1、第一章 土方工程,第一节 土的分类及性质一、土的分类1、按地基土分类：根据土的颗粒级配或塑性指数分六类 岩石、碎石土、砂土、粉土、粘性土、人工填土2、土的工程分类：按施工的难易程度分八类 松软土、普通土、坚土、砂砾坚土、软石、次坚石 坚石、特坚石,二、土的性质 1、可松性（1）定义 自然状态下的土，经过开挖后，其体积因松散而增加，以后虽经回填压实，仍不能恢复到原来的体积，这种性质称为土的可松性,V2 开挖后土的松散体积 V1 土的自然体积,（2）可松性的表示可松性系数 1）最初可松性系数 Ks,2）土的最终可松性系数 K/s,V3 土压实后的体积 V1 土的自然体积,（3）工程中对土的可松性的
2、考虑1）借土、弃土时应考虑土的可松性,2）确定运土工具时，应考虑土的可松性,式中 Q借土或弃土的量，正表示弃土，负表示借土；Vt；Vw填或挖方的体积；Ks；Ks土的可松性系数,Q=（1000-1500/1.03）1.08=492.8m3 结果为负，故该场地应借土 运土的车次为 n=492.8/5=48（车次）,例题：某场地的挖方体积为1000m3，填方体积为1500m3，ks=1.08，ks=1.03，问该场地是借土还是弃土？若用运土量为5m3/车汽车运土，问应运多少车次？解：根据公式,2、土的含水量（1）定义：土中水的重量与土的固体颗粒重量之比称为 土的含水量。（2）表达式=Ww/W 100
3、%式中：土的含水量；Ww 土中水的重量；W 土中固体颗粒的重量；（3）应用 1）填土时应考虑土的最佳含水量；2）含水量的高低对土的承载力和边坡的稳定性有影响。,3、土的渗透性（1）定义：土体孔隙中的自由水在重力的作用下会透过土体而运动，土体这种被水透过的性质称为土的渗透性。（2）表示：渗透系数由达西定律，即 kV/I 知，渗透系数的物理意义是：当水力梯度等于时水的渗流速度。（）应用）地下降水、计算涌水量应考虑渗透系数的大小。）流砂的防治应考虑。,三、土方边坡1、土方边坡（1）边坡的含义 土方施工中为了保持土壁稳定防止塌方，将挖方和填方的边缘作成一定的坡度，这个倾斜的坡度即为边坡。（2）边坡的表
4、示 土方边坡坡度 或边坡系数 m，m=b/h,边坡坡度,2、土方挖方边坡要求,挖方边坡应根据使用时间（临时或永久性）、土的种类、物理力学性质（内摩擦角、粘聚力、密度、湿度、水文情况）等确定。（1）不放坡直槽高度 当地下水位低于基底，在湿度正常的土层中开挖基坑或管沟，且敞露时间不长，可做成直壁不加支撑，但挖方深度不宜超过下列规定：密实、中密的砂土和碎石土1m；硬塑、可塑的轻亚粘土及亚粘土1.25m；硬塑、可塑的粘土和碎石土1.5m；坚硬的粘土2m。,第二节土方量的计算一、基坑、基槽的土方量的计算、基坑对于基坑土方量可按立体几何中的拟柱体（由两个平行平面作为上、下底的一种多面体）体积计算，先计算上
5、、下两个面的面积F1、F2，再计算其体积。如图示，计算公式为,开挖深度；、上下两个面的面积；a、b 底面的长度和宽；m放坡系数。,或,amh,a,2、基槽沟槽土方量可沿其长度方向分段（截面相同的不分段）计算，先计算截面面积，再求长度，累计各段计算土方量，如图示，可按下式计算Vi 第i段的体积（m3）；F1、F2 第i段的两端面积（m2）；Li 第i段的长度；F0 第i段的中截面积；,例 某建筑外墙采用毛石基础，基础底宽1.07m，开挖深度1.8m，地基为硬塑粘土，已知土的可松性系数ks1.3，ks1.05。试计算每100m长基槽的挖方量；若留土后填，余土全部运走，计算预留土量及弃土量。解：查硬
6、塑粘土放坡起始深度为1.5m，放坡坡度为10.33，考虑工作面300mm基础底宽为：（107023001800 0.33）2860mm,解：基础开挖截面积按梯形计算,每100m长基槽的挖方量 V挖=AL=4.08100=408(m2)基础所占的体积V基(0.441.07十0.50.67十0.9 0.37)100109.6(m3)预留填方量(按原土计算)：,弃土量（按松散体积计算）V弃（V挖V填）KS（408284.19）1.3160.95（m3）,二、场地平整土方量计算1、设计标高的确定 场地整平常要求场地内的土方在平整前和平整后相等，达到挖填土方量平衡。即“挖填平衡”的原则确定设计标高H0。
7、如图示。1）在图上划分方格，边长a=1040m，常用a=20 m 2）根据等高线按比例求解各顶点的地面高程Hij 3）求解H0,图 场地平整标高计算 1等高线 2自然地坪 3设计标高平面 4自然地面与设计标高平面的交线（零线）,化简得改写成,H0达到挖填平衡的场地标高（m）；a方格网边长（m）；N方格数（个）；H11H22各方格四个角点的标高（m）;H11个方格共有的角点标高（m）；H22个方格共有的角点标高（m）；H33个方格共有的角点标高（m）；H44个方格共有的角点标高（m）。,2、H0的调整1）考虑土的可松性影响 由于土有可松性，为了达到挖填平衡，则应把H0提高h，如图示,增加高度计算
8、：由得式中：VT、VW 设计标高调整前的填挖方体积 AT、AW 设计标高调整前的填挖方面积；Ks 土的最终可松性系数；h 设计标高的增加值。,2）考虑排水坡度后的标高 H0为理论数值，可作施工粗略确定场地整平标高用，实际场地均有排水坡度，如场地面积较大，一般有2以上的排水坡度，应考虑坡度对设计标高的影响，如果以场地中心为基点，双向排水,式中：Hn场地内任意一点的设计标高 H0坐标原点的设计标高ix iyx方向y方向的排水坡度（不小于2）lx lyx，y方向至场地中心的距离由场地中心点沿x，y方向指向计算点，若其方向与ix iy反向则取“+”号，反之取“”号,则场地内任一点实际施工时所采用的设计
9、标高Hn，可由下式求得,3、求各顶点的施工高度式中：hn各顶点的施工高度，“+”为填方，“”为挖方 Hn各角点的设计标高 Hn各角点的自然标高,4、确定零线，即挖填的分界线当一个方格内同时有填方与挖方时，要确定挖填的分界线即“零线”。先确定零点，再把零点连起来得零线（如图）。,零线,填 方 区,挖 方 区,内插法确定零点：零点确定公式,h1,h1,o1,图 零点及零线的确定,式中hi取绝对值,5、土方量的计算(四方棱柱体法)如图示按零线通过的位置不同，方格可分为三种类型，即：全填或全挖、两挖两填、三挖一填或三填一挖,1）全填或全挖,填 方 区,挖 方 区,2）两挖两填,h1,h2,c,a,零线
10、,3）三挖一填或三填一挖,6、求总挖填方量将所有的挖方填方累加起来即得总的挖填方量,7、边坡土方量的计算（1）挖方区、填方区土方边坡在整平场地、修筑路基的边坡时，常需计算边坡挖填土方量,挖方,填方,挖方区边坡,填方区边坡,设计平面,剖面图,自然地面,（2）边坡几何形状 1）三角棱锥体 2）三角棱柱体边坡可划分为两种近似的几何形体，一种为三角棱锥体（如体积、11）；另一种为三角棱柱体（如体积），然后应用几何公式分别进行土方计算，最后将各块汇总，即得场地边坡总挖、填土方量）,（3）边坡体积 1）三角棱锥体体积 三角棱锥体体积V可按下式计算（如图中的）,式中：V1边坡三角棱锥体体积（m3）；l1边坡
11、的边长（m）；m边坡的坡度系数；,2）三角棱柱体体积 a）边坡三角棱柱体积V，可按下式计算（如图中的）b）当两端横截面面积相差很大时,式中：V4边坡三角棱柱体积（m3）l4边坡的长度（m）F1、F2、F0边坡两端及中部的横截面面积,（以5角点为中心），不考虑土的可松性影响，试按挖填平整的原则计算该场地平整的土方量。,8 土方计算实例 某场地平整利用方格网法计算其土方量a=20m，各角点编号及自然标高如图示，场地考虑双向排水，ix=0.2%，iy=0.3%,解：（1）确定设计标高H0,2、考虑排水坡度影响，计算每个角点的计算标高（以5角点为中心）,同理其余各角点的设标高可计算出并标在图上H4=9
12、.5;H5=9.56;H6=9.62;H7=9.68;H8=9.54;H9=9.6;H10=9.66;H11=9.72,ix0.2iy0.3,3.计算各角点的施工高度 同理计算其它各角点的施工高度结果标在图上。,ix0.2iy0.3,4.计算零点，找零线利用公式 求零点距角点的距离。12线45线,59线 610线1011线把零点连成零线,5.计算土方量 方格1245,两挖两填,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4589,一挖三填,V+=（202.352.35/2）（0.3+
13、0.74+0.3）/5=106.46m3 V=1/22.352.350.04/3=0.04m3,方格2356,V=20（0.23+0.42+0.04+0.08）/4=77 m3,全挖,方格4589 V+=（20-2.352.35/2）（0.3+0.74+0.3）/5=106.46m3 V=1/22.352.350.04/3=0.04m3 方格2356 V=20（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）/4=35.63m3 V=20/8（2.35+6.67）（0.04+0.08）=2.71m3 方格6
14、71011 V+=1/6（13/339.41）0.16=3.35m3 V=（202-13.339.41）（0.08+0.42+0.18）/5=37.34m3 总土方量 V+=14.32+106.46+35.63+3.35=159.76m3 V=14.53+77+0.04+2.71+37.34=131.62m3,三、土方调配,1、调配原则,1）填方、挖方基本平衡，减少运土,2）填、挖方量与运距的乘积之和尽可能小，使总的运费最低,3）好土应用于回填质量要求高的区域,4）土方调配应与地下构筑物的施工相配合，地下设施的挖土，应留土后填,5）选择恰当的调配方向及线路、避免对流与乱流现象，同时便利调配、机
15、械化施工,2、调配步骤1）划分调配区在平面图上划出挖、填区的分界线，并在挖方区和填方区划出若干调配区，确定调配区的大小和位置,2）计算各调配区的土方量，并标于图上,3）计算每对调配区的平均运距（或运输单价），即挖方区土方重心至填方区重心的距离Lij（或单价cij），标于表中,表1 土方平衡与运距表,4）确定最优调配方案先用“最小元素法”确定初始方案，再用“位势法”进行检查方案总的运输量：若,5）绘制土方调配图，根据以上结果，标出调配方向、土方数量及运距,为最小值，方案最优；否则用“闭回路法”进行调整，直到求得最优方案Lij从挖区i调配到j的平均运距（m）或运输单价cij（元/m3）；Xij从挖
16、区i调配到j区的土方量（m3）。,3 例题矩形广场各调配区的土方量如图所示，相互之间的平均运距见表2，试求最优土方调配方案。,解：（1）先将图中的数值标注在填、挖方平衡及运距表2中 表2 挖填方平衡及运距表,（2）采用“最小元素法”编初始调配方案，即根据对应于最小的Lij（cij）取最大的xij值的原则调配。初始方案见表表3 土方初始调配方案,总运输工程量S1=100200+250150+5090+40040+30080+35050=119500 m3m,400,50,350,250,300,200,1）计算位势数 ui、v j,对有调配数方格,令 u10,依次计算各ui、vj,V1=100,V2=150,V3=90,U1=0,U3=-20,U4=-100,U12=-50,（3）方案最优性检验,cij=uiv j,2）计算检验数ij。,V1=100,V2=150,V3=90,U1=0,U3=-20,U4=-100,U12=-50,+,+,+,+,10,+,表5 检验数的计算,检验结果见表，从中可以知道22=10 0，故初始方案不是最优,无调配数方格的检验数 ij=cij（uiv j）,
