【正文】 地基與基礎(chǔ)工程施工 1 項目 2 土方工程施工 土方量的計算與調(diào)配 土方機(jī)械化施工 土方開挖 土方填筑與壓實(shí) 項目 土方量的計算與調(diào)配 ? 基坑、基槽土方量計算 ? 1．基坑土方量計算 ? 基坑土方量可按立體幾何中的擬柱體（由兩個平行的平面做底的一種多面體）體積公式計算（如圖），即 ( )201坑 46 AAAHV ++=式中： H —— 基坑深度 ， m A A2 —— 基坑上 、 下底的面積 ， m2； A0 — 基坑中截面的面積 ， m2。 地基與基礎(chǔ)工程施工 2 項目 土方量的計算與調(diào)配 ? 2．基槽土方量計算 ? 基槽和路堤、管溝的土方量，可沿其長度方向分段后，再按基坑土方量計算方法分別計算各段土方量，匯總得到總土方量。即： 式中： Vi—— 基槽的第 i段土方量（ m3）。 ∑ = iVV槽? 一般在工程實(shí)際中，基槽土方量的計算多按照不同基槽斷面，以基槽的長度乘以相應(yīng)斷面積計算。即： ALi??∑ 槽式中： Li—— 基槽所在斷面的長度（ m）； A—— 基槽所在斷面的平均斷面積（ m2）。 地基與基礎(chǔ)工程施工 3 項目 土方量的計算與調(diào)配 ? 場地平整土方量計算 ? 場地平整就是將現(xiàn)場天然地面改造成施工所要求的設(shè)計平面。首先要確定場地設(shè)計標(biāo)高（通常由設(shè)計單位在總圖規(guī)劃和豎向設(shè)計中確定），計算挖、填土方工程量，確定土方調(diào)配方案；并根據(jù)工程現(xiàn)場施工條件、施工工期及現(xiàn)有機(jī)械設(shè)備條件，選擇土方施工機(jī)械，擬定施工方案。 ? 場地挖填土方量計算有 橫截面法 和 方格網(wǎng)法 兩種。 地基與基礎(chǔ)工程施工 4 ? 橫截面法是將要計算的場地劃分成若干橫截面后，用橫截面計算公式逐段計算，最后將逐段計算結(jié)果匯總。橫截面法計算精度較低，可用于地形起伏變化較大地區(qū)。 ? 在地形起伏變化較大的地區(qū)，或挖填深度較大，斷面又不規(guī)則的地區(qū)，采用斷面法比較方便。其方法為：沿場地取若干個相互平行的斷面（可利用地形圖定出或?qū)嵉販y量定出），將所取的每個斷面（包括邊坡斷面），劃分為若干個三角形和梯形（如圖 ）。 項目 土方量的計算與調(diào)配 地基與基礎(chǔ)工程施工 5 ? 斷面面積求出后，即可計算土方體積，設(shè)各斷面面積分別為： F F ……F n。 ? 相鄰兩斷面間的距離依次為： L L L3…L n，則所求土方體積為： 項目 土方量的計算與調(diào)配 ? ? ? ? ? ?nnn LFFLFFLFFV ??????? ?1232121 212121 ??地基與基礎(chǔ)工程施工 6 ? 下面著重介紹下 方格網(wǎng)法 。其計算步驟如下： 項目 土方量的計算與調(diào)配 ? ? 大型工程項目通常都要確定場地設(shè)計平面，進(jìn)行場地平整。場地平整就是將自然地面改造成人們所要求的平面。場地設(shè)計標(biāo)高應(yīng)滿足規(guī)劃、生產(chǎn)工藝及運(yùn)輸、排水及最高洪水位等要求，并力求使場地內(nèi)土方挖填平衡且土方量最小。 地基與基礎(chǔ)工程施工 7 ? 確定場地設(shè)計標(biāo)高的方法，有“挖填土方量平衡法”和“最佳設(shè)計平面法”。前者是場地設(shè)計標(biāo)高確定一般方法，如場地比較平緩，對場地設(shè)計標(biāo)高無特殊要求，可按照“挖填土方量相等”的原則確定場地設(shè)計標(biāo)高。后者是采用最小二乘法原理，計算出最佳設(shè)計平面。所謂最佳設(shè)計平面，是指場地各方格角點(diǎn)的挖、填高度的平方和為最小，按照這樣的設(shè)計平面，既能滿足土方工程量為最小，也能保證挖填土方量相等，但是此法的計算較為繁瑣。 項目 土方量的計算與調(diào)配 地基與基礎(chǔ)工程施工 8 ? 1）挖填土方量平衡法 ? 挖填土方量平衡法，概念直觀，計算簡便，精度能滿足工程要求。采用挖填土方量平衡法確定場地設(shè)計標(biāo)高，可按下述方法進(jìn)行： ? 如圖 （ a）所示，將地形圖上場地的范圍劃分為若干方格。每個方格的角點(diǎn)標(biāo)高，可根據(jù)地形圖上該角點(diǎn)相鄰兩等高線的標(biāo)高，用插入法（圖 ）求得。在無地形圖的情況下，可在地面用木樁打好方格網(wǎng)，然后用儀器直接測出各角點(diǎn)標(biāo)高。 項目 土方量的計算與調(diào)配 地基與基礎(chǔ)工程施工 9 項目 土方量的計算與調(diào)配 地基與基礎(chǔ)工程施工 10 ? 從工程經(jīng)濟(jì)效益的角度來說，合理的設(shè)計標(biāo)高，應(yīng)該使得場地內(nèi)的土方，在場地平整前和平整后相等而達(dá)到挖方和填方的平衡，如圖 （ b）所示，即： ? 由上式可得到： 項目 土方量的計算與調(diào)配 ???????? ????niiiii HHHHaHna143212024? ?? ????niiiii HHHHnH143210 41式中： H0—— 所計算場地的設(shè)計標(biāo)高（ m）； a—— 方格邊長（ m）； n—— 方格數(shù)； Hi Hi Hi Hi4—— 第 i個方格四個角點(diǎn)的原地形標(biāo)高（ m）。 地基與基礎(chǔ)工程施工 11 ? 從圖 （ b）可以看出， H11系一個方格的角點(diǎn)標(biāo)高， H12及 H21系相鄰兩個方格的公共角點(diǎn)標(biāo)高，H22系相鄰的四個方格的公共角點(diǎn)標(biāo)高。如果將所有方格的四個角點(diǎn)相加，則類似 H11這樣的角點(diǎn)標(biāo)高加一次，類似 H1 H21的角點(diǎn)標(biāo)高需加兩次，類似 H22的角點(diǎn)標(biāo)高要加四次，這種在計算過程中被應(yīng)用次數(shù) Pi反映了各角點(diǎn)標(biāo)高對計算結(jié)果的影響程度，測量上的術(shù)語稱為“權(quán)”?？紤]各角點(diǎn)標(biāo)高的“權(quán)”，式 26可改寫為便于計算的形式： 項目 土方量的計算與調(diào)配 nHHHH4432 43210? ? ?? ????地基與基礎(chǔ)工程施工 12 ? 2）最小二乘法原理求最佳設(shè)計平面 ? 挖方量與填方量平衡，但不能保證總的土方量最小。應(yīng)用最小二乘法的原理，可求得滿足上述兩個條件的最佳設(shè)計平面，即設(shè)計標(biāo)高滿足規(guī)劃、生產(chǎn)工藝及運(yùn)輸、排水及最高洪水水位等要求，并做到場地內(nèi)土方挖填平衡，且挖填的總土方工程量最小。 ? 當(dāng)?shù)匦伪容^復(fù)雜時，一般需設(shè)計成多平面場地，此時可根據(jù)工藝要求和地形特點(diǎn)，預(yù)先把場地劃分成幾個平面，分別計算出最佳設(shè)計單平面的各個參數(shù)。然后適當(dāng)修正各設(shè)計單平面交界處的標(biāo)高，使場地各單平面之間的變化緩和且連續(xù)。因此，確定單平面的最佳設(shè)計平面是豎向規(guī)劃設(shè)計的基礎(chǔ)。 項目 土方量的計算與調(diào)配 地基與基礎(chǔ)工程施工 13 ? 我們知道，任何一個平面在直角坐標(biāo)體系中都可以用三個參數(shù) c， ix，iy來確定（圖 ）。在這個平面上任何一點(diǎn) i的標(biāo)高，可以根據(jù)下式求出： 項目 土方量的計算與調(diào)配 i i x i yH c xi yi?? ? ?式中： ix—— i點(diǎn)在 x方向的坐標(biāo)； iy—— i點(diǎn)在 y方向的坐標(biāo)。 地基與基礎(chǔ)工程施工 14 ? 與前述方法類似，將場地劃分成方格網(wǎng)，并將原地形標(biāo)高 Hi標(biāo)于圖上，則該場地方格網(wǎng)角點(diǎn)的施工高度為： 項目 土方量的計算與調(diào)配 i i i ix iy ih H H c xi yi H?? ? ?? ? ?式中： hi—— 方格網(wǎng)各角點(diǎn)的施工高度（ m）； Hi’—— 方格網(wǎng)各角點(diǎn)的設(shè)計平面標(biāo)高（ m）； Hi—— 方格網(wǎng)各角點(diǎn)的原地形標(biāo)高（ m）。 地基與基礎(chǔ)工程施工 15 ? 由土方量計算公式可知，施工高度之和與土方工程量成正比。由于施工高度有正有負(fù)，當(dāng)施工高度之和為零時，則表明該場地土方的填挖平衡，但它不能反映出填方和挖方的絕對值之和為多少。為了不使施工高度正負(fù)相互抵消，若把施工高度平方之后再相加，則其總和能反映土方工程填挖方絕對值之和的大小。但要注意，在計算施工高度總和時，應(yīng)考慮方格網(wǎng)各點(diǎn)施工高度在計算土方量時被應(yīng)用的次數(shù) Pi，令 σ為土方施工高度之平方和，則： 項目 土方量的計算與調(diào)配 2 2 2 21 1 2 21ni i nniPh Ph Ph Ph??? ? ? ? ?? 2 2 21 1 1 1 2 22 2( ) ( ) ( )x y x y n nx ny nPcxiyiH PcxiyiH PcxiyiH????????? ?????地基與基礎(chǔ)工程施工 16 ? 當(dāng) σ的值最小時，該設(shè)計平面既能使土方工程量最小，又能保證填挖方量相等（填挖方不平衡時，上式所得數(shù)值不可能最?。＿@就是用最小二乘法求最佳設(shè)計平面的方法。 ? 為了求得 σ最小時的設(shè)計平面參數(shù) c， ix， iy，可以對上式的 c， ix， iy分別求偏導(dǎo)數(shù)，并令其為 0，于是得： 項目 土方量的計算與調(diào)配 0)(0)(0)(111???????????????????????????iyixiniiiiyixiniiixiyixiniiHiyixcyPiHiyixcxPiHiyixcPcy???地基與基礎(chǔ)工程施工 17 ? 經(jīng)過整理，可得下列準(zhǔn)則方程： ? 式中： ? 其他依次類推。 項目 土方量的計算與調(diào)配 ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?000xyxyxyP c Px i Py i PHPx c Pxx i Pxy i PxHPy c Pxy i Pyy i PyH? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ?? ?? ?? ?121 1 2 21 1 1 2 2 21 1 1 2 2 2nnnnnnn n nP P P PP x P x P x P xP x x P x x P x x P x xP x y P x y P x y P x y? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?地基與基礎(chǔ)工程施工 18 ? 解聯(lián)立方程組，可求得最佳設(shè)計平面（此時尚未考慮工藝、運(yùn)輸?shù)纫螅┑娜齻€參數(shù) c， ix， iy。然后即可算出各角點(diǎn)的施工高度。 ? 在實(shí)際計算時，可采用列表方法（表 21）。最后一列的和 [Ph]可用于檢驗計算結(jié)果，當(dāng) [Ph]=0，則表明計算無誤。 ? 應(yīng)用上述準(zhǔn)則方程時，若已知 C或 ix，或 iy時，只要把這些已知值作為常數(shù)代入，即可求得該條件下的最佳設(shè)計平面，但它與無任何限制條件下求得的最佳設(shè)計平面相比，其總土方量一般要比后者大。 項目 土方量的計算與調(diào)配 地基與基礎(chǔ)工程施工 19 項目 土方量的計算與調(diào)配 地基與基礎(chǔ)工程施工 20 ? 3）調(diào)整場地設(shè)計標(biāo)高 ? 初步確定場地設(shè)計標(biāo)高僅為一理論值，實(shí)際上，還需要考慮以下因素對初步場地設(shè)計標(biāo)高值進(jìn)行調(diào)整，這工作在完成土方量計算后進(jìn)行。 ? ①土的可松性影響。由于具有可松性，會造成填土的多余，需相應(yīng)地提高設(shè)計標(biāo)高，以達(dá)到土方量的實(shí)際平衡。 項目 土方量的計算與調(diào)配 地基與基礎(chǔ)工程施工 21 ? ②場內(nèi)挖方和填方的影響。由于場地內(nèi)大型基坑挖出的土方、修筑路堤填高的土方，以及從經(jīng)濟(jì)角度比較，將部分挖方就近棄于場外（簡稱棄土）或?qū)⒉糠痔罘骄徒⊥劣趫鐾猓ê喎Q借土）等，均會引起挖填土方量的變化。必要時，需重新調(diào)整設(shè)計標(biāo)高。 ? ③考慮工程余土或工程用土，相應(yīng)提高或降低設(shè)計標(biāo)高。 ? 場地設(shè)計平面的調(diào)整工作也是繁重的，如修改設(shè)計標(biāo)高，則須重新計算土方工程量。 項目 土方量的計算與調(diào)配 地基與基礎(chǔ)工程施工 22 ? 2. 劃分場地方格網(wǎng) ? 方格網(wǎng)圖由設(shè)計單位（一般在 1︰ 500的地形圖上）將場地劃分為邊長 a＝ 10～ 40m的若干方格，與測量的縱橫坐標(biāo)相對應(yīng)，在各方格角點(diǎn)規(guī)定的位置上標(biāo)注角點(diǎn)的自然地面標(biāo)高和設(shè)計標(biāo)高，如圖 示。 項目 土方量的計算與調(diào)配 地基與基礎(chǔ)工程施工 23 項目 土方量的計算與調(diào)配 地基與基礎(chǔ)工程施工 24 ? 3. ? 施工高度為角點(diǎn)設(shè)計地面標(biāo)高與自然地面標(biāo)高之差，是以角點(diǎn)設(shè)計標(biāo)高為基準(zhǔn)的挖方或填方的施工高度，填在方格點(diǎn)的右上角。各方格角點(diǎn)的施工高度按下式計算： 項目 土方量的計算與調(diào)配 HHh nn ??式中： hn—— 角點(diǎn)施工高度，即填挖高度（ m）。以“ +”為填，“ ─”為挖； Hn—— 角點(diǎn)設(shè)計標(biāo)高（ m）； H—— 角點(diǎn)的自然地面標(biāo)高（ m）。 地基與基礎(chǔ)工程施工 25 ? “零線” ? 如果一個方格中一部分角點(diǎn)的施工高度為“ +”，而另一部分為“ ─”時，此方格中的土方一部分為填方，一部分為挖方。計算此類方格的土方量需先確定填方與挖方的分界線，即“零線”。