关于土方工程的讲座

第一章土方工程·主要内容：▲土的工程分类、可松性，施工特点；▲土方量的计算，场地平整施工的竖向规划设计；▲基坑开挖、降水方案，轻型井点系统的设计；▲基坑边坡稳定及支护结构；▲填土压实原理及要求，土方工程机械化施工。

·基本要求：▲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的降低地下水位方法，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。

·重点：▲土的可松性，土方量的计算，场地平整施工的竖向规划设计，轻型井点系统的设计，边坡塌方、流砂的原因及防治，填土压实的原理、方法及施工控制。

·难点：▲利用土的可松性系数进行土方量的计算，轻型井点的计算，影响填土压实的因素。

·深度和广度：▲达到能进行土方开挖方案（包括土方机械的选择）、基坑开挖的降水方案、基坑边坡支护方案、填土压实方案的制定，场地平整施工的竖向规划设计。

1.1 概 述1.1.1土方工程种类与特点土方工程是建筑施工中主要分部工程之一，也是建筑工程施工过程中的第一道工序。

它包括场地平整、基坑（槽）开挖、土方填筑与压实，降低地下水位和基坑土壁支护等辅助工作。

土方工程按施工内容和方法不同，一般包括以下四项： 1.场地平整2.基坑（槽）及管沟开挖3.地下大型土方开挖4.土方填筑1.1.2土的工程分类及性质1、土的工程分类土的种类很多，其分类方法也很多，在土方工程施工中，根据土的开挖难易程度将土分为松软土、普通土、坚土、砂砾坚土、软石、次坚石、坚石、特坚石等八类。

前四类为一般土，后四类为岩石。

正确区分和鉴别土的种类，可以合理地选择施工方法和准确地套用定额，计算土方工程费用。

2、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：土的质量密度、可松性、含水量和渗透性。

（1）土的质量密度土的质量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。

土的干密度，指单位体积土中固体颗粒的含量，用以检验压实质量的控制指标。

（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：K p =12V V （1.1）K 'p =13V V （1.2） 式中：K p ——最初可松性系数；K 'p ——最终可松性系数； V 1——自然状态下土的体积； V 2——土经开挖后的松散体积； V 3——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。

各类土的可松性系数见课本表1.2。

（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重量比，以百分数表示：%100%100221⨯=⨯-=sw m m m m m W （1.3） 式中：m 1——含水状态时土的质量；m 2——烘干后土的质量； m w ——土中水的质量； m s ——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。

土方回填时则需要有最优含水量方能夯压密实，获得最佳干密度。

土的最优含水量和最大干密度参考值见课本表1.3。

（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。

地下水在土中渗流速度可按达西定律计算：V=K ·i （1.4）式中：V ——水在土中渗流速度（m/d 或cm/s ）；i ——水力坡度；K ——土的渗透系数（m/d 或cm/s ）。

渗透系数K 值反映出土透水性强弱，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或现场抽水试验确定，一般土的渗透系数见课本表1.4。

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（图1.1）：)4(6201F F F HV ++=（1.5） 式中：H ——基坑深度（m ）；F 1——基坑上底面积m 2； F 2——基坑下底面积m 2；F 0——基坑中截面面积。

（m 2）。

基槽和路堤土方量可沿其长度方向分段后，用同样方法计算（图1.2）：)4(620111F F F L V ++=（1.6） 式中：V 1——第一段的土方量（m 3）；L 1——第一段的长度（m ）。

然后将各段的土方量相加，即得总土方量：n V V V V +++= 21 （1.7）式中V 1、V 2……V n ——各段的土方量（m 3）。

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、现有条件选择土方机械，拟定施工方案。

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，也是总图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； 4）考虑最高洪水位的影响。

（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10~40m 的方格网，见图1.3(a)。

在各方格左上角逐一标出其角点的编号；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。

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：nH H H HH 443243210∑∑∑∑+++=(1.8)式中：H 1——一个方格仅有的角点标高；H 2——两个方格共有的角点标高； H 3——三个方格共有的角点标高； H 4——四个方格共有的角点标高。

（2）场地设计标高的调整按公式（1.8）所计算的设计标高Ho 系一理论值，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：H 0’=H 0+Δh (1.10)2）借土或弃土的影响。

3）泄水坡度的影响。

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。

⑴方格网法方格边长一般取10m 、20m 、30m 、40m 等。

根据每个方格角点的自然地面标高和设计标高，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。

其具体步骤如下：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：h n =H n －H (1.13)式中：h n —角点的施工高度；以“+”为填，“-”为挖；H n —角点的设计标高； H —角点的自然地面标高。

2）确定零线。

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），如图1.7所示，其土方量为：V =42a )(4321h h h h +++(1.15)② 方格的相邻两角点为挖方，另两角点为填方，如图1.8所示，其挖方部分的土方量为：V 2,1=42a (4121h h h ++3222h h h +)(1.16)填方部分的土方量为：V 4,3=42a (4124h h h ++3223h h h +) (1.17)3) 方格的三个角点为挖方，另一个角点为填方，或者相反时，如图1.9所示，其填方部分土方量为：V 4=62a ))((434134h h h h h ++(1.18)挖方部分土方量为：V 3,2,1=62a 44321)22(V h h h h +-++ (1.19)4) 方格的一个角点为挖方，相对的角点为填方，另两个角点为零点时，如图1.10所示，其挖（填）方土方量为：V =h a 62(1.20)必须指出，以上的计算公式是根据平均中断面的近似公式推导而得，当方格中地形不平时误差较大，但计算简单，目前用人工计算土方量时多用此法。

为提高计算精度，也可将方格网按等高线走向再划成三角棱柱体进行计算，此法计算工作量太大，一般适宜用电子计算机计算土方量，在此不作赘述。

4）计算场地边坡土方量。

在场地平整施工中，沿着场地四周都需要作成边坡，以保持土体稳定，保证施工和使用的安全。

边坡土方量的计算，可先把挖方区和填方区的边坡画出来，然后将边坡划分为两种近似的几何形体，如三角棱柱体或三角棱锥体。

1)棱锥体边坡体积。

例如：图1.11中的①，其体积为：1V =1131l F (1.21)式中：1l ——边坡①的长度；F 1——边坡①的端面积。

2）三角棱柱体边坡体积。

例如：图1.11中的④，其体积为：4V =4212l F F + (1.22)在两端横断面面积相差很大的情况下，则4V =)4(62014F F F l ++ (1.23)⑵断面法沿场地取若干个相互平行的断面（当精度要求不高时，可利用地形图定出，若精度要求较高，应实地测量定出），将所取的每个断面（包括边坡断面）划分为若干个三角形和梯形，如图1.12所示，则面积为：1f =211d h ；2)(2212d h h f +=，… 某一断面面积为：++=21f f F i …n f +若==21d d …d d n =，则++=21(h h d F i …)1-+n h设各断面面积分别为F 1、F 2、…F m ，相邻两断面间的距离依次为L 1、L 2、…L m ，则所求土方体积为：++++=23212122L F F L F F V (112)--++m m m L F F (1.24) 可见，用此法计算土方量时，边坡土方量已包括在内。

1.3 基坑开挖在场地平整工作完成后，便可进行基坑的开挖，基坑的开挖往往涉及到一系列的问题，如边坡的稳定，深基坑的支护，降低地下水位以及基坑开挖方案的确定等。

1.3.1基坑开挖前的施工准备1.学习与审查图纸2.编制施工方案3.场地平整、清理障碍物4.测量定位放线5.修建临时设施与道路1.3.2 降低地下水位在基坑开挖过程中，当基坑底面低于地下水位时，由于土壤的含水层被切断，地下水将不断渗入基坑。