第一讲绪论土方工程1课件

土木工程施工学科引入及简介1本施工学科简介（1）学科内容施工技术部分：施工组织部分：主要分项工程施工工艺及原理（教材第1篇）；新技术、新材料、新工艺的发展施工项目组织原理（教材第2篇1-3章）（3部分）施工组织设计部分：、部分的综合应用（教材第2篇第4章及第5章）（2）学习方法注意学科的系统性、整体性；记一定的笔记；2（房屋）建设一般程序（非严格意义）建设部门申请 规划部门 委托设计、地勘 初设及送审 施工图设计 委托监理、工程招标 投标 中标 签订工程承包合同 施工准备施工准备 组织施工组织施工 竣工验收竣工验收 交付使用、保修概算预算选施工企业决算施工企业3（建筑工程）施工一般过程施工准备土方工程基础工程主体结构屋面工程装饰工程第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篇第八章地基与基础工程建筑屋面工程建筑装饰装修工程*绪绪 论论0.1土木工程施工课程的研究对土木工程施工课程的研究对象、任务和学习方法象、任务和学习方法0.2 我国建筑施工技术发展概况我国建筑施工技术发展概况 0.3 建筑工程施工质量验收统一建筑工程施工质量验收统一标准与施工质量验收规范标准与施工质量验收规范 土土木木工工程程施施工工研研究究的的内内容容：是是建建筑筑工工程程各各主主要要工工种种分分项项工工程程施施工工中中的的一一般般施施工工技技术术和和施施工工规规律律。依依据据施施工工对对象象的的特特点点、规规模模和和实实际际情情况况，应应用用合合适适的的施施工工技技术术和和方方法法，完完成成符符合合设设计要求的工程。计要求的工程。本本课课程程教教学学的的目目的的：是是使使学学生生掌掌握握土土木木工工程程施施工工的的基基础础知知识识，基基本本理理论论和和决决策策方方法法，使使学学生生具具有有解解决决土土木木工工程程施施工工技技术术和和施工组织计划问题施工组织计划问题的初步能力。的初步能力。本本课课程程的的任任务务：掌掌握握建建筑筑工工程程施施工工原原理理、施施工工方方法法、施施工工组组织织，以及，以及保证工程质量和施工安全的技术措施。保证工程质量和施工安全的技术措施。学习方法：学习方法：理论联系实际。理论联系实际。0.1 0.1 土木工程施工课程的研究对土木工程施工课程的研究对象、任务和学习方法象、任务和学习方法在地基处理方面在地基处理方面；推广了；推广了强夯法、强夯法、深层搅拌地基深层搅拌地基新技术新技术；在在基基础础工工程程施施工工；推推广广和和应应用用了了钻钻孔孔灌灌注注桩桩、旋旋喷喷桩桩、地地下下连续墙连续墙等深基础技术；等深基础技术；主体施工主体施工：模板：模板：大模板、滑升模板，大模板、滑升模板，钢钢筋筋连连接接：钢钢筋筋电电气气压压焊焊、钢钢筋筋冷冷压压连连接接、钢钢筋筋锥锥螺螺纹纹连接，连接，混混凝凝土土技技术术：泵泵送送混混凝凝土土、高高强强度度混混凝凝土土等等新新工工艺艺和和新新技术得到了广泛地应用和推广；技术得到了广泛地应用和推广；0.2 0.2 我国建筑施工技术发展简介我国建筑施工技术发展简介 预预应应力力混混凝凝土土：采采用用了了无无粘粘结结工工艺艺和和整整体体预预应应力力结结构构，使使我我国国预预应应力力混混凝凝土土发发展展由由构构件件生生产产进进入入了了预预应力结构生产阶段；应力结构生产阶段；大大跨跨度度结结构构、高高耸耸结结构构方方面面：采采用用了了整整体体吊吊装装的的新新技术。技术。目目前前在在砌砌体体、防防水水、装装饰饰工工程程施施工工中中，居居多多沿沿用用传传统统的的施施工工工工艺艺和和施施工工方方法法，劳劳动动强强度度大大、工工效效低低。随随着着科科学学技技术术的的进进步步和和生生产产力力的的发发展展，墙墙体体改改革革、新新型型建建筑筑材材料料、工工艺艺理理论论及及计计算算机机技技术术的的应应用用必必将将有有力力地地推推动我国建筑施工技术的发展。动我国建筑施工技术的发展。第第1 1章章 土方工程土方工程 常常见见的的土土方方工工程程有有：场场地地平平整整（三三通通一一平平中中的的平平整整）、基基坑坑开开挖挖、基基坑坑回回填填、路路基基填填筑筑（道道路路工工程程）等等。以以及及排排水水、降降水水、土土壁壁支支护护等准备和辅助工程。等准备和辅助工程。特特点点：工工程程量量大大、不不可可确确定定因因素素多多，施施工工条条件件复复杂杂，施施工工前前应应根根据现场条件制定出技术可行、经济合理的施工方案。据现场条件制定出技术可行、经济合理的施工方案。主主要要内内容容：1 1、土土的的分分类类及及工工程程性性质质，2 2、土土方方量量计计算算，3 3、土土方方机械化施工以及机械化施工以及 4 4、排、降水、坑壁支撑等、排、降水、坑壁支撑等施工辅助工作。施工辅助工作。学学习习重重点点：土土的的工工程程性性质质及及其其对对施施工工的的影影响响，施施工工机机械械的的选选择择，土壁支护，以及降低地下水位的方法。土壁支护，以及降低地下水位的方法。1.1 1.1 1.1 1.1 土的分类土的分类土的分类土的分类1.1.1 1.1.1 土的分类与鉴别土的分类与鉴别（按照（按照开挖的难易程度开挖的难易程度四类土和四类石四类土和四类石）土的分类土 的 名 称可松性系数现场鉴别方法KSKs一类土(松软土)砂，亚砂土，冲积砂土层，种植土，泥炭(淤泥)1.081.17 1.011.03 能用锹、锄头挖掘二类土(普通土)亚粘土，潮湿的黄土，夹有碎石、卵石的砂，种植土，填筑土及亚砂土1.141.281.021.05用锹、锄头挖掘，少许用镐翻松三类土(坚土)软及中等密实粘土，重亚粘土，粗砾石，干黄土及含碎石、卵石的黄土、亚粘土，压实的填筑土1.241.301.041.07要用镐，少许用锹、锄头挖掘，部分用撬棍四类土(砂砾坚土)重粘土及含碎石、卵石的粘土，粗卵石，密实的黄土，天然级配砂石，软泥灰岩及蛋白石1.261.321.061.09整个用镐、撬棍，然后用锹挖掘，部分用楔子及大锤表表111确定劳动定额依据。安排施工、确定造价确定劳动定额依据。安排施工、确定造价土的分类土 的 名 称可松性系数现场鉴别方法KSKs五类土(软石)硬石炭纪粘土，中等密实的页岩、泥灰岩、白垩土，胶结不紧的砾岩，软的石炭岩1.301.45 1.101.20 用镐或撬棍、大锤挖掘，部分使用爆破方法 六类土(次坚石)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 1.301.451.101.20用爆破方法开挖,部分用风镐 七类土(坚石)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，风化痕迹的安山岩、玄武岩1.301.451.101.20用爆破方法开挖八类土(特坚硬石)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、辉绿岩、玢岩 1.451.501.201.30用爆破方法开挖 1.2 1.2土的工程性质土的工程性质1.1.土土的的可可松松性性：天天然然土土经开挖后，其体积因松散而增加，虽经振动夯实，仍然不能完全复原，土的这种性质称为土的可松性。土的可松性用可松性系数可松性系数表示，即 式中 KS、KS土的最初、最终可松性系数；V1土在天然状态下的体积，m3；V2土挖出后在松散状态下的体积，m3；V3土经压(夯)实后的体积，m3。(111)两个可松性系数的意义：土的最最初初可可松松性性系系数数K KS S是计算车车辆辆装装运运土土方方体积及挖土机械体积及挖土机械的主要参数；土的最最终终可可松松性性系系数数KS是计计算算场场地地平平整整标标高、填方所需挖土工程量高、填方所需挖土工程量的主要参数；2.原状土经机械压实后的沉降量原状土经机械压实后的沉降量 原状土经机械往返压实或经其他压实措施后，会产生一原状土经机械往返压实或经其他压实措施后，会产生一定的沉陷，根据不同土质，其沉降量一般在定的沉陷，根据不同土质，其沉降量一般在330cm之间。之间。可按下述经验公式计算：可按下述经验公式计算：式中S原状土经机械压实后的沉降量(cm）；P机械压实的有效作用力(kg/cm2)；C原状土的抗陷系数(kg/cm2)，可按表1-1-2取值。土的工程性质还有：渗透性、密实度、抗剪强度、土压力等等渗透性、密实度、抗剪强度、土压力等等根据上述公式可以计算沉降土方量1.2.1.2.场地平整场地平整 1.2.11.2.1场地竖向规划设计场地竖向规划设计 对于在地形起伏的山区、丘陵地带修建较大厂房、体育场、车站等占地广阔工程的平整场地，如果场地标高无特殊要求，场地标高无特殊要求，主要是削凸填凹，移挖方作填方，将自然地面改造平整为场地主要是削凸填凹，移挖方作填方，将自然地面改造平整为场地设计要求的平面。设计要求的平面。场地设计标高场地设计标高一般在设计文件上规定，如无如无规定：规定：(1)小型场地挖填平衡法(2)大型场地最佳平面设计法（用最小二乘法，使挖填平衡且总土方量最小）场地挖填土方量计算有方格网法和横截面法（主要用于道路工程）两种。横截面法是将要计算的场地划分成若干横截面后，用横截面计算公式逐段计算，最后将逐段计算结果汇总。横截面法计算精度较低，可用于地形起伏变化较大地区。对于地形较平坦地区，一般采用方格网法。一、小型场地方格网法计算场地平整土方量：一、小型场地方格网法计算场地平整土方量：(1)1)读识方格网图读识方格网图 方格网图由设计单位(一般在1/500的地形图上)将场地划分为边长a=1040m的若干方格，与测量的纵横坐标相对应，在各方格角点规定的位置上标注角点的自然地面标高(H)和设计标高(Hn)，如如图图1.1.11.1.1所所示示。a）地形图上划分方格；b）设计标高示意图1等高线；2自然地面；3设计标高平面；4自然地面与设计标高平面的交线（零线）图图1.1.1场地设计标高计算简图 因为场地平整前后，土方量相等，所以：式中：H0场地设计标高的初步计算值（m）；a方格边长（m）；N方格个数；H11H22任一方格的四个角点的标高。(1-1-3)（2）场地设计标高计算）场地设计标高计算从图中可看出，H11系一个方格的角点标高，H12和H21均系两个方格公共的角点标高，H22则系四个方格公共的角点标高。如果将所有方格的四个角点标高相加，那么，类似H11这样的角点标高加到一次，类似H12和H21的标高加到两次，而类似H22的标高则要加到四次。因此，上式可改写成下列的形式式中：H1一个方格的仅有角点标高（m）；H2二个方格的共有角点标高（m）；H3三个方格的共有角点标高（m）；H4四个方格的共有角点标高（m）。(1-1-4)Ho为场地中心点标高，场地内任意一点的设计标高为：式中：lx、ly该点在xx、yy方向距场地中场地中心线的距离；心线的距离；ix、iy该点于xx、yy方向的泄水坡度。(1-1-5)（3）双泄水标高的计算）双泄水标高的计算二、最佳设计平面（最小二乘法原理）按挖填平衡法计算得出的设计平面标高，能使土方挖填平衡，但不能保证总的土方量最小。应用最小二乘法原理，可求得满足挖填平衡和满足总土方量最小。适用于大型场地或地形复杂的场地平整。最小二乘法（又称最小平方法）是一种数学优化技术。它通过最小化误差的平方和寻找数据的最佳函数匹配。利用最小二乘法可以简便地求得未知的数据，并使得这些求得的数据与实际数据之间误差的平方和为最小。设计标高的调整：设计标高的调整：1、考虑可松性、考虑可松性-适当提高标高适当提高标高2、考虑工程用土或者余土、考虑工程用土或者余土3、采用经济效果较好的施工方案，如采用场外取土、采用经济效果较好的施工方案，如采用场外取土或弃土等。考虑土方量变化，调整设计标高。或弃土等。考虑土方量变化，调整设计标高。1.2.2 1.2.2 场地平整土方计算场地平整土方计算 一、计算“零点”位置，确定零线 方格边线一端施工高程为“+”，若另一端为“-”，则沿其边线必然有一不挖不填的点，即为“零点”(图114)。零点位置按下式计算：式中x1、x2角点至零点的距离，h1、h2相邻两角点的施工高度(均用绝对值)。a方格网的边长。确定零点的办法也可以用图解法，如如图图1.51.5所示。方法是用尺在各角点上标出挖填施工高度相应比例，用尺相连，与方格相交点即为零点位置。将相邻的零点连接起来，即为零线。它是确定方格中挖方与填方的分界线。二、二、常用方格网点计算公式：常用方格网点计算公式：1 1、四方棱柱体体积计算、四方棱柱体体积计算项目图式计算公式一点填方或挖方(三角形)两点填方或挖方(梯形)三点填方或挖方(五角形)四点填方或挖方(正方形)2、三角棱柱体计算公式、三角棱柱体计算公式计算时先把方格网顺地形等高线，将各个方格划分成三角形（图1一1一6）。1、当三角形三个角点全部为挖或全部为填时（图1-1-7a)：2、三角形三个角点有填有挖时（图1-1-7b)。(1-1-15)(1-1-16)(1-1-16)四、计算土方总量四、计算土方总量将挖方区(或填方区)所有方格计算的土方量和边坡土方量汇总，即得该场地挖方和填方的总土方量。1.2.3 1.2.3 土方调配土方调配 土方工程量计算完成后，即可着手土方的调配。土方调配，就是对挖土的利用、堆弃和填土利用、堆弃和填土的取得。1、土方调配的原则：、土方调配的原则：（1）应力求达到挖、填平衡和运距最短，调配区范围与土方量计算的方格网相协调的原则。（2）土方调配应考虑近期施工与后期利用相结合，与建筑物的平面位置协调，考虑施工顺序的原则。（3）土方调配应采取分区与全场相结合来考虑，土方运距较大或者场地范围内土方不平衡，应考虑就近取土或者弃土。（4）土方调配还应尽可能与大型地下建筑的施工相结合。（5）选择恰当地调配方向、运输路线，调配区大小应使施工机械的技术要求得到充分发挥。2、平均运距的确定-挖土区与填土区的重心距离3、土方施工单价：除单机核算外，还要考虑配套机械，确定一个综合单价一、一、划分土方调配区，计算平均运距或土方施工单价划分土方调配区，计算平均运距或土方施工单价 划分调配区划分调配区在场地平面图上先划出挖、填区的分界线（即前述的零线），根据地形及地理等条件，可在挖方区和填方区适当地分别划分出若干调配区（其大小应满足土方机械的操作要求），并计算出各调配区的土方量，图示。零线图中的土方调配，仅考虑场内挖方、填方平衡。W为挖方，T为填方。2、求出每对调配区之间的平均运距、求出每对调配区之间的平均运距平均运距是挖方区土方重心至填方区土方重心的距离。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，需先求每个调配区的重心。其方法如下：取场地或方格网中的纵横两边为坐标轴，分别求出各区土方的重心位置，即：式中：、挖方调配区或填方调配区的重心坐标；v每个方格的土方量；x、y各方格的重心坐标，（通常近似的取方格的形心近似的取方格的形心）；重心求出后，标于相应的调配区图上，然后用比例尺量出每对调配区之间的平均运距。3土方施工单价的确定土方施工单价的确定-主要通过预算定额，考虑各种机械配合、施工工艺主要通过预算定额，考虑各种机械配合、施工工艺二、用线性规划二、用线性规划目标函数和约束条件都是线性的(即均为一次的)，然后求目标函数的极值问题。列出土方调配方案表列出土方调配方案表依据土方调配方案表在图上标出调配方向、土方数量以及平均运距，图示。例题例题1：用表上作业法求调配最优解的步骤与方法。用表上作业法求调配最优解的步骤与方法。课本表课本表1-1-7，采用假想价格系数法判断总运输量是否，采用假想价格系数法判断总运输量是否最小。最小。（1）编制初始方案就近调配最小的施工单价取最大的土方量 挖方量（m3）507010050070409050060110705008010040400填方量（m3）8006005001900400500500300100100（2）方案最优性判别假想价格系数法求解各个方格的假想价格系数 求解无调配土方方格的检验数 判别：所有无调配土方方格的检验数，方案最优，否则不为最优，需调整。挖方量（m3）507010050070409050060110705008010040400填方量（m3）800600500190040050050030010010050有调配土方的方格无调配土方的方格60401107040-101008030 060 挖方量（m3）507010050070409050006011070500708010040400填方量（m3）800600500190040050050030010010050604011040初始方案计算（3）方案的调整闭回路法 挖方量（m3）507010050070409050060110705008010040400填方量（m3）80060050019004005005003001001005060401107040-101008030 060将最小的负检验数对应的变量作为调整对象找出其闭合回路*调整 100400400形成一条以有数字的方格为转折点的用水平和直线连起来的闭合回路（4）方案判别（5）计算土方总运输量、绘制土方调配图教材15表1-1-11计算土方总量=94000M3*M初始方案为97000M3*M1.2.4 1.2.4 施工机械及其施工施工机械及其施工施工机械及其施工施工机械及其施工1推土机施工推土机施工(图示）采用履带式拖拉机安装推土板装置而成的机械。推土机的特点是操作灵活，运输方便，所需工作面较小，行驶速度较快，易于转移。推土机适合推挖一至三类土。用于平整场地、以挖作填、回填土方、堆筑堤坝以及配合挖土机集中土方、修路开道。可采用下坡推土、槽型推土以及并列推土等方法提高工作效率。注意：几台推土机同时作业时，前后距离应大于8米。一、土方机械的主要性能一、土方机械的主要性能推土机经济运距100米以内，效率最高运距60米。功率有45KW、75KW、90KW、120KW等数种。通过这三种施工工艺提高通过这三种施工工艺提高推土能力，提高工作效力推土能力，提高工作效力2、铲运机综合完成全部土方施工工序（挖土、综合完成全部土方施工工序（挖土、装土、运土、卸土和平土）的施工机械装土、运土、卸土和平土）的施工机械独立完成铲土、运土、卸土、填筑、场地平整；经济运距6001500m，效率最高200-350m3、运行路线采用环形或者8字形路线铲运机开行路线示意图铲运机开行路线示意图环形环形环形环形大环形大环形8字形字形3、挖掘机、挖掘机向上挖掘或者填筑土方，向上挖掘或者填筑土方，有有运土汽车运输运土汽车运输配合作业配合作业拉铲拉铲：后退向下，自重切土：后退向下，自重切土抓铲抓铲：直上直下，自重切土：直上直下，自重切土正铲正铲：前进向上，强制切土前进向上，强制切土反铲反铲：后退向下，强制切土后退向下，强制切土二、机械选择：二、机械选择：基坑情况、作业环境、气候季节、机械配套等基坑情况、作业环境、气候季节、机械配套等拉铲拉铲抓铲抓铲正反铲挖掘机正反铲挖掘机正铲正铲：前进向前进向上，强制切土上，强制切土-在低在低处，挖高处土处，挖高处土反铲反铲：后退后退向下，强制切土向下，强制切土在高处，挖低在高处，挖低处土处土挖土机械施工现场示意图本讲内容小结：本讲内容小结：1.1.1土的分类土的分类1.1.2土的土的工程性质工程性质1.2.1 场地竖向规划设计场地竖向规划设计 1.2.3 土方调配土方调配1.2.2场地平整场地平整土方量的计算土方量的计算1.2.4 场地平整土方机械及其施工场地平整土方机械及其施工 作业作业思考题：思考题：1.3、1.4提问与解答环节Questions And Answers谢谢聆听 学习就是为了达到一定目的而努力去干,是为一个目标去战胜各种困难的过程,这个过程会充满压力、痛苦和挫折Learning Is To Achieve A Certain Goal And Work Hard,Is A Process To Overcome Various Difficulties For A Goal