土方工程是建筑工程施工过程中的第一道工序,通常包括场地平整;基坑(基槽)及人防工程和地下建筑物等的土方开挖、运输与堆弃;土方填筑与压实等主要施工过程,以及降低地下水位和基坑支护等辅助工作。其特点是工程量大,劳动繁重,施工条件复杂,受地形、水文地质和气候影响大。
1.1 岩土的工程分类及工程性质
1.1.1 岩土的工程分类
土的种类繁多,其分类的方法也很多。在建筑施工中,根据土的开挖难易程度(即硬度系数大小),将土分为松软土、普通土、坚土、砂砾坚土、软石、次坚石、坚石、特坚石8类。前4类属一般土,后4类属岩石,见 。由于土的类别不同,单位工程消耗的人工或机械台班不同,因而施工费用就不同,施工方法也不同。所以,正确区分土的种类、类别,对合理选择开挖方法、准确套用定额和计算土方工程费用关系重大。
岩土的工程性质
对土方工程施工有直接影响的土的工程性质主要有:
1)土的[质量]密度
式中 m——土的总质量,kg;
V——土的体积,m3 。
土的干密度(ρd )是指单位体积土中固体颗粒的质量,用式(1.2)表示:
式中 ms ——土中固体颗粒的质量,kg。
土的干密度在一定程度上反映了土颗粒排列的紧密程度,因而常用它作为填土压实质量的控制指标。土的最大干密度值可参考 表1.2。
2)土的可松性
自然状态下的土经开挖后,其体积因松散而增加,虽经回填夯实,仍不能完全恢复到原状态土的体积,这种现象称为土的可松性。土的可松程度用最初可松性系数Ks 及最终可松性系数
表示。即:
式中 V1 ——土在天然状态下的体积,m3 ;
V2 ——土挖出后的松散体积,m3 ;
V3 ——土经压(夯)实后的体积,m3 。
土的可松性对土方的平衡调配、基坑开挖时预留土量及运输工具数量的计算均有直接影响。各类土的可松性系数如 表1.1 所示。
3)土的含水量
土的含水量(w)是指土中所含水的质量与土的固体颗粒质量之比,用百分率表示,即:
式中 mw ——土中水的质量,kg;
ms ——固体颗粒的质量,kg。
土的含水量反映土的干湿程度。它对挖土的难易、土方边坡的稳定性及填土压实等均有直接影响。因此,土方开挖时应采取排水措施。回填土时,应使土的含水量处于最佳含水量的变化范围之内,如表1.2 所示。
表1.2 土的最佳含水量和干密度参考值
4)土的渗透性
土的渗透性也称透水性,是指土体被水透过的性质。它主要取决于土体的孔隙特征,如孔隙的大小、形状、数量和贯通情况等。地下水在土中的渗流速度一般可按达西定律计算:
υ=Ki (1.6)
式中 υ——水在土中的渗流速度,m/d或m/h;
K——土的渗透系数,m/d或m/h;
i——水力坡度。
渗透系数K反映出土透水性的强弱。它直接影响降水方案的选择和涌水量的计算,可通过室内渗透实验或现场抽水试验确定,一般土的渗透系数参考值如 表1.3 所示。
表1.3 土壤渗透系数
1.2 土方工程量计算及场地土方调配
在场地平整、基坑与基槽开挖等土方工程施工中,都需要计算土方量。土方工程的外形往往很复杂,而且不规则,很难进行精确计算。因此,在一般情况下,都是将工程区域划分成为一定的几何形状,并采用具有一定精度而又和实际情况近似的方法进行计算。
1.2.1 场地平整的土方量计算
建筑场地平整的平面位置和标高,通常由设计单位在总平面图竖向设计中确定。场地平整通常是挖高填低。计算场地挖方量和填方量,首先要确定场地设计标高,由设计标高和地面的自然标高之差,可以得到场地各点的施工高度(即填、挖高度),由此可计算场地平整的挖方和填方的工程量。
1)场地设计标高确定
场地设计标高是进行场地平整和土方量计算的依据,也是总体规划和竖向设计的依据。合理确定场地的设计标高,对减少土方量、加速工程速度都有重要的经济意义。如图1.1 所示,当场地设计标高为H0 时,填挖方基本平衡,可将挖方土移往填方区,就地处理;当设计标高为H1 时,填方大大超过挖方,则需从场地外大量取土回填;当设计标高为H2 时,挖方大大超过填方,则要向场外大量弃土。因此,在确定场地设计标高时,应结合现场的具体条件,反复进行技术经济比较,选择最优方案。
确定场地设计标高时,应考虑:满足生产工艺和运输的要求;充分利用地形(如分区台阶布置),尽量使挖填方平衡,以减少土方量运输;要有一定泄水坡度(≥2%),使之能满足排水要求;要考虑最高洪水位的影响。
场地设计标高一般应在设计文件中规定,若设计文件对场地设计标高没有规定时,可按下述步骤来确定场地设计标高。
(1)初步计算场地设计标高(H0 )
初步计算场地设计标高的原则是场内挖填方平衡,即场内挖方总量等于填方总量(∑V挖 =∑V填 )。
①在具有等高线的地形图上将施工区域划分为边长a=10~40 m的若干方格,如图1.2 所示。