土方工程計(jì)算規(guī)則

1、第一章土方工程,第一節(jié) 土的分類(lèi)及性質(zhì)一.土的分類(lèi)1 、按地基土分類(lèi)： ——根據(jù)土的顆粒級(jí)配或塑性指數(shù)分六類(lèi) 巖石, 碎石土, 砂土 , 粉土 ,粘性土 , 人工填土2 土的工程分類(lèi)：按施工的難易程度分八類(lèi) 松軟土 , 普通土 , 堅(jiān)土 , 砂礫堅(jiān)土, 軟石 , 次堅(jiān)石 堅(jiān)石 , 特堅(jiān)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(guò)開(kāi)

2、挖后,其體 積因松散而增加,以后雖經(jīng)回填壓實(shí),仍不能恢復(fù)到原來(lái)的體積,其這種性質(zhì)稱(chēng)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(kāi)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(shí)后的體積 V1 ——土的自然體積,3)可松性的利用（1）借土

3、，棄土?xí)r應(yīng)考慮土的可松性 Q—借土或棄土的量，正表示棄土，負(fù)表示借土；Vt；Vw—填或挖方的體積；Ks；Ks’—土的可松性,例題 某場(chǎng)地的挖方體積為1000m3,填方體積為1500m3,ks=1.08,ks’=1.03,問(wèn)該場(chǎng)地是借土還是棄土?若用運(yùn)土量為5m3/車(chē)汽車(chē)運(yùn)土,問(wèn)應(yīng)運(yùn)多少車(chē)次 解:根據(jù)公式 Q=（1000-1500/1.03 )×1.08= - 492.8m3

4、 結(jié)果為負(fù)，故該場(chǎng)地應(yīng)借土 運(yùn)土的車(chē)次為 n=492.8/5=48(車(chē)次),由于可松性的存在,運(yùn)土?xí)r應(yīng)考慮工具的容量。由于可松性的存在，原土結(jié)構(gòu)受到破壞時(shí)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(chēng)為土 的含水量。 2）表達(dá)式ω = Ww / W ×100%式中：

5、 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(yīng)用（1）填土?xí)r應(yīng)考慮土的最佳含水量（2）含水量的高低對(duì)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(huì)透過(guò)土體而運(yùn)動(dòng)，土體這種被水透過(guò)的性質(zhì)稱(chēng)為土的滲透性。2）表示 ：滲透系數(shù)Ｋ由達(dá)西定律?。郑剑耍芍?，滲透系數(shù)的物理意義是：當(dāng)水力梯度等于１時(shí)

6、的滲流速度。３）應(yīng)用（１）地下降水時(shí)計(jì)算涌水量應(yīng)考慮滲透系數(shù)的大小。（２）流砂的防治應(yīng)考慮。,第二節(jié)　土方量的計(jì)算一　基坑，基槽的土方量的計(jì)算１、基坑　對(duì)于基坑土方量可按立體幾何中的擬柱體（由兩個(gè)平行平面做上、下底的一種多面體）體積計(jì)算，先計(jì)算上、下兩個(gè)面的面積F1、F2，再計(jì)算其體積。如圖1-1示，計(jì)算公式為 或,ｈ ——開(kāi)挖深度； Ｆ１、Ｆ２——上下兩個(gè)面的面積；

7、 a、b ——底面的長(zhǎng)度和寬； m ——放坡系數(shù)。 圖1-1,2 基槽溝槽土方量可沿其長(zhǎng)度方向分段（截面相同的不分段）計(jì)算，先計(jì)算截面面積，再求長(zhǎng)度，累計(jì)各段計(jì)算土方量，如圖1-2示，可按下式計(jì)算Vi—— 第i段的體積（m3）；

8、F1、F2—— 第i段的兩端面積（m2）； Li—— 第i段的長(zhǎng)度； F0 ——第i段的中截面積；,,,圖1-2,二 場(chǎng)地平整土方量計(jì)算1 設(shè)計(jì)標(biāo)高的確定 場(chǎng)地整平常要求場(chǎng)地內(nèi)的土方在平整前和平整后相等，達(dá)到挖填土方量最平衡。即“填挖平衡”的原則確定設(shè)計(jì)標(biāo)高H0。如圖1-3示 1）在圖上劃分方格，邊長(zhǎng)a=10~40m，常用a=20 m 2） 根據(jù)等高線按比例求解各頂點(diǎn)的地面高程Hij 3

9、） 求解H0,圖1-3 場(chǎng)地平整標(biāo)高計(jì)算 1—     等高線 2—自然地坪 3—設(shè)計(jì)標(biāo)高平面 4—自然地面與設(shè)計(jì)標(biāo)高平面的交線（零線）,化簡(jiǎn)得改寫(xiě)成,式中：H0—達(dá)到挖填平衡的場(chǎng)地標(biāo)高(m)；a—方格網(wǎng)邊長(zhǎng)(m)；N—方格數(shù)(個(gè))；N11…N22—任一方格的四個(gè)角點(diǎn)的標(biāo)高(m

10、);H1—1個(gè)方格共有的角點(diǎn)標(biāo)高(m)；H2—2個(gè)方格共有的角點(diǎn)標(biāo)高(m)；H3—3個(gè)方格共有的角點(diǎn)標(biāo)高(m)；H4—4個(gè)方格共有的角點(diǎn)標(biāo)高(m)。,2 H0的調(diào)整1）考慮土的可松性影響 由于土有可松性，為了達(dá)到填挖平衡，則應(yīng)把H0提高△h，如圖1-4示,增加高度為： 式中：VT、VW — 設(shè)計(jì)標(biāo)高調(diào)整前的填挖方體積 AT、AW — 設(shè)計(jì)標(biāo)高調(diào)整前的填挖方面積；

11、 Ks’ — 土的最終可松性系數(shù)； △h — 設(shè)計(jì)標(biāo)高的增加值。,2)考慮排水坡度后標(biāo)高 H0為理論數(shù)值（即場(chǎng)地表面交處于同一個(gè)水平面），可作施工粗略確定場(chǎng)地整平標(biāo)高用，實(shí)際場(chǎng)地均有排水坡度，如場(chǎng)地面積較大，有2‰以上排水坡度，尚應(yīng)考慮坡度對(duì)設(shè)計(jì)標(biāo)高的影響，以場(chǎng)地中心為基點(diǎn)，雙向排水，則場(chǎng)地內(nèi)任一點(diǎn)實(shí)際施工時(shí)所采用的設(shè)計(jì)標(biāo)高Hn，可由下式求得 （如圖1-5示）式中：H0—場(chǎng)地內(nèi)任意一點(diǎn)的設(shè)計(jì)

12、標(biāo)高ix iy—x方向y方向的排水坡度(不小于2‰) lx ly—x，y方向至場(chǎng)地中心的距離±—由場(chǎng)地中心點(diǎn)沿x，y方向指向計(jì)算點(diǎn)，若其方向與ix iy反向則取“+”號(hào)，反之取“－”號(hào),,3 求各頂點(diǎn)的施工高度式中： hn—各頂點(diǎn)的施工高度，“+”為填方，“-” 為挖方 Hn—各角點(diǎn)的設(shè)計(jì)標(biāo)高 Hn’—各角點(diǎn)的自然標(biāo)高4 確定零線，即填挖的分界線當(dāng)一個(gè)方格內(nèi)同時(shí)有填方與挖方時(shí)，要確定填挖的分界

13、線即“零線”。先確定零點(diǎn)，再把零點(diǎn)連起來(lái)得零線 （如圖1-6）。,零點(diǎn)確定公式：,,5 土方量的計(jì)算如圖1-7示按零線通過(guò)的位置不同，方格可分為三種類(lèi)型，即：,1）全填或全挖2) 兩挖兩填3）三挖一填或三填一挖,6 求填挖方量將所有的填方挖方累加起來(lái)即得總的填挖方量7 邊坡土方量的計(jì)算在整平場(chǎng)地，修筑路基的邊坡時(shí)，常需計(jì)算邊坡挖填土方量，系根據(jù)地形圖和邊坡豎向布置圖或現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪，將要計(jì)算的邊坡

14、劃分為兩種近似的幾何形體（圖1-8），一種為三角棱體（如體積①~③、⑤~11）；另一種為三角棱柱體（如體積④），然后應(yīng)用幾何公式分別進(jìn)行土方計(jì)算，最后將各塊匯總，即得場(chǎng)地邊坡總挖、填土方量,圖1-8 場(chǎng)地邊坡計(jì)算簡(jiǎn)圖,1）邊坡三棱體體積 邊坡三角棱體體積V可按下式計(jì)算（例如圖1-8中的①）2）邊坡三棱柱體體積 （1）邊坡三角棱柱體積V，可按下式計(jì)算（例如圖1-8中的④ ）（2）當(dāng)兩端橫截面面積相差很大時(shí),式中：V

15、1、—邊坡①三角棱體體積(m3)，其它的計(jì)算方法相同;l1—邊坡①的邊長(zhǎng)(m)m—邊坡的坡度系數(shù)；V4—邊坡④三角棱體積(m3)l4—邊坡④的長(zhǎng)度(m)F1、F2、F0—邊坡④兩端及中部的橫截面面積,8 土方計(jì)算實(shí)例某場(chǎng)地平整利用方格網(wǎng)法計(jì)算其土方量a=20m，如圖1-9示，各角點(diǎn)編號(hào)及自然標(biāo)高如圖示，場(chǎng)地考慮雙向排水，ix=0.2%，iy=0.3%（以5角點(diǎn)為中心），不考慮土的可松性影響，試按填挖平整的原則計(jì)算，該場(chǎng)地

16、平整的土方量。解：1.確定設(shè)計(jì)標(biāo)高H0。,2.考慮排水坡度影響，計(jì)算每個(gè)角點(diǎn)的計(jì)算標(biāo)高同理其余各角點(diǎn)的設(shè)標(biāo)高可計(jì)算出并標(biāo)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=9.72,,3.計(jì)算各角點(diǎn)的施工高度 同理其它各角點(diǎn)的施工高度計(jì)算并標(biāo)在圖1-9上。4

17、.計(jì)算零點(diǎn)，找零線利用公式 求零點(diǎn)距角點(diǎn)的距離。1—2線4—5線,,,,,5—9線 6—10線10—11線把零點(diǎn)連成零線5.計(jì)算土方量 方格1245 V+=20(0.83+17.65)(0.01+0.3)/8=14.32m3 V-=20(19.17+2.35)(0.23+0.04)/8=14.53m3,,,,方格4589 V+=(20²

18、;-2.35×2.35) /2·(0.3+0.74+0.3)/5=106.46m3 V-=1/2×2.35×2.35×0.04/3=0.04m3 方格2356 V-=20²(0.23+0.42+0.04+0.08)/4=77 m3 方格56910 V+=1/2(17.65+13.32)×20×(0.3+0.16)/

19、4=35.63m3 V-=20/8×(2.35+6.67)×(0.04+0.08)=2.71m3 方格671011 V+=1/6×(13/33×9.41)×0.16=3.35m3 V-=(202-13.33×9.41)×(0.08+0.42+0.18)/5=37.34m3 總土方量　　 V+=14.32+106.46+35.

20、63+3.35=159.76m3 V-=14.53+77+0.04+2.71+37.34=131.62m3,三 土方調(diào)配1 調(diào)配原則1).填方、挖方基本平衡，減少運(yùn)土2).填、挖方量與遠(yuǎn)距的乘積之和盡可能小，使總的運(yùn)費(fèi)最低3).好土應(yīng)用于回填質(zhì)量要求高的區(qū)域4).調(diào)配應(yīng)與地下構(gòu)筑物的施工相配合，地下設(shè)施的挖土，應(yīng)留土后填5).選擇恰當(dāng)?shù)恼{(diào)配方向及線路、避免對(duì)流與亂流現(xiàn)象，同時(shí)便利調(diào)配、機(jī)械化施工 2 調(diào)配步驟

21、1).劃分調(diào)配區(qū)。在平面圖上劃出挖、填區(qū)的分界線，并在挖方區(qū)和填方區(qū)劃出若調(diào)配區(qū)，確定調(diào)配區(qū)的大小和位置,2).計(jì)算各調(diào)配區(qū)的土方量，并標(biāo)于圖上3).計(jì)算每對(duì)調(diào)配區(qū)的平均運(yùn)距，即挖方區(qū)土方重心至填方區(qū)重心的距離，并將每一距離Lij標(biāo)于表1-1(土方平衡與運(yùn)距表)中4).確定最優(yōu)調(diào)配方案。先用“最小元素性”確定初始方案，再用“位勢(shì)法”進(jìn)行檢查，是否總的運(yùn)輸量 為最小值，否則用“閉回路法”進(jìn)行調(diào)整Lij—

22、—各調(diào)配區(qū)之間的平均運(yùn)距(m)；Xij——各調(diào)配區(qū)的土方量(m3)。5).繪制土方調(diào)配圖，根據(jù)以上結(jié)果，標(biāo)出調(diào)配方向、土方數(shù)量及運(yùn)距,,,,表1-1 土方平衡與運(yùn)距表,3 例題矩形廣場(chǎng)各調(diào)配區(qū)的土方量如圖1-10所示,相互之間的平均運(yùn)距見(jiàn)表1-2，試求最優(yōu)土方調(diào)配方案。,,解：（1）先將圖1-10中的數(shù)值標(biāo)注在填、挖方平衡及 運(yùn)距 表1-2中 表1-2 填挖方平衡及運(yùn)距

23、表,（2）采用“最小元素法”編初始調(diào)配方案，即根據(jù)對(duì)應(yīng)于最小的Lij取最大的xij值的原則調(diào)配。初始方案見(jiàn)表3-23表3-23 土方初始調(diào)配方案,350,300,400,200,250,50,S1=100×200+250×150+50×90+400×40+300×80+350×50=119500 m3?m,（3）用“位勢(shì)法”檢驗(yàn)１）利用運(yùn)距相等的退化原理求假想運(yùn)距L’ij

24、， 求檢驗(yàn)數(shù) λij = Lij – L’ij 若所有 λij≥ 0 則方案最優(yōu)， 若有 λi j< 0 則方案不優(yōu) ２） 檢驗(yàn) 檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1-3，從中可以知道λ23= -10< 0，故初始方案不是最優(yōu)。 表1-3 檢驗(yàn)數(shù)的計(jì)算

25、 注： 表中50/90分別表示假想運(yùn)距和檢驗(yàn)數(shù)，其它含義相同,（4）用“閉回路法”進(jìn)行調(diào)整1）  找出X22的閉回路：從X22空格出發(fā),沿水平或豎直方向前進(jìn)，遇到有適當(dāng)數(shù)字的空格作900的轉(zhuǎn)彎，然后依次繼續(xù)前進(jìn)，再回到出發(fā)點(diǎn)形成一條閉回路，如表1-4中形成的閉回路;2）  從X22出發(fā)沿閉回路前進(jìn)，在各奇數(shù)次轉(zhuǎn)角點(diǎn)的數(shù)字中挑出一個(gè)最小的（例題中在400,250中取250）將其調(diào)到X22空格中；

26、將250填入X22空格中，其它奇數(shù)次轉(zhuǎn)角上減去250,偶數(shù)次轉(zhuǎn)角上數(shù)字加250,形成新的方案如 表1-5;,表1-4,,,,,,5）再用位勢(shì)法檢驗(yàn)，從表1-6可知,所有的λij≥ 0，故新方案為最優(yōu) ，土方調(diào)配見(jiàn)圖1-11 表1-6 檢驗(yàn)數(shù)的計(jì)算,,第三節(jié)土方施工要點(diǎn)一 土壁穩(wěn)定 土壁的穩(wěn)定主要由土體內(nèi)的摩阻力和粘結(jié)力來(lái)保持平衡的，一旦土體失去平衡，就會(huì)造成塌方，不

27、僅會(huì)造成人身安全事故，而且會(huì)影響工期，甚至?xí)＜案浇慕ㄖ?，因而土方施工中?yīng)保持土壁穩(wěn)定防止塌方。 1 土壁塌方的原因1）內(nèi)因 主要是由于在外界因素的影響下，使土體內(nèi)的抗剪強(qiáng)度降低或剪應(yīng)力增加，使土體中的剪應(yīng)力超過(guò)其抗剪強(qiáng)度所造成。2）外因 體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：,（1） 邊坡太陡土的穩(wěn)定性不夠；（2）雨水施工用水滲入邊坡中，使土體重量增加，剪應(yīng)力增加，同時(shí)抗剪能力下降；（3） 邊坡頂有動(dòng)載或靜載。2 防止塌方的措

28、施1）放足邊坡（1）邊坡的含義 土方施工中為了保持土壁穩(wěn)定防止塌方，對(duì)挖方和填方的邊緣均應(yīng)作成一定的坡度，這個(gè)傾斜的坡度即為邊坡。（2） 表示——邊坡系數(shù) m,,,h,（3）確定邊坡系數(shù)的大小應(yīng)考慮的因素：土的種類(lèi)； 水紋條件；施工方法；開(kāi)挖深度；工期的長(zhǎng)短。2）設(shè)支護(hù)（1）產(chǎn)生 當(dāng)施工現(xiàn)場(chǎng)條件的限制不能放坡或放坡造成土方量開(kāi)挖過(guò)大不經(jīng)濟(jì)時(shí)可設(shè)支護(hù)。（2）支護(hù)形式,,土層錨桿支護(hù),板樁支護(hù),,,,,灌注樁支護(hù),

29、地下連續(xù)墻,深層攪拌支護(hù)二 施工排（降）水1排水的重要性 流入基坑中的地下水和地面水不及時(shí)排走，不僅會(huì)使施工條件惡化，造成土壁塌方，而且會(huì)影響地基的承載力。2 降水的方式及措施1）集水坑降水法（明排水）,,,,當(dāng)土的滲透性強(qiáng)時(shí)易產(chǎn)生流砂現(xiàn)象,2）井點(diǎn)降水（1）含義：在基坑開(kāi)挖前，預(yù)先在基坑周?chē)蚧觾?nèi)設(shè)置一定數(shù)量的濾水管（井），利用抽水設(shè)備從中抽水，使地下水位降至基坑底以下后才開(kāi)挖。,（2）種類(lèi) 適用

30、土壤 輕型井點(diǎn) k=0.1~50m/d管井井點(diǎn) k=20~200m/d噴射井點(diǎn) k=0.1~2m/d電滲井點(diǎn) k≦0.1m/d(3)輕型井點(diǎn)布置與設(shè)計(jì)A 布置 平面布置 單排井點(diǎn) 寬度小于6m，降水深度不超過(guò)5m采用 雙排井點(diǎn) 寬度大于6m，土質(zhì)不良采用

31、 環(huán)行井點(diǎn) 基坑面積較大呈方形采用,,高程布置若H≦6m,用單級(jí)若H > 6m,用多級(jí),B 涌水量的計(jì)算水井種類(lèi): 無(wú)壓完整井,無(wú)壓非完整井,承壓完整井,承壓非完整井承壓完整井的涌水量C 確定井管數(shù)量及間距單根井管出水量D 一般取0.8m; 1.2m ; 1.6m,D 抽水設(shè)備的

32、選擇 一般選用真空泵,泵型用V5或V6型.采用V5型時(shí),總管長(zhǎng)度不大于100m,井點(diǎn)管數(shù)為80個(gè)左右;采用V6型時(shí),總管長(zhǎng)度不大于120m,井點(diǎn)管數(shù)為100個(gè)左右。E 井點(diǎn)管的埋設(shè)與使用 埋設(shè)順序： 先排放總管，再埋設(shè)井點(diǎn)管，然后用彎聯(lián)管把井點(diǎn)管與總管連接，最后安裝抽水設(shè)備。 使用中的正常出水規(guī)律是 “先大后小，先渾后清”。3 流砂1）定義 粒徑很小，無(wú)塑性的土壤，在動(dòng)水壓力推動(dòng)下，極易失去穩(wěn)定而隨地下

33、水一起涌入坑內(nèi)，形成流砂現(xiàn)象。2）原因：內(nèi)因取決于土壤的性質(zhì)，當(dāng)土的孔隙度大含水量大粘粒含量少粉粒多滲透系數(shù)小排水性能 差等均容易產(chǎn)生流砂現(xiàn)象。因此，流砂現(xiàn)象經(jīng)常發(fā),發(fā)生在細(xì)砂粉和亞砂土中；會(huì)不會(huì)發(fā)生流砂現(xiàn)象，還應(yīng)具備一定的外因條件，即地下水及其產(chǎn)生動(dòng)水壓力的大小。,如圖示，由于高水位的左端（水頭高為h1）與低水位的右端（水頭高為h2）之間存在壓力差，水經(jīng)過(guò)長(zhǎng)度為l，斷面為的土體右左向右滲流。作用于土體的力有：γw h1A——

34、土體左斷的總水壓力，其方向與水流一致γw h2A——土體右斷的總水壓力，其方向與水流相反T l A——土體顆粒對(duì)水的阻力（T為單位土體阻力）由靜力平衡條件得： γw h1A — γw h2A — T l A = 0化簡(jiǎn)得式中稱(chēng) 為水力梯度，以 I 表示，則上式可寫(xiě)成 T = I γw ，由于單位土體阻力與水在土中滲流時(shí)對(duì)單位土體的壓力GD（稱(chēng)動(dòng)水壓

35、力）大小相等，方向相反，所以 GD= - T = - I γw,當(dāng)動(dòng)水壓力大于或等于土的浸水重度γ,即 GD ≧ γ 土處于懸浮狀態(tài)土的抗剪強(qiáng)度為零，土隨水流一起進(jìn)入基坑，形成流砂現(xiàn)象。3 流砂的防治（1）枯水期施工（2）打板樁（3）水中挖土（4）人工降低地下水位（5）低下連續(xù)墻法（6）拋大石塊，搶速度施工,三 土的填筑與壓實(shí)1 填土的基本要求保證一定的密實(shí)性和穩(wěn)定性，符合設(shè)計(jì)和規(guī)范的有關(guān)規(guī)定2 填筑方法

36、填土應(yīng)分層進(jìn)行，并盡量采用同類(lèi)土填筑若填方中采用不同透水性的土料填筑時(shí)必須將透水性較大的土層置于透水星較小的土層之下。3 填土質(zhì)量控制選好土料控制適宜的含水量確定合適的鋪土厚度與壓實(shí)遍數(shù)4 壓實(shí)方法碾壓法：平碾，羊足碾夯實(shí)法：蛙式夯，重錘夯，木夯，石夯振動(dòng)法,第四節(jié) 常用的土方施工機(jī)械推土機(jī)，鏟土機(jī)，平土機(jī)，松土機(jī)，單斗挖土機(jī)，多斗挖土機(jī)，各種碾壓夯實(shí)機(jī)本章小結(jié)1土的分類(lèi)及性質(zhì)與利用；2 邊坡穩(wěn)定及防止措施；