(shù)(1.2)最后可松性系數(shù)(1.3)土的可松性對土方量的平衡調(diào)配，確定運(yùn)土機(jī)具的數(shù)量及棄土坑的容積，以及計(jì)算填方所需的挖方體積等均有很大的影響.土的可松性與土質(zhì)有關(guān),根據(jù)土的工程分類（表1.1),其相應(yīng)的可松性系數(shù)可參考表1。1。3土方邊坡合理地選擇基坑、溝槽、路基、堤壩的斷面和留設(shè)土方邊坡，是減少土方量的有效措施.邊坡的表示方法如圖1。1所示,為1:m，即:式中m=b/h，稱坡度系數(shù)。其意義為：當(dāng)邊坡高度已知為h時(shí),其邊坡寬度b邊坡坡度應(yīng)根據(jù)不同的挖填高度、土的性質(zhì)及工程的特點(diǎn)而定，既要保證土體穩(wěn)定和施工安全,又要節(jié)省土方.在山坡整體穩(wěn)定情況下，如地質(zhì)條件良好，土質(zhì)較均勻,使用時(shí)間在一年以上，高度在10m以內(nèi)的臨時(shí)性挖方邊坡應(yīng)按表1.5規(guī)定；挖方中有不同的土層，或深度超過10m時(shí)，其邊坡可作成折線形（圖1.1(b)、(c))或臺階形，以減少土當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件良好,土質(zhì)均勻且地下水位低于基坑、溝槽底面標(biāo)高時(shí)，挖方深度在5m以對于使用時(shí)間在一年以上的臨時(shí)行填方邊坡坡度,則為:當(dāng)填方高度在10m以內(nèi),可采用1：1.5；高度超過10m,可作成折線形,上部采用1：1.5,下部采用1:至于永久性挖方或填方邊坡，則均應(yīng)按設(shè)計(jì)要求施工。1．1.4土方量計(jì)算的基本方法土方量計(jì)算的基本方法主要有平均高度法和平均斷面法兩種.四方棱柱體法,是將施工區(qū)域劃分為若干個邊長等于a的方格網(wǎng)，每個方格網(wǎng)的土方體積若方格四個角點(diǎn)部分是挖方，部分是填方時(shí),可按表1.7中所列的公式計(jì)算。三角棱柱體法,是將每一個方格順地形的等高線沿著對角線劃分成兩個三角形,然后分別計(jì)算每一個三角棱柱體的土方量。當(dāng)三角形有填有挖時(shí)（圖1。3(b)),則其零線將三角形分成兩部分,一個是底面為平均斷面法（圖1.4），可按近似公式和較精確的公式進(jìn)行計(jì)算。(1。10)基坑、基槽、管溝、路堤、場地平整的土方量計(jì)算,均可用平均斷面法。當(dāng)斷面不規(guī)則時(shí)，求斷面面積的一種簡便方法是累高法。此法如圖1.5所示，只要將所測出的斷面繪于普通方格坐標(biāo)紙上（d取值相等），用透明卷尺從h1開始，依次量出各點(diǎn)高度h1、h2、…h(huán)n，累計(jì)得各點(diǎn)高度之和，然后將此值與d相乘，即為所求斷面面在上述的土方量計(jì)算基本公式中，由于計(jì)算公式不同,其計(jì)算的精度亦有所不同。例如,圖1.6所示的土方量:m3由此可見,其相對誤差可高達(dá)33％或更大。所以，在地形平坦地區(qū)可將方格尺寸劃分得大一些,采用四方棱柱體計(jì)算即可;而在地形起伏較大的地區(qū)，則應(yīng)將方格尺寸劃分得小些,亦宜采用三角棱柱體計(jì)算土方量。當(dāng)采用平均斷面法計(jì)算基槽、管溝或路基土方量時(shí)，可先測繪出縱斷面圖（圖1.7)，再根據(jù)溝槽基底的寬、縱向坡度及放坡寬度,繪出在縱斷面圖上各轉(zhuǎn)折點(diǎn)處的橫斷面。算出個橫斷面面積后,便可用平均斷面法計(jì)算個段的土方量，即：兩橫斷面之間的距離與地形有關(guān)，地形平坦，距離可大一些；地形起伏較大時(shí),則一定要沿地形每一起伏的轉(zhuǎn)折點(diǎn)處取一橫斷面,否則會影響土方量計(jì)算的準(zhǔn)確性.1．1.5場地平整土方量計(jì)算場地設(shè)計(jì)標(biāo)高是進(jìn)行場地平整和土方量計(jì)算的依據(jù)，也是總圖規(guī)劃和豎向設(shè)計(jì)的依據(jù)。合理地確定場地的設(shè)計(jì)標(biāo)高，對減少土方量和加速工程進(jìn)度均具有重要的意義。如圖1。8所示,當(dāng)場地設(shè)計(jì)標(biāo)高為H0時(shí)，填挖方基本平衡，可將土方移挖作填，就地處理；當(dāng)設(shè)計(jì)標(biāo)高為H1時(shí)，填方大大超過挖方，則需要從場地外大量取土回填;當(dāng)設(shè)計(jì)標(biāo)高為H2時(shí),挖方大大超過填方，則需要向場外大量棄土。因此，在確定場地設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，應(yīng)結(jié)合場地的具體條件反復(fù)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較,選擇其中一個最優(yōu)的方案。其原則是：①應(yīng)滿足生產(chǎn)工藝和運(yùn)輸?shù)囊?②充分利用地形,分區(qū)或分臺階布置，分別確定不同的設(shè)計(jì)標(biāo)高；③使挖填平衡，土方量最少；④要有一定泄水坡度(≥2‰),使能滿足排水要求;⑤要考慮最高洪水位的影響。如場地設(shè)計(jì)標(biāo)高無其他特殊要求時(shí)，則可根據(jù)填挖土方量平衡的原則加以確定，即場地內(nèi)土方的絕對體積在平整前和平整后相等.其步驟如下：（1)在地形圖上將施工區(qū)域劃分為邊長a為10~50m若干方格網(wǎng)(圖1.9）。線的高程，用插入法求得；也可用一條透明紙帶，在上面畫6根等距離的平行線,把該透明紙帶放到標(biāo)有方格網(wǎng)的地形圖上，將6根平行線的最外兩根分別對準(zhǔn)A點(diǎn)和B等分，于是便可直接讀得H31點(diǎn)的地面標(biāo)高，如圖1．10所示，H31=251.7?按填挖方平衡確定設(shè)計(jì)標(biāo)高H0，即的角點(diǎn)標(biāo)高,H22則是四個方格公共的角點(diǎn)標(biāo)高,它們分別在上式中要加一次，二次,四式中N-—方格網(wǎng)數(shù);H1——一個方格僅有的角點(diǎn)標(biāo)高;H2-—兩個方格共有的角點(diǎn)標(biāo)高;H4——四個方格共有的角點(diǎn)標(biāo)高。252.45+251．40＋251.60+251.60）+2(252.00+251。70+251．90＋250。95+251．25+250．85)+4（251.60+251。28251.1.5.2場地設(shè)計(jì)標(biāo)高的調(diào)整原計(jì)劃所得的場地設(shè)計(jì)標(biāo)高H0僅為一理論值，實(shí)際上,還需要考慮以下因素進(jìn)行調(diào)整。由于土具有可松性，一般填土?xí)卸嘤啵柘鄳?yīng)地提高設(shè)計(jì)標(biāo)高.如圖1.11所示,設(shè)△h為土的可松性引起設(shè)計(jì)標(biāo)高的增加值，則設(shè)計(jì)標(biāo)高調(diào)整后的總挖方體積應(yīng)為：（1。14）總填方體積:(1.15)此時(shí)，填方區(qū)的標(biāo)高也應(yīng)與挖方區(qū)一樣,提高△h,即:移項(xiàng)整理簡化得（當(dāng)VT＝VW(1。17）故考慮土的可松性后，場地設(shè)計(jì)標(biāo)高調(diào)整為：式中VW，VT——按理論設(shè)計(jì)標(biāo)高計(jì)算的總挖方，總填土區(qū)總面積；FW，F(xiàn)T——按理論設(shè)計(jì)標(biāo)高計(jì)算的挖方區(qū)，填方區(qū)總面積；?場內(nèi)挖方和填方的影響由于場地內(nèi)大型基坑挖出的土方,修筑路堤填高的土方，以及從經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)出發(fā),將部分挖方就近棄于場外，將部分填方就近取土與場外等,均會引起填土方量的變化。必要時(shí)，亦需調(diào)整設(shè)計(jì)標(biāo)高.為了簡化計(jì)算,場地設(shè)計(jì)標(biāo)高的調(diào)整值H，可按下列近似公式確定，即:式中Q——場地根據(jù)H平整后多余或不足的土方量。?場地泄水坡度的影響當(dāng)按調(diào)整后的同一設(shè)計(jì)標(biāo)高H進(jìn)行場地平整時(shí)，則整個地表面均處于同一水平面;但實(shí)際上由于排水的要求,場地表面需有一定的泄水坡度。因此，還需根據(jù)場地泄水坡度的要求（單面泄水或雙面泄水)，計(jì)算出場地內(nèi)各方格角點(diǎn)實(shí)際施工所用的設(shè)計(jì)標(biāo)高。①場地具有單向泄水坡度時(shí)的設(shè)計(jì)標(biāo)高作為場地中?場地具有單向泄水坡度時(shí)設(shè)計(jì)標(biāo)高的確定方法，是將已調(diào)整的設(shè)計(jì)標(biāo)高作為場地中心線的標(biāo)高（圖1．12)，場地內(nèi)任意點(diǎn)的設(shè)計(jì)標(biāo)高則為：(1。20)式中Hn——場地內(nèi)任一點(diǎn)的設(shè)計(jì)標(biāo)高；i——場地泄水坡度（不小于2‰)。②場地具有雙向泄水坡度時(shí)的設(shè)計(jì)標(biāo)高場地具有雙向泄水坡度時(shí)設(shè)計(jì)標(biāo)高的確定方法，同樣是將已調(diào)整的設(shè)計(jì)標(biāo)高作為場地縱橫方向的中心線標(biāo)高（圖1.13場地內(nèi)任一點(diǎn)的設(shè)計(jì)標(biāo)高為：式中l(wèi)x,ly—-——該點(diǎn)沿X—-X，Y-—Y方向距場地中心線的距1。1。5。3場地土方量計(jì)算場地土方量計(jì)算步驟如下（圖1．14）。?求各方格角點(diǎn)的施工高度hnHn——角點(diǎn)的設(shè)計(jì)標(biāo)高(若無泄水坡度時(shí),即為場地設(shè)計(jì)標(biāo)高H——角點(diǎn)的自然地面標(biāo)高。例如：圖1.14中，已知場地方格邊長a=20m，根據(jù)方格角點(diǎn)的地面標(biāo)高求得H0=43.48m,按單向排水坡度2‰已求得各方格角點(diǎn)的設(shè)計(jì)標(biāo)高，于是各方格角點(diǎn)的施工高度，即為該點(diǎn)的設(shè)計(jì)標(biāo)高減去地面標(biāo)高(見圖1.14中的圖例)?！傲憔€”位置的確定方法是，先求出方格網(wǎng)中邊線兩端施工高度有“+”“－”中的“零點(diǎn)”，將相鄰兩“零點(diǎn)"連接起來,即為“零線”。確定“零點(diǎn)”的方法如圖1.15所示,設(shè)h1為填方角點(diǎn)的填方高度,h2為挖方角點(diǎn)的挖方高度,O為零點(diǎn)位置。則由兩個相似三角形求得:式中x——零點(diǎn)至計(jì)算基點(diǎn)的距離;同理，亦可根據(jù)邊長a和兩端的填挖高度h1,h2，采用作圖法直接求得零點(diǎn)位置.即用相同的比例尺在邊長的兩端標(biāo)出填，挖高度，填，挖高度連線與邊長的相交點(diǎn)就是零?計(jì)算場地挖,填土方量零線求出后，也就劃出了場地的挖方區(qū)和填方區(qū),便可按平均高度法分別計(jì)算出挖，填區(qū)各1。1。5.4場地邊坡土方量計(jì)算場地平整時(shí),還要計(jì)算邊坡土方量（圖1．16）,其計(jì)算步驟如下:?根據(jù)土質(zhì)確定填、挖邊坡的邊坡率m1、m2；?計(jì)算邊坡土方量A、B、C、D四個角點(diǎn)的土方量,近似地按正方錐體計(jì)算。例如,A點(diǎn)土方量（1．24)AB、CD兩邊土方量按平均斷面法計(jì)算.例如AB邊的土方量為：（1.25）AC、BD兩邊分段按三角錐體計(jì)算。例如AC邊AO段的土方量為:(1。26）土方調(diào)配是土方規(guī)劃中的一個重要內(nèi)容，其工作包括:劃分調(diào)配區(qū)；計(jì)算土方調(diào)配區(qū)之間的土方調(diào)配的原則：應(yīng)力求挖填平衡、運(yùn)距最短、費(fèi)用最省；便于該土造田、支援農(nóng)業(yè);考慮土方的利用,以減少土方的重復(fù)挖填和運(yùn)輸.因此，在劃分調(diào)配區(qū)時(shí)應(yīng)注意下列幾點(diǎn):?調(diào)配區(qū)的劃分應(yīng)與房屋或構(gòu)筑物的位置相協(xié)調(diào),滿足工程施工順序和分期施工的要求,使近期施工和后期利用相結(jié)合。配區(qū)的長度應(yīng)大于或等于機(jī)械的鏟土長度；調(diào)配區(qū)的面積最好與施工段的大小相適應(yīng)。?調(diào)配區(qū)的范圍應(yīng)與計(jì)算土方量用的方格網(wǎng)相協(xié)調(diào),通常可由若干個方格網(wǎng)組成一個調(diào)配?從經(jīng)濟(jì)效益出發(fā)，考慮就近借土或就近棄土.這時(shí),一個借土區(qū)或一個棄土區(qū)均可作為一個獨(dú)立的調(diào)配區(qū).1．1.6．2調(diào)配去之間的平均運(yùn)距平均運(yùn)距即挖方區(qū)土方重心至填方區(qū)土方重心的距離。因此，求平均運(yùn)距，需先求出每個調(diào)配區(qū)的重心。其方法如下：取場地或方格網(wǎng)中的縱橫兩邊為坐標(biāo)軸,分別求出各區(qū)土方的重心位置，即:式中X0，Y0——挖或填方調(diào)配區(qū)的重心坐標(biāo)；V——每個方格的土方量；X，y——每個方格的重心坐標(biāo).當(dāng)?shù)匦螐?fù)雜時(shí)，亦可用作圖法近似地求出行心位置以代替重心位置。重心求出后,則標(biāo)于相應(yīng)的調(diào)配區(qū)上，然后用比例尺量出每對調(diào)配區(qū)之間的平均運(yùn)距,或按下式計(jì)算:（1.28）式中L—-挖,填方區(qū)之間的平均運(yùn)距;XOT,YOT——填方區(qū)的中心坐標(biāo)；XOW，YOW——挖方區(qū)的中心坐標(biāo).1.1。6.3最優(yōu)調(diào)配方案的確定最優(yōu)調(diào)配方案的確定,是以線性規(guī)定為理論基礎(chǔ)，常用“表上作業(yè)法"求解?，F(xiàn)結(jié)合示例介紹如下:已知某場地有四個挖方區(qū)和三個填方區(qū)，其相應(yīng)的挖填土方量和各對調(diào)配區(qū)的運(yùn)距如表1.8所示。利用“表上作業(yè)法”進(jìn)行調(diào)配的步驟為：?用“最小元素法”編制初始調(diào)配方案即先在運(yùn)距表（小方格）中找一個最小數(shù)值，如C22=C43=40(任取其中一個，現(xiàn)取C43),于是先確定X43的值，使其盡可能的大，即X43=max(400，500）=400。由于A4挖方區(qū)的土方全部調(diào)到B3填方區(qū)，所以X41和X42都等于零.此時(shí),將400填入X43格內(nèi)，同時(shí)將X41，X42格內(nèi)畫上一個“×”號,然后在沒有填上數(shù)字和“×”號的方格內(nèi)再選一個運(yùn)距最小的方格，即C22＝40,便可確定X22=500,同時(shí)使X21＝X23＝0。此時(shí)，又將500填入X22格內(nèi)，并在由于利用“最小元素法"編制初始方案,也就優(yōu)先考慮了就近調(diào)配的原則，所以求得之總運(yùn)輸量是較小的.但這并不能保證其總運(yùn)輸量最小，因此還需要進(jìn)行判別,看它是否為最優(yōu)方案。判別的方法有“閉回路法"和“位勢法”,其實(shí)質(zhì)均一樣,都是求檢驗(yàn)數(shù)λij來判別。只要所有的檢驗(yàn)數(shù)λij≥0,則方案即為最優(yōu)方案;否則,不是最優(yōu)方案,尚需進(jìn)行現(xiàn)就用“位勢法”求檢驗(yàn)數(shù)予以介紹：首先將初始方案中有調(diào)配數(shù)方格的Cij列出,然后按下式求出兩組位勢數(shù)ui（i=1,2,…,m)和vj(j=1，2,…，n）。位勢數(shù)求出后，便可根據(jù)下式計(jì)算各空格的檢驗(yàn)數(shù)；例如，本例兩組位勢數(shù)如表1。9所示。先令u1=0,則:v2=110—10＝100u2=40－100＝-60u3=60－50=10v3=70—10=60u4=40-60=—20本例個空格的檢驗(yàn)數(shù)如表1.10所示。如λ21=70—(—60）-50=+80（在表1。從表1．10中已知，在表中出現(xiàn)了負(fù)的檢驗(yàn)數(shù),這說明初