土方规划土木工程施工讲义第讲

土木工程施工邵阳学院***教授级高级工程师终身享受国务院特殊津贴专家国家首批注册监理工程师湖南省施工专业学术委员会副主委（房屋建筑方向）前言

土木工程施工是土木专业（房建方向）的一门实践性强、综合性大、涉及知识面广的骨干专业课程，它的任务是研究土木工程施工的局部规律和全局性规律。是同学们步入工作岗位后要学以致用、安身立命的主要课程之一。无论同学们毕业后在土木建筑领域从事何种职业和岗位，学好本课程的专业知识都将使你受用终生。本课程的诸多专业术语、概念和知识点常常是求职面试时主考官信手拈来的试题，本课程是你求职的敲门砖！本课程的施工程序、工艺流程、操作要点、质量要求等内容直接与规范的强制性条文接轨，这些知识将使你在职场受用一生！总目录第1讲土方规划第16讲钢结构工程第2讲土方工程施工要点第17讲起重安装机械第3讲机械化施工及填土压实第18讲结构吊装施工第4讲基坑验槽及地基加固处理第19讲防水工程第5讲混凝土预制桩施工第20讲装饰工程施工（1）第6讲混凝土灌注桩施工第21讲装饰工程施工（2）第7讲砖砌体施工第22讲装饰工程施工（3）第8讲石砌体及砌块砌体施工第23讲冬雨期施工技术措施第9讲脚手架及垂直运输第24讲施工组织概述第10讲钢筋工程第25讲流水施工原理第11讲模板工程第26讲网络计划技术第12讲混凝土制备及运输第27讲网络技术的应用第13讲混凝土成型及养护第28讲施工组织总设计第14讲预应力材料与机具第29讲单位工程施工组织设计第15讲预应力施工第30讲施工组织设计编制实例第1章土方工程第1讲土方规划第2讲土方工程施工要点第3讲机械化施工及填土压实

第1章土方工程

【教学要求】了解土方工程特点；掌握场地设计标高的确定、调整与土方调配；掌握边坡稳定及土壁支护的基本原理及主要方法；了解施工排、降水方法及流砂防治措施；熟悉常用土方机械的性能和使用范围；掌握土方的填筑与压实的要求和方法。

【教学重点】土方调配；边坡稳定及土壁支护的方法；轻型井点降水；土方的填筑与压实。

【教学难点】表上作业法进行土方调配；轻型井点降水；边坡稳定及土壁支护；影响填土压实的因素。

【时间安排】本章共3讲、6学时。第1讲土方规划1概述

2土方边坡3土方量计算的方法

4场地平整土方量计算5土方调配第1章土方工程1.2

土方工程的施工要求●土方量少、工期短、费用省；●因地制宜编制合理的施工方案，预防流砂、管涌、塌方等事故发生，确保安全；1概述共46页第2页●要求标高、断面控制准确；●应尽可能采用先进的施工工艺、施工组织和机械化施工。●土体有足够的强度和稳定性；基坑土方开挖1

概述包括一切土的挖掘、填筑、运输等过程以及排水降水、土壁支撑等准备工作和辅助工程。常见的土方工程施工内容有：1.1

土方工程的内容

⑴场地平整：包括障碍物拆除、场地清理、确定场地设计标高、计算挖填土方量、合理进行土方平衡调配等。

⑵开挖沟槽、基坑(竖井、隧道、修筑路基、堤坝)：包括测量放线、施工排水降水、土方边坡和支护结构等。

⑶土方回填与压实：包括土料选择、运输、填土压实的方法及密实度检验等。第1讲土方规划共46页第1页土的分类土的名称密度（kg/m3）开挖方法一类土（松软土）砂土；粉土；冲积砂土层；疏松的种植土；淤泥600～1500用锹、锄头挖掘二类土（普通土）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1100～1600用锹、锄头挖掘，少许用镐翻松三类土（坚土）软及中等密实粘土；重粉质粘土；砾石土；干黄土；含碎(卵)石的黄土；粉质粘土；压实的填土1750～1900主要用镐，少许用锹、锄头，部分用撬棍四类土（砂砾坚土）坚实密实的粘性土或黄土；中等密实的含碎(卵)石粘性土或黄土；粗卵石；天然级配砂石；软泥灰岩1900用镐或撬棍，部分用锲子及大锤五类土（软石）硬质粘土；中密的页岩、泥灰岩、白垩土；胶结不紧的砾岩；软石灰岩及贝壳石岩1100～2700用镐或撬棍、大锤，部分用爆破六类土（次坚石）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2200～2900用爆破方法，部分用风镐七类土（坚石）大理岩；辉绿岩；粉岩；粗、中粒花岗岩；坚实的白云岩、砂岩、砾岩、片麻岩、石灰岩2500～3100用爆破方法八类土（特坚石）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、辉绿岩2700～3300用爆破方法1.3土的工程分类1概述共46页第3页1.4

土的工程性质

天然密度--是指土在天然状态下单位体积的质量，它影响土的承载力、土压力及边坡的稳定性。

干密度--是指单位体积中固体颗粒的质量，它是用以检验土压实质量的控制指标。⑴土的质量密度取土环刀标准击实仪不同类的土，其最大干密度是不同的；同类的土在不同的状态下(含水量、压实程度)其密实度也是不同的1概述共46页第4页⑵土的含水量W是土中所含的水与与土的固体颗粒间间的质量比，以百百分数表示，见下下式：含水量影响土方施工方法的选择、边坡的稳定和回填土的质量土的含水量超过25～30%，则机械化施工就困困难，容易打滑、陷车回填土则需有最佳佳含水量方能夯压密实，获得最最大干密度快速含水量测定仪仪1概述共46页第5页⑶土的渗透性是指水流通过土中中孔隙的难易程度度。地下水在土中中的渗流速度V与土的渗透系数K和水头梯度I有关，地下水在土土中的渗流速度可可按达西公式计算算：V（m/d）=K·I土壤渗透试验仪渗透系数K值将直接影响降水方案的选选择和涌水量计算的准准确性1概述共46页第6页⑷土的可松性即自然状态下的土土，经过开挖后，，其体积因松散而而增加，以后虽经经回填压实，仍不不能恢复其原来的的体积。土的可松松性用可松性系数KS表示。土的最初可松性系系数KS=V2/V1；土的最后可松性系系数K，S=V3/V1。式中：V1——土在天然状态下的的体积；V2——土经开挖后的松散散体积；V3——土经回填压实后的的体积。土的最初可松性系系数KS是计算挖掘机械生生产率、运土车辆数数量及弃土坑容积的重重要参数，最后可松性性系数K，S是计算场地平整标高及填方所需需的挖方体积等的重要要参数。不同分类的土的可可松性系数可参考考下表：1概述共46页第7页土的可松性参考值值土的类别体积增加百分数可松性系数最初最后最初Ks最后K，s一类土（种植土除外）8～171～2.51.08～1.171.01～1.03二类土（植物土、泥炭）20～303～41.20～1.301.03～1.04二类土14～282.5～51.14～1.281.02～1.05三类土24～304～71.24～1.301.04～1.07四类土（除外）26～326～91.26～1.321.06～1.09四类土（泥灰岩、蛋白）33～3711～151.33～1.371.11～1.15五～七类土30～4510～201.30～1.451.10～1.20八类土45～5020～301.45～1.501.20～1.301概述共46页第8页2土方边坡合理地选择基坑、、沟槽、路基、堤堤坝的断面和留设设边坡，是减少土土方量的有效措施施。边坡的表示方方法为1:m，即：第1讲土方规划式中m=b/h，称为坡度系数。。其意义为：当边坡高度已知为为h时，其边坡宽度则则等于mh。共46页第9页临时性挖方的边坡坡值土的类别边坡值（高：宽）砂土（不包括细砂、粉砂）1:1.25～1:1.5一般粘性土硬1:0.75～1:1硬、塑1:1～1:1.25软1:1.5或更缓碎石类土充填坚硬、硬塑粘性土1:0.5～1:1充填砂土1:1～1:1.5边坡坡度应根据不同的挖填高度、、土的工程性质及工程特点而定，既要保证土土体稳定和施工安安全，又要节省土土方。临时性挖方方边坡可按下表确确定：2土方边坡共46页第10页深度在5m内的基坑(槽)、管沟边坡

的最最陡坡度（不加支支撑）土的种类边坡坡度（高：宽）坡顶无荷载坡顶有静载坡顶有动载中密的砂土1:1.001:1.251:1.50中密的碎石类土(充填物为砂土)1:0.751:1.001:1.25硬塑的粉土1:0.671:0.751:1.00中密的碎石类土(充填物为粘性土)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当地质条件良好,土质均匀且地下水水位低于基坑(槽)底面标高时,挖方深度在5m以内,不加支撑的边坡可可按下表确定：2土方边坡共46页第11页3土方量计算的基本本方法土方量计算的基本本方法有平均高度法和平均断面法两种。3.1平均高度法⑴四方棱柱体法：将施工区域划分为为若干个边长等于于a的方格网，每个方方格网的土方体积积V等于底面积a2乘四个角点高度的的平均值，即：第1讲土方规划共46页第12页方格网土方量计算算则可采取平均高度法（四方棱柱体法和三角棱柱体法）3土方量计算的基本本方法共46页第13页⑵三角棱柱体法法：将每一个方格顺地地形的等高线沿对对角线划分为两个个三角形，然后分分别计算每一个三三角棱柱体的土方方量。3.2平均断面法基坑、基槽、管沟沟、路堤的土方量量计算可采用平均均断面法。即：3土方量计算的基本本方法共46页第14页4场地平整土方量计计算4.1.1H0的重要性场地设计标高是进进行场地平整和土土方量计算的依据据，也是总图规划划和竖向设计的依依据。合理地确定定场地设计标高，，对减少土方工程程量、加速工程进进度、降低工程造造价有着重要意义义。4.1场地设计标高H0的确定确定场地设计标高高应结合各类影响响因素反复进行技技术经济比较，选选择一个最佳方案案。第1讲土方规划共46页第15页4.1.2H0的确定原则●满足生产工艺和运输的要求；●充分利用地形形，分区或分台阶布置置，分别确定不同的的设计标高；●考虑挖填平衡，弃土运输或取土土回填的土方量最最少；●要有合理的泄泄水坡度(≧2‰)，满足排水要求；●考虑最高洪水位的影响。4场地平整土方量计计算共46页第16页4.1.3H0的确定步骤如场地设计标高无无特殊要求时，可可根据挖填土方量量平衡的原则确定定H0,其步骤如下：⑴划分方格网方格网边长a可取10～50m，常用20m、40m；挖填平衡原则即场地内土方的绝对体积在平整前、后相等4场地平整土方量计计算共46页第17页⑵确定各方格网网角点高程●水准仪实测；；●利用地形图上上相邻两等高线的的高程，用插入法求得。4场地平整土方量计计算共46页第18页用插入法求得H13=251.70水准仪进行高程测测量按每一个方格的角角点的计算次数（（权数），即方格格的角点为几个方方格共有的情况，，确定设计标高H0的实用公式为：⑶按挖填平衡确确定设计标高式中：n——方格网数；H1——一个方格仅有的角角点坐标；H2——两个方格共有的角角点坐标；H3——三个方格共有的角角点坐标；H4——四个方格共有的角角点坐标。4场地平整土方量计计算共46页第19页4.2场地设计标高H0的调整按以上步骤求得的的H0仅为一理论值，还还应考虑以下因素素进行调整，求出出H,0：●土的可松性影影响——填方因土的可松性性引起的填方体积增加；●场内挖方和填填方的影响——从经济观点出发，，安排的挖方就近近弃土和填方就近近场外取土，引起起的挖填土方量的变化化；●场地泄水坡度度的影响——单坡？双坡？4场地平整土方量计计算共46页第20页由于土具有可松性性，一般填土需相相应提高设计标高高，故考虑土的可可松性后，场地设设计标高调整为：：VWVTH0V,WV,TH,0Δh理论设计标高调调整设计计标高4.2.1土的可松性影响4场地平整土方量计计算共46页第21页场地设计标高H0是按挖填土方量量平衡的原则确确定的，但从经济观点出发发，常会将部分分挖方就近弃于场外，或就近于场外取土土用于部分填方，，均会引起挖填填土方量的变化化，亦需调整场场地设计标高。。4.2.2场内挖方和填方方的影响式中：Q——场地根据H0平整后多余或不不足的土方量。。其设计标高调整整值按下式计算算：4场地平整土方量量计算共46页第22页调整后的设计标标高是一个水平平面的标高，而而实际施工中要要根据泄水坡度度的要求(单坡泄水或双坡坡泄水)计算出场地内各方格网角点实实际设计标高。4.2.3场地泄水坡度的的影响⑴场地为单坡坡泄水时，场地内任意点的的设计标高则为为：式中：l——该点至设计标高高H，0的距离；i——场地泄水坡度（（不小于2‰）。4场地平整土方量量计算共46页第23页场地单向泄水坡坡度示意图⑵场地为双坡坡泄水时，场地内任意点点的设计标高则则为：式中：lx、ly——该点沿X-X、Y-Y方向距场地中心线的的距离；ix、iy——场地沿X-X、Y-Y方向的泄水坡度。公式中正负号的的取值：计算角点在H，0之上取“＋”，反之取取“－”4场地平整土方量量计算共46页第24页场地双向泄水坡坡度示意图4.3场地土方量的计计算4.3.1求各方格角点的的施工高度hnhn=场地设计标高Hn－自然地面标高高H角点编号施施工高度hn1-0.7243.2442.52自然地面标高H设计标高Hn若hn为正值则该点为填方，hn为负值则为挖方。场地土方量计算算步骤如下：4场地平整土方量量计算土方方格网图例例共46页第25页零线位置的确定定：先求出方格网中中边线两端施工工高度有“+”、“－”中中的零点，将相相邻两零点连接接起来即为零线线。4.3.2绘出零线式中：X1、X2——角点至零点的距距离(m)；h1、h2——相邻两角点的施施工高度(m)，均用绝对值；；a——方格网的边长(m).零点的位置按下下式计算：4场地平整土方量量计算共46页第26页零点位置计算示示意为省略计算，亦亦可用图解法直接求出零点位位置。即用尺在在各角点标出相相应比例，用尺尺相接，与方格格相交点即为零零点位置。见下下图：h1+0.30h2-0.20±0551010h7h8+0.7-0.10用尺量出h1＋0.3的刻度用尺量出h2－0.2的刻度两点连线与方格格的交点为零点点用尺量出h8－0.1的刻度用尺量出h7＋0.7的刻度两点连线与方格格的交点为零点点两零点连线即为为零线4场地平整土方量量计算共46页第27页4.3.3计算场地挖、填填土方量“零线”求出，，也就划出了场场地的挖方区和和填方区，便可可按平均高度法法计算各方格的的挖、填土方量量了。4场地平整土方量量计算共46页第28页挖方施工及长距离土方调调运4.3.4计算各挖、填方方调配区之间的的平均运距先按下式求出各各挖方或填方区区土方重心坐标标X0、Y0：填方区··yH0H0xxOWxOTyOWyOTL0挖方区式中：xi、yi——i块方格的重心坐坐标；Vi——i块方格的土方量量。V1x1、y1V5x5、y5V19x19、y19挖方区重心填方区重心4场地平整土方量量计算共46页第29页则填、挖方区之之间的平均运距距L0为：式中：x0T、y0T——填方区的重心坐坐标；x0W、y0W——挖方区的重心坐坐标。在实际工作中，，亦可用作图法法近似地求出调调配区的形心位位置O代替重心坐标，，用比例尺量出出每对调配区的的平均运距。4场地平整土方量量计算共46页第30页5土方调配5.2土方调配的原则则土方调配是土方方规划中的一个个重要内容。其其原则是：力求挖填平衡、、运距最短、费费用最省，考虑虑土方的利用，，以减少土方的的重复挖填和运运输。5.1土方调配的步骤骤划分调配区（绘绘出零线）→计计算调配区之之间的平均运距距（即挖方区至至填方区土方重重心的距离）→→确定初始调调配方案→优优化方案判别→→绘制土方调调配图表。第1讲土方规划共46页第31页5.3最优调配方案的的确定最优调配方案的的确定，是以线线性规划为理论论基础，常用“表上作业法””求解。调配的步步骤如下：用“最小元素法法”编制初始调配方方案最优方案判别绘制土方调配图图最优方案判别方案的调整是否5土方调配共46页第32页5.3.1初始调配方案下图为一矩形广广场，图中小方方格内的数字为为各调配区的土土方量，箭杆上上的数字则为各各调配区之间的的平均运距。试试求土方调配最最优方案。500500800600500500400W1T1W36050701108070401009040100W4T3W2T270挖方区编号填方区编号挖方区需调出土方填方区需调进土方调配区间的平均均运距5土方调配共46页第33页各调配区土方量量及平均运距

填方区挖方区T1T2T3挖方量m3W1x1150x1270x13100500C,11C,12C,13W2x2170x2240x2390500C,21C,22C,23W3x3260x32110x3370500C,31C,32C,33W4x4180x42100x4340400C,41C,42C,43填方量m380060050019005土方调配共46页第34页

填方区挖方区T1T2T3挖方量m3,11C,12C,13W2×7050040×90500C,21C,22C,23W36011070500C31C32C33W4×80×10040040400C,41C,42C,43填方量m38006005001900步骤1：选取平均运距最小(C22=C43=40)的方格，确定它它所对应的调配配土方数，并使使其尽可能大。本例选取C43=40，X43=400(W4的全部挖方调往往T3)，X41、X42=0(W4的挖方不调往T1、T2)，在X41、X42的方格内画上““×”5土方调配共46页第35页

填方区挖方区T1T2T3挖方量m3W170100500C,11C,12C,13W27090500C,21C,22C,23W3500C,31C,32C,33W4×80×10040040400C,41C,42C,43填方量m38006005001900步骤2：重复步骤1，按平均运距由小到大依次计计算X22、X11、X31（C22→C11→C31），我们就得到了了土方调配的初初始方案。1.5土方调配5005001003001004050××××6070110共46页第36页5.3.2最优方案判别初始调配方案是是按“就近调配”求得的，它保证证了挖填平衡、、总运输量是较较小的，但不一一定是最小的，，因此还需进行行判别。在“表上作业法法”中判别最优优方案的方法有有很多，这里我我们介绍引入““假想价格系数数”求检验数λij来判别。首先求出表中各各方格的假想价价格系数，有调配土方的假假想价格系数C，ij=Cij，无调配土方的的假想价格系数数按下式计算：：5土方调配共46页第37页利用已知的假想想价格系数，我我们可以逐个求求解未知的C，ij。步骤1：在有调配土方的的方格内，C，ij=Cij，将数据填入表表中；该公式的意义即即：构成任一矩形的的四个方格内对对角线上的假想想价格系数之和和相等。5土方调配共46页第38页步骤2：按任一矩形的四四个方格内对角线上的C，ij之和相等，逐个求解未知的的C，ij；如：填方区挖方区T1T2T3挖方量m3W150050×70×1005005010060W2×7050040×90500－10400W330060100110100705006011070W4×80×10040040400308040填方量m380060050019005土方调配配共46页第39页填方区挖方区T1T2T3挖方量m3W150－70+1005005010060W2+7040+90500-10400W360110705006011070W4+80+10040400308040填方量m38006005001900步骤3：引入检验验数λ，按下式式求出表表中无调配土土方方格格的检验验数（即方格右右边两小小格数字字上下相相减，将将正负号号填入表表中）：λ12出现负数数说明方方案不是最佳佳方案，需要进进行调整整。5土方调配配共46页第40页步骤2：找出x12的闭回路路。其作作法是，，从x12方格出发发，沿水水平或竖竖直方向向前进，，遇到有数字的的方格作作900转弯(也可不转转弯)，如果路路线恰当当，有限限步后便便能回到到出发点点。形成成一条以以有数字的的方格为为转角点点、用水水平或竖竖直线联联起来的的闭回路路。见下表表：

T1T2T3W1500X12W2500W3300100100W4400①②③④⑤5.3.3方案的调调整步骤1：在所有负负检验数数中挑选选一个(一般选最最小的)，本例即即λ12，将它对应应的变量量x12作为调整整对象。。5土方调配配共46页第41页

填方区挖方区T1T2T3挖方量m3W150070+1005005010060W2+7050040+90500-10400W330060110100705006011070W4+80+10040040400308040填方量m38006005001900步骤3：从空格X12出发，沿沿闭回路路（方向任意意）行进，，在各奇数转转角点的数字中中挑出一一个最小小的（本例即X32=100）将它由由X32调到X12方格中。。5001005土方调配配共46页第42页

填方区挖方区T1T2T3挖方量m3W15070+1005005010060W2+7050040+90500-10400W360110100705006011070W4+80+10040040400308040填方量m38006005001900步骤4：将“100””数字填入入X12方格中，，被调出出的X32为0，同时将将闭回路路上其它它奇数次转转角（X11）方格内内的数字字都减去100，偶数次转转角