施工技术-第一章土石方第一部分

Y X
某建筑物场地方格网
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三、 土方调配与优化
✓ 调配区的划分原则、平均运距和土 方施工单价的确定
✓ 最优调配方案的确定——表上作业 法
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✓ 调配区的划分原则 • 与建筑物平面位置相协调，并考虑开工顺序及分期施工顺
序 • 大小应满足施工机械的技术要求 • 范围应与方格网相协调 • 可考虑就近取土和弃土 ✓ 平均运距的确定：
铲运机、推土机：土方重心 汽车、自行式铲运机：按实际运距计算 ✓ 土方施工单价的确定：预算定额
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✓ “表上作业法”步骤 • 编制初始调配方案——最小元素法 • 最优方案判别法——假象价格系数法 • 方案的调整——闭回路、奇数转角取代
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❖ 用“表上作业法”进行土方调配 ❖ 下图为一矩形广场，试求土方调配最优方案
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例2
某建筑场地地形图和方格网 （边长a=20.0m）布置如图 所示。土壤为二类土，场地 地面泄水坡度ix=0.3%， iy=0.2%。试确定场地设计 标高（不考虑土的可松性影 响，余土加宽边坡）。
某场地地形图和方格网布置
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解：1）计算场地设计标高H0 ∑H1 =9.45+10.71+8.65+9.52=38.33m 2∑H2= 2× （9.75+10.14+9.11+10.27+8.80+9.86+8.91+9.14） = 151.96m
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4∑H4= 4×（9.43+9.68+9.16+9.41）= 150.72m
由公式
H0

1 4n
(
H1 2
H2 3
H3 4
H4)
场地设计标高：H0 =（38.33+151.96+150.72）/4 ×9
=9.47m
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2）根据泄水坡度计算各方格角点的设计标高
以场地中心点为H0，
x41 c′41
800
T2
70 x12
c′12 40
x22 c′22 110
x32 c′32 100
x32 c′42
600
T3
100 x13
c′13 90
x23 c′23 70
x33 c′33 40
x33 c′43
500
挖方量 （m3）
500
500
500
400 1900 37
初始方案确定过程及计算结果
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(a)
(b)
图1—4 场地设计标高H0计算示意图 (a)方格网划分；(b)场地设计标高示意图
1一等高线；2--自然地面，3一场地设计标高平面
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如令 H1——1个方格仅有的角点标高； H2——2个方格共有的角点标高； H3——3个方格共有的角点标高； H4——4个方格共有的角点标高。
则场地设计标高H0可改写成下列形式
1.14-1.28
1.02-1.05
第三类 （坚土）
软及中等密实粘土，干黄土，粉质粘土， 压实的填筑土等
主要用镐，部分用撬 棍
1.24-1.30
1.04-1.07
第四类 （砾砂坚土）
重粘土，粗卵石，密实黄土等
镐、撬棍，锹，锲子、 大锤
1.26-1.37
1.06-1.09
第五类 （软石）
硬石炭纪粘土，中等密实页岩，泥灰岩等
第一章 土方工程
第一节 概述 第二节 土方计算与调配 第三节 排水与降水 第四节 土方边坡与土壁支护 第五节 土方工程的机械化施工 第六节 土方填筑与压实
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第一节 概述
一、土石方工程的施工特点
土石方工程：
主要过程：挖掘、填筑、运输等 辅助工作：排水、降水、土壁支撑 场地平整、基坑（槽）开挖、地坪填土、路基填筑、
分类方法 沉积年代 颗粒级配 密实度 液性指数 开挖难易程度
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表1-1 土的工程分类
类别
土的名称
第一类 （松软土）
第二类 （普通土）
砂，粉土，冲积沙土层，种植土 粉质粘土，潮湿的黄土，填筑土
开挖方法
可松性系数
Ks
Ks'
铁锹、锄头
1.08-1.17
1.01-1.04
铁锹、锄头，少许用 镐翻松
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第二节 土方计算与调配
一、基坑、基槽和路堤的土方量计算
基坑土方量即可按拟柱体的体积公式
V

H 6 (F1
4F0
F2 )
式中： H——基坑深度(m)； F1，F2——基坑上下两底面积(m2)； F0——F1与F2之间的中截面面积(m2)；
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当基槽和路堤沿长度方向断面呈连续性变化时其土方量可以用同样方法 分段计算。
V1

L1 6
(F1
4F0
F2 )
式中 V1——第一段的土方量(m3)； L1——第一段的长度(m)；
将各段土方量相加即得总土方量，即：
V= V1 +V2 + … + Vn 式中 V1，V2…Vn——为各分段土的土方量(m3)。
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二、场地平整标高与土方量
（一）确定场地设计标高 1．初步设计标高 根据挖填方相等原则可得：
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2）部分挖部分填格
V挖

a2 4
(h 挖 ) 2 h
V填

a2 4
(h 填 ) 2 h
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（2）三角棱柱体法
1）全挖全填
a2 V 6 (h 1 h 2 h 3 )
式中 a——方格边长(m)；
图1－13 按地形将方格划分成三 角形
hl，h2，h3——三角形各角点的施工高度(m)， 用绝对值代入。
由公式
Hi H0 lxix lyiy
各角点设计标高为
H1= H0-30×0.3%+30×0.2%=9.47-0.09+0.06=9.44m 同理： H2= 9.50m， H3= 9.56m， H4=9.62m，
H5= 9.40m， H6=9.46m， H7=9.52m， H8= 9.58m， H9=9.36m， H10=9.42m， H11=9.48m， H12=9.54m， H13=9.32m， H14=9.38m， H15=9.44m， H16=9.50m
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土的工程性质（一）
土的质量密度
天然密度：土在天然状态下单位体积的质量，用ρ
表示。影响土的承载力、土压力及边坡的稳定性
干密度。单位体积土中固体颗粒的质量，用ρd表示。
是检验填土压实质量的控制指标。
土的天然含水量
w G湿－G干 100% G干
影响土方的施工方法、边坡稳定和回填土质量
Ks′——土的最后可松性系数。
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(2)场内挖方和填土的影响
考虑场地边坡土方：设计标高 设计标高以上的填方工程（填筑路基）：设计标高 设计标高以下的挖方工程（开挖水池等）：设计标高 场外取土：设计标高 场外弃土：设计标高
降低 降低 提高 提高 降低
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（3）场地泄水坡度的影响 1）单向泄水时各方格角点的设计标高 Hn＝H0±li
下水等土方工程的辅助工作。
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作业：
1.某建筑物外墙采用毛石基础，其截面尺寸如图所示。地基为粘土， 土方边坡坡度为1：0.33。已知土的可松性系数Ks=1.30， Ks′=1.05。试计算每100m长度基础施工时的土方挖方量。若 留下回填土后，余土要求全部运走，试计算预留回填土量及弃 土量。
基础基坑剖面图
土方边坡坡度 H 1 1: m
B B/H
图1－1 边坡坡度示意
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四、土方施工的准备工作
制定施工方案 场地清理 排除地面水 修筑好临时道路及供水、供电等临时设施。 做好材料、机具、物资及人员的准备工作。 设置测量控制网，打设方格网控制桩，进行建筑物、构筑
物的定位放线等。 根据土方施工设计做好边坡稳定、基坑(槽)支护、降低地
H0
H1 2 H2 3 H3 4 H4 4N
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2．场地设计标高的调整
(1)土的可松性影响
h

VW (Ks' －1)
FT

FW
K
' s
(a)
(b)
H0′＝H0+Δh
图1－5 考虑土的可松性调整设计标高计算示意图
式中：Vw——按理论标高计算出的总挖方体积；
FW，FT——按理论设计标高计算出的挖方区、填方区总面积；
x ah1 h1 h2
式中： h1，h2——相邻两角点挖、填方施工高度(以绝对值代入)； a——方格边长； x——零点距角点A的距离。
图1－9 零点位置计算
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3.场地土方量计算
（1）四方棱柱体法 1）全挖全填格
V

a2 4
(h 1

h2

h3

h4)
式中： V——挖方或填方的土方量（m）； h1,h2,h3,h4——方格四个角点的挖填高度，以绝对值代人（m）。
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2)有挖有填
其中锥体部分的体积为:
V锥

a2 6
(h1
h
3 3
h2 )(h2
h3)
楔体部分的体积为:
V楔

a2 6
(h1

h
3 3
h 3 )(h2

h3
) －h 3

h1

h2
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作业： 2.某建筑物场地方格网如下图所示，方格边长为20m，双向
排水，ix=iy=0.2%,不考虑土的可松性及挖填方边坡系数。 试按填挖平衡原则确定场地设计标高。
(a)
(b)
图1—6 场地泄水坡度示意图
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(a)单向泄水；(b)双向泄水
2）双向泄水时各方格角点的设计标高 Hn＝H0±lxix±lyiy
± —— 由场地中心点沿x，y方向指向计算点时，若其方向与ix，iy 反向，则取“+”号，同向取“-”号
(a)
(b)
图1—6 场地泄水坡度示意图 (a)单向泄水；(b)双向泄水
计算土方施工机械及运土车辆： Ks 计算场地平整标高及填方所需挖 Ks′ 土量：
天然状态 下体积
开挖后松 散体积
回填压实 后体积
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例1
已知某工程挖土方为1500m3，其中需填一体积为500m3的洼 地，余土全部运走，已知该土的可松性系数 Ks =1.25， Ks′=1.05。设每辆汽车一次可运3m3，问需要运输的车次为 多少？
W1 500
70 W2
500 40
T1
50 800
70
100
110
W3
60 500
70
90 600
T2
500 100 T3
80 40
400 W4
各调配区土方量和平均运距
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各调配区土方量及平均运距
填方区 挖方区
W1
W2
W3
W4 填方量 （m3）
T1
50 x11
c′11 70
x21 c′21 60
x31 c′31 80
解： V1=1500；V3′=500 需要运输的土方量： V=V1× Ks-V2′ =1500 ×1.25-1.25/1.05 ×500
Ks
V2 V1
Ks
'

V3 V1
V2

Ks Ks
'
V3
=1875-595.24=1279.76m3
n=1279.76/3=426.59≈427次
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三、土方边坡坡度
镐、撬棍，大锤，部 分爆破
1.30-1.45
第六类 （次坚石）
泥岩，砂岩，砾岩，密实石灰岩，风化花 岗岩等
爆破，部分用风镐
第七类 （坚石）
第八类 （特坚石）
大理岩，粗中粒花岗岩，石灰岩等
安山岩，坚实的细粒花岗岩，闪长岩，石 英岩等
爆破 爆破
1.30-1.45 1.30-1.45 1.45-1.50
1.10-1.20 1.10-1.20 1.10-1.20 1.20-1.30
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（二）场地土方量计算
1.计算场地各方格角点的施工高度(即挖、填方高度)hn hn＝Hn-Hn′ (1—13)
式中： hn——该角点的挖、填高度，以“＋”为填方高度，以 “－”为挖方高度(m)；
Hn——该角点的设计标高(m)； Hn′——该角点的自然地面标高(m)。
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2.绘出“零线”
方格线上的零点位置见图1—9，可按下式计算：
填方区 挖方区
W1
W2
W3
W4 填方量 （m3）
T1
50
500
c′11
70
×
c′21
60 300 c′31
80
×
c′41
800
T2
70
×
c′12 40
6
土的工程性质（二）
土的渗透性
水在土体中渗流的性能 渗透系数K 达西地下水流动速度公式v =KI
土的可松性
自然状态下的土，经过开挖后，其体积因松散而增大，以后虽 经回填压实仍不能恢复的特性。
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土的可松性
V2
V3
V1
最初可松性系数：
Ks

V2 V1
最终可松性系数：
K
s
'
V3 V1
ห้องสมุดไป่ตู้
na2H0
n 1
(a2 H11 H12 H 21 H 22 ) 4
场地设计标高即为各个方格平均标高的平均值。可按下式计算：
H 0
(H 11 H12 H 21 H 22 ) 4N
式中：H。——所计算的场地设计标高(m)；
a ——方格边长(m)；
N ——方格数；
H1l，…，H22——任一方格的四个角点的标高(m)。
基坑回填
2
土方工程施工的特点
面广量大、劳动繁重。 施工条件复杂。
组织土方工程施工的要求
采用机械化施工； 对土方进行合理调配、统筹安排； 发挥机械最大使用效率； 安排好准备及辅助工作； 尽量避开冬、雨期施工； 保证工程质量和安全。
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二、土的工程分类及性质 土的分类