yA土方工程课件.ppt
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1、第一章 土方工程,本章提要: 本章内容包括土方规划、土方工程施工的要点,土方工程机械化施工。在土方规划中,涉及了土的工程分类和性质、土方边坡、土方量计算、场地设计标高的确定和土方调配等问题。在土方工程施工要点中,重点论述了土壁稳定、施工排水、流砂防治和填土压实,是土方工程施工的关键。在土方工程机械化施工中,着重阐述常用土方机械的类型、性能及提高生产率的措施。 (一)土方工程 大纲要求 1、掌握土的工程分类与性质、土方工程机械化施工方法 2、掌握排除地面水、人工降低地下水位(轻型井点降水)的方法 3、掌握土方量计算与基(槽)坑土方施工、土方边坡与土壁支撑方法 4、熟悉土方工程施工的质量要求与安全
2、措施,1.1.1 土方工程的内容及施工要求 土木工程施工中,常见的土方工程: (1)场地平整确定场地设计标高,计算挖、填土方量,合理地进行土方调配等。 (2)开挖沟槽、基坑、竖井、隧道、修筑路基、堤坝,其中包括施工排水、降水,土壁边坡和支护结构等。 (3)土方回填与压实其中包括土料选择,填土压实的方法和密实度检验等。,1.1 土方规划,土石方工程的施工特点 土石方工程是建筑工程施工中主要的分部工程之一,它包括土、石方的开挖、运输、填筑、平整与压实等主要施工过程,以及场地清理、测量放线、施工排水、降水和土壁支护等准备与辅助工作。 土石方施工的特点: 1:土石方施工工程量大、面广。 2:施工条件极
3、为复杂。 3:劳动强度较大 。,1.1.2:土的工程分类 不同的土,其物理、力学性质也不同,只有充分掌握各类土的特性及其对施工过程的影响,才能选择正确的施工方法 1:土的种类繁多,分类方法也较多,根据土的颗粒级配或塑性指数可分为 碎石类土(漂石土、块石土、卵石土、碎石土、圆砾土、角砾土)、 砂土(砾砂、粗砂、中砂、细砂、粉砂) 粘性土(粘土、亚粘土、轻亚粘土); 2:根据土的沉积年代,粘性土可分为老粘性土、一般粘性土、新近沉积粘性土; 3:根据土的工程特性,又可分出特殊性土,如软土、人工填土、黄土、膨胀土、红粘土、盐渍土、冻土等。 4:开挖难易程度 将土分为松软土、普通土、坚土、砂砾坚土、软石
4、、次坚石、坚石、特坚石八类,称为土的工程分类。前四类属一般土,后四类属岩石,土的分类法及其现场鉴别方法见表11。,土的工程性质 土的工程性质对土方工程的施工有直接影响,其中基本的工程性质有:土的质量密度、可松性、压缩性、含水量、渗透性等。 1.1.2.1 土的质量密度 天然密度和干密度。 (1)土的天然密度: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。 环刀法测定 。,式中土的天然密度,kg/m3; m 土的总质量,kg; V 土的体积,m3。,(2)土的干密度:单位体积土中固体颗粒的质量; 它是用以检验填土压实质量的控制指标。 烘干法测定 最优含水量: 在一定功能
5、的压实(或击实、或夯实)作用下,能使填土达到最大干密度(干容量)时相应的含水率。,式中:d土的干密度,kg/m3; mS 固体颗粒质量,kg; V 土的体积,m3。,1.1.2.2.土的含水量 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,以百分数表示:,式中 G1含水状态时土的质量; G2土烘干后的质量。 土的含水量影响土方施工方法的选择、边坡的稳定和回填土的质量,如土的含水量超过2530,则机械化施工就困难,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。土的最佳含水量和最大干密度参考值见表13。,土的最佳含水量和最大干密度 表13,1.1.2.3 土的渗透性,
6、土的渗透性 土的渗透性水在土体中渗流的性能,一般以渗透系数K表示。 从达西公式VKI可以看出渗透系数的物理意义:当水力坡度I等于1时的渗透速度v即为渗透系数K。 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,一般应通过抽水试验确定。,1.1.2.4 .土的可松性 1、土的可松性:在自然状态下的土经开挖后组织被破坏,其体积因松散而增大,以后虽经回填压实也不能恢复其原来体积的特性。由于土方工程量是以自然状态的体积来计算的,所以在土方调配、计算土方机械生产率及运输工具数量等的时候.必须考虑土的可松性。 土的可松性程度用可松性系数表示,即: 式中 KS、KS土的最初、最终可松性系数; V1
7、土在天然状态下的体积,m3; V2土挖出后在松散状态下的体积,m3; V3土经压(夯)实后的体积,m3。 在土方工程中,KS是计算土方施工机械及运土 车辆等的重要参数,KS是计算场地平整标高及填方时所需挖土量等的重要参数。不同类型土的可松性系数可参照表11。 2、.土的压缩性 移挖作填或取土回填,松土经填压后会压缩,一般松土的压缩率见表12。在松土回填时应考虑土的压缩率,一般可按填方断面增加1020计算松土方数。,土的压缩率 表12,1.1.3 土方边坡,土方边坡坡度以其高度H与其底宽B之比表示。边坡可做成直线形、折线形或踏步形 式中 mB /H,称为坡度系数。,(c)踏步形,(b)折线形,(
8、a)直线形,图11 土方边坡,1.1.4:土石方工程量的计算,土方工程施工前应进行挖、填方的平衡计算,综合考虑土方运距最短、运程合理和各个工程项目的合理施工顺序等,做好土方平衡调配,减少重复挖运。同时,土方平衡调配应尽可能与城市规划和农田水利相结合将余土一次性运送到指定弃土场,做到文明施工。,土石方量计算的基本方法: 土石方量计算的基本方法主要有平均高度法和平均断面法两种。,1.1.4.1.平均高度法 (1) 四方棱柱体法: 四方棱柱体法,是将施工区域划分为若干个边长为a的方格网,每个方格网的土方体积V等于底面积a2乘四个角点高度的平均值,图118 四方棱柱体法,三个角挖(或填),(2):三角
9、棱柱体法。 三角棱柱体法,是将每一个方格顺地形的等高线沿对角线划分成两个三角形,然后分别计算每一个三角棱柱体的土方量。,(,(a)全挖或全填,b)有填有挖,图119 三角棱柱体法,当三角形为全挖或全填时图119(a):,当三角形有填有挖时图119(b),则其零线将三角形分成两部分, 底面为三角形的锥体:,底面为四边形的楔体:,简化计算:,2.平均断面法 平均断面法(图120),可按近似公式和较精确的公式进行计算。,图120 平均断面法,(1)近似计算:,(2)较精确计算:,式中 V土方体积(m3); F1,F2两端的断面面积(m2) F0L/2处的断面面积(m2)。,1.1.5 场地平整土方量
10、计算 1.1.5.1. 场地设计标高Ho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。合理地确定场地的设计标高,对减少土方量和加速工程进度均具有重要的意义。 当场地设计标高为Ho时,填挖方基本平衡,可将土方移挖作填,就地处理; 当设计标高为H1时,填方大大超过挖方,则需要从场外大量取土回填;当设计标高为H2时,挖方大大超过填方,则需要向场外大量弃土。 因此,在确定场地设计标高时,应结合现场的具体条件反复进行技术经济比较,选择其中一个最优的方案。其原则是: (1)应满足生产工艺和运输的要求; (2)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;
11、(3)使挖填平衡,土方量最少; (4)要有一定泄水坡度(2),使能满足排水要求; (5)要考虑最高洪水位的影响。,图123 场地不同设计标高的比较,如场地设计标高无其他特殊要求时,则可根据填挖土方量平衡的原则加以确定,即场地内土方的绝对体积在平整前和平整后相等。其步骤如下 : (1)在地形图上将施工区域划分成边长为10 50m的若干个方格网(图124)。 (2)确定各小方格角点的高程,其方法:可用水准仪测量;或根据地形图上相邻两等高线的高程,用插入法求得;也可用一条透明纸带,在上面画6根等距离的平行线,把该透明纸带放到标有方格网的地形图上,将6根平行线的最外两根分别对准A点和B点,这时6根等距
12、离的平行线将A、B之间的0.5m或1m(等高线的高差)分成五等分,于是便可直接读得H13点的地面标高,如图125所示,H13251.70。,图124 场地设计标高计算图,(3)按填挖方平衡确定设计标高Ho,式中 N方格网格数 H1一个方格仅有的角点标高 H2两个方格共有的角点标高 H4四个方格共有的角点标高,简化的计算公式:,1.1.5.2 场地设计标高的调整 标高调整考虑因素: (1):土的可松性影响。 由于土具有可松性,一般填土会有多余,需相应地提高设计标高。 (2): 场内挖方和填方的影响。 由于场地内大型基坑挖出的土方、修筑路堤填高的土方,以及从经济观点出发,将部分挖方就近弃于场外,将
13、部分填方就近取土于场外等,均会引起挖填土方量的变化。必要时.亦需调整设计标高。 (3):泄水坡度的影响。 当按调整后的同一设计标高H0进行场地平整时,则整个地表面均处于同一水平面;但实际上由于排水的要求,场地表面需有一定的泄水坡度。因此,还得根据场地泄水坡度的要求(单面泄水或双面泄水),计算出场地内各方格角点实际施工所用的设计标高。,1.1.5.3 场地土方量计算,计算步骤: (1 )计算各方格角点的施工高度h。 hn=HnH Hn角点的设计标高 H焦点的自然地面标高 (2)绘出“零线” 零线由施工高度来计算确定 (3)计算场地挖、填土方量,计算“零点”位置,确定零线 方格边线一端施工高程为“
14、+”,若另一端为“-”,则沿其边线必然有一不挖不填的点,即为“零点”(图1.4)。,1.1.6 土方调配,土方调配是土方工程施工组织设计(土方规划)中的一个重要内容,在平整场地土方工程量计算完成后进行。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,从而可以缩短工期、降低成本。 工作内容: 划分调配区;计算土方调配区之间的平均运距;确定土方最优调配方案;绘制土方调配方案;绘制土方调配图表。,划
15、分调配区的注意事项,进行土方调配时,首先要划分调配区。划分调配区应注意下列几点: 1)调配区的范围应该与工程建(构)筑物的平面位置相协调,并考虑它们的开工顺序、工程的分期施工顺序。 2)调配区的大小应该满足土方施工主导机械(铲运机,挖土机等)的技术要求; 3)调配区的范围应该满足和土方工程量计算用的土方格网协调,通常可由若干个方格组成一个调配区; 4)当土方运距较大或场地范围内土方不平衡时,可根据附近地形,考虑就近取土或就近弃土,这时一个取土区或弃土区都可作为一个独立的调配区。 5)调配区划分应尽可能与大型地下建筑物施工相结合,避免土方重复开挖。,1.2 土方工程施工要点, 踏勘现场; 熟悉图
16、纸、编制施工方案; 清除现场障碍物,平整施工场地,进行地下墓探,设置排水降水设施; 永久性控制坐标和水准点的引测,建立测量控制网,设置方格网、控制桩等; 搭设临时设施、修筑施工道路; 施工机具、用料准备。,1。 土方施工准备工作,1.2 边坡开挖,场地边坡开挖应采取沿等高线自上而下、分层、分段依次进行。 在边坡上采取多台阶同时进行开挖时,上台阶应比下台阶开挖进深不少于30m,以防塌方。,1 土方开挖,边坡台阶开挖,应作成一定坡势以利泄水。边坡下部设有护脚矮墙及排水沟时,在边坡修完后,应立即进行护脚矮墙和排水沟的砌筑和疏通,以保证坡面不被冲刷和坡脚范围内不积水。,土方工程的多台阶开挖,1.3 基
17、坑(槽)和管沟开挖, 基坑开挖,上部应有排水措施,防止地表水流入坑内冲刷边坡,造成塌方和破坏基土。,1 土方开挖, 基坑开挖,应进行测量定位、抄平放线,定出开挖宽度,根据土质和水文情况确定在四侧或两侧、直立或放坡开挖,坑底宽度应注意预留施工操作面。, 应根据开挖深度、土体类别及工程性质等综合因素确定保持土壁稳定的方法和措施。,基坑的切线开挖, 基坑开挖的一般程序:测量放线切线分层开挖排降水修坡整平留足预留土层等。相邻基坑开挖时应遵循先深后浅或同时进行的施工程序,挖土应自上而下水平分段分层进行,边挖边检查坑底宽度及坡度,每3m左右修一次坡,至设计标高再统一进行一次修坡清底。,1.3 基坑(槽)和
18、管沟开挖,大型工程 基坑施工全景图, 基坑开挖应防止对基础持力层的扰动。基坑挖好后不能立即进入下道工序时,应预留15(人工)30cm(机械)一层土不挖,待下道工序开始前再挖至设计标高,以防止持力层土壤被阳光曝晒或雨水浸泡。,1.3 基坑(槽)和管沟开挖,超挖后回填的松软土层,持力层被雨水浸泡后留下的水渍,这两种情况 都是基坑土 方施工要避 免出现的!, 在地下水位以下挖土,应在基坑内设置排水沟、集水井或其它施工降水措施,降水工作应持续到基础施工完成; 雨季施工时基坑槽应分段开挖,挖好一段浇筑一段垫层;, 弃土应及时运出,在基坑槽边缘上侧临时堆土、材料或移动施工机械时,应与基坑上边缘保持1m以上
19、的距离,以保证坑壁或边坡的稳定;,1.3 基坑(槽)和管沟开挖, 基坑挖完后,应组织有业主、设计、勘察、监理四方参与的基坑验槽,并报质监站验证。符合要求后方可进入下一道工序。,四方参与基坑验槽,1.2.1 土壁支护,土壁的稳定主要是由土体内磨擦阻力和粘结力来保持平衡的。一旦土体失去平衡,土体就会塌方,这不仅会造成人身安全事故、影响工期,有时还会危及附近的建(构)筑物。, 边坡过陡; 雨水、地下水渗入基坑; 基坑上口边缘堆载过大; 土方开挖顺序、方法未遵守“从上至下、分层开挖;开槽支撑、先撑后挖”的原则。,1.2.1.1 造成土壁塌方的原因,土方工程施工要点,基坑塌方 抢险救人,边坡的留设应符合
20、规范的要求。 挖填高度高度大则坡度系数大,高度小则坡度系数小,甚至不放坡; 土的工程性质土的类别、含水量,有无地下水等。土的类别低(密度小)、含水量大,则坡度系数大;土的类别高(密度大)、含水量小,则坡度系数小; 施工的特点坡顶是否有荷载?施工期长短?施工季节? 人工作业还是机械作业?,1.2.1.2 防治塌方的措施,(1) 放足边坡,对坡顶有荷载(尤其是有动荷载)、使用时间长、且跨越冬雨季施工的边坡应留有充足的安全系数。,2 土壁支护,(2) 设置支撑,为缩小施工面,减少土方,或受场地的限制不能放坡时,则可设置土壁支撑。,2.2 防治塌方的措施,1) 基槽支护,基(沟) 槽开挖一般采用横撑式
21、土壁支撑。根据挡土板的不同,分为水平挡土板及垂直挡土板两类。前者挡土板的布置又分为间断式和连续式两种。湿度小的粘性土挖土深度小于3m时,可用间断式水平挡土板支撑;,间断式水平挡土板支撑,对松散、湿度大的土可用连续式水平挡土板支撑,挖土深度可达5m。对松散和湿度很高的土可用垂直挡土板式支撑,其挖土深度不限。,2.2 防治塌方的措施,连续式水平挡土板支撑,垂直挡土板式支撑, 一般基坑的支护方法,一般基坑的支护方法有:斜柱支撑法、锚拉支撑法、短柱横隔板支撑法、临时挡土墙支撑法等,施工时按适用条件进行选择。, 简易支护,2.2 防治塌方的措施,仅适用于 部分地段 放坡不够 的宽度较 大的基坑使用,仅适
22、用于 部分地段 下部放坡 不够的宽 度较大的 基坑使用,先沿基坑边缘打设柱桩,在柱桩内侧支设挡土板并用斜撑支顶,挡土板内侧填土夯实。, 斜柱支撑, 锚拉支撑,先沿基坑边缘打设柱桩,在柱桩内侧支设挡土板,柱桩上端用拉杆拉紧,挡土板内侧填土夯实。,2.2 防治塌方的措施,适用于深度不大的 大型基坑或机械挖 土时使用,适用于深度不大的大型 基坑或用机械挖土不能 安设横(斜)撑时使用,深基坑的支护,深基坑支护的基本要求: 确保支护结构能起挡土作用,基坑边坡保持稳定; 确保相邻的建(构)筑物、道路、地下管线的安全,不因土体的变形、沉陷、坍塌受到危害; 通过排水降水等措施,确保基础施工在地下水位以上进行。
23、,上海环球金融中心 基础施工,地铁车站的 深基坑支护,共60页 第18页,2 土壁支护,常用的支护结构体系,排桩式,土钉墙,喷锚支护,钢管桩,挖孔灌注桩,钢板桩,板墙式,板桩式,组合式,粉体喷射注浆桩墙,钻孔灌注桩,高压喷射注浆桩墙,深层搅拌水泥土桩墙,逆作拱墙式,边坡稳定式,排桩与板墙式,水泥挡土墙式,现浇地下连续墙,灌注桩与 水泥土桩结合,加筋水泥土围护墙,型钢横挡板,2.3 深基坑的支护,挡土灌注桩支护,适于开挖面积大、深度大于6m、不允许放坡、邻近有建(构)筑物的基坑支护。,开挖前在基坑周围设置砼灌注桩,桩的排列有间隔式、双排式和连续式,桩顶设置砼连系梁或锚桩、拉杆。施工方便、安全度好
24、、费用低。,深基坑的间隔式排桩支护,2.3 深基坑的支护,挡土灌注桩与土层锚杆结合支护,适于大型较深基坑,施工期较长,邻近有建筑物,不允许支护,、邻近地基不允许有下沉位移时使用,桩顶不设锚桩、拉杆,而是挖至一定深度,每隔一定距离向桩背面斜向打入锚杆,达到强度后,安上横撑,拉紧固定,在桩中间挖土,直至设计深度。,深基坑的间隔式排桩支护,桩顶连系梁,悬臂支护桩,锚杆及横撑,2.3 深基坑的支护,土层锚杆支护,在立壁土层上钻(掏)孔至要求深度,孔内放入钢筋,灌入水泥砂浆或化学浆液,使之与土层结合成抗拉锚杆,将立壁土体侧压力传至稳定土层。,适于较硬土层或破碎岩石中开挖较大较深基坑,邻近有建筑物须保证边
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