(建筑施工技术)第1章土方工程

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图1-3 场地设计标高计算示意图
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按照场地内土方在平整前及平整后相等的原则，场地设 计标高可按下式计算：
H0
H
1
2 H 2 3 H 3 4 H 4 4n
(1-1)
式中：H0 ——场地初始设计标高； H1 ——一个方格仅有的角点标高； H2 ——两个方格共有的角点标高； H3 ——三个方格共有的角点标高；
±Lx·ix ±Ly·iy Hij = H 0
式中：Lx ——该点距x轴的距离(m)； Ly ——该点距y轴的距离(m)； ix、iy ——场地在两个方向的泄水坡度。
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图1-5 双向泄水
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2．场地平整土方量计算 场地平整土方量的计算方法通常有方格网法和断面法两 种。当场地地形较为平坦时宜采用方格网法；当场地地形起 伏较大、断面不规则时，宜采用断面法。 大面积场地平整的土方量通常采用方格网法计算，即根 据每个方格角点的自然地面标高和设计标高，计算出相应的 角点挖填高度，然后计算出每一个方格的土方量，并计算出 场地边坡的土方量，这样即可求得整个场地的填、挖土方量。
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图1-4 单向泄水
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平整场地的坡度一般需标明在图纸上，如设计无要求， 一般取不小于2‰的坡度。根据设计图纸或现场情况，泄水 坡度可分为单向泄水和双向泄水。 场地向一个方向排水称为单向泄水，如图1-4所示。单 向泄水时场地设计标高计算是将已调整的设计标高 H 0 作为 场地中心线的标高参考，场地内任一点设计标高为
L1 V1 ( F1 4 F0 F2 ) 6
V V1 V2 Vn
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式中：V1 ——第一段的土方量(m3)； L1 ——第一段的长度(m)； Vn ——各段的土方量(m3)。
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图1-2 基槽土方量计算
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1.2.2 场地平整土方量计算 场地平整就是将天然地面平整成施工所要求的设计平面。 在目前总承包施工中，“三通一平”的工作往往由施工单位 实施，因此场地平整也成为开工前的一项工作内容。 场地平整前，要进行场区竖向规划设计，确定场地设计 标高，计算挖方和填方的工程量，然后根据工程规模、施工 期限和现有的条件选择土方机械，拟定施工方案。
或现场抽水试验确定渗透系数。
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1.2 土方工程量计算
1.2.1 基坑、基槽土方量计算 基坑土方量的计算可近似按拟柱体(由两个平行的平面 做上下底的多面体)体积公式来计算(见图1-1)，即
H V ( F1 4 F0 F2 ) 6
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图1-1 基坑土方量计算
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式中：H ——基坑深度(m)； F1 ——基坑上底面积(m2)； F2 ——基坑下底面积(m2)； F0 ——基坑中截面面积(m2)。 基槽和路堤土方量可沿其长度方向分段后用同样的方法 计算，然后将各段的土方量相加，即得总土方量(见图1-2)， 即
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3) 计算场地方格挖、填土方量 场地各方格土方量的计算一般有下述四种类型，可采用 四角棱柱体的体积计算方法。 (1) 方格四个角点全部为填方(或挖方)时，如图1-7所示， 其土方量为
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(2) 借土或弃土的影响。设计标高以上的各种填方工程 的用土量和设计标高以下的各种挖方工程的挖土量，以及经 过经济比较而将部分挖方就近弃土于场外，或部分填方就近 从场外取土，都会导致设计标高的降低或提高，因此必要时 也需重新调整设计标高。
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场地内若有大型基坑开挖，则有多余土方，为了防止余 土外运，需提高设计标高。在场地内修筑路堤等需要土方， 此时若按H0施工，则会出现用土不足，为了保证有足够的土， 需降低设计标高。 (3) 泄水坡度的影响。当按设计标高调整后的同一设计 标高进行平整时，整个场地表面均处于同一水平面，实际上 由于排水的需要，场地表面需要有一定的泄水坡度，因此， 必须根据场地泄水坡度的要求，计算出场地内各方格角点实 际施工所用的设计标高。
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3．土的含水量 土的含水量是指土中所含的水与土的固体颗粒之间的质 量比，以百分数表示。它反映了土的干湿程度。土的含水量 按下式计算：
mw m1 m2 W 100% 100% m2 ms
式中：m1——含水状态时土的质量；
m2 ——烘干后土的质量；
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mw ——土中水的质量； ms ——固体颗粒的质量。 土的含水量对土方边坡的稳定性和填土压实质量均有影 响。土方回填时则需要达到最优含水量方能夯压密实，获得 最大干密度。
当喷射井点工作时由地面高压离心水泵供应的高压工作水经过内外管之间的环行空间直达底端在此处工作流体由特制内管的两侧进水孔至喷嘴喷出在喷嘴处由于断面突然收缩变小使工作流体具有极高的流速3060117在喷口附近造成负压形成真空将地下水经过滤管吸入吸入的地下水在混合室与工作水混合然后进入扩散室水流在强大压力的作用下把地下水连同工作水一起扬升出地面经排水管道系统排至集水池或水箱一部分用低压泵排走另一部分供高压水泵压入井管外管内作为工作水流
m V
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式中： ——土的天然密度； m——土的总质量； V——土的体积。 土的干密度是指单位体积土中固体颗粒的含量，它是检 验填土压实质量的控制指标。土的干密度按下式计算：
ms d V
式中：d ——土的干密度；
ms ——土中固体颗粒的质量；
V ——土的体积。
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2．土的可松性 自然状态下的土(原土)经开挖后，其体积因松散而增加， 虽经回填夯实，仍不能恢复到原状土的体积，这种性质称为 土的可松性。 土的可松性程度用可松性系数表示如下：
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土方工程是建筑工程施工的主要工程之一，在大型建筑 工程中，土方工程的工程量和工期往往对整个工程有较大的 影响。土方工程主要包括土方的开挖、运输、填筑和压实等 过程以及排水、降水和土壁支撑等准备和辅助过程。在建筑 工程中，最常见的土方工程施工有场地平整、地下室和基坑 (槽)及管沟开挖与回填、确定“零点”和“零线” 当同一方格的四个角点的施工高度全为“+”或全为“-” 时，说明该方格内的土方全部为填方或全部为挖方；当同一 个方格中一部分角点的施工高度为“+”而另一部分为“-”时， 说明此方格中的土方一部分为填方，而另一部分为挖方，这 时必定存在不挖不填的点，这样的点叫“零点”。 把一个方格中的所有“零点”都连接起来形成的直线或 曲线叫“零线”，即挖方与填方的分界线。
用爆破方法开挖，部分用 风镐
八类土(特坚石)
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不同的土，其物理、力学性质也不同，只有充分掌握各 类土的特性及其对施工的影响，才能选择正确的施工方法。
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1.1.3 土的工程性质 土有各种工程性质，其中影响土方工程施工的有：土的 密度、可松性、含水量和渗透性。 1．土的密度 土的密度分天然密度和干密度。 土的天然密度指土在天然状态下单位体积的质量，它影 响土的承载力、土压力及边坡稳定性。土的天然密度按下式 计算：
H4 ——四个方格共有的角点标高；
n ——方格数。
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2) 场地设计标高的调整 按公式(1-1)所计算的初始设计标高H0是一个理论值，实 际上还需要考虑以下因素进行调整。 (1) 土的可松性影响。考虑土的可松性后，场地设计标 高应调整为
H0 Δ h H0
式中，Δh为土的可松性引起设计标高的增加值。
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±L·i Hij = H 0
式中：Hij ——场地内任一点的设计标高； L ——该点至场地中心线的距离； i ——场地泄水坡度。 场地向两个方向排水叫双向泄水，如图1-5所示。双向
作为场地 泄水时设计标高计算是将已调整的设计标高 H 0
纵横方向的中心点，场地内任一点的设计标高为
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图1-6 计算零点的位置示意图
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计算“零点”的位置，根据方格角点的施工高度用几何 法求出，如图1-6所示。
ah1 x1 h1 h2
ah2 x2 h1 h2
式中：x1、x2 ——角点至零点的距离(m)； h1、h2 ——相邻两角点的施工高度(均用绝对值)(m)； a ——方格网的边长(m)。
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1.1.2 土的工程分类 土的种类繁多，其分类方法也很多。在建筑施工中，按 照开挖的难易程度，土可分为八类，其中一至四类为土，五 至八类为岩石，见表1-1。
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表1-1 土的工程分类
土的分类 一类土(松软土) 土的级别 I 土的名称 砂土；粉土冲积砂土层；疏松的 种植土；淤泥(泥炭) 粉质黏土；潮湿的黄土；夹有碎 二类土(普通土) II 石、卵石的砂；粉土混卵(碎)石；种 植土；填土 软及中等密实黏土；重粉质黏土， 三类土(坚土) III 砾石土，干黄土，含有碎石、卵石 的黄土，粉质黏土；压实的填土 开挖方法及工具 用锹、锄头挖掘，少许用 脚蹬 用锹、锄头挖掘，少许用 镐翻松
主要用镐，少许用锹、锄 头挖掘，部分用撬棍
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续表
土的分类 土的级别 土的名称 坚硬密实的黏性土或黄土；含碎 四类土(沙砾坚土) IV 石、卵石的中等密实的黏性土或黄 土，粗卵石，天然级配砂石；软泥 灰岩 硬质黏土，中密的页岩、泥灰岩， 五类土(铁石) V～VI 白垩土胶结不紧的砾岩；软石灰及 贝壳石灰石 泥岩，砾岩，砂岩，坚实的页岩， 六类土(次坚石) VII～IX 泥灰岩，密实的石灰岩，风化花岗 岩；片麻岩及正长岩 大理岩，辉绿岩，玢岩；粗、中 七类土(坚石) X～XIII 粒花岗岩；坚实的白云岩，砾岩， 砂岩，片麻岩；微风化安山岩；玄 武岩 XIV～ XVI 安山岩；玄武岩，花岗片麻岩，坚 实的细粒花岗岩，闪长岩，石英岩， 辉长岩，角闪岩，玢岩，辉绿岩 用爆破方法开挖 用爆破方法开挖 用镐或撬棍、大锤挖掘， 部分用爆破方法开挖 整个先用镐、撬棍，后用 锹挖掘，部分用锲子及大锤 开挖方法及工具
项目1 土 方 工 程
1.1 土的工程分类及其工程性质
1.2 土方工程量计算
1.3 基坑施工
1.4 土方机械化施工
1.5 土方填筑与压实 1.6 土方工程模拟实训
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【教学目标】 了解土方工程施工特点；掌握土方量的 计算、场地平整施工的竖向规划设计；掌握基坑开挖施工中 降低地下水位的方法和基坑边坡稳定及支护结构设计方法的 基本原理；熟悉常用土方机械的性能和使用范围；掌握填土 压实的要求和方法。
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1.1 土的工程分类及其工程性质
1.1.1 土方工程施工特点 土方工程施工往往具有施工面广、工程量大、劳动繁重、 施工条件复杂等特点。土方工程施工工期长，又多是露天作 业，在施工中直接受到地区交通、气候、水文、地质和邻近 建(构)筑物等条件的影响，且土、石又是一种天然物质，成
分较为复杂，难以确定的因素很多，有时施工条件较为复杂。
(4) 考虑最高洪水位的影响。
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1) 初步确定场地设计标高 首先，将场地的地形图根据要求的精度划分成边长为 10～40 m的方格网，在各方格左上角逐一标出其角点的编号， 如图1-3所示。然后求出各方格角点的地面标高，标于各方 格的左下角。地形平坦时，可根据地形图上相邻两等高线的 标高用插入法求得；地形起伏较大或无地形图时，可在地面 用木桩打好方格网，然后用仪器直接测出。
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4．土的渗透性 土的渗透性是指水在土体中渗流的性能，一般以渗透系 数K表示。地下水在土中的渗流速度可按达西定律计算： V = K· i 式中：V ——水在土中的渗流速度(m/d)； i ——水力坡度； K ——土的渗透系数(m/d)。 渗透系数K反映了土的透水性强弱，它直接影响降水方 案的选择和涌水量计算的准确性，一般可通过室内渗透试验
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1．场地设计标高的确定 场地设计标高是进行场地平整和土方量计算的依据，也 是总体规划和竖向设计的依据。合理确定场地的设计标高， 对减少土方量、节约土方运输费用、加快施工进度等都有重 要的经济意义。选择设计标高时应考虑以下因素： (1) 满足生产工艺和运输的要求。 (2) 尽量利用地形，使场内挖填平衡，以减少土方运输 费用。 (3) 有一定泄水坡度(≥2‰)，满足排水要求。
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方格边长一般取10 m、20 m、30 m、40 m等。 计算场地平整土方量的具体步骤如下： 1) 计算场地各方格角点的施工高度 各方格角点的施工高度(挖或填的高度)可按下式计算： hn = Hn - H 式中：hn ——角点的施工高度，即填、挖高度，以“+” 表示填，“-”表示挖； Hn ——角点的设计标高； H ——角点的自然地面标高。
V2 Ks V1 ，
V3 K s V1
式中：Ks ——最初可松性系数；
K s
——最终可松性系数；
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V1 ——自然状态下土的体积； V2 ——土经开挖后的松散体积； V3 ——土经回填压实后的体积。 可松性系数对土方的调配，计算土方运输量、填方量及 运输工具都有影响，尤其是大型挖方工程，必须考虑土的可 松性系数。