第一章土方工程.ppt
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1、第一章 土方工程,常见土方工程分类: 场地平整、基坑(槽)与管沟开挖、土壁支护、施工排水、降水、路基填筑以及基坑回填等。 组织土方工程施工时,尽可能机械化施工,以降低劳动强度;而且要合理安排施工计划,尽可能避开雨季施工,否则,应作好防洪排水等准备。此外,为了降低工程施工费用,制定土方的合理调配方案。,包括一切土的挖掘、填筑和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。,第一节 概述,一、土方工程施工具有以下特点: (1) 工程量大、施工周期长。 (2) 施工条件复杂。 (3) 劳动强度高。 二、土的分类及现场鉴别方法 在工程上,根据土的坚硬程度和开挖方法将土分为8类,其中一四类土为
2、土,五八类土为岩石。其开挖难易直接影响其施工方案、劳动量消耗和工程费用。,表1-1 土的工程分类与现场鉴别方法,三、土的性质 1、土的可松性 2、土的天然含水量 3、土的天然密度和干密度 4、土的孔隙比和孔隙率 5、土的渗透性,土颗粒、水、空气三部分组成,1土的可松性及可松性系数 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,仍不能恢复到原来的体积,称为土的可松性。 最初可松性系数用Ks表示,最终可松性系数用Ks表示,即: 式中: V1土在自然状态下的体积; V2土开挖后的松散体积; V3土经回填压实后的体积。,Ks用于计算土方施工机械及运土车辆等参数; Ks用于计算场地平整标
3、高及填方时所需挖土量等参数;,Ks=V2/V1; Ks= V3/ V1,示例: 试计算开挖800m3的基坑,需要运走多少土方量?回填一个200m3的基坑,需要挖方的土方量是多少?已知:ks=1.30;ks=1.15,解: 1、运走的土方量=800 1.3 =1040 m3 2、需挖方的土方量=200/1.15=174m3,2、土的天然含水量 在天然状态下,土中水的质量mw与固体颗粒质量ms之比的百分率叫土的天然含水率,反映了土的干湿程度。,=mw/ms(%),3.土的天然密度和干密度 在天然状态下,单位体积土的质量称为土的天然密度。它与土的密实程度和含水量有关。 土的天然密度按下式计算: 干密
4、度 d: 土的固体颗粒质量与总体积的比值.用下式表示: 式中: 土的天然密度,kg/m3; m (ms)土的总质量(土中固体颗粒的质量),kg; V 土的体积,m3., = m/V,d = ms/V,在一定程度上,土的干密度反映了土的颗粒排列紧密程度.土的干密度愈大,表示土愈密实. 工程上常把土的干密度作为评定土体密实程度的标准,以控制填土工程的压实质量。土的密实程度主要通过检验填方土的干密度和含水量来控制., = m/V=(ms+mw)/V=(ms+ mw)/V =(1+ )ms/V= (1+ ) d,4、土的孔隙比e和孔隙率n 孔隙比e是土的孔隙体积Vv与固体体积Vs的比值。 孔隙率n是土
5、的孔隙体积Vv与总体积V的比值,用百分率表示。 孔隙比和孔隙率反映了土的密实程度。孔隙比和孔隙率越小土越密实。,e=Vv/ Vs,n=Vv/ V,5、土的渗透性 土的渗透性:指土体被水透过的性质.土的渗透性用渗透系数表示. 渗透系数:表示单位时间内水穿透土层的能力,以m/d表示;它同土的颗粒级配、密实程度等有关,是人工降低地下水位及选择各类井点的主要参数。 土的渗透系数见表1-2所示,表1-2 土的渗透系数参考表,第二节 土方量计算及土方调配,在土方施工之前,必须计算土方的工程量.但各种土方工程的外形有时很复杂,而且不规则.一般情况下,将其划分成为一定的几何形状,采用具有一定精度而又和实际情况
6、近似的方法进行计算. 一、基坑与基槽土方量计算 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: V =(H/6 )(F下+ 4F中+ F上),式中 H 基坑深度,m; F上、F下基坑上、下底的面积,m2; F中 基坑中截面的面积,m2. 图1-1 基坑开挖土方量计算,图1-2 基槽开挖土方量计算 基槽土方量计算可沿长度方向分段计算(如图1-2所示 ): 沿长度方向分段计算Vi,再 V = Vi 断面尺寸不变的槽段:Vi =FiLi 断面尺寸变化的槽段:Vi =(Fi上+4Fi中+Fi下)Li/6,二、 场地平整土方计算 对于在地形起伏的
7、山区、丘陵地带修建较大厂房、体育场、车站等占地广阔工程的平整场地,主要是削凸填凹,移挖方作填方,将自然地面改造平整为场地设计要求的平面. 场地挖填土方量计算一般采用方格网法. 方格网法计算场地平整土方量步骤为: 1.绘制方格网 2.确定场地设计标高 3.计算场地各个角点的施工高度 4.计算“零点”位置,确定零线 5.计算方格土方工程量 6.边坡土方量计算 7.计算土方总量,1.绘制方格网图 采用方格网图 (一般在1:500的地形图上)将场地划分为边长a=1040m的若干方格,与测量的纵横坐标相对应,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. 图1-
8、3 方格网法计算土方工程量图,24,返回22,2.确定场地设计标高 (1)考虑的因素 (2)初步标高(按挖填平衡) (3)场地设计标高的调整,(1)考虑的因素: 满足生产工艺和运输的要求; 尽量利用地形,减少挖填方数量; 争取在场区内挖填平衡,降低运输费; 有一定泄水坡度,满足排水要求. 场地设计标高一般在设计文件上规定,如无规定: A.小型场地挖填平衡法; B.大型场地最佳平面设计法(用最小二乘法,使挖填平衡且总土方量最小)。,(2)初步标高H0(按挖填平衡) 场地初步标高H0:,Nn:方格个数; H11、 H12、H21、H22:一个方格各角点的自然标高。 H1、 H2、H3、H4:分别为
9、一个、两个、三个、四个方格共用角点的标高.,(3)场地设计标高的调整 土的可松性 土的可松性会造成填土多余,需相应的提高设计标高。 就近借弃土 由于场内大型基坑挖出的土方修筑路堤填方的土方,以及从经济角度比较后,将部分挖方就近弃于场外或将部分填方就近取土于场外等等,均会引起挖填土方量的变化。 按泄水坡度 A:单向排水时,各方格角点设计标高为: Hn = H0 li B:双向排水时,各方格角点设计标高为: Hn = H0 lxix lyiy,17,3.计算场地各个角点的施工高度hn 施工高度为角点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
10、下式计算: hn = Hn - H 式中 hn 角点施工高度即填挖高度(以“+”为 填,“-”为 挖),m; n 方格的角点编号(自然数列1,2,n). Hn 角点设计高程, H 角点原地面高程.,4.计算“零点”位置,确定零线 方格边线一端施工高程为“+”,若另一端为“-”,则沿其边线必然有一不挖不填的点,即“零点”(如图1-4所示). 图1-4 零点位置,17,零点位置按下式计算:,h1、h2 相邻两角点的施工高度(均用绝对值),m; a 方格网的边长,m.,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。将
11、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。,图1-5 零点位置图解法,5.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,逐格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,6.边坡土方量计算 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(图1-6中、); 另一种为三角棱柱体(图1-6中).,图1-6 场地边坡平面图,A三角棱锥体边坡体积 式中 l1 边坡的长度; A1 边坡的端面积;A1=(mh2)h2/2 h2 角点的挖土高度; m边坡的坡度
12、系数,m=宽/高. B 三角棱柱体边坡体积,两端横断面面积相差很大的情况下,边坡体积: 式中 l4 边坡的长度; A1、A2、A0 边坡两端及中部横断面面积.,7.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. 8.例题 【例1.1】某建筑场地方格网如图1-7所示,方格边长为20m20m,填方区边坡坡度系数为1.0,挖方区边坡坡度系数为0.5,试用公式法计算挖方和填方的总土方量.,图1-7 某建筑场地方格网布置图,【解】(1)根据所给方格网各角点的地面设计标高和自然标高,计算结果列于图1-8中. 由公式1.9得: h1=251.50-2
13、51.40=0.10m h2=251.44-251.25=0.19m h3=251.38-250.85=0.53m h4=251.32-250.60=0.72m h5=251.56-251.90=-0.34m h6=251.50-251.60=-0.10m h7=251.44-251.28=0.16m h8=251.38-250.95=0.43m h9=251.62-252.45=-0.83m h10=251.56-252.00=-0.44m h11=251.50-251.70=-0.20m h12=251.46-251.40=0.06m,图1-8 施工高度及零线位置,(2)计算零点位置.从图
14、1-8中可知,15、26、67、711、1112五条方格边两端的施工高度符号不同,说明此方格边上有零点存在. 由公式1.10求得: 15线 x1=4.55(m) 26线 x1=13.10(m) 67线 x1=7.69(m) 711线 x1=8.89(m) 1112线 x1=15.38(m),将各零点标于图上,并将相邻的零点连接起来,即得零线位置,如图1-8. (3)计算方格土方量.方格、底面为正方形,土方量为: V(+)=202/4(0.53+0.72+0.16+0.43)=184(m3) V(-)=202/4(0.34+0.10+0.83+0.44)=171(m3) 方格底面为两个梯形,土方
15、量为: V(+)=20/8(4.55+13.10)(0.10+0.19)=12.80(m3) V(-)=20/8(15.45+6.90)(0.34+0.10)=24.59(m3),方格、底面为三边形和五边形,土方量为: V(+)=65.73 (m3) V(-)=0.88 (m3) V(+)=2.92 (m3) V(-)=51.10 (m3) V(+)=40.89 (m3) V(-)=5.70 (m3) 方格网总填方量: V(+)=184+12.80+65.73+2.92+40.89=306.34 (m3) 方格网总挖方量: V(-)=171+24.59+0.88+51.10+5.70=253.
16、26 (m3),(4)边坡土方量计算.如图1.9,、按三角棱柱体计算外,其余均按三角棱锥体计算, 可得: V(+)=0.003 (m3) V(+)=V(+)=0.0001 (m3) V(+)=5.22 (m3) V(+)=V(+)=0.06 (m3) V(+)=7.93 (m3) V(+)=V(+)=0.01 (m3) V=0.01 (m3) V11=2.03 (m3) V12=V13=0.02 (m3) V14=3.18 (m3),图1-9 场地边坡平面图,边坡总填方量: V(+)=0.003+0.0001+5.22+20.06+7.93+20.01+0.01=13.29(m3) 边坡总挖方
17、量: V(-)=2.03+20.02+3.18=5.25 (m3),三、 土方调配 编制土方调配方案应根据地形及地理条件,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),确定挖方各调配区的土方调配方案,应使土方总运输量最小或土方运输费用最少,而且便于施工,从而缩短工期、降低成本.,协调处理挖土的利用、堆弃和填土取得三者之间的关系。,土方调配的原则: 1、应力求达到挖填平衡和运输量最小的原则; 2、应考虑近期施工与后期利用相结合的原则; 3、尽可能与大型地下建筑物的施工相结合; 4、调配区大小的划分应满足主要土方施工
18、机械工作面的大小(如铲运机铲土的长度)的要求,使土方机械和运输车辆的效能得到充分发挥。 调配方案确定后,绘制土方调配图如图1.10 ,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、填方平衡.A为挖方,B为填方.,图1-10 土方调配图,箭头上方数字为土方调配量,箭头下方数字为平均运距。,第三节 施工准备与辅助工作,一、施工准备 (1)场地清理 在场地平整施工前,应利用原场地上已有各类控制点,或已有建筑物、构筑物的位置、标高,测设平场范围线和标高. 对施工区域内障碍物要调查清楚,制订方案,并征得主管部门意见和同意,拆除影响施工的建筑物
19、、构筑物;拆除和改造通讯和电力设施、自来水管道、煤气管道和地下管道;迁移树木. (2)场地排水 尽可能利用自然地形和永久性排水设施,采用排水沟、截水沟或挡水坝措施,把施工区域内的雨雪自然水、低洼地区的积水及时排除,使场地保持干燥,便于土方工程施工.,(3)修筑临时设施 修好临时道路、电力、通讯及供水设施,以及生活和生产用临时房屋. 二、土方边坡与土壁支撑 (一)边坡稳定的条件 (二)放坡与护面,(一)边坡稳定条件与因素 1、边坡稳定的条件 土壁稳定,主要是由土体内摩阻力和粘结力保持平衡,一旦失去平衡,土壁就会塌方. 即T C T土体下滑力。下滑土体的分力,受坡上荷载、雨水、静水压力影响。 C土
20、体抗剪力。由土质决定,受气候、含水量及动水压力影响。 土体的稳定条件是:在土体的重力及外部荷载作用下所产生的剪应力小于土体的抗剪强度。,2、造成土壁塌方的主要原因有: (1)边坡过陡,使土体本身稳定性不够,尤其是在土质差、开挖深度大的坑槽中,常引起塌方。 (2)雨水、地下水渗入基坑,使土体重力增大及抗剪能力降低,是造成塌方的主要原因。 (3)基坑(槽)边缘附近大量堆土,或停放机具、材料,或由于动荷载的作用,使土体产生的剪应力超过土体的抗剪强度.,(二)土方边坡及其稳定:,m=B/H,m坡度系数,m的物理意义:当基坑深为1米时,边坡宽度的大小。,边坡可以做成:直线形、折线形、踏步形。,H/B =
21、1:(B/H)=1:m,土方边坡坡度:,土方边坡的大小主要与土质、开挖深度、开挖方法、边坡留置时间的长短、边坡附近的各种荷载状况及排水情况有关。当地质条件良好,土质均匀且地下水位低于基坑或管沟底面标高时,挖方边坡可做成直立壁不加支撑,但深度不得超过下列规定:,密实、中密的砂土和砂填碎石土:1.00m; 硬塑、可塑的轻亚粘土及亚粘土:1.25m; 硬塑、可塑的粘土和粘填碎石土:1.50m; 坚硬的粘土:2m,(3)临时性挖方的边坡值应按表1-4规定采用: 注:土质均匀、地下水位低、留置时间时间短、开挖深度在5m深以内时,方可采用。,表1-4 深度在5m内的基坑、基槽、管沟边坡的最陡坡度,三、土壁
22、支撑 在基坑或沟槽开挖时,为了缩小施工面,减少土方量或因受场地条件的限制不能放坡时,可采用设置土壁支撑的方法施工。 开挖较窄的沟槽多采用横撑式支撑。横撑式支撑根据挡土板的不同,分为水平挡土板和垂直挡土板。 采用横撑式支撑时,应随挖随撑,支撑要牢固。施工中应经常检查,如有松动、变形等现象时,应及时加固或更换。支撑的拆除应按回填顺序依次进行,多层支撑应自下而上逐层拆除,随拆随填。,横撑式支撑见图1-13所示P18,在基坑开挖过程中,当基底低于地下水位时,由于土的含水层被切断,地下水会不断地渗入坑内。雨期施工时,地面水也会不断流入坑内。如果不采取降 水措施,把流入基坑内的水及时排走或把地下水位降低,
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