土木工程施工 第一章 土方工程

1.2 场地平整 场地平整就是将原始地面改造成满足人们生产、生活所需要 的场地平面。如满足后续建筑场地与已有建筑场地的标高对应关 系，满足整个场地的排水要求等，并要力求场地内挖填平衡且总 的土方量最小。 1 、 场地设计标高的确定 场地设计标高是进行场地平整和土方量计算的依据，在确 定场地设计标高时，需考虑以下因素： （ 1 ）应满足建筑功能、生产工艺和运输的要求，同时需要考虑 最高洪水水位的要求； （ 2 ）应充分利用地形 ( 比如分区域或分台阶布置 ) ，尽量使挖填 方平衡，尽量减少总的土方量； （ 3 ）要有一定的泄水坡度 (≥2‰) ，使其能满足排水要求。一般 情况下，可按下列方法、步骤确定场地设计标高。

（ 1 ）初步确定场地设计标高 初步确定场地设计标高是根据场地挖填土方量平衡的原则来 进行，即场地内土方的绝对体积在平整前后是相等的，确定方法 和步骤如下： 1 ）划分方格网

2 ）确定各方格的角点高程 可以根据地形图上相邻两等高线的高程，用线性插入法求出； 也可以用一张透明纸，上面画上 6 根等距离的平行线来确定。 3 ）按挖填方平衡原则确定场地设计标高

H1— 一个方格仅有的角点标高（ m ）； H2—— 两个方格共有的角点标高（ m ）； H3—— 三个方格共有的角点标高（ m ）； H4—— 四个方格共有的角点标高（ m ）。

(2 ）考虑泄水坡度 1 ）单向泄水时 设计标高的确定方法是把设计标高 H 0 作为场地中心线的标高， 则场地内任意一点的设计标高为： H n = H 0 ±li 图 1.4 场地具有单向泄水坡度图 1.5 场地具有双向泄水坡度

2 ）双向泄水时 把设计标高 H 0 作为场地中心点的标高（见图 1.5 ）， 则场地内任意一点的设计标高为： H n = H 0 ±l x i x ±l y i y (3) 场地设计标高的调整影响因素： 1 ）土的可松性 2 ）场地内的其他挖、填方及填、挖方区在场外就近取 弃土。

2 、场地及边坡土方量计算 场地土方量计算方法有两种：即方格网法和断面法。 场地地形较为平坦时，一般采用方格网法；场地地形较 为复杂或挖填深度较大、断面不规则时，一般采用断面 法。 （ 1 ）方格网法 1 ）求各方格角点的施工高度 用 h n 表示各角点的施工高度，并以 “+” 表示填方， 以 “-” 表示挖方；用 H n 表示各角点的设计标高；用 H 表示 各角点的自然标高，那么有： h n ＝ H n -H

2 ）绘出 “ 零线 ” 图 1.7 零点位置计算 3 ）计算场地挖、填土方量 1) 四角棱柱体法。有三种情况： 图 1.8 全填或全挖的方格图 1.9 两挖两填的方格

图 1.10 三挖一填（或三填一挖）的方格 图 1.11 三角棱柱体法 a) 全挖或全填 b) 有挖有填 ①在方格网中，某些方格的四个角全部为填方或者全 部为挖方（见图 1.8 ）。其土方量的计算公式为：

②方格有相邻的两个角点为挖方，另外两个相邻的角点 为填方（见图 1.9 ）。其挖方部分土方量的计算公式为：

③方格有一个角点为填方，另外的三个角点为挖方 ( 或 方格有一个角点为挖方，另外的三个角点为填方 ) （见 图 1.10 ）。其填方（或挖方）部分土方量计算公式为：

（ 2 ）断面法计算场地土方量 图 1.12 断面法 Fi = f1 + f2 + f3 + … + fn Fi = （ h1 + h2 + h3 + … hn ） d 把所有的断面的面积 F1 、 F2 、 F3 、 … 、 F n 计算 出来后，若相邻断面间的距离分别为 l1 、 l2 、 l3 、 … 、 ln ，那么总的土方量即可如下计算：

3 、土方调配 土方调配是指对挖土的利用、堆弃和填土的取得三者之间关 系进行的综合处理，确定挖 - 填方区的调配方向和数量，使得土方 工程的施工费用少、工期短，施工方便。土方调配步骤包括：划 分调配区；计算土方调配区之间的平均运距 ( 或单位土方运价或单 位土方施工费用 ) ；确定土方的最优调配方案；绘制土方调配图表。 （ 1 ）土方调配区的划分 注意： 1 ）调配区的划分应与房屋或构筑物的位置协调，满足工程施工顺 序和分期施工的要求，使近期施工和后期利用相结合； 2 ）调配区的大小应考虑土方施工主导机械的技术性能，使土方机 械和运输车辆的功效得到充分发挥； 3 ）调配区的范围应与计算土方量的方格网相协调，通常情况下可 由若干个方格组成一个调配区； 4 ）从经济效益出发，考虑就近借土或就近弃土，这时，一个借土 区或一个弃土区均作为一个独立的调配区。

（ 2 ）调配区之间的平均运距 当用铲运机或推土机在场地中运作平整时，平均运距即是指 挖方调配区土方重心至填方调配区土方重心之间的距离。当挖、 填方调配区之间的距离较远，采用汽车、自行式铲运机或其他运 土工具沿工地道路或规定路线运土时，其运距应按实际情况计算。 对于第一种情况，求平均运距，需先求出每个调配区重心。 为便于计算，一般假定调配区平面的几何中心即为其体积的重心。 （ 3 ）最优调配方案的确定 是以线性规划为理论基础，常用 “ 表上作业法 ” 来求解 。求解 实例如下：

挖方区 填方区 挖方量 （ m 3 ） B1B1 B2B2 B3B3 A1A A2A A3A A4A 填方量 （ m 3 ） ） “ 最小元素法 ” 编制初始调配方案 “ 最小元素法 ” 的原则是给最小运距方格以尽可能多的土方量。

表 1.5 初始调配方案 挖方区 填方区 挖方量 （ m 3 ） B1B1 B2B2 B3B3 A1A1 500×× A2A2 × × A3A A4A4 ××400 填方量 （ m 3 ）

2 ）最优方案的判别 最优方案的判别法为 “ 位势法 ” ，是通过求检验数 λ ij 来判别 (λ ij 是对应于运距表中第 i 行第 j 列的一个检验数 ) ，只要所有的检 验数 λ ij ≥0 ，则该方案即为最优方案，否则，不是最优方案，还 需要进行调整。 令： C ij ＝ u i +v j 表 1.6 有调配数方格的运距及位势数 B1B1 B2B2 B3B3 位势 v 1 =50v 2 =100v 3 =60 A1A1 u 1 =050 A2A2 u 2 =-6040 A3A3 u 3 = A4A4 u 4 =-2040

求出位势数后，便可由下式计算空格的检验数： λ ij ＝ C ij -u i -v j 表 1.7 空格的检验数 B1B1 B2B2 B3B3 位势 v 1 =50v 2 =100v 3 =60 A1A1 u 1 =0500 － 30 ＋ 40 A2A2 u 2 =-60 ＋ ＋ 90 A3A3 u 3 = A4A4 u 4 =-20 ＋ 50 ＋

3 ）方案的调整 用 “ 闭回路法 ” 表 1.8 闭回路 B1B1 B2B2 B3B3 位势 v 1 =50v 2 =100v 3 =60 A1A1 u 1 =0500 －＋ A2A2 u 2 =-60 ＋ 500 ＋ A3A3 u 3 = A4A4 u 4 =-20 ＋＋ 400

表 1.9 新调配方案 挖方区 填方区 挖方量 /m 3 B1B1 B2B2 B3B3 A1A ×500 A2A2 × × A3A3 400× A4A4 ××400 填方量 /m 对新调配方案，仍用 “ 位势法 ” 进行检验，看其是否是最优方 案。若检验数中仍有负数出现那就仍按上述步骤继续调整，直 到找出最优方案为止。

对于本例，经检验表 1.9 中所有检验数均为正，故 该方案即为最优方案。其土方的总运输量为： Z = 400× × × × × ×40 = （ m3-m ） 4 ）土方调配图 1.14 图 土方调配图

（ 4 ） 场地平整土方机械及其施工 场地平整常用的土方施工机械主要为推土机、铲运机，有 时也使用挖掘机及装载机。 1 ）推土机及其施工 推土机适用于推挖一至三类土。用于平整场地、移挖作填、 回填土方、堆筑堤坝、配合挖土机集中土方和修路开道等。 推土机的经济运距一般在 100m 以内，效率最高的运距一般 为 60m 。为提高生产率，可采用下坡推土、槽型推土、并列推 土及多铲集运等方法。

2 ）铲运机施工 铲运机是一种利用铲斗铲削土壤，并将碎土装入铲斗进行运 送的铲土运输机械，能够完成铲土、装土、运土、卸土和分层 填土、局部碾实的综合作业。适用于铁路、道路、水利、电力 等工程平整场地工作。铲运机具有操纵简单，不受地形限制， 能独立工作，行使速度快，生产效率高等优点。其适用于一至 三类土，如铲削三类以上土壤，需要事先松土。

铲运机分自行式和拖式两种。自行式铲运机经济运距可达 1500m 以上，具有结构紧凑、机动性大、行使速度快等优点， 得到广泛的应用。拖式铲运机适用于土质松软的丘陵地带，其 经济运距一般为 50 ～ 500m ，由于机动性差，工程中较少应用。 铲运机按照铲斗容量分特大、大、中、小型四种。中型的铲 斗容量一般为 6 ～ 15m3 ，大型的铲斗容量一般为 15 ～ 30m3 ，特 大型的铲斗容量可达 30m3 以上。 铲运机运行路线可采用环形路线或 8 字形路线。 采用下坡铲土法 、跨铲法、推土机助铲法等可缩短装土时 间、提高土斗装土量，以充分发挥其效率。