土方工程計算規(guī)則

1、第一章土方工程,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

2、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)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

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(yùn)土量為5m3/車汽車運(yùn)土,問應(yīng)運(yùn)多少車次 解:根據(jù)公式 Q=（1000-1500/1.03 )×1.08= - 492.8m3

4、 結(jié)果為負(fù)，故該場地應(yīng)借土 運(yùn)土的車次為 n=492.8/5=48(車次),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(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(yùn)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(dá)西定律?。郑剑耍芍瑵B透系數(shù)的物理意義是：當(dāng)水力梯度等于１時

6、的滲流速度。３）應(yīng)用（１）地下降水時計算涌水量應(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；

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

8、F1、F2—— 第i段的兩端面積（m2）； Li—— 第i段的長度； F0 ——第i段的中截面積；,,,圖1-2,二 場地平整土方量計算1 設(shè)計標(biāo)高的確定 場地整平常要求場地內(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)計標(biāo)高H0。如圖1-3示 1）在圖上劃分方格，邊長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 場地平整標(biāo)高計算 1—     等高線 2—自然地坪 3—設(shè)計標(biāo)高平面 4—自然地面與設(shè)計標(biāo)高平面的交線（零線）,化簡得改寫成,式中：H0—達(dá)到挖填平衡的場地標(biāo)高(m)；a—方格網(wǎng)邊長(m)；N—方格數(shù)(個)；N11…N22—任一方格的四個角點(diǎn)的標(biāo)高(m

10、);H1—1個方格共有的角點(diǎn)標(biāo)高(m)；H2—2個方格共有的角點(diǎn)標(biāo)高(m)；H3—3個方格共有的角點(diǎn)標(biāo)高(m)；H4—4個方格共有的角點(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)計標(biāo)高調(diào)整前的填挖方體積 AT、AW — 設(shè)計標(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（即場地表面交處于同一個水平面），可作施工粗略確定場地整平標(biāo)高用，實際場地均有排水坡度，如場地面積較大，有2‰以上排水坡度，尚應(yīng)考慮坡度對設(shè)計標(biāo)高的影響，以場地中心為基點(diǎn)，雙向排水，則場地內(nèi)任一點(diǎn)實際施工時所采用的設(shè)計標(biāo)高Hn，可由下式求得 （如圖1-5示）式中：H0—場地內(nèi)任意一點(diǎn)的設(shè)計

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方向至場地中心的距離±—由場地中心點(diǎn)沿x，y方向指向計算點(diǎn)，若其方向與ix iy反向則取“+”號，反之取“－”號,,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)一個方格內(nèi)同時有填方與挖方時，要確定填挖的分界

13、線即“零線”。先確定零點(diǎn)，再把零點(diǎn)連起來得零線 （如圖1-6）。,零點(diǎn)確定公式：,,5 土方量的計算如圖1-7示按零線通過的位置不同，方格可分為三種類型，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即得總的填挖方量7 邊坡土方量的計算在整平場地，修筑路基的邊坡時，常需計算邊坡挖填土方量，系根據(jù)地形圖和邊坡豎向布置圖或現(xiàn)場測繪，將要計算的邊坡

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)行土方計算，最后將各塊匯總，即得場地邊坡總挖、填土方量,圖1-8 場地邊坡計算簡圖,1）邊坡三棱體體積 邊坡三角棱體體積V可按下式計算（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，可按下式計算（例如圖1-8中的④ ）（2）當(dāng)兩端橫截面面積相差很大時,式中：V

15、1、—邊坡①三角棱體體積(m3)，其它的計算方法相同;l1—邊坡①的邊長(m)m—邊坡的坡度系數(shù)；V4—邊坡④三角棱體積(m3)l4—邊坡④的長度(m)F1、F2、F0—邊坡④兩端及中部的橫截面面積,8 土方計算實例某場地平整利用方格網(wǎng)法計算其土方量a=20m，如圖1-9示，各角點(diǎn)編號及自然標(biāo)高如圖示，場地考慮雙向排水，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算，該場地

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

17、.計算零點(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、避免對流與亂流現(xiàn)象，同時便利調(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).計算各調(diào)配區(qū)的土方量，并標(biāo)于圖上3).計算每對調(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)對應(yīng)于最小的Lij取最大的xij值的原則調(diào)配。初始方案見表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“位勢法”檢驗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 檢驗結(jié)果見表1-3，從中可以知道λ23= -10< 0，故初始方案不是最優(yōu)。 表1-3 檢驗數(shù)的計算

25、 注： 表中50/90分別表示假想運(yùn)距和檢驗數(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）再用位勢法檢驗，從表1-6可知,所有的λij≥ 0，故新方案為最優(yōu) ，土方調(diào)配見圖1-11 表1-6 檢驗數(shù)的計算,,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)力來保持平衡的，一旦土體失去平衡，就會造成塌方，不

27、僅會造成人身安全事故，而且會影響工期，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)力超過其抗剪強(qiáng)度所造成。2）外因 體現(xiàn)在以下幾個方面：,（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，同時抗剪能力下降；（3） 邊坡頂有動載或靜載。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，對挖方和填方的邊緣均應(yīng)作成一定的坡度，這個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； 水紋條件；施工方法；開挖深度；工期的長短。2）設(shè)支護(hù)（1）產(chǎn)生 當(dāng)施工現(xiàn)場條件的限制不能放坡或放坡造成土方量開挖過大不經(jīng)濟(jì)時可設(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排走，不僅會使施工條件惡化，造成土壁塌方，而且會影響地基的承載力。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)時易產(chǎn)生流砂現(xiàn)象,2）井點(diǎn)降水（1）含義：在基坑開挖前，預(yù)先在基坑周圍或基坑內(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挖。,（2）種類 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A 布置 平面布置 單排井點(diǎn) 寬度小于6m，降水深度不超過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,用單級若H > 6m,用多級,B 涌水量的計算水井種類: 無壓完整井,無壓非完整井,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,總管長度不大于100m,井點(diǎn)管數(shù)為80個左右;采用V6型時,總管長度不大于120m,井點(diǎn)管數(shù)為100個左右。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，無塑性的土壤，在動水壓力推動下，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；會不會發(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)過長度為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化簡得式中稱 為水力梯度，以 I 表示，則上式可寫成 T = I γw ，由于單位土體阻力與水在土中滲流時對單位土體的壓力GD（稱動水壓

35、力）大小相等，方向相反，所以 GD= - T = - I γw,當(dāng)動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1 填土的基本要求保證一定的密實性和穩(wěn)定性，符合設(shè)計和規(guī)范的有關(guān)規(guī)定2 填筑方法

36、填土應(yīng)分層進(jìn)行，并盡量采用同類土填筑若填方中采用不同透水性的土料填筑時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遍數(shù)4 壓實方法碾壓法：平碾，羊足碾夯實法：蛙式夯，重錘夯，木夯，石夯振動法,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)，各種碾壓夯實機(jī)本章小結(jié)1土的分類及性質(zhì)與利用；2 邊坡穩(wěn)定及防止措施；