《平整土方量计算》PPT课件.ppt

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1、1 1 土方工程土方工程本章主要内容：本章主要内容：概述（土方规划）概述（土方规划）土方工程施工要点土方工程施工要点土方工程机械化施工土方工程机械化施工爆破施工爆破施工1.1概述土方工程的内容及施工要求：土方工程的内容及施工要求：1、土方工程内容、土方工程内容 场地平整场地平整（设计标高、土方量、调配）（设计标高、土方量、调配）坑、槽开挖坑、槽开挖（施工排、降水、土壁支撑）（施工排、降水、土壁支撑）土方填筑土方填筑（土料选择、压实方法、密实度）（土料选择、压实方法、密实度）施工特点施工特点:（1 1）量大面广）量大面广 （2 2）劳动强度大，人力施工效率低、工期长）劳动强度大，人力施工效率低、

2、工期长 （3 3）施工条件复杂，受地质、水文、气侯影响）施工条件复杂，受地质、水文、气侯影响 大，不确定因素多大，不确定因素多施工设计应注意的问题施工设计应注意的问题（1 1）摸清施工条件，选择合理的施工方案与机械；）摸清施工条件，选择合理的施工方案与机械；（2 2）合理调配土方，使总施工量最少；）合理调配土方，使总施工量最少；（3 3）合理组织机械施工，以发挥最高效率；）合理组织机械施工，以发挥最高效率；（4 4）作好道路、排水、降水、土壁支撑等准备及辅）作好道路、排水、降水、土壁支撑等准备及辅 助工作；助工作；（5 5）合理安排施工计划，避开冬、雨季施工；）合理安排施工计划，避开冬、雨季施

3、工；（6 6）制定合理可行的措施，保证工程质量和安全。）制定合理可行的措施，保证工程质量和安全。、土的工程分类、土的工程分类1 1、按开挖的难易程度分为八类按开挖的难易程度分为八类 一类土（松软土）、二类土（普通土一类土（松软土）、二类土（普通土)三类土（坚土）、三类土（坚土）、四类土（砂砾坚土）四类土（砂砾坚土）机械或人工直接开挖机械或人工直接开挖 五类土（软石）、六类土（次坚石）五类土（软石）、六类土（次坚石）七类土（坚石）、八类土（特坚石）七类土（坚石）、八类土（特坚石）爆破开挖爆破开挖根据颗粒级配与塑性指数可分岩石、碎石土、砂土、粉土、粘性土、人工填土。2、土的工程性质土的构成：固体颗

4、粒、水和气体三部分。（1 1）土的体积：）土的体积：V=Vw+Va+VsV=Vw+Va+VsVv+VsVv+Vs（式中：Vw水的体积，Vs土颗粒的体积，Va气体体积，Vv孔隙的体积。）（2 2）土的质量：）土的质量：M=Mw+MsM=Mw+Ms（式中：Mw水的质量，Ms土颗粒的质量（3 3）土的密度（天然密度）：土天然状态下单位体）土的密度（天然密度）：土天然状态下单位体积的质量积的质量 M/VM/V一般黏土=18002000kg/m3，（4 4）土的干密度：单位体积土中固体颗粒的质量。）土的干密度：单位体积土中固体颗粒的质量。是检测填土密实程度的指标。是检测填土密实程度的指标。（5 5）土的

5、含水量：）土的含水量：指土中水的质量与土的固体颗指土中水的质量与土的固体颗粒质量之比。粒质量之比。W=Mw/MsW=Mw/Ms（注：分母为固体颗粒的质量而不是土的总质量。）最佳含水量最佳含水量回填土获得最大密实度的含水量。回填土获得最大密实度的含水量。含水量的多少影响土方施工方法的选择、边坡的含水量的多少影响土方施工方法的选择、边坡的稳定和回填土的质量稳定和回填土的质量（6 6）土的可松性：）土的可松性：自然状态下的土经开挖后，体积因松散而增加，以后虽经自然状态下的土经开挖后，体积因松散而增加，以后虽经回填压实，仍不能恢复。回填压实，仍不能恢复。土的最初可松性系数：土的最初可松性系数：KS=V

6、2/V1 土的最后可松性系数：土的最后可松性系数：KS=V3/V1注：V2V3V1 KsKsKsKs（式中：V1自然状态下土的体积；V2开挖后的松散体积；V3回填压实后的体积。）问：分类级别越小的土则可松性就越小？可松性越小的土就越好挖？用途：开挖、运输、存放，挖土回填，留回填松土（7 7）土的渗透性：）土的渗透性：土体孔隙中的自由水在重力作用下会透土体孔隙中的自由水在重力作用下会透过土体运动，这种被水透过的性质称为土过土体运动，这种被水透过的性质称为土的渗透性。的渗透性。Lh当水力坡度当水力坡度i=1 i=1 时，地下水时，地下水在土中渗流的速度，称渗透在土中渗流的速度，称渗透系数系数K K

7、。渗透系数参考值：表渗透系数参考值：表粘土，粘土，粗砂粗砂 5075 5075，卵石卵石 100200 100200 K K值影响降水方案的选择和涌水量计算的准确性。值影响降水方案的选择和涌水量计算的准确性。1.3 1.3 土方边坡土方边坡m=B/H，m坡度系数坡度系数m的物理意义：的物理意义：当基坑深为当基坑深为H H米时，边坡宽度米时，边坡宽度B B等于等于mHmH。边坡可以做成：边坡可以做成：直线形、折线形、踏步形直线形、折线形、踏步形。1.边坡坡度图边坡坡度图BH 临时性挖方边坡的取值临时性挖方边坡的取值 （见表）（见表）当地质条件良好，土质均匀且地下水位低于基当地质条件良好，土质均匀

8、且地下水位低于基坑、沟槽地面标高时，挖方深度在坑、沟槽地面标高时，挖方深度在5m5m以内，不加以内，不加支撑的边坡应按表的规定。支撑的边坡应按表的规定。1.5 1.5 场地平整土方量的计算场地平整土方量的计算 场地平整是将场地平整成施工所要求的设计平面，场地平整是将场地平整成施工所要求的设计平面，场地平整前首先确定场地的场地平整前首先确定场地的设计标高设计标高，计算，计算挖填挖填土方工程量土方工程量，确定，确定土方平衡调配方案土方平衡调配方案，根据现场，根据现场的施工条件选择的施工条件选择土方机械土方机械，拟定施工方案。，拟定施工方案。场地平整土方量的计算包含三个步骤：场地平整土方量的计算包含

9、三个步骤：一、场地设计标高的确定一、场地设计标高的确定 场地初步设计标高的计算 场地设计标高的调整二、土方量计算二、土方量计算 确定零线挖填方的分界线 计算各方格土方量 计算挖方和填方总工程量三、土方调配的规划三、土方调配的规划一、场地设计标高的确定一、场地设计标高的确定（1）场地设计标高的确定原则：挖、填土方量平衡挖、填土方量平衡主要考虑因素:满足工艺和运输的要求尽量利用地形，减少挖填方量场地内挖、填方平衡，土方运输总费用最少有一定的泄水坡度（），满足排水要求，并考虑最大洪水水位的影响。场地场地设计标高设计标高一般在设计文件上规定，如无规定可按以下一般在设计文件上规定，如无规定可按以下步骤和

10、方法确定。步骤和方法确定。按按挖填平衡确定标高步骤：挖填平衡确定标高步骤：1 1、初步标高、初步标高 (1)(1)将场地划分为每格边长将场地划分为每格边长101040m40m的方格网，的方格网，(2)(2)找出每个方格各个角点的地面标高（实测找出每个方格各个角点的地面标高（实测 法、等高线插入法）。法、等高线插入法）。aaaaaaH11H12H21H22 (3)(3)利用公式计算场地标高（设计标高）利用公式计算场地标高（设计标高）H H0 0=（H H1111+H H1212+H H2121+H H2222）/4/4n n H11 H12 H21 H22一个方格各角点的自然地面标高 n 方格个

11、数。H H0 0=（H H1 1+2+2 H H2 2+3+3 H H3 3+4+4 H H4 4）/4/4n nH1一个方格所仅有角点的标高；H2、H3、H4分别为两个、三个、四个方格共用角点的标高。H11H12H21H22 2 2、场地设计标高的调整、场地设计标高的调整 设计标高设计标高H H0 0为理论值，考虑实际情况还需对设计为理论值，考虑实际情况还需对设计标高进行调整。标高进行调整。考虑土具有可松性，按设计标高计算，填土有考虑土具有可松性，按设计标高计算，填土有剩余，必要时提高设计标高。剩余，必要时提高设计标高。考虑调整前进行场地平整时场地处于同一水平考虑调整前进行场地平整时场地处于

12、同一水平面但实际排水要求有泄水坡度。面但实际排水要求有泄水坡度。就近借弃土就近借弃土 2 2、场地设计标高的调整、场地设计标高的调整 按泄水坡度调整各角点设计标高按泄水坡度调整各角点设计标高 ：Hn=H0 L i (1)(1)单向排水时，各方格单向排水时，各方格角点设计标高为角点设计标高为:(2)(2)双向排水时，各方格角双向排水时，各方格角点设计标高为：点设计标高为：Hn=H0 Lx ix L yi y（2 2）土可松性的影响）土可松性的影响挖方区有挖方区有：填方区有：填方区有：【例】某建筑场地方格网、地面标高如图,格边长a=20m。泄水坡度ix=2，iy=3，不考虑土的可松性的影响，确定方

13、格各角点的设计标高。解：（1）初步设计标高（场地平均标高）H0=（H1+2 H2+3 H3+4 H4）/4M =70.09+71.43+69.10+70.70+2（70.40+70.95+69.71+）+4（）（）/（49）（m）70.0970.09（2）按泄水坡度调整设计标高：Hn=H0LxixLyiy；H170.2870.3270.1470.1870.2270.26 H0 H2 H3 其它见图其它见图三、土方量计算1、计算各角点的施工高度施工高度：方格角点的施工高度：h hn n=H=Hn nH H Hn：该角点的设计标高(m)；H：该角点的自然地面标高(m)。+”填；“-”挖2、确定“零

14、线”“零点”方格边界上施工高度为0的点。“零线”“零点”所连成的线。h1，h2相邻两角点挖、填方施工高度(以绝对值代入)；a方格边长；x零点距角点A的距离3.3.场地土方量计算场地土方量计算平均高度法平均高度法 1 1、四方棱柱体法、四方棱柱体法 2 2、三角棱柱体法（了解）、三角棱柱体法（了解）平均断面法平均断面法(基坑、基槽、管沟、路堤、场地平整基坑、基槽、管沟、路堤、场地平整土方量的计算土方量的计算)（了解）（了解）1 1、近似计算、近似计算 2 2、较精确计算、较精确计算平均高度法平均高度法（四方棱柱体法）1.1.5.4场地边坡土方量的计算土方调配 土方调配原则：要求挖填平衡，运距最短

15、，成本最低。步骤：1、基本调配方案 （1）土方调配区的划分 找出零线画出挖方区、填方区 划分调配区 注意：1）位置与建、构筑物协调，且考虑施工顺序 2）大小满足主导施工机械的技术要求；3）与方格网协调，便于确定土方量；4）借、弃土区作为独立调配区。B1A1A2A3A4B2B30000 （2 2）找各挖、填方区间的平均）找各挖、填方区间的平均运运 距（即土方重心间的距离）距（即土方重心间的距离）可近似以几何形心代替土方可近似以几何形心代替土方体积重心体积重心 挖挖 填填B1B2B3挖方量挖方量A1 50 70100500A2 70 40 90 500A3 60 110 70 500A480100

16、 40400填方量填方量8006005001900划分调配区示例：划分调配区示例：（3 3）列挖、填方平衡及运距表）列挖、填方平衡及运距表 （4 4）调配）调配 方法：最小元素法就近调配。方法：最小元素法就近调配。顺序：先从运距小的开始，使其土方量最大。顺序：先从运距小的开始，使其土方量最大。填方量填方量 填填挖挖B1B2B3挖方量挖方量A150 70100500A270 40 90 500A3 60 110 70500A480100 40400800600 5001900400500500300100100 土方的总运输量为土方的总运输量为50050050+50+50050040+40+30

17、03006060100100110+110+10010070+70+4004004040 97000(m3m)97000(m3m)。利用利用“最小元素法最小元素法”编制初始调配方案，其总运输量是较小的。编制初始调配方案，其总运输量是较小的。但不一定是总运输量最小，因此还需判别它是否为最优方案但不一定是总运输量最小，因此还需判别它是否为最优方案 判别的方法有判别的方法有“闭回路法闭回路法”和和“位势法位势法”，其，其实质相同，都是用实质相同，都是用检验数检验数ij来判别。只要所有来判别。只要所有的检验数的检验数ij00，则该方案即为，则该方案即为最优方案最优方案；否；否则，不是最优方案，尚需进行

18、调整。则，不是最优方案，尚需进行调整。下面介绍用下面介绍用“位势法位势法”求检验数：求检验数：（1 1）求位势）求位势Ui和和Vj位位势势和和就就是是在在运运距距表表的的行行或或列列中中用用运运距距Cij同同时时减减去去的的数数，目目的的是是使使有有调调配配数数字字的的格格检检验验数数ij为零，而对调配方案的选取没有影响。为零，而对调配方案的选取没有影响。计计算算方方法法：将将初初始始方方案案中中有有调调配配数数方方格格的的Cij列列出出，然然后后按按下下式式求求出出两两组组位位势势数数Ui(i1，2，m)和和Vj(j1，2，n)。CijUiVj式中式中 Cij平均运距平均运距；Ui，Vj位势

19、数位势数。为为了了使使线线性性方方程程有有解解，要要求求初初始始方方案案中中调调动动的的土土方方量量要要填填够够m mn n1 1个个格格（m m为为行行数数，n n为为列数），不足时可在任意格中补列数），不足时可在任意格中补“0”“0”。挖挖 填填位势数位势数B1B2B3位势数位势数Ui VjA1 5070100A270 40 90 A3 60 11070 A480100 40本例两组位势数计算本例两组位势数计算（CijUiVj）：设设 U1 U10 0，则则 V1 V1 C11 C11U1U150500 05050；U3 U3 C31 C31V1V1606050501010；V2 V211

20、01101010100100；5001010060-20-60（2 2）求检验数）求检验数 ij ijCijUiVj 挖挖 填填B1B2B3UiVjV1=50V2=100V3=60A1U1=0070100A2U2=-6070090A3U3=10000A4U4=-20801000位势数位势数5060110404070+80-30+40+90+50+20其中其中121200，所以这个方案不是最优方案，所以这个方案不是最优方案填方量填方量 填填挖挖B1B2B3挖方量挖方量A1 500A2 500A3 500A4 400800600 5001900400500500300100100(400)(0)(

21、100)X12(400)（1）在所有负检验数中选取最小的一个（本例中为）在所有负检验数中选取最小的一个（本例中为C12)，把它所对应的，把它所对应的变量变量X12作为调整的对象。作为调整的对象。（2）找出）找出X12的闭回路：从的闭回路：从X12出发，沿出发，沿水平或竖直方向水平或竖直方向前进，遇到前进，遇到有有调调配土方数字的格作可以做配土方数字的格作可以做90转弯，然后依次继续前进，直到再回到出发点，转弯，然后依次继续前进，直到再回到出发点，形成一条闭回路形成一条闭回路（3）从空格）从空格X12出发，沿着闭回路方向，在各奇数次转角点的数字中，挑出一个出发，沿着闭回路方向，在各奇数次转角点的

22、数字中，挑出一个最小的土方量最小的土方量(本表即为本表即为500、100中选中选100)，将它调到空格中，将它调到空格中(即由即由X32调到调到X12中中)。（4）同时将闭回路上其他奇数次转角上的数字都减去）同时将闭回路上其他奇数次转角上的数字都减去该调动值（该调动值（100m3），偶次转角上数字都增加该调动值，使得填、挖），偶次转角上数字都增加该调动值，使得填、挖方区的土方量仍然保持平衡，这样调整后，便得到了新的调配方案。方区的土方量仍然保持平衡，这样调整后，便得到了新的调配方案。若检验数仍有负值，则重复以上步骤，直到全部若检验数仍有负值，则重复以上步骤，直到全部ij0而得到最优解。而得到最优解。（4 4）绘出调配图）绘出调配图：包括调运的流向、数量、运距。包括调运的流向、数量、运距。（5 5）求出最优方案的总运输量：求出最优方案的总运输量：40050400501007010070500405004040060400601007010070400404004094000m394000m3.m m。（5 5）绘出调配图）绘出调配图：（包括调运的流向、数量、运距）。：（包括调运的流向、数量、运距）。A1A2A3A4B1B2B3