土方工程课程讲解.ppt

1、模块一 土方工程学习目标：学习目标：了解爆破工程原理及安全措施；熟悉土的工程分类、土方工程施工准备与辅助工作内容，常用土方施工机械的施工特点，土方工程质量标准与安全技术；掌握土方量计算方法，基坑、基槽、场地平整的抄平与放线、开挖，土方填筑与压实。学习要点：学习要点：结合土的工程分类和物理性质学习土方工程的内容及施工特点，对常用土方机械及土方施工工艺的学习要注意身边工地的施工过程进行印证以加深理解，场地平整土方量的计算方法通过实际操作来掌握，结合一些安全事故从反面学习土方施工过程的安全技术学习重点、难点：学习重点、难点：土的工程分类；基坑（槽）及场地平整土方量的计算；土的回填与压实施工工艺；土方

2、施工过程的安全技术。建议课时数：建议课时数：10课时学习方式：学习方式：在理论教学同时，结合图片及影像等形式体会和理解土方工程的施工工艺，从而掌握土方工程的施工方法土方量的计算方法以及土方工程的质量标准与安全技术。第一节土的分类及工程性质土的基本性质与工程施工有关，在施工之前应详尽了解，避免造成工程事故。本门课程从下列两方面对土的基本性质进行阐述：一、土的分类二、土的工程性质一、土的分类一、土的分类*按土开挖的难易程度将土分为：松软土、普通土、坚土、砂砾坚土、软石、次坚石、坚石、特坚硬石等八类。*土和普通土可直接用铁锹开挖，或用铲运机、推土机、挖土机施工；*坚土、砂砾坚土和软石要用镐、撬棍开挖

3、，或预先松土，部分用爆破的方法施工；*次坚石、坚石和特坚硬石一般要用爆破方法施工。详细见表1-1所示表表1-1土的工程分类与现场鉴别方法土的工程分类与现场鉴别方法二、土的工程性质二、土的工程性质土的工程性质对土方施工方法的选择、劳动量和机械台班的消耗及工程费用等都有较大影响。1.土的含水量2.土的天然密度和干密3.土的可松性系数4.土的渗透性1.土的含水量土的含水量土的含水量：土中水的质量与固体颗粒质量之比的百分率式中：m湿含水状态土的质量,kg；m干烘干后土的质量,kg；mw土中水的质量,kg；mS固体颗粒的质量,kg.土的含水量随气候条件、雨雪和地下水的影响而变化，对土方边坡的稳定性及填方

4、密实程度有直接的影响.2.土的天然密度和干密度土的天然密度和干密度土的天然密度:在天然状态下，单位体积土的质量。它与土的密实程度和含水量有关。土的天然密度按下式计算：式中:土的天然密度,kg/m3；m土的总质量,kg；V土的体积,m3.干密度:土的固体颗粒质量与总体积的比值.用下式表示：式中d土的干密度,kg/m3；mS固体颗粒质量,kg；V土的体积,m3.在一定程度上,土的干密度反映了土的颗粒排列紧密程度.土的干密度愈大,表示土愈密实.土的密实程度主要通过检验填方土的干密度和含水量来控制.3、土的可松性系数、土的可松性系数*土的可松性：天然土经开挖后，其体积因松散而增加，虽经振动夯实，仍然不

5、能完全复原，土的这种性质称为土的可松性。*土的可松性用可松性系数表示，最初可松性系数KS=V2/V1最后可松性系数KS=V3/V1用途：开挖、运输、存放，挖土回填，留回填松土式中KS、KS土的最初、最终可松性系数；V1土在天然状态下的体积,m3；V2土挖出后在松散状态下的体积,m3；V3土经压(夯)实后的体积,m3.土的最初可松性系数KS是计算车辆装运土方体积及挖土机械的主要参数；土的最终可松性系数KS是计算填方所需挖土工程量的主要参数,各类土的可松性系数见第一节表1.1所示.4、土的渗透性、土的渗透性土的渗透性：指土体被水透过的性质.土的渗透性用渗透系数表示.渗透系数：表示单位时间内水穿透土

6、层的能力,以m/d表示；它同土的颗粒级配、密实程度等有关,是人工降低地下水位及选择各类井点的主要参数。土的渗透系数见表1-2所示表表1-2土的渗透系数参考表土的渗透系数参考表第二节土方量计算在土方施工之前,必须计算土方的工程量.但各种土方工程的外形有时很复杂,而且不规则.一般情况下,将其划分成为一定的几何形状,采用具有一定精度而又和实际情况近似的方法进行计算.一、基坑与基槽土方量计算基坑土方量可按立体几何中拟柱体(由两个平行的平面作底的一种多面体)体积公式计算(如图1-1所示).即：V=(F下下+4F中中+F上上)H/6式中H基坑深度,m；F上、F下基坑上、下底的面积，m2；F中基坑中截面的面

7、积，m2.图1-1基坑开挖土方量计算图图1-2基槽开挖土方量计算基槽开挖土方量计算基槽土方量计算可沿长度方向分段计算(如图如图1-2所示所示)：沿长度方向分段计算Vi,再V=Vi断面尺寸不变的槽段：Vi=FiLi断面尺寸变化的槽段：Vi=(Fi上上+4Fi中中+Fi下下)Li/6二、二、场地平整土方计算场地平整土方计算对于在地形起伏的山区、丘陵地带修建较大厂房、体育场、车站等占地广阔工程的平整场地,主要是削凸填凹,移挖方作填方，将自然地面改造平整为场地设计要求的平面.场地挖填土方量计算一般采用方格网法.方格网法计算场地平整土方量步骤为：1.读识方格网图2.确定场地设计标高3.计算场地各个角点的

8、施工高度4.计算“零点”位置，确定零线5.计算方格土方工程量6.边坡土方量计算7.计算土方总量8.例题及计算过程1.读识方格网图读识方格网图方格网图由设计单位(一般在1：500的地形图上)将场地划分为边长a=1040m的若干方格,与测量的纵横坐标相对应,在各方格角点规定的位置上标注角点的自然地面标高(H)和设计标高(Hn),如图图1-3所所示.图1-3方格网法计算土方工程量图二、二、场地平整土方计算场地平整土方计算2.确定场地设计标高确定场地设计标高(1)考虑的因素(2)初步标高(按挖填平衡)(3)场地设计标高的调整(1)考虑的因素：考虑的因素：满足生产工艺和运输的要求；尽量利用地形，减少挖填

9、方数量；争取在场区内挖填平衡，降低运输费；有一定泄水坡度，满足排水要求.场地设计标高一般在设计文件上规定，如无规定：A.小型场地挖填平衡法；B.大型场地最佳平面设计法(用最小二乘法，使挖填平衡且总土方量最小)。(2)初步标高初步标高(按挖填平衡按挖填平衡)场地初步标高：H0=S(H11+H12+H21+H22)/4MH11、H12、H21、H22一个方格各角点的自然地面标高；M方格个数.或：H0=(H1+2H2+3H3+4H4)/4MH1一个方格所仅有角点的标高；H2、H3、H4分别为两个、三个、四个方格共用角点的标高.(3)场地设计标高的调整场地设计标高的调整按泄水坡度、土的可松性、就近借弃

10、土等调整.按泄水坡度调整各角点设计标高：单向排水时，各方格角点设计标高为:Hn=H0Li双向排水时，各方格角点设计标高为：Hn=H0LxixLyiy3.计算场地各个角点的施工高度计算场地各个角点的施工高度施工高度为角点设计地面标高与自然地面标高之差，是以角点设计标高为基准的挖方或填方的施工高度.各方格角点的施工高度按下式计算：式中hn-角点施工高度即填挖高度(以“+”为填，“-”为挖)，m；n-方格的角点编号(自然数列1，2，3，n).Hn-角点设计高程，H-角点原地面高程.4.计算计算“零点零点”位置，确定零线位置，确定零线方格边线一端施工高程为“+”,若另一端为“-”,则沿其边线必然有一不

11、挖不填的点，即“零点”(如图如图1-4所示所示).图图1-4零点位置零点位置零点位置按下式计算：式中x1、x2角点至零点的距离,m；h1、h2相邻两角点的施工高度(均用绝对值),m；a方格网的边长，m.确定零点的办法也可以用图解法，如图图1-5所示.方法是用尺在各角点上标出挖填施工高度相应比例，用尺相连，与方格相交点即为零点位置。将相邻的零点连接起来，即为零线。它是确定方格中挖方与填方的分界线。图图1-5零点位置图解法零点位置图解法5.计算方格土方工程量计算方格土方工程量按方格底面积图形和表表1-3所列计算公式，逐格计算每个方格内的挖方量或填方量.表表1-3常用方格网点计算公式常用方格网点计算

12、公式6.边坡土方量计算边坡土方量计算场地的挖方区和填方区的边沿都需要做成边坡,以保证挖方土壁和填方区的稳定。边坡的土方量可以划分成两种近似的几何形体进行计算：一种为三角棱锥体(图图1-6中、)；另一种为三角棱柱体(图图1-6中).图图1-6场地边坡平面图场地边坡平面图A三角棱锥体边坡体积式中l1边坡的长度；A1边坡的端面积；h2角点的挖土高度；m边坡的坡度系数，m=宽/高.B三角棱柱体边坡体积两端横断面面积相差很大的情况下，边坡体积式中l4边坡的长度；A1、A2、A0边坡两端及中部横断面面积.7.计算土方总量计算土方总量将挖方区(或填方区)所有方格计算的土方量和边坡土方量汇总,即得该场地挖方和

13、填方的总土方量.8.例题例题【例1.1】某建筑场地方格网如图图1-7所示，方格边长为20m20m,填方区边坡坡度系数为1.0,挖方区边坡坡度系数为0.5,试用公式法计算挖方和填方的总土方量.图1-7某建筑场地方格网布置图【解】(1)根据所给方格网各角点的地面设计标高和自然标高，计算结果列于图图1-8中.由公式1.9得：h1=251.50-251.40=0.10mh2=251.44-251.25=0.19mh3=251.38-250.85=0.53mh4=251.32-250.60=0.72mh5=251.56-251.90=-0.34mh6=251.50-251.60=-0.10mh7=251

14、.44-251.28=0.16mh8=251.38-250.95=0.43mh9=251.62-252.45=-0.83mh10=251.56-252.00=-0.44mh11=251.50-251.70=-0.20mh12=251.46-251.40=0.06m图1-8施工高度及零线位置(2)计算零点位置.从图图1-8中可知,15、26、67、711、1112五条方格边两端的施工高度符号不同,说明此方格边上有零点存在.由公式1.10求得：15线x1=4.55(m)26线x1=13.10(m)67线x1=7.69(m)711线x1=8.89(m)1112线x1=15.38(m)将各零点标于图上

15、,并将相邻的零点连接起来,即得零线位置，如图如图1-8.(3)计算方格土方量.方格、底面为正方形,土方量为：V(+)=202/4(0.53+0.72+0.16+0.43)=184(m3)V(-)=202/4(0.34+0.10+0.83+0.44)=171(m3)方格底面为两个梯形,土方量为：V(+)=20/8(4.55+13.10)(0.10+0.19)=12.80(m3)V(-)=20/8(15.45+6.90)(0.34+0.10)=24.59(m3)方格、底面为三边形和五边形,土方量为：V(+)=65.73(m3)V(-)=0.88(m3)V(+)=2.92(m3)V(-)=51.10

16、(m3)V(+)=40.89(m3)V(-)=5.70(m3)方格网总填方量：V(+)=184+12.80+65.73+2.92+40.89=306.34(m3)方格网总挖方量：V(-)=171+24.59+0.88+51.10+5.70=253.26(m3)(4)边坡土方量计算.如图如图1.9,、按三角棱柱体计算外,其余均按三角棱锥体计算,可得：V(+)=0.003(m3)V(+)=V(+)=0.0001(m3)V(+)=5.22(m3)V(+)=V(+)=0.06(m3)V(+)=7.93(m3)V(+)=V(+)=0.01(m3)V=0.01(m3)V11=2.03(m3)V12=V13=0.02(m3)V14=3.18(m3)图图1-9场地边坡平面图场地边坡平面图边坡总填方量：V(+)=0.003+0.0001+5.22+20.06+7.93+20.01+0.01=13.29(m3)边坡总挖方量：V(-)=2.03+20.02+3.18=5.25(m3)三、三、土方调配土方调配土方调配是土方工程施工组织设计(土方规划)中的一个重要内容，在平整场地土方工程量计算完成后进行.编制土