一土方工程100001.pptx

第1页/共78页任务一任务一 土的分类与性质土的分类与性质一、一、土的工程分类土的工程分类 土的工程分类方法主要有两种：按照建筑地基岩土进行分类和按照土的开挖难易程度进行分类。前者与土方边坡稳定和土壁支护有密切关系，通常分为六类：岩石、碎石土、砂土、粉土、黏性土和人工填土；后者对土方工程施工方法的选择、劳动量和机械台班的消耗及工程费用有较大的影响，通常将土分为八类，见表1-1。第2页/共78页第3页/共78页粘土细砂粗砂碎石卵石碎石粘土第4页/共78页二、二、土的基本性质土的基本性质（一）土的组成 土一般由土颗粒（固相）、水（液相）和空气（气相）三部分组成，这三部分之间的比例关系随着周围条件的变化而变化，三者之间比例不同，反映出土的物理状态不同，如干燥、稍湿或很湿，密实、稍密或松散。这些指标是最基本的物理性质指标，对评价土的工程性质、进行土的工程分类具有重要意义。图图1-2 土的三相示意土的三相示意图图第5页/共78页图1-2 土的三相示意图第6页/共78页土的三相物质是混合分布的，为阐述方便，一般用三相图（如图1-2所示）表示。三相图中，把土的固体颗粒、水、空气各自划分开来。第7页/共78页第8页/共78页（二）土的物理性质（二）土的物理性质1、土的可松性与可松性系数 天然土经开挖后，其体积因松散而增加，虽经振动夯实，仍然不能完全复原，这种现象称为土的可松性。土的可松性用可松性系数表示，即：第9页/共78页最后可松性系数：最初可松性系数：土在天然状态下的体积土在天然状态下的体积土开挖后松散状态下的体积土开挖后松散状态下的体积土经压实后的体积土经压实后的体积第10页/共78页2 2 土的物理性质指标土的物理性质指标可分为两类：可分为两类：一类是必须一类是必须通过试验测定通过试验测定的，如含水率、密度和土粒比重，的，如含水率、密度和土粒比重，称为直接指标；称为直接指标；另一类是另一类是根据直接指标换算根据直接指标换算的，如孔隙比、孔隙率、饱和的，如孔隙比、孔隙率、饱和度等，称为间接指标。度等，称为间接指标。土的三相图土的三相图土的三相图土的三相图第11页/共78页一、试验直接测定的物理性质指标一、试验直接测定的物理性质指标（一）土的密度（一）土的密度与重度与重度土的密度定义为土的密度定义为单位体积土的质量单位体积土的质量，用，用表示，单位为表示，单位为Mg/m3(或或g/cm3)。表达式如下：表达式如下：（1-4）对于粘性土，土的密度常用对于粘性土，土的密度常用环刀法环刀法测定。测定。2 2 土的物理性质指标土的物理性质指标第12页/共78页土的重度亦称为容重，定义为土的重度亦称为容重，定义为单位体积土的重量单位体积土的重量，用，用表示，单位为表示，单位为kN/m3。表达式如下：。表达式如下：（1-5）式中：式中：W土的重量，单位为土的重量，单位为kN；g重力加速度。重力加速度。土的物理性质指标土的物理性质指标第13页/共78页（二）土粒比重（二）土粒比重Gs土粒比重定义为土粒比重定义为土粒的质量（或重量）与同体积土粒的质量（或重量）与同体积4时纯水的质量时纯水的质量（或重量）之比（无因次），（或重量）之比（无因次），其表达式为：其表达式为：（1-6）或或 （1-7）式中：式中：土粒的密度，即土粒单位体积的质量；土粒的密度，即土粒单位体积的质量；4时纯水的密度，时纯水的密度，1.0g/cm3 4时纯水的重度。时纯水的重度。土的物理性质指标土的物理性质指标土粒比重在数值上等于土粒的密度土粒比重在数值上等于土粒的密度第14页/共78页（三）土的含水率（三）土的含水率w土的含水率，曾称为含水量，定义为土的含水率，曾称为含水量，定义为土中水的质量与土粒土中水的质量与土粒的质量之比的质量之比，以百分数表示，其表达式为：，以百分数表示，其表达式为：（1-9）测定含水率常用的方法是测定含水率常用的方法是烘干法烘干法，先称出天然土的质量，先称出天然土的质量，然后放在烘箱中，在然后放在烘箱中，在100105常温下烘干，称得干土常温下烘干，称得干土质量，按上式可算得。质量，按上式可算得。土的物理性质指标土的物理性质指标第15页/共78页二、间接换算得物理性质指标二、间接换算得物理性质指标（一）土的孔隙比（一）土的孔隙比e定义：定义：土中孔隙的体积与土粒的体积之比土中孔隙的体积与土粒的体积之比，以小数表示，以小数表示，其表达式为：其表达式为：（1-10）（二）土的孔隙率（二）土的孔隙率n定义：定义：土中孔隙的体积与土的总体积之比土中孔隙的体积与土的总体积之比，或单位体积内，或单位体积内孔隙的体积，以百分数表示，其表达式为：孔隙的体积，以百分数表示，其表达式为：（1-11）土的物理性质指标土的物理性质指标第16页/共78页（三）土的饱和度三）土的饱和度Sr定义：定义：土中孔隙水的体积与孔隙体积之比土中孔隙水的体积与孔隙体积之比，以百分数表示，以百分数表示，其表达式为：其表达式为：（1-12）土的物理性质指标土的物理性质指标第17页/共78页土的干重度：土的干重度：单位体积内土粒的重量单位体积内土粒的重量，表达式为：，表达式为：（1-14）土烘干，体积要减小，因而，土的干密度不等于烘干土的土烘干，体积要减小，因而，土的干密度不等于烘干土的密度。土的干密度或干重度也是评定土密实程度的指标，密度。土的干密度或干重度也是评定土密实程度的指标，干密度或干重度愈大表明土愈密实，反之愈疏松。干密度或干重度愈大表明土愈密实，反之愈疏松。（四）干密度四）干密度d与干重度与干重度d土的干密度：土的干密度：单位体积内土粒的质量单位体积内土粒的质量，表达式：，表达式：（1-13）土的物理性质指标土的物理性质指标第18页/共78页（五）饱和密度（五）饱和密度sat与饱和重度与饱和重度sat饱和密度定义：饱和密度定义：土中孔隙完全被水充满土处于饱和状态时土中孔隙完全被水充满土处于饱和状态时单位体积土的质量单位体积土的质量。表达式为：。表达式为：（1-15）土的物理性质指标土的物理性质指标第19页/共78页在饱和状态下，单位体积土的重量在饱和状态下，单位体积土的重量称为饱和重度，其表达称为饱和重度，其表达式为：式为：（1-16）1-4 1-4 土的物理性质指标土的物理性质指标第20页/共78页（六）浮密度六）浮密度与浮重度（有效重度）与浮重度（有效重度）土在水下，受到水的浮力作用，其有效重量减小，因此提土在水下，受到水的浮力作用，其有效重量减小，因此提出了浮重度，即有效重度的概念，其表达式为：出了浮重度，即有效重度的概念，其表达式为：（1-17）土的物理性质指标土的物理性质指标第21页/共78页与其相应，提出了浮密度的概念，土的浮密度是与其相应，提出了浮密度的概念，土的浮密度是单位体单位体积内的土粒质量与同体积水质量之差积内的土粒质量与同体积水质量之差，其表达式为：，其表达式为：（1-18）或或 （1-19）从上述四种土的密度或重度的定义可知，同一土样各种从上述四种土的密度或重度的定义可知，同一土样各种密度或重度在数值上有如下关系：密度或重度在数值上有如下关系：1-4 1-4 土的物理性质指标土的物理性质指标第22页/共78页三、物理性质指标间的换算三、物理性质指标间的换算常用的土的物理指标共有九个。已知其中任意三个，通过常用的土的物理指标共有九个。已知其中任意三个，通过换算可以求出其余的六个。换算可以求出其余的六个。（一）孔隙比与孔隙率的关系（一）孔隙比与孔隙率的关系设土体内土粒的体积为设土体内土粒的体积为1，则，则 可知，孔隙的体积可知，孔隙的体积Vv为为e，土体的体积，土体的体积V为（为（1e），于是有：），于是有：（1-20）或或 （1-21）三相示意图（a）1-4 1-4 土的物理性质指标土的物理性质指标第23页/共78页（二）干密度与湿密度和含水率的关系（二）干密度与湿密度和含水率的关系设土体的体积设土体的体积V为为1，则，则d=ms/V，土体内土粒的质量，土体内土粒的质量ms为为d，由，由w=mw/ms水的质量水的质量mw为为w d。于是，。于是，按式（按式（14）的定义可得：）的定义可得：或或 （1-22）1-4 1-4 土的物理性质指标土的物理性质指标第24页/共78页（三）孔隙比与比重和干密度的关系（三）孔隙比与比重和干密度的关系设土体内土粒的体积为设土体内土粒的体积为1，则按，则按 ，孔隙的体积，孔隙的体积Vv为为e；由；由s ms/Vs得土粒的质量得土粒的质量ms为为s。于是，按。于是，按d的的定义可得：定义可得：应用式（应用式（16）整理得：）整理得：(1-23)1-4 1-4 土的物理性质指标土的物理性质指标第25页/共78页（四）饱和度与含水率、比重和孔隙比得关系（四）饱和度与含水率、比重和孔隙比得关系设土体内土粒的体积为设土体内土粒的体积为1，则按，则按e=Vv/Vs得体积得体积vv=e；由；由s ms/Vs得土粒的质量得土粒的质量ms=s。按。按w=mw/ms，水得质，水得质量量mw=ws，则水得体积，则水得体积vw=mw/w=ws/w。于是，。于是，S （1-24）当土饱和时，即当土饱和时，即Sr为为100，则：，则：（1-25）式中：式中：wsat饱和含水率。饱和含水率。1-4 1-4 土的物理性质指标土的物理性质指标第26页/共78页（五）浮密度与比重和孔隙比得关系（五）浮密度与比重和孔隙比得关系设土体内土粒体积为设土体内土粒体积为1，则按，则按e=Vv/VsVs，孔隙的体积，孔隙的体积Vv为为e；由；由s ms/Vs得土粒的质量得土粒的质量ms为为s。于是，按式（。于是，按式（118）可）可 （1-26）1-4 1-4 土的物理性质指标土的物理性质指标第27页/共78页【例题例题12】某一块试样在天然状态下的体积为某一块试样在天然状态下的体积为60cm3，称得其质量为称得其质量为108g，将其烘干后称得质量为，将其烘干后称得质量为96.43g，根据，根据试验得到的土粒比重试验得到的土粒比重Gs为为2.7，试求试样的湿密度、干密，试求试样的湿密度、干密度、含水率、孔隙比、孔隙率和饱和度。度、含水率、孔隙比、孔隙率和饱和度。1-4 1-4 土的物理性质指标土的物理性质指标第28页/共78页（2）已知）已知ms=96.43g，则，则 mw=mms=10896.43=11.57g按式（按式（18），于是），于是 w=mwms11.5796.43=12%（3）已知）已知Gs=2.7，则，则 Vs=ms/s=96.43 2.735.7cm3 Vv=V Vs=6035.724.3cm3按式（按式（111），于是），于是【解解】（1 1）已知）已知V V60cm360cm3，m=108gm=108g，则由式（，则由式（1 14 4）得）得 =m=mv=180/60=1.8g/cm3v=180/60=1.8g/cm3（44）按式（）按式（）按式（）按式（111212）n=Vn=Vvv/V/V24.3 24.3 60=40.560=40.5（55）根据）根据）根据）根据ww的定义的定义的定义的定义 VVww=m=mww/ww=11.57=11.57 1111.57cm11.57cm33 于是按式（于是按式（于是按式（于是按式（111313）SSrr=V=Vww/V/Vvv=11.57=11.57 24.324.34848=24.3=24.3 35.7=0.6835.7=0.68第29页/共78页2、土的天然含水量：反映土的干湿程度 在天然状态下，土中在天然状态下，土中水的质量水的质量与与固体固体颗粒质量颗粒质量之比的百分率。之比的百分率。第30页/共78页3、土的天然密度和干密度 土的天然密度：土在天然状态下单位体积土在天然状态下单位体积 的质量。的质量。土的干密度：土的固体颗粒质量与总体土的固体颗粒质量与总体 积的比值。积的比值。第31页/共78页4、土的孔隙比和孔隙率：反映土的密实程度反映土的密实程度 孔隙比：孔隙比：土的孔隙体积与固体体积的比值。土的孔隙体积与固体体积的比值。孔隙率：孔隙率：土的孔隙体积与总体积的比值。土的孔隙体积与总体积的比值。用百分率表示。用百分率表示。第32页/共78页5、土的渗透系数：影响施工降水、排水速度影响施工降水、排水速度 土的渗透系数表示单位时间内水穿透土层的能力，土的渗透系数表示单位时间内水穿透土层的能力，用用m/dm/d表示。表示。土根据渗透系数不同，可分为土根据渗透系数不同，可分为透水性土透水性土和和不透水性土不透水性土。土的渗透系数见表土的渗透系数见表1-21-2第33页/共78页第34页/共78页第35页/共78页例：某基坑体积为827 m3，基础占有体积为365 m3，则应预留多少回填土（天然体积）？若多余土用3 m3斗容量的汽车外运，需运多少车？（KS=1.30；Ks=1.04）第36页/共78页解：预留回填土：V=（827-365）/1.04=444.23 m3 需运车数：N=（827-444.23）1.3/3=166车 第37页/共78页第38页/共78页第39页/共78页【例题例题12】某一块试样在天然状态下的体积为某一块试样在天然状态下的体积为60cm3，称得其质量为称得其质量为108g，将其烘干后称得质量为，将其烘干后称得质量为96.43g，根据，根据试验得到的土粒比重试验得到的土粒比重Gs为为2.7，试求试样的湿密度、干密，试求试样的湿密度、干密度、饱和密度、含水率、孔隙比、孔隙率和饱和度。度、饱和密度、含水率、孔隙比、孔隙率和饱和度。【解解】（1）已知）已知V60cm3，m=108g，则由式（，则由式（14）得）得 =mv=180/60=1.8g/cm3第40页/共78页（2）已知）已知ms=96.43g，则，则 mw=mms=10896.43=11.57g按式（按式（18），于是），于是 w=mwms11.5796.43=12%（3）已知）已知Gs=2.7，则，则 Vs=ms/s=96.43 2.735.7cm3 Vv=V Vs=6035.724.3cm3按式（按式（111），于是），于是1-4 1-4 土的物理性质指标土的物理性质指标（44）按式（）按式（）按式（）按式（111212）n=Vn=Vvv/V/V24.3 24.3 60=40.560=40.5（55）根据）根据）根据）根据ww的定义的定义的定义的定义 VVww=m=mww/ww=11.57=11.57 1111.57cm11.57cm33 于是按式（于是按式（于是按式（于是按式（111313）SSrr=V=Vww/V/Vvv=11.57=11.57 24.324.34848=24.3=24.3 35.7=0.6835.7=0.68第41页/共78页第二节第二节 土方工程量计算及土方调配土方工程量计算及土方调配一、基坑基坑的土方量按立体基坑的土方量按立体几何中的拟柱体体积几何中的拟柱体体积公式计算。公式计算。第42页/共78页基槽和路堤管沟：分段计算分段计算第43页/共78页二、场地平整土方量的计算场地平整：挖凸填凹，将现场平整成所要求的设计平面。挖凸填凹，将现场平整成所要求的设计平面。确定设计标高计算工程量确定调配方案根据工程规模、施工期限、土的性质和设备条件选择施工机械、确定施工方案第44页/共78页（一）场地设计标高的确定(1)1)确定设计标高考虑的因素：确定设计标高考虑的因素：u 建筑规划和生产工艺及运输的要求建筑规划和生产工艺及运输的要求u 利用地形，减少挖填方工程量利用地形，减少挖填方工程量u 挖填方工程量力求平衡，减少运输费用挖填方工程量力求平衡，减少运输费用u 满足排水要求，要有一定的坡度满足排水要求，要有一定的坡度(2)(2)确定设计标高的步骤与方法：确定设计标高的步骤与方法：1 1、初步确定场地的设计标高、初步确定场地的设计标高第45页/共78页初步确定设计标高的原则：挖方量等于填方量初步确定设计标高的原则：挖方量等于填方量初步确定设计标高的方法初步确定设计标高的方法:方格网法方格网法划分方格网确定方格网角点标高计算设计标高划分为边长为1040m的方格网插入法或现场测量公式计算第46页/共78页场地设计标高计算简图场地设计标高计算简图场地设计标高计算简图场地设计标高计算简图 a a）地形图上划分方格；）地形图上划分方格；）地形图上划分方格；）地形图上划分方格；b b）设计标高示意图）设计标高示意图）设计标高示意图）设计标高示意图 11等高线；等高线；等高线；等高线；22自然地面；自然地面；自然地面；自然地面；33设计标高平面；设计标高平面；设计标高平面；设计标高平面；第47页/共78页根据挖填平衡的原则：根据挖填平衡的原则：第48页/共78页2 2、场地设计标高的调整、场地设计标高的调整土具有可松性土具有可松性设计标高以上填方工程用土或标高以下挖方的影响设计标高以上填方工程用土或标高以下挖方的影响就近弃土或取土的影响就近弃土或取土的影响3 3、泄水坡度对角点设计标高的影响、泄水坡度对角点设计标高的影响第49页/共78页由于排水要求，场地表面场有一定的泄水坡度。由于排水要求，场地表面场有一定的泄水坡度。因此，还需根据场地泄水坡度的要求（单面泄水因此，还需根据场地泄水坡度的要求（单面泄水或双面泄水），计算出场地内各方格角点实际施或双面泄水），计算出场地内各方格角点实际施工时的设计标高。工时的设计标高。第50页/共78页（二）场地土方量的计算1 1、计算的方法：、计算的方法：方格网法：地势平坦地区方格网法：地势平坦地区 断面法：地势起伏较大地区，精度低断面法：地势起伏较大地区，精度低2 2、方格网法的计算步骤：、方格网法的计算步骤：划分方格网并计算施工高度确定零线计算方格土方量计算边坡土方量土方总量第51页/共78页（1 1）划分方格网、计算角点施工高度）划分方格网、计算角点施工高度方格网：边长方格网：边长202040m40m施工高度：施工高度：角点施工高度：角点施工高度：角点的设计标高：角点的设计标高：角点的自然标高：角点的自然标高第52页/共78页（2 2）计算零线的位置）计算零线的位置零点：零点：方格边线一端施工高方格边线一端施工高程为程为“+”，若另一端为，若另一端为“-”，则沿其边线必然有一不挖不，则沿其边线必然有一不挖不填的点，即为填的点，即为“零点零点”。连接相邻的零点即为零线。连接相邻的零点即为零线。零点位置按下面公式计算零点位置按下面公式计算：零点位置计算示意图零点位置计算示意图第53页/共78页图解法确定零点：图解法确定零点：用尺在各角点上标出用尺在各角点上标出挖填施工高度相应比挖填施工高度相应比例，用尺相连，与方例，用尺相连，与方格相交点即为零点位格相交点即为零点位置。置。零点位置图解法零点位置图解法第54页/共78页（3 3）计算方格土方工程量）计算方格土方工程量按方格底面积的图形和公式计算。按方格底面积的图形和公式计算。情况一：一点填方或挖方情况一：一点填方或挖方三角填（挖），另一角挖（填）第55页/共78页计算公式：计算公式：第56页/共78页情况二：两点填方或者挖方情况二：两点填方或者挖方相邻两角为挖，另两角为填第57页/共78页计算公式：计算公式：第58页/共78页情况三：三点填方或者挖方情况三：三点填方或者挖方三角填（挖），另一角挖（填）第59页/共78页计算公式：计算公式：第60页/共78页情况四：四点填方或者挖方情况四：四点填方或者挖方四角全填（全挖）第61页/共78页计算公式：计算公式：(4)(4)边坡土方量的计算边坡土方量的计算 场场地地的的挖挖方方区区和和填填方方区区的的边边沿沿都都需需要要做做成成边边坡坡，以以保保证证挖挖方方土土壁壁和和填填方方区区的的稳稳定定。边边坡坡的的土土方方量量可可以以划划分分成成两两种种近近似似的的几几何何形形体体进进行行计计算算，一一种种为为三三角角棱棱锥锥体体，另另一一种种为三角棱柱体。为三角棱柱体。第62页/共78页边坡场地平面图边坡场地平面图第63页/共78页三角棱锥体边坡体积计算：三角棱锥体边坡体积计算：1号边坡为例号边坡为例:边坡的端面积边坡的端面积：边坡的长度：边坡的长度第64页/共78页三角棱柱体边坡体积计算：三角棱柱体边坡体积计算：4号边坡为例号边坡为例两端横断面面积相差很大的情况下，边坡体积：两端横断面面积相差很大的情况下，边坡体积：边坡的长度：边坡的长度：边坡两端及中部的横断面面积：边坡两端及中部的横断面面积第65页/共78页（5 5）汇总土方量）汇总土方量将所有方格土方量和边坡土方量相加。将所有方格土方量和边坡土方量相加。例题 1第66页/共78页第67页/共78页第68页/共78页插入法的图解法插入法的图解法第69页/共78页第70页/共78页三、土方调配就是对挖土的利用、堆弃和填土的取得三者间就是对挖土的利用、堆弃和填土的取得三者间的关系进行综合协调的处理。既使土方运输量或费的关系进行综合协调的处理。既使土方运输量或费用最小，又方便施工。用最小，又方便施工。（一）土方调配的原则（1 1）挖、填平衡和运距最短。）挖、填平衡和运距最短。（2 2）近期施工与后期利用相结合。）近期施工与后期利用相结合。（3 3）合理布置挖、填方分区线，选择恰当的调配方）合理布置挖、填方分区线，选择恰当的调配方向、运输路线，使土方机械和运输车辆的性能得到向、运输路线，使土方机械和运输车辆的性能得到充分发挥。充分发挥。（4 4）好土用在回填质量要求高的地区。）好土用在回填质量要求高的地区。（5 5）与城市规划和农田水利相结合，文明施工。）与城市规划和农田水利相结合，文明施工。第71页/共78页（二）土方调配表的绘制1、划分调配区 注意事项：注意事项：1 1、与房屋与构筑物的位置相协调，满足施工、与房屋与构筑物的位置相协调，满足施工顺序和分期分批施工的要求，使近期施工与后期施顺序和分期分批施工的要求，使近期施工与后期施工相结合。工相结合。2 2、使土方机械和运输车辆的功效充分发挥。、使土方机械和运输车辆的功效充分发挥。3 3、每个借土区与弃土区作为一个调配区。、每个借土区与弃土区作为一个调配区。2、计算土方量求出各调配区的土方量，标在图上。求出各调配区的土方量，标在图上。第72页/共78页3、计算调配区间的平均运距平均运距：平均运距：挖土区重心至填土区重心的距离。挖土区重心至填土区重心的距离。求重心的方法：求重心的方法：公式法：公式法：调配区的重心坐标调配区的重心坐标各方格的土方量各方格的土方量各方格的重心坐标各方格的重心坐标第73页/共78页作图法：作图法：近似以各调配区图形的形心作为重心。近似以各调配区图形的形心作为重心。4、确定土方最优调配方案以线性规划理论，用以线性规划理论，用“表上作业法表上作业法”求。求。5、绘制土方调配图、调配平衡表在图上标出土方调配方向，土方数量及平均运距。在图上标出土方调配方向，土方数量及平均运距。第74页/共78页土方调配图土方调配图第75页/共78页第76页/共78页 填方区填方区挖方区挖方区 T1T2T3T4挖方量挖方量 m3W14545105120 400W275 90180105 1400W330120 45 60 1400填方量填方量 m3800600800100032008006004002002001000第77页/共78页第78页/共78页