土方项目工程的内容及其施工要求.docx

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土方项目工程的内容及其施工要求

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Hn——场地内任一点的设计标高；

l——该点至设计标高

的距离；

i——场地泄水坡度（不小于2‰）。

例如：

H11角点的设计标高为：

②场地具有双向泄水坡度时的设计标高

场地具有双向泄水坡度时设计标高的确定方法，同样是将已调整的设计标高

作为场地纵横方向的中心线标高（图1.13），场地内任一点的设计标高为：

（1.21）

式中lx,ly————该点沿X——X，Y——Y方向距场地中心线的距离；

ix,iy————场地沿X——X，Y——Y方向的泄水坡度。

例如：

H34角点的设计标高为：

1.1.5.3场地土方量计算

场地土方量计算步骤如下（图1.14）。

• 求各方格角点的施工高度hn

（1.22）

式中hn——角点的施工高度，以“+”为填，“-”为挖；

Hn——角点的设计标高（若无泄水坡度时，即为场地设计标高）；

H——角点的自然地面标高。

例如：

图1.14中，已知场地方格边长a=20m,根据方格角点的地面标高求得H0=43.48m，按单向排水坡度2‰已求得各方格角点的设计标高，于是各方格角点的施工高度，即为该点的设计标高减去地面标高（见图1.14中的图例）。

• 绘出“零线”

“零线”位置的确定方法是，先求出方格网中边线两端施工高度有“+”“-”中的“零点”，将相邻两“零点”连接起来，即为“零线”。

确定“零点”的方法如图1.15所示，设h1为填方角点的填方高度，h2为挖方角点的挖方高度，O为零点位置。

则由两个相似三角形求得：

（1.23）

式中x——零点至计算基点的距离；

a——方格边长。

同理，亦可根据边长a和两端的填挖高度h1,h2,采用作图法直接求得零点位置。

即用相同的比例尺在边长的两端标出填，挖高度，填，挖高度连线与边长的相交点就是零点。

• 计算场地挖，填土方量

零线求出后，也就划出了场地的挖方区和填方区，便可按平均高度法分别计算出挖，填区各方格的挖，添土方量。

1.1.5.4场地边坡土方量计算

场地平整时，还要计算边坡土方量（图1.16），其计算步骤如下：

• 标出场地四个角点A、B、C、D填、挖高度和零线位置；

• 根据土质确定填、挖边坡的边坡率m1、m2；

• 算出四个角点的放坡宽度，如A点=m1ha，D点=m2hd；

• 绘出边坡图；

• 计算边坡土方量

A、B、C、D四个角点的土方量，近似地按正方锥体计算。

例如，A点土方量为：

（1.24）

AB、CD两边土方量按平均断面法计算。

例如AB边的土方量为：

（1.25）

AC、BD两边分段按三角锥体计算。

例如AC边AO段的土方量为：

（1.26）

1.1.6土方调配

土方调配是土方规划中的一个重要内容，其工作包括：

划分调配区；计算土方调配区之间的平均运距（或单位土方运价，或单位土方施工费用）；确定土方最优调配方案；绘制土方调配表。

1.1.6.1土方调配区的划分

土方调配的原则：

应力求挖填平衡、运距最短、费用最省；便于该土造田、支援农业；考虑土方的利用，以减少土方的重复挖填和运输。

因此，在划分调配区时应注意下列几点：

• 调配区的划分应与房屋或构筑物的位置相协调，满足工程施工顺序和分期施工的要求，使近期施工和后期利用相结合。

• 调配区的大小，应考虑土方及运输机械的技术性能，使其功能得到充分发挥。

例如，调配区的长度应大于或等于机械的铲土长度；调配区的面积最好与施工段的大小相适应。

• 调配区的范围应与计算土方量用的方格网相协调，通常可由若干个方格网组成一个调配区。

• 从经济效益出发，考虑就近借土或就近弃土。

这时，一个借土区或一个弃土区均可作为一个独立的调配区。

• 调配区划分还应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。

1.1.6.2调配去之间的平均运距

平均运距即挖方区土方重心至填方区土方重心的距离。

因此，求平均运距，需先求出每个调配区的重心。

其方法如下：

取场地或方格网中的纵横两边为坐标轴，分别求出各区土方的重心位置，即：

；

（1.27）

式中X0，Y0——挖或填方调配区的重心坐标；

V——每个方格的土方量；

X，y——每个方格的重心坐标。

当地形复杂时，亦可用作图法近似地求出行心位置以代替重心位置。

重心求出后，则标于相应的调配区上，然后用比例尺量出每对调配区之间的平均运距，或按下式计算：

（1.28）

式中L——挖，填方区之间的平均运距；

XOT，YOT——填方区的中心坐标；

XOW，YOW——挖方区的中心坐标。

1.1.6.3最优调配方案的确定

最优调配方案的确定，是以线性规定为理论基础，常用“表上作业法”求解。

现结合示例介绍如下：

已知某场地有四个挖方区和三个填方区，其相应的挖填土方量和各对调配区的运距如表1.8所示。

利用“表上作业法”进行调配的步骤为：

• 用“最小元素法”编制初始调配方案

即先在运距表（小方格）中找一个最小数值，如C22=C43=40（任取其中一个，现取C43），于是先确定X43的值，使其尽可能的大，即X43=max（400,500）=400。

由于A4挖方区的土方全部调到B3填方区，所以X41和X42都等于零。

此时，将400填入X43格内，同时将X41，X42格内画上一个“×”号，然后在没有填上数字和“×”号的方格内再选一个运距最小的方格，即C22=40，便可确定X22=500，同时使X21=X23=0。

此时，又将500填入X22格内，并在X21，X23格内画上“×”号。

重复上述步骤，依次确定其余Xj的数值，最后得出表1.8所示的初始调配方案。

（2）最优方案的判别法

由于利用“最小元素法”编制初始方案，也就优先考虑了就近调配的原则，所以求得之总运输量是较小的。

但这并不能保证其总运输量最小，因此还需要进行判别，看它是否为最优方案。

判别的方法有“闭回路法”和“位势法”，其实质均一样，都是求检验数λij来判别。

只要所有的检验数λij≥0，则方案即为最优方案；否则，不是最优方案，尚需进行调整。

现就用“位势法”求检验数予以介绍：

首先将初始方案中有调配数方格的Cij列出，然后按下式求出两组位势数ui（i=1,2,…,m）和vj（j=1,2,…,n）。

Cij=ui+vj（1.29）

式中Cij——平均运距（或单位土方运价或施工费用）；

ui、vj——位势数。

位势数求出后，便可根据下式计算各空格的检验数；

λij=Cij-ui-vj（1.30）

例如，本例两组位势数如表1.9所示。

先令u1=0，则：

v1=C11-u1=50-0=50

v2=110-10=100

u2=40-100=-60

u3=60-50=10

v3=70-10=60

u4=40-60=-20

本例个空格的检验数如表1.10所示。

如λ21=70-（-60）-50=+80（在表1.10中只有写“+”或“-”），可不必填入数值。

从表1.10中已知，在表中出现了负的检验数，这说明初始方案不是最优方案，需要进一步进行调整。

（3）方案的调整

①在所有负检验数中选一个（一般可选最小的一个，本例中为C12），把它所对应的变量X12作为调整的对象。

②找出X12的闭回路：

从X12出发，沿水平和竖直方向前进，遇到适当的有数字的方格作90度转弯，然后依次继续前进再回到出发点，形成一条闭回路（表1.11）。

③从空格X12出发，沿着闭回路（方向任意）一直前进，在各基数次转角点上的数字中，挑出一个最小的（本表即为500，100中选100），将它由X32调到X12方格中（即空格中）。

④将100填入X12方格中，被挑出的X32为0（变为空格）；同时将闭回路上其他奇数次转角上的数字都减去100，偶次转角上数字都增加100，使得填，挖方区的土方量仍然保持平衡，这样调整后，便可得表1.12的新调配方案。

对新调配方案，仍用“位势法”进行检验，看其是否最优方案。

若检验数中仍有负数出现那就仍按上述步骤调整，直到求得最优方案为止。

表1.12中所有检验数均为正号，故该方案为最优方案。

其土方的总运输量为：

Z=400×50+100×70+500×40+400×60+100×70+400×40=94000（m3﹒m）

（4）土方调配图

最后将调配方案绘成土方调配图（图1.17）。

在土方调配图上应注明挖填调配区，调配方向，土方数量以及每对挖填调配区之间平均运距。

图1.17（a）为本例的土方调配，仅考虑场内的挖填平衡即可解决。

图1.17（b）亦为四个挖方区，三个填方区，挖填土方区量虽然相等，但由于地形狭长，运距较远，故采取就近弃土和就近借土的平衡调配方案更为经济。