前言及土方规划.ppt

Gemdale Corporation,科学筑家,The Science of Living,土木工程施工,土木工程施工,（房屋建筑方向）,前 言,土木工程施工是土木专业（房建方向）的一门实践性强、综合性大、涉及知识面广的骨干专业课程，它的任务是研究土木工程施工的局部规律和全局性规律。,本讲座的施工程序、工艺流程、操作要点、质量要求等内容直接与规范的强制性条文接轨，这些知识将使你受用一生！,第1讲 土方规划,1 概述 2 土方边坡3 土方量计算的方法 4 场地平整土方量计算5 土方调配,第1章 土方工程,1.2 土方工程的施工要求,土方量少、工期短、费用省；因地制宜编制合理的施工方案，预防流砂、管涌、塌方等事故发生，确保安全；,1 概述,共46页 第2页,要求标高、断面控制准确；,应尽可能采用先进的施工工艺、施工组织和机械化施工。,土体有足够的强度和稳定性；,基坑土方开挖,1 概述,包括一切土的挖掘、填筑、运输等过程以及排水降水、土壁支撑等准备工作和辅助工程。常见的土方工程施工内容有：,1.1 土方工程的内容,场地平整：包括障碍物拆除、场地清理、确定场地设计标高、计算挖填土方量、合理进行土方平衡调配等。开挖沟槽、基坑(竖井、隧道、修筑路基、堤坝)：包括测量放线、施工排水降水、土方边坡和支护结构等。土方回填与压实：包括土料选择、运输、填土压实的方法及密实度检验等。,第1讲 土方规划,共46页 第1页,1.3 土的工程分类,1 概述,共46页 第3页,1.4 土的工程性质,天然密度-是指土在天然状态下单位体积的质量，它影响土的承载力、土压力及边坡的稳定性。干密度-是指单位体积中固体颗粒的质量，它是用以检验土压实质量的控制指标。,土的质量密度,取土环刀 标准击实仪,不同类的土，其最大干密度是不同的；同类的土在不同的状态下(含水量、压实程度)其密实度也是不同的,1 概述,共46页 第4页,土的含水量W,是土中所含的水与土的固体颗粒间的质量比，以百分数表示，见下式：,含水量影响土方施工方法的选择、边坡的稳定和回填土的质量,土的含水量超过2530%，则机械化施工就困难，容易打滑、陷车,回填土则需有最佳含水量方能夯压密实，获得最大干密度,快速含水量测定仪,1 概述,共46页 第5页,土的渗透性,是指水流通过土中孔隙的难易程度。地下水在土中的渗流速度 V 与土的渗透系数 K 和水头梯度 I 有关，地下水在土中的渗流速度可按达西公式计算：V（m/d）=KI,土壤渗透试验仪,渗透系数K 值将直接影响降水方案的选择和涌水量计算的准确性,1 概述,共46页 第6页,土的可松性,即自然状态下的土，经过开挖后，其体积因松散而增加，以后虽经回填压实，仍不能恢复其原来的体积。土的可松性用可松性系数 KS 表示。土的最初可松性系数KS=V2/V1；土的最后可松性系数K，S=V3/V1。式中：V1土在天然状态下的体积；V2土经开挖后的松散体积；V3土经回填压实后的体积。,土的最初可松性系数KS是计算挖掘机械生产率、运土车辆数量及弃土坑容积的重要参数，最后可松性系数K，S是计算场地平整标高及填方所需的挖方体积等的重要参 数。,不同分类的土的可松性系数可参考下表：,1 概述,共46页 第7页,土的可松性参考值,1 概述,共46页 第8页,2 土方边坡,合理地选择基坑、沟槽、路基、堤坝的断面和留设边坡，是减少土方量的有效措施。边坡的表示方法为 1:m，即：,第1讲 土方规划,式中 m=b/h，称为坡度系数。其意义为：当边坡高度已知为h 时，其边坡宽度则等于mh。,共46页 第9页,临时性挖方的边坡值,边坡坡度应根据不同的挖填高度、土的工程性质及工程特点而定，既要保证土体稳定和施工安全，又要节省土方。临时性挖方边坡可按下表确定：,2 土方边坡,共46页 第10页,深度在5m内的基坑(槽)、管沟边坡的最陡坡度（不加支撑）,当地质条件良好,土质均匀且地下水位低于基坑(槽)底面标高时,挖方深度在5m以内,不加支撑的边坡可按下表确定：,2 土方边坡,共46页 第11页,3 土方量计算的基本方法,土方量计算的基本方法有平均高度法 和平均断面法 两种。,3.1 平均高度法,四方棱柱体法：将施工区域划分为若干个边长等于a 的方格网，每个方格网的土方体积 V 等于底面积 a2 乘四个角点高度的平均值，即：,第1讲 土方规划,共46页 第12页,方格网土方量计算则可采取平均高度法（四方棱柱体法和三角棱柱体法）,3 土方量计算的基本方法,共46页 第13页,三角棱柱体法：将每一个方格顺地形的等高线沿对角线划分为两个三角形，然后分别计算每一个三角棱柱体的土方量。,3.2平均断面法,基坑、基槽、管沟、路堤的土方量计算可采用平均断面法。即：,3 土方量计算的基本方法,共46页 第14页,4 场地平整土方量计算,H0的重要性 场地设计标高是进行场地平整和土方量计算的依据，也是总图规划和竖向设计的依据。合理地确定场地设计标高，对减少土方工程量、加速工程进度、降低工程造价有着重要意义。,4.1 场地设计标高H0的确定,确定场地设计标高应结合各类影响因素反复进行技术经济比较，选择一个最佳方案。,第1讲 土方规划,共46页 第15页,H0 的确定原则,满足生产工艺和运输的要求；充分利用地形，分区或分台阶布置，分别确定不同的设计标高；考虑挖填平衡，弃土运输或取土回填的土方量最少；要有合理的泄水坡度(2)，满足排水要求；考虑最高洪水位的影响。,4 场地平整土方量计算,共46页 第16页,H0 的确定步骤,如场地设计标高无特殊要求时，可根据挖填土方量平衡的原则确定H0,其步骤如下：,划分方格网 方格网边长a 可取1050m，常用20m、40m；,挖填平衡原则即场地内土方的绝对体积在平整前、后相等,4 场地平整土方量计算,共46页 第17页,确定各方格网角点高程 水准仪实测；利用地形图上相邻两等高线的高程，用插入法求得。,4 场地平整土方量计算,共46页 第18页,用插入法求得 H13=251.70,水准仪进行高程测量,按每一个方格的角点的计算次数（权数），即方格的角点为几个方格共有的情况，确定设计标高H0的实用公式为：,按挖填平衡确定设计标高,式中：n 方格网数；H1 一个方格仅有的角点坐标；H2 两个方格共有的角点坐标；H3 三个方格共有的角点坐标；H4 四个方格共有的角点坐标。,4 场地平整土方量计算,共46页 第19页,4.2 场地设计标高H0的调整,按以上步骤求得的H0仅为一理论值，还应考虑以下因素进行调整，求出H,0：土的可松性影响填方因土的可松性引起的填方体积增加；场内挖方和填方的影响从经济观点出发，安排的挖方就近弃土和填方就近场外取土，引起的挖填土方量的变化；场地泄水坡度的影响单坡？双坡？,4 场地平整土方量计算,共46页 第20页,由于土具有可松性，一般填土需相应提高设计标高，故考虑土的可松性后，场地设计标高调整为：,VW,VT,H0,V,W,V,T,H,0,h,理论设计标高 调整设计标高,土的可松性影响,4 场地平整土方量计算,共46页 第21页,场地设计标高H0是按挖填土方量平衡的原则确定的，但从经济观点出发，常会将部分挖方就近弃于场外，或就近于场外取土用于部分填方，均会引起挖填土方量的变化，亦需调整场地设计标高。,场内挖方和填方的影响,式中：Q场地根据H0平整后多余或不足的土方量。,其设计标高调整值按下式计算：,4 场地平整土方量计算,共46页 第22页,调整后的设计标高是一个水平面的标高，而实际施工中要根据泄水坡度的要求(单坡泄水或双坡泄水)计算出场地内各方格网角点实际设计标高。,4.2.3 场地泄水坡度的影响,场地为单坡泄水时，场地内任意点的设计标高则为：,式中：l 该点至设计标高H，0的距离；i 场地泄水坡度（不小于2）。,4 场地平整土方量计算,共46页 第23页,场地单向泄水坡度示意图,场地为双坡泄水时，场地内任意点的设计标高则为：,式中：lx、ly该点沿X-X、Y-Y方向 距场地中心线的距离；ix、iy场地沿X-X、Y-Y方向 的泄水坡度。,公式中正负号的取值：计算角点在H，0之上取“”，反之取“”,4 场地平整土方量计算,共46页 第24页,场地双向泄水坡度示意图,4.3 场地土方量的计算,求各方格角点的施工高度hn hn=场地设计标高Hn自然地面标高H,角点编号 施工高度 hn 1-0.72 43.24 42.52自然地面标高 H 设计标高 Hn,若hn为正值则该点为填方，hn为负值则为 挖方。,场地土方量计算步骤如下：,4 场地平整土方量计算,土方方格网图例,共46页 第25页,零线位置的确定：先求出方格网中边线两端施工高度有“+”、“”中的零点，将相邻两零点连接起来即为零线。,4.3.2 绘出零线,式中：X1、X2角点至零点的距离(m)；h1、h2相邻两角点的施工高度(m)，均用绝对值；a方格网的边长(m).,零点的位置按下式计算：,4 场地平整土方量计算,共46页 第26页,零点位置计算示意,为省略计算，亦可用图解法直接求出零点位置。即用尺在各角点标出相应比例，用尺相接，与方格相交点即为零点位置。见下图：,h1,+0.30,h2,-0.20,0,5,5,10,10,h7,h8,+0.7,-0.10,用尺量出h10.3的刻度,用尺量出h20.2的刻度,两点连线与方格的交点为零点,用尺量出h80.1的刻度,用尺量出h70.7的刻度,两点连线与方格的交点为零点,两零点连线即为零线,4 场地平整土方量计算,共46页 第27页,计算场地挖、填土方量,“零线”求出，也就划出了场地的挖方区和填方区，便可按平均高度法计算各方格的挖、填土方量了。,4 场地平整土方量计算,共46页 第28页,挖方施工及长距离土方调运,4.3.4 计算各挖、填方调配区之间的平均运距,先按下式求出各挖方或填方区土方重心坐标X0、Y0：,填方区,y,H0,H0,x,xOW,xOT,yOW,yOT,L0,挖方区,式中：xi、yi i 块方格的重心坐标；Vi i 块方格的土方量。,V1x1、y1,V5x5、y5,V19x19、y19,挖方区重心,填方区重心,4 场地平整土方量计算,共46页 第29页,则填、挖方区之间的平均运距 L0 为：,式中：x0T、y0T 填方区的重心坐标；x0W、y0W 挖方区的重心坐标。,在实际工作中，亦可用作图法近似地求出调配区的形心位置O代替重心坐标，用比例尺量出每对调配区的平均运距。,4 场地平整土方量计算,共46页 第30页,5 土方调配,5.2 土方调配的原则 土方调配是土方规划中的一个重要内容。其原则是：力求挖填平衡、运距最短、费用最省，考虑土方的利用，以减少土方的重复挖填和运输。,5.1 土方调配的步骤 划分调配区（绘出零线）计算调配区之间的平均运距（即挖方区至填方区土方重心的距离）确定初始调配方案 优化方案判别 绘制土方调配图表。,第1讲 土方规划,共46页 第31页,5.3 最优调配方案的确定,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。调配的步骤如下：,用“最小元素法”编制初始调配方案,最优方案判别,绘制土方调配图,最优方案判别,方案的调整,是,否,5 土方调配,共46页 第32页,初始调配方案,下图为一矩形广场，图中小方格内的数字为各调配区的土方量，箭杆上的数字则为各调配区之间的平均运距。试求土方调配最优方案。,500,500,800,600,500,500,400,W1,T1,W3,60,50,70,110,80,70,40,100,90,40,100,W4,T3,W2,T2,70,挖方区编号,填方区编号,挖方区需调出土方,填方区需调进土方,调配区间的平均运距,5 土方调配,共46页 第33页,各调配区土方量及平均运距,5 土方调配,共46页 第34页,步骤1：选取平均运距最小(C22=C43=40)的方格，确定它所对应的调配土方数，并使其尽可能大。本例选取C43=40，X43=400(W4的全部挖方调往T3)，X41、X42=0(W4的挖方不调往T1、T2)，在X41、X42的方格内画上“”,5 土方调配,共46页 第35页,步骤2：重复步骤1，按平均运距由小到大依次计算X22、X11、X31（C22C11C31），我们就得到了土方调配的初始方案。,1.5 土方调配,500,500,100,300,100,40,50,60,70,110,共46页 第36页,5.3.2 最优方案判别,初始调配方案是按“就近调配”求得的，它保证了挖填平衡、总运输量是较小的，但不一定是最小的，因此还需进行判别。在“表上作业法”中判别最优方案的方法有很多，这里我们介绍引入“假想价格系数”求检验数ij来判别。,首先求出表中各方格的假想价格系数，有调配土方的假想价格系数C，ij=Cij，无调配土方的假想价格系数按下式计算：,5 土方调配,共46页 第37页,利用已知的假想价格系数，我们可以逐个求解未知的C，ij。步骤1：在有调配土方的方格内，C，ij=Cij，将数据填入表中；,该公式的意义即：构成任一矩形的四个方格内对角线上的假想价格系数之和相等。,5 土方调配,共46页 第38页,步骤2：按任一矩形的四个方格内对角线上的C，ij之和相等，逐个求解未知的C，ij；如：,5 土方调配,共46页 第39页,步骤3：引入检验数，按下式求出表中无调配土方方格的检验数（即方格右边两小格数字上下相减，将正负号填入表中）：12 出现负数说明方案不是最佳方案，需要进行调整。,5 土方调配,共46页 第40页,步骤2：找出x12的闭回路。其作法是，从x12方格出发，沿水平或竖直方向前进，遇到有数字的方格作900转弯(也可不转弯)，如果路线恰当，有限步后便能回到出发点。形成一条以有数字的方格为转角点、用水平或竖直线联起来的闭回路。见下表：,方案的调整,步骤1：在所有负检验数中挑选一个(一般选最小的)，本例即12，将它对应的变量 x12 作为调整对象。,5 土方调配,共46页 第41页,步骤3：从空格 X12出发，沿闭回路（方向任意）行进，在各奇数转角点的数字中挑出一个最小的（本例即X32=100）将它由 X32调到 X12方格中。,500,100,5 土方调配,共46页 第42页,步骤4：将“100”数字填入X12方格中，被调出的X32为0，同时将闭回路上其它奇数次转角（X11）方格内的数字都减去100，偶数次转角（X31）方格内的数字都增加100，使得填、挖方区的土方量仍然保持平衡。这样我们就得到了下表中的新调配方案。,400,0,100,400,5 土方调配,共46页 第43页,步骤5：对新调配方案按“最优方案判别”的方法和步骤再进行判别和检验，如仍出现负数，则重复步骤14继续调整，如不出现负数，方案即是最优方案。,100,70,-10,20,110,80,80,50,计算无调配土方方格的检验数，无负数，方案是最优方案。,1.5 土方调配,共46页 第44页,该优化方案的土方总运输量为：Z=400501007050040400601007040040=94000（m3m）初始方案的土方总运输量为：Z=5005050040300601001101007040040=97000（m3m）调整后的总运输量减少了3000（m3m）。,5 土方调配,共46页 第45页,绘出最终土方调配图如下所示,500,500,800,600,500,500,400,W1,T1,W3,40060,10070,40040,W4,T3,W2,T2,10070,50040,40050,5 土方调配,共46页 第46页,Gemdale,结束语,谢 谢！,