第一講緒論土方工程

土木工程施工張春剛學科引入及簡介1．本施工學科簡介（1）學科內容①施工技術部分：②施工組織部分：主要分項工程施工工藝及原理（教材第1篇）；新技術、新材料、新工藝的發展施工項目組織原理（教材第2篇1-3章）（3部分）③施工組織設計部分：①、②部分的綜合應用（教材第2篇第4章及第5章）（2）學習方法注意學科的系統性、整體性；記一定的筆記；2．（房屋）建設一般程序（非嚴格意義）

建設部門申請—→

規劃部門—→

委托設計、地勘—→

初設及送審—→

施工圖設計—→

委托監理、工程招標—→

投標——→

中標

簽訂工程承包合同—→

施工準備—→

組織施工—→

竣工驗收—→

交付使用、保修↙概算↙預算∣→選施工企業↙決算∣施工企業→3．（建筑工程）施工一般過程施工準備↓土方工程↓基礎工程↓主體結構↓屋面工程↓裝飾工程——第1篇—第一章——第1篇—第二章——第1篇—第三、四、五、六章——第1篇—第七章——第1篇—第八章地基與基礎工程—建筑屋面工程—建筑裝飾裝修工程……*緒論0.1土木工程施工課程的研究對象、任務和學習方法0.2我國建筑施工技術發展概況

0.3建筑工程施工質量驗收統一標準與施工質量驗收規范

土木工程施工研究的內容：是建筑工程各主要工種分項工程施工中的一般施工技術和施工規律。依據施工對象的特點、規模和實際情況，應用合適的施工技術和方法，完成符合設計要求的工程。本課程教學的目的：是使學生掌握土木工程施工的基礎知識，基本理論和決策方法，使學生具有解決土木工程施工技術和施工組織計劃問題的初步能力。

本課程的任務：掌握建筑工程施工原理、施工方法、施工組織，以及保證工程質量和施工安全的技術措施。學習方法：理論聯系實際。

0.1土木工程施工課程的研究對象、任務和學習方法在地基處理方面；推廣了強夯法、深層攪拌地基新技術；在基礎工程施工；推廣和應用了鉆孔灌注樁、旋噴樁、地下連續墻等深基礎技術；主體施工：

模板：大模板、滑升模板，

鋼筋連接：鋼筋電氣壓焊、鋼筋冷壓連接、鋼筋錐螺紋連接，

混凝土技術：泵送混凝土、高強度混凝土等新工藝和新技術得到了廣泛地應用和推廣；0.2我國建筑施工技術發展簡介

預應力混凝土：采用了無粘結工藝和整體預應力結構，使我國預應力混凝土發展由構件生產進入了預應力結構生產階段；大跨度結構、高聳結構方面：采用了整體吊裝的新技術。

目前在砌體、防水、裝飾工程施工中，居多沿用傳統的施工工藝和施工方法，勞動強度大、工效低。隨著科學技術的進步和生產力的發展，墻體改革、新型建筑材料、工藝理論及計算機技術的應用必將有力地推動我國建筑施工技術的發展。第1章土方工程

常見的土方工程有：場地平整（三通一平中的平整）、基坑開挖、基坑回填、路基填筑（道路工程）等。以及排水、降水、土壁支護等準備和輔助工程。特點：工程量大、不可確定因素多，施工條件復雜，施工前應根據現場條件制定出技術可行、經濟合理的施工方案。主要內容：1、土的分類及工程性質，2、土方量計算，3、土方機械化施工以及4、排、降水、坑壁支撐等施工輔助工作。學習重點：土的工程性質及其對施工的影響，施工機械的選擇，土壁支護，以及降低地下水位的方法。1.1土的分類1.1.1土的分類與鑒別（按照開挖的難易程度四類土和四類石）

土的分類

土的名稱

可松性系數

現場鑒別方法

KSK’s一類土(松軟土)砂，亞砂土，沖積砂土層，種植土，泥炭(淤泥)1.08～1.171.01～1.03能用鍬、鋤頭挖掘

二類土(普通土)亞粘土，潮濕的黃土，夾有碎石、卵石的砂，種植土，填筑土及亞砂土

1.14～1.281.02～1.05用鍬、鋤頭挖掘，少許用鎬翻松

三類土(堅土)軟及中等密實粘土，重亞粘土，粗礫石，干黃土及含碎石、卵石的黃土、亞粘土，壓實的填筑土

1.24～1.301.04～1.07要用鎬，少許用鍬、鋤頭挖掘，部分用撬棍

四類土(砂礫堅土)重粘土及含碎石、卵石的粘土，粗卵石，密實的黃土，天然級配砂石，軟泥灰巖及蛋白石

1.26～1.321.06～1.09整個用鎬、撬棍，然后用鍬挖掘，部分用楔子及大錘

表1－1－1確定勞動定額依據。安排施工、確定造價土的分類

土的名稱

可松性系數

現場鑒別方法

KSK’s五類土(軟石)硬石炭紀粘土，中等密實的頁巖、泥灰巖、白堊土，膠結不緊的礫巖，軟的石炭巖

1.30～1.451.10～1.20用鎬或撬棍、大錘挖掘，部分使用爆破方法六類土(次堅石)泥巖，砂巖，礫巖，堅實的頁巖，泥灰巖，密實的石灰巖，風化花崗巖，片麻巖1.30～1.451.10～1.20用爆破方法開挖,部分用風鎬七類土(堅石)大理巖，輝綠巖，玢巖，粗、中粒花崗巖，堅實的白云巖、砂巖、礫巖、片麻巖、石灰巖，風化痕跡的安山巖、玄武巖

1.30～1.451.10～1.20用爆破方法開挖

八類土(特堅硬石))安山巖，玄武巖，花崗片麻巖，堅實的細粒花崗巖、閃長巖、石英巖、輝長巖、輝綠巖、玢巖1.45～1.501.20～1.30用爆破方法開挖1.2土的工程性質1.土的可松性：天然土經開挖后，其體積因松散而增加，雖經振動夯實，仍然不能完全復原，土的這種性質稱為土的可松性。土的可松性用可松性系數表示，即式中KS、KS′——土的最初、最終可松性系數；V1——土在天然狀態下的體積，m3；V2——土挖出后在松散狀態下的體積，m3；V3——土經壓(夯)實后的體積，m3。(1－1－1)兩個可松性系數的意義：土的最初可松性系數KS是計算車輛裝運土方體積及挖土機械的主要參數；土的最終可松性系數KS′是計算場地平整標高、填方所需挖土工程量的主要參數；2.原狀土經機械壓實后的沉降量原狀土經機械往返壓實或經其他壓實措施后，會產生一定的沉陷，根據不同土質，其沉降量一般在3～30cm之間。可按下述經驗公式計算：

式中S—原狀土經機械壓實后的沉降量(cm）；

P—機械壓實的有效作用力(kg/cm2)；

C—原狀土的抗陷系數(kg/cm2)，可按表1-1-2取值。土的工程性質還有：滲透性、密實度、抗剪強度、土壓力等等根據上述公式可以計算沉降土方量1.2.場地平整

1.2.1場地豎向規劃設計

對于在地形起伏的山區、丘陵地帶修建較大廠房、體育場、車站等占地廣闊工程的平整場地，如果場地標高無特殊要求，主要是削凸填凹，移挖方作填方，將自然地面改造平整為場地設計要求的平面。場地設計標高一般在設計文件上規定，如無規定：

(1)小型場地――挖填平衡法

(2)大型場地――最佳平面設計法（用最小二乘法，使挖填平衡且總土方量最小）

場地挖填土方量計算有方格網法和橫截面法（主要用于道路工程）兩種。橫截面法是將要計算的場地劃分成若干橫截面后，用橫截面計算公式逐段計算，最后將逐段計算結果匯總。橫截面法計算精度較低，可用于地形起伏變化較大地區。對于地形較平坦地區，一般采用方格網法。

一、小型場地方格網法計算場地平整土方量：

(1)讀識方格網圖

方格網圖由設計單位(一般在1/500的地形圖上)將場地劃分為邊長a=10～40m的若干方格，與測量的縱橫坐標相對應，在各方格角點規定的位置上標注角點的自然地面標高(H)和設計標高(Hn)，如圖1.1.1所示。

a）地形圖上劃分方格；b）設計標高示意圖1—等高線；2—自然地面；3—設計標高平面；4—自然地面與設計標高平面的交線（零線）圖1.1.1場地設計標高計算簡圖

因為場地平整前后，土方量相等，

所以：

式中：

H0——場地設計標高的初步計算值（m）；

a——方格邊長（m）；

N——方格個數；

H11……H22——任一方格的四個角點的標高。(1-1-3)（2）場地設計標高計算從圖中可看出，H11系一個方格的角點標高，H12和H21均系兩個方格公共的角點標高，H22則系四個方格公共的角點標高。如果將所有方格的四個角點標高相加，那么，類似H11這樣的角點標高加到一次，類似H12和H21的標高加到兩次，而類似H22的標高則要加到四次。因此，上式可改寫成下列的形式

式中：H1——一個方格的僅有角點標高（m）；

H2——二個方格的共有角點標高（m）；

H3——三個方格的共有角點標高（m）；

H4——四個方格的共有角點標高（m）。(1-1-4)Ho為場地中心點標高，場地內任意一點的設計標高為：

式中：lx、ly——該點在x—x、y—y方向距場地中心線的距離；

ix、iy——該點于x—x、y—y方向的泄水坡度。(1-1-5)（3）雙泄水標高的計算二、最佳設計平面（最小二乘法原理）按挖填平衡法計算得出的設計平面標高，能使土方挖填平衡，但不能保證總的土方量最小。應用最小二乘法原理，可求得滿足挖填平衡和滿足總土方量最小。適用于大型場地或地形復雜的場地平整。最小二乘法（又稱最小平方法）是一種數學優化技術。它通過最小化誤差的平方和尋找數據的最佳函數匹配。利用最小二乘法可以簡便地求得未知的數據，并使得這些求得的數據與實際數據之間誤差的平方和為最小。設計標高的調整：1、考慮可松性---適當提高標高2、考慮工程用土或者余土3、采用經濟效果較好的施工方案，如采用場外取土或棄土等。考慮土方量變化，調整設計標高。1.2.2場地平整土方計算一、計算“零點”位置，確定零線方格邊線一端施工高程為“+”，若另一端為“-”，則沿其邊線必然有一不挖不填的點，即為“零點”(圖1－1－4)。零點位置按下式計算：

式中x1、x2——角點至零點的距離，h1、h2——相鄰兩角點的施工高度(均用絕對值)。a—方格網的邊長。

確定零點的辦法也可以用圖解法，如圖1.5所示。方法是用尺在各角點上標出挖填施工高度相應比例，用尺相連，與方格相交點即為零點位置。將相鄰的零點連接起來，即為零線。它是確定方格中挖方與填方的分界線。二、

常用方格網點計算公式：1、四方棱柱體體積計算項目圖式計算公式一點填方或挖方(三角形)兩點填方或挖方(梯形)三點填方或挖方(五角形)四點填方或挖方(正方形)2、三角棱柱體計算公式

計算時先把方格網順地形等高線，將各個方格劃分成三角形（圖1一1一6）。1、當三角形三個角點全部為挖或全部為填時（圖1-1-7a)：2、三角形三個角點有填有挖時（圖1-1-7b)。(1-1-15)(1-1-16)(1-1-16)四、計算土方總量將挖方區(或填方區)所有方格計算的土方量和邊坡土方量匯總，即得該場地挖方和填方的總土方量。1.2.3土方調配

土方工程量計算完成后，即可著手土方的調配。土方調配，就是對挖土的利用、堆棄和填土的取得。1、土方調配的原則：（1）應力求達到挖、填平衡和運距最短，調配區范圍與土方量計算的方格網相協調的原則。（2）土方調配應考慮近期施工與后期利用相結合，與建筑物的平面位置協調，考慮施工順序的原則。（3）土方調配應采取分區與全場相結合來考慮，土方運距較大或者場地范圍內土方不平衡，應考慮就近取土或者棄土。（4）土方調配還應盡可能與大型地下建筑的施工相結合。（5）選擇恰當地調配方向、運輸路線，調配區大小應使施工機械的技術要求得到充分發揮。2、平均運距的確定----挖土區與填土區的重心距離3、土方施工單價：除單機核算外，還要考慮配套機械，確定一個綜合單價一、劃分土方調配區，計算平均運距或土方施工單價

劃分調配區

在場地平面圖上先劃出挖、填區的分界線（即前述的零線），根據地形及地理等條件，可在挖方區和填方區適當地分別劃分出若干調配區（其大小應滿足土方機械的操作要求），并計算出各調配區的土方量，圖示。零線圖中的土方調配，僅考慮場內挖方、填方平衡。W為挖方，T為填方。2、求出每對調配區之間的平均運距

平均運距是挖方區土方重心至填方區土方重心的距離。因此，求平均運距，需先求每個調配區的重心。其方法如下：取場地或方格網中的縱橫兩邊為坐標軸，分別求出各區土方的重心位置，即：

式中：、——挖方調配區或填方調配區的重心坐標；

v——每個方格的土方量；x、y——各方格的重心坐標，（通常近似的取方格的形心）；重心求出后，標于相應的調配區圖上，然后用比例尺量出每對調配區之間的平均運距。

3．土方施工單價的確定----主要通過預算定額，考慮各種機械配合、施工工藝二、用線性規劃目標函數和約束條件都是線性的(即均為一次的)，然后求目標函數的極值問題。列出土方調配方案表依據土方調配方案表在圖上標出調配方向、土方數量以及平均運距，圖示。例題1：用表上作業法求調配最優解的步驟與方法。課本表1-1-7，采用假想價格系數法判斷總運輸量是否最小。（1）編制初始方案就近調配——最小的施工單價取最大的土方量

Ｔ挖方量（m3）507010050070409050060110705008010040400填方量（m3）8006005001900Ｗ400××500××500××300100100（2）方案最優性判別——假想價格系數法①求解各個方格的假想價格系數→②求解無調配土方方格的檢驗數→③判別：所有無調配土方方格的檢驗數≥○，方案最優，否則不為最優，需調整。

Ｔ挖方量（m3）507010050070409050060110705008010040400填方量（m3）8006005001900Ｗ400××500××500××30010010050有調配土方的方格無調配土方的方格60401107040-101008030060＋—＋＋＋＋

Ｔ挖方量（m3）507010050070409050006011070500708010040400填方量（m3）8006005001900Ｗ400××500××500××30010010050604011040＋—＋＋＋＋初始方案計算（3）方案的調整——閉回路法

Ｔ挖方量（m3）507010050070409050060110705008010040400填方量（m3）8006005001900Ｗ400××500××500××3001001005060401107040-101008030060＋—＋＋＋＋①將最小的負檢驗數對應的變量作為調整對象→②找出其閉合回路*→③調整·↓↓←‖→‖↓↓→‖↓——←←←←←←↑↑↑↑→→→→→→100400400×形成一條以有數字的方格為轉折點的用水平和直線連起來的閉合回路（4）方案判別（5）計算土方總運輸量、繪制土方調配圖教材——Ｐ