习题答案建筑工程施工技术北京大学出版社 第1章土石方工程.docx

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习题答案建筑工程施工技术北京大学出版社第1章土石方工程

二、简答题

1.土方工程施工中，根据土体开挖的难易程度土体如何分类？

在土方工程施工中，根据土体开挖的难易程度将土分为：

松软土、普通土、坚土、砂砾坚土、软石、次坚石、坚石、特坚石八类。

前四类属于一般土，后四类属于岩石，其分类和鉴别方法，表1-1所示。

2.土的可松性对土方施工有何影响？

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

Ks′，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1-1所示。

3.基坑及基槽土方量如何计算？

1.基坑土方量

基坑是指长宽比小于或等于3的矩形土体。

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，如图1.1所示。

即：

（1-6）

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。

2.基槽土方量

基槽土方量计算可沿长度方向分段后，按照上述同样的方法计算，如图1.2所示。

即：

（1-7）

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：

（1-8）

式中V1，V2，…，Vn--各段土方量，m3。

4.试述方格网法计算场地平整土方量的步骤和方法?

1.方格网法

方格网法计算场地平整土方量步骤为：

1）绘制方格网图

由设计单位根据地形图（一般在1/500的地形图上），将建筑场地划分为若干个方格网，方格边长主要取决于地形变化复杂程度，一般取a=10m、20m、30m、40m等，通常采用20m。

方格网与测量的纵横坐标网相对应，在各方格角点规定的位置上标注角点的自然地面标高（H）和设计标高（Hn），如图1.3所示。

2）计算场地各方格角点的施工高度

各方格角点的施工高度为角点的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。

各方格角点的施工高度按下式计算：

（1-9）

式中hn--角点的施工高度，即填挖高度（以“+”为填，“-”为挖），m；

Hn--角点的设计标高，m；

H--角点的自然地面标高，m；

n--方格的角点编号（自然数列1，2，3，…，n）。

3）计算“零点”位置，确定零线

当同一方格的四个角点的施工高度同号时，该方格内的土方则全部为挖方或填方，如果同一方格中一部分角点的施工高度为“+”，而另一部分为“-”，则此方格中的土方一部分为填方，另一部分为挖方，沿其边线必然有一不挖不填的点，即为“零点”，如图1.4所示。

零点位置按下式计算：

；

（1-10）

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，均用绝对值表示，m；

a--方格网的边长，m。

在实际工作中，为省略计算，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。

此法甚为方便，同时可避免计算或查表出错。

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1-3所列计算公式，计算每个方格内的挖方量或填方量。

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）

当b=a=c时，

二点填方或挖方（梯形）

三点填方或挖方（五角形）

四点填方或挖方（正方形）

注：

1.a--方格网的边长，m；b、c--零点到一角的边长，m；h1、h2、h3、h4--方格网四角点的施工高度，用绝对值代入，m；∑h--填方或挖方施工高度总和，用绝对值代入，m；V--填方或挖方的体积，m3。

2.本表计算公式是按各计算图形底面积乘以平均施工高度而得出的。

5）边坡土方量的计算

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，另一种为三角棱柱体。

（1）三角棱锥体边坡体积

三角棱锥体边坡体积，如图1.6中①～③、⑤～⑦所示，计算公式如下：

（1-11）

式中l1--三角棱锥体边坡的长度，m；

A1--三角棱锥体边坡的端面积，m2；

h2--角点的挖土高度，m；

m--边坡的坡度系数，m=宽/高。

（2）三角棱柱体边坡体积

三角棱柱体边坡体积，如图1.6中④所示，计算公式如下：

（1-12）

当两端横断面面积相差很大的情况下，边坡体积按下式计算：

（1-13）

式中l4--三角棱柱体边坡的长度，m；

A1、A2、A0--三角棱柱体边坡两端及中部横断面面积。

6）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。

5.试述断面法计算场地平整土方量的步骤和方法?

2.断面法

沿场地取若干个相互平行的断面，可利用地形图或实际测量定出，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1.7所示，则面积为

，

，…

某一断面面积为

Ai=A/1+A/2+…+A/n

若d1=d2=…=dn=d，则

Ai=d（h1+h2+…+hn-1）

设各断面面积分别为A1，A2，…，Am，相邻两断面间的距离依次为L1，L2，…，Lm，则所求的土方体积为

（1-14）

用断面法计算土方量，边坡土方量已包括在内。

图1.7断面法示意图

6.土方调配应遵循哪些原则?

调配区如何划分?

1.土方调配原则

（1）力求达到挖方与填方基本平衡和运距最短。

使挖方量与运距的乘积之和最小，即土方运输量或费用最小，降低工程成本。

（2）近期施工与后期利用相结合。

当工程分期分批施工时，先期工程有土方余额应结合后期工程的需求来考虑其利用量与堆放位置，以便就近调配，以避免重复挖运和场地混乱。

（3）应分区与全场相结合。

分区土方的余额或欠额的调配，必须考虑全场土方的调配，不可只顾局部平衡而妨碍全局。

（4）尽可能与大型建筑物的施工相结合。

大型建筑物位于填土区时，应将开挖的部分土体予以保留，待基础施工后再进行填土，以避免土方重复挖、填和运输。

（5）选择适当的调配方向，运输路线，使土方机械和运输车辆的功效得到充分发挥。

土方调配方案的编制，应根据施工场地地形及地理条件，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），然后确定挖方各调配区的土方调配方案。

土方调配的最优方案，应使土方总运输量最小或土方运输费用最少，工期短、成本低，而且便于施工。

调配方案确定后，绘制土方调配图，如图1.11所示。

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，仅考虑场内挖方和填方的平衡，W表示挖方，T表示填方。

7.什么是边坡系数？

影响边坡稳定的因素有哪些。

土方边坡的坡度以挖方深度（或填方深度）h与底宽b之比表示，如图1.12所示，即

土方边坡坡度=h/b=1/（b/h）=1∶m（1-15）

式中m=b/h称为边坡系数。

图1.12土体边坡

（a）直线形边坡（b）折线形边坡

土方边坡的大小主要与土质、开挖深度、开挖方法、边坡留置时间长短、边坡附近各种荷载状况及排水情况有关。

8.人工降低地下水位的方法有哪些？

适用范围如何？

1.5.1集水井降水法

集水井降水法是一种设备简单、应用普遍的人工降低地水位的方法。

在开挖基坑或沟槽过程中，当基底挖至地下水位以下时，沿坑底周围开挖一定坡度的排水沟，设置集水井，使地下水经排水沟流入井内，然后用水泵抽出坑外，如图1.26所示。

图1.26集水井降水法

1-排水沟；2-集水井；3-水泵

集水井降水法适用于水流较大的粗粒土层的排水、降水，也可用于渗水量较小的粘性土层降水，但不适宜于细砂土和粉砂土层，因为地下水渗出会带走细粒而发生流砂现象。

1.5.2井点降水法

井点降水是在基坑开挖前，在基坑四周预先埋设一定数量的滤水管（井），在基坑开挖前和开挖过程中，利用抽水设备不断抽出地下水，使地下水位降到坑底以下，直至土方和基础工程施工结束为止。

井点降水的方法有：

轻型井点、电渗井点、喷射井点、管井井点及深井井点等。

对不同类型的井点降水可参考表1-7选用。

表1-7降水类型及适用条件

降水类型

土层渗透系数（m/d）

降低水位深度（m）

单层轻型井点

0.1～50

3～6

多层轻型井点

0.1～50

6～12

喷射井点

0.1～50

8～20

电渗井点

＜0.1

根据选用井点确定

管井井点

20～200

3～5

深井井点

10～250

＞15

轻型井点法适用于，土壤的渗透系数为0.1～50m/d的土层降水，一级轻型井点水位降低深度3～6m，二级井点可达6～9m。

9.轻型井点系统的布置方案有哪些？

轻型井点布置，根据基坑大小与深度、土质、地下水位高低与流向和降水深度要求等确定。

1）平面布置

当基坑或沟槽宽度小于6m，且水位降低深度不超过5m时，可采用单排线状井点，布置在地下水流的上游一侧，其两端延伸长度一般不小于基坑（槽）宽度为宜，如图1.29所示。

如基坑宽度大于6m或土质不良，土的渗透系数较大时，宜采用双排井点。

基坑面积较大时，宜采用环状井点，如图1.30所示，为便于挖土机械和运输车辆出入基坑，可不封闭，布置为U形环状井点。

井点管距离基坑壁一般不宜小于0.7~1.0m，以防局部发生漏气，井点管间距应根据土质、降水深度、工程性质等决定，一般采用0.8~1.6m。

一套抽水设备能带动的总管长度，一般为100~120m。

采用多套抽水设备时，井点系统要分段，各段长度要大致相等。

图1.29单排线状井点布置图

（a）平面布置；（b）高程布置

1-总管；2-井点管；3-抽水设备

图1.30环形井点布置图

（a）平面布置；（b）高程布置

1-总管；2-井点管；3-抽水设备

2）高程布置

在考虑到抽水设备的水头损失以后，井点降水深度一般不超过6m。

井点管的埋设深度H（不包括滤管）按下式计算，如图1.30（b）所示。

H=H1+h+iL（1-16）

式中H1--井点管埋设面至基坑底的距离，m；

h--基坑中心处坑底面（单排井点时，为远离井点一侧坑底边缘）至降低后地下水位的距离，一般为0.5～1.0m；

i--地下水降落坡度，环状井点为1/10，单排线状井点为1/4；

L--井点管至基坑中心的水平距离（单排井点为井点管至基坑另一侧的水平距离），m。

当一级井点系统达不到降水深度要求时，可采用二级井点，即先挖去第一级井点所疏干的土，然后在基坑底部装设第二级井点，使降水深度增加，如图1.31所示。

图1.31二级井点降水示意图

1-一级井点降水；2-二级井点降水

10.单斗挖土机有哪几种类型?

其工作特点和适用范围如何？

正铲、反铲挖土机开挖方式有哪几种?

如何选择?

单斗挖土机是土方开挖常用的一种机械。

按工作装置不同，可分为正铲、反铲、拉铲和抓铲四种，如图1.17所示。

按其行走装置不同，分为履带式和轮胎式两类。

按操纵机构的不同，可分为机械式和液压式两类。

液压式单斗挖土机调速范围大，作业时惯性小，转动平稳，结构简单，一机多用，操纵省力，易实现自动化。

图1.17单斗挖土机工作装置类型

（a）正铲；（b）反铲；（c）抓铲；（d）拉铲

1）正铲挖土机

正铲挖土机的工作特点是：

前进行驶，铲斗由下向上强制切土，挖掘力大，生产效率高。

适用于开挖停机面以上一至三类土，且与自卸汽车配合完成整个挖掘运输作业，可用于挖掘大型干燥的基坑和土丘等。

正铲挖土机的开挖方式，根据开挖路线与运输车辆相对位置的不同，可分为正向挖土、反向卸土（图1.18（a））和正向挖土、侧向卸土（图1.18（b））两种。

正向挖土、反向卸土，挖土机沿前进方向挖土，运输车辆停在挖土机后方装土。

这种作业方式所开挖的工作面较大，但挖土机卸土时动臂回转角度大，生产率低，运输车辆要倒车开入，一般只适宜开挖工作面较小且较深的基坑。

正向挖土、侧向卸土，挖土机沿前进方向挖土，运输车辆停在侧面装土。

采用这种作业方式，挖土机卸土时动臂回转角度小，运输工具行驶方便，生产率高，使用广泛。

图1.18正铲挖土机作业方式

（a）正向挖土、反向卸土；（b）正向挖土、侧向卸土

2）反铲挖土机

反铲挖土机的工作特点是：

机械后退行驶，铲斗由上而下强制切土。

挖土能力比正铲小。

用于开挖停机面以下的一至三类土，适用于挖掘深度不大于4m的基坑、基槽、管沟开挖，也可用于湿土、含水量较大及地下水位以下的土壤开挖。

反铲挖土机的开挖方式有沟端开挖和沟侧开挖两种。

沟端开挖，如图1.19（a）所示，挖土机停在沟端，向后倒退挖土，汽车停在两旁装土，开挖工作面宽。

沟侧开挖，如图1.19（b）所示，挖土机沿沟槽一侧直线移动挖土，挖土机移动方向与挖土方向垂直，此法能将土弃于距沟较远处，但挖土宽度受到限制。

图1.19反铲挖土机开挖方式

（a）沟端开挖；（b）沟侧开挖

1-反铲挖土机；2-自卸汽车；3-弃土堆

3）拉铲挖土机

拉铲挖土机工作时利用惯性，把铲斗甩出后靠收紧和放松钢丝绳进行挖土或卸土，铲斗由上而下，靠自重切土。

可以开挖一、二类土壤的基坑、基槽和管沟，特别适用于含水量较大的水下松软土和普通土的挖掘。

拉铲开挖方式与反铲挖土机相似，有沟端开挖、沟侧开挖两种。

4）抓铲挖土机

抓铲挖土机主要用于开挖土质比较松软，施工面比较狭窄的基坑、沟槽、沉井等工程，特别适于水下挖土，土质坚硬时不能用抓铲施工。

11.填土压实有哪几种方法?

各有什么特点?

影响填土压实的主要因素有哪些?

填土压实方法一般有碾压法、夯实法和振动压实法。

如图1.20所示。

图1.20填土压实方法

（a）碾压法；（b）夯压法；（c）振动压实法

1.碾压法

碾压法是利用机械滚轮的压力压实土壤，使之达到所需的密实度，此法多用于大面积填土工程。

碾压机械有光面碾（压路机）、羊足碾和气胎碾。

光面碾对砂土、黏性土均可压实；羊足碾需要较大的牵引力，且只宜压实黏性土，如图1.21所示；气胎碾在工作时是弹性体，其压力均匀，填土压实质量较好。

还可利用运土机械进行碾压，也是较经济合理的压实方案，施工时使运土机械行驶路线能大体均匀地分布在填土面积上，并达到一定重复行驶遍数，使其满足填土压实质量的要求。

碾压机械压实填方时，行驶速度不宜过快，一般平碾控制在2km／h，羊足碾控制在3km／h。

否则会影响压实效果。

图1.21羊足碾构造示意图

1-前拉头；2-机架；3-轴承座；4-碾筒；

5-铲刀；6-后拉头；7-装砂口；8-水口；9-羊碾头

2.夯实法

夯实法是利用夯锤自由下落的冲击力来夯实土壤，主要用于小面积回填。

夯实法分人工夯实和机械夯实两种。

常用的夯实机械有夯锤、内燃夯土机和蛙式打夯机，如图1.22所示。

适用于夯实砂性土、湿陷性黄土、杂填土以及含有石块的填土。

图1.22蛙式打夯机示意图

1-夯头；2-夯架；3-三角带；4-底盘

3.振动压实法

振动压实法是将振动压实机械放在土层表面，借助振动机械使压实机械振动，土颗粒在振动力的作用下发生相对位移而达到紧密状态。

这种方法用于振实非粘性土效果较好。

12.什么是土的最佳含水量？

土的含水量和控制干密度对填土压实质量有何影响?

在同一压实功条件下，填土的含水量对压实质量有直接影响。

较为干燥的土，由于颗粒之间的摩阻力较大，因而不易压实。

当含水量超过一定限度时，土颗料之间孔隙由水填充而呈饱和状态，也不能压实。

当土的含水量适当时，水起润滑作用，土颗粒之间的摩阻力减少，压实效果好。

每种土都有其最佳含水量。

土在这种含水量的条件下，使用同样的压实功进行压实，所得到的密度最大，如图1.24所示，不同土有不同的最佳含水量，如砂土为8%～12%、黏土为19%～23%、粉质黏土为12%～15%、粉土15%～22%。

工地简单检验黏性土含水量的方法一般是以手握成团落地开花为适宜。

为了保证填土在压实过程中处于最佳含水量状态，当土过湿时，应予翻松晾干，也可掺入同类干土或吸水性土料，当土过干时，则应预先洒水润湿。

图1.24土的干密度与含水量的关系

13.土方工程冬期施工有哪些防冻措施？

雨期施工应注意哪些问题？

土方工程冬期施工，应采取防冻措施，常用的方法有松土防冻法、覆盖雪防冻法和隔热材料防冻等。

（1）松土防冻法。

入冬期，在挖土的地表层先翻松25~40cm厚表层土并耙平，其宽度应不小于土冻结深度的两倍与基底宽之和。

在翻松的土中，有许多充满空气的孔隙，以降低土层的导热性，达到防冻的目的。

（2）覆盖雪防冻法。

降雪量较大的地区，可利用较厚的雪层覆盖作保温层，防止地基土冻结。

对于大面积的土方工程，可在地面上与风主导方向垂直的方向设置篱笆、栅栏或雪堤（高度为0.5~1.0m，其间距10~15m），人工积雪防冻。

对于面积较小的基槽（坑）土方工程，在土冻结前，可以在地面上挖积雪沟（深30~50cm），并随即用雪将沟填满，以防止未挖土层冻结。

（3）隔热材料防冻法。

面积较小的基槽（坑）的地基土防冻，可在土层表面直接覆盖炉渣、锯末、草垫、树叶等保温材料，其宽度为土层冻结深度的两倍与基槽宽度之和。

雨期开挖基槽（坑）或管沟时，开挖的施工面不宜过大，应从上至下分层分段依次施工，底部随时做成一定的坡度，应经常检查边坡的稳定，适当放缓边坡或设置支撑。

雨期不要在滑坡地段进行施工。

大型基坑开挖为防止被雨水冲塌，可在边坡上加钉钢丝网片，再浇筑50mm厚的细石混凝土。

地下的池、罐构筑物或地下室结构，完工后应抓紧基坑四周回填土施工和上部结构继续施工，否则会造成地下室和池子上浮的事故。

14.土方工程有哪些主要安全技术措施？

（1）土方工程施工前，必须对场地内的地上和地下管道、电缆及高压水管等情况了解清楚。

在特殊危险地区，工程技术观测必须设专人负责，挖土采用人上方法进行。

（2）基坑开挖时，两人开挖操作间距应大于2.5m，多台机械开挖，挖土机间距应大于l0m。

挖土应由上而下，逐层进行．严禁采用挖空底脚的施工方法。

（3）基坑（槽）开挖应合理放坡。

操作时应随时注意土壁变动情况，如发现有裂纹和部分坍塌现象，应及时进行支撑或放坡．并注意支撑的稳固和土壁的变化。

（4）基坑（槽）开挖深度超过3m以上时，使用吊装设备吊土，起吊后，坑内操作人员应立即离开吊点的垂直下方，起吊设备距坑边一般不得少于1.5m，坑内人员应带安全帽。

（5）用手推车推土，应铺好道路，卸土回填时，不得放手让车自动翻转。

用翻斗汽车运土，运输道路的坡度、转弯半径应符合有关安全规定。

（6）深基坑上下应先挖好阶梯或设置靠梯，或开斜坡道，采取防滑措施，禁止踩踏支撑上下。

坑四周应设置安全栏杆或悬挂危险标志。

（7）基坑设置的支撑应经常检查，特别是雨后更应经常检查，如有松动变形现象，及时排除隐患。

（8）坑（槽）沟边1m内不得堆土、堆料和停放机具，1m以外堆土，其高度不宜超过1.5m。

坑（槽）、沟与附近建筑物的距离不得小于1.5m，危险时必须加固。

三、计算题

（1）某基坑底长85m，宽60m，深8m，工作宽度0.5m，四边放坡，边坡系数为0.5。

试计算土方开挖工程量。

解:

边坡系数为0.5,故可知边坡的宽度为

则根据公式可知:

同样根据公式可知:

（2）某建筑场地，如图1.33所示，方格网边长为40m，试用方格网法计算场地总挖方量和填方量？

如填方区和挖方区的边坡系数均为0.5时，试计算场地边坡挖填、土方量？

图1.33建筑场地方格网示意图

解:

1，根据图上的数据，算出，

，

，

，

，

，

，

，

，

，

，

，

，

，

，

，

，

2，则可以根据公式求得零点的位置如下，1-2：

；2-6，

；6-7：

；10-11：

；11-15：

；15-16：

；

根据求得的零点的位置画出零线，如下图

3，计算各方格的土方量

1）方格Ⅲ，Ⅳ，Ⅵ，Ⅶ底面皆为正方形，则根据公式可以计算得土方量为：

，

，

，

2），方格Ⅴ底面为两个梯形，则根据公式可以计算得土方量为：

，

3），方格Ⅰ，Ⅱ，Ⅷ，Ⅸ为底面三边形和五边形，则根据公式可以计算得土方量为：

，

，

，

，

4）计算方格总土方量

总填方量：

总填方量：

5）计算边坡挖填方土量，由上图的边坡分块可知，除了（4）和（11）之外，其余均按三角棱锥体计算，由于边坡系数为0.5,则可知,左上角,0.21x0.5=0.105;右上角0.99x0.5=0.5;左下角,1.04x0.5=0.52;

右下角,0.44x0.5=0.22

则根据公式可以计算得到:

1）

;

;

则边坡总填方量为:

2）

则边坡总挖方量为: