土木工程施工.doc

此文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系網(wǎng)站刪除土木工程施工 第一章 土方工程1.1 概述預(yù)備知識(shí)：1.流體力學(xué)-流線網(wǎng)； 2. 土力學(xué)-土壓力、土的滲透性； 3. 抽水設(shè)備(井泵)的揚(yáng)程及揚(yáng)程與真空度的關(guān)系。教學(xué)要求：1. 土方工程的特點(diǎn)；2. 熟悉施工中土的工程分類及分類依據(jù)； 2. 掌握土的可松性； 3. 熟悉原狀土壓實(shí)后的沉降量 。 你問(wèn)我答：1.工程中常見(jiàn)的土方工程有哪些？2.土方工程由那些種類？3.施工中土方一般是按照什么來(lái)分類？4.施工中分成哪八類土？如何區(qū)分？ 5.土有哪些主要的工程性質(zhì)？6.什么是土的可松性？7.什么場(chǎng)合要考慮土的可松性?8.原狀土經(jīng)機(jī)械壓實(shí)后的沉降量如何計(jì)算？1.1 概述引言：土方工程包括一切土的挖掘、填筑和運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程以及排水、降水、土壁支撐等準(zhǔn)備工作和輔助工程。在土木工程中，最常見(jiàn)的土方工程有：場(chǎng)地平整、基坑（槽）開(kāi)挖、地坪填土、路基填筑及基坑回填土等。土方施工的特點(diǎn)土方工程施工往往具有工程量大、勞動(dòng)繁重和施工條件復(fù)雜等特點(diǎn)；土方工程施工又受氣候、水文、地質(zhì)、地下障礙等因素的影響較大，不可確定的因素也較多，有時(shí)施工條件極為復(fù)雜。施工中土方分類方法松軟土：其開(kāi)挖方法用鍬、鋤頭挖掘。普通土：一般用鍬、鋤頭挖掘，少許用鎬翻松后開(kāi)挖。堅(jiān)土：主要用鎬，少許用鍬、鋤頭開(kāi)挖，部分須用撬棍。沙礫堅(jiān)土：其開(kāi)挖一般先用鎬、撬棍，然后用鍬挖掘，部分須用鍥子及大錘。軟石：須用鎬或撬棍、大錘，部分用爆破方法開(kāi)挖。次堅(jiān)石：須用爆破方法開(kāi)挖，部分用風(fēng)鎬。 堅(jiān)石、：須用爆破方法進(jìn)行開(kāi)挖。特堅(jiān)石：須用爆破方法進(jìn)行開(kāi)挖。土的工程性質(zhì)：對(duì)土方工程施工有直接影響，也是進(jìn)行土方施工設(shè)計(jì)必須掌握的基本資料。土的主要工程性質(zhì)有：土的可松性、滲透性、密實(shí)度、抗剪強(qiáng)度、土壓力等。1.土的可松性土具有可松性即自然狀態(tài)下的土，經(jīng)過(guò)開(kāi)挖后，其體積因松散而增大，以后雖經(jīng)回填壓實(shí)，仍不能恢復(fù)。土的可松性程度用可松性系數(shù)表示，即 （1-1） 式中 最初可松性系數(shù)； 最終可松性系數(shù)； V1 土在天然狀態(tài)下的體積，m3； V2 土經(jīng)開(kāi)挖后的松散體積，m3； V3 土經(jīng)回填壓實(shí)后的體積，m3。由于土方工程量是以自然狀態(tài)的體積來(lái)計(jì)算的，所以在土方調(diào)配、計(jì)算土方機(jī)械生產(chǎn)率及運(yùn)輸工具數(shù)量等的時(shí)候，必須考慮土的可松性。如：在土方工程中， 是計(jì)算土方施工機(jī)械及運(yùn)土車輛等的重要參數(shù)， 是計(jì)算場(chǎng)地平整標(biāo)高及填方時(shí)所需挖土量等的重要參數(shù)。各類土的可松性系數(shù)見(jiàn)表1-1。土的可松性系數(shù) 表1-1土的類別可松性系數(shù) KsKs第一類（松軟土）1.081.171.011.04第二類（普通土）1.141.281.021.05第三類（堅(jiān)土）1.241.301.041.07第四類（礫砂堅(jiān)土）1.261.371.061.09第五類（軟石）1.301.451.101.20第六類（次堅(jiān)石）1.301.451.101.20第七類（堅(jiān)石）1.301.451.101.20第八類（特堅(jiān)石）1.451.501.201.302.土的滲透性土的滲透性是指土體被水透過(guò)的性質(zhì)。土體孔隙中的自由水在重力作用下會(huì)發(fā)生流動(dòng)，當(dāng)基坑開(kāi)挖至地下水位以下，地下水在土中滲透時(shí)受到土顆粒的阻力，其大小與土的滲透性及地下水滲流路線長(zhǎng)短有關(guān)。法國(guó)學(xué)者達(dá)西根據(jù)下圖中所示的砂土滲透試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)滲流速度( V )與水力坡度成正比，即： 水力坡度斜是 A、B 兩點(diǎn)的水位差斜體與滲流路程長(zhǎng)度斜體之比，即斜體。顯然，滲流速度斜體與 A、B 兩點(diǎn)水位差成正比，與滲流路程長(zhǎng)度 L 成反比。比例系數(shù) K 稱土的滲透系數(shù)(m/d)。水力坡度斜是 A、B 兩點(diǎn)的水位差斜體與滲流路程長(zhǎng)度斜體之比，即斜體。顯然，滲流速度斜體與 A、B 兩點(diǎn)水位差成正比，與滲流路程長(zhǎng)度 L 成反比。比例系數(shù) K 稱土的滲透系數(shù)(m/d)。 土的滲透系數(shù) K 應(yīng)經(jīng)試驗(yàn)確定，下表的數(shù)值可供參考。 土壤滲透系數(shù) 土壤的種類 斜體 m/d 土壤的種類 斜體 m/d 亞粘土、粘土 亞粘土 含亞粘土的粉砂 純粉砂 含粘土的細(xì)砂 0.1 0.1 0.5 0.5 1.0 1.5 5.0 10 15 含粘土的中磚及純細(xì)砂 含粘土的細(xì)砂及純中砂 純粗砂 粗砂夾礫石 礫 石 20 25 35 50 50 75 50 100 100 200 3.土的抗剪強(qiáng)度4.土壓力土的含水量 土中水的質(zhì)量與土的固體顆粒質(zhì)量之比的百分率，稱為土的含水量()。它表示土的干濕程度。 式中： 土中水的質(zhì)量(g)，為含水狀態(tài)時(shí)土的質(zhì)量與烘干后的土質(zhì)量之差； W 土中固體顆粒的質(zhì)量(g)，為烘干后土的質(zhì)量。 土的含水量對(duì)土方邊坡穩(wěn)定性及填土壓實(shí)的質(zhì)量都有影響。 1.2 場(chǎng)地標(biāo)高設(shè)計(jì)預(yù)備知識(shí)：最小二乘法； 2. 空間平面方程表示法。教學(xué)要求：1. 熟悉場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高確定中的有關(guān)概念，如“權(quán)”、“施工高度”、“泄水坡度”等；2. 熟悉場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高確定的一般方法； 3. 掌握最小二乘法原理求最佳設(shè)計(jì)平面 ；4. 熟悉工程中對(duì)設(shè)計(jì)平面的調(diào)整的方法。你問(wèn)我答：1.工程中場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高一般要求滿足哪些要求?2.場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高確定有哪些方法?3.場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高的一般方法設(shè)計(jì)原理是什么?4.用“一般方法”如何計(jì)算場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高?5.施工高度的含義是什么?如何確定?6.什么是最佳設(shè)計(jì)平面?7.“最佳設(shè)計(jì)平面”設(shè)計(jì)原理是什么?8.“最佳設(shè)計(jì)平面”如何計(jì)算?9. 設(shè)計(jì)標(biāo)高如何進(jìn)行調(diào)整?引言：設(shè)計(jì)標(biāo)高基本要求大型工程項(xiàng)目通常都要確定場(chǎng)地設(shè)計(jì)平面，進(jìn)行場(chǎng)地平整。場(chǎng)地平整就是將自然地面改造成人們所要求的平面。場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高應(yīng)滿足規(guī)劃、生產(chǎn)工藝及運(yùn)輸、排水及最高洪水水位等要求，并力求使場(chǎng)地內(nèi)土方挖填平衡且土方量最小。 場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高的設(shè)計(jì)方法：場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高確定一般有兩種方法： 按挖填平衡原則確定設(shè)計(jì)標(biāo)高。如場(chǎng)地高差起伏不大，對(duì)場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高無(wú)特殊要求，可按照挖填土方量相等的原則確定場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高；用最小二乘法原理求最佳設(shè)計(jì)平面。應(yīng)用最小二乘法的原理，不僅可滿足土方挖填平衡的要求，還可做到土方的總工程量最小，實(shí)現(xiàn)場(chǎng)地設(shè)計(jì)平面的最優(yōu)化。 挖填平衡法設(shè)計(jì)原理：將場(chǎng)地劃分成邊長(zhǎng)為a的若干方格，并將方格網(wǎng)角點(diǎn)的原地形標(biāo)高標(biāo)在圖上（圖1-1）。原地形標(biāo)高可利用等高線用插入法求得或在實(shí)地測(cè)量得到。 a） 地形圖方格網(wǎng)；b）設(shè)計(jì)標(biāo)高示意圖圖1-1 場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高計(jì)算示意圖按照挖填土方量相等的原則（圖1-1），場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高可按下式計(jì)算：即 （1-2）式中 zo所計(jì)算場(chǎng)地的設(shè)計(jì)標(biāo)高，m； n 方格數(shù)；zi1, zi2, zi3, zi4第i個(gè)方格四個(gè)角點(diǎn)的原地形標(biāo)高，m。設(shè)計(jì)方案：由圖1-1可見(jiàn)，11號(hào)角點(diǎn)為一個(gè)方格獨(dú)有，而12，13，21，24號(hào)角點(diǎn)為兩個(gè)方格共有，22，23，32，33號(hào)角點(diǎn)則為四個(gè)方格所共有，在用式（1-2）計(jì)算z0的過(guò)程中類似11號(hào)角點(diǎn)的標(biāo)高僅加一次，類似12號(hào)角點(diǎn)的標(biāo)高加兩次，類似22號(hào)角點(diǎn)的標(biāo)高則加四次，這種在計(jì)算過(guò)程中被應(yīng)用的次數(shù)Pi，反映了各角點(diǎn)標(biāo)高對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響程度，測(cè)量上的術(shù)語(yǔ)稱為“權(quán)”?？紤]各角點(diǎn)標(biāo)高的“權(quán)”，式（1-2）可改寫(xiě)成更便于計(jì)算的形式： （1-3）式中 z1個(gè)方格獨(dú)有的角點(diǎn)標(biāo)高； z2，z3，z4分別為二、三、四個(gè)方格所共有的角點(diǎn)標(biāo)高。設(shè)計(jì)標(biāo)高的調(diào)整主要是泄水坡度的調(diào)整，由于按式（1-3）得到的設(shè)計(jì)平面為一水平的、挖填平衡的場(chǎng)地，而實(shí)際場(chǎng)地往往須有一定的泄水坡度。因此，應(yīng)根據(jù)泄水要求計(jì)算出實(shí)際施工時(shí)所采用的設(shè)計(jì)標(biāo)高。以zo作為場(chǎng)地中心的標(biāo)高（圖1-2），則場(chǎng)地任意點(diǎn)的設(shè)計(jì)標(biāo)高為 （1-4）式中 是考慮泄水坡度的角點(diǎn)設(shè)計(jì)標(biāo)高。圖1-2 場(chǎng)地泄水坡度求得 后，即可按下式計(jì)算各角點(diǎn)的施工高度Hi，施工高度的含義是該角點(diǎn)的設(shè)計(jì)標(biāo)高與原地形標(biāo)高的差值： （1-5）式中的 是 角點(diǎn)的原地形標(biāo)高。若Hi為正值，則該點(diǎn)為填方，Hi為負(fù)值則為挖方。設(shè)計(jì)步驟：設(shè)計(jì)標(biāo)高確定的一般方法是按如下步驟計(jì)算的： 劃分場(chǎng)地方格網(wǎng)； 計(jì)算或?qū)崪y(cè)各角點(diǎn)的原地形標(biāo)高； 計(jì)算場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高； 泄水坡度調(diào)整。 最佳設(shè)計(jì)平面設(shè)計(jì)原理我們知道，任何一個(gè)平面在直角坐標(biāo)體系中都可以用三個(gè)參數(shù)c， ， 來(lái)確定（圖1-3）。在這個(gè)平面上任何一點(diǎn) 的標(biāo)高 ，可以根據(jù)下式求出： （1-6）式中 點(diǎn)在x方向的坐標(biāo)； 點(diǎn)在y方向的坐標(biāo)。與前述方法類似，將場(chǎng)地劃分成方格網(wǎng)，并將原地形標(biāo)高zi標(biāo)于圖上，設(shè)最佳設(shè)計(jì)平面的方程為式（1-6）形式，則該場(chǎng)地方格網(wǎng)角點(diǎn)的施工高度為 （1-7）式中 Hi方格網(wǎng)各角點(diǎn)的施工高度； 方格網(wǎng)各角點(diǎn)的設(shè)計(jì)平面標(biāo)高； 方格網(wǎng)各角點(diǎn)的原地形標(biāo)高； n方格角點(diǎn)總數(shù)。 圖1-3 一個(gè)平面的空間位置c原點(diǎn)標(biāo)高； =tan= ，x方向的坡度； =tan= ，y方向的坡度由土方量計(jì)算公式（1-12）到式（1-17）可知，施工高度之和與土方工程量成正比。由于施工高度有正有負(fù)，當(dāng)施工高度之和為零時(shí)，則表明該場(chǎng)地土方的填挖平衡，但它不能反映出填方和挖方的絕對(duì)值之和為多少。為了不使施工高度正負(fù)相互抵消，若把施工高度平方之后再相加，則其總和能反映土方工程填挖方絕對(duì)值之和的大 小。但要注意，在計(jì)算施工高度總和時(shí)，應(yīng)考慮方格網(wǎng)各點(diǎn)施工高度在計(jì)算土方量時(shí)被應(yīng)用的次數(shù)Pi，令 為土方施工高度之平方和，則: （1-8）將式（1-7）代入上式，得當(dāng)?shù)闹底钚r(shí)，該設(shè)計(jì)平面既能使土方工程量最小，又能保證填挖方量相等（填挖方不平衡時(shí)，上式所得數(shù)值不可能最?。?。這就是用最小二乘法求最佳設(shè)計(jì)平面的方法。為了求得最小時(shí)的設(shè)計(jì)平面參數(shù)c， ， ，可以對(duì)式（1-8）的c， ， 分別求偏導(dǎo)數(shù)，并令其為0，于是得:（1-9）經(jīng)過(guò)整理，可得下列準(zhǔn)則方程： （1-10） 式中 余類推。解聯(lián)立方程組（1-10），可求得最佳設(shè)計(jì)平面（此時(shí)尚未考慮工藝、運(yùn)輸?shù)纫螅┑娜齻€(gè)參數(shù)c， ， 。然后即可根據(jù)方程式（1-7）算出各角點(diǎn)的施工高度。設(shè)計(jì)方案：1. 設(shè)計(jì)步驟當(dāng)?shù)匦伪容^復(fù)雜時(shí)，一般需設(shè)計(jì)成多平面場(chǎng)地，此時(shí)可根據(jù)工藝要求和地形特點(diǎn)，預(yù)先把場(chǎng)地劃分成幾個(gè)平面，分別計(jì)算出最佳設(shè)計(jì)單平面的各個(gè)參數(shù)。然后適當(dāng)修正各設(shè)計(jì)單平面交界處的標(biāo)高，使場(chǎng)地各單平面之間的變化平緩且連續(xù)。因此，確定單平面的最佳設(shè)計(jì)平面是豎向規(guī)劃設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。 2.設(shè)計(jì)用表在實(shí)際計(jì)算時(shí)，可采用列表方法（表1-2）。最后一列的和PH可用于檢驗(yàn)計(jì)算結(jié)果，當(dāng)PH=0，則計(jì)算無(wú)誤。應(yīng)用上述準(zhǔn)則方程時(shí)，若已知c或 ， 或 時(shí)，只要把這些已知值作為常數(shù)代入，即可求得該條件下的最佳設(shè)計(jì)平面，但它與無(wú)任何限制條件下求得的最佳設(shè)計(jì)平面相比，其總土方量一般要比后者大。例如要求場(chǎng)地為水平面（即 = =0）則由式（1-10）中的第一式可得式（1-11），按式（1-11）計(jì)算的c就是場(chǎng)地為水平面時(shí)的設(shè)計(jì)標(biāo)高。將式（1-11）與式（1-3）比較，它與 完全相同，說(shuō)明按式（1-3）方法所得的場(chǎng)地設(shè)計(jì)平面，僅是在場(chǎng)地為水平面條件下的最佳設(shè)計(jì)平面，顯然，它不能保證在一般情況下總的土方量最小。（1-11）例1-2 對(duì)例1-1的矩形廣場(chǎng)試用四方棱柱體法確定其最佳設(shè)計(jì)平面各方格頂點(diǎn)的施工高度。解 首先確定場(chǎng)區(qū)的坐標(biāo)及方格網(wǎng)1010m各頂點(diǎn)的標(biāo)高及P值。接下來(lái)計(jì)算準(zhǔn)則方程的系數(shù)，為便于計(jì)算可用表的形式進(jìn)行。例1-2表中第1列為點(diǎn)號(hào)，第2、3、4列為各角點(diǎn)的坐標(biāo)，第5列為各頂點(diǎn)的P值。為了便于計(jì)算，所有的P值都乘以0.25。從第6列起至第13列止為系數(shù)的運(yùn)算部分，將系數(shù)的總和寫(xiě)在表中的最下一行中。 計(jì)算后，系數(shù)總和值代入準(zhǔn)則方程組16c+320ix+320iy-142.4960320c+8800ix+6400iy-2891.4700320c+6400ix+8800iy-2907.2400聯(lián)解方程組求得設(shè)計(jì)平面的三個(gè)參數(shù)為： c+8.082080；ix+0.0173125；iy+0.0238833。將這三個(gè)參數(shù)代入公式（1-7），即可求出各方格頂點(diǎn)的施工高度，即： H8.082080+0.0173125xi+0.0238833yi-zi最后進(jìn)行檢查，將第5列的P值和第14列的H相乘所得數(shù)字填在表的第15列內(nèi)。PH=0，說(shuō)明整個(gè)計(jì)算過(guò)程無(wú)誤。設(shè)計(jì)標(biāo)高調(diào)整實(shí)際工程中，對(duì)計(jì)算所得的設(shè)計(jì)標(biāo)高，還應(yīng)考慮下述因素進(jìn)行調(diào)整，此工作在完成土方量計(jì)算后進(jìn)行： 考慮土的最終可松性，需相應(yīng)提高設(shè)計(jì)標(biāo)高，以達(dá)到土方量的實(shí)際平衡。 考慮工程余土或工程用土，相應(yīng)提高或降低設(shè)計(jì)標(biāo)高。 根據(jù)經(jīng)濟(jì)比較結(jié)果，如采用場(chǎng)外取土或棄土的施工方案，則應(yīng)考慮因此引起的土方量的變化，需將設(shè)計(jì)標(biāo)高進(jìn)行調(diào)整。 場(chǎng)地設(shè)計(jì)平面的調(diào)整工作也是繁重的，如修改設(shè)計(jì)標(biāo)高，則須重新計(jì)算土方工程量。 例 1-3 某場(chǎng)地最佳設(shè)計(jì)平面計(jì)算標(biāo)高為 H 0 ，已知挖方量 V W ，挖方區(qū)面積 F W ，填方區(qū)面積 F T ，土的最初可松性系數(shù) K S ，最終可松性系數(shù) K S 。如考慮土的可松性（不計(jì)設(shè)計(jì)標(biāo)高調(diào)整后 F W ， F T 的變化），該設(shè)計(jì)標(biāo)高應(yīng)提高多少 ? 解： 例 1-3 圖 設(shè)計(jì)標(biāo)高提高后，仍應(yīng)使土方挖填平衡，根據(jù)例 1-3 圖，設(shè)計(jì)標(biāo)高應(yīng)提高 H ，故可得到： K S （ V W HF W ） = V T + HF T 因?yàn)?，最佳設(shè)計(jì)平面的土方挖填平衡，因此有 V W = V T ， 則 1.3 土方工程量的計(jì)算預(yù)備知識(shí)：1. 立體幾何有關(guān)幾何體體積計(jì)算公式。 2. 前面有關(guān)內(nèi)容： 土的可松性；場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高；場(chǎng)地方格網(wǎng)；角點(diǎn)施工高度。教學(xué)要求：1. 掌握擬柱體法確定基坑槽土方量； 2. 掌握四方棱柱體法計(jì)算場(chǎng)地平整土方量的方法； 3. 掌握三角棱柱體法計(jì)算場(chǎng)地平整土方量的方法。 你問(wèn)我答：1. 自然土的外形往往不規(guī)則，又很復(fù)雜，土方工程量計(jì)算如何著手？2. 基坑（槽）或路堤的方法如何計(jì)算？3. 場(chǎng)地平整土方量的計(jì)算步驟如何？4. 方格網(wǎng)零線及零點(diǎn)如何確定？5. 方格網(wǎng)四方棱柱體法的土方量如何計(jì)算？6. 方格網(wǎng)三角棱柱體法的土方量如何計(jì)算?引言場(chǎng)地平整土方工程量計(jì)算：1.設(shè)計(jì)步驟場(chǎng)地平整土方量的計(jì)算可按以下步驟進(jìn)行：場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高確定后，求出平整的場(chǎng)地方格網(wǎng)各角點(diǎn)的施工高度Hi確定“零線”的位置。確定“零線”的位置有助于了解整個(gè)場(chǎng)地的挖、填區(qū)域分布狀態(tài)。然后按每個(gè)方格角點(diǎn)的施工高度算出填、挖土方量，并計(jì)算場(chǎng)地邊坡的土方量，這樣即得到整個(gè)場(chǎng)地的填、挖土方總量。 （1）方格網(wǎng)零線及零點(diǎn)確定零線即挖方區(qū)與填方區(qū)的交線，在該線上，施工高度為零。零線的確定方法是：在相鄰角點(diǎn)施工高度為一挖一填的方格邊線上，用插入法求出方格邊線上零點(diǎn)的位置（圖1-4），再將各相鄰的零點(diǎn)連接起來(lái)即得零線。 圖1-4 零點(diǎn)計(jì)算如不需計(jì)算零線的確切位置，則繪出零線的大致走向即可。例1-4 繪出例1-1計(jì)算結(jié)果的零線位置。解:先將各點(diǎn)的施工高度標(biāo)在圖上,然后查找相鄰角點(diǎn)為一挖一填的方格邊線。本題共有a2-3、a6-7、a13-14、a18-19、a21-22、a5-10、a6-11、a2-7、a17-22、a18-23、a9-14這些邊線。用插入法求各方格邊線零點(diǎn)位置a2-3： x=8.56ma2-7： x=9.72ma6-7： x=0.54m其余零點(diǎn)位置見(jiàn)例1-4圖.連接各零點(diǎn)得到零線.2.土方工程量計(jì)算（1）四方棱柱體法四方棱柱體的體積計(jì)算方法分兩種情況：1方格四個(gè)角點(diǎn)全部為填或全部為挖（圖1-5a）時(shí)： （1-12）式中 V挖方或填方體積，m3；H1，H 2，H3，H4方格四個(gè)角點(diǎn)的填挖高度，均取絕對(duì)值，m。a方格邊長(zhǎng)，m。2方格四個(gè)角點(diǎn)，部分是挖方，部分是填方（圖1-5b和c）時(shí)： （1-13） （1-14）式中 H填（挖）方格角點(diǎn)中填（挖）方施工高度總和，各角點(diǎn)施工高度取絕對(duì)值，m；H方格四角點(diǎn)施工高度總和，各角點(diǎn)施工高度取絕對(duì)值，m；a） 角點(diǎn)全填或全挖；b）角點(diǎn)二填二挖；c）角點(diǎn)一填（挖）三挖（填）圖1-5 四方棱柱體的體積計(jì)算例1-5 根據(jù)例1-1及例1-2計(jì)算結(jié)果，運(yùn)用四角棱柱體法計(jì)算挖填土方量。解： 方 格土方工程量（m3） 例1-1例1-20、1、5、6所圍方格VT00VW219.18343.481、2、6、7所圍方格VT0.380VW428.9389.552、3、7、8所圍方格VT24.5657.49VW378.781.423、4、8、9所圍方格VT299.68227.33VW005、6、10、11所圍方格VT64.1012.34VW5.2053.846、7、11、12所圍方格VT102.1832.53VW0.00613.457、8、12、13所圍方格VT91.8327.44VW01.428、9、13、14所圍方格VT95.6148.11VW0.0070.9610、11、15、16所圍方格VT197.3120.75VW0011、12、16、17所圍方格VT138.4579.20VW0012、13、17、18所圍方格VT94.1052.15VW0013、14、18、19所圍方格VT24.387.93VW4.1812.3315、16、20、21所圍方格VT279.18226.48VW0016、17、21、22所圍方格VT93.4460.68VW3.646.2817、18、22、23所圍方格VT9.694.38VW114.51127.3018、19、23、24所圍方格VT1.210.68VW307.94308.16總土方量2978.461915.68 由此可見(jiàn)，采用最佳設(shè)計(jì)平面設(shè)計(jì)方法所得到的設(shè)計(jì)平面其土方工程量比僅考慮土方挖填平衡的設(shè)計(jì)方法小得多。（2）三角棱柱體法三角棱柱體的體積計(jì)算方法計(jì)算時(shí)先把方格網(wǎng)順地形等高線，將各個(gè)方格劃分成三角形（圖1-6）。 圖1-6 按地形將方格劃分成三角形每個(gè)三角形的三個(gè)角點(diǎn)的填挖施工高度，用H1，H2，H3表示。三角棱柱體的體積計(jì)算方法也分兩種情況：1三角形三個(gè)角點(diǎn)全部為挖或全部為填（圖1-7a） （1-15）式中 a方格邊長(zhǎng)，m；H1，H2，H3三角形各角點(diǎn)的施工高度，m，用絕對(duì)值代入。2三角形三個(gè)角點(diǎn)有填有挖當(dāng)三角形三個(gè)角點(diǎn)有填有挖時(shí)，零線將三角形分成兩部分，一個(gè)是底面為三角形的錐體，一個(gè)是底面為四邊形的楔體（圖1-7b）。其中錐體部分的體積為： （1-16）楔體部分的體積為 （1-17）式中 H1，H2，H3一分別為三角形各角點(diǎn)的施工高度，m，取絕對(duì)值，其中H3指的是錐體頂點(diǎn)的施工高度。 a）全填或全挖；b）錐體部分為填方圖1-7 三角棱柱體的體積計(jì)算基坑（槽）土方工程量計(jì)算基坑（槽）土方施工前，同樣需要進(jìn)行土方工程量計(jì)算，基坑（槽）開(kāi)挖的土方量可按擬柱體積的公式計(jì)算（圖1-15），即 （1-18）式中 V土方工程量，m3；H，F(xiàn)1，F(xiàn)2如圖所示。F0F1與F2之間的中截面面積，m2。工程施工中路堤的填筑的土方工程量與基槽類似，也可按此公式計(jì)算。對(duì)基坑而言，H為基坑的深度，F(xiàn)1，F(xiàn)2分別為基坑的上下底面積（m2），對(duì)基槽或路堤，H為基槽或路堤的長(zhǎng)度（m），F(xiàn)1，F(xiàn)2為兩端的面積（m2）；a）基坑土方量計(jì)算；b）基槽、路堤土方量計(jì)算圖1-15 土方量計(jì)算 基槽與路堤通常根據(jù)其形狀（曲線、折線、變截面等）劃分成若干計(jì)算段，分段計(jì)算土方量,然后再累加求得總的土方工程量。如果基槽、路堤是等截面的，則F1=F2= F 0，由式（1-18）計(jì)算V=HF1。1.4 土方施工機(jī)械預(yù)備知識(shí)：1. 機(jī)械原理的基本知識(shí)；2. 有關(guān)機(jī)械作業(yè)生產(chǎn)率的計(jì)算方法；3. 土的可送性教學(xué)要求：各種土方機(jī)械的性能和作業(yè)特點(diǎn)；2. 各種土方機(jī)械的適用性；3. 土方機(jī)械的選擇；4. 挖掘機(jī)與運(yùn)土車輛的配合你問(wèn)我答：基坑開(kāi)挖常用的土方機(jī)械有哪幾類?2. 場(chǎng)地平整常用的土方機(jī)械有哪幾類? 3. 推土機(jī)的性能如何，它適用于哪些土方工程?4. 鏟運(yùn)機(jī)的性能如何，它適用于哪些土方工程?5. 正鏟挖掘機(jī)的性能如何，它適用于哪些土方工程?6. 反鏟挖掘機(jī)的性能如何，它適用于哪些土方工程?7. 抓鏟挖掘機(jī)的性能如何，它適用于哪些土方工程?8. 拉鏟挖掘機(jī)的性能如何，它適用于哪些土方工程? 9. 挖掘機(jī)與運(yùn)土車輛配合應(yīng)考慮哪些因素?引言：場(chǎng)地平整土方施工機(jī)械主要為推土機(jī)、鏟運(yùn)機(jī)，有時(shí)也使用挖掘機(jī)及裝載機(jī)。 推土機(jī)：推土機(jī)是一種在拖拉機(jī)前端懸裝上推土刀的鏟土運(yùn)輸機(jī)械。作業(yè)時(shí)，機(jī)械向前開(kāi)行，放下推土刀切削土壤，碎土堆積在刀前，待逐漸積滿以后，略提起推土刀，使刀刃貼著地面推移碎土，推到指定地點(diǎn)以后，提刀卸土，然后調(diào)頭或倒車返回鏟掘地點(diǎn)。由于推土機(jī)牽引力大，生產(chǎn)率高，工作裝置簡(jiǎn)單牢固，操縱靈便，能進(jìn)行多種作業(yè)，應(yīng)用甚為廣泛。 1.適用性推土機(jī)適于推挖一至三類土。用于平整場(chǎng)地，移挖作填，回填土方，堆筑堤壩以及配合挖土機(jī)集中土方、修路開(kāi)道等。推土機(jī)的作業(yè)效率與運(yùn)距有很大關(guān)系，表1-3列有直鏟作業(yè)時(shí)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)距。 推土機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)距 表1-3行走裝置機(jī) 型經(jīng)濟(jì)運(yùn)距（m）備 注履帶式大 型中 型小 型50l00（最遠(yuǎn)l50）60100（最遠(yuǎn)120）50上坡用小值下坡用大值輪胎式 5080（最遠(yuǎn)150） 2.型號(hào)及作業(yè)方式 推土機(jī)按照推土刀安裝形式分固定推土刀（圖1- 8a）和回轉(zhuǎn)推土刀（圖1-8b）兩種。固定推土刀裝成垂直于拖拉機(jī)縱軸線，只能作上下升降動(dòng)作和向前推土，故又稱直鏟推土機(jī)?；剞D(zhuǎn)推土刀，推土刀可裝成在水平面內(nèi)與拖拉機(jī)縱軸線傾斜一個(gè)角度（025），還可在垂直面內(nèi)傾側(cè)一個(gè)角度（一般為0 9）。推土刀在水平面內(nèi)傾斜作業(yè)時(shí)，刀前碎土沿著推土刀表面斜向移動(dòng)而卸于一側(cè)，故稱斜鏟推土機(jī)，其鏟、運(yùn)、卸三個(gè)過(guò)程同時(shí)進(jìn)行。推土刀在垂直面內(nèi)傾側(cè)作業(yè)時(shí)，可以對(duì)堅(jiān)實(shí)地面鏟掘。 a）固定推土刀；b）回轉(zhuǎn)推土刀 圖1-8 履帶式推土機(jī) 按照行走裝置形式，分履帶式和輪胎式兩種。履帶式推土機(jī)的履帶板有多種形式，以適應(yīng)不同地面上行走，按照履帶接地比壓大小，又分為高比壓推土機(jī)（接地比壓100kPa以上），適用于石質(zhì)地面上行走，中比壓推土機(jī)（接地比壓60100kPa），稱為普通推土機(jī)、低比壓推土機(jī)（接地比壓1030kPa），稱為濕地或沼澤地推土機(jī)。輪胎式推土機(jī)大多采用寬基輪胎，全輪驅(qū)動(dòng)，以提高牽引性能并改善通過(guò)性能，其接地比壓為200350kPa。由于履帶式推土機(jī)后端一般可以裝松土齒耙、絞盤(pán)和反鏟裝置等，還可以作其他機(jī)械的牽引車或鏟運(yùn)機(jī)的助鏟機(jī)，故目前應(yīng)用廣泛。 按照工作裝置操縱系統(tǒng)分液壓操縱和機(jī)械操縱等。液壓操縱式利用液壓缸來(lái)操縱推土刀的升降，可以借助整機(jī)的部分重力，強(qiáng)制推土刀切土，切土力大，操縱輕便，廣泛用于中、小型推土機(jī)上；機(jī)械操縱式依靠鋼絲繩滑輪組操縱，只能利用推土刀的自重切土，效率較低，一般用于大型和特大型推土機(jī)上。 此外，推土機(jī)按照發(fā)動(dòng)機(jī)功率分小、中、大、特大四種等級(jí)，常用推土機(jī)功率有45kW、75 kW、90 kW、120kW等數(shù)種。國(guó)產(chǎn)推土機(jī)大多是中型和大型。目前世界上最大型的推土機(jī)功率可達(dá)到735kW。 推土機(jī)作業(yè)以切土和推運(yùn)土方為主，切土?xí)r應(yīng)根據(jù)土質(zhì)情況，盡量采用最大切土深度在最短距離（610m）內(nèi)完成，以便縮短低速行進(jìn)的時(shí)間，然后直接推運(yùn)到預(yù)定地點(diǎn)。上下坡坡度不得超過(guò)35B，橫坡不得超過(guò)10B。幾臺(tái)推土機(jī)同時(shí)作業(yè)時(shí)，前后距離應(yīng)大于8m。 推土機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)距在100m以內(nèi)，效率最高的運(yùn)距為60m。為提高生產(chǎn)率，可采用下坡推土（圖1-9）、槽形推土以及并列推土等方法（圖1-10）。 圖1-9 下坡推土法a） 槽形推土法；b） 并列推土法圖1-10 槽形推土法與并列推土法鏟運(yùn)機(jī)鏟運(yùn)機(jī)是種利用鏟斗鏟削土壤，并將碎土裝入鏟斗進(jìn)行運(yùn)送的鏟土運(yùn)輸機(jī)械，能夠完成鏟土、裝土、運(yùn)土、卸土和分層填土、局部碾實(shí)的綜合作業(yè)。適用于鐵路，道路、水利、電力等工程平整場(chǎng)地工作。鏟運(yùn)機(jī)具有操縱簡(jiǎn)單，不受地形限制，能獨(dú)立工作，行駛速度快，生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。其適用一至三類土，如鏟削三類以上土壤時(shí)，需要預(yù)先松土。 鏟運(yùn)機(jī)由鏟斗（工作裝置）、行走裝置、操縱機(jī)構(gòu)和牽引機(jī)等組成，鏟運(yùn)其工作過(guò)程包括：放下鏟斗，打開(kāi)斗門，向前開(kāi)行，斗前刀片切削土壤，碎土進(jìn)入鏟斗并裝滿（圖1-11a），提起鏟斗，關(guān)上斗門，進(jìn)行運(yùn)土（圖1-11b）；到卸土地點(diǎn)后打開(kāi)斗門，卸土，并調(diào)節(jié)斗的位置，利用刀片刮平土層（圖1-11c）；卸土完畢，返回。a） 鏟土；b）運(yùn)土；c）卸土圖1-11 鏟運(yùn)機(jī)的作業(yè)過(guò)程1斗門；2斗體 鏟運(yùn)機(jī) 1. 適用性2. 型號(hào)及作業(yè)方式鏟運(yùn)機(jī)分自行式和拖式兩種。自行式鏟運(yùn)機(jī)（圖1-12）由牽引車和鏟斗車兩部分合成整體，中間用鉸銷連接，牽引車和鏟斗車均為單軸，其經(jīng)濟(jì)運(yùn)距可達(dá)1500m以上，具有結(jié)構(gòu)緊湊、機(jī)動(dòng)性大、行駛速度高等優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛的應(yīng)用。拖式鏟運(yùn)機(jī)需要有拖拉機(jī)牽引作業(yè)，裝有寬基低壓輪胎，適用于土質(zhì)松軟的丘陵地帶，其經(jīng)濟(jì)運(yùn)距一般為50500m，由于機(jī)動(dòng)性差，工程中較少應(yīng)用。 a）自行式；b）拖式圖1-12 鏟運(yùn)機(jī)外形圖按照鏟斗卸土方法，分強(qiáng)制卸土、半強(qiáng)制卸土和自由卸土三種（圖1-13）。強(qiáng)制卸土依靠活動(dòng)的鏟斗后壁向前推移，將土強(qiáng)制推出，卸土干凈，但動(dòng)力消耗大，半強(qiáng)制卸土的后斗壁與斗底連成整體，卸土?xí)r，斗底與后斗壁一起向前翻轉(zhuǎn)，碎土在推力與重力雙重作用下卸出，能夠卸凈兩側(cè)壁之間的土；自由卸土依靠整個(gè)鏟斗向前翻轉(zhuǎn)將碎土倒出，不能保證土的卸凈，但動(dòng)力消耗低，用于小型鏟運(yùn)機(jī)。 a）強(qiáng)制卸土；b）半強(qiáng)制卸土；c）自由卸土圖1-13 卸土方式鏟運(yùn)機(jī)按照鏟斗容量分小、中、大、特大四種型式，中型的鏟斗容量一般為615m3，大型的一般為1530m3，特大型的可達(dá)30m3以上。鏟運(yùn)機(jī)運(yùn)行路線和施工方法視工程大小、運(yùn)距長(zhǎng)短、土的性質(zhì)和地形條件等而定。其運(yùn)行線路可采用環(huán)形路線或8字路線（圖1-14）。采用下坡鏟土、跨鏟法、推土機(jī)助鏟法等，可縮短裝土?xí)r間，提高土斗裝土量，以充分發(fā)揮其效率。 a）環(huán)形路線； b）環(huán)形路線； c）大環(huán)形路線； d）8字型路線圖1-14 鏟運(yùn)機(jī)開(kāi)行路線挖掘機(jī)如平整的場(chǎng)地上有土堆或土丘，或需要向下挖掘或填筑土方時(shí)可用挖掘機(jī)進(jìn)行挖掘。挖掘機(jī)根據(jù)工作裝置不同分為正鏟、反鏟、抓鏟，機(jī)械傳動(dòng)挖掘機(jī)還有拉鏟。施工中須有運(yùn)土汽車進(jìn)行配合作業(yè)?；油练介_(kāi)挖一般均采用挖掘機(jī)施工，對(duì)大型的、較淺的基坑有時(shí)也可采用堆土機(jī)。挖掘機(jī)按行走方式分為履帶式和輪胎式兩種。按傳動(dòng)方式分為機(jī)械傳動(dòng)和液壓傳動(dòng)兩種。斗容量有0.2m3、0.4m3、1.0m3、1.5m3、2.5m3等多種。挖掘機(jī)利用土斗直接挖土，因此也稱為單斗挖土機(jī)，按土斗作業(yè)裝置分為正鏟、反鏟、抓鏟及拉鏟，使用較多的是前三種。1. 正鏟正鏟挖掘機(jī)外型如圖1-36所示。它適用于開(kāi)挖停機(jī)面以上的土方，且需與汽車配合完成整個(gè)挖運(yùn)工作。正鏟挖掘機(jī)挖掘力大，適用于開(kāi)挖含水量較小的一類土和經(jīng)爆破的巖石及凍土。一般用于大型基坑工程，也可用于場(chǎng)地平整施工。 圖1-36正鏟挖掘機(jī)外形 （1）適用性正鏟挖掘機(jī)挖掘力大，適用于開(kāi)挖含水量較小的一類土和經(jīng)爆破的巖石及凍土。一般用于大型基坑工程，也可用于場(chǎng)地平整施工。（2）作業(yè)方式正鏟的開(kāi)挖方式根據(jù)開(kāi)挖路線與汽車相對(duì)位置的不同分為正向開(kāi)挖、側(cè)向裝土以及正向開(kāi)挖、后方裝土兩種（圖1-37）。前者生產(chǎn)率較高。 a）正向開(kāi)挖、側(cè)向裝土； b）正向開(kāi)挖、后方裝土圖1-37 正鏟開(kāi)挖方式 正鏟的生產(chǎn)率主要決定于每斗作業(yè)的循環(huán)延續(xù)時(shí)間。為了提高其生產(chǎn)率，除了工作面高度必須滿足裝滿土斗的要求之外，還要考慮開(kāi)挖方式和與運(yùn)土機(jī)械配合。盡量減少回轉(zhuǎn)角度，縮短每個(gè)循環(huán)的延續(xù)時(shí)間。2.反鏟圖1-38 液壓反鏟挖掘機(jī)外形加長(zhǎng)臂反鏟式挖土機(jī)（1）適用性反鏟適用于開(kāi)挖一至三類的砂土或粘土。主要用于開(kāi)挖停機(jī)面以下的土方，一般反鏟的最大挖土深度為46m的基坑，經(jīng)濟(jì)合理的挖土深度為35m。反鏟也需要配備運(yùn)土汽車進(jìn)行運(yùn)輸。 （2）作業(yè)方式反鏟的開(kāi)挖方式可以采用溝端開(kāi)挖法，即反鏟停于溝端，后退挖土，向溝一側(cè)棄土或裝汽車運(yùn)走（圖1-39a），也可采用溝側(cè)開(kāi)挖法，即反鏟停于溝側(cè)，沿溝邊開(kāi)挖，它可將土棄于距溝較遠(yuǎn)的地方，如裝車則回轉(zhuǎn)角度較小，但邊坡不易控制（圖1-39b）。 a)溝端開(kāi)挖； b) 溝側(cè)開(kāi)挖圖1-39 反鏟開(kāi)挖方式3. 抓鏟機(jī)械傳動(dòng)抓鏟外形如圖1-40所示。它適用于開(kāi)挖較松軟的土。圖1-40 抓鏟挖掘機(jī)外形（1）適用性對(duì)施工面狹窄而深的基坑、深槽、深井采用抓鏟可取得理想效果，也可用于場(chǎng)地平整中的土堆與土丘的挖掘。抓鏟還可用于挖取水中淤泥、裝卸碎石、礦碴等松散材料。抓鏟也有采用液壓傳動(dòng)操縱抓斗作業(yè)。（2）作業(yè)方式抓鏟挖土?xí)r，通常立于基坑一側(cè)進(jìn)行，對(duì)較寬的基坑則在兩側(cè)或四側(cè)抓土。抓挖淤泥時(shí)，抓斗易被淤泥“吸住”，應(yīng)避免起吊用力過(guò)猛，以防翻車。4. 拉鏟拉鏟挖掘機(jī)的外形及工作狀況如圖1-41所示。圖1-41 拉鏟挖掘機(jī)外形及工作狀況（1）適用性拉鏟適用于一至三類的土，可開(kāi)挖停機(jī)面以下的土方，如較大基坑（槽）和溝渠，挖取水下泥土，也可用于大型場(chǎng)地平整、填筑路基、堤壩等。 （2）作業(yè)方式拉鏟挖土?xí)r，依靠土斗自重及拉索拉力切土，卸土?xí)r斗齒朝下，利用慣性，較濕的粘土也能卸凈。但其開(kāi)挖的邊坡及坑底平整度較差，需更多的人工修坡（底）。它的開(kāi)挖方式也有溝端開(kāi)挖和溝側(cè)開(kāi)挖兩種。挖掘機(jī)與運(yùn)土車輛的配合當(dāng)挖掘機(jī)挖出的土方需要運(yùn)土車輛運(yùn)走時(shí)，挖掘機(jī)的生產(chǎn)率不僅取決于本身的技術(shù)性能，而且還決定于所選的運(yùn)輸工具是否與之協(xié)調(diào)。 由技術(shù)性能，可按下式算出挖掘機(jī)的生產(chǎn)率 P ： （ m 3 / 臺(tái)班） （ 1-35 ） 式中 t 挖掘機(jī)每次作業(yè)循環(huán)延續(xù)時(shí)間 , s ； q 挖掘機(jī)斗容量 , m 3 K S 土的最初可松性系數(shù)，見(jiàn)表 1-1 ； K C 土斗的充盈系數(shù)，可取 0.8 1.1 ； K B 工作時(shí)間利用系數(shù)，一般為 0.6 0.8 。 為了使挖掘機(jī)充分發(fā)揮生產(chǎn)能力，應(yīng)使運(yùn)土車輛的載重量 Q 與挖