第一章土方工程 本章提要 本章內(nèi)容包括土方規(guī)劃 土方工程施工的要點 土方工程機械化施工 在土方規(guī)劃中 涉及了土的工程分類和性質(zhì) 土方邊坡 土方量計算 場地設計標高的確定和土方調(diào)配等問題 在土方工程施工要點中 重點論述了土壁穩(wěn)定 施工排水 流砂防治和填土壓實 是土方工程施工的關鍵 在土方工程機械化施工中 著重闡述常用土方機械的類型 性能及提高生產(chǎn)率的措施 第一節(jié)土的工程分類及工程物理性質(zhì) 一 土石方工程的施工特點土石方工程是建筑工程施工中主要的分部工程之一 它包括土 石方的開挖 運輸 填筑 平整與壓實等主要施工過程 以及場地清理 測量放線 施工排水 降水和土壁支護等準備與輔助工作 土石方施工的特點 1 土石方施工工程量大 面廣 2 施工條件極為復雜 3 勞動強度較大 二 土的工程分類1 土的種類繁多 分類方法也較多 根據(jù)土的顆粒級配或塑性指數(shù)可分為碎石類土 漂石土 塊石土 卵石土 碎石土 圓礫土 角礫土 砂土 礫砂 粗砂 中砂 細砂 粉砂 和粘性土 粘土 亞粘土 輕亞粘土 2 根據(jù)土的沉積年代 粘性土可分為老粘性土 一般粘性土 新近沉積粘性土 3 根據(jù)土的工程特性 又可分出特殊性土 如軟土 人工填土 黃土 膨脹土 紅粘土 鹽漬土 凍土等 不同的土 其物理 力學性質(zhì)也不同 只有充分掌握各類土的特性及其對施工過程的影響 才能選擇正確的施工方法 4 開挖難易程度將土分為松軟土 普通土 堅土 砂礫堅土 軟石 次堅石 堅石 特堅石八類 稱為土的工程分類 前四類屬一般土 后四類屬巖石 土的分類法及其現(xiàn)場鑒別方法見表1 1 三 土的工程性質(zhì)土的工程性質(zhì)對土方工程的施工有直接影響 其中基本的工程性質(zhì)有 土的質(zhì)量密度 可松性 壓縮性 含水量 滲透性等 1 土的質(zhì)量密度分天然密度和干密度 土的天然密度 指土在天然狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量 它影響土的承載力 土壓力及邊坡的穩(wěn)定性 土的干密度 指單位體積土中固體顆粒的質(zhì)量 它是用以檢驗填土壓實質(zhì)量的控制指標 2 土的可松性土具有可松性 土的可松性是指在自然狀態(tài)下的土經(jīng)開挖后組織被破壞 其體積因松散而增大 以后雖經(jīng)回填壓實也不能恢復其原來體積的特性 由于土方工程量是以自然狀態(tài)的體積來計算的 所以在土方調(diào)配 計算土方機械生產(chǎn)率及運輸工具數(shù)量等的時候 必須考慮土的可松性 土的可松性程度用可松性系數(shù)表示 即 式中KS 最初可松性系數(shù) KS 最后可松性系數(shù) V1 土在天然狀態(tài)下的體積 m3 V2 土經(jīng)開挖后的松散體積 m3 V3 土經(jīng)回填壓實后的體積 m3 在土方工程中 KS是計算土方施工機械及運土車輛等的重要參數(shù) KS 是計算場地平整標高及填方時所需挖土量等的重要參數(shù) 不同類型土的可松性系數(shù)可參照表1 1 3 土的壓縮性移挖作填或取土回填 松土經(jīng)填壓后會壓縮 一般松土的壓縮率見表1 2 在松土回填時應考慮土的壓縮率 一般可按填方斷面增加10 20 計算松土方數(shù) 土的壓縮率表1 2 4 土的含水量土的含水量W是土中所含的水與土的固體顆粒間的質(zhì)量比 以百分數(shù)表示 式中G1 含水狀態(tài)時土的質(zhì)量 G2 土烘干后的質(zhì)量 土的含水量影響土方施工方法的選擇 邊坡的穩(wěn)定和回填土的質(zhì)量 如土的含水量超過25 30 則機械化施工就困難 容易打滑 陷車 回填土則需有最佳含水量 方能夯壓密實 獲得最大干密度 土的最佳含水量和最大干密度參考值見表1 3 土的最佳含水量和最大干密度表1 3 5 土的滲透性土的滲透性是指水在土體中滲流的性能 一般以滲透系數(shù)K表示 從達西公式V KI可以看出滲透系數(shù)的物理意義 當水力坡度I等于1時的滲透速度v即為滲透系數(shù)K 滲透系數(shù)K值將直接影響降水方案的選擇和涌水量計算的準確性 一般應通過抽水試驗確定 表1 4所列數(shù)據(jù)可供參考 土的滲透系數(shù)參考表表1 4土的種類K m d 土的種類K m d 亞粘土 粘土 0 1含粘土的中砂及純細砂20 25亞粘土0 1 0 5含粘土的細砂及純中砂35 50含亞粘土的粉砂0 5 1 0純粗砂50 75純粉砂1 5 5 0粗砂夾礫石50 100含粘土的細砂10 15礫石100 200 第二節(jié)基坑的土方開挖 一 土方邊坡1 放坡開挖土方邊坡坡度以其高度H與其底寬B之比表示 邊坡可做成直線形 折線形或踏步形 圖1 1 式中m B H 稱為坡度系數(shù) c 踏步形 b 折線形 a 直線形 圖1 1土方邊坡 二 土石方工程量的計算 土方工程施工前應進行挖 填方的平衡計算 綜合考慮土方運距最短 運程合理和各個工程項目的合理施工順序等 做好土方平衡調(diào)配 減少重復挖運 同時 土方平衡調(diào)配應盡可能與城市規(guī)劃和農(nóng)田水利相結合將余土一次性運送到指定棄土場 做到文明施工 土石方量計算的基本方法土石方量計算的基本方法主要有平均高度法和平均斷面法兩種 1 平均高度法 1 四方棱柱體法 四方棱柱體法 是將施工區(qū)域劃分為若干個邊長為a的方格網(wǎng) 每個方格網(wǎng)的土方體積V等于底面積a2乘四個角點高度的平均值 圖1 18 即 圖1 18四方棱柱體法 若方格四個角點部分是挖方 部分是填方時 可按表1 9中所列的公式計算 三個角挖 或填 2 三角棱柱體法 三角棱柱體法 是將每一個方格順地形的等高線沿對角線劃分成兩個三角形 然后分別計算每一個三角棱柱體的土方量 a 全挖或全填 b 有填有挖 圖1 19三角棱柱體法 當三角形為全挖或全填時 圖1 19 a 當三角形有填有挖時 圖1 19 b 則其零線將三角形分成兩部分 底面為三角形的錐體 底面為四邊形的楔體 簡化計算 2 平均斷面法平均斷面法 圖1 20 可按近似公式和較精確的公式進行計算 圖1 20平均斷面法 1 近似計算 2 較精確計算 式中V 土方體積 m3 F1 F2 兩端的斷面面積 m2 F0 L 2處的斷面面積 m2 三 場地平整1 場地設計標高H0的確定場地設計標高是進行場地平整和土方量計算的依據(jù) 也是總圖規(guī)劃和豎向設計的依據(jù) 合理地確定場地的設計標高 對減少土方量和加速工程進度均具有重要的意義 如圖1 23所示 當場地設計標高為H0時 填挖方基本平衡 可將土方移挖作填 就地處理 當設計標高為H1時 填方大大超過挖方 則需要從場外大量取土回填 當設計標高為H2時 挖方大大超過填方 則需要向場外大量棄土 因此 在確定場地設計標高時 應結合現(xiàn)場的具體條件反復進行技術經(jīng)濟比較 選擇其中一個最優(yōu)的方案 其原則是 1 應滿足生產(chǎn)工藝和運輸?shù)囊?2 充分利用地形 分區(qū)或分臺階布置 分別確定不同的設計標高 3 使挖填平衡 土方量最少 4 要有一定泄水坡度 2 使能滿足排水要求 5 要考慮最高洪水位的影響 圖1 23場地不同設計標高的比較 如場地設計標高無其他特殊要求時 則可根據(jù)填挖土方量平衡的原則加以確定 即場地內(nèi)土方的絕對體積在平整前和平整后相等 其步驟如下 1 在地形圖上將施工區(qū)域劃分成邊長為10 50m的若干個方格網(wǎng) 圖1 24 2 確定各小方格角點的高程 其方法 可用水準儀測量 或根據(jù)地形圖上相鄰兩等高線的高程 用插入法求得 也可用一條透明紙帶 在上面畫6根等距離的平行線 把該透明紙帶放到標有方格網(wǎng)的地形圖上 將6根平行線的最外兩根分別對準A點和B點 這時6根等距離的平行線將A B之間的0 5m或1m 等高線的高差 分成五等分 于是便可直接讀得H13點的地面標高 如圖1 25所示 H13 251 70 圖1 24場地設計標高計算圖 3 按填挖方平衡確定設計標高H0 4 自然地面與設計標高平面的交線 零線 a 地形圖上劃分方格 b 設計標高示意圖 1 等高線 2 自然地面 3 設計標高平面 場地設計標高計算簡圖 式中 H0 場地設計標高的初步計算值 m a 方格邊長 m N 方格個數(shù) H11 H22 任一方格的四個角點的標高 因為場地平整前后 土方量相等 從圖1 24中可知 H11系一個方格的角點標高 H12和H21均系 兩個方格公共角點 它們分別在上式中要加一次 二次 四次 因此 上式直接可改寫成下列形式 2 場地設計標高H0的調(diào)整 原計劃所得的場地設計標高H0僅為一理論值 實際上 還需考慮以下因素進行調(diào)整 1 土的可松性影響 由于土具有可松性 一般填土會有多余 需相應地提高設計標高 設 h為土的可松性引起設計標高的增加值 則設計標高調(diào)整后的總挖方體積VW 應為 2 場內(nèi)挖方和填方的影響 由于場地內(nèi)大型基坑挖出的土方 修筑路堤填高的土方 以及從經(jīng)濟觀點出發(fā) 將部分挖方就近棄于場外 將部分填方就近取土于場