《土方量计算》ppt课件

'项目二：土方工程施工 项目一：土方工程施工任务一：土方量计算任务二：基坑支护系统施工任务三：基坑降水施工任务四：土方开挖与回填施工 任务一：土方量计算 概述：土的物理特性 1.土方工程施工往往具有施工面广、工程量大、劳动繁重、施工条件复杂，施工工期长；2.土方工程施工又多为露天作业，在施工中直接受到地区交通、气候、水文、地质和邻近建（构）筑物等条件的影响；3.土、石又是一种天然物质，成分较为复杂，难以确定的因素较多，有时施工条件极为复杂。一、土方工程施工特点 二、土方工程施工前的各项准备工作1.进行现场勘察，详细收集、核对和分析各项技术资料;2.清除地面、地下障碍物，修筑运土道路;3.制定出以技术经济分析为依据的施工组织设计，选择施工方案，合理安排施工计划，尽量避开雨季施工; 4.做出合理的土方调配方案，降低土方工程施工费用;5.做好保证工程质量的技术措施，对施工中可能遇到的问题，如流砂、边坡稳定等进行技术分析，提出解决方法。 三、土的工程分类土的种类繁多，其分类方法也很多。在建筑施工中，按照开挖的难易程度，土可分为八类，如表1—1表中一至四类为土，五至八类为岩石。 表1－1土的工程分类土的分类土的级别土的名称普氏系数f密度(g/cm3)开挖方法及工具一类土(松软土)I砂土；粉土冲积砂土层；疏松的种植土；淤泥（泥炭）0.5～0.60.6～1.5用锹、锄头挖掘，少许用脚蹬二类土(普通土)Ⅱ粉质粘土；潮湿的黄土；夹有碎石、卵石的砂；粉土混卵（碎）石；种植土；填土0.6～0.81.1～1.6用锹、锄头挖掘，少许用镐翻松三类土（坚土）Ⅲ软及中等密实粘土重粉质粘土、砾石土；干黄土、含有碎石、卵石的黄土、粉质粘土；压实的填土0.8～1.01.75～1.9主要用镐，少许用锹、锄头挖掘，部分用撬棍四类土(砂砾坚土)Ⅳ坚硬密实的粘性土或黄土；含碎石、卵石的中等密实的粘性土或黄土；粗卵石；天然级配砂石；软泥灰岩1.0～1.51.9整个先用镐、撬棍，后用锹挖掘，部分用楔子及大锤 土的分类土的级别*土的名称普氏系数f密度(g/cm3)开挖方法及工具五类土(铁石)V～Ⅵ硬质粘土；中密的页岩,泥灰岩,白垩土；胶结不紧的砾岩；软石灰及贝壳石灰石1.5～4.01.1～2.7用镐或撬棍、大锤挖掘，部分使用爆破方法六类土(次坚石)Ⅶ～Ⅸ泥岩、砂岩、砾岩;坚实的页岩、泥灰岩;密实的石灰岩;风化花岗岩;片麻岩及正长岩4.0～102.2～2.9用爆破方法开挖，部分用风镐七类土(坚石)X～Ⅻ大理岩,辉绿岩；玢岩;粗、中粒花岗岩；坚实的白云岩、砂岩、砾岩、片麻岩;微风化安山岩；玄武岩10－182.5～3.1用爆破方法开挖八类土(特坚石)ⅩⅣ～ⅩⅥ安山岩；玄武岩；花岗片麻岩;坚实的细粒花岗岩、闪长岩、石英岩、辉长岩、角闪岩、玢岩、辉绿岩18～25以上2.7～3.3用爆破方法开挖续表注*：土的级别为相当于一般16级土石分类级别。 四、土的工程物理性质1．土的天然含水量土的含水量ω是土中水的质量与固体颗粒质量之比，以百分数表示，即（1－1）式中：mw——土中水的质量；ms——土中固体颗粒的质量。 土的干湿程度用含水量表示:土的含水量ω在5%以下称干土，土的含水量ω在5％～30％之间称湿土，土的含水量ω大于30％称饱和土。含水量越大，土就越湿，对施工越不利。土的含水量大小对挖土的难易、施工时边坡的坡度、回填土的压实等均有影响。 2．土的密度（1）土的天然密度土在天然状态下单位体积的质量，称为土的天然密度。土的天然密度用ρ表示：（1－2）式中：m——土的总质量；V——土的天然体积。 （2）土的干密度单位体积中土的固体颗粒的质量称为土的干密度，土的干密度ρd表示：（1－3）式中：ms——土中固体颗粒的质量；V——土的天然体积。 ★★土的干密度越大，表示土越密实。工程上常把土的干密度作为评定土体密实程度的标准，以控制基坑底压实及填土工程的压实质量。 3．土的可松性土具有可松性，即自然状态下的土经开挖后，其体积因松散而增大，以后虽经回填压实，其体积仍不能恢复原状，这种性质称为土的可松性。 土的可松性程度用可松性系数表示，即（1—4）（1－5）式中：Ks——土的最初可松性系数；Ks`——土的最终可松性系数；V1——土在天然状态下的体积；V2——土被挖出后在松散状态下的体积；V3——土经压实后的体积。 表1—2各种土的可松性参考数值土的类别体积增加百分比/％可松性系数最初最终KsKs`一类土(种植土除外)8～171～3.01.08－1.171.01～1.03一类土(植物性土，泥炭)20－303～41.20－1.301.03～1.04二类土14—281.5～51.14－1.281.02～1.05三类土24—304～71.24－1.301.04～1.07四类土(泥灰岩，蛋白石除外)26－326～91.26－1.321.06～1.09四类土(泥灰岩，蛋白石)33－3711～151.33－1.371.11～1.15五至七类土30－4510～201.30－1.451.10～1.20八类土45－5020－301.45－1.501.20～1.30 4．土的渗透性土的渗透性指水流通过土中孔隙的难易程度，水在单位时间内穿透土层的能力称为渗透系数，用k表示，单位为m/d。图1-1图的渗透试验 ★★水的渗透性大小取决于不同的土质。地下水的流动以及在土中的渗透速度都与土的渗透性有关。 地下水在土中渗流速度一般可按达西定律计算，其公式如下：(1—6)式中：v——水在土中的渗透速度，m/d；i——水力坡度，，即A、B两点水头差与水平距离之比k——土的渗透系数，m/d。k值的大小反映出土体透水性的强弱，土的渗透系数可以通过室内渗透试验或现场抽水试验测定，一般土的渗透系数见表1－3。 土的种类K/(m/d)土的种类K/(m/d)粘土、亚粘土＜0.1含粘土的中砂及纯细砂20—25亚砂土0.1～0.5含粘土的细砂及纯中砂35—50含粘土的粉砂0.5～1.0纯粗砂50－75纯粉砂1.5～5.0粗砂夹卵石50—100含粘土的细砂10－15卵石100—200表1－3土的渗透系数 ▲深基坑工程中考虑时空效应的基坑开挖参数（时间参数、空间参数）和施工顺序的确定应满足以下要求：（1）减少开挖过程中的土体扰动范围，采用分层分块开挖且其空间几何尺寸能最大限度地限制支护墙体的变形和坑周土体的位移与沉降； （2）尽量缩短基坑开挖卸荷后无支护暴露时间；（3）满足对称开挖、均衡开挖的原则，使基坑受力均衡；（4）可靠而合理地利用土体自身在开挖过程中控制位移的潜力，安全、经济地解决基坑工程中稳定与变形的问题。 一、土方边坡在开挖基坑、沟槽或填筑路堤时，为了防止塌方，保证施工安全及边坡稳定，其边沿应考虑放坡。土方边坡的坡度以其高度h与底宽b之比表示（图1－1），即 式中：,称为坡度系数图1-2边坡形式(a)直线型边坡；(b)折线型边坡；(c)阶梯型边坡； 根据《土方和爆破工程施工及验收规范》的规定，当地下水位低于基底，在湿度正常的土层中开挖基坑（槽）或管沟，且敞露时间不长时，可作直立壁（不放坡）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为1m；硬塑、可塑的轻亚粘土及亚粘土为1.25m；硬塑、可塑粘土为1.5m；坚硬的粘性土为2m。 ★★施工过程中，应经常检查槽壁的稳定情。基坑（槽）或管沟挖好后，应及时进行基底混凝土垫层施工及地下结构施工。当地质条件良好、土质均匀且地下水位低于基坑（槽）或管沟底面标高时，挖方深度在5m以内且不加支撑的边坡的最陡允许坡度见表1－4。 表1一4深度在5m内的基坑（槽）、管沟边坡的最陡坡度（不加支撑）土的类别边坡坡度（h：b）坡顶无荷载坡顶有静载坡顶有动载中密的砂土l∶1.00l∶1.251∶1.50中密的碎石类土（填充物力砂土）1∶0.751∶1.001∶1.25硬塑的粉土1：0.671∶0.751∶100中密的碎石类土（填充物为粘性土）1∶0.501∶0.671∶0.75硬塑的粉质粘土、粘土1∶0.331∶0.501∶0.67老黄土1∶0.101∶0.251∶0.33软土（经井点降水后）1∶1.00——注：1、静载指堆土或堆放材料等，动载指机械挖土或汽车运输作业等。静载或动载距挖方边缘的距离在0，8m以外，且堆土和堆放材料高度不超过1．5m：2、当有成熟施工经验时，可不受本表限制。 ★★1、影响边坡稳定的因素土方边坡在一定条件下，局部或一定范围内沿某一滑动面向下和向外移动而丧失其稳定性，这就是常常遇到的边坡失稳现象。影响边坡稳定的因素很多，一般情况下，边坡失去稳定发生滑动，可以归结为土体抗剪强度低或切应力增加。引起土体抗剪强度降低的原因有：1）气候：由于气候的影响，使土质松软。2）粘土中的夹层因浸水面产生润滑作用。3）饱和水的细砂，粉砂因振动而液化等。 ★★2、引起土体内切应力增加的原因1）高度或深度增加，切应力增加。2）边坡上面荷载（静、动）增加，尤其是有动荷载时。3）浸水一方面使土体自重增加，另一方面水在土体中渗流产生一定的动水压力。4）土体竖向裂缝中的水（地下水）产生静水压力。由于影响基坑边坡稳定的因素很多，在一般情况下，开挖深度较大的基坑，应对土方边坡作稳定分析。关于边稳定分析与计算可参考土力学方面的专著。 二、土方量计算在土石方工程施工之前，必须计算土石方的工程量。土石方工程的外形通常很复杂而且不规则，一般情况下，都将其假设或划分成为一定的几何形状，采用具有一定精度而又和实际情况近似的方法进行计算。 基坑土方量可按立体几何中棱柱体（由两个平行的平面为底的一种多面体）体积公式计算（图1－2），即（1-8）式中：H——基坑深度，m；A1、A2——基坑上、下底面积，m2；A0——基坑中截面面积，m2。图1-3基坑土方量计算 基槽和路堤的土方量可以沿长度方向分段后，再用同样的方法计算（图1－3）：（1－9）式中：V1——第一段的土方量，m3；L1——第一段的长度，m。将各段土方量相加即得总土方量：（1－10）式中：V1、V2、…、Vn——各分段的土方量，m3。 三、场地平整场地平整通常是挖高填低。计算场地平整的挖方量和填方量，首先要确定场地设计标高，由设计地面的标高和天然地面的标高之差，可以得到场地各点的施工高度（即填挖高度），由此可计算场地平整的挖方和填方的工程量。 1.确定场地设计标高场地设计标高是进行场地平整和土方量计算的依据，也是总图规划和竖向设计的依据。合理地确定场地的设计标高，对减少土石方量、加快工程进度有重要的经济意义。 ▲确定场地设计标高的原则是：①应满足生产工艺和运输的要求；②充分利用地形（如分区或分台阶布置），尽量使挖填方平衡，以减少土方量；③要有一定泄水坡度（≥0.2％），满足排水要求；④要考虑最高洪水位的影响。 （1）初步确定场地设计标高（H0）。将场地划分成边长为a的若干方格，将方格网角点的原地形标高标在图上，如图1－5所示。原地形标高可利用等高线由插入法求得或在实地测量得。 ▲计算设计标高H0场地区域内挖填前土石方量=施工至（毛）设计标高后的土石方量场地设计标高可按下式计算：(1-11)即(1-12) 式中：H0——所计算场地的初定设计标高；n——方格数；zi1、zi2、zi3、zi4——第i个方格四个角点的天然地面标高。由图1－5可见，假定z1为一个方格独有的角点标高；z2、z3、z4分别为二、三、四个方格所共有的角点标高，式（1－12）可改写为如下计算式：（1—13） （2）调整场地设计标高。初步确定的场地设计标高H0仅为理论值，实际上，还需要考虑以下因素对其进行调整。①土的可松性影响。②取土或弃土的影响。③考虑泄水坡度对设计标高的影响。 2.场地及边坡土方量计算场地土方量计算方法有方格网法和断面法两种，在场地地形较为平坦时宜采用方格网法；当场地地形比较复杂或挖填深度较大、断面不规则时，宜采用断面法。 （1）方格网法。①将场地划分为边长10～40m的正方形方格网；通常以20m居多。②将场地设计标高和自然地面标高分别标注在方格角点上，场地设计标高与自然地面标高的差值即为各角点的施工高度（挖或填），习惯以“十”号表示填方，“一”号表示挖方。③计算前应先确定“零线”的位置。零线即挖方区与填方区的分界线，在该线上的施工高度为零。 ④将施工高度标注于角点上，然后分别计算每一方格的填挖土方量，并算出场地边坡的土方量。⑤将挖方区（或填方区）所有方格计算的土方量和边坡土方量汇总，即得场地挖方和填方的总土方量。 （2）断面法。沿场地取若干个相互平行的断面（当精度要求不高时，可利用地形图确定断面，若精度要求较高时，应实地测量确定），将所取的每个断面（包括边坡断面）划分为若干个三角形和梯形，如图1－13所示，则面积f1、f2、...fi为： 某一断面面积为：F1＝f1＋f2＋…＋fn；若令：d1=d2=…=dn=d则Fi=d（h1+h2+h3+…+hn）设各断面面积分别为F1、F2、F3、···、Fn，相邻两断面间的距离依次为l1、l2、…、ln，则所求土方量为：(1-28)用断面法计算土方量时，边坡土方量已包括在内。 （3）边坡土方量计算。采用方格网法计算土方量时，还要另外计算边坡土方量，方法如下：首先根据规范或设计文件上规定的边坡度系数m，把挖方区和填方区的边坡画出来，然后把这些边坡划分为若干个几何形体，如三角棱锥体或三角棱柱体（如图1-14），再分别计算其体积。 小结:土方量计算作业布置:课外补充作业(见资料)'