土的工程性质和方量计算.docx
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土的工程性质和方量计算
第五章土的工程性质和方量计算
第一节土的工程性质及分级
在进行土石方开挖及确定挖运组织时，须根据各种土石的工程性质及其具体指标来选择施工方法及施工机具，确定工料消耗和劳动定额。
对土石方工程施工影响较大的因素有土壤级别与特征。
从广义的角度而言，土，包括土质土和岩石两大类。
由于开挖的难易程度不同，水利水电工程中沿用十六级分类法时，通常把前I-W级叫土（即土质土），V级以上的都叫做岩石。
一、土的工程性质
1.土的颗粒分类
根据土的颗粒级配，土可分为碎石类土、砂土和粘性土。
按土的沉积年代，粘性土又可分为老粘性大，一般粘性土和新近沉积粘性土。
按照土的颗粒大小分类，又可分为块石、碎石、砂粒等，详见表5-I。
表5—1土的颗粒分类
颗粒名称
粒径（mr）
颗粒名称
粒径（mm）
漂石或块石
>200
砂粒
2.0-0.05
卵石或碎石
200-20
粉粒
0.05-0.005
圆砾或角砾
20—2.0
粘粒
<0.005
2.土的松实关系
自然状态下的土，经开挖扰动之后，因土体变得松散而使体积增大，这种性质叫做土的松散性，各种土的松散系数见表5—2。
表5—2土的容重和松散系数
表土的容至和松散系数
土的类别
自然状态
挖松后
弃土推
71
k2
砂土
1.65-L75
1.00
1.50-1.55
1.051.15
I.601.65
k00-1JO
W土
1.75-1.85
LOU
1.651.70
1,051.10
1.751.S0
LOO-l+05
粘土
US0-U95
L,OIJ
1.60765
1.10-1.20
H75-1,80
LOO-L10
砂砾土
1,90〜2*05
].01）
1.50-1.70
1.10-1.40
1.70-1.90
LOU-1.20
含砂砾壤土
1,85-2.00
1.00
1.70-1⑻1
I.（15-1,10
1.85-1.95
1.00-1.05
含砂砾粘土
1,90-2.10
1.00
1.55-1.75
1.10-1.35
1.75-2.00
1.00-1,20
卵石
1.9—2+15
LOO
1.701.90
1J5
1.902.05
L00l+05
注：
y——容园：
松融系數：
圭由挖松后土的体积未加人工压实的堆弃土的怖积
義甲K厂自越狀态下土的体职'K、=一自然状态下土的体帜一
当自然状态的土挖松后，再经过人工或机械的碾压、振动，土可被压实，例如：
在填筑拦河坝时，从土区取Im3的自然方，经过挖松运至坝体进行碾压后的实体方，就小于原Im3，的自然方，这种性质叫做土的可缩性。
在土方工程施工中，经常有三种土方的名称即：
自然方、松方、
实体方。
它们之间有着密切的关系。
（1）土的体积关系。
土体在自然状态下是由土粒（矿物颗粒）、水和气体三相组成。
当自然土体松动后，气体体积（即孔隙）增大，当土粒数量不变，原自然土体积V自V松动后的土体积V松；当经过碾压或振动后，气体被排出，则压实后的土体V实VV自。
三者之间的关系即：
V实VV自VV松，V实为经压实后的实体方；V松为经扰动后的松方。
对于砾、卵石和爆破后的块碎石，由于它们的块度大或颗粒粗，可塑性远小于土粒，因而它们的压实方〉自然方，详见表5-3。
表5—3几种典型土的体积变化换算系数
表5_3几种典型土的体积变化换算系数
土壞种类
”自
V*
粘土
1”00
1.27
0.90
嫌土
LOO
L,25
0.90
1.00
1.12
0月5
爆破块石
1*00
L,50
L30
固结砾石
1”00
1.42
1.29
单位体积土的重量称为容重。
当Im3的自然土体松动后，土体增大了，因而单位体积的重量变轻了；再经过碾压或振动，使土粒紧密度增加，因而单位体积重量增大。
即，丫松VY自VY实。
见表5-4。
丫松开挖后的土体容量t/m
Y自未扰动的土体容量t/vm丫实—碾压后的土体容量t/m
表石头河坝填筑材料的容◎和体积按算系数
坝料
名称
实测容員•（m3）
换算系数f
换算系数f
换算系数十
自然方
松方
压实方
自然方
松方
斥实方
自然方
松方
压实方
自然方
松方
压实方
粘土
1*606
L2W
1,717
L
1.33
0.93
0.75
1
0.70
1.07
1.43
1
砂卵石
2.41
1.97
2.19
1
1.22
1+10
0+82
1
0.90
0.91
1.11
1
石渣
2.70
1.75
2.06
1
1,54
131
0,65
1
U.85
0.76
1」吕
1
卵漂石
1用5
1W
\
11.95
1.（15
1
1,64
E39
E78
1
1,IS
0.92
0.85
i
0.78
1.09
込
1
混合料
（d<
80mmJ
1.82
2*25
1
0.81
1.24
1
注:
压实方为坝体平均干容苹
（2）自然方和压实成品方的关系。
在土方工程施工中，设计工程量为压实后的成品方，取料场的储量是自然方。
在计算压实工程的备料量和运输量时，应该将二者之间的关系考虑进去，并考虑施工过程中技术处理、要求以及其它不可避免的各种损耗。
水利水电系统在多年施工实践经验的基础上，在《水利水电建筑工程预算定额》（1986年版）中，提出了压实成品方与所需自然方的换算公式：
毎lOOnF压实成品方需要的自然方量J100+A眷墓丰翳51
上述公式可改写为：
式中\工——压实成品方的体积
4综合系数:
y:
ll一设计干容暈丁川
九——未经扰动的自然干容暈•厶『o
式中综合系数！
考虑了施工中各种损失。
它包括：
坝上运输、雨后清理、边坡削坡、接缝削坡、施工沉陷、取土坑、试验坑和不可避免的压坏等损失因素。
综合系数A见表5-5.
表土料施工综合系数
填道料
A
填遠料
A
机械填疏混合坝坝体土料
5.86
人工填筑心墙土料
3.43
机械填哉均质坝坝体土糾
443
坝休砂石料、反滤料
2.20
机械填竄心墙土料
5.70
坝体堆石料
1.40
人工填筑坝体土料
3.43
二、土的工程分级
土的工程分级按照十六级分类法，前W级称为土（表5-6）。
同一级土中各类土壤的特征有着很大的差异。
例如坚硬粘土和含砾石粘土，前者含粘粒量（粒径v0.005mm=在50%左右，而后者含砾石量在50%左右。
它们虽都属W级土，但颗粒组成不同，开挖方法也不尽相同。
在实际工程中，对土壤的特性及外界条件应在分级的基础上，进行分析研究认真确定土的级别。
表…一牌工程土壤分级表
土质级别
土壞容称
自然湿容重
）
外形特征
开挖方法
I
1■沙土
2种植土
16501750
疏松•粘着力盖或
易透水•略有粘性
用制，有时晤加脚踩开挖
]|
1.填土
2淤渥
2含壤土种植土
』■
17501850
开挖时能陇块井
易打碎
用锹井用脚踩开挖
ID
1粘土
干燥黄土
3干淤泥
4.含少号砾石粘土
iSi'Kj[usi'i
粘手，看不见砂粒
或干硬
用镉、三齿耙开挖或用锹井加脚用力踩开挖
［，坚硬粘土
2”砾质粘土
3含碍石粘土
1900-2100
土壤结构坚硬.将土分裂后成块状或含粘粒•砾石较茁
用镐•三齿耙彎工具开挖
第二节土石方工程量的计算和分配
土石方工程规模大小常以工程量多少来衡量，但有时完成的土石方量相同，耗费的劳动量都不一定相等。
这是因为土石的工程级别不同开挖的难易程度也不一样，弃土的推放运距有远近之分。
所以土石方工程量的大小除了计算土石方量外，还必须按照不同的土石工程级别、运距、施工条件等有关因素，通过定额手册把工程量折算成劳动工日数。
劳动工日数是土石方工程投资包干和任务分配的重要依据。
、土石方工程量计算方法
土石方工程量计算基本方法有平均断面法和平均高度法两种。
平均断面法主要用于土坎、渠道、基槽等土石方量计算，平均高度法主要用于场地平整土方量计算
1.平均断面法
平均断面法计算土方体积v（m）有近似的和较精确的两种公式,
如图5-1所示。
图5_1平均断面法土石方吊计算示意图
（1）近似计算。
V=F^-F2l（5-2）
2
（2）较精确计算。
^-6Fl4FoF2（5-3）
式中F1、F2两端的断面面积，m;
Fo――l/2处的断面面积，m；
L计算段的长度，m。
2.平均高度法
（1）四方棱柱体法［图5-2（a）］。
四方棱柱体法是将施工
区域划分为若干个边长等于a方格网，每个方格网的土方体积等于底面积乘以四个角点高度的平均值
2
—h1■h2h3■h4（5-4）
4
同一四方形方格内有挖方和填方时，则应分别计算。
图5_2平均高度法土石方旱计算示竜图
（2）三角棱柱体法［图5-2（b）、（c）］。
三角棱柱体法是
将每一个方格顺地形等高线沿对角线划分成两个三角形，然后分别计
算每一个三角形棱柱体的土方量
2
a
V二一hih2h3（5-5）
6
当三角形有填有挖时，则沿挖填平面将挖填土体分成两部分，一个是底面为三角形的锥体，一个是底面为四边形的楔体。
其土方量分别为
上述两种计算方法公式不同，计算精确度也不同。
当地形起伏变化较大时，采用三角棱柱体法比用四方棱柱体法计算准确。
所以，在地形平坦时，可采用四方棱柱体法，并将方格网的尺寸分得大些，而在地形起伏较大时，宜采用三角棱柱体法，并将网格尺寸划小些。
二、工期计算与任务分配
1.先定工期
计算需投入的劳动人员数量，计算公式为
劳动人员数=（5—8）
工期汉出勤率（1—雨工（％）—休假（％））
一般出勤率按90%、雨工10%，休假利用雨天进行安排
2.工段划分
在划分工段时须根据各施工队分配的计划工日数和土石方工日表用内插法计算各队应分配的工段长度。
工程范围（起讫里程桩号）和相应的挖方填方数。
3.任务分配
按每个工人应负担的平均任务（工日数），计算各施工队的计划任务数，进行工程任务的分配
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