土方调配与施工机械

土方调配与施工机械

前 言 本课程是土木专业 ( 房建方向 ) 的一门实践性强、综合性大、涉及知识面广的 骨干专业课程 ，它的任务是研究 土木工程施工 的 局部规律 和 全局性规律 。是同学们步入工作岗位后要 学以致用 、 安身立命 的主要课程之一。无论同学们毕业后在土木建筑领域从事何种职业和岗位，本课程的专业知识都将使你 受用终生 。 古人学问无遗力，少壮功夫老始成。 纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。 前 言 本课程的诸多 专业术语 、 概念 和 知识点 常常是 求职面试 时主考官信手拈来的 试题 ，本课程是你 求职的敲门砖 ！ 本课程的 施工程序 、 工艺流程 、 操作要点 、 质量要求 等内容直接与 现行规范的强制性条文 接轨，这些知识将使你在职场受用一生！ 前 言 广度决定视野 ! 深度成就水平 ! 角度发现机遇！ 总 目 录 第 1 讲 土方调配与施工机械 第 16 讲 起重安装机械 第 2 讲 基坑支护与降水 第 17 讲 结构吊装施工 第 3 讲 土方开挖与填筑 第 18 讲 防水工程 第 4 讲 地基处理 第 19 讲 抹灰及饰面板 ( 砖 ) 工程 第 5 讲 混凝土灌注桩施工 第 20 讲 吊顶、门窗及幕墙工程 第 6 讲 混凝土预制桩施工 第 21 讲 保温、裱糊及涂饰工程 第 7 讲 砌体工程施工 第 22 讲 冬雨期施工技术 第 8 讲 脚手架及垂直运输 第 23 讲 安全、文明与绿色施工 第 9 讲 钢筋工程 第 24 讲 施工组织概述 第 10 讲 模板工程 第 25 讲 流水施工 第 11 讲 混凝土制备及运输 第 26 讲 网络计划技术 第 12 讲 混凝土成型及养护 第 27 讲 网络技术的应用 第 13 讲 预应力材料与机具 第 28 讲 施工组织总设计 第 14 讲 预应力施工 第 29 讲 单位工程施工组织设计 第 15 讲 钢结构工程 第 30 讲 施工组织设计编制实例 杨宗耀 湖南郴州人，湖南大学工民建专业毕业， 37 年建筑及房地产业从业背景， 14 年高管任职经历，历任 “ 湖南四建 ” ( 总承包特级企业 ) 施工科副科长、技术处处长、企管处处长、第五工程处主任、中建总公司驻厄里特尼亚项目经理、公司副总工程师、副总经济师、总工程师等职；后在北京房地产企业担任副总经理兼总工程师等职； 05 年开始从事土木工程教学工作。 1992 年晋升 高级工程师 、 1993 年 享受国务院特殊津贴 ( 甲类 ) , 是 国家首批注册监理工程师 、 湖南省首批教授级高级工程师 ( 1999 年、全省 50 人 ) 。 1999 年被 长沙交通学院 ( 现长沙理工大学 ) 聘为 硕士导师。 担任 湖南省土木建筑学会施工专业学术委员会副秘书长、副主任委员 长达 18 年。 老 师 简 介 第 1 章 土方工程 第 1 讲 土方调配与施工机械 第 2 讲 基坑支护与降水 第 3 讲 土方开挖与填筑 邵阳学院 杨宗耀 （教授级高工） 第 1 章 土方工程 【 教学要求 】 了解土方工程特点；掌握场地设计标高的确定、调整与土方调配； 熟悉 边坡稳定及基坑支护的基本原理及主要方法；了解施工排、降水方法及流砂防治措施；熟悉常用土方机械的性能和使用范围；掌握土方的填筑与压实的要求和方法。 【 教学重点 】 土方调配； 边坡稳定及基坑支护的方法；轻型井点 降水； 土方的填筑与压实 。 【 教学难点 】 表上作业法进行土方调配；轻型井点降水 ; 边坡稳定及基坑支护；影响填土压实的因素。 【 时间安排 】 本章共 3 讲、 6 学时。 向家坝左岸 300m 以上高边坡开挖 第 1 讲 土方调配与施工机械 1 概述 2 土方量的计算与调配 3 土方 施工机械 邵阳学院 杨宗耀 （教授级高工） 第 1 章 土方工程 1 概 述 包括一切土的 挖掘、填筑、运输等过程 以及 排水降水、土壁支撑等准备工作和辅助工程 。常见的土方工程施工内容有： 1.1 土方工程的内容 ⑴场地平整： 包括 障碍物拆除、场地清理、确定场地设计标高、计算挖填土方量 、合理进行 土方平衡调配 等。 第 1 讲 土方调配与施工机械 共 58 页 第 1 页 ⑶土方回填与压实： 包括 土料选择、运输、填土压实 的方法及 密实度检验 等。 ⑵开挖沟槽、基坑 ( 竖井、隧道、修筑路基、堤坝 ) ： 包括 测量放线、施工排水降水、土方边坡 和 支护结构 等。 基坑土方开挖 1.2 土方工程的施工要求 ●土方量少、工期短、费用省； ● 因地制宜 编制 合理的 施工方案，预防 流砂、管涌、塌方 等事故发生，确保安全； 1 概 述 ●要求 标高、断面 控制准确； ●应尽可能采用 先进的施工工艺 、 施工组织 和 机械化施工 。 ●土体有足够的 强度 和 稳定性 ； 基坑土方开挖 道路土方开挖 共 58 页 第 2 页 土的分类 土的名称 密度 （ kg/m 3 ） 开挖方法 一类土 （松软土） 砂土；粉土；冲积砂土层；疏松的种植土；淤泥 600 ～ 1500 用锹、锄头挖掘 二类土 （普通土） 粉质粘土；潮湿的黄土；夹有碎石、卵石的砂；粉土混卵 ( 碎 ) 石；种植土；填土 1100 ～ 1600 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；重粉质粘土；砾石土；干黄土；含碎 ( 卵 ) 石的黄土；粉质粘土；压实的填土 1750 ～ 1900 主要用镐，少许用锹、锄头，部分用撬棍 四类土 （砂砾坚土） 坚实密实的粘性土或黄土；中等密实的含碎 ( 卵 ) 石粘性土或黄土；粗卵石；天然级配砂石；软泥灰岩 1900 用镐或撬棍，部分用锲子及大锤 五类土 （软石） 硬质粘土；中密的页岩、泥灰岩、白垩土；胶结不紧的砾岩；软石灰岩及贝壳石岩 1100 ～ 2700 用镐或撬棍、大锤，部分用爆破 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 2200 ～ 2900 用爆破方法，部分用风镐 七类土 （坚石） 大理岩；辉绿岩；粉岩；粗、中粒花岗岩；坚实的白云岩、砂岩、砾岩、片麻岩、石灰岩 2500 ～ 3100 用爆破方法 八类土 （特坚石） 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 2700 ～ 3300 用爆破方法 1.3 土的工程分类 1 概 述 共 58 页 第 3 页 1.4 土的工程性质 天然密度 -- 是指土在天然状态下单位体积的质量，它影响 土的承载力、土压力 及 边坡的稳定性 。 干密度 -- 是指单位体积中固体颗粒的质量，它是用以检验土压实质量的控制指标。 1.4.1 土的质量密度 取土环刀 　 　标准击实仪 不同类的土 ， 其最大干密度是不同的 ; 同类的土在不同的状态下 ( 含水量、压实程度 ) 其密实度也是不同的 。 1 概 述 共 58 页 第 4 页 1.4.2 土的含水量 W 是土中所含的 水与土的固体颗粒间的质量比 ： 快速含水量测定仪 W ＝（ G 1 － - G 2 ）／ G 2 含水量影响土方 施工方法的选择 、 边坡的稳定 和 回填土质量 ; 土的含水量超过 25 ～ 30% ，则土方施工机械容易 打滑 、 陷车 ; 回填土则需有最佳含水量方能 夯压密实 ，获得最大干密度。 1.4.3 土的渗透性 是指水流通过土中孔隙的难易程度。地下水在土中的 渗流速度 V 与 土的渗透系数 K 和 水头梯度 I 有关，渗流速度按达西公式计算： V （ m/d ） =K·I 渗透系数 K 值将直接影响 降水方 案的选择 和 涌水量计算的准确性 1.4 土的工程性质 共 58 页 第 5 页 1.4.4 土的可松性 　　　 即自然状态下的土，经开挖后，其 体积因松散而增加 ， 以后虽经回填压实， 仍不能恢复其原来的体积 。 土的可松性用 可松性系数 K S 表示。 土的最初可松性系数 K S = V 2 / V 1 ； 土的最后可松性系数 K ， S = V 3 / V 1 。 式中： V 1 　 —— 土在天然状态下的体积； 　 V 2 　 —— 土经开挖后的松散体积； 　 V 3 　 —— 土经回填压实后的体积。 不同分类的土的可松性系数可参考下表： 土的最初可松性系数 K S 是计算 挖掘机械生 产率 、 运土车辆数量 及 弃土坑容积 的重要 参数；最后可松性系 数 K ， S 是 计算场地平 整标高 及 填方所需的 挖方体积 的重要参数 1.4 土的工程性质 共 58 页 第 6 页 土的可松性参考值 土的类别 体积增加百分数 可松性系数 最 初 最 后 最初 K s 最后 K ， s 一类土 （种植土除外） 8 ～ 17 1 ～ 2.5 1.08 ～ 1.17 1.01 ～ 1.03 二类土 （植物土、泥炭） 20 ～ 30 3 ～ 4 1.20 ～ 1.30 1.03 ～ 1.04 二类土 14 ～ 28 2.5 ～ 5 1.14 ～ 1.28 1.02 ～ 1.05 三类土 24 ～ 30 4 ～ 7 1.24 ～ 1.30 1.04 ～ 1.07 四类土（除外） 26 ～ 32 6 ～ 9 1.26 ～ 1.32 1.06 ～ 1.09 四类土 （泥灰岩、蛋白） 33 ～ 37 11 ～ 15 1.33 ～ 1.37 1.11 ～ 1.15 五～七类土 30 ～ 45 10 ～ 20 1.30 ～ 1.45 1.10 ～ 1.20 八类土 45 ～ 50 20 ～ 30 1.45 ～ 1.50 1.20 ～ 1.30 1.4 土的工程性质 共 58 页 第 7 页 2 土方量的计算与调配 土方量计算的基本方法有 平均高度法 和 平均断面法 两种。 2.1.1 平均高度法 ⑴ 四方棱柱体法： 将施工区域划分为若干个边长等于 a 的方格网，每个方格网的土方体积 V 等于底面积 a 2 乘四个角点高度的平均值，即： 2.1 土方量计算的基本方法 四方棱柱体 的体积计算 第 1 讲 土方调配与施工机械 共 58 页 第 8 页 2.1 土方量计算的基本方法 2.1.2 平均断面法 　　　 ⑵ 三角棱柱体法： 将每一个方格顺地形的等高线沿对角线划分为两个三角形，然后分别计算每一个三角棱柱体的土方量。 三角棱柱体的体积计算 　　　方格网土方量计算一般采用 平均高度法 （ 四方棱柱体法 和 三角棱柱体法 ）。 基坑、基槽、管沟、路堤的土方量计算可采用平均断面法。即： 基坑土方量计算 基槽、路堤土方量计算 F 1 F 0 F 0 F 1 F 2 F 2 共 58 页 第 9 页 2.2 场地平整土方量计算 ⑴ H 0 的重要性 2.2.1 场地设计标高 H 0 的确定 场地设计标高是进行 场地平整 和 土方量计算 的依据 , 也是 总图规划 和 竖向设计 的依据。合理地确定场地设计标高，对减少土方工程量、加速工程进度、降低工程造价有着重要意义。 2 土方量的计算与调配 确定场地设计标高 应结合各类影响因素反复进行技术经济比较 ， 选择一个 最佳方案 。 场地平整 施工 共 58 页 第 10 页 ⑵ H 0 的确定原则 ●满足 生产工艺和运输 的要求； ●充分利用地形， 分区或分台阶布置 ，分别确定不同的设计标高； ●考虑 挖填平衡 ，弃土运输或取土回填的土方量最少； ●要有合理的泄水坡度 ( ≥ 2‰ ) ， 满足排水要求 ； ●考虑 最高洪水位 的影响。 2.2 场地平整土方量计算 分台阶布置 确定不同的场地设计标高 考虑挖填平衡 设置不同的场地设计标高 共 58 页 第 11 页 ⑶ H 0 的确定步骤 如场地设计标高无特殊要求时，可根据 挖填土方量平衡 的原则确定 H 0 , 其步骤如下： ①划分方格网 　 方格网边长 a 可取 10 ～ 50m ，常用 20m 、 40m ； 挖填平衡 原则即场 地内土方 的绝对体 积在平整 前、后相 等 等高线 方格网 场地设计标高计算图 用插入法求得 H 13 =251.70 ②确定各方格网角点高程 　 　　 ● 水准仪实测； 　 ● 利用地形图上相邻两等高线的高程，用 插入法 求得。 插入法的 图解法 2.2 场地平整土方量计算 共 58 页 第 12 页 按每一个方格的角点的计算次数（权数），即方格的角点为几个方格共有的情况，确定设计标高 H 0 的实用公式为： ③按挖填平衡确定设计标高 式中： n —— 方格网数； H 1 —— 一个方格仅有的角点坐标； H 2 —— 两个方格共有的角点坐标； H 3 —— 三个方格共有的角点坐标； H 4 —— 四个方格共有的角点坐标。 2.2 场地平整土方量计算 水准仪测量 确定各角点高程 共 58 页 第 13 页 2.2.2 场地设计标高 H 0 的调整 按以上步骤求得的 H 0 仅为一理论值，还应考虑以下因素进行调整，求出 H , 0 ： ● 土的可松性影响 ； ● 场内挖方和填方的影响 ； ● 场地泄水坡度的影响 。 2.2 场地平整土方量计算 未考虑土的可松性影响 导致大量的建筑余土需外运 未考虑场地泄水坡度 导致排水不畅 雨季工地常被水淹 共 58 页 第 14 页 由于土具有 可松性 ，一般填土 需相应提高设计标高 ，故考虑土的可松性后，场地设计标高调整为： V W V T H 0 V , W V , T H , 0 Δh 理论设计标高 调整设计标高 ⑴ 土的可松性影响 2.2 场地平整土方量计算 共 58 页 第 15 页 式中： Δh—— 土的可松性引起设计标高的增加值； V W 、 V T —— 按理论设计标高计算的总挖方、总填方体积； F W 、 F T —— 按理论设计标高计算的总挖方或填方区总面积； K ， s —— 土的最后可松性系数。 　　 场地设计标高 H 0 是 按挖填土方量平衡 的原则确定的，但从经济观点出发，常会将 部分挖方 就近弃于场外 ，或 就近于场外取土 用于部分填方 ，均会引起挖填土方量的变化，亦需调整场地设计标高。 其设计标高调整值按下式计算： ⑵ 场内挖方和填方的影响 式中： Q —— 场地根据 H 0 平整后多余或不足的土方量。 2.2 场地平整土方量计算 场外就近弃土 场外借土填方 共 58 页 第 16 页 　　 调整后的设计标高是一个 水平面的标高 , 而实际施工中要根据 泄水坡度 的要求 ( 单坡泄水或双坡泄水 ) 计算出场地内 各方格网角点实际设计标高 。 ⑶ 场地泄水坡度的影响 场地为单坡泄水时 ，场地内任意点的设计标高为： 场地单向泄水坡度示意图 i i 场地双向泄水坡度示意图 i x i x i y i y H n ＝ H , 0 ± l i 场地为双坡泄水时 ，场地内任意点的设计标高为： H n ＝ H , 0 ± l x i x ± l y i y 正负号的取值： 角点在 H , 0 之上取“＋”，反之取“－” 2.2 场地平整土方量计算 共 58 页 第 17 页 2.2.3 场地土方量的计算 ⑴ 求各方格角点的施工高度 h n 角点编号 施工高度 h n 1 　 - 0.72 43.24 42.52 自然地面标高 H 设计标高 H n 土方方格网图例 h n = 场地设计标高 H n － 自然地面标高 H ⑵ 绘出零线 式中： X 1 、 X 2 —— 角点至零点的距离 (m) ； 　　 h 1 、 h 2 —— 相邻角点的施工高度 (m) , 用绝对值 ; a —— 方格网的边长 (m). 零线位置的确定： 先求出方格网中边线两端施工高度有“＋” “－”中的 零点 ，将 相邻两零点连接起来即为零线 。 零点位置计算示意 若 h n 为 正值则该点为填方 , h n 为 负值则为挖方 。 2.2 场地平整土方量计算 共 58 页 第 18 页 为省略计算，亦可用 图解法 直接求出零点位置。即用尺在各角点标出相应比例，用尺相接，与方格相交点即为零点位置。 h 1 +0.30 h 2 -0.20 ±0 5 5 10 10 h 7 h 8 +0.7 - 0.10 用尺量出 h 1 ＋ 0.3 的刻度 用尺量出 h 2 － 0.2 的刻度 两点连线与方格的交点为零点 用尺量出 h 8 － 0.1 的刻度 用尺量出 h 7 ＋ 0.7 的刻度 两点连线与方格的交点为零点 两零点连线即为零线 ⑶ 计算场地挖、填土方量 “零线”求出，也就划出了场地的 挖方区 和 填方区 ，便可 按平均高度法计算各方格的挖、填土方量 。 2.2 场地平整土方量计算 共 58 页 第 19 页 ⑷ 计算各挖、填方调配区之间的平均运距 先按下式求出各 挖方或填方区土方重心坐标 X 0 、 Y 0 ： 填方区 · · y H 0 H 0 x x OW x OT y OW y OT L 0 挖方区 式中： x i 、 y i —— i 块方格的重心坐标； V i —— i 块方格的土方量。 V 1 x 1 、 y 1 V 5 x 5 、 y 5 V 19 x 19 、 y 19 挖方区 重心 填方区 重心 2.2 场地平整土方量计算 共 58 页 第 20 页 则填、挖方区之间的 平均运距 L 0 为： 式中： x 0T 、 y 0T —— 填方区的重心坐标； x 0W 、 y 0W —— 挖方区的重心坐标。 在实际工作中，亦可用 作图法 近似地求出 调配区的形心位置 O 代替重心坐标 ， 用比例尺量出每对调配区的平均运距 。 挖方施工及长距离土方调运 2.2 场地平整土方量计算 共 58 页 第 21 页 2.3 土方调配 ⑵ 土方调配的原则： 力求挖填平衡 、 运距最短 、 费用最省 ， 考虑土方的利用 ， 以减少土方的 重复挖填 和 运输 。 ⑴ 土方调配的步骤： 划分调配区 ( 绘出零线 ) → 计算调配区之间的平均运距 ( 即挖方区至填方区土方重心的距离 ) → 确定初始调配方案→ 优化方案判别→ 绘制土方调配图表。 ⑶ 最优调配方案的确定： 最优调配方案的确定，是以 线性规划 为理论基础，常用 “ 表上作业法 ” 求解。步骤如下： 用 “ 最小 元素法 ” 编制 初始调配方案 最优方案 判别 方案 调整 最优方案 判别 绘制土方 调配图 否 是 土方调配的步骤 2 土方量的计算与调配 共 58 页 第 22 页 2.3.1 初始调配方案 下图为一矩形广场，图中小方格内的数字为各调配区的土方量，箭杆上的数字则为各调配区之间的平均运距。试求土方调配最优方案。 500 500 800 600 500 500 400 W 1 T 1 W 3 60 50 70 110 80 70 40 100 90 40 100 W 4 T 3 W 2 T 2 70 挖方区 编号 填方区编号 挖方区需 调出土方 填方区需 调进土方 调配区间的平均运距 2.3 土方调配 共 58 页 第 23 页 各调配区土方量及平均运距 填方区 挖方区 T 1 T 2 T 3 挖方量 m 3 W 1 x 11 50 x 12 70 x 13 100 500 C , 11 C , 12 C , 13 W 2 x 21 70 x 22 40 x 23 90 500 C , 21 C , 22 C , 23 W 3 x 32 60 x 32 110 x 33 70 500 C , 31 C , 32 C , 33 W 4 x 41 80 x 42 100 x 43 40 400 C , 41 C , 42 C , 43 填方量 m 3 800 600 500 1900 2.3 土方调配 共 58 页 第 24 页 填方区 挖方区 T 1 T 2 T 3 挖方量 m 3 W 1 50 70 100 500 C , 11 C , 12 C , 13 W 2 70 40 90 500 C , 21 C , 22 C , 23 W 3 60 110 70 500 C 31 C 32 C 33 W 4 80 100 C , 41 C , 42 C , 43 填方量 m 3 800 600 500 1900 步骤 1 ： 选取 平均运距最小 ( C 22 = C 43 =40) 的方格，确定它所对应的调配土方数，并使其 尽可能大 。本例选取 C 43 =40 ， X 43 =400( W 4 的全部挖方调往 T 3 ) ， X 41 、 X 42 =0 ( W 4 的挖方不调往 T 1 、 T 2 ) ，在 X 41 、 X 42 的方格内画上“ ×” 40 400 × × 400 2.3 土方调配 共 58 页 第 25 页 填方区 挖方区 T 1 T 2 T 3 挖方量 m 3 W 1 50 70 100 C , 11 C , 12 C , 13 W 2 70 40 90 C , 21 C , 22 C , 23 W 3 60 110 70 C , 31 C , 32 C , 33 W 4 × 80 × 100 400 40 400 C , 41 C , 42 C , 43 填方量 m 3 800 600 500 1900 步骤 2 ： 重复步骤 1 ，按平均运距 由小到大依次计算 X 22 、 X 11 、 X 31 （ C 22 → C 11 → C 31 ） ，我们就得到了土方调配的初始方案。 500 500 100 300 100 40 50 × × × × 60 70 110 500 500 500 2.3 土方调配 共 58 页 第 26 页 2.3.2 最优方案判别 初始调配方案是按 “ 就近调配 ” 求得的，它保证了挖填平衡、总运输量是较小的，但不一定是最小的，因此还需进行判别。 我们引入“假想价格系数”求 检验数 λ ij 来判别。 首先求出表中各方格的假想价格系数， 有调配土方的假想价格系数 C ， ij = C ij ，无调配土方的假想价格系数按下式计算： 即： 构成任一矩形的四个方格内对角线上的假想价格系数之和相等。 利用已知的假想价格系数，我们可逐个求解未知的 C ， ij 。 步骤 1 ： 在有调配土方的方格内， C ， ij =C ij ，将数据填入表中 ; 2.3 土方调配 共 58 页 第 27 页 步骤 2 ： 按任一矩形的四个方格内 对角线上的 C ， ij 之和相等 ， 逐个求解未知的 C ， ij ；如： 填方区 挖方区 T 1 T 2 T 3 挖方量 m 3 W 1 500 50 × 70 × 100 500 50 W 2 × 70 500 40 × 90 500 40 W 3 300 60 100 110 100 70 500 60 110 70 W 4 × 80 × 100 400 40 400 40 填方量 m 3 800 600 500 1900 － 10 100 0 60 80 30 2.3 土方调配 共 58 页 第 28 页 填方区 挖方区 T 1 T 2 T 3 挖方量 m 3 W 1 500 50 70 100 500 50 100 60 W 2 70 500 40 90 500 -10 40 0 W 3 300 60 100 110 100 70 500 60 110 70 W 4 80 100 400 40 400 30 80 40 填方量 m 3 800 600 500 1900 步骤 3 ： 引入检验数 λ ，按下式求出表中 无调配土方方格的检验数 ( 即方格右边两小格数字上下相减，将正负号填入表中 ) ： － λ 12 出现负数说明方案 不是最佳方案 ，需要进行调整。 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ 2.3 土方调配 共 58 页 第 29 页 步骤 2 ： 找出 x 12 的 闭回路 。其作法是，从 x 12 方格出发，沿水平或竖直方向前进，遇到 有数字的方格作 90 0 转弯 ( 也可不转弯 ) ，如果路线恰当，有限步后便能回到出发点。形成一条以 有数字的方格为转角点、用水平或竖直线联起来的闭回路 。见下表： T 1 T 2 T 3 W 1 500 X 12 W 2 500 W 3 300 100 100 W 4 400 ① ② ③ ④ ⑤ 2.3.3 方案的调整 步骤 1 ： 在所有负检验数中挑选一个 ( 一般选最小的 ) ，本例即 λ 12 ， 将它对应的变量 x 12 作为调整对象。 2.3 土方调配 共 58 页 第 30 页 填方区 挖方区 T 1 T 2 T 3 挖方量 m 3 W 1 50 0 70 + 100 500 50 100 60 W 2 + 70 500 40 + 90 500 -10 40 0 W 3 300 60 110 100 70 500 60 110 70 W 4 + 80 + 100 400 40 400 30 80 40 填方量 m 3 800 600 500 1900 步骤 3 ： 从空格 X 12 出发，沿闭回路（ 方向任意 ）行进，在 各奇数转角点 的数字中挑出一个最小的（ 本例即 X 32 =100 ）将它由 X 32 调到 X 12 方格中。 500 100 2.3 土方调配 共 58 页 第 31 页 填方区 挖方区 T 1 T 2 T 3 挖方量 m 3 W 1 50 70 + 100 500 50 100 60 W 2 + 70 500 40 + 90 500 -10 40 0 W 3 60 110 100 70 500 60 110 70 W 4 + 80 + 100 400 40 400 30 80 40 填方量 m 3 800 600 500 1900 步骤 4 ： 将 “ 100” 数字填入 X 12 方格中，被调出的 X 32 为 0 ，同时将闭回路上其它 奇数次转角 （ X 11 ）方格内的数字都 减去 100 ， 偶数次转角 （ X 31 ）方格内的数字都 增加 100 ，使得填、挖方区的土方量仍然保持平衡。这样我们就得到了下表中的新调配方案。 400 0 100 400 2.3 土方调配 共 58 页 第 32 页 步骤 5 ： 对新调配方案按 “ ⑵ 最优方案判别” 的方法和步骤再进行 判别 和 检验 ，如仍出现负数，则重复步骤 1 ～ 4 继续调整，如不出现负数，方案即是最优方案。 填方区 挖方区 T 1 T 2 T 3 挖方量 m 3 W 1 400 50 100 70 + 100 500 50 60 W 2 + 70 500 40 + 90 500 40 0 W 3 400 60 0 110 100 70 500 60 70 W 4 + 80 + 100 400 40 400 30 40 填方量 m 3 800 600 500 1900 100 70 -10 20 110 80 80 50 计算无调配土方方格的检验数 λ ，无负数， 方案是最优方案 。 2.3 土方调配 共 58 页 第 33 页 绘出 最终土方调配图 如左所示 500 500 800 600 500 500 400 W 1 T 1 W 3 400 60 100 70 400 40 W 4 T 3 W 2 T 2 100 70 500 40 400 50 该优化方案的土方总运输量为： Z = 400×50 ＋ 100×70 ＋ 500×40 ＋ 400×60 ＋ 100×70 ＋ 400×40 = 94000 （ m 3 ·m ） 初始方案的土方总运输量为： Z = 500×50 ＋ 500×40 ＋ 300×60 ＋ 100×110 ＋ 100×70 ＋ 400×40 = 97000 （ m 3 ·m ） 调整后的总运输量减少了 3000 （ m 3 · m ）。 2.3 土方调配 共 58 页 第 34 页 推土机 操纵灵活、运转方便、所需工作面小、行驶速度快，能爬 30 0 左右的坡 。适用于 场地平整 、 开挖深度 不大 的基坑 、 移挖作填 、 填筑堤坝 、 回填基坑和基槽土方 、为铲运机 助铲 、为挖掘机清理集中余土和创造工作面，修路开道、牵引其它无动力施工机械，大马力推土机还可犁松坚岩。 3 土方施工机械 3.1 推土机施工 TQ230G 全液压 高原推土机 TY320C 前铲后 犁 推土机 土方推送 移挖作填 水中清碴 平整场地 共 58 页 第 35 页 提高推土机生产效率的方法 3.1 推土机施工 ⑴ 下坡推土 顺地面坡势沿下坡方向推土，可增大 铲刀切土深度 和 运土数量 ，缩短 推土时间 、节约能源，提高生产率约 30 ～ 40% 。 下坡推土 下坡推土 空车返回爬坡 共 58 页 第 36 页 ⑵ 并列推土 大面积施工区可采用 2 ～ 3 台推土机并列推土，减少土的 散失量 而 增大推土量 ，提高生产率约 15 ～ 30% 。 3 台推土机并列推土 ⑷分批集中、一次推送 当运距较远又土质较坚硬时，宜 多次铲土 ， 一次推送 。 ⑶ 槽型推土 当土层较厚时，可利用前次推土的 槽形 推土，可 减少土的散失量，增大推土量 。 3.1 推土机施工 共 58 页 第 37 页 2 台以上推土机在同区域作业时 前后距离≮ 8m, 左右距离≮ 1.5m 铲运机操纵简单、运转方便、行驶速度快、生产效率高 。是能独立完成 铲土、运土、卸土、填筑、压实 等全部土方施工工序的施工机械。适用于坡度为 20 0 以内的 大面积场地平整 、 大型基坑开挖 、 填筑路基堤坝 。 3.2 铲运机施工 3 土方施工机械 CL9A 自行式铲运机 CTY9A 拖式铲运机 卡特彼勒 18m 3 拖式铲运机 宇通重工 CTY9A 拖式铲运机 共 58 页 第 38 页 常用斗容量： 2 ～ 8 m 3 ； 经济运距： 自行式 800 ～ 1500m ；拖式 600m ；效率最高的经济运距为 200 ～ 350m ；双联铲运或挂大斗铲运时，经济运距可增加至 1000m 。 3.2 铲运机施工 运距愈长 、 生产效率愈低 ， 超过经济运距时应考虑 汽车运输 。 铲运机施工作业中 卡特彼勒铲运机在爬坡 共 58 页 第 39 页 3.2.1 铲运机的运行路线 ●椭圆形或大环形路线： 在 地形起伏不大 、 填方不高 ( ＜ 1.5m ) 的路堤宜采用大环形路线。每隔一定时间变换铲运机行驶方向，以免 机械单侧磨损 。椭圆形路线适用施工地段较短的情况。 ● “ 8 ” 字形路线： 该路线 一个循环完成两次铲土和卸土 ，减少了转弯次数和空驶距离，一个循环中两次转弯方向不同，铲运机 机械磨损均匀 。在地形起伏较大、施工地段狭长时采用。 铲运机的运行路线 铲运机施工 3.2 铲运机施工 共 58 页 第 40 页 3.2.2 提高铲运机生产效率的方法 ⑴下坡铲土： 利用机械重力的水平分力来加大切土深度并缩短铲土时间。 ⑵推土机助铲： 在较坚硬的土层中用推土机助铲，可加大铲刀切削力、切土深度和铲土速度。助铲间隙可兼作松土、平整工作。 ⑶挖近填远、挖远填近 ： 挖土先从距离填土区最近一端开始，由近而远；填土则从距挖土区最远一端开始，由远而近。既可使铲运机 始终在合理的经济运距内工作 ，又可创造 下坡铲土 的条件。 下坡铲土 推土机 助铲 3.2 铲运机施工 共 58 页 第 41 页 ⑷双联铲运： 拖式铲运机的动力有富余时，可串连两个铲斗进行双联铲运。对坚硬土层，先铲满一个斗，再铲另一个斗，即 “ 双联单铲 ” ； 松软 土层则两个斗同时铲 土，即 “ 双联双铲 ” 。 ⑹跨铲法： 在较坚硬的地段挖土时可采取 预留土埂 、 间隔铲土 的方法。可缩短铲土时间和减少向外撒土，提高效率。 ⑸挂大斗铲运： 在土质松软地区，可改挂大型土斗，充分利用拖拉机的牵引力提高工效。 ⑺波浪式铲土法： 铲土开始时，铲刀以最大深度切入土中， 随着负荷增加、车速降低，相应减小切土深度 ，依次反复进行，直至铲斗装满为止， 适用于较硬土层。 双联铲运法 波浪式 铲土法 3.2 铲运机施工 共 58 页 第 42 页 卡特彼勒 657G 铲运机 657G 铲运机斗容量达 85t ，是 07 年的新品，铲斗可上下，内部推板可动，铰链式转向，可前后拖挂 。 3.2 铲运机施工 共 58 页 第 43 页 3.3 挖掘机施工 挖掘机主要用于 挖掘基坑 、 沟槽 、 清理 和 平整场地 ，更换工作装置后还可进行 装卸 、 起重 、 打桩 等其它作业，能一机多用，工效高、经济效果好，是工程建设中的常用机械。 按行走方式分： 履带式 、 轮胎式 ； 按工作装置分： 正铲 、 反铲 、 抓铲 、 拉铲 。常用的是正铲和反铲挖掘机，斗容量 0.1 ～ 2.5m 3 。 单斗式挖掘机 工作简图 3 土方施工机械 共 58 页 第 44 页 3.3.1 正铲挖掘机 正铲的 特点是 “ 前进向上，强制切土 ” 。 适用 于开挖 含水量较小的一类土 和 经爆破的岩石及冻土 主要用于开挖 停机面以上 的土方，需自卸汽车配合完成挖运作业。开挖大型基坑需设置上下坡道 3.3 挖掘机施工 共 58 页 第 45 页 正铲的开挖方式 ⑴正向开挖 侧向装土 点击动画 正铲挖土 挖土机向前进方向挖土，汽车停在侧面装土。 此法 卸土时回转角小 、 运输方便 、 生产效率高 、应用较广。 正向开挖 侧向装土 3.3 挖掘机施工 共 58 页 第 46 页 正向开挖 侧向装土 邦立 CE1000-7 正铲挖掘机 ( 四川 ) 日立 EX3600E-6 正铲挖掘机 正铲的开挖方式 ⑵正向开挖 后方装土 挖土机向前进方向挖土，汽车停在后面装土。 此法 卸土时回转角大 、汽车需 倒车开入 ，运输不方便。只适用于 基坑宽度较小 、 深度较大 的情况 正向开挖 后方装土 3.3 挖掘机施工 共 58 页 第 47 页 正向开挖 后方装土 点击动画 正铲挖土 3.3.2 反铲挖掘机 反铲的特点是 “ 后退向下 , 强制切土 ” ，适用于开挖一至三类的砂土或粘土 主要用于开挖停机面以下 4 ～ 6m 的基坑、基槽、管沟。对湿土、地下水位较高处也适用。 3.3 挖掘机施工 共 58 页 第 48 页 反铲的开挖方式 沟端开挖法 蔺家坝泵站泵站 基坑开挖现场 沟端开挖法 即反铲停于沟端，后退挖土，向沟一侧弃土或装车运走。 沟端开挖法 挖掘宽度不受机械最大挖掘半径限制 , 同时可挖到最大深度。 3.3 挖掘机施工 共 58 页 第 49 页 沟侧开挖法 点击动画 反铲挖土 深基坑的 接力开挖 管沟的沟侧开挖 即反铲停于沟侧，沿沟边开挖，它可将土弃于距沟较远的地方，如装车则回转角度较小，但边坡不易控制。 沟侧开挖法 一般用于 横挖土层 和需将土方卸到离沟边较远的距离时使用。 3.3 挖掘机施工 共 58 页 第 50 页 3.3.3 拉铲挖掘机 拉铲的 特点是 “ 后退向下，自重切土 ” ，其挖土半径和深度较大，能挖 停机面以下 的 一至二类土 。适于开挖深度较大 的基坑、沟渠以及填筑路基、修筑堤坝、河道清淤。 拉铲挖掘机铲土 拉铲挖掘机甩斗 3.3 挖掘机施工 共 58 页 第 51 页 点击动画 拉铲挖土 抓铲的特点是 “ 直上直下 , 自重切土 ” ，挖掘力稍小 , 能挖一至二类土 抓铲适于开挖土质较松软，施工面狭窄而深的基坑、深槽、沉井挖土 , 清理河泥等。挖淤泥时，抓斗易被淤泥吸住，应避免用力过猛，以防翻车。抓铲施工一般均需加配重 3.3 挖掘机施工 3.3.4 抓铲挖掘机 点击动画 抓铲挖土 共 58 页 第 52 页 3.4 凿岩机械 履带式 潜孔钻机 液压凿岩机 锚杆钻机 主要有 气动凿岩机 、 液压凿岩机 、 凿岩台车 和 锚杆钻机 四大类。 小型活塞式空压机 手持式 凿岩机 气腿式 凿岩机 3 土方施工机械 共 58 页 第 53 页 主要用来铲、装、卸、运土与砂石类散装物料，也可对岩石、硬土进行 轻度铲掘 ，更换工作装置后可推土、起重、装卸等作业。铲容量一般 1.5 ～ 6.1m 3 。 3.5 其它土方施工机械 3.5.1 装载机 宇通 ZL50E-1 轮胎式装载机 3 土方施工机械 共 58 页 第 54 页 前铲后挖 ， 小巧灵活 、 多能高效 ，集挖掘机和装载机之优点 , 是最受工地欢迎的土方施工机械之一。 3.5.2 挖掘装载机 —“ 两头忙 ” 卡特两头忙 WZ30-25 常林挖掘装载机 3.5 其它土方施工机械 柳工 766 挖掘装载机 共 58 页 第 55 页 起重装卸 填土夯实 道路表面打磨 装上抓钩拔树桩 换上液压锤破碎忙 “ 两头忙 ” 的一机多用 共 58 页 第 56 页 3.5 其它土方施工机械 3.5.3 轮斗式 挖掘机 又称 斗轮机 ，目前国内主要在电厂干煤棚及矿山行业应用，其强大的土 方挖掘能力将在特大型工程 建设中 大显身手。 3.5 其它土方施工机械 共 58 页 第 57 页 3.5.4 平地机 成工 MGB20B 平地机 平地机在平整作业 3.5 其它土方施工机械 利用刮刀平整地面的土方机械。刮刀装在机械前后轮轴之间，能升降、倾斜、回转和外伸。动作灵活准确，操纵方便，平整场地有较高的精度，广泛用于 公路 、 机场 等 大面积的填方平整作业 。 共 58 页 第 58 页 思 考 题 1 、试述土的可松性及其对土方规划的影响。 2 、确定场地设计标高 H 0 时应考虑哪些因素？ 3 、试述按挖填平衡原则确定 H 0 的步骤和方法。 4 、为什么对场地设计标高 H 0 要进行调整？如何调整？ 5 、如何计算沟槽和基坑的土方量？ 6 、土方调配应遵循哪些原则？ 7 、试述用 “ 表上作业法 ” 确定土方最优调配方案的步骤及方法。 8 、常用的土方施工机械有哪些？试述其工作特点及适用范围。 9 、如何提高推土机、铲运机和挖掘机的生产效率？ 10 、如何组织土方工程的综合机械化施工？ 第 1 讲 土方调配与施工机械