土方工程的内容及施工要求.docx

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土方工程的内容及施工要求

土方工程的内容及施工要求

1.1.1土方工程的内容及施工要求

在土木工程施工中，常见的土方工程有：

（1）场地平整其中包括确定场地设计的标高，计算挖、填土方量，合理到进行土方调配等。

（2）开挖沟槽、基坑、竖井、隧道、修筑路基、堤坝，其中包括施工排水、降水，土壁边坡和支护结构等。

（3）土方回填与压实其中包括土料选择，填土压实的方法及密实度检验等。

此外，在土方工程施工前，应完成场地清理，地面水的排除和测量放线工作；在施工中，则应及时采取有关技术措施，预防产生流砂，管涌和塌方现象，确保施工安全。

土方工程施工，要求标高、断面准确，土体有足够的强度和稳定性，土方量少，工期短，费用省。

但由于土方工程施工具有面广量大，劳动繁重，施工条件复杂等特点，因此，在施工前，首先要进行调查研究，了解土壤的种类和工程性质，土方工程的施工工期、质量要求及施工条件，施工地区的地形、地质、水文、气象等资料，以便编制切实可行的施工组织设计，拟定合理的施工方案。

为了减轻繁重的体力劳动，提高劳动生产率，加快工程进度，降低工程成本，在组织土方工程施工时，应尽可能采用先进的施工工艺和施工组织，实现土方工程施工综合机械化。

1.1.2土的工程分类和性质

土的种类繁多，分类方法各异，在建筑安装工程劳动定额中，按土的开挖难易程度分为八类，如表1.1所示。

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、含水量、渗透性和可松性等。

1.1.2.1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、土压力及边坡的稳定性。

土的干密度，指单位体积土中的固体颗粒的质量；它是用以检验填土压实质量的控制指标。

1.1.2.2土的含水量

土的含水量W是土中所含的水与土的固体颗粒间的质量比，以百分数表示：

（1.1）

式中G1——含水状态时土的质量；

G2——土烘干后的质量。

土的含水量影响土方施工方法的选择、边坡的稳定和回填土的质量，如土的含水量超过25%~30%，则机械化施工就困难，容易打滑、陷车；回填土则需有最佳的含水量，方能夯密压实，获得最大干密度（表1.2）。

1.1.2.3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。

从达西公式V=KI可以看出渗透系数的物理意义：

当水力坡度I等于1时的渗透速度v即为渗透系数K。

渗透系数K值将直接影响降水方案的选择和涌水量计算的准确性，一般应通过扬水试验确定，表1.3所列数据仅供参考。

1.1.2.4土的可松性

土具有可松性，即自然状态下的土，经过开挖后，其体积因松散而增加，以后虽经回填压实，仍不能恢复其原来的体积。

土的可松性程度用可松性系数表示，即

最初可松性系数（1.2）

最后可松性系数（1.3）

土的可松性对土方量的平衡调配，确定运土机具的数量及弃土坑的容积，以及计算填方所需的挖方体积等均有很大的影响。

土的可松性与土质有关，根据土的工程分类（表1.1），其相应的可松性系数可参考表1.4。

1.1.3土方边坡

合理地选择基坑、沟槽、路基、堤坝的断面和留设土方边坡，是减少土方量的有效措施。

边坡的表示方法如图1.1所示，为1：

m,即：

（1.4）

式中m=b/h，称坡度系数。

其意义为：

当边坡高度已知为h时，其边坡宽度b则等于mh。

边坡坡度应根据不同的挖填高度、土的性质及工程的特点而定，既要保证土体稳定和施工安全，又要节省土方。

在山坡整体稳定情况下，如地质条件良好，土质较均匀，使用时间在一年以上，高度在10m以内的临时性挖方边坡应按表1.5规定；挖方中有不同的土层，或深度超过10m时，其边坡可作成折线形（图1.1（b）、（c））或台阶形，以减少土方量。

当地质条件良好，土质均匀且地下水位低于基坑、沟槽底面标高时，挖方深度在5m以内，不加支撑的边坡留设应符合表1.6的规定。

对于使用时间在一年以上的临时行填方边坡坡度，则为：

当填方高度在10m以内，可采用1：

1.5；高度超过10m，可作成折线形，上部采用1：

1.5，下部采用1：

1.75。

至于永久性挖方或填方边坡，则均应按设计要求施工。

1.1.4土方量计算的基本方法

土方量计算的基本方法主要有平均高度法和平均断面法两种。

1.1.4.1平均高度法

• 四方棱柱体法

四方棱柱体法，是将施工区域划分为若干个边长等于a的方格网，每个方格网的土方体积V等于底面积a2乘四个角点高度的平均值（图1.2），即

（1.5）

若方格四个角点部分是挖方，部分是填方时，可按表1.7中所列的公式计算。

• 三角棱柱体法

三角棱柱体法，是将每一个方格顺地形的等高线沿着对角线划分成两个三角形，然后分别计算每一个三角棱柱体的土方量。

当三角形为全挖或全填时（图1.3（a））

（1.6）

当三角形有填有挖时（图1.3（b）），则其零线将三角形分成两部分，一个是底面为三角形的锥体，一个是底面为四边体的楔体。

其土方量分别为：

（1.7）

（1.8）

1.1.4.2平均断面法

平均断面法（图1.4），可按近似公式和较精确的公式进行计算。

• 近似计算

（1.9）

• 较精确的计算

（1.10）

式中V——体积（m3）；

F1，F2——两断的断面面积（m2）；

F0——L/2处的断面面积（m2）。

基坑、基槽、管沟、路堤、场地平整的土方量计算，均可用平均断面法。

当断面不规则时，求断面面积的一种简便方法是累高法。

此法如图1.5所示，只要将所测出的断面绘于普通方格坐标纸上（d取值相等），用透明卷尺从h1开始，依次量出各点高度h1、h2、…hn，累计得各点高度之和，然后将此值与d相乘，即为所求断面面积。

在上述的土方量计算基本公式中，由于计算公式不同，其计算的精度亦有所不同。

例如，图1.6所示的土方量：

按四方棱柱体计算为：

m3

按三角棱柱体计算为：

m3

由此可见，其相对误差可高达33%或更大。

所以，在地形平坦地区可将方格尺寸划分得大一些，采用四方棱柱体计算即可；而在地形起伏较大的地区，则应将方格尺寸划分得小些，亦宜采用三角棱柱体计算土方量。

当采用平均断面法计算基槽、管沟或路基土方量时，可先测绘

出纵断面图（图1.7），再根据沟槽基底的宽、纵向坡度及放坡宽度，绘出在纵断面图上各转折点处的横断面。

算出个横断面面积后，便可用平均断面法计算个段的土方量，即：

（1.11）

两横断面之间的距离与地形有关，地形平坦，距离可大一些；地形起伏较大时，则一定要沿地形每一起伏的转折点处取一横断面，否则会影响土方量计算的准确性。

1.1.5场地平整土方量计算

1.1.5.1场地设计标高H0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。

合理地确定场地的设计标高，对减少土方量和加速工程进度均具有重要的意义。

如图1.8所示，当场地设计标高为H0时，填挖方基本平衡，可将土方移挖作填，就地处理；当设计标高为H1时，填方大大超过挖方，则需要从场地外大量取土回填；当设计标高为H2时，挖方大大超过填方，则需要向场外大量弃土。

因此，在确定场地设计标高时，应结合场地的具体条件反复进行技术经济比较，选择其中一个最优的方案。

其原则是：

①应满足生产工艺和运输的要求；②充分利用地形，分区或分台阶布置，分别确定不同的设计标高；③使挖填平衡，土方量最少；④要有一定泄水坡度（≥2‰），使能满足排水要求；⑤要考虑最高洪水位的影响。

如场地设计标高无其他特殊要求时，则可根据填挖土方量平衡的原则加以确定，即场地内土方的绝对体积在平整前和平整后相等。

其步骤如下：

（1）在地形图上将施工区域划分为边长a为10~50m若干方格网（图1.9）。

（2）确定各小方格角点的高程，其方法：

可用水准仪测量；或根据地形图上相邻两等高线的高程，用插入法求得；也可用一条透明纸带，在上面画6根等距离的平行线，把该透明纸带放到标有方格网的地形图上，将6根平行线的最外两根分别对准A点和B点，这时6根等距离的平行线将A、B之间的0.5m或1m（等高线的高差）分5等分，于是便可直接读得H31点的地面标高，如图1.10所示，H31=251.70。

• 按填挖方平衡确定设计标高H0，即

（1.12）

从图1.9中可知，H11系一个方格的角点标高，H12和H21均系两个方格公共的角点标高，H22则是四个方格公共的角点标高，它们分别在上式中要加一次，二次，四次。

因此，上式直接可改写成下列形式：

（1.13）

式中N——方格网数；

H1——一个方格仅有的角点标高；

H2——两个方格共有的角点标高；

H4——四个方格共有的角点标高。

图1.9的H0即为：

[（252.45+251.40+251.60+251.60）+2（252.00+251.70+251.90+250.95+251.25+250.85）+4（251.60+251.28）=251.45m

1.1.5.2场地设计标高的调整

原计划所得的场地设计标高H0仅为一理论值，实际上，还需要考虑以下因素进行调整。

• 土的可松性影响

由于土具有可松性，一般填土会有多余，需相应地提高设计标高。

如图1.11所示，设△h为土的可松性引起设计标高的增加值，则设计标高调整后的总挖方体积应为：

（1.14）

总填方体积：

（1.15）

此时，填方区的标高也应与挖方区一样，提高△h，即：

（1.16）

移项整理简化得（当VT=VW）：

（1.17）

故考虑土的可松性后，场地设计标高调整为：

（1.18）

式中VW，VT——按理论设计标高计算的总挖方，总填土区总面积；

FW，FT——按理论设计标高计算的挖方区，填方区总面积；

——土的最后可松性系数。

• 场内挖方和填方的影响

由于场地内大型基坑挖出的土方，修筑路堤填高的土方，以及从经济观点出发，将部分挖方就近弃于场外，将部分填方就近取土与场外等，均会引起填土方量的变化。

必要时，亦需调整设计标高。

为了简化计算，场地设计标高的调整值H，可按下列近似公式确定，即：

（1.19）

式中Q——场地根据H平整后多余或不足的土方量。

• 场地泄水坡度的影响

当按调整后的同一设计标高H进行场地平整时，则整个地表面均处于同一水平面；但实际上由于排水的要求，场地表面需有一定的泄水坡度。

因此，还需根据场地泄水坡度的要求（单面泄水或双面泄水），计算出场地内各方格角点实际施工所用的设计标高。

①场地具有单向泄水坡度时的设计标高

场地具有单向泄水坡度时设计标高的确定方法，是将已调整的设计标高作为场地中心线的标高（图1.12），场地内任意点的设计标高则为：

（1.20）

式中