土石方计算方法.ppt
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1、第1章 土石方工程,土石方的种类及现场鉴别方法 场地平整土方量计算与调配 排水与降低地下水 土方边坡与支护 土方的填筑与压实 土方工程的机械化施工 土石方工程常见的质量事故及处理,教学目标:通过本节课的学习,使同学们了解土石方的种类和如何鉴别,掌握土的工程性质,掌握基坑(槽)土方量的计算。 教学重点:基坑(槽)土方量的计算。 教学难点:土的工程性质。 教学方法:多媒体。 教学内容:见课件。 授课时数:2节。 授课时间:2011.03.09 授课地点:202教室,1.1 概 述,一、土石方工程的种类与特点 按施工的内容和方法不同分为4种: 场地平整 基坑(槽)及管沟开挖 地下工程大型土石方开挖
2、土石方填筑,1、场地平整 将天然地面改造成所要求的设计平面时所进行的土石方施工全过程。 特点:工作量大、劳动繁重、施工条件复杂。 施工工艺流程: 现场勘察清除地面障碍物标定整平范围设置水准基点设置方格网测量标高计算土方挖填工程量平整土方场地碾压验收,2、基坑(槽)及管沟开挖 指开挖宽度在3m以内的基槽或开挖底面积在20以内的土石方工程。 特点:要求开挖的标高、断面、轴线准确;土石方量少;受气候影响较大。 3、地下工程大型土石方开挖 对人防工程、大型建筑物的地下室、深基础施工等而进行的地下大型土石方开挖。 特点:涉及降低地下水位、边坡稳定与支护、地面沉降与位移、临近建筑物的安全与防护等一系列问题
3、。,4、土石方填筑 是对低洼处用土石方分层填平。 特点:要求严格选择土质,分层回填压实。,二、土石的分类与现场鉴别方法 土的分类方法很多,作为建筑物地基的土可以分为岩石、碎石土、砂土、粉土、粘性土和特殊土。 在土木工程施工中,按开挖难易程度,在现行计价规范中将土分为八类(松软土、普通土、坚土、砂砾坚土、软石、次坚石、坚石、特坚石),这也是确定土木工程劳动定额的依据。,土的工程分类,三、土的工程性质 1、土的天然密度() 土在天然状态下单位体积的质量(单位为N/cm3、kN/m3)。,式中 m土的总质量 V 土的天然体积,2、土的干密度(d) 单位体积土中的固体颗粒的质量(单位为N/cm3、kN
4、/m3)。,式中 ms土中固体颗粒的质量 V 土的天然体积,3、土的可松性 天然土经开挖后,其体积因松散而增加,虽经振动夯实,仍不能恢复原来的体积,这种性质称为土的可松性。 可松性系数:,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(夯)实后的体积,例: 某工程基坑回填土的体积为120m3,取土场地的土为四类土,试求取土的数量?,解: 查土的工程分类表,四类土的最终可松性系数为1.061.09,则需取土的数量为,即挖四类土110.09113.21(m3),可回填120m3体积的基坑。,4、土的透水性 指水流通过土中
5、孔隙的难易程度。 地下水在土中的渗流速度一般可按达西(Darcy)定律计算:,式中 v水在土中的渗流速度(m/d) I 水力梯度 K土的渗透系数(m/d),5、土的含水量(w) 指土中水的质量与固体颗粒质量之比,以百分数表示。,式中 mw土中水的质量 ms 土中固体颗粒经温度为 105烘干后的质量,在一定含水量的条件下,用同样的夯实机具,可使回填土达到最大的密实度,此含水量称为最佳含水量。,6、土的密实度 用密实度表示土的紧密程度。工程上用土的干密度来反映相对紧密程度。,式中 c土的密实度(压实系数) d土的实际干密度(“环刀法”测定) d,max 土的最大干密度(击实试验测定),四、基坑(槽
6、)土方量计算 (一)边坡坡度,mB/H,称为坡度系数,(二)基坑(槽)土方量按拟柱体体积计算公式计算:,例:按下图计算基坑的挖方量,解:由拟柱体公式得:,上口面积:,坑底面积:,中间截面积:,代入上列基坑挖方量计算公式得:,小结:1.土石方工程的种类与特点; 2.土石分类与现场鉴别方法; 3.土的工程性质; 4.基坑(槽)土方量的计算。 作业:见下页。,2019/6/20,22,作业:某建筑外墙采用毛石基础,其断面尺寸如下图所示,地基为粘土,已知土的可松性系数 ,试计算每100m长基槽的挖方量;若留下回填土后,余土要求全部运走,计算预留填土量及弃土量。,,,解:基槽开挖截面积按梯形计算,即:,
7、每100m长基槽的挖方量:,基础所占的体积:,预留填方量(按原土计算):,弃土量(按松散体积计算):,教学目标:使同学们掌握场地平整的步骤和土方量的计算,初步了解土方调配的含义。 教学重点:场地平整土方量的计算。 教学难点:场地平整设计标高的调整。 教学方法:多媒体。 教学内容:见课件。 授课时数:2节。 授课时间:2011.03.10 授课地点:202教室,五、场地平整土方量计算与调配 1、场地设计标高的确定 2、场地设计标高的调整 3、场地土方量的计算 4、场地边坡土方量的计算,1、场地设计标高的确定 考虑因素: 1)满足生产工艺和运输的要求; 2)尽量利用地形,减少挖方、填方数量; 3)
8、场地内挖方、填方平衡,土方运输总费用最少; 4)有一定的表面泄水坡度(2 ),满足排水要求,并考虑最大洪水水位的影响。 场地设计标高一般应在设计文件上规定,若设计文件无规定时,通常采用挖、填土方量平衡法。,“挖、填土方量平衡法”确定场地设计标高的步骤: 1)划分方格网,方格边长一般采用1040m 2)确定各方格角点的标高(实测法、图解法) 3)初步计算场地设计标高,式中 H0-所计算的场地设计标高(m) a-方格边长(m) N-方格数 H11H12H21H22-任一方格四个角点标高(m),式中 H0-所计算的场地设计标高(m) H1-一个方格仅有的角点标高(m) H2H3H4-分别为两个方格、
9、三个方格和四个方格共有的角点标 高(m) N-方格数,试初步计算该图的场地设计标高,2、场地设计标高的调整 土的可松性影响 场内挖方和填方的影响 场地泄水坡度的影响,土的可松性影响(填土多余,需提高设计标高),因,总的填方体积为:,此时,填方区的标高也应与挖方区一样,提高 即:,当,时,,故考虑了土的可松性后,场地设计标高调整为:,场内挖方和填方的影响 弃土于场外、从场外取土回填等情况。 场地设计标高的调整值 为:,其中:Q-场地根据平衡后多余或不足的土方量。,场地泄水坡度的影响 泄水坡度有单面泄水、双面泄水 单面泄水:场地内只有一个方向排水; 双面泄水:场地内只有两个方向排水,且互相垂直。,
10、场地有单面泄水坡度时,场地内任意一点的设计标高:,场地有双面泄水坡度时,场地内任意一点的设计标高:,式中 Hn-场地内任一角点的设计标高(m) H0-场地中心的标高(m) lx,ly-计算点沿x,y方向距场地中心点的距离(m) ix,iy-场地在x,y方向的泄水坡度 -由场地中心点沿x,y方向指向计算点时,若其方向与ix,iy反向取+号,同向则取-号,3、场地平整土方量的计算 1)求各方格角点的施工高度 2)确定“零线”,即挖方、填方的分界线 在相邻角点施工高度为一 挖一填的方格边线上,用插入 法求出零点位置,将各相邻的 零点连接起来就为零线。,式中: 角点的施工高度,以“+”为填土,“”为挖
11、土 角点的设计标高(考虑泄水坡度); 角点的自然地面标高。,3、场地平整土方量的计算 3)计算方格土方工程量 a)方格四角均为填或挖(全挖或全填的方格) 其土方量,式中 V填方或挖方体积(m3) h1h2h3h4 方格角点填(挖)土高度绝对值(m) a方格边长(m),b)方格相邻两角点为挖方,另两点为填方(两挖和两填的方格),其填方部分的土方量为:,挖方部分的土方量为:,c)方格三个角点为挖方(或填方)(三挖一填或相反的方格),其一个角点部分的土方量为:,三个角点部分的土方量为:,当b=c=a时,,4、场地边坡土方量的计算 1)三角棱锥体体积(如),式中 l边坡长度(m) A边坡端面积(m2)
12、 h角点施工高度(m) m边坡的坡度系数,4、场地边坡土方量的计算 2)三角棱柱体体积(如) 当A1,A2相差很大时,式中 l边坡长度(m) A1A2A0边坡两端面及中间断面的横断面面积(m2),5、场地平整土方量计算示例1 某建筑场地地形图和方格网(边长a=20.0m)布置如下图所示。填方区边坡坡度系数为1.0,挖方区边坡坡度系数为0.5,试用公式法计算挖方和填方的总土方量。,图例,图例,解:1)计算各角点的施工高度(以“+”为填方,“”为挖方),0.10,0.19,0.53,0.72,- 0.34,- 0.10,图例,解:1)计算各角点的施工高度(以“+”为填方,“”为挖方),0.10,0
13、.19,0.53,0.72,- 0.34,- 0.10,0.16,0.43,- 0.83,- 0.44,- 0.20,0.06,图例,2)确定“零线”,即挖、填方的分界线 确定零点的位置,将相邻边线上的零点相连,即为“零线”。,1-5线上:,即零点距角点1的距离为4.55m。,2-6线上:,即零点距角点2的距离为13.10m。,6-7线上:,即零点距角点6的距离为7.69m。,图例,2)确定“零线”,即挖、填方的分界线 确定零点的位置,将相邻边线上的零点相连,即为“零线”。,7-11线上:,即零点距角点7的距离为8.89m。,11-12线上:,即零点距角点11的距离为15.38m。,3)计算方
14、格土方量以+为填方,-为挖方,方格、底面为正方形,土方量为:,3)计算方格土方量以+为填方,-为挖方,方格底面为两个梯形,土方量为:,3)计算方格土方量以+为填方,-为挖方,方格、底面为三边形和五边形,土方量为:,3)计算方格土方量以+为填方,-为挖方,方格、底面为三边形和五边形,土方量为:,3)计算方格土方量以+为填方,-为挖方,方格、底面为三边形和五边形,土方量为:,3)计算方格土方量以+为填方,-为挖方,方格网总填方量:,方格网总挖方量:,4)边坡土方量计算,如下图,、按三角棱柱体计算外,其余均按三角棱锥体计算:,4)边坡土方量计算,如下图,、按三角棱柱体计算外,其余均按三角棱锥体计算:
15、,4)边坡土方量计算,如下图,、按三角棱柱体计算外,其余均按三角棱锥体计算:,4)边坡土方量计算,如下图,、按三角棱柱体计算外,其余均按三角棱锥体计算:,4)边坡土方量计算,如下图,、按三角棱柱体计算外,其余均按三角棱锥体计算:,边坡总填方量:,边坡总挖方量:,4)边坡土方量计算,6、场地平整土方量计算示例2 某建筑场地地形图和方格网(边长a=20.0m)布置如下图所示。土壤为二类土,场地地面泄水坡度ix=0.3%,iy=0.2%。试确定场地设计标高(不考虑土的可松性影响,余土加宽边坡),计算各方格挖、填土方量。,图例,解:1)计算场地设计标高H0,图例,2)根据泄水坡度计算各方格角点的设计标
16、高 以场地中心点(几何中心o)为H0,得各角点标高:,ix=0.3%,iy=0.2%,9.44,9.50,9.56,9.62,9.40,9.46,9.52,9.58,o,图例,2)根据泄水坡度计算各方格角点的设计标高 以场地中心点(几何中心o)为H0,得各角点标高:,ix=0.3%,iy=0.2%,9.44,9.50,9.56,9.62,9.40,9.46,9.52,9.58,9.36,9.42,9.48,9.54,9.32,9.38,9.44,9.50,o,图例,3)计算各角点的施工高度(以“+”为填方,“”为挖方),ix=0.3%,iy=0.2%,9.44,9.50,9.56,9.62,9
17、.40,9.46,9.52,9.58,9.36,9.42,9.48,9.54,9.32,9.38,9.44,9.50,-0.01,-0.25,-0.58,-1.09,+0.29,+0.03,-0.16,-0.69,+0.56,+0.26,+0.07,-0.32,+0.67,+0.47,+0.30,-0.02,o,图例,4)确定“零线”,即挖、填方的分界线 确定零点的位置,将相邻边线上的零点相连,即为“零线”。,ix=0.3%,iy=0.2%,1-5线上:,即零点距角点1的距离为0.67m。,2-6线上:,即零点距角点2的距离为17.86m。,6-7线上:,即零点距角点7的距离为16.84m。,
18、7-11线上:,即零点距角点7的距离为13.91m。,11-12线上:,即零点距角点12的距离为16.41m。,15-16线上:,即零点距角点16的距离为1.25m。,图例,5)计算各方格土方工程量以(+)为填方,()为挖方,ix=0.3%,iy=0.2%,(1)全填或全挖方格,图例,5)计算各方格土方工程量以(+)为填方,()为挖方,ix=0.3%,iy=0.2%,(2)两挖两填方格,图例,5)计算各方格土方工程量以(+)为填方,()为挖方,ix=0.3%,iy=0.2%,(3)三填一挖或三挖一填方格,图例,5)计算各方格土方工程量以(+)为填方,()为挖方,ix=0.3%,iy=0.2%,
19、(3)三填一挖或三挖一填方格,将计算出的各方格土方工程量按挖、填方分别相加,得场地土方工程量总计: 挖方:478.5(m3) 填方:454.9(m3),六、土方调配 土方调配工作一般在土方工程量计算完毕即可进行。 目的是方便施工,并且在土方总运输量(m3m)最小或土方运输成本(元)最低的条件下,确定填、挖区的调配方向、数量和平均运距,从而缩短工期,降低成本。,1)土方调配的原则 (1)应力求达到挖方与填方基本平衡和总运输量最小,即使挖方量与运距的乘积之和尽可能最小。 (2)考虑近期施工和后期利用相结合。 (3)应注意分区调配与全场调配的协调,并将好土用在回填质量要求高的填方区。 (4)尽可能与
20、城市规划、农田水利及大型地下结构的施工相结合,避免土方重复挖、填和运输。,2)土方调配图表的编制方法 (1)划分调配区。 (2)计算土方量。 (3)计算每对调配区之间的平均运距。 (4)确定土方调配方案。 (5)绘出最优方案的土方平衡表和土方调配图。,1、定义:平均运距就是指挖方区土方重心至填方区土方重心的距离。 因此,求平均运距,需先求出每个调配区重心。 2、求调配区重心的方法: 取场地或方格网中的纵横两边为坐标轴,分别求出挖填区土方的重心位置,即: 式中: 挖或填方调配区的重心坐标; 每个方格的土方量; 每个方格的重心坐标。,3、求平均运距: 式中: 挖、填方区之间的平均运距; 填方区的重
21、心坐标; 挖方区的重心坐标。 也可在CAD图上量出L0。,小结:1.场地平整的步骤; 2.场地平整土方量计算; 3.土方调配。 作业:见例题。,教学目标:使同学们了解土方工程中相关的施工机械的应用范围,能根据不同的开挖方式及场地条件选择适合的施工机械。 教学重点:推土机及挖土机的施工特点。 教学难点:挖土机与汽车的配套计算。 教学方法:多媒体。 教学内容:见课件。 授课时数:2节。 授课时间:2011.03.14 授课地点:202教室,1.2 土方工程的机械化施工,一、推土机施工,特点:操纵灵活,运转方便,所需工作面较小,行驶速度快,易于转移,能爬30左右的缓坡。,用途:场地清理和平整,开挖深
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