第一講緒論土方工程

土木工程施工張春剛學(xué)科引入及簡(jiǎn)介1．本施工學(xué)科簡(jiǎn)介（1）學(xué)科內(nèi)容①施工技術(shù)部分：②施工組織部分：主要分項(xiàng)工程施工工藝及原理（教材第1篇）；新技術(shù)、新材料、新工藝的發(fā)展施工項(xiàng)目組織原理（教材第2篇1-3章）（3部分）③施工組織設(shè)計(jì)部分：①、②部分的綜合應(yīng)用（教材第2篇第4章及第5章）（2）學(xué)習(xí)方法注意學(xué)科的系統(tǒng)性、整體性；記一定的筆記；2．（房屋）建設(shè)一般程序（非嚴(yán)格意義）

建設(shè)部門申請(qǐng)—→

規(guī)劃部門—→

委托設(shè)計(jì)、地勘—→

初設(shè)及送審—→

施工圖設(shè)計(jì)—→

委托監(jiān)理、工程招標(biāo)—→

投標(biāo)——→

中標(biāo)

簽訂工程承包合同—→

施工準(zhǔn)備—→

組織施工—→

竣工驗(yàn)收—→

交付使用、保修↙概算↙預(yù)算∣→選施工企業(yè)↙決算∣施工企業(yè)→3．（建筑工程）施工一般過程施工準(zhǔn)備↓土方工程↓基礎(chǔ)工程↓主體結(jié)構(gòu)↓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(chǔ)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(duì)象、任務(wù)和學(xué)習(xí)方法0.2我國(guó)建筑施工技術(shù)發(fā)展概況

0.3建筑工程施工質(zhì)量驗(yàn)收統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)與施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范

土木工程施工研究的內(nèi)容：是建筑工程各主要工種分項(xiàng)工程施工中的一般施工技術(shù)和施工規(guī)律。依據(jù)施工對(duì)象的特點(diǎn)、規(guī)模和實(shí)際情況，應(yīng)用合適的施工技術(shù)和方法，完成符合設(shè)計(jì)要求的工程。本課程教學(xué)的目的：是使學(xué)生掌握土木工程施工的基礎(chǔ)知識(shí)，基本理論和決策方法，使學(xué)生具有解決土木工程施工技術(shù)和施工組織計(jì)劃問題的初步能力。

本課程的任務(wù)：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(zhì)量和施工安全的技術(shù)措施。學(xué)習(xí)方法：理論聯(lián)系實(shí)際。

0.1土木工程施工課程的研究對(duì)象、任務(wù)和學(xué)習(xí)方法在地基處理方面；推廣了強(qiáng)夯法、深層攪拌地基新技術(shù)；在基礎(chǔ)工程施工；推廣和應(yīng)用了鉆孔灌注樁、旋噴樁、地下連續(xù)墻等深基礎(chǔ)技術(shù)；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(shù)：泵送混凝土、高強(qiáng)度混凝土等新工藝和新技術(shù)得到了廣泛地應(yīng)用和推廣；0.2我國(guó)建筑施工技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)介

預(yù)應(yīng)力混凝土：采用了無粘結(jié)工藝和整體預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，使我國(guó)預(yù)應(yīng)力混凝土發(fā)展由構(gòu)件生產(chǎn)進(jìn)入了預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)生產(chǎn)階段；大跨度結(jié)構(gòu)、高聳結(jié)構(gòu)方面：采用了整體吊裝的新技術(shù)。

目前在砌體、防水、裝飾工程施工中，居多沿用傳統(tǒng)的施工工藝和施工方法，勞動(dòng)強(qiáng)度大、工效低。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和生產(chǎn)力的發(fā)展，墻體改革、新型建筑材料、工藝?yán)碚摷坝?jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用必將有力地推動(dòng)我國(guó)建筑施工技術(shù)的發(fā)展。第1章土方工程

常見的土方工程有：場(chǎng)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(hù)等準(zhǔn)備和輔助工程。特點(diǎn)：工程量大、不可確定因素多，施工條件復(fù)雜，施工前應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件制定出技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的施工方案。主要內(nèi)容：1、土的分類及工程性質(zhì)，2、土方量計(jì)算，3、土方機(jī)械化施工以及4、排、降水、坑壁支撐等施工輔助工作。學(xué)習(xí)重點(diǎn)：土的工程性質(zhì)及其對(duì)施工的影響，施工機(jī)械的選擇，土壁支護(hù)，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(shù)

現(xiàn)場(chǎng)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(jiān)土)軟及中等密實(shí)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(shí)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(jiān)土)重粘土及含碎石、卵石的粘土，粗卵石，密實(shí)的黃土，天然級(jí)配砂石，軟泥灰?guī)r及蛋白石

1.26～1.321.06～1.09整個(gè)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(dòng)定額依據(jù)。安排施工、確定造價(jià)土的分類

土的名稱

可松性系數(shù)

現(xiàn)場(chǎng)鑒別方法

KSK’s五類土(軟石)硬石炭紀(jì)粘土，中等密實(shí)的頁巖、泥灰?guī)r、白堊土，膠結(jié)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(jiān)石)泥巖，砂巖，礫巖，堅(jiān)實(shí)的頁巖，泥灰?guī)r，密實(shí)的石灰?guī)r，風(fēng)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(fēng)鎬七類土(堅(jiān)石)大理巖，輝綠巖，玢巖，粗、中粒花崗巖，堅(jiān)實(shí)的白云巖、砂巖、礫巖、片麻巖、石灰?guī)r，風(fēng)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(jiān)硬石))安山巖，玄武巖，花崗片麻巖，堅(jiān)實(shí)的細(xì)?；◢弾r、閃長(zhǎng)巖、石英巖、輝長(zhǎng)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(zhì)1.土的可松性：天然土經(jīng)開挖后，其體積因松散而增加，雖經(jīng)振動(dòng)夯實(shí)，仍然不能完全復(fù)原，土的這種性質(zhì)稱為土的可松性。土的可松性用可松性系數(shù)表示，即式中KS、KS′——土的最初、最終可松性系數(shù)；V1——土在天然狀態(tài)下的體積，m3；V2——土挖出后在松散狀態(tài)下的體積，m3；V3——土經(jīng)壓(夯)實(shí)后的體積，m3。(1－1－1)兩個(gè)可松性系數(shù)的意義：土的最初可松性系數(shù)KS是計(jì)算車輛裝運(yùn)土方體積及挖土機(jī)械的主要參數(shù)；土的最終可松性系數(shù)KS′是計(jì)算場(chǎng)地平整標(biāo)高、填方所需挖土工程量的主要參數(shù)；2.原狀土經(jīng)機(jī)械壓實(shí)后的沉降量原狀土經(jīng)機(jī)械往返壓實(shí)或經(jīng)其他壓實(shí)措施后，會(huì)產(chǎn)生一定的沉陷，根據(jù)不同土質(zhì)，其沉降量一般在3～30cm之間?？砂聪率鼋?jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：

式中S—原狀土經(jīng)機(jī)械壓實(shí)后的沉降量(cm）；

P—機(jī)械壓實(shí)的有效作用力(kg/cm2)；

C—原狀土的抗陷系數(shù)(kg/cm2)，可按表1-1-2取值。土的工程性質(zhì)還有：滲透性、密實(shí)度、抗剪強(qiáng)度、土壓力等等根據(jù)上述公式可以計(jì)算沉降土方量1.2.場(chǎng)地平整

1.2.1場(chǎng)地豎向規(guī)劃設(shè)計(jì)

對(duì)于在地形起伏的山區(qū)、丘陵地帶修建較大廠房、體育場(chǎng)、車站等占地廣闊工程的平整場(chǎng)地，如果場(chǎng)地標(biāo)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(chǎng)地設(shè)計(jì)要求的平面。場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高一般在設(shè)計(jì)文件上規(guī)定，如無規(guī)定：

(1)小型場(chǎng)地――挖填平衡法

(2)大型場(chǎng)地――最佳平面設(shè)計(jì)法（用最小二乘法，使挖填平衡且總土方量最?。?/p>

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

一、小型場(chǎng)地方格網(wǎng)法計(jì)算場(chǎng)地平整土方量：

(1)讀識(shí)方格網(wǎng)圖

方格網(wǎng)圖由設(shè)計(jì)單位(一般在1/500的地形圖上)將場(chǎng)地劃分為邊長(zhǎng)a=10～40m的若干方格，與測(cè)量的縱橫坐標(biāo)相對(duì)應(yīng)，在各方格角點(diǎn)規(guī)定的位置上標(biāo)注角點(diǎn)的自然地面標(biāo)高(H)和設(shè)計(jì)標(biāo)高(Hn)，如圖1.1.1所示。

a）地形圖上劃分方格；b）設(shè)計(jì)標(biāo)高示意圖1—等高線；2—自然地面；3—設(shè)計(jì)標(biāo)高平面；4—自然地面與設(shè)計(jì)標(biāo)高平面的交線（零線）圖1.1.1場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高計(jì)算簡(jiǎn)圖

因?yàn)閳?chǎng)地平整前后，土方量相等，

所以：

式中：

H0——場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高的初步計(jì)算值（m）；

a——方格邊長(zhǎng)（m）；

N——方格個(gè)數(shù)；

H11……H22——任一方格的四個(gè)角點(diǎn)的標(biāo)高。(1-1-3)（2）場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高計(jì)算從圖中可看出，H11系一個(gè)方格的角點(diǎn)標(biāo)高，H12和H21均系兩個(gè)方格公共的角點(diǎn)標(biāo)高，H22則系四個(gè)方格公共的角點(diǎn)標(biāo)高。如果將所有方格的四個(gè)角點(diǎn)標(biāo)高相加，那么，類似H11這樣的角點(diǎn)標(biāo)高加到一次，類似H12和H21的標(biāo)高加到兩次，而類似H22的標(biāo)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(gè)方格的僅有角點(diǎn)標(biāo)高（m）；

H2——二個(gè)方格的共有角點(diǎn)標(biāo)高（m）；

H3——三個(gè)方格的共有角點(diǎn)標(biāo)高（m）；

H4——四個(gè)方格的共有角點(diǎn)標(biāo)高（m）。(1-1-4)Ho為場(chǎng)地中心點(diǎn)標(biāo)高，場(chǎng)地內(nèi)任意一點(diǎn)的設(shè)計(jì)標(biāo)高為：

式中：lx、ly——該點(diǎn)在x—x、y—y方向距場(chǎng)地中心線的距離；

ix、iy——該點(diǎn)于x—x、y—y方向的泄水坡度。(1-1-5)（3）雙泄水標(biāo)高的計(jì)算二、最佳設(shè)計(jì)平面（最小二乘法原理）按挖填平衡法計(jì)算得出的設(shè)計(jì)平面標(biāo)高，能使土方挖填平衡，但不能保證總的土方量最小。應(yīng)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(chǎng)地或地形復(fù)雜的場(chǎng)地平整。最小二乘法（又稱最小平方法）是一種數(shù)學(xué)優(yōu)化技術(shù)。它通過最小化誤差的平方和尋找數(shù)據(jù)的最佳函數(shù)匹配。利用最小二乘法可以簡(jiǎn)便地求得未知的數(shù)據(jù)，并使得這些求得的數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)之間誤差的平方和為最小。設(shè)計(jì)標(biāo)高的調(diào)整：1、考慮可松性---適當(dāng)提高標(biāo)高2、考慮工程用土或者余土3、采用經(jīng)濟(jì)效果較好的施工方案，如采用場(chǎng)外取土或棄土等。考慮土方量變化，調(diào)整設(shè)計(jì)標(biāo)高。1.2.2場(chǎng)地平整土方計(jì)算一、計(jì)算“零點(diǎn)”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(diǎn)，即為“零點(diǎn)”(圖1－1－4)。零點(diǎn)位置按下式計(jì)算：

式中x1、x2——角點(diǎn)至零點(diǎn)的距離，h1、h2——相鄰兩角點(diǎn)的施工高度(均用絕對(duì)值)。a—方格網(wǎng)的邊長(zhǎng)。

確定零點(diǎn)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(diǎn)上標(biāo)出挖填施工高度相應(yīng)比例，用尺相連，與方格相交點(diǎn)即為零點(diǎn)位置。將相鄰的零點(diǎn)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(wǎng)點(diǎn)計(jì)算公式：1、四方棱柱體體積計(jì)算項(xiàng)目圖式計(jì)算公式一點(diǎn)填方或挖方(三角形)兩點(diǎn)填方或挖方(梯形)三點(diǎn)填方或挖方(五角形)四點(diǎn)填方或挖方(正方形)2、三角棱柱體計(jì)算公式

計(jì)算時(shí)先把方格網(wǎng)順地形等高線，將各個(gè)方格劃分成三角形（圖1一1一6）。1、當(dāng)三角形三個(gè)角點(diǎn)全部為挖或全部為填時(shí)（圖1-1-7a)：2、三角形三個(gè)角點(diǎn)有填有挖時(shí)（圖1-1-7b)。(1-1-15)(1-1-16)(1-1-16)四、計(jì)算土方總量將挖方區(qū)(或填方區(qū))所有方格計(jì)算的土方量和邊坡土方量匯總，即得該場(chǎng)地挖方和填方的總土方量。1.2.3土方調(diào)配

土方工程量計(jì)算完成后，即可著手土方的調(diào)配。土方調(diào)配，就是對(duì)挖土的利用、堆棄和填土的取得。1、土方調(diào)配的原則：（1）應(yīng)力求達(dá)到挖、填平衡和運(yùn)距最短，調(diào)配區(qū)范圍與土方量計(jì)算的方格網(wǎng)相協(xié)調(diào)的原則。（2）土方調(diào)配應(yīng)考慮近期施工與后期利用相結(jié)合，與建筑物的平面位置協(xié)調(diào)，考慮施工順序的原則。（3）土方調(diào)配應(yīng)采取分區(qū)與全場(chǎng)相結(jié)合來考慮，土方運(yùn)距較大或者場(chǎng)地范圍內(nèi)土方不平衡，應(yīng)考慮就近取土或者棄土。（4）土方調(diào)配還應(yīng)盡可能與大型地下建筑的施工相結(jié)合。（5）選擇恰當(dāng)?shù)卣{(diào)配方向、運(yùn)輸路線，調(diào)配區(qū)大小應(yīng)使施工機(jī)械的技術(shù)要求得到充分發(fā)揮。2、平均運(yùn)距的確定----挖土區(qū)與填土區(qū)的重心距離3、土方施工單價(jià)：除單機(jī)核算外，還要考慮配套機(jī)械，確定一個(gè)綜合單價(jià)一、劃分土方調(diào)配區(qū)，計(jì)算平均運(yùn)距或土方施工單價(jià)

劃分調(diào)配區(qū)

在場(chǎng)地平面圖上先劃出挖、填區(qū)的分界線（即前述的零線），根據(jù)地形及地理等條件，可在挖方區(qū)和填方區(qū)適當(dāng)?shù)胤謩e劃分出若干調(diào)配區(qū)（其大小應(yīng)滿足土方機(jī)械的操作要求），并計(jì)算出各調(diào)配區(qū)的土方量，圖示。零線圖中的土方調(diào)配，僅考慮場(chǎng)內(nèi)挖方、填方平衡。W為挖方，T為填方。2、求出每對(duì)調(diào)配區(qū)之間的平均運(yùn)距

平均運(yùn)距是挖方區(qū)土方重心至填方區(qū)土方重心的距離。因此，求平均運(yùn)距，需先求每個(gè)調(diào)配區(qū)的重心。其方法如下：取場(chǎng)地或方格網(wǎng)中的縱橫兩邊為坐標(biāo)軸，分別求出各區(qū)土方的重心位置，即：

式中：、——挖方調(diào)配區(qū)或填方調(diào)配區(qū)的重心坐標(biāo)；

v——每個(gè)方格的土方量；x、y——各方格的重心坐標(biāo)，（通常近似的取方格的形心）；重心求出后，標(biāo)于相應(yīng)的調(diào)配區(qū)圖上，然后用比例尺量出每對(duì)調(diào)配區(qū)之間的平均運(yùn)距。

3．土方施工單價(jià)的確定----主要通過預(yù)算定額，考慮各種機(jī)械配合、施工工藝二、用線性規(guī)劃目標(biāo)函數(shù)和約束條件都是線性的(即均為一次的)，然后求目標(biāo)函數(shù)的極值問題。列出土方調(diào)配方案表依據(jù)土方調(diào)配方案表在圖上標(biāo)出調(diào)配方向、土方數(shù)量以及平均運(yùn)距，圖示。例題1：用表上作業(yè)法求調(diào)配最優(yōu)解的步驟與方法。課本表1-1-7，采用假想價(jià)格系數(shù)法判斷總運(yùn)輸量是否最小。（1）編制初始方案就近調(diào)配——最小的施工單價(jià)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(yōu)性判別——假想價(jià)格系數(shù)法①求解各個(gè)方格的假想價(jià)格系數(shù)→②求解無調(diào)配土方方格的檢驗(yàn)數(shù)→③判別：所有無調(diào)配土方方格的檢驗(yàn)數(shù)≥○，方案最優(yōu)，否則不為最優(yōu)，需調(diào)整。

Ｔ挖方量（m3）507010050070409050060110705008010040400填方量（m3）8006005001900Ｗ400××500××500××30010010050有調(diào)配土方的方格無調(diào)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(jì)算（3）方案的調(diào)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(fù)檢驗(yàn)數(shù)對(duì)應(yīng)的變量作為調(diào)整對(duì)象→②找出其閉合回路*→③調(diào)整·↓↓←‖→‖↓↓→‖↓——←←←←←←↑↑↑↑→→→→→→100400400×形成一條以有數(shù)字的方格為轉(zhuǎn)折點(diǎn)的用水平和直線連起來的閉合回路（4）方案判別（5）計(jì)算土方總運(yùn)輸量、繪制土方調(diào)配圖教材——Ｐ