土方工程的內(nèi)容及施工要求

土方工程的內(nèi)容及施工要求1.1.1土方工程的內(nèi)容及施工要求在土木工程施工中，常見的土方工程有：（1）場地平整其中包括確定場地設(shè)計的標高，計算挖、填土方量，合理到進行土方調(diào)(2)開挖溝槽、基坑、豎井、隧道、修筑路基、堤壩，其中包括施工排水、降水,土壁邊坡和支護結(jié)構(gòu)等.（3）土方回填與壓實其中包括土料選擇,填土壓實的方法及密實度檢驗等。此外，在土方工程施工前，應(yīng)完成場地清理,地面水的排除和測量放線工作；在施工中,則應(yīng)及時采取有關(guān)技術(shù)措施,預(yù)防產(chǎn)生流砂，管涌和塌方現(xiàn)象,確保施工安全.土方工程施工，要求標高、斷面準確,土體有足夠的強度和穩(wěn)定性，土方量少,工期短，費用省。但由于土方工程施工具有面廣量大，勞動繁重,施工條件復(fù)雜等特點，因此，在施工前，首先要進行調(diào)查研究，了解土壤的種類和工程性質(zhì)，土方工程的施工工期、質(zhì)量要求及施工條件，施工地區(qū)的地形、地質(zhì)、水文、氣象等資料，以便編制切實可行的施工組織設(shè)計,擬定合理的施工方案。為了減輕繁重的體力勞動,提高勞動生產(chǎn)率，加快工程進度，降低工程成本,在組織土方工程施工時,應(yīng)盡可能采用先進的施工工藝和施工組織,實現(xiàn)土方工程施工綜合機械化。1。1.2土的工程分類和性質(zhì)土的種類繁多，分類方法各異，在建筑安裝工程勞動定額中，按土的開挖難易程度分為八?土有各種工程性質(zhì),其中影響土方工程施工的有土的質(zhì)量密度、含水量、滲透性和可松性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，指單位體積土中的固體顆粒的質(zhì)量；它是用以檢驗填土壓實質(zhì)量的控制指標。1。1。2.2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：（1。1)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2530％,則機械化施工就困難,容易打滑、陷車；回填土則需有最佳的含水量，方能夯密壓實，獲得最大干密度(表1．2)。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.?1.1。2。4土的可松性土具有可松性,即自然狀態(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(fù)其原來的體積。土的可松性程度用可松性系數(shù)表示,即最初可松性系數(shù)(1.2)最后可松性系數(shù)(1.3)土的可松性對土方量的平衡調(diào)配，確定運土機具的數(shù)量及棄土坑的容積，以及計算填方所需的挖方體積等均有很大的影響.土的可松性與土質(zhì)有關(guān),根據(jù)土的工程分類（表1.1),其相應(yīng)的可松性系數(shù)可參考表1。1。3土方邊坡合理地選擇基坑、溝槽、路基、堤壩的斷面和留設(shè)土方邊坡，是減少土方量的有效措施.邊坡的表示方法如圖1。1所示,為1:m，即:式中m=b/h，稱坡度系數(shù)。其意義為：當邊坡高度已知為h時,其邊坡寬度b邊坡坡度應(yīng)根據(jù)不同的挖填高度、土的性質(zhì)及工程的特點而定，既要保證土體穩(wěn)定和施工安全,又要節(jié)省土方.在山坡整體穩(wěn)定情況下，如地質(zhì)條件良好，土質(zhì)較均勻,使用時間在一年以上，高度在10m以內(nèi)的臨時性挖方邊坡應(yīng)按表1.5規(guī)定；挖方中有不同的土層，或深度超過10m時，其邊坡可作成折線形（圖1.1(b)、(c))或臺階形，以減少土當?shù)刭|(zhì)條件良好,土質(zhì)均勻且地下水位低于基坑、溝槽底面標高時，挖方深度在5m以對于使用時間在一年以上的臨時行填方邊坡坡度,則為:當填方高度在10m以內(nèi),可采用1：1.5；高度超過10m,可作成折線形,上部采用1：1.5,下部采用1:至于永久性挖方或填方邊坡，則均應(yīng)按設(shè)計要求施工。1．1.4土方量計算的基本方法土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.四方棱柱體法,是將施工區(qū)域劃分為若干個邊長等于a的方格網(wǎng)，每個方格網(wǎng)的土方體積若方格四個角點部分是挖方，部分是填方時,可按表1.7中所列的公式計算。三角棱柱體法,是將每一個方格順地形的等高線沿著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。當三角形有填有挖時（圖1。3(b)),則其零線將三角形分成兩部分,一個是底面為平均斷面法（圖1.4），可按近似公式和較精確的公式進行計算。(1。10)基坑、基槽、管溝、路堤、場地平整的土方量計算,均可用平均斷面法。當斷面不規(guī)則時，求斷面面積的一種簡便方法是累高法。此法如圖1.5所示，只要將所測出的斷面繪于普通方格坐標紙上（d取值相等），用透明卷尺從h1開始，依次量出各點高度h1、h2、…h(huán)n，累計得各點高度之和，然后將此值與d相乘，即為所求斷面面在上述的土方量計算基本公式中，由于計算公式不同,其計算的精度亦有所不同。例如,圖1.6所示的土方量:m3由此可見,其相對誤差可高達33％或更大。所以，在地形平坦地區(qū)可將方格尺寸劃分得大一些,采用四方棱柱體計算即可;而在地形起伏較大的地區(qū)，則應(yīng)將方格尺寸劃分得小些,亦宜采用三角棱柱體計算土方量。當采用平均斷面法計算基槽、管溝或路基土方量時，可先測繪出縱斷面圖（圖1.7)，再根據(jù)溝槽基底的寬、縱向坡度及放坡寬度,繪出在縱斷面圖上各轉(zhuǎn)折點處的橫斷面。算出個橫斷面面積后,便可用平均斷面法計算個段的土方量，即：兩橫斷面之間的距離與地形有關(guān)，地形平坦，距離可大一些；地形起伏較大時,則一定要沿地形每一起伏的轉(zhuǎn)折點處取一橫斷面,否則會影響土方量計算的準確性.1．1.5場地平整土方量計算場地設(shè)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(shè)計的依據(jù)。合理地確定場地的設(shè)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。8所示,當場地設(shè)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(shè)計標高為H1時，填方大大超過挖方，則需要從場地外大量取土回填;當設(shè)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(shè)計標高時，應(yīng)結(jié)合場地的具體條件反復(fù)進行技術(shù)經(jīng)濟比較,選擇其中一個最優(yōu)的方案。其原則是：①應(yīng)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(shè)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。如場地設(shè)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)域劃分為邊長a為10~50m若干方格網(wǎng)(圖1.9）。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等分，于是便可直接讀得H31點的地面標高，如圖1．10所示，H31=251.7?按填挖方平衡確定設(shè)計標高H0，即的角點標高,H22則是四個方格公共的角點標高,它們分別在上式中要加一次，二次,四式中N-—方格網(wǎng)數(shù);H1——一個方格僅有的角點標高;H2-—兩個方格共有的角點標高;H4——四個方格共有的角點標高。252.45+251．40＋251.60+251.60）+2(252.00+251。70+251．90＋250。95+251．25+250．85)+4（251.60+251。28251.1.5.2場地設(shè)計標高的調(diào)整原計劃所得的場地設(shè)計標高H0僅為一理論值，實際上,還需要考慮以下因素進行調(diào)整。由于土具有可松性，一般填土會有多余，需相應(yīng)地提高設(shè)計標高.如圖1.11所示,設(shè)△h為土的可松性引起設(shè)計標高的增加值，則設(shè)計標高調(diào)整后的總挖方體積應(yīng)為：（1。14）總填方體積:(1.15)此時，填方區(qū)的標高也應(yīng)與挖方區(qū)一樣,提高△h,即:移項整理簡化得（當VT＝VW(1。17）故考慮土的可松性后，場地設(shè)計標高調(diào)整為：式中VW，VT——按理論設(shè)計標高計算的總挖方，總填土區(qū)總面積；FW，F(xiàn)T——按理論設(shè)計標高計算的挖方區(qū)，填方區(qū)總面積；?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與場外等,均會引起填土方量的變化。必要時，亦需調(diào)整設(shè)計標高.為了簡化計算,場地設(shè)計標高的調(diào)整值H，可按下列近似公式確定，即:式中Q——場地根據(jù)H平整后多余或不足的土方量。?場地泄水坡度的影響當按調(diào)整后的同一設(shè)計標高H進行場地平整時，則整個地表面均處于同一水平面;但實際上由于排水的要求,場地表面需有一定的泄水坡度。因此，還需根據(jù)場地泄水坡度的要求（單面泄水或雙面泄水)，計算出場地內(nèi)各方格角點實際施工所用的設(shè)計標高。①場地具有單向泄水坡度時的設(shè)計標高作為場地中?場地具有單向泄水坡度時設(shè)計標高的確定方法，是將已調(diào)整的設(shè)計標高作為場地中心線的標高（圖1．12)，場地內(nèi)任意點的設(shè)計標高則為：(1。20)式中Hn——場地內(nèi)任一點的設(shè)計標高；i——場地泄水坡度（不小于2‰)。②場地具有雙向泄水坡度時的設(shè)計標高場地具有雙向泄水坡度時設(shè)計標高的確定方法，同樣是將已調(diào)整的設(shè)計標高作為場地縱橫方向的中心線標高（圖1.13場地內(nèi)任一點的設(shè)計標高為：式中l(wèi)x,ly—-——該點沿X—-X，Y-—Y方向距場地中心線的距1。1。5。3場地土方量計算場地土方量計算步驟如下（圖1．14）。?求各方格角點的施工高度hnHn——角點的設(shè)計標高(若無泄水坡度時,即為場地設(shè)計標高H——角點的自然地面標高。例如：圖1.14中，已知場地方格邊長a=20m，根據(jù)方格角點的地面標高求得H0=43.48m,按單向排水坡度2‰已求得各方格角點的設(shè)計標高，于是各方格角點的施工高度，即為該點的設(shè)計標高減去地面標高(見圖1.14中的圖例)。“零線”位置的確定方法是，先求出方格網(wǎng)中邊線兩端施工高度有“+”“－”中的“零點”，將相鄰兩“零點"連接起來,即為“零線”。確定“零點”的方法如圖1.15所示,設(shè)h1為填方角點的填方高度,h2為挖方角點的挖方高度,O為零點位置。則由兩個相似三角形求得:式中x——零點至計算基點的距離;同理，亦可根據(jù)邊長a和兩端的填挖高度h1,h2，采用作圖法直接求得零點位置.即用相同的比例尺在邊長的兩端標出填，挖高度，填，挖高度連線與邊長的相交點就是零?計算場地挖,填土方量零線求出后，也就劃出了場地的挖方區(qū)和填方區(qū),便可按平均高度法分別計算出挖，填區(qū)各1。1。5.4場地邊坡土方量計算場地平整時,還要計算邊坡土方量（圖1．16）,其計算步驟如下:?根據(jù)土質(zhì)確定填、挖邊坡的邊坡率m1、m2；?計算邊坡土方量A、B、C、D四個角點的土方量,近似地按正方錐體計算。例如,A點土方量（1．24)AB、CD兩邊土方量按平均斷面法計算.例如AB邊的土方量為：（1.25）AC、BD兩邊分段按三角錐體計算。例如AC邊AO段的土方量為:(1。26）土方調(diào)配是土方規(guī)劃中的一個重要內(nèi)容，其工作包括:劃分調(diào)配區(qū)；計算土方調(diào)配區(qū)之間的土方調(diào)配的原則：應(yīng)力求挖填平衡、運距最短、費用最?。槐阌谠撏猎焯?、支援農(nóng)業(yè);考慮土方的利用,以減少土方的重復(fù)挖填和運輸.因此，在劃分調(diào)配區(qū)時應(yīng)注意下列幾點:?調(diào)配區(qū)的劃分應(yīng)與房屋或構(gòu)筑物的位置相協(xié)調(diào),滿足工程施工順序和分期施工的要求,使近期施工和后期利用相結(jié)合。配區(qū)的長度應(yīng)大于或等于機械的鏟土長度；調(diào)配區(qū)的面積最好與施工段的大小相適應(yīng)。?調(diào)配區(qū)的范圍應(yīng)與計算土方量用的方格網(wǎng)相協(xié)調(diào),通?？捎扇舾蓚€方格網(wǎng)組成一個調(diào)配?從經(jīng)濟效益出發(fā)，考慮就近借土或就近棄土.這時,一個借土區(qū)或一個棄土區(qū)均可作為一個獨立的調(diào)配區(qū).1．1.6．2調(diào)配去之間的平均運距平均運距即挖方區(qū)土方重心至填方區(qū)土方重心的距離。因此，求平均運距，需先求出每個調(diào)配區(qū)的重心。其方法如下：取場地或方格網(wǎng)中的縱橫兩邊為坐標軸,分別求出各區(qū)土方的重心位置，即:式中X0，Y0——挖或填方調(diào)配區(qū)的重心坐標；V——每個方格的土方量；X，y——每個方格的重心坐標.當?shù)匦螐?fù)雜時，亦可用作圖法近似地求出行心位置以代替重心位置。重心求出后,則標于相應(yīng)的調(diào)配區(qū)上，然后用比例尺量出每對調(diào)配區(qū)之間的平均運距,或按下式計算:（1.28）式中L—-挖,填方區(qū)之間的平均運距;XOT,YOT——填方區(qū)的中心坐標；XOW，YOW——挖方區(qū)的中心坐標.1.1。6.3最優(yōu)調(diào)配方案的確定最優(yōu)調(diào)配方案的確定,是以線性規(guī)定為理論基礎(chǔ)，常用“表上作業(yè)法"求解。現(xiàn)結(jié)合示例介紹如下:已知某場地有四個挖方區(qū)和三個填方區(qū)，其相應(yīng)的挖填土方量和各對調(diào)配區(qū)的運距如表1.8所示。利用“表上作業(yè)法”進行調(diào)配的步驟為：?用“最小元素法”編制初始調(diào)配方案即先在運距表（小方格）中找一個最小數(shù)值，如C22=C43=40(任取其中一個，現(xiàn)取C43),于是先確定X43的值，使其盡可能的大，即X43=max(400，500）=400。由于A4挖方區(qū)的土方全部調(diào)到B3填方區(qū)，所以X41和X42都等于零.此時,將400填入X43格內(nèi)，同時將X41，X42格內(nèi)畫上一個“×”號,然后在沒有填上數(shù)字和“×”號的方格內(nèi)再選一個運距最小的方格，即C22＝40,便可確定X22=500,同時使X21＝X23＝0。此時，又將500填入X22格內(nèi)，并在由于利用“最小元素法"編制初始方案,也就優(yōu)先考慮了就近調(diào)配的原則，所以求得之總運輸量是較小的.但這并不能保證其總運輸量最小，因此還需要進行判別,看它是否為最優(yōu)方案。判別的方法有“閉回路法"和“位勢法”,其實質(zhì)均一樣,都是求檢驗數(shù)λij來判別。只要所有的檢驗數(shù)λij≥0,則方案即為最優(yōu)方案;否則,不是最優(yōu)方案,尚需進行現(xiàn)就用“位勢法”求檢驗數(shù)予以介紹：首先將初始方案中有調(diào)配數(shù)方格的Cij列出,然后按下式求出兩組位勢數(shù)ui（i=1,2,…,m)和vj(j=1，2,…，n）。位勢數(shù)求出后，便可根據(jù)下式計算各空格的檢驗數(shù)；例如，本例兩組位勢數(shù)如表1。9所示。先令u1=0,則:v2=110—10＝100u2=40－100＝-60u3=60－50=10v3=70—10=60u4=40-60=—20本例個空格的檢驗數(shù)如表1.10所示。如λ21=70—(—60）-50=+80（在表1。從表1．10中已知，在表中出現(xiàn)了負的檢驗數(shù),這說明初