土方工程Word文件下载.docx
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（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
1100～1600
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
1750～1900
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
1900
整个先用镐、撬棍，
后用锹挖掘，部分
用楔子及大锤
五类土
（软石）
Ⅴ
硬质粘土；
中密的页岩、泥灰岩、白垩土；
胶结不紧的砾岩；
软石
灰岩及贝壳石灰岩
1100～2700
用镐或撬棍、大锤挖掘，部分使用爆
破方法
六类土
（次坚石）
Ⅵ
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
2200～2900
用爆破方法开挖，
部分用风镐
七类土
（坚石）
Ⅶ
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、石灰岩；
微风化
安山岩；
玄武岩
2500～3100
用爆破方法开挖
八类土
（特坚土）
Ⅷ
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
2700～3300
1.1.3土的基本性质
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的百分率，即
（1-1）
式中：
──土中水的质量
──土中固体颗粒的质量。
2．土的天然密度和干密度
土在天然状态下单位体积的质量，称为土的天然密度。
土的天然密度用表示：
（1-2）
──土的总质量；
──土的天然体积。
单位体积中土的固体颗粒的质量称为土的干密度，土的干密度用表示：
（1-3）
──土中固体颗粒的质量；
──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，以控制填土工程的压实质量。
土的干密度与土的天然密度之间有如下关系：
即（1-4）
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，仍不能恢复其原来的体积。
土的可松性程度用可松性系数表示，即
（1-5）
（1-6）
──土的最初可松性系数；
──土的最后可松性系数；
──土在天然状态下的体积（m3）；
──土挖出后在松散状态下的体积（m3）；
──土经回填压（夯）实后的体积（m3）；
土的可松性对确定场地设计标高、土方量的平衡调配、计算运土机具的数量和弃土坑的容积，以及计算填方所需的挖方体积等均有很大影响。
各类土的可松性系数见表1.2。
表1.2各种土的可松性参考值
土的类别
体积增加百分数
可松性系数
最初
最后
一类土（种植土除外）
8～17
1～2.5
1.08～1.17
1.01～1.03
一类土（植物性土、泥炭）
20～30
3～4
1.20～1.30
1.03～1.04
14～28
2.5～5
1.14～1.28
1.02～1.05
24～30
4～7
1.24～1.30
1.04～1.07
四类土（泥灰岩、蛋白石除外）
26～32
6～9
1.26～1.32
1.06～1.09
四类土（泥灰岩、蛋白石）
33～37
11～15
1.33～1.37
1.11～1.15
五至七类土
30～45
10～20
1.30～1.45
1.10～1.20
45～50
1.45～1.50
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。
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：
（1-7）
──水在土中的渗透速度，m/d；
──水力坡度，，即、两点水头差与其水平距离之比；
──土的渗透系数，m/d。
从达西公式可以看出渗透系数的物理意义：
当水力坡度等于1时的渗透速度即为渗透系数，单位同样为m/d。
值的大小反映土体透水性的强弱，影响施工降水与排水的速度；
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。
表1.3土的渗透系数K参考值
土的名称
渗透系数K（m/d）
土的种类
粘土
＜0.005
中砂
5.0～25.0
粉质粘土
0.005～0.1
均质中砂
35～50
粉土
0.1～0.5
粗砂
20～50
黄土
0.25～0.5
圆砾
50～100
粉砂
0.5～5.0
卵石
100～500
细砂
1.0～10.0
无填充物卵石
500～1000
1.2土方与土方调配量计算
1.2.1基坑、基槽土方量计算
1．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与底宽之比（图1.1），即
土方边坡坡度=
，称为坡度系数。
其意义为：
当边坡高度已知为时，其边坡宽度则等于。
（a）（b）（c）
图1.1
（a）直线形（b）折线形（c）踏步形
2．基坑、基槽土方量计算
基坑土方量可按立体几何中的拟柱体（由两个平行的平面做底的一种多面体）体积公式计算（图1.2）。
即
（1-8）式中──基坑深度（）；
──基坑上、下的底面积（）；
──基坑的中间位置截面面积（）；
图1.2基坑土方量计算图1.3基槽土方量计算
基槽和路堤的土方量可以沿长度方向分段后，再用同样方法计算（图1.3）
式中──第一段的土方量（）；
──第一段的长度（）。
将各段土方量相加即得总土方量
式中，，…，──各分段的土方量（）。
1.2.2场地平整土方量计算
1场地设计标高的确定
对较大面积的场地平整，合理地确定场地的设计标高，对减少土方量和加速工程进度具有重要的经济意义。
一般来说应考虑以下因素：
①满足生产工艺和运输的要求；
②尽量利用地形，分区或分台阶布置，分别确定不同的设计标高；
③场地内挖填方平衡，土方运输量最少；
④要有一定泻水坡度（≥2‰），使能满足排水要求；
⑤要考虑最高洪水位的影响。
场地设计标高一般应在设计文件上规定，若设计文件对场地设计标高没有规定时，可按
下述步骤来确定。
1）．初步计算场地设计标高
初步计算场地设计标高的原则是场地内挖填方平衡，即场地内挖方总量等于填方总量。
计算场地设计标高时，首先将场地的地形图根据要求的精度划分为10～40m的方格网，见图1.4a。
然后求出各方格角点的地面标高。
地形平坦时，可根据地形图上相邻两等高线的标高，用插入法求得；
地形起伏较大或无地形图时，可在地面用木桩打好方格网，然后用仪器直接测出。
按照场地内土方的平整前及平整后相等，即挖填方平衡的原则，如图1.4b，场地设计标高可按下式计算
（1-9）
式中──所计算的场地设计标高（）；
──方格边长（）；
──方格数；
、、、──任一方格的四个角点的标高（）。
图1.4场地设计标高Ho计算示意图
（a）方格网划分;
（b）场地设计标高示意图
1—等高线;
2—自然地面;
3—场地设计标高平面面
从图1.4a可以看出，系一个方格的角点标高，及系相邻两个方格的公共角点标高，系相邻的四个方格的公共角点标高。
如果将所有方格的四个角点相加，则类似这样的角点标高加一次，类似、的角点标高需加两次，类似的角点标高要加四次。
如令
──为一个方格仅有的角点标高；
──为二个方格共有的角点标高；
──为三个方格共有的角点标高；
──为四个方格共有的角点标高。
则场地设计标高的计算公式（1-9）可改写为下列形式
（1-10）
2）．场地设计标高的调整
按上述公式计算的场地设计标高仅为一理论值，在实际运用中还需考虑以下因素进行调整。
⑴土的可松性影响
由于土具有可松性，如按挖填平衡计算得到的场地设计标高进行挖填施工，填土多少有富余，特别是当土的最后可松性系数较大时更不容忽视。
如图1.5所示，设为土的可松性引起设计标高的增加值，则设计标高调整后的总挖方体积应为：
（1-11）
总填方体积应为：
（1-12）
图1.5设计标高调整计算示意
（a）理论设计标高；
（b）调整设计标高
此时，填方区的标高也应与挖方区一样提高，即：
（1-13）
移项整理简化得（当）：
（1-14）
故考虑土的可松性后，场地设计标高调整为：
（1-15）
式中、──按理论设计标高计算的总挖方、总填方体积；
、──按理论设计标高计算的挖方区、填方区总面积；
──土的最后可松性系数。
⑵场地挖方和填方的影响
由于场地内大型基坑挖出的土方、修筑路堤填高的土方，以及经过经济比较而将部分挖方就近弃土于场外或将部分填方就近从场外取土，上述做法均会引起挖填土方量的变化。
必要时，亦需调整设计标高。
为了简化计算，场地设计标高的调整值，可按下列近似公式确定，即：
（1-16）
式中──场地根据平整后多余或不足的土方量。
⑶场地泄水坡度的影响
按上述计算和调整后的场地设计标高，平整后场地是一个水平面。
但实际上由于排水的要求，场地表面均有一定的泄水坡度，平整场地的表面坡度应符合设计要求，如无设计要求时，一般应向排水沟方向作成不小于2‰的坡度。
所以，在计算的或经调整后的基础上，要根据场地要求的泄水坡度，最后计算出场地内各方格角点实际施工时的设计标高。
当场地为单向泄水及双向泄水时，场地各方格角点的设计标高求法如下：
①单向泄水时场地各方格角点的设计标高（图1.6a）
以计算出的设计标高或调整后的设计标高作为场地中心线的标高，场地内任意一个方格角点的设计标高为：
（1-17）
式中──场地内任意一点方格角点的设计标高（）；
──该方格角点至场地中心线的距离（）；
──场地泄水坡度（不小于2‰）；
──该点比高则取“＋”，反之取“－”。
例如，图1.6a中场地内角点10的设计标高：
②双向泄水时场地各方格角点的设计标高（图1.6b）
以计算出的设计标高或调整后的标高作为场地中心点的标高，场地内任意一个方格角点的设计标高为：
（1-18）
式中、──该点于、方向上距场地中心线的距离（）；
、──场地在、方向上泄水坡度。
例如，图1.6b中场地内角点10的设计标高
图1.6场地泄水坡度示意图
（a）单向泄水；
（b）双向泄水
【例1.1】：
某建筑场地的地形图和方格网如图1.7所示，方格边长为20m×
20m,、方向上泄水坡度分别为2‰和3‰。
由于土建设计、生产工艺设计和最高洪水位等方面均无特殊要求，试根据挖填平衡原则（不考虑可松性）确定场地中心设计标高，并根据、方向上泄水坡度推算各角点的设计标高。
图1.7某建筑场地方格网布置图
【解】①计算角点的自然地面标高
根据地形图上标设的等高线，用插入法求出各方格角点的自然地面标高。
由于地形是连续变化的，可以假定两等高线之间的地面高低是呈直线变化的。
如角点4的地面标高（），从图1.7中可看出，是处于两等高线相交的直线上。
由图1.8,根据相似三角形特性，可写出：
则，得
图1.8插入法计算标高简图图1.9插入法的图解法
在地形图上，只要量出（角点4至44.0等高线的水平距离）和（44.0等高线和44.5等高线与直线相交的水平距离）的长度，便可算出的数值。
但是，这种计算是繁琐的，所以，通常是采用图解法来求得各角点的自然地面标高。
如图1.9所示，用一张透明纸，上面画出六根等距离的平行线（线条尽量画细些，以免影响读数的准确），把该透明纸放到标有方格网的地形图上，将六根平行线的最外两根分别对准点与点，这时六根等距离的平行线将之间的0.5m的高差分成五等分，于是便可直接读得角点4的地面标高。
其余各角点的标高均可类此求出。
用图解法求得的各角点标高见图1.7方格网角点左下角。
②计算场地设计标高
③按照要求的泄水坡度计算各方格角点的设计标高
以场地中心点即角点8为（图1.7），其余各角点的设计标高为：
其余各角点设计标高均可类此求出，详见图1.7中方格网角点右下角标示。
2场地土方工程量计算
场地土方量的计算方法，通常有方格网法和断面法两种。
方格网法适用于地形较为平坦、面积较大的场地，断面法则多用于地形起伏变化较大或地形狭长的地带。
1）．方格网法
仍以前面【例1.1】为例，其分解和计算步骤如下：
⑴划分方格网并计算场地各方格角点的施工高度
根据已有地形图（一般用1/500的地形图）划分成若干个方格网，尽量与测量的纵横坐标网对应，方格一般采用10m×
10m～40m×
40m,将角点自然地面标高和设计标高分别标注在
图1.10
方格网点的左下角和右下角（见图1.10）。
角点设计标高与自然地面标高的差值即各角点的施工高度，表示为（1.19）
式中──角点的施工高度，以“＋”为填，以“－”为挖；
标注在方格网点的右上角。
──角点的设计标高（若无泄水坡度时，即为场地设计标高）；
──角点的自然地面标高。
④计算各方格网点的施工高度
……
各角点的施工高度标注于下图1.10各方格网点右上角。
图1.11某建筑场地方格网挖填土方量计算图
⑵计算零点位置
在一个方格网内同时有填方或挖方时，要先算出方格网边的零点位置即不挖不填点，并标注于方格网上，由于地形是连续的，连接零点得到的零线即成为填方区与挖方区的分界线（图1.8）。
零点的位置按相似三角形原理（图1.12）得下式计算：
图1.12
；
（1-20）
式中、──角点至零点的距离（）；
、──相邻两角点的施工高度（），
均用绝对值；
──方格网的边长（）。
⑤计算零点位置
图中2—3网格线两端分别是填方与挖方点，故中间必有零点，零点至3角点的距离：
同理
连接零点得到的零线即成为填方区与挖方区的分界线（图1.11）。
⑶计算方格土方工程量
按方格网底面积图形和表1.4所列公式，计算每个方格内的挖方或填方量。
表1.4
⑥计算方格土方量。
方格Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ底面为正方形，土方量为：
VⅠ+
VⅢ-
VⅣ-
VⅤ+
方格Ⅱ底面为二个梯形，土方量为：
VⅡ+
VⅡ-
方格Ⅵ底面为三角形和五边形，土方量为：
VⅥ＋
VⅥ－
方格Ⅶ底面为二个梯形，土方量为：
VⅦ+
VⅦ-
方格Ⅷ底面为三角形和五边形，土方量为：
VⅧ—
VⅧ+
方格网的总填方量
方格网的总挖方量
⑷边坡土方量计算
为了维持土体的稳定，场地的边沿不管是挖方区还是填方区均需作成相应的边坡，因此在实际工程中还需要计算边坡的土方量。
边坡土方量计算较简单但限于篇幅这里就不介绍了。
图1.13是例题1场地边坡的平面示意图。
图1.13场地边坡平面图
2．断面法
沿场地的的纵向或相应方向取若干个相互平行的断面（可利用地形图定出或实地测量定出），将所取的每个断面（包括边坡）划分成若干个三角形和梯形，如图1.14所示，对于某一断面，其中三角形和梯形的面积为：
；
……；
（1-21）
该断面面积为：
若
则（1-22）
图1.14断面法计算图图1.15用累高法求断面面积
各个断面面积求出后，即可计算土方体积。
设各断面面积分别为……、，相邻两断面之间的距离依次为……、，则所求土方体积为：
（1-23）
如图1.15所示，是用断面法求面积的一种简便方法，叫“累高法”。
此法不需用公式计算，只要将所取的断面绘于普通坐标纸上（取等值），用透明纸尺从开始，依次量出（用大头针向上拨动透明纸尺）各点标高（），累计得出各点标高之和，然后将此值与相乘，即可得出所求断面面积。
1.2.3土方调配
1土方调配原则
土方工程量计算完成后，即可着手对土方进行平衡与调配。
土方的平衡与调配是土方规划设计的一项重要内容，是对挖土的利用、堆弃和填土的取得这三者之间的关系进行综合平衡处理，达到使土方运输费用最小而又能方便施工的目的。
土方调配原则主要有：
1）．应力求达到挖、填平衡和运输量最小的原则。
这样可以降低土方工程的成本。
然而，仅限于场地范围的平衡，往往很难满足运输量最小的要求。
因此还需根据场地和其周围地
形条件综合考虑，必要时可在填方区周围就近借土，或在挖方区周围就近弃土，而不是只局
限于场地以内的挖、填平衡，这样才能做到经济合理。
2）．应考虑近期施工与后期利用相结合的原则。
当工程分期分批施工时，先期工程的土方余额应结合后期工程的需要而考虑其利用数量与堆放位置，以便就近调配。
堆放位置的选择应为后期工程创造良好的工作面和施工条件，力求避免重复挖运。
如先期工程有土方欠额时，可由后期工程地点挖取。
3）．尽可能与大型地下建筑物的施工相结合。
当大型建筑物位于填土区而其基坑开挖的土方量又较大时，为了避免土方的重复挖、填和运输，该填土区暂时不予填土，待地下建筑物施工之后再行填土。
为此，在填方保留区附近应有相应的挖方保留区，或将附近挖方工程的余土按需要合理堆放，以便就近调配。
4）．调配区大小的划分应满足主要土方施工机械工作面大小（如铲运机铲土长度）的要求，使土方机械和运输车辆的效率能得到充分发挥。
总之，进行土方调配，必须根据现场的具体情况、有关技术资料、工期要求、土方机械与施工方法，结合上述原则，予以综合考虑，从而做出经济合理的调配方案。
2土方调配区的划分
场地土方平衡与调配，需编制相应的土方调配图表，以便施工中使用。
其方法如下：
1）．划分调配区
（1）在场地平面图上先划出挖、填区的分界线（零线），然后在挖方区和填方区适当地分别划出若干个调配区。
划分时应注意以下几点：
（2）划分应与建筑物的平面位置相协调，并考虑开工顺序、分期开工顺序；
（3）调配区的大小应满足土方机械的施工要求；
（4）调配区范围应与场地土方量计算的方格网相协调，一般可由若干个方格组成一个调配区；
（5）当土方运距较大或场地范围内土方调配不能达到平衡时，可考虑就近借土或弃土，一个
借土区或一个弃土区可作为一个独立的调配区。
（6）计算各调配区的土方量，并将它标注于图上。
2）．求出每对调配区之间的平均运距
平均运距即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的土方重心。
取场地或方格网中的纵横两边为坐标轴，以一个角作为坐标原点（图），分别求出各区土方的重心坐标、：
（1-24）
式中──块方格的重心坐标；
──块方格的土方量
填、挖方区之间的平均运距为：
（1-25）
式中、──填方区的重心坐标；
、──挖方区的重心坐标。
为了简化的计算，可假定每个方格（完整的或不完整的）上的土方是各自均匀分布的，于是可用图解法求出形心位置以代替方格的重心位置。
各调配区的重心求出后，标于相应的调配区上，然后用比例尺量出每对调配区重心之间的距离，此即相应的平均运距（……）。
所有填挖方调配区之间的平均运距均需一一计算，并将计算结果列于土方平衡与运距表内。
当填、挖方调配区之间的距离较远，采用自行式铲运机或其他运土工具沿现场道路或规定路线运土时，其运距应按实际情况进行计算。
3用“表上作业法”求解最优调配方案
最优调配方案的确定，是以线性规划为理论基础，常用“表上作业法”求解。
【例1.2】已知某场地的挖方区为W1、W2、W3，填方区为T1、T2、T3，其挖填方量如图1.16所示，其每一调配区的平均运距如图1.16和表1.5所示。
（1）试用“表上作业法”求其土方的最优调配方案，并用位势法予以检验。
（2）绘出土方调配图。
图1.16各调配区的土方量和平均运距
1．用“最小元素法”编制初始调配方案
即先在运距表（小方格）中找一个最小
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