第一章 土方工程 建筑施工课件

第一章 土方工程 第一节 概述 第二节 场地设计标高的确定 第三节 土方工程量的计算与调配 第四节 土方工程的准备于辅助工作 第五节 土方工程的机械化施工 第六节 土方的填筑与压实 第七节 爆破工程

学习要求 1、土方规划中要了解如何减少土方量、选择坑槽断面、留设土壁边坡和土方调配的原则；要掌握土方量计算的方法和确定场地计划标高的方法以及用表上作业法进行土方调配。 2、能分析土壁失稳和产生流砂的原因，并能提出相应的防治措施。对各种降水方案能进行选择比较。掌握轻型井点设计和地基回填土的要求及质量检验标准。 3、了解常用土方机械的性能及适用范围，能正确合理地选用。

第一节 概述 一、土的工程分类  土方工程特点：面广量大，劳动繁重，施工条件复杂，环境影响较大。

二、土的工程性质 1、土的可松性：自然状态下的土，经开挖以后，其体积松散而增大，以后虽经回填压实，但不能恢复成原来的体积，这种性质称为土的可松性，用可松系数Ks、Ks`表示： V2 V3 V1

2.土的压缩性，渗透性和原状土经机械压实后的沉降量。

第二节 场地设计标高的确定 目的：挖填平衡，方便排水 场地设计标高确定的一般方法 1.设计标高确定的原则： （1）满足生产工艺和运输要求； 第二节 场地设计标高的确定 目的：挖填平衡，方便排水 场地设计标高确定的一般方法 1.设计标高确定的原则： （1）满足生产工艺和运输要求； （2）尽量利用地形，减少挖填方数量； （3）场地内挖填方平衡，土方运输费用最少； （4）有一定的泄水破度，满足排水要求； （5）要考虑最高洪水位的影响。

2.初步计算场地设计标高H0 原则；W=T 总体积H0Na2= (a2(H11+H12+H21+H22)/4) 其中a=10-40m，N总四方体个数（方格数） H1：一个方格独有的角点标高 H2：二个方格共有的角点标高 H3：三个方格共有的角点标高 H4：四个方格共有的角点标高

3.场地设计标高H0的调整 原因： （1）土的可松性：填土剩余 （2）边坡经济问题：就近取土，就近弃土 （3）泄水坡度。

二、场地土方量的计算 1、计算场地各角点的施工高度hn hn= Hn- H Hn ：设计标高（i=0, Hn= H0） H：自然地面标高 2、确定零线，划分挖填区 两个零点之间的连线为“零线” x=ah/(h1+h2) 3、计算场地挖填土方量

按上述方法计算的土方量可以做到挖填平衡，但不能保证挖填量为最小。通常用最小二乘法来设计最佳的设计平面。 最小二乘法：在实验中获得自变量与因变量的若干个对应数据（x1,y1）,(x2,y2)…(xn,yn)时，要找出一个类型的函数y=f(x)（如y=ax+b），使得偏差平方和（yi-f(xi)2为最小，这种求f(x)的方法称为最小二乘法，求得的函数称为经验公式。 常用于工程技术和科学研究的数据处理中。

第三节 土方工程量的计算与调配 一、土方工程量计算 (一)基坑(槽)和路堤土方量的计算 V=H/6 (F1+4F0+F2) 公式1-12 第三节 土方工程量的计算与调配 一、土方工程量计算 (一)基坑(槽)和路堤土方量的计算 V=H/6 (F1+4F0+F2) 公式1-12 F1、F2、F0： 分别为上、下和半高处的面积。 （二）场地平整土方量的计算 方法：四方棱柱体法或三角棱柱体法

1.四方棱柱体的体积计算方法 四方棱柱体法 （1）全挖全填 1 2 4 3

（2）两挖两填 4 1 3 2 + -

（3）三挖一填（三填一挖） 1 2 4 3 + —

+ - （三）场地平整土方量计算实例 1 2 各角点自然地坪标高(m) 1、30.00 2、36.00 3、32.00 4、28.00 1、30.00 2、36.00 3、32.00 4、28.00 4 3 a=20m,ix=0.2%, 求挖填方量。 （1）H0=（30+36+32+28）/4=31.50 (m) （2）H1，4= H0 –l ix =31.50-10*0.2%=31.48 (m) H2，3= H0 +l ix =31.50-10*0.2%=31.52 (m) （3）h1=H1-30.00=+1.48 h2=H2-36.00=-4.48 h3=H3-32.00=-0.48 h4=H4-28.00=+3.48 + -

两挖两填 202 1.482 3.482 V1、4=------(------------+------------)=342.6 4 1.48+4.48 0.48+3.48 202 4.482 0.482 V2、3=-----(------------+-------------)=342.6 4 1.48+4.48 0.48+3.48 单位：立方米 注： h取绝对值

二、土方调配 目的：减少土方量，方便施工，节约工期。 原则：填挖平衡运距最短，费用最省。 土方调配应遵循的原则： 1、力求挖、填方平衡，运距最短。 2、应考虑近期施工和后期利用相结合。 3、可采取分区分片和全场相结合的方法。 4、土方调配应尽可能与大型地下建筑物的施工相结合。 5、选择适合的调配方向，运输路线使土方机械和运输车辆的功效能得到充分发挥。

(1) 线性规划法

根据上表可列出下列方程式： X11+X12+X13=500 X21+X22+X23=500 X31+X32+X33=500 X41+X42+X43=400 X11+X21+X31+X41=800 X12+X22+X32+X42=600 X13+X23+X33+X43=500 目标函数Z=50X11+70X12+100X13+70X21+40X22+9023+60X23+110X32+70X33+80X41+40X43 Z为最小时最优。

（2）表上作业法 表上作业法步骤： 1、初始调配 用“最小元表法”，即优先对运距最小的调配区进行调配(就近调配)，见表。  2、优化检验----假想运距法 （1）假想运距：假设方案为最优时的虚拟运距，若原运距表中某个或某几个运距小于其对应的假想运距，则Z还可降低，方案非优；若原运距表中均大于或等于其对应的假想运距，则Z不可降低，方案最优；

（2）即：若Ui-Vi0 ，方案为最优；Ui-Vi<0方案为非优，Ui：原运距，Vi：假想运距。 （3）Vi之计算：在有解方格中填入原运距，根据对角线上运距之和相等逐一计算出空方格（无解）之Vi。 若Ui-Vi<0，再进行调整。  3．方案之调整----闭回路法，90度转向奇数调，重新调整平衡，降低Z。将有解之土方较小值，调入负格内，再使之重新平衡，某行、列加、减一数，总数不变。 4．再次依第2步检验，直至使Ui-Vi0。  5．计算Z；详例。 6．绘制土方调配图。

场地平整土方量计算与调配步骤回顾

第四节 土方工程的准备与辅助工作 一、土方工程施工前的准备工作 准备工作 1、 场地清理 2、 地面水排除 1、  场地清理 2、  地面水排除 3、 修好临时边路及供水、供电及临时（设施）停机棚与修理间等临时设施。 二、土方边坡及其稳定 （一）土方边坡 边坡有三种：直线、折线、阶梯形边坡。 土方边坡坡度=H（高）/B（宽）=1/（B/H） =1：M（边坡系数） 边坡系数m=B/H

（二）边坡稳定 土壁的稳定，主要是由土体内摩擦阻力和粘结力来保持平衡的。 边坡失稳主要是上体内抗剪强度降低或剪应力增加之结果。 （1）影响边坡稳定的因素： A、气候的影响使土质松软； B、粘土中的夹层因浸水而产生润滑作用； C、饱和的细砂、粘砂因振动而液化； D、地面荷载的存在； E、地下动力压力。 （2）防止土体失稳的措施 A、放足边坡； B、设置支撑（支护）。

三、基坑（槽）支护 （一） 横撑式支撑 （二） 板桩支护结构 （三）重力式围护结构 (四) 地下连续墙（见后） （五）土层锚杆（土钉墙）

四、降水 排水方法：明排水法、人工降低地下水位法 （一）集水井降水---明排水法 截（排水沟）、疏（集水井）、抽（水泵）

流砂形成及其防治 粒径很小、无塑性的土壤， 在动水压力的推动下，极易 失去稳定，而随地下水一起 流动涌入坑内，这种现象称 为流砂现象。 流砂产生的原因： 内因：动水压力等于或大于土的浸水容重（浮容重），土颗粒处于悬浮状态。 外因：水头差的存在产生渗流，土粒能随渗流水一起流动。

防治流砂的方法： 1、抢挖法； 2、打板桩法； 3、水下挖土法； 4、人工降低地下水； 5、地下连续墙法； 6、桩基、沉井法施工。

（二）井点降水 1、井点降水的作用 2、井点降水的种类：轻型井点和管 井点各种井点的适用范围 3、一般轻型井点

（1）高程布置 H≥H1+Δh+iL H≤hpmax 抽水设备的最大抽水高度，6-7米。 I：环状I=1/10，单排I=1/4-5，双排I=1/7。 （2)轻型井点计算（涌水量Q，水井管数量N，井距D） 水井的分类：

涌水量Q

承压完整井：

无压非完整井

水井管数量和井距的确定

（3）井点降水分类和适用范围 土渗透系数m/d 降水深度m 轻 型 井 点 一级轻井 多级轻井 喷射井点 电渗井点 0.1～50 ＜0.1 井点类型 土渗透系数m/d 降水深度m 轻 型 井 点 一级轻井 多级轻井 喷射井点 电渗井点 0.1～50 ＜0.1 3～6 6～15 8～20 视选用井点 管 管井井点 深井井点 20～200 10～250 3～5 ＞15

4、轻型井点的施工 准备工作：设备 动力 水源 监测措施 井点系统埋设：冲孔 埋管 灌砂 井点系统使用 ：试抽 检查 调整 运行 拆除 ：回填

第五节 土方工程的机械化施工 一、 主要挖土机械的施工特点与选择 掌子：挖土机在一个 停点所能开挖的土方 面叫做工作面，一般 称掌子。 第五节 土方工程的机械化施工 一、 主要挖土机械的施工特点与选择 掌子：挖土机在一个 停点所能开挖的土方 面叫做工作面，一般 称掌子。 常用土方机械： 推土机、铲运机、正铲、反铲、抓铲、拉铲

二、 土方机械 （一）推土机 常用大土方机械，经济运距100米，60米效率最高。常用槽形推土、下坡推土和并列推土提高生产率。 （二）铲运机 可完成全部土方施工工艺：挖土、装土、运土、、卸土和平土。适用运距600-1500米，经济运距200-350米。常用下坡铲土、推土机助铲等方式提高生产率。 （三）挖掘机：正铲、反铲、抓铲、拉铲。

长臂反铲挖土机

二、土方机械的选择 （一）土方机械选择的依据 1、土方工程的类型和规模 2、地质、水及气候的条件 3、机械设备条件 4、工期要求 （二）土方机械与运土车辆的配合

第六节 土方的填筑与压实 1、 土料的选用与处理 填方土料应符合设计要求，保证填方的强度与稳定性，如设计无要求时，应符合下列规定： 第六节 土方的填筑与压实 1、  土料的选用与处理 填方土料应符合设计要求，保证填方的强度与稳定性，如设计无要求时，应符合下列规定： （1）碎石类土、砂土和爆破石渣（粒径不大于每层铺厚的2/3）可用于表层下的填料； （2）含水量符合压实要求的粘性土，可作各层填土； （3）碎块草皮和有机质含量大于8%的土，仅用于无压实的填方； （4）淤泥和淤泥质土，一般不能用作填料，但在软土或沼泽地区，经过处理含水量符合压实要求，可用于填方中的次要部位。

填方应严格控制含水量，施工前应进行检验，当土的含水量过大，应采用翻松、晾晒、风干等方法降低含水量，或采用换土回填、均匀渗入干土或其他吸水材料、打石灰桩等措施；如含水量偏低，则可预先洒水润湿，否则难以压实。

2、填土方法和要求 （1）填土可采用人工填土和机械填土。 （2）填筑要求-----以压实系数入C来表示 通常对于土壤来说： 30cm压至20cm入C =95% 40cm压至30cm入C =90% 填方压实之入C与土壤的含水量有关： 当土具有一定W，土壤颗粒间的磨擦阻力减少，从而使土壤容易密实；

当W太大或超过一定限度时，土壤颗粒间大部分孔隙被水所充满，在夯实土壤时，由于水分的隔离，夯击力不能有效地作用在土壤颗粒上，土壤反而不能压实。 所以，土壤夯实时，土壤应具有佳W，从而获得最大的D，和用最小的夯击能。

各种土壤之最佳含水量W，和最大干密度（g/m3） 砂土 8-12% 1.80-1.88； 粘土 19-23% 1.58-1.70； 粉质粘土 12-15% 1.85-1.95； 粉土 16-22% 1.61-1.80。

3、压实方法 碾压、夯实、振动压实及振动碾压等方法。 4、填土压实的影响因素 （1）压实功； （2）W； （3）铺土厚度； 5、填筑质量检查：以入C来定，入C 压实系数=达到干重度/最大干重度 场地平整入C >0.9 地基填土入C >0.94~0.97 取样：100~500m3。

第七节 爆破工程 爆破方法施工用于：石方开挖，障碍物清理，冻土开挖和旧结构或构件拆除等。 第七节 爆破工程 爆破方法施工用于：石方开挖，障碍物清理，冻土开挖和旧结构或构件拆除等。 原理：利用炸药爆破时产生的大量的热、极高的压力和冲击力破坏岩石或其它物体。 一、爆破的基本概念 1、爆破：把炸药埋置于介质内引爆，使原来体积很小的炸药经化学变化在极短的时间内转为气体，体积增加千百倍，产生极大的压力、冲击力和高温使周围介质受到不同的破坏。

⑵ 破坏圈或松动圈：介质结构破坏，分裂成碎块 ⑶ 震动圈：只能产生震动，不能破坏介质 2、爆破作用圈 ⑴ 压缩圈或破碎圈：可塑土压缩，岩石粉碎 ⑵ 破坏圈或松动圈：介质结构破坏，分裂成碎块 ⑶ 震动圈：只能产生震动，不能破坏介质 3、爆破漏斗及参数： ⑴爆破作用半径R：在压缩圈和破坏圈内为破坏范围，它的半径称破坏半径或药包的爆破作用半径。

⑵ 爆破漏斗：爆破时将部分介质抛掷出去，形成的形状如漏斗的爆破坑。 4、爆破分为： 内部爆破：爆破作用不能达到地表的爆破； 松动爆破：爆破作用达到地表，但不产生抛掷； 抛掷爆破：爆破产生抛掷，形成的形状如漏斗的爆破坑。

爆破漏斗的主要参数： W—最小抵抗线； r—漏斗半径； R—爆破作用半径； h—漏斗可见深度。 爆破作用指数： n=r/w表示爆破漏斗的大小和抛掷介质的多少。 n=1，称标准抛掷漏斗； n＜1，称减弱抛掷漏斗； n＞1，称加强标准抛掷漏斗。

二、炸药、炸药量计算及起爆方法 （一）炸药 （二）炸药量计算： Q=KV V：标准抛掷漏斗内的土石方量 K：标准抛掷漏斗的炸药单位消化量（kg/M3） n=1，称标准抛掷漏斗： Q=KW3e n＜1，称减弱抛掷漏斗； Q=KW3(0.4+0.6n3)e n＞1，称加强标准抛掷漏斗: Q=0.33KW3e Q：药包量 e：炸药换算系数(露天硝铵一号炸药) W：最小抵抗线

本章完 （三）起爆方法： 火花起爆 电力起爆 传爆线起爆 三、爆破方法 （一）裸露爆破 （二）炮孔爆破 （三）洞室爆破 （四）拆出爆破 四、爆破安全措施 本章完