土木工程施工教案精品课程第一章土方工程Word格式文档下载.docx

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3.赵世强．土木工程施工实习手册．北京：

中国建筑工业大学出版社，2003

4.姜卫杰．《土木工程施工》学习指导．武汉：

武汉工业大学出版社，2000

教学过程及内容：

1.1概述

1.1.1土方工程的内容及施工要求

1、土方工程的内容

（1）场地平整：

将天然地面改造成所要求的设计平面时所进行的土石方施工全过程。

（厚度在300mm以内的挖填和找平工作）

特点：

工作量大、劳动繁重和施工条件复杂。

施工准备：

详细分析核对各项技术资料―实测地形图、工程地质、水文地质勘察资料；

原有地下管道、电缆和地下构筑物资料；

土石方施工图。

（2）地下工程的开挖和回填：

指开挖宽度在3m以内的基槽且长度≥宽度3倍或开挖底面积在20m2且长为宽3倍以内的土石方工程，是为浅基础、桩承台及沟等施工而进行的土石方开挖。

要求开挖的标高、断面、轴线准确；

土石方量少；

受气候影响较大。

（3）地下工程大型土石方开挖：

对人防工程、大型建筑物的地下室、深基础施工等而进行的地下大型土石方开挖。

（宽度大于3M;

开挖底面积大于20M2;

场地平整土厚大于300mm。

涉及降低地下水位、边坡稳定与支护、地面沉降与位移、临近建筑物的安全与防护等一系列问题。

（4）土石方填筑：

土石方填筑是对低洼处用土石方分层填平。

回填分为夯填和松填。

对填筑的土石方，要求严格选择土质，分层回填压实。

2、特点：

面广量大，劳动繁重，施工条件复杂。

3、施工要求：

标高、断面准确；

土体有足够的强度和稳定性；

工程量小；

期短；

费用省。

4、资料准备：

建设单位应向施工单位提供场地实测地形图；

原有地下管线，构筑物竣工图；

土石方施工图；

以及工程地质、水文、气象等技术资料；

以便编制施工组织设计（或施工方案），并应提供平面控制桩和水准点，作为工程测量和验收的依据。

5、施工方案

（1）根据工程条件，选择适宜的施工方案和效率高，费用低的机械；

（2）合理调配土石方，使工程量最小；

（3）合理组织机械施工，保证机械发挥最大的使用效率；

（4）安排好道路、排水、降水、土壁支撑等一切准备和辅助工作；

（5）合理安排施工计划，尽量避免雨季施工；

（6）保证工程质量，对施工中可能遇到的问题如流沙、边坡稳定等进行技术分析，并提出解决措施；

（7）有确保施工安全的措施。

2、土的工程分类及性质

（1）分类标准：

开挖的难易程度

（2）土的工程性质

土有三相，固相、液相和气相。

1）土的天然密度（

）：

土在天然状态下单位体积的质量。

一般粘性土：

18~20KN/m3 

；

砂土：

16~20KN/m3

2）土的干密度（

单位体积土中的固体颗粒的质量。

干密度越大，表示土越密实。

是评定土体密实程度的标准，以控制填土工程质量。

3）土的可松性（Ｋ）：

天然土经开挖后，其体积因松散而增加，虽经振动夯实，仍不能恢复原来的体积，这种性质称为土的可松性。

用可松性系数表示，对土方的调配、计算土方运输量和运土工具等都有影响。

包括最初可松系数和最终可松系数。

最初可松性系数Ks=V2/V1最后可松性系数Ks`=V3/V1

4）土的含水量（W）：

土中水的质量与固体颗粒质量之比，以百分数表示。

表示土的干湿程度。

W=（G1-G2）/G2×

100%

对挖土的难易、施工时的放坡、回填土的夯实等均有影响。

注意：

在一定含水量的条件下，用同样的夯实工具，可使回填土达到最大密实度，此含水量称为最佳含水量。

几种土的最佳含水量：

8%～12%；

粉土：

9%～15%；

粉质粘土：

12%～15%；

粘土：

19%～23%

含水量

是反映土的湿度的一个重要物理指标。

天然状态下土层的含水量称天然含水量，其变化范围很大，与土的种类、埋藏条件及其所处的自然地理环境等有关。

一般干的粗砂土，其值接近于零，而饱和砂土，可达40%；

坚硬的粘性土的含水量约小于30%，而饱和状态的软粘性土（如淤泥），则可达60%或更大。

一般说来，同一类土，当其含水量增大时，强度就降低。

5）土的透水性：

水流通过土中孔隙的难易程度。

地下水的流动以及在土中的渗透速度都与它有关。

6）土的密实度：

表示土的相对紧密程度。

（压实系数）

土的实际干密度用“环刀法”测定；

土的最大干密度用“击实试验”测定。

1.2土方工程量计算

1.2.1基坑、基槽土方量计算

基槽（坑）土方量计算

1、基槽

沿长度方向分段计算

，再

（1）断面尺寸不变的槽段：

槽段长

：

外墙—槽底中～中，内墙—槽底净长

（2）断面尺寸变化的槽段：

2、基坑

【例题3】如图所示，计算其工程量。

解：

由拟柱体公式得：

上口面积

代入上列基坑挖方量计算公式得：

1.2.2场地平整土方量计算

一、方格网法

基本思路：

方格边长a为10～20m

1、场地设计标高的确定

（1）确定原则：

1）充分利用地形（分区或台阶布置），尽量使挖填方平衡，以减少土方量；

2） 

要有一定的泄水坡度（≧2‰），使之能满足排水要求；

3） 

应满足生产工艺和运输的要求；

4） 

要考虑最高洪水位的影响。

（2）确定步骤：

1）初步确定场地设计标高H0

调整场地设计标高

根据土的性质，考虑3个因素

a、 

土的可松性：

H0′=H0＋⊿h

b、 

借土或弃土：

c、 

考虑泄水坡度对设计标高的影响

2、计算施工高度

施工高度=设计标高－自然地面标高

＋号表示填方；

－号表示挖方

3、计算零点、绘制零线

方格网一边相邻施工高度一正一负就有零点存在。

相邻零点连接起来就是零线。

4、用平均高度法计算场地的挖、填土方量

（1）一点（三点）挖填;

二点挖填;

四点全挖全填

5、场地边坡土方量计算

（1）标出场地四个角点A、B、C、D的挖、填高度和“零线”位置

（2）确定挖、填边坡坡率m1、m2。

（3）算出四个角点的放坡宽度

（4）绘出边坡图。

（5）计算边坡土方量正方锥体，三角锥体平均断端面

6、土方调配

土方调配：

确定挖填方区土方的调配方向和数量，使土方运输量（m3-m）或土方施工成本（元）最小。

土方调配原则：

（经济）近期远期结合，场内挖填平衡、运距短、费用省，避免重复挖填和运输。

（1）调配区的划分

1）调配区的划分应该与房屋和构筑物的平面位置相协调，并考虑它们的开工顺序，工程的分期施工顺序。

2）调配区的大小应该满足土方施工主导机械的技术要求。

3）调配区的范围应该和土方的工程量计算用的方格网协调，通常可由若干个方格组成。

4）当土方运距较大或场内土方不平衡时，可就近借土或弃土，借土区或弃土区可作为一个独立的调配区。

（2）调配区之间的平均运距

调配区的划分尽可能与大型地下建筑物的施工相结合，避免土方重复开挖。

平均运距：

即挖方区土方重心至填方区土方重心的距离；

重心位置X0=ΣV•X/ΣV

　　Y0=ΣV•Y/ΣV

为简化计算，可用作图法近似求出形心位置以代替重心位置。

重心求出后，标于相应的调配区图上，求出每对调配区的平均运距。

Cij=ΣEs/P+E0/V

式中：

Cij——由挖方区i到填方区j的土方施工单价（元/m3）；

Es——参加综合施工过程的各土方施工机械的台班费用（元/台班）

P——由挖方区i到填方区j的综合施工过程的生产率（m3/台班）

E0——参加综合施工过程的所有机械的一次性费用（元）

V——该套机械在施工期内应完成的土方量（m3）；

（3）最优调配方案的确定

1）用“最小元素法”编制

初始调配方案

2）最优方案的判别

3）方案的调整

4）土方调配图

将最优方案绘成土方调配图，图上标明填、挖、调配区、调配方向、土方量及平均运距。

1.3土方工程的机械化施工

1.3.1推土机

分类 

索式、油压式

特点 

操作灵活、运转方便、速度快、能缓缓坡

适用 

场地平整、清理、平沟坑、挖浅基坑

1一3类土、经济、远距100米、40一60米。

施工方法

下坡推土 

借自重，增加推土能力适用于狭长场地

并列推土 

2一3台机平排，增大推土量适用于大面积场地

槽形推土 

一条作业线重复运行，增大推土量

多铲集运 

多次铲土，一次推送，缩短运时，硬质土

1.3.2铲运机

自行式，拖式，索式，油压式

操作灵活，速度快，生产率高，费用低

开挖大基坑、填筑堤坝，路基

含水量不超过27%的一～三类土。

（一）运行路线

（二）施工方法

1、下坡铲土 

借自重

2、跨铲法 

形成土槽，增加铲量

3、助铲法 

与推土机协作作业

1.3.3单斗挖土机

分类正铲、反铲、拉铲、抓铲；

机械式，液压式

（一）正铲挖土机

前进向前，强制切土，卸土（侧面，后面）

（二）反铲挖土机

后退向下，强制切土，挖掘力比正铲小

作业方式：

沟端，沟侧

（三）拉铲挖土机

后退向下，自重切土

（四）抓铲挖土机

直上直下，自重切土

（五）挖土机，与汽车配套计算

当挖掘机挖出的土方需要运土车辆运走时，挖掘机的生产率不仅取决于本身的技术性能，而且还决定于所选的运输工具是否与之协调。

由技术性能，可按下式算出挖掘机的生产率P：

（m3/台班）

式中t——挖掘机每次作业循环延续时间,s；

q——挖掘机斗容量，m3

KS——土的最初可松性系数；

KC——土斗的充盈系数，可取0.8~1.1；

KB——工作时间利用系数，一般为0.6~0.8。

为了使挖掘机充分发挥生产能力，应使运土车辆的载重量Q与挖掘机的每斗土重保持一定的倍率关系，并有足够数量车辆以保证挖掘机连续工作。

从挖掘机方面考虑，汽车的载重量越大越好，可以减少等待车辆调头的时间。

从车辆方面考虑，载重量小台班费便宜但使用数量多；

载重量大，则台班费高但数量可减少。

最适合的车辆载重量应当是使土方施工单价为最低，可以通过核算确定。

一般情况下，汽车的载重量以每斗土重的3~5倍为宜。

运土