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情境一 土方工程
任务1.1 概 述
了解建筑施工课程的研究对象和方法，建筑施工规范、规程；熟悉土方工程分类及施工特点；掌握土的工程性质，土的工程分类。
1.1.1 建筑施工课程的研究对象和方法
建筑施工分为建筑施工技术、建筑施工组织、建筑工程预算三个部分。
建筑施工技术是一门研究建筑工程施工中各主要工种工程的施工工艺、技术和方法的学科，它包括：土方工程、桩基础工程、砌筑工程、钢筋混凝土工程、预应力混凝土工程、结构安装工程、防水工程、装饰工程等。
1.1.2 建筑施工规范、规程
建筑施工规范和规程是我国建筑界常用的标准。由国务院有关部委批准颁发，作为全国建筑界共同遵守的准则和依据，它分为国家、专业、地方、企业四级。
建筑施工方面的规范，工业与民用建筑部分有：《土方与爆破工程施工及验收规范》、《地基与基础工程施工及验收规范》、《砌体工程施工及验收规范》、《混凝土结构工程施工及验收规范》、《钢结构工程施工及验收规范》等这些作为国家级标准代号为GB×××。如目前使用的钢筋混凝土工程施工验收规范为《混凝土工程施工及验收规范》GB50204-92。
1.1.3 土方工程分类及施工特点
工业与民用建筑工程中土方工程一般分为四类：
1、场地平整
2、基坑(槽) 及管沟开挖
3、地下工程大型土方开挖
4、土方填筑
土方工程的特点：
（1）面广量大、劳动繁重
（2）施工条件复杂
土方工程多为露天作业，施工受当地气候条件影响大，且土的种类繁多，成分复杂，工程地质及水文地质变化多，也对施工影响较大。
1.1.4 土的工程性质
1、土的密度
（1）天然密度：是指土在天然状态下单位体积的质量，用ρ表示，即
（式1.1-1） G1——含水状态下土的质量 V ——土的总体积。
土的密度一般用环刀法测定，用一个体积已的环刀切入土样中，上下端用刀削平，称出质量，减去环刀的质量，与环刀的体积相比，即得到土的天然密度。
（2）土的干密度：指单位体积土中固体颗粒的质量，用ρd 表示，即
（式1.1-2）
G2——土中固体颗粒的质量。
土的干密度用击实实验测定。
2、土的含水量
土的含水量是指土中水的质量与土的固体颗粒之间的质量比，以百分数表示。
G1 - G2
w= ——— × 100% （式 1.1-3）
G2
G1 —— 含水状态土的质量
G2 ——烘干后土的质量（土经105°C 烘干后的质量）
土的含水量测定方法：
把土样称量后放入烘箱内进行烘干（100～105°C ），直至重量不在减少为止，称量。第一次称量为含水状态土的质量G1，第二次称量为烘干后土的质量G2，利用公式 可计算出土的含水量。
土的含水量表示土的干湿程度，土的含水量在5%以内，称为干土；土的含水量在 5～30%以内，称为潮湿土；土的含水量大于30%，称为湿土。
3、土的渗透性
土的渗透性是指土体被水透过的性质，水流通过土中孔隙的难易程度。
土的渗透性是用渗透性系数K 表示。
1.1.5 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，以后虽经回填压实，仍不能恢复成原来的体积，这种性质，称为土的可松性。
工程意义：对土方平衡调配，基坑开挖时留弃土方量及运输工具的选择有直接影响。
土的可松性的大小用可松性系数表示。分为最初可松性系数和最终可松性系数。
①最初可松性系数K S
自然状态下的土，经开挖成松散状态后，其体积的增加，用最初可松性系数表示。
V1——土在自然状态下的体积
V2——土经开挖成松散状态下的体积
②最终可松性系数KS
自然状态下的土，经开挖成松散状态后，回填夯实后，仍不能恢复到原自然状态下体积，夯实后的体积与原自然状态下体积之比，用最终可松性系数表示。 （式1.1-4）
V 1——土在自然状态下的体积；
V 3——土经回填压实后的体积
各类土的可松性系数参见表1.1-1。
（式1.1-5）
表1.1—1 土的可松性系数
1.1.6 土的工程分类
土的种类繁多，其工程性质直接影响土方工程施工方法的选择，劳动量的消耗和工程费用。
土的分类方法很多，作为建筑工程地基的土，根据土的颗粒大小可分为岩石、碎石土、砂土、粉土、粘性土和人工填土。其中，以上各类土又可进行更详细的分类，见《土方与爆破工程施工及验收规范》。在后续课程《土力学与地基基础》中详细介绍。我们主要学习掌握与我们建筑施工技术课联系较大的，根据土的开挖难易程度，在现行预算定额中，将土分为松软土、普通土、坚土等八大类。
任务1.2 土方工程量计算
了解临时性挖方边坡值。三棱柱法计算土方量，边坡土方量计算方法；悉影响土方边坡的稳定的因素及土方边坡的形式，场地设计标高的调整方；掌握基坑（基槽）土方量计算公式，场地平整的基本原则和计算步骤及方法。
1.2.1 土方边坡
土方边坡的稳定，主要是由于土体内土颗粒间存在摩阻力和粘结力，从而使土体具有一定的抗剪强度，当下滑力超过土体的抗剪强度时，就会产生滑坡。
土方边坡坡度以其挖方深度
H 与边坡底宽B 之比来表示。
（式1.2-1）
m = b
V1、V 2、……、Vn —各分段的土方量（m 3）
若该段内基槽横截面形状、尺寸不变时，其土方量即为该段横截面的面积乘以该段基槽长度。
V = A·L （式1.2-4）
1.2.3 场地平整
1、什么叫场地平整?
根据建筑设计要求, 将拟建的建筑物场地范围内, 高低不平的地形整为平地, 即为场地平整。
2、场地平整的基本原则：
总挖方=总填方 （式1.2-5） 即场地内挖填平衡，场地内挖方工程量等于填方工程量。
3、计算步骤及方法
（1）初步确定场地设计标高
假定整平后场地是水平的，不考虑边坡、泄水坡，利用平整前总土方量=平整后总土方量的原则，初步计算场地设计标高。如图1—10所示，当场地设计标高为H 0时，挖填方基本平衡，可将土石方移挖作填，
就地处理；当设计标高为H 1时，填方大大超过挖方，则需从场外取土回填；当设计标高为H 2时，挖方大大超过填方，则要向场外大量弃土。如何确定平整后的场地标高H 0呢？
方法：首先将场地地形图，根据要求的精度划分为长10～40米的方格网。
图1.2—2 场地不同设计标高的比较
然后求出各方格角点的地面标高。地形平坦时，可根据地形图相邻两等高线的标高，用插入法求得；地形不平坦时，用插入法有较大误差，可在地面上用木桩打好方格网，然后用仪器直接测出。
根据挖填平衡的原则：
图1.2—3场地设计标高计算示意图 （a ）地形地图方格网（b ）计标高示意图
1—等高线；2—自然地面；3—设计地面
（式1.2-6）
H 1—为一个方格仅有的角点标高；
H2—为二个方格共有的角点标高；
H3—三个方格共有的角点标高；
H4—为四个方格共有的角点标高；
平整后土方量
V 后 = H 0a 2n （式1.2-7） H0——平整后的场地标高；
n ——方格数；
平整前土方量 = 平整后土方量：
（式1.2-8）
（2）场地设计标高的调整
按上述公式计算的场地设计标高H 0系一理论值，还需要考虑以下因素进行调整。
①土的可松性影响
由于土具有可松性，按理论计算的H 施工，填土回有剩余，为此要适当提高设计标高。
理论计算标高 调整设计标高
图1.2—4 设计标高调整计算简图
如图1.2—4所示，设Δh为土的可松性引起的设计标高增加值，则设计标高调整后的总挖方体积
V 应为Vw = Vw - Fw·Δh （式1.2-9） 总填方体积为：
V T = Vw · K s= （ Vw - Fw ·Δh ） K s （式1.2-10）
由于设计标高H 0的提高而需要增加的填方体积为：
Δh FT = VT -VT = （V W - FW Δh）K S - VT （式1.2-11）
因为V T = V W
所以ΔFT =（V W - FW Δh ） K S - VW （式1.2-12）
考虑土的可松性后，场地设计标高应调整为： H 0= H0 +Δ = Hij — Hn
（式1.2-14）
—— 该角点自然地面标高。
也就是地形图上，各方格角点实际标高，当地形平坦时，按地形图用插入法求的，当地面坡度变化起伏较大时，用经纬仪测出。
②计算零点标出零线
当同一方格的四个角点的施工高度全为“+”或全为“—”时，说明该方格内的土方则全部为填方或全部为挖方，如果一个方格中一部分角点的施工高度为“+”，而另一部分为“—”时，说明此方格中的土方一部分为填方，而另一部分为挖方，这时必定存在不挖不填的点，这样的点叫零点，把一个方格中的所有零点都连接起来，形成直线或曲线，这道线叫零线，即挖方与填方的分界线。
计算零点的位置，是根据方格角点的施工高度用几何法求出，如图（图1.2—7）所示，D 点为挖方，C 点为填方，则：
ΔAOC∽ ΔDOB
式中：
相邻两断面间的距离依次为：L 1、L 2、L 3……Ln，则所求土方体积为：
（5）边坡土方量计算
图1.2—14是场地边坡的平面示意图，从图中可以看出，边坡的土方量可以划分为两种近似的几何形体进行计算，一种为三角形棱锥体（如图中①②③ ……）另一种为三角棱柱体（如图中的④）
A、三角形棱锥体边坡体积
图1.2-14中①其体积为
式中：L 1——边坡①的长度（m ）；
F 1——边坡①的端面积（m 2）；
——边坡的坡度系数。
B、三角棱柱体边坡体积
如图中④其体积为
当两端横断面面积相差很大的情况下：
L ——边坡④的长度（m ）；
F 3、F 5、F 0——边坡④的两端及中部横短面面积。
图1.2—14场地边坡平面图
（6）场地平整土方量计算例题
某建筑场地地形图如图1—23所示，方格网a=20m，土质为中密的砂土，设计泄水坡度ix=3%，iy=2%,不考虑土的可松性对设计标高的影响，试确定场地各方格角点的设计标高，并计算挖填土方量。
图1.2—15某建筑场地地形图 1）计算角点地面标高
根据地形图上所标的等高线，假定两等高线间的地面坡度按直线变化，用插入法求出各方格角点的地面标高，如图1.2—15中等高线 44.0~44.5 间角点4的地面标高H 4, 计算方法如图1.2—15：
L = 22.9m
图1.2—16
用这种方法计算很繁琐，通常采用图解法求出各角点的地面标高，
如图1.2—17，用一透明纸，上面画出六根等距离的平行线（线要尽量画细，否则影响读数），把该透明纸放到标有方格网的地形图上，将六根平行线的最外两根分别对准A 点与B 点，这时六根等距离的平行线，将AB 之间0.5米的高差，分成五等分，于是便可直接读出角点4的地面标高H 4 = 44.34米，其余各角点标高，均用此法求出。
图1.2—17
2）计算场地设计标高H 0
3）场地设计标高的调整
本例不考虑土的可松性，不考虑借土弃土的影响，主要考虑泄水坡度的影响。
以场地中心点8为H 0，其余各角点设计标高为：
其余角点设计标高均可用同样方法求出见图1.2—18。 4)计算各方格角点施工高度
其余角点施工高度见图1.2—18。
图1.2—18
5）计算零点，标出零线
首先计算零点，零点在相邻两角点为一挖一填的方格边线上，在图1—26中，角点2为填方，角点3为挖方，角点2、3之间必定存在零点。
如图1.2—19所示：
图1.2—19
同理求出7、8、14、15、13、8之间的零点，把所有零点求出标在图上，零点连线即为零线见图1.2—20。
用这种方法计算很繁琐，通常采用图解法直接求出零点的位置，如图1.2—20，方法是用尺在各角上标出相应比例，用尺相接，与方格相交点即为零点位置。
这种方法可避免计算出现的错误。 6）计算土方量 ①四棱柱法
图1.2—20
A、全挖全填方格
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情境一 土方工程
任务1.1 概 述
了解建筑施工课程的研究对象和方法，建筑施工规范、规程；熟悉土方工程分类及施工特点；掌握土的工程性质，土的工程分类。
1.1.1 建筑施工课程的研究对象和方法
建筑施工分为建筑施工技术、建筑施工组织、建筑工程预算三个部分。
建筑施工技术是一门研究建筑工程施工中各主要工种工程的施工工艺、技术和方法的学科，它包括：土方工程、桩基础工程、砌筑工程、钢筋混凝土工程、预应力混凝土工程、结构安装工程、防水工程、装饰工程等。
1.1.2 建筑施工规范、规程
建筑施工规范和规程是我国建筑界常用的标准。由国务院有关部委批准颁发，作为全国建筑界共同遵守的准则和依据，它分为国家、专业、地方、企业四级。
建筑施工方面的规范，工业与民用建筑部分有：《土方与爆破工程施工及验收规范》、《地基与基础工程施工及验收规范》、《砌体工程施工及验收规范》、《混凝土结构工程施工及验收规范》、《钢结构工程施工及验收规范》等这些作为国家级标准代号为GB×××。如目前使用的钢筋混凝土工程施工验收规范为《混凝土工程施工及验收规范》GB50204-92。
1.1.3 土方工程分类及施工特点
工业与民用建筑工程中土方工程一般分为四类：
1、场地平整
2、基坑(槽) 及管沟开挖
3、地下工程大型土方开挖
4、土方填筑
土方工程的特点：
（1）面广量大、劳动繁重
（2）施工条件复杂
土方工程多为露天作业，施工受当地气候条件影响大，且土的种类繁多，成分复杂，工程地质及水文地质变化多，也对施工影响较大。
1.1.4 土的工程性质
1、土的密度
（1）天然密度：是指土在天然状态下单位体积的质量，用ρ表示，即
（式1.1-1） G1——含水状态下土的质量 V ——土的总体积。
土的密度一般用环刀法测定，用一个体积已的环刀切入土样中，上下端用刀削平，称出质量，减去环刀的质量，与环刀的体积相比，即得到土的天然密度。
（2）土的干密度：指单位体积土中固体颗粒的质量，用ρd 表示，即
（式1.1-2）
G2——土中固体颗粒的质量。
土的干密度用击实实验测定。
2、土的含水量
土的含水量是指土中水的质量与土的固体颗粒之间的质量比，以百分数表示。
G1 - G2
w= ——— × 100% （式 1.1-3）
G2
G1 —— 含水状态土的质量
G2 ——烘干后土的质量（土经105°C 烘干后的质量）
土的含水量测定方法：
把土样称量后放入烘箱内进行烘干（100～105°C ），直至重量不在减少为止，称量。第一次称量为含水状态土的质量G1，第二次称量为烘干后土的质量G2，利用公式 可计算出土的含水量。
土的含水量表示土的干湿程度，土的含水量在5%以内，称为干土；土的含水量在 5～30%以内，称为潮湿土；土的含水量大于30%，称为湿土。
3、土的渗透性
土的渗透性是指土体被水透过的性质，水流通过土中孔隙的难易程度。
土的渗透性是用渗透性系数K 表示。
1.1.5 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，以后虽经回填压实，仍不能恢复成原来的体积，这种性质，称为土的可松性。
工程意义：对土方平衡调配，基坑开挖时留弃土方量及运输工具的选择有直接影响。
土的可松性的大小用可松性系数表示。分为最初可松性系数和最终可松性系数。
①最初可松性系数K S
自然状态下的土，经开挖成松散状态后，其体积的增加，用最初可松性系数表示。
V1——土在自然状态下的体积
V2——土经开挖成松散状态下的体积
②最终可松性系数KS
自然状态下的土，经开挖成松散状态后，回填夯实后，仍不能恢复到原自然状态下体积，夯实后的体积与原自然状态下体积之比，用最终可松性系数表示。 （式1.1-4）
V 1——土在自然状态下的体积；
V 3——土经回填压实后的体积
各类土的可松性系数参见表1.1-1。
（式1.1-5）
表1.1—1 土的可松性系数
1.1.6 土的工程分类
土的种类繁多，其工程性质直接影响土方工程施工方法的选择，劳动量的消耗和工程费用。
土的分类方法很多，作为建筑工程地基的土，根据土的颗粒大小可分为岩石、碎石土、砂土、粉土、粘性土和人工填土。其中，以上各类土又可进行更详细的分类，见《土方与爆破工程施工及验收规范》。在后续课程《土力学与地基基础》中详细介绍。我们主要学习掌握与我们建筑施工技术课联系较大的，根据土的开挖难易程度，在现行预算定额中，将土分为松软土、普通土、坚土等八大类。
任务1.2 土方工程量计算
了解临时性挖方边坡值。三棱柱法计算土方量，边坡土方量计算方法；悉影响土方边坡的稳定的因素及土方边坡的形式，场地设计标高的调整方；掌握基坑（基槽）土方量计算公式，场地平整的基本原则和计算步骤及方法。
1.2.1 土方边坡
土方边坡的稳定，主要是由于土体内土颗粒间存在摩阻力和粘结力，从而使土体具有一定的抗剪强度，当下滑力超过土体的抗剪强度时，就会产生滑坡。
土方边坡坡度以其挖方深度
H 与边坡底宽B 之比来表示。
（式1.2-1）
m = b
V1、V 2、……、Vn —各分段的土方量（m 3）
若该段内基槽横截面形状、尺寸不变时，其土方量即为该段横截面的面积乘以该段基槽长度。
V = A·L （式1.2-4）
1.2.3 场地平整
1、什么叫场地平整?
根据建筑设计要求, 将拟建的建筑物场地范围内, 高低不平的地形整为平地, 即为场地平整。
2、场地平整的基本原则：
总挖方=总填方 （式1.2-5） 即场地内挖填平衡，场地内挖方工程量等于填方工程量。
3、计算步骤及方法
（1）初步确定场地设计标高
假定整平后场地是水平的，不考虑边坡、泄水坡，利用平整前总土方量=平整后总土方量的原则，初步计算场地设计标高。如图1—10所示，当场地设计标高为H 0时，挖填方基本平衡，可将土石方移挖作填，
就地处理；当设计标高为H 1时，填方大大超过挖方，则需从场外取土回填；当设计标高为H 2时，挖方大大超过填方，则要向场外大量弃土。如何确定平整后的场地标高H 0呢？
方法：首先将场地地形图，根据要求的精度划分为长10～40米的方格网。
图1.2—2 场地不同设计标高的比较
然后求出各方格角点的地面标高。地形平坦时，可根据地形图相邻两等高线的标高，用插入法求得；地形不平坦时，用插入法有较大误差，可在地面上用木桩打好方格网，然后用仪器直接测出。
根据挖填平衡的原则：
图1.2—3场地设计标高计算示意图 （a ）地形地图方格网（b ）计标高示意图
1—等高线；2—自然地面；3—设计地面
（式1.2-6）
H 1—为一个方格仅有的角点标高；
H2—为二个方格共有的角点标高；
H3—三个方格共有的角点标高；
H4—为四个方格共有的角点标高；
平整后土方量
V 后 = H 0a 2n （式1.2-7） H0——平整后的场地标高；
n ——方格数；
平整前土方量 = 平整后土方量：
（式1.2-8）
（2）场地设计标高的调整
按上述公式计算的场地设计标高H 0系一理论值，还需要考虑以下因素进行调整。
①土的可松性影响
由于土具有可松性，按理论计算的H 施工，填土回有剩余，为此要适当提高设计标高。
理论计算标高 调整设计标高
图1.2—4 设计标高调整计算简图
如图1.2—4所示，设Δh为土的可松性引起的设计标高增加值，则设计标高调整后的总挖方体积
V 应为Vw = Vw - Fw·Δh （式1.2-9） 总填方体积为：
V T = Vw · K s= （ Vw - Fw ·Δh ） K s （式1.2-10）
由于设计标高H 0的提高而需要增加的填方体积为：
Δh FT = VT -VT = （V W - FW Δh）K S - VT （式1.2-11）
因为V T = V W
所以ΔFT =（V W - FW Δh ） K S - VW （式1.2-12）
考虑土的可松性后，场地设计标高应调整为： H 0= H0 +Δ = Hij — Hn
（式1.2-14）
—— 该角点自然地面标高。
也就是地形图上，各方格角点实际标高，当地形平坦时，按地形图用插入法求的，当地面坡度变化起伏较大时，用经纬仪测出。
②计算零点标出零线
当同一方格的四个角点的施工高度全为“+”或全为“—”时，说明该方格内的土方则全部为填方或全部为挖方，如果一个方格中一部分角点的施工高度为“+”，而另一部分为“—”时，说明此方格中的土方一部分为填方，而另一部分为挖方，这时必定存在不挖不填的点，这样的点叫零点，把一个方格中的所有零点都连接起来，形成直线或曲线，这道线叫零线，即挖方与填方的分界线。
计算零点的位置，是根据方格角点的施工高度用几何法求出，如图（图1.2—7）所示，D 点为挖方，C 点为填方，则：
ΔAOC∽ ΔDOB
式中：
相邻两断面间的距离依次为：L 1、L 2、L 3……Ln，则所求土方体积为：
（5）边坡土方量计算
图1.2—14是场地边坡的平面示意图，从图中可以看出，边坡的土方量可以划分为两种近似的几何形体进行计算，一种为三角形棱锥体（如图中①②③ ……）另一种为三角棱柱体（如图中的④）
A、三角形棱锥体边坡体积
图1.2-14中①其体积为
式中：L 1——边坡①的长度（m ）；
F 1——边坡①的端面积（m 2）；
——边坡的坡度系数。
B、三角棱柱体边坡体积
如图中④其体积为
当两端横断面面积相差很大的情况下：
L ——边坡④的长度（m ）；
F 3、F 5、F 0——边坡④的两端及中部横短面面积。
图1.2—14场地边坡平面图
（6）场地平整土方量计算例题
某建筑场地地形图如图1—23所示，方格网a=20m，土质为中密的砂土，设计泄水坡度ix=3%，iy=2%,不考虑土的可松性对设计标高的影响，试确定场地各方格角点的设计标高，并计算挖填土方量。
图1.2—15某建筑场地地形图 1）计算角点地面标高
根据地形图上所标的等高线，假定两等高线间的地面坡度按直线变化，用插入法求出各方格角点的地面标高，如图1.2—15中等高线 44.0~44.5 间角点4的地面标高H 4, 计算方法如图1.2—15：
L = 22.9m
图1.2—16
用这种方法计算很繁琐，通常采用图解法求出各角点的地面标高，
如图1.2—17，用一透明纸，上面画出六根等距离的平行线（线要尽量画细，否则影响读数），把该透明纸放到标有方格网的地形图上，将六根平行线的最外两根分别对准A 点与B 点，这时六根等距离的平行线，将AB 之间0.5米的高差，分成五等分，于是便可直接读出角点4的地面标高H 4 = 44.34米，其余各角点标高，均用此法求出。
图1.2—17
2）计算场地设计标高H 0
3）场地设计标高的调整
本例不考虑土的可松性，不考虑借土弃土的影响，主要考虑泄水坡度的影响。
以场地中心点8为H 0，其余各角点设计标高为：
其余角点设计标高均可用同样方法求出见图1.2—18。 4)计算各方格角点施工高度
其余角点施工高度见图1.2—18。
图1.2—18
5）计算零点，标出零线
首先计算零点，零点在相邻两角点为一挖一填的方格边线上，在图1—26中，角点2为填方，角点3为挖方，角点2、3之间必定存在零点。
如图1.2—19所示：
图1.2—19
同理求出7、8、14、15、13、8之间的零点，把所有零点求出标在图上，零点连线即为零线见图1.2—20。
用这种方法计算很繁琐，通常采用图解法直接求出零点的位置，如图1.2—20，方法是用尺在各角上标出相应比例，用尺相接，与方格相交点即为零点位置。
这种方法可避免计算出现的错误。 6）计算土方量 ①四棱柱法
图1.2—20
A、全挖全填方格