某地区土方工程施工项目管理知识分析

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,地基与基础工程施工,*,项目2 土方工程施工,土方量的计算与调配,2.1,土方机械化施工,2.2,土方开挖,2.3,土方填筑与压实,2.4,1,项目2.1 土方量的计算与调配,2.1.1,基坑、基槽土方量计算,1,基坑土方量计算,基坑土方量可按立体几何中的拟柱体（由两个平行的平面做底的一种多面体）体积公式计算（如图,2.1,），即,式中：,H ,基坑深度，,m；, A,1,、A,2,基坑上、下底的面积，,m,2,； A,0,基坑中截面的面积，,m,2,。,地基与基础工程施工,2,项目2.1 土方量的计算与调配,2,基槽土方量计算,基槽和路堤、管沟的土方量，可沿其长度方向分段后，再按基坑土方量计算方法分别计算各段土方量，汇总得到总土方量。即：,式中：,V,i,基槽的第,i,段土方量（,m,3,）。,一般在工程实际中，基槽土方量的计算多按照不同基槽断面，以基槽的长度乘以相应断面积计算。即：,式中：,L,i,基槽所在断面的长度（,m,）；,A,基槽所在断面的平均断面积（,m,2,）。,地基与基础工程施工,3,项目2.1 土方量的计算与调配,2.1.2,场地平整土方量计算,场地平整就是将现场天然地面改造成施工所要求的设计平面。首先要确定场地设计标高（通常由设计单位在总图规划和竖向设计中确定），计算挖、填土方工程量，确定土方调配方案；并根据工程现场施工条件、施工工期及现有机械设备条件，选择土方施工机械，拟定施工方案。,场地挖填土方量计算有,横截面法,和,方格网法,两种。,地基与基础工程施工,4,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。,在地形起伏变化较大的地区，或挖填深度较大，断面又不规则的地区，采用断面法比较方便。其方法为：沿场地取若干个相互平行的断面（可利用地形图定出或实地测量定出），将所取的每个断面（包括边坡断面），划分为若干个三角形和梯形（如图,2.2,）。,项目2.1 土方量的计算与调配,地基与基础工程施工,5,断面面积求出后，即可计算土方体积，设各断面面积分别为：,F,1,、,F,2,、,F,n,。,相邻两断面间的距离依次为：,L,1,、,L,2,、,L,3,L,n,，则所求土方体积为：,项目2.1 土方量的计算与调配,地基与基础工程施工,6,下面着重介绍下,方格网法,。其计算步骤如下：,项目2.1 土方量的计算与调配,1.,确定场地设计标高,大型工程项目通常都要确定场地设计平面，进行场地平整。场地平整就是将自然地面改造成人们所要求的平面。场地设计标高应满足规划、生产工艺及运输、排水及最高洪水位等要求，并力求使场地内土方挖填平衡且土方量最小。,地基与基础工程施工,7,确定场地设计标高的方法，有“挖填土方量平衡法”和“最佳设计平面法”。前者是场地设计标高确定一般方法，如场地比较平缓，对场地设计标高无特殊要求，可按照“挖填土方量相等”的原则确定场地设计标高。后者是采用最小二乘法原理，计算出最佳设计平面。所谓最佳设计平面，是指场地各方格角点的挖、填高度的平方和为最小，按照这样的设计平面，既能满足土方工程量为最小，也能保证挖填土方量相等，但是此法的计算较为繁琐。,项目2.1 土方量的计算与调配,地基与基础工程施工,8,1,）挖填土方量平衡法,挖填土方量平衡法，概念直观，计算简便，精度能满足工程要求。采用挖填土方量平衡法确定场地设计标高，可按下述方法进行：,如图,2.3,（,a,）所示，将地形图上场地的范围划分为若干方格。每个方格的角点标高，可根据地形图上该角点相邻两等高线的标高，用插入法（图,2.4,）求得。在无地形图的情况下，可在地面用木桩打好方格网，然后用仪器直接测出各角点标高。,项目2.1 土方量的计算与调配,地基与基础工程施工,9,项目2.1 土方量的计算与调配,地基与基础工程施工,10,从工程经济效益的角度来说，合理的设计标高，应该使得场地内的土方，在场地平整前和平整后相等而达到挖方和填方的平衡，如图,2.3,（,b,）所示，即：,由上式可得到：,项目2.1 土方量的计算与调配,式中：,H,0,所计算场地的设计标高（,m,）；,a,方格边长（,m,）；,n,方格数；,H,i1,、,H,i2,、,H,i3,、,H,i4,第,i,个方格四个角点的原地形标高（,m,）。,地基与基础工程施工,11,从图,2.3,（,b,）可以看出，,H,11,系一个方格的角点标高，,H,12,及,H,21,系相邻两个方格的公共角点标高，,H,22,系相邻的四个方格的公共角点标高。如果将所有方格的四个角点相加，则类似,H,11,这样的角点标高加一次，类似,H,12,、,H,21,的角点标高需加两次，类似,H,22,的角点标高要加四次，这种在计算过程中被应用次数,P,i,反映了各角点标高对计算结果的影响程度，测量上的术语称为“权”。考虑各角点标高的“权”，式,2-6,可改写为便于计算的形式：,项目2.1 土方量的计算与调配,地基与基础工程施工,12,2,）最小二乘法原理求最佳设计平面,挖方量与填方量平衡，但不能保证总的土方量最小。应用最小二乘法的原理，可求得满足上述两个条件的最佳设计平面，即设计标高满足规划、生产工艺及运输、排水及最高洪水水位等要求，并做到场地内土方挖填平衡，且挖填的总土方工程量最小。,当地形比较复杂时，一般需设计成多平面场地，此时可根据工艺要求和地形特点，预先把场地划分成几个平面，分别计算出最佳设计单平面的各个参数。然后适当修正各设计单平面交界处的标高，使场地各单平面之间的变化缓和且连续。因此，确定单平面的最佳设计平面是竖向规划设计的基础。,项目2.1 土方量的计算与调配,地基与基础工程施工,13,我们知道，任何一个平面在直角坐标体系中都可以用三个参数,c,，,i,x,，,i,y,来确定（图,2.7,）。在这个平面上任何一点,i,的标高，可以根据下式求出：,项目2.1 土方量的计算与调配,式中：,i,x,i,点在,x,方向的坐标；,i,y,i,点在,y,方向的坐标。,地基与基础工程施工,14,与前述方法类似，将场地划分成方格网，并将原地形标高,H,i,标于图上，则该场地方格网角点的施工高度为：,项目2.1 土方量的计算与调配,式中：,h,i,方格网各角点的施工高度（,m,）；,H,i,方格网各角点的设计平面标高（,m,）；,H,i,方格网各角点的原地形标高（,m,）。,地基与基础工程施工,15,由土方量计算公式可知，施工高度之和与土方工程量成正比。由于施工高度有正有负，当施工高度之和为零时，则表明该场地土方的填挖平衡，但它不能反映出填方和挖方的绝对值之和为多少。为了不使施工高度正负相互抵消，若把施工高度平方之后再相加，则其总和能反映土方工程填挖方绝对值之和的大小。但要注意，在计算施工高度总和时，应考虑方格网各点施工高度在计算土方量时被应用的次数,Pi,，令,为土方施工高度之平方和，则：,项目2.1 土方量的计算与调配,地基与基础工程施工,16,当,的值最小时，该设计平面既能使土方工程量最小，又能保证填挖方量相等（填挖方不平衡时，上式所得数值不可能最小）。这就是用最小二乘法求最佳设计平面的方法。,为了求得,最小时的设计平面参数,c,，,ix,，,iy,，可以对上式的,c,，,ix,，,iy,分别求偏导数，并令其为,0,，于是得：,项目2.1 土方量的计算与调配,地基与基础工程施工,17,经过整理，可得下列准则方程：,式中：,其他依次类推。,项目2.1 土方量的计算与调配,地基与基础工程施工,18,解联立方程组，可求得最佳设计平面（此时尚未考虑工艺、运输等要求）的三个参数,c,，,ix,，,iy,。然后即可算出各角点的施工高度。,在实际计算时，可采用列表方法（表,2-1,）。最后一列的和,Ph,可用于检验计算结果，当,Ph=0,，则表明计算无误。,应用上述准则方程时，若已知,C,或,ix,，或,iy,时，只要把这些已知值作为常数代入，即可求得该条件下的最佳设计平面，但它与无任何限制条件下求得的最佳设计平面相比，其总土方量一般要比后者大。,项目2.1 土方量的计算与调配,地基与基础工程施工,19,项目2.1 土方量的计算与调配,地基与基础工程施工,20,3,）调整场地设计标高,初步确定场地设计标高仅为一理论值，实际上，还需要考虑以下因素对初步场地设计标高值进行调整，这工作在完成土方量计算后进行。,土的可松性影响。由于具有可松性，会造成填土的多余，需相应地提高设计标高，以达到土方量的实际平衡。,项目2.1 土方量的计算与调配,地基与基础工程施工,21,场内挖方和填方的影响。由于场地内大型基坑挖出的土方、修筑路堤填高的土方，以及从经济角度比较，将部分挖方就近弃于场外（简称弃土）或将部分填方就近取土于场外（简称借土）等，均会引起挖填土方量的变化。必要时，需重新调整设计标高。,考虑工程余土或工程用土，相应提高或降低设计标高。,场地设计平面的调整工作也是繁重的，如修改设计标高，则须重新计算土方工程量。,项目2.1 土方量的计算与调配,地基与基础工程施工,22,2.,划分场地方格网,方格网图由设计单位（一般在,1500,的地形图上）将场地划分为边长,a,10,40m,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和设计标高，如图,2.8,所示。,项目2.1 土方量的计算与调配,地基与基础工程施工,23,项目2.1 土方量的计算与调配,地基与基础工程施工,24,3.,计算场地各个角点的施工高度,施工高度为角点设计地面标高与自然地面标高之差，是以角点设计标高为基准的挖方或填方的施工高度，填在方格点的右上角。各方格角点的施工高度按下式计算：,项目2.1 土方量的计算与调配,式中：,hn,角点施工高度，即填挖高度（,m,）。以“,+”,为填，“”为挖；,Hn,角点设计标高（,m,）；,H,角点的自然地面标高（,m,）。,地基与基础工程施工,25,4.,确定“零线”,如果一个方格中一部分角点的施工高度为“,+”,，而另一部分为“”时，此方格中的土方一部分为填方，一部分为挖方。计算此类方格的土方量需先确定填方与挖方的分界线，即“零线”。,“零线”位置的确定方法是：先求出有关方格边线（此边线一端为挖，一端为填）上的“零点”（即不挖不填的点），然后将相邻的两个“零点”相连即为“零线”。,项目2.1 土方量的计算与调配,地基与基础工程施工,26,如图,2.9,所示，设,h1,为填方角点的填方高度，,h2,为挖方角点的挖方高度，,o,为零点位置，则可求得,项目2.1 土方量的计算与调配,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,）。,地基与基础工程施工,27,在实际工程中，确定零点的办法也可以用图解法，如图,2.10,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。,项目2.1 土方量的计算与调配,地基与基础工程施工,28,5.,计算场地填挖土方量,零线确定后，便可进行土方量的计算。按方格网底面积图形和表,2-2,中的计算公式，计算每个方格内的挖方或填方量。,项目2.1 土方量的计算与调配,地基与基础工程施工,29,项目2.1 土方量的计算与调配,地基与基础工程施工,30,项目2.1 土方量的计算与调配,地基与基础工程施工,31,6.,计算边坡土方量,边坡土方量计算不仅用于平整场地，而且可用于修筑路堤、路堑的边坡挖、填土方量计算，其计算方法常采用图解法。,图解法系根据地形图和边坡竖向布置图或现场测绘，将要计算的边坡划分成两种近似的几何形体进行土方量计算，一种为三角棱锥体，如图,2.11,中、，另一种为三角棱柱体，如图,2.11,中。,项目2.1 土方量的计算与调配,地基与基础工程施工,32,项目2.1 土方量的计算与调配,地基与基础工程施工,33,（,1,）三角棱锥体边坡体积,例如图,2-11,中的，体积计算为：,项目2.1 土方量的计算与调配,式中：,l,1,边坡的长度（,m,）；,A1,边坡的端面积（,m2,），即,式中：,h2,角点的挖土高度（,m,）；,m,边坡的坡度系数，,地基与基础工程施工,34,（,2,）三角棱柱体边坡体积,例如图,2-11,中的，当两端横断面面积相差不大时，体积计算为：,当两端横断面面积相差很大时，则：,项目2.1 土方量的计算与调配,式中：,l,4,边坡的长度（,m,）；,A1,、,A2,、,A0,边坡两端及中部横断面面积（,m2,），算法同上式,2-19,。,地基与基础工程施工,35,7.,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。,项目2.1 土方量的计算与调配,地基与基础工程施工,36,应用案例,2-1,某建筑施工场地地形图和方格网布置，如图,2-12,所示。方格网的边长,a=20m,，方格网各角点上的标高分别为地面的设计标高和自然标高，该场地为粉质粘土，为了保证填方区和挖方区边坡稳定性，设计填方区边坡坡度系数为,1.0,，挖方区边坡坡度系数为,0.5,，试用方格网法计算挖方和填方的总土方量。,项目2.1 土方量的计算与调配,地基与基础工程施工,37,项目2.1 土方量的计算与调配,地基与基础工程施工,38,【解】,1.,计算各角点的施工高度,根据方格网各角点的地面设计标高和自然标高，按照公式,2-16,计算得：,h1=251.50-251.40=0.10,（,m,）；,h2=251.44-251.25=0.19,（,m,）；,h3=251.38-250.85=0.53,（,m,）；,h4=251.32-250.60=0.72,（,m,）；,h5=251.56-251.90=-0.34,（,m,）；,h6=251.50-251.60=-0.10,（,m,）；,h7=251.44-251.28=0.16,（,m,）；,h8=251.38-250.95=0.43,（,m,）；,h9=251.62-252.45=-0.83,（,m,）；,h10=251.56-252.00=-0.44,（,m,）；,h11=251.50-251.70 =-0.20,（,m,）；,h12=251.46-251.40=0.06,（,m,）。,各角点施工高度计算结果标注图,2-13,中。,项目2.1 土方量的计算与调配,地基与基础工程施工,39,项目2.1 土方量的计算与调配,地基与基础工程施工,40,2.,计算零点位置,由图,2-13,可知，方格网边,1-5,、,2-6,、,6-7,、,7-11,、,11-12,两端的施工高度符号不同，这说明在这些方格边上有零点存在，由公式（,2-17,）求得：,1-5,线：,x1=4.55,（,m,）；,2-6,线：,x1=13.10,（,m,）；,6-7,线：,x1=7.69,（,m,）；,7-11,线：,x1=8.89,（,m,）；,11-12,线：,x1=15.38,（,m,）。,将各零点标于图上，并将相邻的零点连接起来，即得零线位置，如图,2-13,所示。,3.,计算各方格的土方量,方格,、,底面为正方形，土方量为：,V,（,+,）,=202/4,（,0.53+0.72+0.16+0.43,）,=184,（,m3,）,V,（,-,）,=202/4,（,0.34+0.10+0.83+0.44,）,=171,（,m3,）,项目2.1 土方量的计算与调配,地基与基础工程施工,41,方格,底面为两个梯形，土方量为：,V,（,+,）,=20/8,（,4.55+13.10,）,（,0.10+0.19,）,=12.80,（,m3,）,V,（,-,）,=20/8,（,15.45+6.90,）,（,0.34+0.10,）,=24.59,（,m3,）,方格,、,、,底面为三边形和五边形，土方量为：,V,（,+,）,=65.73,（,m3,）；,V,（,-,）,=0.88,（,m3,）；,V,（,+,）,=2.92,（,m3,）；,V,（,-,）,=51.10,（,m3,）；,V,（,+,）,=40.89,（,m3,）；,V,（,-,）,=5.70,（,m3,）,方格网总填方量：,V,（,+,）,=184+12.80+65.73+2.92+40.89=306.34,（,m3,）,方格网总挖方量：,V,（,-,）,=171+24.59+0.88+51.10+5.70=253.26,（,m3,）,项目2.1 土方量的计算与调配,地基与基础工程施工,42,4.,边坡土方量计算,如图,2-14,所示，除、按三角棱柱体计算外，其余均按三角棱锥体计算，由式（,2-18,）、（,2-20,）、（,2-21,）计算可得：,V,（,+,）,=0.003,（,m3,）；,V,（,+,）,=V,（,+,）,=0.0001,（,m3,）；,V,（,+,）,=5.22,（,m3,）；,V,（,+,）,=V,（,+,）,=0.06,（,m3,）；,V,（,+,）,=7.93,（,m3,）；,V,（,+,）,=V,（,+,）,=0.01,（,m3,）；,V=0.01,（,m3,）；,V11=2.03,（,m3,）；,V12=V13=0.02,（,m3,）；,V14=3.18,（,m3,）,边坡总填方量：,V,（,+,）,=0.003+0.0001+5.22+20.06+7.93+20.01+0.01 =13.29,（,m3,）,边坡总挖方量：,V,（,-,）,=2.03+20.02+3.18=5.25,（,m3,）,项目2.1 土方量的计算与调配,地基与基础工程施工,43,项目2.1 土方量的计算与调配,地基与基础工程施工,44,项目2.1 土方量的计算与调配,2.1.3,土方平衡与调配,土方工程量计算完成后即可进行土方调配。所谓土方调配，就是对挖方的土需运至何处，填方的土应取自何方，进行统筹安排。其目的是在土方运输量最小或土方运输费最小的条件下，确定挖填方区土方的调配方向、数量即平均运距，从而缩短工期，降低成本。,土方调配工作主要包括一下内容：划分调配区、计算土方调配区之间的平均运距、选择最优的调配方案及绘制土方调配图表。,地基与基础工程施工,45,1.,土方平衡与调配的原则,1,）应力求达到挖、填平衡和运距最短。使挖、填方量与运距的乘积之和尽可能未最小，即使土方运输量或运费最小。应根据场地和其周围地形条件综合考虑，必要时可在填方区周围就近借土，或在挖方区周围就近弃土，而不是只局限于场地以内的挖、填平衡，这样才能做到经济合理。,项目2.1 土方量的计算与调配,地基与基础工程施工,46,2,）应考虑近期施工与后期利用相结合及分区与全场相结合原则，以避免重复挖运和场地混乱。当工程分期分批施工时，先期工程的土方余额应结合后期工程的需要而考虑其利用数量与堆放位置，以便就近调配。堆放位置的选择应为后期工程创造良好的工作面和施工条件，力求避免重复挖运。如先期工程有土方欠额时，可由后期工程地点挖取。,项目2.1 土方量的计算与调配,地基与基础工程施工,47,3,）土方调配还应尽可能与大型地下建筑物的施工相结合。当大型建筑物位于填土区而其基坑开挖的土方量又较大时，为了避免土方的重复挖、填和运输，该填土区暂时不予填土，待地下建筑物施工之后再行填土。为此，在填方保留区附近应有相应的挖方保留区，或将附近挖方工程的余土按需要合理堆放，以便就近调配。,项目2.1 土方量的计算与调配,地基与基础工程施工,48,4,）合理布置挖、填方分区线，选择恰当的调配方向、运输线路，以充分发挥挖方机械和运输车辆的性能。,总之，进行土方调配，必须根据现场的具体情况、有关技术资料、工期要求、土方机械与施工方法，结合上述原则，予以综合考虑，从而做出经济合理的调配方案。,项目2.1 土方量的计算与调配,地基与基础工程施工,49,2.,步骤与方法,1,）划分调配区,在场地平面土上先划出挖、填方区的分界线（即零线），然后在挖、填方区适当划分处若干调配区。调配区的划分应与建筑物的平面位置及土方工程量计算用的方格网相协调，通常可由若干个方格组成一个调配区。同时还应满足土方及运输机械的技术要求。,项目2.1 土方量的计算与调配,地基与基础工程施工,50,2,）计算土方量,计算各调配区的土方量，并标明在调配图上。如图,2-15,所示。,项目2.1 土方量的计算与调配,地基与基础工程施工,51,3,）计算各挖、填方调配区之间的平均运距,平均运距是指挖方区与填方区之间的重心距离。取场地或方格网的纵横两边为坐标轴，计算各调配区的重心位置：,式中：,Vi,第,i,个方格的土方量（,m3,）；,xi,、,yi,第,i,个方格的重心坐标。,项目2.1 土方量的计算与调配,地基与基础工程施工,52,填、挖方区之间的平均运距,L,为：,式中：,xow,、,yow,挖方区的重心坐标；,xoT,、,yoT,填方区的重心坐标,当填、挖方调配区之间的距离较远，采用自行式铲运机或其他运土工具沿现场道路或规定路线运土时，其运距应按实际情况进行计算。为简化计算，也可假定每个方格上的土方都是均匀分布的，从而用图解法求出形心位置以代替重心位置。,项目2.1 土方量的计算与调配,地基与基础工程施工,53,4,）确定土方调配的初始方案,以挖方区与填方区土方调配保持平衡为原则，制定出土方调配的初始方案，通常采用“最小元素法”制定。,最小元素法即对运距（或单价）最小的一对挖填分区，优先地最大限度地供应土方量，满足该分区后，以此类推，直至所有的挖方分区土方量全部分完为止。,项目2.1 土方量的计算与调配,地基与基础工程施工,54,应用案例,已知某场地的挖方区为,W1,、,W2,、,W3,，填方区为,T1,、,T2,、,W3,，其挖填方量如,2-15,所示，求出各挖方区到各填方区的运距及各区的土方量后，绘制出土方平衡运距表，如表,2-3,所示。试用“最小元素法”编制调配方案。,项目2.1 土方量的计算与调配,地基与基础工程施工,55,项目2.1 土方量的计算与调配,地基与基础工程施工,56,先在运距表小方格中找一个最小数值。找出来后确定此最小运距离所对于的土方量，使其尽可能的大。运距可用,Cij,表示。由表中可知,C22=C43=40,最小，在这两个最小运距中任取一个，现取,C43=40,，所对应的需调配的土方量,X43,，从表中表明对应,X43,最大的挖方量是,400,，即把,W4,挖方区的土方全部调到,T3,填方区，而,W4,的土方全部运往,T3,就不能满足,X41,、,X42,的需要了，所以,X41=X42=0,。将,400,填入,X43,格内，同时将,X41,、,X42,格内画上一个“,X”,号，然后在没有填上数字和“,X”,号的方格内再选一个运距最小的方格，即,C22=40,，便可确定,X22=500,，同时使,X21=X23=0,。此时，又将,500,填入,X22,格内，并在,X21,、,X23,格内画上“,X”,号。重复上述步骤，依次确定,Xij,其余的数值，最后得出见表,2-4,的初始调配方案。,项目2.1 土方量的计算与调配,地基与基础工程施工,57,项目2.1 土方量的计算与调配,地基与基础工程施工,58,5,）用“表上作业法”确定最优方案,以初始调配方案为基础，采用“表上作业法”可以求出在保持挖、填平衡的条件下，使土方调配总运距最小的最优方案。该方案使土方调配中最经济的方案，即土方调配最优方案。,将初始方案中有调配数方格的平均运距列出来，再根据这些数字的方格，按下式求解：,Cij,ui,vj,式中：,Cij,本例中的平均运距；,ui,、,vj,位势数。,各空格的检验数：,ij,Cij,ui,vj,最优方案的判别方法：所有检验数,ij0,，则初始方案即为最优解。,项目2.1 土方量的计算与调配,地基与基础工程施工,59,令,u1,0,，则：,v1,C11-u1,50-0,50,；,u3,C31-v1,60-50,10,；,v2,C32-u3,110-10,100,；,v3,C33-u3,70-10,60,；,u2,C22-v2,40-100,-60,；,u4,C43-v3,40-60,-20,，将依次求得的位势数填入表,2-5,中。,依次求出各空格的检验数。如：,21,C21-u2-v1,70-,（,-60,）,-50,80,0,。但是,12,C12-u1-v2,70-0-100,-30,0,，故初始方案还不是最优方案，需要进行进一步调整。我们将检验数依次填入下表，表中只写出各检验数的正负号，因为我们只对检验数的符号感兴趣，而检验数的值对求解无关，因此可不必填入具体数值。,项目2.1 土方量的计算与调配,地基与基础工程施工,60,项目2.1 土方量的计算与调配,地基与基础工程施工,61,6,）方案的调整,（,1,）在所有负检验数中选一个（一般可选最小的一个），应用案例,2-2,中就是,12,，把它所对应的变量（,X12,）作为调整对象。,（,2,）找出该变量的闭回路。对于应用案例,2-2,，其作法是：从,X12,方格出发，沿水平或竖直方向前进，遇到适当的有数字的方格作,90,转弯。然后依次继续前进，如果线路恰当，有限步后便能回到出发点，形成一条有数字的方格为转角点的、用水平和竖直线联起来的闭回路（见表,2-6,）。,（,3,）从空格,X12,出发，沿着闭回路（方向任意）一直前进，在各奇数次转角点（以,X12,出发为,0,）的数字中，挑出一个最小的（本表即为,500,、,100,中选,100,），将它由,X32,调到,X12,方格中（即为空格中），如表,2-6,所示。,项目2.1 土方量的计算与调配,地基与基础工程施工,62,项目2.1 土方量的计算与调配,地基与基础工程施工,63,（,4,）将,100,填入,X12,方格中，被挑出的,X32,为,0,（变为空格）；同时将闭回路上其他奇数次转角上的数字都减去,100,，偶次转角上数字都增加,100,，使得填、挖方区的土方量仍然保持平衡，这样调整后，便可得新的调配方案（表,2-7,）。,（,5,）对新调配方案，仍用“位势法”进行检验。看其是否最优方案。若检验数中仍有负数出现那就仍按上述步骤调整，直到求得最优方案为止。,项目2.1 土方量的计算与调配,地基与基础工程施工,64,项目2.1 土方量的计算与调配,地基与基础工程施工,65,对于应用案例,2-2,，按照上述步骤，求出相应的位势数，填入表,2-8,。通过计算，表中所有检验数均为正号，故该方案（表,2-7,）即为最优方案。,最优方案与初始方案总运输量比较如下：,初始方案的总运输量为：,Z1,50050+50040+30060+100110+10070+40040,97000,（,m3m,）；,最优方案的总运输量为：,Z2,40050+10070+50040+40060+10070+40040,94000,（,m3m,）；,Z2,Z1,94000,97000,3000,（,m3m,）。即调整后总运输量减少了,3000,（,m3m,）。,项目2.1 土方量的计算与调配,地基与基础工程施工,66,项目2.1 土方量的计算与调配,地基与基础工程施工,67,7,）绘出土方调配图,经土方调配最优化求出最佳土方调配后，即可绘制土方调配图以指导土方工程施工。如图,2-16,所示。,项目2.1 土方量的计算与调配,地基与基础工程施工,68,2.2.1,施工机械及其特点,1.,推土机,推土机是土方工程施工的主要机械之一，是在履带式拖拉机上安装推土铲刀等工作装置而成的机械。按铲刀的操纵机构不同，推土机分为索式和液压式两种。索式推土机的铲刀借本身自重切入土中，在硬土中切土深度较小。液压式推土机由于用液压操纵，能使铲刀强制切入土中，切入深度较大。同时，液压式推土机铲刀还可以调整角度，具有更大的灵活性，是目前常用的一种推土机（图,2-17,）。,项目2.2 土方机械化施工,地基与基础工程施工,69,项目2.2 土方机械化施工,地基与基础工程施工,70,推土机操纵灵活，运转方便，所需工作面较小、行驶速度快、易于转移，能爬,30,左右的缓坡，因此应用范围较广。适用于开挖一至三类土。多用于挖土深度不大的场地平整，开挖深度不大于,1.5m,的基坑，回填基坑和沟槽，堆筑高度在,1.5m,以内的路基、堤坝，平整其他机械卸置的土堆；推送松散的硬土、岩石和冻土，配合铲运机进行助铲；配合挖土机施工，为挖土机清理余土和创造工作面。此外，将铲刀卸下后，还能牵引其他无动力的土方施工机械，如拖式铲运机、松土机、羊足碾等，进行土方其他施工过程的施工。,项目2.2 土方机械化施工,地基与基础工程施工,71,1,）推土机作业方法,推土机的运距宜在,100m,以内，效率最高的推运距离为,40,60m,。为提高生产率，可采用下述方法：,（,1,）下坡推土,推土机顺地面坡势沿下坡方向推土，借助机械往下的重力作用，可增大铲刀切土深度和运土数量，可提高推土机能力和缩短推土时间，一般可提高生产率,30%,40%,。但坡度不宜大于,15,，以免后退时爬坡困难（图,2-18,）。,项目2.2 土方机械化施工,地基与基础工程施工,72,项目2.2 土方机械化施工,地基与基础工程施工,73,（,2,）槽形推土,当运距较远，挖土层较厚时，利用已推过的土槽再次推土，可以减少铲刀两侧土的散漏（图,1.52,）。这样作业可提高效率,10%,30%,。槽深,1m,左右为宜，槽间土埂宽约,0.5m,。在推出多条槽后，再将土埂推入槽内，然后运出（图,2-19,）。,此外，对于推运疏松土壤，且运距较大时，还应在铲刀两侧装置挡板，以增加铲刀前土的体积，减少土向两侧散失。在土层较硬的情况下，则可在铲刀前面装置活动松土齿，当推土机倒退回程时，即可将土翻松。这样，便可减少切土时阻力，从而可提高切土运行速度。,项目2.2 土方机械化施工,地基与基础工程施工,74,（,3,）并列推土,对于大面积的施工区，可用,2,3,台推土机并列推土。推土时两铲刀相距,15,30cm,，这样可以减少土的散失而增大推土量，能提高生产率,15%,30%,（图,2-20,）。但平均运距不宜超过,50,75m,亦不宜小于,20m,；且推土机数量不宜超过,3,台，否则倒车不便，行驶不一致，反而影响生产率的提高。,（,4,）分批集中，一次推送,若运距较远而土质又比较坚硬时，由于切土的深度不大，宜采用多次铲土，分批集中，再一次推送的方法，使铲刀前保持满载，以提高生产率。,项目2.2 土方机械化施工,地基与基础工程施工,75,项目2.2 土方机械化施工,地基与基础工程施工,76,2,）推土机的生产率计算,推土机的生产率为：,式中：,Qd,台班生产率（,m3/,台班）；,Qh,推土机生产率（,m3/h,）；,TV,从推土开始到将土送到填土地点的延续时间（,s,）；,q,推土机每次推土量（,m3,）；,Ks,土的最初可松性系数；,KB,时间利用系数，取,KB=0.72,0.75,。,项目2.2 土方机械化施工,地基与基础工程施工,77,2.铲运机,铲运机是一种能够独立完成铲土、运土、卸土、填筑、整平的土方机械。按行走机构可分为拖式铲运机（图,2-21,）和自行式铲运机（图,2-22,）两种。拖式铲运机由拖拉机牵引，自行式铲运机的行驶和作业都靠本身的动力设备。,项目2.2 土方机械化施工,地基与基础工程施工,78,铲运机的工作装置是铲斗，铲斗前方有一个能开启的斗门，铲斗前设有切土刀片。切土时，铲斗门打开，铲斗下降，刀片切入土中。铲运机前进时，被切入的土挤入铲斗；铲斗装满土后，提起土斗，放下斗门，将土运至卸土地点。,铲运机对行驶的道路要求较低，操纵灵活，生产率较高。可在一三类土中直接挖、运土，常用于坡度在,20,以内的大面积土方挖、填、平整和压实，大型基坑、沟槽的开挖，路基和堤坝的填筑，不适于砾石层、冻土地带及沼泽地区使用。坚硬土开挖时要用推土机助铲或用松土机配合。,项目2.2 土方机械化施工,地基与基础工程施工,79,1,）铲运机作业方法,在土方工程中，常使用的铲运机的铲斗容量为,2.5,8m3,；自行式铲运机适用于运距,800,3500m,的大型土方工程施工，以运距在,800,1500m,的范围内的生产效率最高；拖式铲运机适用于运距为,80,800m,的土方工程施工，而运距在,200,350m,时，效率最高。如果采用双联铲运或挂大斗铲运时，其运距可增加到,1000m,。运距越长，生产率越低，因此，在规划铲运机的运行路线时，应力求符合经济运距的要求。为提高生产率，一般采用下述方法：,项目2.2 土方机械化施工,地基与基础工程施工,80,（,1,）合理选择铲运机的开行路线,在场地平整施工中，铲运机的开行路线应根据场地挖、填方区分布的具体情况合理选择，这对提高铲运机的生产率有很大关系。铲运机的开行路线，一般有以下几种：,环形路线。当地形起伏不大，施工地段较短时，多采用环形路线（图,2-23a,、,b,）。环形路线每一循环只完成一次铲土和卸土，挖土和填土交替；挖填之间距离较短时，则可采用大循环路线（图,2-23c,），一个循环能完成多次铲土和卸土，这样可减少铲运机的转弯次数，提高工作效率。,项目2.2 土方机械化施工,地基与基础工程施工,81,项目2.2 土方机械化施工,地基与基础工程施工,82,“,8”,字形路线。施工地段较长或地形起伏较大时，多采用“,8”,字形开行路线（图,2-23d,）。这种开行路线，铲运机在上下坡时是斜向行驶，受地形坡度限制小；一个循环中两次转弯方向不同，可避免机械行驶时的单侧磨损；一个循环完成两次铲土和卸土，减少了转弯次数及空车行驶距离，从而亦可缩短运行时间，提高生产率。,尚需指出，铲运机应避免在转弯时铲土，否则。铲刀受力不均易引起翻车事故。因此，为了充分发挥铲运机的效能，保证能在直线段上铲土并装满土斗，要求铲土区应有足够的最小铲土长度。,项目2.2 土方机械化施工,地基与基础工程施工,83,（,2,）作业方法,为提高铲运机的生产效率，除了合理选择开行路线外，还可根据不同的施工条件，采取不同的施工方法。,下坡铲土。铲运机利用地形进行下坡推土，借助铲运机的重力，加深铲斗切土深度。缩短铲土时间；但纵坡不得超过,25,，横坡不大于,5,，铲运机不能在陡坡上急转弯，以免翻车。,跨铲法。铲运机间隔铲土，预留土埂（图,2-24,）。这样，在间隔铲土时由于形成一个土槽，减少向外撒土量；铲土埂时，铲土阻力减小。一般土埂高不大于,300mm,，宽度不大于拖拉机两履带间的净距。,项目2.2 土方机械化施工,地基与基础工程施工,84,项目2.2 土方机械化施工,地基与基础工程施工,85,推土机助铲（图,2-25,）。地势平坦、土质较坚硬时，可用推土机在铲运机后面顶推，以加大铲刀切土能力，缩短铲土时间，提高生产率。推土机在助铲的空隙可兼作松土或平整工作，为铲运机创造作业条件。,双联铲运法。当拖式铲运机的动力有富裕时，可在拖拉机后面串联两个铲斗进行双联铲运（图,2-26,）。对坚硬土层，可用双联单铲，即一个土斗铲满后，再铲另一斗土；对松软土层，则可用双联双铲，即两个土斗同时铲土。,挂大斗铲运。在土质松软地区，可改挂大型铲土斗，以充分利用拖拉机的牵引力来提高工效。,项目2.2 土方机械化施工,地基与基础工程施工,86,项目2.2 土方机械化施工,地基与基础工程施工,87,2,）铲运机的生产率计算,铲运机的生产率可按下式计算：,式中：,Qd,铲运机台班生产率（,m3/,台班）；,Qh,铲运机生产率（,m3/h,）；,Tc,从挖土开始至卸土完毕的循环延续时间（,s,）；,q,铲斗容量（,m3,）；,Kc,铲斗装土的充盈系数，一般砂土为,0.75,，其他土为,0.85,1.0,；,Ks,土的最初可松性系数；,KB,时间利用系数，取,KB=0.65,0.75,。,项目2.2 土方机械化施工,地基与基础工程施工,88,3.单斗挖土机,单斗挖土机是基坑（槽）土方开挖常用的一种机械。按其行走装置的不同，分为履带式和轮胎式两类。根据工作的需要，其工作装置可以更换。依其工作装置的不同，分为正铲、反铲、拉铲和抓铲四种。,1,）正铲挖土机,正铲挖土机的挖土特点是：前进向上，强制切土。它适用于开挖停机面以上的一三类土，且需与运土汽车配合完成整个挖运任务，其挖掘力大，生产率高。开挖大型基坑时需设坡道，挖土机在坑内作业，因此适宜在土质较好、无地下水的地区工作；当地下水位较高时，应采取降低地下水位的措施，把基坑土疏干。,项目2.2 土方机械化施工,地基与基础工程施工,89,（,1,）正铲挖土机的作业方式。根据挖土机的开挖路线与汽车相对位置不同，其卸土方式有侧向卸土和后方卸土两种。,正向挖土，侧向卸土（图,2-27a,）。即挖土机沿前进方向挖土，运输车辆停在侧面卸土（可停在停机面上或高于停机面）。此法挖土机卸土时动臂转角小，运输车辆行驶方便，故生产效率高，应用较广。,正向挖土，后方卸土。即挖土机沿前进方向挖土，运输车辆停在挖土机后方装土（图,2-27b,）。此法挖土机卸土时动臂转角大、生产率低，运输车辆要倒车进入。一般在基坑窄而深的情况下采用。,项目2.2 土方机械化施工,地基与基础工程施工,90,项目2.2 土方机械化施工,地基与基础工程施工,91,（,2,）正铲挖土机的工作面。挖土机的工作面是指挖土机在一个停机点进行挖土的工作范围。工作面的形状和尺寸取决于挖土机的性能和卸土方式。根据挖土机作业方式不同，挖土机的工作面分为侧工作面与正工作面两种。,挖土机侧向卸土方式就构成了侧工作面，根据运输车辆与挖土机的停放标高是否相同又分为高卸侧工作面（车辆停放处高于挖土机停机面）及平卸侧工作面（车辆与挖土机在同一标高），高卸、平卸侧工作面的形状及尺寸分别见图,2-28a,和图,2-28b,。,挖土机后向卸土方式则形成正工作面，正工作面的形状和尺寸是左右对称的。,项目2.2 土方机械化施工,地基与基础工程施工,92,项目2.2 土方机械化施工,地基与基础工程施工,93,（,3,）正铲挖土机的开行通道。在正铲挖土机开挖大面积基坑时，必须对挖土机作业时的开行路线和工作面进行设计，确定出开行次序和次数，称为开行通道。当基坑开挖深度较小时，可布置一层开行通道（图,2-29,），基坑开挖时，挖土机开行三次。第一次开行采用正向挖土，后方卸土的作业方式，为正工作面；挖土机进入基坑要挖坡道，坡道的坡度为,1,：,8,左右。第二三次开行时采用侧方卸土的平侧工作面。,项目2.2 土方机械化施工,地基与基础工程施工,94,项目2.2 土方机械化施工,地基与基础工程施工,95,当基坑宽度稍大于正工作面的宽度时，为了减少挖土机的开行次数，可采用加宽工作面的办法，挖土机按“之”字形路线开行（图,2-30a,）。,当基坑的深度较大时，则开行通道可布置成多层（图,2-30b,），即为三层通道的布置。,项目2.2 土方机械化施工,地基与基础工程施工,96,2,）反铲挖土机,反铲挖土机的挖土特点是：后退向下，强制切土。其挖掘力比正铲小，能开挖停机面以下的一三类土（机械传动反铲只宜挖一二类土）。不需设置进出口通道，适用于一次开挖深度在,4m,左右的基坑、基槽、管沟，亦可用于地下水位较高的土方开挖；在深基坑开挖中，依靠止水挡土结构或井点降水，反铲挖土机通过下坡道，采用台阶式接力方式挖土也是常用方法。反铲挖土机可以与自卸汽车配合，装土运走，也可弃土于坑槽附近。履带式机械传动反铲挖土机的工作性能见图,2-31,，履带式液压反铲挖土机的工作性能见图,2-32,。,项目2.2 土方机械化施工,地基与基础工程施工,97,项目2.2 土方机械化施工,地基与基础工程施工,98,反铲挖土机的作业方式可分为沟端开挖（图,2-33a,）和沟侧开挖（图,2-33b,）两种。,（,1,）沟端开挖。挖土机停在基坑（槽）的端部，向后倒退挖土，汽车停在基槽两侧装上。其优点是挖土机停放平稳，装土或甩土时回转角度小，挖土效率高，挖的深度和宽度也较大。基坑较宽时，可多次开行开挖（图,2-34,）。,（,2,）沟侧开挖。挖土机沿基槽的一侧移动挖土，将土弃于距基槽较远处。沟侧开挖时开挖方向与挖土机移动方向相垂直，所以稳定性较差，而且挖的深度和宽度均较小，一般只在无法采用沟端开挖或挖土不需运走时采用。,项目2.2 土方机械化施工,地基与基础工程施工,99,项目2.2 土方机械化施工,地基与基础工程施工,100,3,）拉铲挖土机,拉铲挖土机（图,2-35,）的土斗用钢丝绳悬挂在挖土机长臂上，挖土时土斗在自重作用下落到地面切入土中。其挖土特点是：后退向下，自重切土；其挖土深度和挖土半径均较大，能开挖停机面以下的一二类土，但不如反铲动作灵活准确。适用于开挖较深较大的基坑（槽）、沟渠，挖取水中泥土以及填筑路基，修筑堤坝等。,拉铲挖土机的开挖方式与反铲挖土机的开挖方式相似，可沟侧开挖也可沟端开挖。,项目2.2 土方机械化施工,地基与基础工程施工,101,项目2.2 土方机械化施工,地基与基础工程施工,102,4,）抓铲挖土机,机械传动抓铲挖土机（图,2-36,）是在挖土机臂端用钢丝绳吊装一个抓斗。其挖土特点是：直上直下，自重切土。其挖掘力较小，能开挖停机面以下的一二类土。适用于开挖软土地基基坑，特别是其中窄而深的基坑、深槽、深井采用抓铲效果理想；抓铲还可用于疏通旧有渠道以及挖取水中淤泥等，或用于装卸碎石、矿渣等松散材料。抓铲也有采用液压传动操纵抓斗作业，其挖掘力和精度优于机械传动抓铲挖土机。,项目2.2 土方机械化施工,地基与基础工程施工,103,项目2.2 土方机械化施工,地基与基础工程施工,104,5,）挖土机生产率及机具数量计算,（,1,）挖土机生产率计算。单斗挖土机台班生产率可按下式计算：,式中：,Qd,单斗挖土机台班生产率（,m3/,台班）；,t,挖掘机每次循环作业延续时间（,s,），即每挖一斗的时间；,q,挖土机斗容量（,m3,）；,Ks,土的最初可松性系数；,Kc,土斗的充盈系数，可取,0.8,1.1,；,KB,工作时间利用系数，一般取,0.6,0.8,。,项目2.2 土方机械化施工,地基与基础工程施工,105,（,2,）挖土机需用数量计算。挖土机需用数量,N,（台），应根据土方量和工期要求按下式计算：,式,中：,N1,挖土机需用的数量（台）,Q,土方量（,m3,）；,Qd,挖土机生产率（,m3/,台班）；,T,工期（工作日）；,C,每天工作班数；,K1,时间利用系数，可取,0.8,0.9,。,项目2.2 土方机械化施工,地基与基础工程施工,106,（,3,）运土汽车配备数量计算。运土汽车数量应保证挖土机连续工作，需用自卸汽车台数,N2,，按下式计算：,式中：,N2,运土汽车需要的数量（台）,Q,土方量（,m3,）；,Q1,自卸汽车生产率（,m3/,台班）。,土方工程除了实现综合机械化施工以外，还应组织流水施工，以充分发挥机械效能，加快施工进度。,项目2.2 土方机械化施工,地基与基础工程施工,107,4.装载机,装载机是用一个装在专用底盘或拖拉机底盘前端的铲斗，铲装、运输和倾卸物料的铲土运输机械。它利用牵引力和工作装置产生的掘起力进行工作，用于装卸松散物料，并可完成短距离运土。如更换工作装置，还可进行铲土、推土、起重和牵引等多种作业，具有较好的机动灵活性，在工程上得到广泛使用。,项目2.2 土方机械化施工,地基与基础工程施工,108,装载机按行走方式分履带式和轮胎式，如图,2-37,；按机身结构分刚性结构和铰接结构；按回转方式分全回转、,90,回转和非回转式；按传动方式分机械传动、液力机械传动和液压传动。当前，液力机械传动、带铰接车架的大型轮胎式前卸装载机，由于构造不复杂、机动性大、使用可靠，是我国使用最广泛的型式。,单斗装载机的作业过程是：机械驶向料堆，放下动臂，铲斗插入料堆，操纵液压缸使铲斗装满，机械倒车退出，举升动臂到运输高度，机械驶向卸料地点，铲斗倾翻卸料，倒车退出并放下动臂，再驶回装料处进行下一循环。单斗装载机一般常与自卸汽车配合作业，可以有较高的工作效率。,项目2.2 土方机械化施工,地基与基础工程施工,109,项目2.2 土方机械化施工,地基与基础工程施工,110,2.2.2 施工机械选择和开挖注意事项,1,机械开挖应根据工程地下水位高低、施工机械条件、进度要求等合理地选用施工机械，以充分发挥机械效率，节省机械费用，加速工程进度。一般深度,2m,以内、基坑不太长时的土方开挖，宜采用推土机或装载机推土和装车；深度在,2m,以内长度较大的基坑，可用铲运机铲运土或加助铲铲土；对面积大且深的基坑，且有地下水或土的湿度大，基坑深度不大于,5m,可采用液压反铲挖掘机在停机面一次开挖；深,5m,以上，通常采用反铲分层开挖并开坡道运土。如土质好且无地下水也可开沟道，用正铲挖土机下入基坑分层开挖，多采用,0.5m3,、,1.0m3,斗容量的液压正铲挖掘。在地下水中挖土可用拉铲或抓铲，效率较高。,项目2.2 土方机械化施工,地基与基础工程施工,111,2,自卸汽车选型。自卸汽车吨位的选择与运量、装载设备种类及道路条件有关。汽车吨位应与装载设备的斗容相匹配。装载设备斗容偏小时，装车时间长，影响汽车效率；斗容过大时，对汽车的冲击力大，装偏后不易调整，对汽车损坏大，一般以,3,5,斗装满汽车为宜。,3,使用大型土方机械在坑下作业，如为软土地基或在雨期施工，进入基坑行走需铺垫钢板或铺路基箱垫道。所以对大型软土基坑，为减少分层挖运土方的复杂性，还可采用“接力挖土法”