土方工程施工技術講座幻燈片

土方工程

第一節(jié)土的分類及性質(zhì)一.土的分類1、按地基土分類：——根據(jù)土的顆粒級配或塑性指數(shù)分六類

巖石,碎石土,砂土,粉土,粘性土,人工填土2土的工程分類：按施工的難易程度分八類

松軟土,普通土,堅土,砂礫堅土,軟石,次堅石堅石,特堅石二.土的性質(zhì)1

可松性1)定義

自然狀態(tài)下的土,經(jīng)過開挖后,其體積因松散而增加,以后雖經(jīng)回填壓實,仍不能恢復到原來的體積,其這種性質(zhì)稱為土的可松性2)可松性的表示—可松性系數(shù)(1)最初可松性系數(shù)KsV2—開挖后土的松散體積V1—土的自然體積

(2)土的最終可松性系數(shù)K’s

V3——土壓實后的體積

V1——土的自然體積

3)可松性的利用（1）借土，棄土時應考慮土的可松性Q—借土或棄土的量，正表示棄土，負表示借土；Vt；Vw—填或挖方的體積；Ks；Ks’—土的可松性

VwVt例題某場地的挖方體積為1000m3,填方體積為1500m3,ks=1.08,ks’=1.03,問該場地是借土還是棄土?若用運土量為5m3/車汽車運土,問應運多少車次

解:根據(jù)公式Q=（1000-1500/1.03)×1.08=-492.8m3

結(jié)果為負，故該場地應借土

運土的車次為n=492.8/5=48(車次)由于可松性的存在,運土時應考慮工具的容量。由于可松性的存在，原土結(jié)構受到破壞時不能用原土回填。

2土的含水量

1）定義：土中水的重量與土的固體顆粒重量之比稱為土的含水量。

2）表達式ω=Ww/W×100%式中：

ω——土的含水量；Ww——土中水的重量；W——土中固體顆粒的重量；3）應用（1）填土時應考慮土的最佳含水量（2）含水量的高低對土的承載力和邊坡的穩(wěn)定性有影響。3土的滲透性1）定義：土體孔隙中的自由水在重力的作用下會透過土體而運動，土體這種被水透過的性質(zhì)稱為土的滲透性。2）表示：滲透系數(shù)Ｋ由達西定律Ｖ＝ＫＩ知，滲透系數(shù)的物理意義是：當水力梯度等于１時的滲流速度。３）應用（１）地下降水時計算涌水量應考慮滲透系數(shù)的大小。（２）流砂的防治應考慮。

第二節(jié)土方量的計算一基坑，基槽的土方量的計算１、基坑對于基坑土方量可按立體幾何中的擬柱體（由兩個平行平面做上、下底的一種多面體）體積計算，先計算上、下兩個面的面積F1、F2，再計算其體積。如圖1-1示，計算公式為或

ｈ——開挖深度；Ｆ１、Ｆ２——上下兩個面的面積；a、b——底面的長度和寬；m——放坡系數(shù)。圖1-12基槽槽溝槽土方方量可沿沿其長度度方向分分段（截截面相同同的不分分段）計計算，先先計算截截面面積積，再求求長度，，累計各各段計算算土方量量，如圖圖1-2示，可可按下式式計算Vi——第第i段的的體積（（m3）；F1、F2——第第i段的的兩端面面積（m2）；Li——第第i段的的長度；；F0——第i段的中中截面積積；圖1-2二場場地平整整土方量量計算1設計計標高的的確定場地整平平常要求求場地內(nèi)內(nèi)的土方方在平整整前和平平整后相相等，達達到挖填填土方量量最平衡衡。即“填挖平平衡”的原則確確定設計計標高H0。如圖1-3示示1）在圖圖上劃分分方格，，邊長a=10~40m，常常用a=20m2）根根據(jù)等高高線按比比例求解解各頂點點的地面面高程Hij3）求求解H0圖1-3場地地平整標標高計算算1—等高線2—自自然地坪坪3——設計標標高平面面4—自然然地面與與設計標標高平面面的交線線（零線線）化簡得改寫成式中：H0—達到挖挖填平衡衡的場地地標高(m)；；a—方格網(wǎng)網(wǎng)邊長(m)；；N—方格數(shù)數(shù)(個)；N11…N22—任一方方格的四四個角點點的標高高(m);H1—1個方方格共有有的角點點標高(m)；；H2—2個方方格共有有的角點點標高(m)；；H3—3個方方格共有有的角點點標高(m)；；H4—4個方方格共有有的角點點標高(m)。2H0的調(diào)整1）考慮土的的可松性性影響由于土有有可松性性，為了了達到填填挖平衡衡，則應應把H0提高△h，如圖圖1-4示VTVW△hAWAT圖1-4標高調(diào)整簡圖增加高度度為：式中：VT、VW—設計計標高調(diào)調(diào)整前的的填挖方方體積AT、AW—設計計標高調(diào)調(diào)整前的的填挖方方面積；；Ks’—土的的最終可可松性系系數(shù)；△h—設計計標高的的增加值值。2)考慮慮排水坡坡度后標標高H0為理論數(shù)數(shù)值（即即場地表表面交處處于同一一個水平平面），，可作施施工粗略略確定場場地整平平標高用用，實際際場地均均有排水水坡度，，如場地地面積較較大，有有2‰以以上排水水坡度，，尚應考考慮坡度度對設計計標高的的影響，，以場地中中心為基基點，雙雙向排水水，則場地地內(nèi)任一一點實際際施工時時所采用用的設計計標高Hn，可由下下式求得得（如圖1-5示示）式中：H0—場地內(nèi)內(nèi)任意一一點的設設計標高高ixiy—x方向向y方向向的排水水坡度(不小于于2‰)lxly—x，y方向至至場地中中心的距距離±—由場地地中心點點沿x，，y方向向指向計計算點，，若其方方向與ixiy反向則取取“+””號，反反之取““－”號號41H1’h1H1235678910111213141516ixiy

圖1-5方格網(wǎng)示意圖3求求各頂點點的施工工高度式中：hn—各頂點點的施工工高度，，“+”為為填方，，“-””為挖挖方Hn—各角點點的設計計標高Hn’—各角點點的自然然標高4確確定零線線，即填填挖的分分界線當一個方方格內(nèi)同同時有填填方與挖挖方時，，要確定定填挖的的分界線線即“零零線”。。先確定定零點，，再把零零點連起起來得零零線（（如圖圖1-6）。零點確定定公式：：x2x1h2h1h1h2h3h4o1o2零線o1圖1-6零點及零線的確定5土方方量的計計算如圖1-7示示按零線通過過的位置不同同，方格可分分為三種類型型，即：41H1’h1H1235678910111213141516ixiy

圖1-7方格網(wǎng)示意圖零線填方區(qū)挖方區(qū)1）全填或全全挖2)兩挖兩兩填3）三挖一填填或三填一挖h1h2h3h4a全填全挖h1h2h3h4bca兩填兩挖h1h2h3h4bca三填一挖或三挖一填6求填挖方方量將所有的填方方挖方累加起起來即得總的的填挖方量7邊坡土方方量的計算在整平場地，，修筑路基的的邊坡時，常常需計算邊坡坡挖填土方量量，系根據(jù)地地形圖和邊坡坡豎向布置圖圖或現(xiàn)場測繪繪，將要計算的邊邊坡劃分為兩兩種近似的幾幾何形體（圖圖1-8），，一種為三角角棱體（如體體積①~③、、⑤~11））；另一種為為三角棱柱體體（如體積④④），然后應用幾幾何公式分別別進行土方計計算，最后將將各塊匯總，，即得場地邊邊坡總挖、填填土方量圖1-8場地邊坡計算簡圖

1）邊坡三棱棱體體積邊坡三角棱體體體積V可按按下式計算（（例如圖1-8中的①））2）邊坡三棱棱柱體體積（1）邊坡三三角棱柱體積積V，可按下下式計算（例例如圖1-8中的④））（2）當兩端端橫截面面積積相差很大時時式中：V1、—邊坡①三三角棱體體積積(m3)，其它的計算方方法相同;l1—邊坡①的邊邊長(m)m—邊坡的坡坡度系數(shù)；V4—邊坡④三角角棱體積(m3)l4—邊坡④的長長度(m)F1、F2、F0—邊坡④兩端端及中部的橫橫截面面積8土方計算實例例某場地平整利利用方格網(wǎng)法法計算其土方方量a=20m，如圖1-9示，各各角點編號及及自然標高如如圖示，場地地考慮雙向排排水，ix=0.2%，，iy=0.3%（（以5角點為為中心），不不考慮土的可可松性影響，，試按填挖平平整的原則計計算，該場地地平整的土方方量。解：1.確定定設計標高H0。Ix=0。3%

Iy=0。2%圖1-9零線零線填方區(qū)挖方區(qū)2.考慮排水水坡度影響，，計算每個角角點的計算標標高同理其余各角角點的設標高高可計算出并并標在圖1-9上H4=9.5;H5=9.56;H6=9.62;H7=9.68;H8=9.54;H9=9.6;H10=9.66;H11=9.723.計算各角角點的施工高高度同理其它各角角點的施工高高度計算并標標在圖1-9上。4.計算零點點，找零線利用公式求求零零點距角點的的距離。1—2線4—5線5—9線6—10線10—11線線把零點連成零零線5.計算土方方量方格1245V+=20(0.83+17.65)(0.01+0.3)/8=14.32m3V-=20(19.17+2.35)(0.23+0.04)/8=14.53m3方格4589V+=(202-2.35××2.35)/2·(0.3+0.74+0.3)/5=106.46m3V-=1/2×2.35×2.35×0.04/3=0.04m3方格2356V-=202(0.23+0.42+0.04+0.08)/4=77m3方格56910V+=1/2(17.65+13.32)×20×(0.3+0.16)/4=35.63m3V-=20/8×(2.35+6.67)×(0.04+0.08)=2.71m3方格671011V+=1/6×(13/33×9.41)×0.16=3.35m3V-=(202-13.33×9.41)×(0.08+0.42+0.18)/5=37.34m3總土方量V+=14.32+106.46+35.63+3.35=159.76m3V-=14.53+77+0.04+2.71+37.34=131.62m3三土方調(diào)配配1調(diào)配原原則1).填方、、挖方基本平平衡，減少運運土2).填、挖挖方量與遠距距的乘積之和和盡可能小，，使總的運費費最低3).好土應應用于回填質(zhì)質(zhì)量要求高的的區(qū)域4).調(diào)配應應與地下構筑筑物的施工相相配合，地下下設施的挖土土，應留土后后填5).選擇恰恰當?shù)恼{(diào)配方方向及線路、、避免對流與與亂流現(xiàn)象，，同時便利調(diào)調(diào)配、機械化化施工2調(diào)配步驟1).劃分調(diào)調(diào)配區(qū)。在平平面圖上劃出出挖、填區(qū)的的分界線，并并在挖方區(qū)和和填方區(qū)劃出出若調(diào)配區(qū)，，確定調(diào)配區(qū)區(qū)的大小和位位置2).計算各各調(diào)配區(qū)的土土方量，并標標于圖上3).計算每每對調(diào)配區(qū)的的平均運距，，即挖方區(qū)土土方重心至填填方區(qū)重心的的距離，并將將每一距離Lij標于表1-1(土方平衡衡與運距表)中4).確定最最優(yōu)調(diào)配方案案。先用“最最小元素性””確定初始方方案，再用““位勢法”進進行檢查，是是否總的運輸輸量為最小值，否否則用“閉回回路法”進行行調(diào)整Lij——各調(diào)配區(qū)區(qū)之間的平均均運距(m)；Xij——各調(diào)配區(qū)區(qū)的土方量(m3)。5).繪制土土方調(diào)配圖，，根據(jù)以上結(jié)結(jié)果，標出調(diào)調(diào)配方向、土土方數(shù)量及運運距挖方填方B1B2…Bl…Bn挖方量(m3)A1X11L11X12L12…X1jL1j…X1nL1nW1A2X21L21X22L22…X2jL2j…X2nL2nW2………………………..….…………AiXi1Li1Xi2Li2….XijLij….XinLinWi…………………..……….…………AmXm1Lm1Xm2Lm2….XmjLmj….XmnLmnWm填方量(m3)T1T2….Tj….Tn表1-1土土方平衡與運運距表3例題矩形廣場各調(diào)調(diào)配區(qū)的土方方量如圖1-10所示,相互之間的的平均運距見見表1-2，，試求最優(yōu)土土方調(diào)配方案案。W3300W4350T1500T2600T3450W1500W2400

圖1-10各調(diào)配區(qū)的土方量解：（1）先將圖圖1-10中中的數(shù)值標注注在填、挖方方平衡及運運距表表1-2中表1-2填填挖挖方平衡及運運距表挖方填方B1B2B3挖方量(m3)A110015090500A21409040400A380130110300A41305080350填方量(m3)50060045015501550（2）采用用“最小元元素法”編編初始調(diào)配配方案，即即根據(jù)對應應于最小的的Lij取最大的xij值的原則調(diào)調(diào)配。初始始方案見表表3-23表3-23土方初初始調(diào)配方方案挖方填方B1B2Bl挖方量(m3)A110015090500A21409040400A380130110300A41305080350填方量(m3)5006004501550155035030040020025050S1=100×200+250××150+50×90+400×40+300×80+350××50=119500m3?m（3）用““位勢法””檢驗１）利用運運距相等的的退化原理理求假想運運距L’ij，求檢驗數(shù)λλij=Lij–L’ij若所有λλij≥0則則方案最最優(yōu)，若若有有λλij<0則則方案案不優(yōu)２）檢驗驗檢檢驗結(jié)果果見表1-3，從中中可以知道道λ23=-10<0，，故初始方方案不是最最優(yōu)。表1-3檢檢驗數(shù)的計計算注：表表中50/90分別別表示假想想運距和檢檢驗數(shù)，其其它含義相相同挖方填方B1B2B3A1√

100√

150√90A250/90140100/-1090√40A3√80130/013070/40110A40/130130√50

-10/90

80（4）用““閉回路法法”進行調(diào)調(diào)整1）找出X22的閉回路：：從X22空格出發(fā),沿水平或或豎直方向向前進，遇遇到有適當當數(shù)字的空空格作900的轉(zhuǎn)彎，然然后依次繼繼續(xù)前進，，再回到出出發(fā)點形成成一條閉回回路，如表表1-4中中形成的閉閉回路;2）從X22出發(fā)沿閉回回路前進，，在各奇數(shù)數(shù)次轉(zhuǎn)角點點的數(shù)字中中挑出一個個最小的（（例題中在在400,250中中取250）將其調(diào)調(diào)到X22空格中；將250填填入X22空格中，其其它奇數(shù)次次轉(zhuǎn)角上減減去250,偶數(shù)次次轉(zhuǎn)角上數(shù)數(shù)字加250,形成成新的方案案如表1-5;表1-4挖方填方B1B2B3挖方量(m3)A12001002501505090500A21409040040400A330080130110300A41303505080350填方量(m3)50060045015501550挖方填方B1B2B3挖方量(m3)A120010015030090500A21402509015040400A330080130110300A41303505080350填方量(m3)500600450155015505）再用位位勢法檢驗驗，從表1-6可知知,所有的的λij≥0，故故新方案為為最優(yōu)，土方調(diào)配見見圖1-11表1-6檢檢驗驗數(shù)的計算算挖方填方B1B2BlA1√

100140/10150√90A250/90140√90√40A3√80120/1013070/40110A410/120130√500/80

80W3300W4350T1500T2600T3450W1500W2400

圖1-111各調(diào)配區(qū)的土方量300200300250150350第三節(jié)土方方施工要點點一土壁穩(wěn)穩(wěn)定土壁的穩(wěn)定定主要由土土體內(nèi)的摩摩阻力和粘粘結(jié)力來保保持平衡的的，一旦土土體失去平平衡，就會會造成塌方方，不僅會會造成人身身安全事故故，而且會會影響工期期，甚至會會危及附近近的建筑物物，因而土土方施工中中應保持土土壁穩(wěn)定防防止塌方。。1土壁塌塌方的原因因1）內(nèi)因主要是由于于在外界因因素的影響響下，使土土體內(nèi)的抗抗剪強度降降低或剪應應力增加，，使土體中中的剪應力力超過其抗抗剪強度所所造成。2）外因體體現(xiàn)在在以下幾個個方面：（1）邊坡太陡土土的穩(wěn)定性性不夠；（2）雨水水施工用水水滲入邊坡坡中，使土土體重量增增加，剪應應力增加，，同時抗剪剪能力下降降；（3）邊邊坡頂有動動載或靜載載。2防止止塌方的措措施1）放足邊邊坡（1）邊坡坡的含義土土方施施工中為了了保持土壁壁穩(wěn)定防止止塌方，對對挖方和填填方的邊緣緣均應作成成一定的坡坡度，這個個傾斜的坡坡度即為邊邊坡。（2）表表示——邊邊坡系數(shù)mhbm（3）確定定邊坡系數(shù)數(shù)的大小應應考慮的因因素：土的的種類；水水紋紋條件；施施工方法；；開挖深度度；工期的的長短。2）設支護護（1）產(chǎn)生生當當施工現(xiàn)現(xiàn)場條件的的限制不能能放坡或放放坡造成土土方量開挖挖過大不經(jīng)經(jīng)濟時可設設支護。（2）支護護形式土層錨桿支護板樁支護

灌注樁支護

地下連續(xù)墻深層攪拌支支護二施工工排（降））水1排水的重重要性流入基坑中中的地下水水和地面水水不及時排排走，不僅僅會使施工工條件惡化化，造成土土壁塌方，，而且會影影響地基的的承載力。。2降水的的方式及措措施1）集水坑坑降水法（（明排水））當土的滲透透性強時易易產(chǎn)生流砂砂現(xiàn)象2）井點降降水（1）含義義：在基坑開開挖前，預預先在基坑坑周圍或基基坑內(nèi)設置置一定數(shù)量量的濾水管管（井），，利用抽水水設備從中中抽水，使使地下水位位降至基坑坑底以下后后才開挖。。原地下水平面A-A降水布置剖面降水曲線井點管基坑降水布置平面圖基坑井點管AA（2）種類類適適用用土壤輕型井點k=0.1~50m/d管井井點k=20~200m/d噴射井點k=0.1~2m/d電滲井點k≦0.1m/d(3)輕型型井點布置置與設計A布置平面布置單單排井點點寬度小小于6m，，降水深度度不超過5m采用雙排井點寬寬度大于6m，土質(zhì)質(zhì)不良采用用環(huán)行井點基基坑坑面積較大大呈方形采采用高程布置若H≦6m,用單單級若H>6m,用多多級LI=0.1HH1h抽水設備基坑中心線降水線B涌涌水量的計計算水井種類:無壓完整井井,無壓非非完整井,承壓完整整井,承壓壓非完整井井承壓完整井井的涌水量量C確確定井井管數(shù)量及及間距單根井管出出水量D一般般取0.8m;1.2m;1.6mD抽水水設備的選選擇一般選用真真空泵,泵泵型用V5或V6型.采用V5型時,總管管長度不大大于100m,井點點管數(shù)為80個左右右;采用V6型時,總管管長度不大大于120m,井點點管數(shù)為100個左左右。E井井點管的的埋設與使使用埋設順序：：先排排放總管，，再埋設井井點管，然然后用彎聯(lián)聯(lián)管把井點點管與總管管連接，最最后安裝抽抽水設備。。使用中的正正常出水規(guī)規(guī)律是“先大后小小，先渾后后清”。3流砂砂1）定義粒徑很小，，無塑性的的土壤，在在動水壓力力推動下，，極易失去去穩(wěn)定而隨隨地下水一一起涌入坑坑內(nèi)，形成成流砂現(xiàn)象象。2）原因：內(nèi)因取決決于土壤的的性質(zhì)，當當土的孔隙隙度大含水水量大粘粒粒含量少粉粉粒多滲透透系數(shù)小排排水性能差等均容易易產(chǎn)生流砂砂現(xiàn)象。因因此，流砂砂現(xiàn)象經(jīng)常常發(fā)發(fā)生在細砂砂粉和亞砂砂土中；會會不會發(fā)生生流砂現(xiàn)象象，還應具具備一定的的外因條件件，即地下下水及其產(chǎn)產(chǎn)生動水壓壓力的大小小。γwh1Aγwh2ATlA