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场地平整土方量计算与调配

场地平整施工的时间和意义

一般安排开工之前，以使大型施工机械有较大的工作面。

一

场地设计标高的确定

场地平整的标准是什么？

——场地设计标高

程序：

确定场地设计标高→计算挖填土方量→土方调配—确定土方施工方案

01

影响场地标高的因素

1.满足工艺要求（化工厂内管道布置）；

2.城市规划要求（道路、排水要求、防洪）扬州大运河边项目建设有防洪要求；

3.泄水坡度（大于等于2‰）；

4.利用场内地形，减少土方工程量（扬州迎宾馆1号楼有安全保卫要求，利用楼旁小土山遮挡视线）；

5.场内挖填平衡，减少土方运输费用。

02

确定方法

“最小二乘法”：方格网角点的施工高度的平方和最小，满足工程量最小，又能保证挖填平衡；但计算工作量大；

“挖填平衡法”：场地内挖方量=填方量，土方总量不变

概念直观、计算简便、精度能满足施工要求，但不能满足工程

量最小。

场地设计标高计算简图

a）地形图上划分方格；b）设计标高示意图

1—等高线；2—自然地面；3—设计标高平面；4—自然地面与设计标高平面的交线（零线）

03

挖填平衡确定场地平整标高

步骤：

1、初步计算场地设计标高H0

计算原则：场地内的土方在平整前和平整后相等而达到挖、填方平衡，即挖方总量等于填方总量。

VW = VT

V前 = V后

V前土体体积计算？

已知条件：

地形图—平面图、等高线；

计算标高基准平面以上土体体积；

计算单元——方格网；

根据地形图划分方格网，方格网

方格边长a？

一般为10～40m；

根据地形的复杂程度，地面平坦边长大；

地面高低起伏，边长小；

常用20m；为什么？

角点高程Hij？

等高线间线性插入法——求得方格网角点标高；

如图所示：

如无地形图，可以在场地上划分方格网，在角点处打入木桩，用水准仪测量角点标高；

H0场地是否满足要求？

问题：

1）土的可松性？

2）场地排水？

3）局部调整？

2、场地设计标高的调整

考虑因素及调整方法

（1）考虑土的可松性而使场地设计标高提高。

已知：H0、VW 、AW 、 VT 、AT 、Ks、KS/，

求Δh。

调整后土方仍应平衡。

VT+AT ?Δh = (VW-AW.?Δh.)? KS/ ，

VW = VT ，

Δh =

（2）泄水坡度的影响

一般，泄水坡度i应≥2‰ ，做成单向泄水或双向泄水。

单向泄水时的计算：

HN=H0?li

双向泄水时的计算：

HN=H0?lxix?lyiy

H0—场内中心点标高。

泄水坡度调整易出现的问题？

+、-的确定？

泄水坡度的方向ix 、iy 和lx 、ly方向一致为-；

泄水坡度的方向ix 、iy 和lx、ly方向相反为+；

（3）设计标高上的各种填方工程使设计标高的降低，或者设计标高以下的各种挖方工程使设计标高提高。

（4）边坡填、挖土方量不等使设计标高增减。

（5）就近取弃土引起场内挖、填土方量变化，导致场地设计标高的增减。

场地设计标高计算简图

a）地形图上划分方格；b）设计标高示意图

1—等高线；2—自然地面；3—设计标高平面；4—自然地面与设计标高平面的交线（零线）

二

土方量的计算

01

场地平整土方量计算方法（方格网法、断面法）

方格网法步骤如下：

1、计算各方格角点的施工高度（即填、挖高度）

hn = Hn- Hn/ (设计标高-自然标高)

“+”为填方，“-”为挖方。

2、确定“零线”，即挖、填方的分界线

先求零点，之后将零点相连。

3、计算各方格土方工程量

分3种情况：

① 4点同挖（同填）：

② 2挖2填(相邻2点为挖，另2点为填)：

如1、2点为挖方，则：

2挖2填、3挖1填

③ 3挖1填（1挖3填）:

填方量

4、计算场地边坡土方工程量

边坡土方量可近似按三角棱锥体、三角棱柱体计算。

边坡土方量计算简图

02

场地平整土方量计算示例

例：已知：a=20m,ix=2%0 ,iy=3%0 ,不考虑k/s ，二类土。求各角点设计标高，计算挖填方方量。（VT、VW）

具体计算过程：

1、计算场地设计标高H0

2、根据泄水坡度计算各方格角点的设计标高

3、计算各角点的施工高度h

4、确定并画出“零线”

5、计算各方格挖、填土方工程量

6、汇总---Σ挖、Σ填---便于土方调配

三

排水及降低地下水

01

排除地面水：排除场地低洼处积水、场地雨水

常用排水设施

排水沟（疏）—平坦场地

截水沟（堵）—坡地、 高侧

土堤（挡）—低洼处四周

平面位置：

布置在施工区域的边缘或道路两旁；和自然地形一致；和原有排水系统一致；和新建永久排水系统协调；

截面尺寸要求：

沟、堤截面根据施工期排水量确定； 排水沟≥500×500 纵向坡度i≥3‰ 平坦地区≥2‰ 沼泽地区≥1‰；必要时设涵管过水以利交通。

02

降低地下水

为什么需要降水？

当基础底面低于地下水位以后，地下水向基坑内渗流，产生下列后果：

1. 恶化施工条件；

2. 降低地基承载力；

3. 基坑边坡易塌方。

所以，为了保证施工安全和质量，需降低地下水

降水方法：

1.集水坑降水法(明排水法）

集水坑降水法是在基坑开挖过程中，在基础范围以外设置集水坑，并沿坑底的周围或中央开挖排水沟，使水流入集水坑中，然后用水泵抽走。

轻型井点系统及滤管构造

集水坑设置

构造要求：

集水坑应设置在基础范围以外，地下水的上游侧，间距20-40m，直径或宽度0.6-0.8m，低于挖土面0.7-1m，（坑壁可用竹木加固）至设计标高后低1-2m，底部设碎石滤层30cm,以防止基坑底的土颗粒随水流失而使土结构受到破坏。

2.井点降水法

井点降水法（人工降低地下水），就是在基坑开挖前，预先在基坑周围或基坑内设置一定数量的滤水管（井），利用抽水设备从中抽水，使地下水位降至坑底以下并稳定后再开挖基坑。

作用：

1）改善施工条件；

2）加速土壤固结，提高土体强度，边坡加陡以减少土方量；

3）可防止流砂；

4）防止基底隆起，提高工程质量。

副作用：基坑周围可能产生不均匀沉降。

井点类型：

1）轻型井点：在基坑四周埋设井点管至地下水层，将井点管与总管相连，利用抽水设备将地下水从井点管中不断抽出，使地下水位降至基坑底面以下。适用于K=0.1-50m/d降水深3-6m（二级6-12m）

轻型井点设备

管路系统：井点管φ38、51，长5-7m，滤管1-1.5m、弯联管、总管φ100-127mm。

抽水设备：

真空泵设备：真空泵、离心泵、水气分离器（集水箱）每套带100-120 m。

a射流泵设备：由离心泵、射流器、循环水箱组成。每套带30-60m，用于粉砂、粉土等渗透性较小的土层中降水。原理：喷嘴处断面收缩使水流速度骤增，压力骤降，空腔内产生部分真空，将水气吸上。

① 平面布置

i）当坑顶宽度B≤6m，降水深S≤5m时，用单排线状井点，井点管放在上游一侧，两端伸出长≥B，I=1／4。

ii）B＞6m或土质不良，则用双排井点；面积较大时，应用环状井点I=1／10

iii）井点管间距一般为0.8-1.6m，一般≯2m，在总管拐弯处，靠河流处加密，用多套抽水设备时，各段总管长度应大致相等，段与段之间断开。

②高程布置

井点管处降水深度H≯6m，露出地面0.2-0.3m，滤管埋入透水层中，井管埋设深度 H ≥ H1＋h＋IL

H1—总管平台面至基坑底面的距离。

h –基坑底面至降水后地下水位的最小距离0.5-1.0m。

I—水力坡度

L—井管至基坑中心（单排时至坑底远端） 的水平距离。

如H大于井管长，则可降低埋设面。

H不够时，可以上部集水坑降水，下部井点降水。也可采用二级轻型井点。

轻型井点计算

计算内容：

Q涌、井点的数量n、井距D、抽水设备选用等。

涌水量计算以水井理论为依据。

水井类型：无压井、承压井、完整井、不完整井组合成四种类型井。

①涌水量计算

以单个无压完整井为例，抽水影响半径R，水井半径r。

达西定律 Q=K×I×A=K×dy/dx×2πxy=K*2πxy = H2-h2 =

H—含水层厚度，

h—井内水深。

对单个承压完整井：

M—含水层厚度，S—井中水位降低深度，H—承压水头高。

对于群井：Q涌=？∑Q单 ，将环状井点假

想成半径为x0的圆形井点系统分析计算。

无压完整井环状井点系统：

对无压非完整井群井：以H0代替H，

适用条件：当（长∕宽）＞5或坑宽B＞2R时，应分块计算。

井点管数量n与井距D的确定

n = 1.1Q/q 1.1为备用系数；

q--单根最大出水量， 65πd l ；

d--滤管直径；

井点管间距 D = L/n

实际采用D ：

a)D≥15d（过密干扰大）

b)K较小时，D不宜过大

c)靠河流处，D宜适当减少

d)与总管接头相适应0.8、1.2、1.6、2.0m

由实际采用的D来定n。

轻型井点抽水设备选择

①真空泵：常用W5、W6型干式真空泵， W5带总管长≤100m、W6带总管长≤120m

最低真空度：hk=10（h+△h）（KPa）

h—降水深度；△h—水头损失（1-1.5m）

hk＜真空泵真空度＜浮筒关闭阀门时的真空度

②射流泵：QJD-60、QJD-90、JS-4S，排水分别为：60、90、45m3/h；带总管≤50m

③水泵：一般用离心泵：Q、H吸、（H总）

Q泵≥（1.1-1.2）Q涌；H吸≥S+△h ；

H总≥H吸+H出，S—泵中心至井点下端距离

轻型井点的施工

施工程序：准备工作—井点系统埋设—使用—拆除。

井点系统的埋设：挖总管沟槽→排放总管→埋井点管→弯联管→抽水设备试抽。（关键：冲孔、埋管）

冲水管冲孔、埋管：冲孔管φ50-70，成孔φ300左右，孔深比设计井点深500，井管周围填粗砂，厚6-10cm，填高达滤管顶1-1.5m，上部0.5-1m粘土封口，检查渗水情况，试抽检查。

使用：出水规律：先大后小，先浑后清。要求连续抽水。

必要时，对附近建筑物的沉降观测。

2）电渗井点

如果土的渗透性系数很小,（K<0.1m/d),利用轻型井点、喷射井点的效果很差

3）喷射井点

适于弱透水层K=0.1-2 m/d，降水深度较大＞6m（可达20m）。1级轻型井点达不到。

喷射井点的设备主要由喷射井管、高压水泵和管路系统组成。

4）管井井点

每隔一定距离打一管井，每一管井用一水泵抽水，由管井、吸（出）水管、水泵组成。

适用于渗水量较大处K=20-200 m3/d。管井间距20-50m，深8-15m，井中降水深可达6-10m，有效降水深3-5m。

5）深井井点

3.适用范围：

集水坑降水法：用于降水深度S较小的粗粒土或渗水量小的粘性土层。

井点降水法：宜用于降水深度S较大或细砂、粉砂、软土地基的土层。

亦可两法灵活（混合）使用

降水开始时间、降水结束时间：一般到基础施工完毕且土方回填后结束。

03

流砂及其防治

流砂：地下水位以下为细砂、粉砂等土质，用集水坑降水时，坑底下的土在水流作用下形成流动状态，随地下水涌入基坑，这种现象称为流砂。即边挖土边冒砂的现象。

流砂危害：土体丧失承载力、施工条件恶化，工人难以立足，基坑难以挖到设计深度，容易塌方，掏空附近地基引起周围建筑物下沉、倾斜、甚至倒塌。

①流砂发生的原因——动水压力

动水压力：GD = -T = -I﹒rW （作用方向与 T——土对水流的阻力方向相反）

由此可见GD与I、L的关系，GD的作用方向与水流方向相同。

GD方向：向上，不利；向下，有利。

当GD≥rs/（土的浸水重度）时，则土粒处于悬浮状态，土体抗剪强度τ=0，土粒进入基坑，形成流砂。

②在哪些情况下易发生流砂现象？

a、易在粉土、细砂、粉砂、淤泥土中发生。一般下挖超过地下水位0.5m深即要注意。

b、与动水压力GD大小有关，GD大时易发生。

③流砂的防治

主要途径：

a、减少动水压力GD；

b、使动水压力GD方向向下；

c、截断地下水流，增加渗流路径。

具体措施：

a、枯水期施工；

b、抢挖并抛大石块法--用于局部的轻微的流砂，冒砂速度﹤挖土速度的情况；

c、设止水帷幕法--渗径L↑，I↓，GD↓，结合基坑支护比较好；

d、水下挖土法--如沉井施工、抓铲施工；

e、人工降低地下水位法—改变GD方向。

④管涌：

当坑底为不透水层，地下水为承压水时，坑底不透水层覆盖土的重量＜承压水顶托力时，即当HrW≥hr土（H--承压水头，h--土层厚）时，会随时发生冒砂现象。

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