第一章 土方工程Word文档格式.docx

1、1.坚硬黏土 2.砾质黏土 3.含卵石黏土19002400土壤结构坚硬、将土分裂后成块状，或含粘粒砾石较多用镐、三齿耙等工具开挖二、土的性质1土的含水量土的含水量是指土中所含的水与土的固体颗粒间的质量比，以百分数表示。 G1：含水状态时土的质量。G2：土烘干后的质量。 2. 土的渗透性土的渗透性是指土体被水透过的性能，它与土的密实程度有关，土的空隙比越大，则土的渗透系数越大。（计算）2、土的渗透性 法国学者达西根据砂土渗透实验，发现如下关系（达西定律）：式中：V渗透水流的速度，m/d； K渗透系数，m/d； i水力坡度。 当i=1时， 3.动水压力和流砂 动水压力： 式中：GD动水压力（又称为

2、渗透力）kN/m3； i水力坡度（等于水位差除以渗流路线长度）； w水的容重kN/m3。 当水流在水位差作用下对土颗粒产生向上的压力时，动水压力使土颗粒受到向上的压力，当动水压力等于或大于土的浸水重度时，即 时，土颗粒则失去自重，处于悬浮状态，土颗粒能随着渗流的水一起流动，这种现象称“流砂”。3动水压力和流砂在一定动水压力作用下，松散而饱和的细砂和粉砂容易产生流砂现象，降低地下水位，改变水流方向，消除动水压力，是防治流砂现象的重要途径。其具体措施有： （1）枯水期施工 地下水位低，坑内外水位差小，动水压力减小，不易产生流砂。（2）抛大石块法 基坑开挖中出现流砂现象，枪挖至标高后，立 即铺设芦席

3、并抛大石块，增加土的压重，以平衡动水压力。此法解决解决局 部或轻微流砂现象是有效的。（3）打钢板桩法 将钢板桩打入坑底一定深度，增加地下水由坑 外流入坑内的渗流路线，减小水力坡度，从而减小动水压力。浇筑地下连续 墙可起到同样的效果。（4）井点降水法 采用井点降水法可使地下水渗流方向朝下，向下 的动水压力增大了土粒间的压力，从而有效地制止了流砂现象。 4.土的可松性 自然状态下的土经开挖后，其体积因松散而增加，称为土的最初可松性，以后虽经回填压实，仍不能恢复到原来的体积，称为土的最终可松性。（见表） 最初可松性系数用K1表示，最终可松性系数用K2表示，即：；V1土在自然状态下的体积； V2土挖出

4、后的松散体积； V3土经回填压实后的体积。 土的可松性系数可参考表。 土的可松性系表土的名称可松性系数K1K2砂土、轻亚粘土、种值土、淤泥土1.081.171.011.03亚粘土、潮湿黄土、砂土混碎（卵）石、填筑土1.141.281.021.05重亚粘土、干黄土、含碎（卵）石的亚黏土1.241.301.041.07重粘土、含碎（卵）石的黏土、粗卵石、密实黄土1.261.321.061.09中等密实的页岩、泥灰岩、白垩土、软石灰岩11.301.451.101.20第二节 场地平整 场地平整前，必须先确定场地平整的施工方案，其中包括：确定场地的设计标高（一般均在设计文件上规定）、计算挖方和填方的工

5、程量、确定挖方填方的平衡调配，并选择土方机械，拟定施工方法。一、土方量计算（一）场地设计标高的确定设计标高选择，需考虑以下因素：（1）满足生产工艺和运输的要求；（2）尽量利用地形，以减少挖方数量；（3）尽量使场地内的挖方量与填方量达到平衡，以降低土方运输费用；（4）需有一定的泄水坡度（20），使能满足排水要求；（5）考虑最高洪水位的要求。 场地的设计标高，可根据挖填平衡的原则照下述方法确定。 1.初步计算场地设计标高将地形图划分方格。每个方格的角点标高，一般根据地形图上相邻两等高线的标高，用插入法求得；在无地形图情况下，也可在地面用木桩打好方格网，然后用仪器直接测出。一般说来，理想的设计标高，

6、应该使场地的土方在平整前和平整后相等而达到挖方和填方的平衡（图示） 场地设计标高计算简图 a）地形图上划分方格； b）设计标高示意图 1等高线；2自然地面；3设计标高平面； 4自然地面与设计标高平面的交线（零线）场地设计标高计算:因为场地平整前后，土方量相等，所以：H0场地设计标高的初步计算值（m）； a方格边长（m）； N方格个数； H11H22任一方格的四个角点的标高。从图中可看出，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则系四个方格公共的角点标高。如果将所有方格的四个角点标高相加，那么，类似H11这样的角点标高加到一次，类似H12和H21的标高加到两次

7、，而类似H22的标高则要加到四次。因此，上式可改写成下列的形式 H1一个方格的仅有角点标高（m）； H2二个方格的共有角点标高（m）； H3三个方格的共有角点标高（m）； H4四个方格的共有角点标高（m）。 2.计算设计标高的调整值 所计算的标高，纯系初步计算值，实际上，还需考虑以下因素进一步进行调整。（1）由于土具有可松性，必要时应相应地提高设计标高；（2）由于设计标高以上的各种填方（挖方）工程而影响设计标高的降低（提高）；（3）由于边坡填挖土方量不等（特别是坡度变化大时）而影响设计标高的增减；（4）根据经济比较结果，而将部分挖方就近弃土于场外，或将部分填方就近取土于场外而引起挖填土的变化后

8、需增减设计标高。 3.考虑泄水坡度对设计标高的影响 如果按照公式计算出的设计标高进行场地平整，那么，整个场地表面将处于同一个水平面；但实际上由于排水要求，场地表面场有一定的泄水坡度。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时所采用的设计标高。（1）单向泄水时，场地各点设计标高的求法.当考虑场地内挖填平衡的情况下，用前式计算出的设计标高H0，作为场地中心线的标高，场地内任意一点的设计标高则为：场内任意一点的设计标高（m）； l该点至H0的距离（m）； i场地泄水坡度（不小于2）； 该点比H0高则取“+”，反之取“”号。（2）双向泄水时，场地各点设计标

9、高的求法.其原理与前相同，如图所示。Ho为场地中心点标高，场地内任意一点的设计标高为：lx、ly该点在xx、yy方向距场地中心线的距离； ix、iy该点于xx、yy方向的泄水坡度。其余符号表示的内容同前。（二）场地平整土方量计算 场地平整土方量的计算方法，通常有方格网法和断面法两种。方格网法适用于地形较为平坦的地区，断面法则多用于地形起伏变化较大的地区。通常用方格网控制整个场地。 方格边长主要取决于地形变化的复杂程度，一般10m、20m、30m或40m等，通常多采用20m。根据每个方格角点的自然地面标高和实际采用的设计标高，算出相应的角点填挖高度，然后计算每一个方格的土方量，再将场地上所有方格

10、的土方量求和，并算出场地边坡的土方量，这样即可以得到整个场地的挖、填土总方量。 场地诸方格的土方量的计算方法如下：（1）计算零点位置将方格角点的自然地面标高与设计地面标高的差值，即各角点的施工高度（挖或填），标在方格角点。挖方为（）填方为（+）。在一个方格网内同时有填方和挖方时，方格网边上的零点位置常采用图解法求出，如图。方法是用尺在方格角上按挖填施工高度标出相应比例，用尺相连划线，与方格的边相交点即为零点位置。十分方便，且不易出错。（2）计算土方工程量 按下列方法计算每个方格的挖方或填方量： 1）一个角点填（挖）三个角点挖（填）方 2）两个角点填方，另外两个角点挖方 3）四个角点挖（填）方（

11、三）土方调配土方工程量计算完成后，即可着手土方的调配。土方调配，就是对挖土的利用、堆弃和填土的取得。1.土方调配原则（1）应力求达到挖、填平衡和运距最短的原则。（2）土方调配应考虑近期施工与后期利用相结合的原则。（3）土方调配应采取分区与全场相结合来考虑的原则。（4）土方调配还应尽可能与大型地下建筑的施工相结合。（5）选择恰当地调配方向、运输路线，使土方机械和运输车辆的功效能得到充分发挥。2土方调配图表的编制（1）划分调配区 在场地平面图上先划出挖、填区的分界线（即前述的零线），根据地形及地理等条件，可在挖方区和填方区适当地分别划分出若干调配区（其大小应满足土方机械的操作要求），并计算出各调配

12、区的土方量，图示。图是土方调配的一个例子。图上注明了挖填调配区、调配方向、土方数量以及每对挖、填区之间的平均运距。图上共四个挖方区，三个填方区，总挖方和和总填方相等。土方的调配，仅考虑场地内的挖填平衡即可解决（这种条件的土方调配可采用线性规划的方法计算确定）。（2）求出每对调配区之间的平均运距 平均运距是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： 、 挖方调配区或填方调配区的重心坐标； v 每个方格的土方量； x、y 各方格的重心坐标，（通常近似的取方格的形心）； 重心求出后

13、，标于相应的调配区图上，然后用比例尺量出每对调配区之间的平均运距。（3）列出土方调配方案表3 用“表上作业法”求解土方调配方案我们的目的是求土方总运输量最小，根据挖填平衡的原则，该问题可列出如下数学模型。目标方程 ：约束条件： i= 1,2,m； j = 1,2,n； Xij 从第i挖方区运土至第j填方区的土方量（ ） Sij 从第i挖方区运土至第j填方区的平均运距（km） 第i 挖方区的挖方量（ 第j填方区的填方量（ ） 如果是大型的复杂的土方工程，可以利用计算机求解该线性规划问题。如果是中小工程，可采用如下的“表上作业法”求解土方调配问题。其求解步骤如下所述：（1）列运距表 根据前述的图的

14、题意可列成如下表格：土方平衡运距表 T1T2T3挖方量W150-70-120- 500W2 8040-90-W360130-70W4100120-40600填方量8007002100图中方格的左下角的方框内的数据就是运距，如表中的第一个数据 50 就表示由W1 至 T1的运距。（2）作初始方案 作初始方案采用“最小元素”法，即在运算过程中对运距最小者首先满足土方调配要求。如从表中可知道 W2至 T2 运距最短，为 40 ，我们首先满足它的要求。由题意我们知道W2的挖方量为500，而T2所需填方量为 600 ，所以，最多W2 只能给T2 运送500 。我们把500 填入表14 中。W2的挖方量已

15、全部用完，可将这一行划掉，以简化以后的运算。按照运距由小到大的顺序，我们将W4 给T3 运送 600、W1给T1 运送 500、W3给T1 运送 300 、W3给T3 运送100、W3给T2 运送100，依次将这些数据下表中。至此，土方调配初始方案完成。其结果如下表所示。00 从表中可以看出初始方案满足挖填平衡的原则。这里需要补充说明的是，根据“线性规划”的原理，表中所填的数据的个数应该为（m+n-1）个。从表中可以看出，该初始方案满足（m+n-1）=（4+3-1）=6 这个要求。如果初始方案作下来 ，不满足（m+n-1） 的要求，则应补足到（m+n-1）个。补充的办法，就是在表中剩余的空格中

16、，选择运距较短的空格，填上 0 ，以使表中所填的数据凑足（m+n-1）个。（3）判断是否最优方案 初始方案不一定是最优方案，最优调配方案的判断条件是“全部检验数 ”求检验数和判断的步骤如下。1）作位势表 位势表有m 行n 列，如下表所示。首先在表中填入在初始方案中已确定有调配关系的“运距值”，也就是在运距表中有运输量的“运距值”填入相应的位置。如下表所示：60130其余空格里的数据用“矩形法”来求得。所谓矩形法就是“构成任意矩形的四个角点的数据，其对角线上的两个数据之和必定等于另外一个对角线上两个数据之和”。如表15中右下角的四个格中有三个数据，另外一个未知数据可用“矩形法”来求得。已知对角线

17、上的数据之和为（13040）170，则另外一个对角线上的数据之和（70x也必定等于170。所以 x 17070100（这里需要提醒的是，初始方案的数据不要构成矩形）。根据同样道理可以填出表15中的所有空格。结果如下表所示。120-30-20302） 作检验表检验表的作法也很简单，就是用运距值减位势表上对应的值。得出如下表（实际操作中，可直接填写得数）。50-50=070-120=-50120-60=6080-（-30）=11040-40=090-（-20）=11060-60=0130-130=070-7070=0100-30=70120-100=20 我们在前面已经谈到判断最优方案的标准就是

18、“全部检验数 ”。我们看到有一个“50”，所以，初始方案不是最优方案。还得进一步调整。（4）调整 继续调整的方法：从负值的方格开始做直角闭合回路。遇填有“运输量”的方格方做90度的转弯。4090 以起始点为0，顺序给各角点编号。从奇数角点选一最小“运输量”作为“调整量”（第一角点的“100”） 所有奇数角点均减去该“调整量”， 所有偶数角点均加上该“调整量”如下表所示。500-1000+100 300+100100-100 至此，便得到一个“调整方案”。该调整方案是否最优方案，仍需用“检验表”来判断，下面是判断调整方案的位势表和检验表。位势表 2080 检验表70-70=080-20=6090

19、-30=60130-80=50120-50=70全部检验数 ，所以该调整方案为最优方案。场地平整土方调配表编制方法演示 （见软件）（4）画出土方调配图依据土方调配方案表在图上标出调配方向、土方数量以及平均运距。二、场地平整施工（一）施工准备工作1场地清理2修筑临时道路、水电线路3机具进场、临时停机棚与修理间搭设等。（二）场地平整施工方法 场地平整系综合施工过程，它由土方的开挖、运输、填筑、压实等施工过程组成，其中土方开挖是主导施工过程。 土方开挖，通常有人工、半机械化、机械化和爆破等数种方法。 大面积的场地平整，适宜采用大型土方机械，如推土机、铲运机或单斗挖土机等施工。1推土机施工（图示） 推

20、土机的特点是操作灵活，运输方便，所需工作面较小，行驶速度较快，易于转移。部分国产推土机的工作性能（见表）。 使用推土机推土的施工方法使用推土机推土的几种施工方法（1）下坡推土法（2）分批集中，一次推送法（3）并列推土法（4）沟槽推土法（5）斜角推土法推土机顺地面坡势进行下坡推土，可以借机械本身的重力作用，增加铲刀的切土力量，因而可增大推土机铲土深度和运土数量，提高生产效率。在较硬的土中，推土机的切土深度较小，一次铲土不多，可分批集中，再整批地推送到卸土区。在较大面积的平整场地施工中，采用两台或三台推土机并列推土，能减少的散失。并列推土时，铲刀间距1530cm。并列台数不宜超过四台，否则互相影响

21、。就是沿第一次推过的原槽推土，前次推土所形成的土埂能阻止土的散失，从而增加推运量。将铲刀斜装在支架上，与推土机横轴在水平方向形成一定角度进行推土。一般在管沟回填且无倒车余地时，可采用这种方法。2.铲运机施工 铲运机是一种能独立完成挖土、运土、卸土、填筑、压实等工作的土方机械。适宜在松土、普通土中工作。场地地形起伏不大（坡度在20度以内）的大面积场地上施工。部分国产铲运机工作性能 （1）铲运机的开行路线由于挖填区的分布不同，根据具体条件，选择合理的铲运路线，对生产率影响很大。 1）环形路线 施工地段较短、地形起伏不大的挖、填工程，适宜采用环形路线，当挖土和填土交替，而挖填之间距离又较短时，则可采

22、用大环形线（图示）。大环形路线的优点是一个循环能完成多次铲土和卸土，从而减少了铲运机的转弯次数，提高了工作效率。 2）8字形路线 对于挖、填相邻。地形起伏较大，且工作地段较长的情况，可采用8字路线。其特点是铲运机行驶一个循环能完成两次作业，而每次铲土只需转弯一次，比环形路线可缩短运行时间，提高生产效率。同时，一个循环中两次转弯方向不同机械磨损较均匀。（2）铲运机铲土的施工方法 1）下坡铲法土 应尽量利用有利地形进行下坡铲土。这样，可以利用铲运机的重力来增大牵引力，使铲斗切土加深，缩短装土时间。一般地面坡度以5度7度为宜。 2）跨铲法 预留土埂，间隔铲土的方法。可使铲运机在挖两边土槽时减少向外撒

23、土量，挖土埂时增加了两个自由面，阻力减小，铲土容易，土埂高度应不大于300mm，宽度以不大于拖拉机两履带间净距为宜。 3）助铲法 在地势平坦、土质较坚硬时，可采用推土机助铲，以缩短铲土时间。3挖土机施工 当场地为IIII类土的丘陵地带、挖土高度一般在3m以上、运输距离超过一公里，且工程量大而集中时，可采用挖土机挖土，配合自卸汽车运土，并在卸土区配备推土机平整土堆。第三节 土方开挖 一、降低地下水位 在土方开挖过程中，地下水渗入坑内，不但会使施工条件恶化，而更严重的是会造成边坡塌方和地基承载能力下降。因此，在基坑土方开挖前和开挖过程中，必须采取措施降低地下水位。降低地下水位的方法有集水坑降水法和

24、井点降水法。（一）集水坑降水法 1集水坑设置 集水坑应设置在基础范围以外，地下水走向的上游。根据地下水量大小、基坑平面形状及水泵能力，集水坑每隔2040m设置一个。 集水坑的直径或宽度，一般为0.60.8m。其深度，随着挖土的加深而加深，要经常低于挖土面0.71.0m。井壁可用竹、木或钢筋笼等简易加固。当基坑挖至设计标高后，井底应低于坑底12m，并铺设碎石滤水层，以免在抽水时将泥砂抽出，并防止井底的土被搅动。2水泵性能与选用 在建筑工地上，排水用的水泵主要有：离心泵、潜水泵和软轴水泵等。（1）离心泵： 由泵壳、泵轴及叶轮等主要部件组成，其管路系统包括滤网与底阀、吸水管及出水管等。 离心泵的抽水

25、原理：是利用叶轮高速旋转时所产生的离心力，将轮心部分的水甩往轮边，沿出水管压向高处。此时叶轮中心形成部分真空，这样，水在大气压力作用下，就能源源不断地从吸水管自动上升进入水泵。 水泵的主要性能：包括流量、总扬程、吸水扬程和功率等。 流量是指水泵单位时间内的出水量。 吸水扬程表示水泵能吸水的最大高度，是确定水泵安装高度的一个重要数据。（从理论上说，水泵能将水吸上10.3m，但水泵限于构造关系，其最大吸水扬程只有3.58.5m。实际吸水高度（扬程）还要扣除吸水管路阻力损失和水泵进口处的流速水头损失。在水泵口径不大、吸水管不长时，实际吸水高度可按性能表上的最大吸水扬程减去1.2m（有底阀）0.6m（无底阀）估算。 总扬程（H）包括吸水扬程和出水扬程两部分。 常用离心泵性能（见表）。常用离心泵性能 型 号流 量总