土方工程课程讲解

表1-2 土的渗透系数参考表
第二节 土方量计算
• 在土方施工之前,必须计算土方的工程量.但各种土方工 程的外形有时很复杂,而且不规则.一般情况下,将其划分成 为一定的几何形状,采用具有一定精度而又和实际情况近 似的方法进行计算.
一、基坑与基槽土方量计算 • 基坑土方量可按立体几何中拟柱体(由两个平行的平面作
• (1)考虑的因素：
• ① 满足生产工艺和运输的要求； • ② 尽量利用地形，减少挖填方数量； • ③争取在场区内挖填平衡，降低运输费； • ④有一定泄水坡度，满足排水要求. • ⑤场地设计标高一般在设计文件上规定，如无规定： • A.小型场地――挖填平衡法； • B.大型场地――最佳平面设计法(用最小二乘法，使挖填
学习重点、难点： 土的工程分类；基坑（槽）及场地平整土方量的计算；土 的回填与压实施工工艺；土方施工过程的安全技术。
• 建议课时数： 10课时
• 学习方式： 在理论教学同时，结合图片及影像等形式体会和理解土方 工程的施工工艺，从而掌握土方工程的施工方法土方量的 计算方法以及土方工程的质量标准与安全技术。
图1-8 施工高度及零线位置
(2)计算零点位置.从图1-8中可知,1—5、2—6、6—7、7—11、 11—12五条方格边两端的施工高度符号不同,说明此方格 边上有零点存在.
由公式1.10求得：
1—5线 x1=4.55(m) 2—6线 x1=13.10(m) 6—7线 x1=7.69(m) 7—11线 x1=8.89(m) 11—12线 x1=15.38(m)
• H2、H3、H4－－分别为两个、三个、四个方格共用角点 的标高.
• (3)场地设计标高的调整
• 按泄水坡度、土的可松性、就近借弃土等调整. • 按泄水坡度调整各角点设计标高 ：
• ①单向排水时，各方格角点设计标高为: Hn = H0 ± Li
• ②双向排水时，各方格角点设计标高为：Hn = H0 ± Lx ix ± L yi y
确定零点的办法也可以用图解法，如图1-5所示. 方法是用尺在各角点上标出挖填施工高度相应比例，用 尺相连，与方格相交点即为零点位置。将相邻的零点连接 起来，即为零线。它是确定方格中挖方与填方的分界线。
图1-5 零点位置图解法
5.计算方格土方工程量
按方格底面积图形和表1-3所列计算公式，逐格计算每 个方格内的挖方量或填方量.
平衡且总土方量最小)。
• (2)初步标高(按挖填平衡)
• 场地初步标高：
• H0=S(H11+H12+H21+H22)/4M
• H11、H12、H21、H22 ——一个方格各角点的自然地面 标高；
•
M ——方格个数.
• 或：
• H0=(∑H1+2∑H2+3∑H3+4∑H4)/4M
• H1－－一个方格所仅有角点的标高；
V①(+)=0.003 (m3) V②(+)=V③(+)=0.0001 (m3) V④(+)=5.22 (m3) V⑤(+)=V⑥(+)=0.06 (m3) V⑦(+)=7.93 (m3) V⑧(+)=V⑨(+)=0.01 (m3) V⑩=0.01 (m3) V11=2.03 (m3) V12=V13=0.02 (m3) V14=3.18 (m3)
• 在一定程度上,土的干密度反映了土的颗粒排列 紧密程度.土的干密度愈大,表示土愈密实.土的密 实程度主要通过检验填方土的干密度和含水量来 控制.
• 3、土的可松性系数 • *土的可松性：天然土经开挖后，其体积因松散而增加，
虽经振动夯实，仍然不能完全复原，土的这种性质称为土 的可松性。 *土的可松性用可松性系数表示，
划分为边长a=10～40m的若干方格,与测量的纵横坐标相 对应,在各方格角点规定的位置上标注角点的自然地面标 高(H)和设计标高(Hn),如图1-3所示.
图1-3 方格网法计算土方工程量图
• 二、 场地平整土方计算 • 2.确定场地设计标高
• (1)考虑的因素 • (2)初步标高(按挖填平衡) • (3)场地设计标高的调整
• 4.计算“零点”位置，确定零线 • 方格边线一端施工高程为“+”,若另一端为“-”,则沿其边
线必然有一不挖不填的点，即“零点”(如图1-4所示).
• 图1-4 零点位置
零点位置按下式计算：
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.
• 3.计算场地各个角点的施工高度
• 施工高度为角点设计地面标高与自然地面标高之差，是 以角点设计标高为基准的挖方或填方的施工高度.各方格 角点的施工高度按下式计算：
• 式中 hn------角点施工高度即填挖高度(以“+”为填，“-” 为 挖)，m； n------方格的角点编号(自然数列1，2，3，…，n). Hn------角点设计高程， H------角点原地面高程.
• 表1-3 常用方格网点计算公式
• 6.边坡土方量计算
场地的挖方区和填方区的边沿都需要做成边坡,以保证 挖方土壁和填方区的稳定。
边坡的土方量可以划分成两种近似的几何形体进行计 算：
一种为三角棱锥体(图1-6中①～③、⑤～⑾)； 另一种为三角棱柱体(图1-6中④).
• 图1-6 场地边坡平面图
A 三角棱锥体边坡体积
8.例题 【例1.1】某建筑场地方格网如图1-7所示，方格边长为
20m×20m,填方区边坡坡度系数为1.0,挖方区边坡坡度系 数为0.5,试用公式法计算挖方和填方的总土方量.
图1-7 某建筑场地方格网布置图
【解】(1)根据所给方格网各角点的地面设计标高和自然标 高，计算结果列于图1-8中. 由公式1.9得：
h1=251.50-251.40=0.10m h2=251.44-251.25=0.19m h3=251.38-250.85=0.53m h4=251.32-250.60=0.72m h5=251.56-251.90=-0.34m h6=251.50-251.60=-0.10m h7=251.44-251.28=0.16m h8=251.38-250.95=0.43m h9=251.62-252.45=-0.83m h10=251.56-252.00=-0.44m h11=251.50-251.70=-0.20m h12=251.46-251.40=0.06m
• 最初可松性系数KS=V2 /V1 • 最后可松性系数KS’=V3 /V1 • 用途：开挖、运输、存放，挖土回填，留回填松土
式中
KS、KS′——土的最初、最终可松性系数；
V1——土在天然状态下的体积,m3； V2 ——土挖出后在松散状态下的体积,m3； V3——土经压(夯)实后的体积,m3. 土的最初可松性系数KS是计算车辆装运土方体积及挖土 机械的主要参数；
1.土的含水量 土的含水量：土中水的质量与固体颗粒质量之比的百分率
• 式中：m湿 ——含水状态土的质量,kg； m干 ——烘干后土的质量,kg； mw ——土中水的质量,kg；
mS ——固体颗粒的质量,kg. • 土的含水量随气候条件、雨雪和地下水的影响而变化，对
土方边坡的稳定性及填方密实程度有直接的影响.
2.土的天然密度和干密度 土的天然密度: 在天然状态下，单位体积土的质量。它与 土的密实程度和含水量有关。 土的天然密度按下式计算：
• 式中: ρ——土的天然密度,kg/m3； m ——土的总质量,kg； V — 土的体积,m3.
• 干密度: 土的固体颗粒质量与总体积的比值.用下式表示：
• 式中 ρd ——土的干密度,kg/m3； mS ——固体颗粒质量,kg； V — 土的体积,m3.
模块一 土方工程
学习目标：
了解爆破工程原理及安全措施； 熟悉土的工程分 类、土方工程施工准备与辅助工作内容，常用土 方施工机械的施工特点，土方工程质量标准与安 全技术； 掌握土方量计算方法，基坑、基槽、场 地平பைடு நூலகம்的抄平与放线、开挖，土方填筑与压实。
学习要点： 结合土的工程分类和物理性质学习土方工程的内容及施工 特点，对常用土方机械及土方施工工艺的学习要注意身边 工地的施工过程进行印证以加深理解，场地平整土方量的 计算方法通过实际操作来掌握，结合一些安全事故从反面 学习土方施工过程的安全技术
第一节 土的分类及工程性质
土的基本性质与工程施工有关，在施工之前应详尽了 解，避免造成工程事故。本门课程从下列两方面对土的基 本性质进行阐述：
• 一、土的分类 • 二、土的工程性质
一、土的分类
*按土开挖的难易程度将土分为：松软土、普通土、坚土、砂 砾坚土、软石、次坚石、坚石、特坚硬石等八类。
*土和普通土可直接用铁锹开挖，或用铲运机、推土机、挖土 机施工；
土的最终可松性系数KS′是计算填方所需挖土工程量的主 要参数, 各类土的可松性系数见第一节[表1.1]所示.
4、土的渗透性 • 土的渗透性：指土体被水透过的性质.土的渗透性用渗
透系数表示.
• 渗透系数：表示单位时间内水穿透土层的能力,以m/d 表示；它同土的颗粒级配、密实程度等有关,是人工降低 地下水位及选择各类井点的主要参数。 土的渗透系数见[表1-2]所示
方格网总填方量： ∑V(+)=184+12.80+65.73+2.92+40.89=306.34 (m3) 方格网总挖方量： ∑V(-)=171+24.59+0.88+51.10+5.70=253.26 (m3)
(4)边坡土方量计算.如图1.9,④、⑦按三角棱柱体计算外, 其余均按三角棱锥体计算, 可得：
将各零点标于图上,并将相邻的零点连接起来,即得零线位 置，如图1-8.
(3)计算方格土方量.方格Ⅲ、Ⅳ底面为正方形,土方量为：
VⅢ(+)=202/4×(0.53+0.72+0.16+0.43)=184(m3) VⅣ(-)=202/4×(0.34+0.10+0.83+0.44)=171(m3)
方格Ⅰ底面为两个梯形,土方量为：
VⅠ(+)=20/8×(4.55+13.10)×(0.10+0.19)=12.80(m3) VⅠ(-)=20/8×(15.45+6.90)×(0.34+0.10)=24.59(m3)
方格Ⅱ、Ⅴ、Ⅵ底面为三边形和五边形,土方量为： VⅡ(+)=65.73 (m3) VⅡ(-)=0.88 (m3) VⅤ(+)=2.92 (m3) VⅤ(-)=51.10 (m3) VⅥ(+)=40.89 (m3) VⅥ(-)=5.70 (m3)
*坚土、砂砾坚土和软石要用镐、撬棍开挖，或预先松土，部 分用爆破的方法施工；
*次坚石、坚石和特坚硬石一般要用爆破方法施工。 [详细见表1-1所示]
表1-1 土的工程分类与现场鉴别方法
二、土的工程性质 土的工程性质对土方施工方法的选择、劳动量和机械
台班的消耗及工程费用等都有较大影响。
• 1.土的含水量 • 2.土的天然密度和干密 • 3.土的可松性系数 • 4.土的渗透性
底的一种多面体)体积公式计算 (如图1-1所示).即：
V =(F下+ 4F中+ F上)H/6
• 式中 • H ——基坑深度,m；
F上、F下——基坑上、下底的面积，m2； F中 —基坑中截面的面积，m2.
• 图1-1 基坑开挖土方量计算
• 图1-2 基槽开挖土方量计算
• 基槽土方量计算可沿长度方向分段计算(如图1-2 所示 )：
• 沿长度方向分段计算Vi,再 V = ∑ Vi 断面尺寸不变的槽段：Vi =Fi×Li 断面尺寸变化的槽段：Vi =(Fi上+4Fi中+Fi下)Li/6
二、 场地平整土方计算
• 对于在地形起伏的山区、丘陵地带修建较大厂房、体育场、 车站等占地广阔工程的平整场地,主要是削凸填凹,移挖方 作填方，将自然地面改造平整为场地设计要求的平面.
式中
l1 ——边坡①的长度； A1 ——边坡①的端面积； h2 ——角点的挖土高度； m——边坡的坡度系数，m=宽/高.
B 三角棱柱体边坡体积
两端横断面面积相差很大的情况下，边坡体积
式中 l4 ——边坡④的长度； A1、A2、A0 ——边坡④两端及中部横断面面积.
7.计算土方总量
将挖方区(或填方区)所有方格计算的土方量和边坡土方 量汇总,即得该场地挖方和填方的总土方量.
• 场地挖填土方量计算一般采用方格网法. • 方格网法计算场地平整土方量步骤为：
1.读识方格网图 2.确定场地设计标高 3.计算场地各个角点的施工高度 4.计算“零点”位置，确定零线 5.计算方格土方工程量 6.边坡土方量计算 7.计算土方总量 8.例题及计算过程
• 1.读识方格网图 方格网图由设计单位(一般在1：500的地形图上)将场地