实训：土方工程量计算教材课件.ppt

1、土的含水量土的含水量：土中水的质量与固体颗粒质量之比的百分率。1.1.2 1.1.2 土的工程性质土的工程性质 1.1.2.1 1.1.2.1 土的含水量土的含水量 -100%100%wsmmmWmm干湿干式中：m湿含水状态土的质量，kg； m干烘干后土的质量，kg； mW 土中水的质量，kg； mS固体颗粒的质量，kg。 土的含水量随气候条件、雨雪和地下水的影响而变化，对土方边坡的稳定性及填方密实程度有直接的影响。(1.1)测定方法测定方法：先称取原土样质量：先称取原土样质量m，再将土样放入烘箱，再将土样放入烘箱（105105）烘干。）烘干。最佳含水量最佳含水量：在一定含水量的条件下，用同样

2、的夯实：在一定含水量的条件下，用同样的夯实机具，可使回填土达到最大的密实度。机具，可使回填土达到最大的密实度。（1）土的天然密度土的天然密度: : 在天然状态下，单位体积土的质量。它在天然状态下，单位体积土的质量。它 与土的密实程度和含水量有关。与土的密实程度和含水量有关。 土的天然密度按下式计算：土的天然密度按下式计算： 1.1.2.2 1.1.2.2 土的天然密度和干密度土的天然密度和干密度 mV式中土的天然密度，kg/m3； m 土的总质量，kg； V 土的体积，m3。 (1.2) 在土方运输中，汽车在土方运输中，汽车载重量折算体积时，采用载重量折算体积时，采用天然密度。天然密度。（2

3、2）干密度）干密度: : 土的固体颗粒质量与总体积的比值，用下式 表示： sdmV式中d土的干密度，kg/m3； mS 固体颗粒质量，kg； V 土的体积，m3。 在一定程度上，土的干密度反映了土的颗粒排列紧在一定程度上，土的干密度反映了土的颗粒排列紧密程度。密程度。土的干密度愈大，表示土愈密实。土的干密度愈大，表示土愈密实。土的密实土的密实程度主要通过检验填方土的干密程度主要通过检验填方土的干密度和含水量来控制。度和含水量来控制。 (1.3)d11.1.2.3 1.1.2.3 土的可松性系数土的可松性系数 土的可松性：土的可松性：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

4、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： 21sVKV31sVKV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。(1.4)(1.5)例题例题 有一填坑，其土方量为有一填坑，其土方量为1000m1000m3 3，使用斗容量，使用斗容量3m3m3 3的汽车的汽车运土，每车运费运土，每车运费1010元，请问填满夯实此坑需多少运费？元，请问填满夯实此坑需多少运费？（K Ks s1.251.25， K Ks s1.11.1） 解：解： V V2 2 K Ks s

5、V V1 1 K Ks s V V3 3/ / K Ks s 1.251.251000/1.1 1000/1.1 1136.4 m1136.4 m3 3 W W 10101136.4/3 1136.4/3 3788 3788 元元土的最初可松性系数KS是计算车辆装运土方体积及挖土机械的主要参数；土的最终可松性系数是计算填方所需挖土工程量的主要参数，各类土的可松性系数见表见表1.1所示所示。 1.1.2.4 1.1.2.4 土的渗透性土的渗透性土的渗透性土的渗透性：指土体被水透过的性质。土的渗透性用渗透系数表示。渗透系数：渗透系数：表示单位时间内水穿透土层的能力，以m/d表示；它同土的颗粒级配、

6、密实程度等有关，是人工降低地下水位及选择各类井点的主要参数。土的渗透系数见表见表1. .2所示所示。 表1.2 土的渗透系数参考表 土的名称 渗透系数(m/d) 土的名称渗透系数(m/d) 粘土 0.005 中砂 5.0020.00 亚 粘 土 0.0050.10 均质中砂 3550 轻亚粘土 0.100.50 粗砂 2050 黄土 0.250.50 圆 砾 石 50100 粉砂 0.501.00 卵石 100500 细砂 1.005.00 1.2.1 1.2.1 基坑与基槽土方量计算基坑与基槽土方量计算 基坑土方量基坑土方量可按立体几何中拟柱体(由两个平行的平面作底的一种多面体)体积公式计算

7、( (图图1.1.1)。即 102(4)6HVAAA式中 H 基坑深度，m； A1、A2基坑上、下底的面积，m2； A0 基坑中截面的面积，m2。(1.6)基槽土方量计算可沿长度方向分段计算(图图1. .2)： 1102(4)6LVAAA式中V1第一段的土方量，m3； L1 第一段的长度，m。 将各段土方量相加即得总土方量： 12nVVVV(1.7)(1.8)1.2.2 1.2.2 场地平整土方计算场地平整土方计算 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，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。 场地挖填土方量计算有方格网

8、法和横截面法两种。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。 断面法断面法 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。 方法：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。 断面面积求出后，即可计算土方体积，设各断面面积分别为：F1、F2、Fn。 相邻两断面间的距离依次为：L1、L2、L3Ln，则所求土方体积为： 方格网法计算场地平整土方量

9、步骤为：方格网法计算场地平整土方量步骤为：(1) (1) 读识方格网图读识方格网图 方格网图方格网图由设计单位由设计单位( (一般在一般在1/5001/500的地形图上的地形图上) )将场地划分为边长将场地划分为边长 a a101040m 40m 的若干方格，与测的若干方格，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（标注角点的自然地面标高（H H）和设计标高（）和设计标高（H Hn n），），如图如图1.31.3所示所示。(2)(2)计算场地各个角点的施工高度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

10、面标高之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差，是以角点设计标高为基准的挖方或填方的施工高施工高度。各方格角点的度。各方格角点的施工高度施工高度按下式计算：按下式计算： nnhHH式中：式中：h hn n角点施工高度即填挖高度（以角点施工高度即填挖高度（以“+”+”为填，为填，“-”-”为为 挖），挖），m m； n 方格的角点编号方格的角点编号(自然数列自然数列1，2，3，n)。 (1.9)(3) 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”( (图图1.4)1.4)。零

11、点位置按下式计算： 1112ahXhh2212ahXhh式中式中 x x1 1、x x2 2角点至零点的距离，角点至零点的距离，m m； h h1 1、h h2 2相邻两角点的施工高度相邻两角点的施工高度( (均用绝对值均用绝对值) )，m m； a a方格网的边长，方格网的边长，m m。 (1.10) 确定零点的办法也可以用图解法，如图1.5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。 (4) 计算方格土方工程量 按方格底面积图形和表表1.31.3所列计算公式，逐格计算每个方格内的挖

12、方量或填方量。(5) 边坡土方量计算 场地的挖方区和填方区的边沿都需要做成边坡，以保证挖方土壁和填方区的稳定。边坡的土方量可以划分成两种近似的几何形体进行计算，一种为三角棱锥体(图图1.61.6中、)，另一种为三角棱柱体(图图1.61.6中)。 表1.3 常用方格网点计算公式 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) 32312366hbchVbca hV当b=a=c时， =1324()()248()()248hbcaVabc hhhdeaVade hh22123()25()25hbcVahhhbca221234(

13、)44aaVhhhhhA三角棱锥体边坡体积11 113VAl式中 l1边坡的长度； A1边坡的端面积； h2角点的挖土高度； m边坡的坡度系数，m=宽/高。(1.11)B三角棱柱体边坡体积 两端横断面面积相差很大的情况下，边坡体积 式中l4边坡的长度； A1、A2、A0边坡两端及中部横断面面积。 12442AAVl44102(4)6lVAAAC C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。 (1.12)(1.13)【例1.1】某建筑场地方格网如图如图1.71.7所示所示，方格边长为20m20m，填方区边坡坡度系数为1.0，挖方区边坡

14、坡度系数为0.5，试用公式法计算挖方和填方的总土方量。 【解】 (1) 根据所给方格网各角点的地面设计标高和自然标高，计算结果列于图图1.81.8中。 由公式1.91.9得： h1=251.50-251.40=0.10 h2=251.44-251.25=0.19 h3=251.38-250.85=0.53 h4=251.32-250.60=0.72 h5=251.56-251.90=-0.34h6=251.50-251.60=-0.10 h7=251.44-251.28=0.16 h8=251.38-250.95=0.43 h9=251.62-252.45=-0.83 h10=251.56-2

15、52.00=-0.44 h11=251.50-251.70 =-0.20 h12=251.46-251.40=0.06(2) 计算零点位置。从图图1.81.8中可知，15、26、67、711、1112五条方格边两端的施工高度符号不同，说明此方格边上有零点存在。 由公式1.10 求得： 15线 x1=4.55(m) 26线 x1=13.10(m) 67线 x1=7.69(m) 711线 x1=8.89(m) 1112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，如如图图1. .8。 (3) 计算方格土方量。方格、底面为正方形，土方量为： V(+)=202/4

16、(0.53+0.72+0.16+0.43)=184(m3) V(-)=202/4(0.34+0.10+0.83+0.44)=171(m3) 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(+)=1

17、84+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)(4) 边坡土方量计算。如图如图1.91.9，、按三角棱柱体计算外，其余均按三角棱锥体计算， 依式 1.11、1.12 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

18、(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) 1.2.3 1.2.3 土方调配土方调配 土方调配是土方工程施工组织设计(土方规划)中的一个重要内容，在平整场地土方工程量计算完成后进行。编制土方调配方案应根据地形及地理条件，把挖方区和填方区划分成若干个调配区，计算各调配区的土方量，并计算每对挖、填方区之间的平均运距(即挖方区重心至填方区重心的距离)，确定挖方各调配区的土方调配方案，应使土方总运输量最小或

19、土方运输费用最少，而且便于施工，从而可以缩短工期、降低成本。 土方调配的原则：力求达到挖方与填方平衡和运距最短的原则；近期施工与后期利用的原则。 进行土方调配，必须依据现场具体情况、有关技术资料、工期要求、土方施工方法与运输方法，综合上述原则，并经计算比较，选择经济合理的调配方案。 调配方案确定后，绘制土方调配图(如图如图1.101.10)。在土方调配图上要注明挖填调配区、调配方向、土方数量和每对挖填之间的平均运距。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。土方调配步骤与方法 （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

20、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。（2）计算各调配区的土方量，并标明在调配图上。如图所示。 （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； xi 、yi第i个方格的重心坐标。 为简化计算，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。 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1.4所示。 表1.

21、4 土方平衡运距表注：表中小方格内的数字为平均运距，用表示，单位m。表示i挖方区调入j填方区的土方量(100m3)5050：挖区：挖区W W1 1到填区到填区T T1 1的平均运距的平均运距X X11：挖区：挖区W W1 1调配到填区调配到填区T T1 1的土方量的土方量=1900=1900：假定挖填平衡，：假定挖填平衡，即挖方量填方量即挖方量填方量1900m1900m3 3（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）。初始调配方案 1 1、寻找平均运距、寻找平均运距最小值最小值2 2、平均运距最、平均运距最小值：

22、小值：40402 2、平均运距最、平均运距最小值：小值：40403 3、确定调配土方值，、确定调配土方值，使其尽可能的大。使其尽可能的大。3 3、确定调配土方值，、确定调配土方值，使其尽可能的大。使其尽可能的大。4 4、再寻找其他平均运、再寻找其他平均运距最小的方格，即距最小的方格，即5050。5 5、同样，再确定调配、同样，再确定调配土方值，使其尽可能的土方值，使其尽可能的大。大。（5）确定土方调配的最优方案 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。 最优方案的判别法：所有检验数ij0，则初始方案即为最优解。 将初始方案中有调配数

23、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： Cijuivj 式中： Cij 本例中的平均运距； ui、vj位势数。 各空格的检验数：ij Cijuivj 令u10，则 v1C11-u150-050 u3C31-v160-5010 v2C32-u3110-10100 v3C33-u370-1060 u2C22-v240-100-60 u4C43-v340-60-20 依次求出各空格的检验数。如： 21C21u2v1 70（60）5080 但是：12C12u1v2 700100300 故初始方案还不是最优方案，需要进行进一步调整。调整后的最优方案（6）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知道土方工程施工。如图所示。