1、土木工程施工技術課件1-土方工程-場地平整土木工程施工技術課件1-土方工程-場地平整 學習要求:了解土木工程施工技術的研究方向； 掌握學習方法；熟悉施工中土的工程分類及分類依據；掌握土的可松性；熟悉原狀土壓實后的沉降量。 學習要求:1.1 概述1.1.1 土方工程的特點 1、內容 主要：場地平整； 坑、槽開挖； 土方填筑。 輔助：施工排、降水； 土壁支撐。 2、施工特點 （1）量大面廣； （2）勞動強度大，人力施工效率低、工期長； （3）施工條件復雜，受地質、水文、氣侯影響大，不確定因素多。1.1 概述1.1.1 土方工程的特點 3、施工設計應注意 （1）摸清施工條件，選擇合理的施工方案與機械

2、； （2）合理調配土方，使總施工量最少； （3）合理組織機械施工，以發揮最高效率； （4）作好道路、排水、降水、土壁支撐等準備及輔助工作； （5）合理安排施工計劃，避開冬、雨季施工； （6）制定合理可行的措施，保證工程質量和安全。 3、施工設計應注意1.1.2 土的工程分類土的分類土的級別土的名稱開挖方法及工具一類土松軟土I砂土、粉土、沖積砂土層、疏松的種植土、淤泥（泥炭）用鍬、鋤頭挖掘，少許用腳蹬二類土普通土II粉質粘土；潮濕的黃土；夾有碎石、卵石的砂；種植土、填土用鍬、鋤頭挖掘，少許用鎬翻松三類土堅土III軟及中等密實粘土；重粉質粘土、礫石土；干黃土、含有碎石卵石的黃土、粉質粘土；壓實的填

3、土主要用鎬，少許用鍬、鋤頭挖掘，部分用撬棍四類土砂礫堅土IV堅硬密實的粘性土或黃土；含碎石卵石的中等密實的粘性土或黃土；粗卵石；天然級配砂石；軟泥灰巖整個先用鎬、撬棍，后用鍬挖掘，部分用楔子及大錘1.1.2 土的工程分類土的級別土的名稱開挖方法及工具一類土五類土軟石VVI硬質粘土；中密的頁巖、泥灰巖、白奎土；膠結不緊的礫巖；軟石灰及貝殼石灰石用鎬或撬棍、大錘挖掘，部分使用爆破方法六類土次堅石VIIIX泥巖、砂巖、礫巖；堅實的頁巖、泥灰巖，密實的石灰巖；風化花崗巖、片麻巖及正長巖用爆破方法開挖，部分用風鎬七類土堅石XXIII大理石；輝綠巖；粉巖；粗、中?；◢弾r；堅實的白云巖、砂巖、礫巖、片麻巖、

4、石灰巖；微風化安山巖；玄武巖用爆破方法開挖八類土特堅石XIVXVI安山巖；玄武巖；花崗片麻巖；堅實的細?；◢弾r、石英巖、輝長巖、粉巖、角閃巖用爆破方法開挖五類土VVI六類土VIIIX泥巖、砂巖、礫巖；堅實的頁巖1.1.2 土的工程分類按開挖的難易程度分為八類 一類土（松軟土） 二類土（普通土) 三類土（堅土） 四類土（砂礫堅土） 機械或人工直接開挖 五類土（軟石） 六類土（次堅石） 七類土（堅石） 八類土（特堅石）爆破開挖1.1.2 土的工程分類按開挖的難易程度分為八類機械或人 1、土的可松性：自然狀態下的土經開挖后，體積因松散而增加，以后雖經回填壓實，仍不能恢復。 V1 土在自然狀態下的體積

5、。 m3V2 土經開挖后松散狀態下的體積。 m3V3 土經回填壓實后的體積。 m3 最初可松性系數 1.081.5 最后可松性系數 1.011.3 用途： KS：可估算裝運車輛和挖土機械 KS ：可估算填方所需挖土的數量V1V2V2 V1V2V3 V1V31.1.3 土的工程性質 1、土的可松性：自然狀態下的土經開挖后，體積案例 1208m3某基坑208m3 ，現需回填，用2m3 的裝載車從附近運土，問需要多少車次的土？ （ KS=1.20 ， KS=1.04 ）答：填方用土： V1 = V3/ KS=208/1.04=200m3（原狀土） V2 = KS V1 =1.02*200=240m3

6、（松散土） 2m3 的裝載車運土需要車次： n=240/2=120車次案例 1208m3某基坑208m3 ，現需回填，用2m3 的2、原狀土經機械壓實后的沉降量 經驗公式：S=P/C S原狀土經機械壓實后的沉降量(cm) P機械壓實的有效作用力(kg/cm2) C原狀土的抗陷系數(kg/cm3),按表取值2、原狀土經機械壓實后的沉降量3、土的滲透性土體被水透過的性質，用滲透系數 K 表示。K的意義：水力坡度（I=h/L）為1時，單位時間內水穿透土體的速度（V=KI） LhK的單位：m / d粘土 0.1，粗砂5075，卵石100200 用途：降低水位;回填。3、土的滲透性土體被水透過的性質，用

7、滲透系數 K 表示。L4.土的天然密度： 在天然狀態下，單位體積土的重量。它與土的密實程度和含水量有關。土的天然密度按下式計算： 式中:土的天然容重,t/m3； m 土的天然重量t；V 土的體積,m3.干密度: 土的固體顆粒重量與總體積的比值.用下式表示： 式中 rd土的天然容重,t/m3； ms 土的總重量t；V 土的體積,m3.在一定程度上,土的干密度反映了土的顆粒排列緊密程度.土的干密度愈大,表示土愈密實.土的密實程度主要通過檢驗填方土的干密度和含水量來控制.1.6t/m34.土的天然密度： 在天然狀態下，單位體積土的重量。5.土的天然含水量土的含水量：土中水的重量與固體顆粒重量之比的百

8、分率 式中：gw 土中水的重量,t； gS 固體顆粒的重量,t.土的含水量隨氣候條件、雨雪和地下水的影響而變化，對土方邊坡的穩定性及填方密實程度有直接的影響.對工程施工的影響：土方開挖的難易程度，開挖機械的選擇、地基處理的方法、夯實填土的質量最佳含水量（砂土812%；亞砂土915%；亞粘土1215%；粘土1923%）；行車（2530%陷車）、邊坡穩定 開挖、行車（2530%陷車）、邊坡穩定 最佳含水量可使填土獲得最大密實度的含水量。 （擊實試驗、手握經驗確定）5.土的天然含水量 開挖、行車（2530%陷車）、邊坡1.2 場地平整 場地豎向規劃設計 場地平整土方量計算 土方調配 場地平整土方機械

9、及其施工1.2 場地平整 場地豎向規劃設計1.2.1 場地的豎向規劃設計確定場地設計標高考慮的因素： (1) 滿足生產工藝和運輸的要求； (2) 盡量利用地形，減少挖填方數量； (3)爭取在場區內挖填平衡，降低運輸費; (4)有一定泄水坡度，滿足排水要求。場地設計標高一般在設計文件上規定，如無規定： (1)小型場地挖填平衡法 (2)大型場地最佳平面設計法（用最小二乘法，使挖填平衡且總土方量最?。?.2.1 場地的豎向規劃設計確定場地設計標高考慮的因素： aaaaaaH11H12H21H221、初步計算場地設計標高 H0 方法：將場地劃分為每格邊長1040m的方格網，找出每個方格各個角點的地面標

10、高（實測法、等高線插入法） 。原則：場地內挖填方平衡，平整前后土方量相等。aaaaaaH11H12H21H221、初步計算場地設計標高初步計算場地設計標高H0H11H12H21H22 H0=（H11+H12+H21+H22）/4M H11、 H12、 H21、 H22 一個方格各角點的自然地面標高 M 方格個數?；颍篐0=（H1+2H2+3H3+4H4）/4M H1一個方格所僅有角點的標高； H2、H3、H4分別為兩個、三個、四個方格共用角點的標高。初步計算場地設計標高H0H11H12H21H22 H0=【案例2】某建筑場地方格網、地面標高如圖,格邊長a=20m。泄水坡度 ix =2，iy=3

11、，不考慮土的可松性的影響，確定方格各角點的設計標高和施工高度。 答：（1）初步計算場地的設計標高H0 H0=（H1+2H2+3H3+4H4）/4M =70.09+71.43+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【案例2】某建筑場地方格網、地面標高如圖,格邊長a=20m。 2、場地設計標高的調整 ( H0 ) 土具有可松性，必要時應相應的提高H0挖方量填方量h受局部填挖的影響溝渠經過經濟比較后，認為就近借土或棄土一部分更合理案例2 答： (2)不考慮土的可松性 H0 =

12、 H0=70.29m 2、場地設計標高的調整 ( H0 )土具有可松性，必要時 3、根據要求的泄水坡度計算方格網各角點的設計標高 Hn 單向排水時:HH0li 雙向排水時，各方格角點設計標高Hn為：以場地中心點為H0 Hn = H0 Lx ix L yi y按要求的泄水坡度調整各角點設計標高Hn ：LyLxixiyH0Hn 3、根據要求的泄水坡度計算方格網各角點的設計標高 Hn 70.09（3）按泄水坡度調整設計標高Hn ：Hn = H0 Lx ix L yi y 70.3270.3670.4070.4470.2670.3070.3470.3870.2070.2470.2870.3270.14

13、70.1870.2270.26 H070.29H2 =70.29102+303=70.36 H3 =70.29+102+303=70.40H1 =70.29302+303=70.32其它見圖案例270.09（3）按泄水坡度調整設計標高Hn ：Hn = 4、計算場地各角點施工高度 hn 施工高度 指各角點挖方或填方的高度，它等于各角點的實際設計標高和原地形標高之差。hn= Hn Hn hn 施工高度，填挖Hn 設計標高Hn 原地形標高4、計算場地各角點施工高度 hn 施工高度 指各角點挖方或70.3270.3670.4070.4470.2670.3070.3470.3870.2070.2470.

14、2870.3270.1470.1870.2270.2670.09案例 2 （ 4）計算各方格角點的施工高度 hn hn= Hn Hn 即：hn=該角點的設計標高 自然地面標高（m）h1 =70.3270.09 =0.23 （m）；正值為填方高度。+0.23-0.04-0.55-0.99+0.55+0.13-0.36-0.84+0.83+0.43-0.10-0.63+1.04+0.56+0.02-0.44h2 =70.36 70.40 =0.04 （m）；負值為挖方高度70.3270.3670.4070.4470.2670.305、確定零線（挖填分界線） 零線 在一個方格網內同時有填方或挖方時，

15、應先算出方格網邊上的零點的位置，并標注于方格網上，連接零點即得填方區與挖方區的分界線（即零線）。不填不挖點的連線，是挖方區和填方區的分界線。 方法：插入法、比例法找零點 ijhihjXi-jaXi-j=a hihi+ hj施工高度絕對值代入5、確定零線（挖填分界線）ijhihjXi-jaXi-j=a70.3270.3670.4070.4470.2670.3070.3470.3870.2070.2470.2870.3270.1470.1870.2270.26+0.23-0.04-0.55-0.99+0.55+0.13-0.36-0.84+0.83+0.43-0.10-0.63+1.04+0.56

16、+0.02-0.4470.09案例2 ： （ 5 ） 確定零線（挖填分界線） 0 0Xi-j=a hihi+ hjX1-2=20 *0.230.23+ 0.04= a h1h1+ h2= 17.04m70.3270.3670.4070.4470.2670.301. 四角棱柱體法 （1）方格四個角點全挖或全填： 1.2.2 場地平整土方量的計算h1 h4 方格角點施工高度的絕對值;a 方格網一個方格的邊長；V挖（填）挖方或填方的體積（m3）。V挖（填）= ( h1+h2+h3+h4 )a24分別按方格求出挖、填方量，再求場地總挖方量、總填方量。h1h2h3h41. 四角棱柱體法1.2.2 場地平

17、整土方量的計算h1 h挖（填） 方格角點挖或填施工高度絕對值之和； h 方格四個角點施工高度絕對值總和。（2）方格四個角點有填有挖a2 h挖（填） 24 hV挖（填） =h1h2h3h4h挖（填） 方格角點挖或填施工高度絕對值之和；（2）方2. 三角棱柱體法（公式見教材）2. 三角棱柱體法（公式見教材）當三角形三個角點全部為挖或全部為填時：當三角形三個角點有填有挖時：當三角形三個角點全部為挖或全部為填時：當三角形三個角點有填有1.2.3 土方調配在施工區域內，挖方、填方或借、棄土的綜合協調。土方調配的目的土方調配的原則土方調配圖的編制步驟用線性規劃的表上作業法進行土方調配 1.2.3 土方調配

18、在施工區域內，挖方、填方或借、棄土的綜合1. 土方調配的目的總運輸量最小（成本最低），縮短工期和降低成本。合理確定調配方向和數量1. 土方調配的目的總運輸量最小（成本最低），合理確定2. 土方調配的原則力求挖填平衡，運量最小合理劃分調配區:應考慮近期施工與后期施工利用應考慮分區和全場相結合盡可能與大型地下建筑物的施工相結合 一期 先平整 余土欠土二期數量，堆放位置TW天然地基2. 土方調配的原則力求挖填平衡，運量最小 一期 余土欠土3.土方調配圖的編制步驟（1）劃分調配區 注意： 1）與建筑物、開工順序協調； 2）大小滿足主導施工機械的技術要求； 3）與方格網協調，便于確定土方量； 4）借、棄

19、土區作為獨立調配區。 （2）求出各挖、填方區間的平均運距 即每對調配區土方重心間的距離, 可近似以幾何形心代替土方體積重心 ，在圖上將重心連起來，用比例尺量出來。 （3）進行土方調配： 線性規劃法 （4）畫出土方調配圖： 在圖上標出各調配區的調配方向、數量及平均運距。 （5）列出土方調配平衡表3.土方調配圖的編制步驟（1）劃分調配區 土方調配平衡表及運距表1900500600800填方量（m3）4004010080W45007011060W3500904070W25001007050W1挖方量（m3）T3T2T1填方區挖方區土方調配平衡表及運距表1900500600800填方量（4. 用線性規

20、劃的表上作業法進行土方調配1900500600800填方量（m3）40040 x43100 x4280 x41W450070 x33110 x3260 x31W350090 x2340 x2270 x21W2500100 x1370 x1250 x11W1挖方量（m3）T3T2T1填方區挖方區4. 用線性規劃的表上作業法進行土方調配1900500600(1) 列出土方平衡-運距表1900500600800填方量（m3）4004010080W45007011060W3500904070W25001007050W1挖方量（m3）T3T2T1填方區挖方區(1) 列出土方平衡-運距表190050060

21、0800填方量（2）用最小元素法求初始調配方案最小元素法 即對運距（或單價）最小的一對挖填分區，優先地最大限度地供應土方量，滿足該分區后，以此類推，直至所有的挖方分區土方量全部分完為止。1900500600800填方量（m3）4004010080W45007011060W3500904070W25001007050W1挖方量（m3）T3T2T1填方區挖方區400500500300100100（2）用最小元素法求初始調配方案最小元素法 即對運距（或（3）判斷調配方案是否最優用矩陣法求假想運距：將有土方量的運距填入表中，利用矩形對角線角點之和相等的原則，求出未知的假想運距。190050060080

22、0填方量（m3）4004010080W45007011060W3500904070W25001007050W1挖方量（m3）T3T2T1填方區挖方區4005005003001001005040601107040-101008006030（3）判斷調配方案是否最優用矩陣法求假想運距：將有土方量的運（3）判斷調配方案是否最優求檢驗數ij ： ij=運距cij 假想運距cij， 全部ij 0 ，方案最優；若有ij 0，非優，需調整。1900500600800填方量（m3）4004010080W45007011060W3500904070W25001007050W1挖方量（m3）T3T2T1填方區挖方

23、區4005005003001001005040601107040-101008006030+（3）判斷調配方案是否最優求檢驗數ij ： ij=運距c（4）對非優方案進行調整（閉回路法）閉回路法 從負數方格出發，沿水平或垂直方向前進，遇到有土方量的方格可轉90度角再前進，如此轉彎和前進，必將能回到原位置，形成折線形閉回路。1900500600800填方量（m3）4004010080W45007011060W3500904070W25001007050W1挖方量（m3）T3T2T1填方區挖方區4005005003001001005040601107040-101008006030+（4）對非優方案

24、進行調整（閉回路法）閉回路法 從負數方（4）對非優方案進行調整（閉回路法）調整土方量：從奇數轉角點格子中，找一個土方量最小的格子，將此格子變為零，并以此為調整值，奇數角點的土方量減去該值，歐數角點的土方量加上該值，形成一個新的調配方案。1900500600800填方量（m3）4004010080W45007011060W3500904070W25001007050W1挖方量（m3）T3T2T1填方區挖方區4005005003001001005040601107040-101008006030+100 0400400（4）對非優方案進行調整（閉回路法）調整土方量：從奇數轉角點（5）判斷新方案是否

25、最優重復第三步步驟，若不是最優，繼續調整，直至最優。1900500600800填方量（m3）4004010080W45007011060W3500904070W25001007010050W1挖方量（m3）T3T2T1填方區挖方區400500400400100504060704070208030605030+由于所有的檢驗數 ij 0，故該方案已為最優方案。（5）判斷新方案是否最優重復第三步步驟，若不是最優，繼續調整（6）繪出土方調配圖最優方案的總運輸量 = 400501007050040400601007040040= 94000m3-m 。初始方案的總運輸量 = 5005050040300

26、601001101007040040= 97000m3-m 。（6）繪出土方調配圖最優方案的總運輸量 1.2.4 場地平整土方機械及其施工1. 推土機T2-100型液壓操縱推土機適用于： （1）平整場地：經濟運距在100m內（效率最高60m），一三類土的挖運，壓實； （2）坑槽開挖：深度在1.5m內、一三類土； （3）回填土方。1.2.4 場地平整土方機械及其施工1. 推土機T2-100并列推土法并列推土法下坡推土法下坡推土法槽形推土法槽形推土法斜角推送法作業斜角推送法作業分堆集中，一次推送法分堆集中，一次推送法跨鏟法作業示意圖A鏟刀寬；B不大于拖拉機履帶凈寬溝槽土埂跨鏟法作業示意圖A鏟刀寬；B不大于拖拉機履帶凈寬溝槽土埂2、鏟運機：自行式、拖式特點：能綜合完成挖、裝、運、卸、平土的機械。適用于：運距60800m、坡度20度以內的一二類土的大 型場地平整或大型基坑開挖、堤壩填筑等2、鏟運機：自行式、拖式特點：能綜合完成挖、裝、運、卸、平土鏟運機開行路線示意圖（b）“ 8 ”字形路