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1、第1章 土方工程,1.1 概述1.2 场地平整1.3 基坑工程1.4 土方的填筑与压实,学习要求:了解土木工程施工技术的研究方向；掌握学习方法；熟悉施工中土的工程分类及分类依据；掌握土的可松性；熟悉原状土压实后的沉降量。,1.1 概述,1.1.1 土方工程的特点 1、内容 主要：场地平整；坑、槽开挖；土方填筑。辅助：施工排、降水；土壁支撑。2、施工特点（1）量大面广；（2）劳动强度大，人力施工效率低、工期长；（3）施工条件复杂，受地质、水文、气侯影响大，不确定因素多。,3、施工设计应注意（1）摸清施工条件，选择合理的施工方案与机械；（2）合理调配土方，使总施工量最少；（3）合理组织机械施工，以
2、发挥最高效率；（4）作好道路、排水、降水、土壁支撑等准备及辅助工作；（5）合理安排施工计划，避开冬、雨季施工；（6）制定合理可行的措施，保证工程质量和安全。,1.1.2 土的工程分类,1.1.2 土的工程分类,按开挖的难易程度分为八类 一类土（松软土）二类土（普通土)三类土（坚土）四类土（砂砾坚土）,机械或人工直接开挖,五类土（软石）六类土（次坚石）七类土（坚石）八类土（特坚石）,爆破开挖,1、土的可松性：自然状态下的土经开挖后，体积因松散而增加，以后虽经回填压实，仍不能恢复。,V1 土在自然状态下的体积。m3V2 土经开挖后松散状态下的体积。m3V3 土经回填压实后的体积。m3 最初可松性系
3、数 1.081.5 最后可松性系数 1.011.3 用途：KS：可估算装运车辆和挖土机械 KS：可估算填方所需挖土的数量,1.1.3 土的工程性质,案例 1,某基坑208m3，现需回填，用2m3 的装载车从附近运土，问需要多少车次的土？（KS=1.20，KS=1.04）,答：填方用土：V1=V3/KS=208/1.04=200m3（原状土）V2=KS V1=1.02*200=240m3（松散土）2m3 的装载车运土需要车次：n=240/2=120车次,2、原状土经机械压实后的沉降量,经验公式：S=P/C S原状土经机械压实后的沉降量(cm)P机械压实的有效作用力(kg/cm2)C原状土的抗陷系
4、数(kg/cm3),按表取值,3、土的渗透性,土体被水透过的性质，用渗透系数 K 表示。K的意义：水力坡度（I=h/L）为1时，单位时间内水穿透土体的速度（V=KI）,K的单位：m/d粘土 0.1，粗砂5075，卵石100200 用途：降低水位;回填。,4.土的天然密度：在天然状态下，单位体积土的重量。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:土的天然容重,t/m3；m 土的天然重量t；V 土的体积,m3.干密度:土的固体颗粒重量与总体积的比值.用下式表示：式中 rd土的天然容重,t/m3；ms 土的总重量t；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
5、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.1.6t/m3,5.土的天然含水量土的含水量：土中水的重量与固体颗粒重量之比的百分率 式中：gw 土中水的重量,t；gS 固体颗粒的重量,t.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密实程度有直接的影响.对工程施工的影响：土方开挖的难易程度，开挖机械的选择、地基处理的方法、夯实填土的质量最佳含水量（砂土812%；亚砂土915%；亚粘土1215%；粘土1923%）；行车（2530%陷车）、边坡稳定,开挖、行车（2530%陷车）、边坡稳定 最佳含水量可使填土获得最大密实度的含水
6、量。（击实试验、手握经验确定）,1.2 场地平整,场地竖向规划设计 场地平整土方量计算 土方调配 场地平整土方机械及其施工,1.2.1 场地的竖向规划设计,确定场地设计标高考虑的因素：,(1)满足生产工艺和运输的要求；(2)尽量利用地形，减少挖填方数量；(3)争取在场区内挖填平衡，降低运输费;(4)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：(1)小型场地挖填平衡法(2)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）,1、初步计算场地设计标高 H0,方法：将场地划分为每格边长1040m的方格网，找出每个方格各个角点的地面标高（实测法、等高线插入法
7、）。,原则：场地内挖填方平衡，平整前后土方量相等。,初步计算场地设计标高H0,H0=（H11+H12+H21+H22）/4M H11、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）/4M H1一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。,【案例2】某建筑场地方格网、地面标高如图,格边长a=20m。泄水坡度 ix=2，iy=3，不考虑土的可松性的影响，确定方格各角点的设计标高和施工高度。,答：（1）初步计算场地的设计标高H0 H0=（H1+2H2+3H3+4H4）/4M=70.09+71.43
8、+69.10+70.70+2（70.40+70.95+69.71+）+4（70.17+70.70+69.81+70.38）/（49）=70.29（m）,70.09,2、场地设计标高的调整(H0),土具有可松性，必要时应相应的提高H0,挖方量,填方量,受局部填挖的影响,沟渠,经过经济比较后，认为就近借土或弃土一部分更合理,案例2 答：(2)不考虑土的可松性 H0=H0=70.29m,3、根据要求的泄水坡度计算方格网各角点的设计标高 Hn,单向排水时:HH0li 双向排水时，各方格角点设计标高Hn为：以场地中心点为H0,Hn=H0 Lx ix L yi y,按要求的泄水坡度调整各角点设计标高Hn：
9、,70.09,（3）按泄水坡度调整设计标高Hn：,Hn=H0 Lx ix L yi y,70.32,70.36,70.40,70.44,70.26,70.30,70.34,70.38,70.20,70.24,H070.29,H2=70.29102+303=70.36,H3=70.29+102+303=70.40,H1=70.29302+303=70.32,其它见图,案例2,4、计算场地各角点施工高度 hn,施工高度 指各角点挖方或填方的高度，它等于各角点的实际设计标高和原地形标高之差。,hn=Hn Hn,hn 施工高度，填挖,Hn 设计标高,Hn 原地形标高,案例 2（4）计算各方格角点的施工
10、高度 hn,hn=Hn Hn 即：hn=该角点的设计标高 自然地面标高（m）,h1=70.3270.09=0.23（m）；正值为填方高度。,+0.23,-0.04,-0.55,-0.99,+0.55,+0.13,-0.36,-0.84,+0.83,h2=70.36 70.40=0.04（m）；负值为挖方高度,5、确定零线（挖填分界线）零线 在一个方格网内同时有填方或挖方时，应先算出方格网边上的零点的位置，并标注于方格网上，连接零点即得填方区与挖方区的分界线（即零线）。不填不挖点的连线，是挖方区和填方区的分界线。方法：插入法、比例法找零点,i,j,hi,hj,Xi-j,a,Xi-j=,施工高度绝
11、对值代入,案例2：（5）确定零线（挖填分界线）,0,0,Xi-j=,X1-2=,20*0.23,0.23+0.04,=,=17.04m,1.四角棱柱体法（1）方格四个角点全挖或全填：,1.2.2 场地平整土方量的计算,h1 h4 方格角点施工高度的绝对值;a 方格网一个方格的边长；V挖（填）挖方或填方的体积（m3）。,分别按方格求出挖、填方量，再求场地总挖方量、总填方量。,h挖（填）方格角点挖或填施工高度绝对值之和；h 方格四个角点施工高度绝对值总和。,（2）方格四个角点有填有挖,2.三角棱柱体法（公式见教材）,当三角形三个角点全部为挖或全部为填时：,当三角形三个角点有填有挖时：,1.2.3
12、土方调配,在施工区域内，挖方、填方或借、弃土的综合协调。土方调配的目的土方调配的原则土方调配图的编制步骤用线性规划的表上作业法进行土方调配,1.土方调配的目的,总运输量最小（成本最低），缩短工期和降低成本。,合理确定调配方向和数量,2.土方调配的原则,力求挖填平衡，运量最小合理划分调配区:应考虑近期施工与后期施工利用应考虑分区和全场相结合尽可能与大型地下建筑物的施工相结合,一期 先平整,余土,欠土,二期,数量，堆放位置,T,W,天然地基,3.土方调配图的编制步骤,（1）划分调配区 注意：1）与建筑物、开工顺序协调；2）大小满足主导施工机械的技术要求；3）与方格网协调，便于确定土方量；4）借、弃
13、土区作为独立调配区。（2）求出各挖、填方区间的平均运距 即每对调配区土方重心间的距离,可近似以几何形心代替土方体积重心，在图上将重心连起来，用比例尺量出来。（3）进行土方调配：线性规划法（4）画出土方调配图：在图上标出各调配区的调配方向、数量及平均运距。（5）列出土方调配平衡表,土方调配平衡表及运距表,4.用线性规划的表上作业法进行土方调配,1900,500,600,800,填方量（m3）,400,40,x43,100,x42,80,x41,W4,500,70,x33,110,x32,60,x31,W3,500,90,x23,40,x22,70,x21,W2,500,100,x13,70,x1
14、2,50,x11,W1,挖方量（m3）,T3,T2,T1,填方区,挖方区,(1)列出土方平衡-运距表,（2）用最小元素法求初始调配方案,最小元素法 即对运距（或单价）最小的一对挖填分区，优先地最大限度地供应土方量，满足该分区后，以此类推，直至所有的挖方分区土方量全部分完为止。,400,500,500,300,100,100,（3）判断调配方案是否最优,用矩阵法求假想运距：将有土方量的运距填入表中，利用矩形对角线角点之和相等的原则，求出未知的假想运距。,50,40,60,110,70,40,-10,100,80,0,60,30,（3）判断调配方案是否最优,求检验数ij：ij=运距cij 假想运距
15、cij，全部ij 0，方案最优；若有ij 0，非优，需调整。,+,+,+,+,+,（4）对非优方案进行调整（闭回路法）,闭回路法 从负数方格出发，沿水平或垂直方向前进，遇到有土方量的方格可转90度角再前进，如此转弯和前进，必将能回到原位置，形成折线形闭回路。,（4）对非优方案进行调整（闭回路法）,调整土方量：从奇数转角点格子中，找一个土方量最小的格子，将此格子变为零，并以此为调整值，奇数角点的土方量减去该值，欧数角点的土方量加上该值，形成一个新的调配方案。,100,0,400,400,（5）判断新方案是否最优,重复第三步步骤，若不是最优，继续调整，直至最优。,20,80,30,60,50,30
16、,+,+,+,+,+,+,由于所有的检验数 ij 0，故该方案已为最优方案。,（6）绘出土方调配图,最优方案的总运输量=400501007050040400601007040040=94000m3-m。初始方案的总运输量=5005050040300601001101007040040=97000m3-m。,1.2.4 场地平整土方机械及其施工,1.推土机,T2-100型液压操纵推土机,适用于：（1）平整场地：经济运距在100m内（效率最高60m），一三类土的挖运，压实；（2）坑槽开挖：深度在1.5m内、一三类土；（3）回填土方。,并列推土法,下坡推土法,槽形推土法,斜角推送法作业,分堆集中，一
17、次推送法,跨铲法作业示意图,A铲刀宽；B不大于拖拉机履带净宽,沟槽,土埂,2、铲运机：自行式、拖式,特点：能综合完成挖、装、运、卸、平土的机械。,适用于：运距60800m、坡度20度以内的一二类土的大 型场地平整或大型基坑开挖、堤坝填筑等,铲运机开行路线示意图,（b）“8”字形路线,（a）环形路线,铲运机锯齿形开行路线,1路堤,2取土槽,铲运机下坡铲土法,助铲法示意图,铲运机铲土,推土机助铲,双铲联运法示意图,3、单斗挖土机,正铲,拉铲,抓铲,反铲,1正铲挖掘机 正铲挖掘机外型如图1-44所示。它适用于开挖停机面以上的土方，且需与汽车配合完成整个挖运工作正铲挖掘机挖掘力大，适用于开挖含水量较小
18、的一类土和经爆破的岩石及冻土。,图1-44 正铲挖掘机外形,正铲作业示意,2反铲挖掘机 反铲适用于开挖一至三类的砂土或粘土。主要用于开挖停机面以下的土方，一般反铲的最大挖土深度为46m，经济合理的挖土深度为35m。反铲也需要配备运土汽车进行运输。反铲的外型如图1-46所示。,图1-46 液压反铲挖掘机外形,反铲作业示意,3抓铲挖掘机 它适用于开挖较松软的土。对施工面狭窄而深的基坑、深槽、深井采用抓铲可取得理想效果。抓铲还可用于挖取水中淤泥、装卸碎石、矿碴等松散材料。抓铲也有采用液压传动操纵抓斗作业。抓铲挖土时，通常立于基坑一侧进行，对较宽的基坑则在两侧或四侧抓土。抓挖淤泥时，抓斗易被淤泥“吸住”，应避免起吊用力过猛，以防翻车。,图1-48 抓铲挖掘机外形,抓铲作业示意,4拉铲挖掘机 拉铲适用于一至三类的土，可开挖停机 面以下的土方，如较大基坑（槽）和沟渠挖取水下泥土，也可用于填筑路基、堤坝等。拉铲挖土时，依靠土斗自重及拉索拉力切土，卸土时斗齿朝下，利用惯性，较湿的粘土也能卸净。但其开挖的边坡及坑底平整度较差，需更多的人工修坡（底）。它的开挖方式也有沟端开挖和沟侧开挖两种。,图1-49 拉铲挖掘机外形及工作状况,拉铲作业示意,
