[建筑]第一章 土方工程2006.ppt
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1、第一章 土方工程,第一节 概述 一、土方工程的特点与施工要求 1.土方工程施工的特点 (1)面广量大、劳动繁重。 (2)施工条件复杂。 2.组织土方工程施工的要求 (1)在条件允许的情况下应尽可能采用机械化施工; (2)要合理安排施工计划,尽量避开冬、雨期施工; (3)为了降低土石方工程施工费用,减少运输量和占用农田,要对土方进行合理调配、统筹安排。 (4)在施工前要做好调查研究, 拟定合理的施工方案和技术措施,以保证工程质量和安全,加快施工进度。,二、土的工程分类及性质 (一)土的工程分类 土的分类方法较多,在施工中按开挖的难易程度将土分为八类。 (二)土的工程性质 1土的质量密度分天然密度
2、和干密度。土的天然密度,是指土在天然状态下单位体积的质量,用表示;它影响土的承载力、土压力及边坡的稳定性。土的干密度,是指单位体积土中固体颗粒的质量,用d表示;它是检验填土压实质量的控制指标。,1.1 概述,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: W=(G1-G2)/G2 (11) 式中 C湿含水状态时土的质量; G干烘干后土的质量。 3.土的渗透性 土的渗透性是指水在土体中渗流的性能,一般以渗透系数K表示。 达西地下水流动速度公式v =KI,,1.1 概述,4土的可松性 土具有可松性,即自然状态下的土,经过开挖后,其体积因松散而增加,以后虽经回填压实
3、,仍不能恢复其原来的体积。,1.1 概述,三、土方边坡坡度 土方边坡坡度,图11 边坡坡度示意,1.1 概述,四、土方施工的准备工作 (1)制定施工方案 (2)场地清理 (3)排除地面水 (4)修筑好临时道路及供水、供电等临时设施。 (5)做好材料、机具、物资及人员的准备工作。 (6)设置测量控制网,打设方格网控制桩,进行建筑物、构筑物的定位放线等。 (7)根据土方施工设计做好边坡稳定、基坑(槽)支护、降低地下水等土方工程的辅助工作。,1.1 概述,一、基坑、基槽和路堤的土方量计算 基坑土方量即可按拟柱体的体积公式 式中 H基坑深度(m); F1,F2基坑上下两底面积(m2); F0F1与F2
4、之间的中截面面积(m2);,1.2 土方计算与调配,当基槽和路堤沿长度方向断面呈连续性变化时其土方量可以用同样方法分段计算。 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,即: 式中 V1,V2Vn为各分段土的土方量(m3)。,1.2 土方计算与调配,二、场地平整标高与土方量 (一)确定场地设计标高 1初步设计标高 场地设计标高即为各个方格平均标高的平均值。可按下式计算: 式中:z。所计算的场地设计标高(m); a方格边长(m); n方格数; zil,zi4任一方格的四个角点的标高(m)。,1.2 土方计算与调配,1.2 土方计算与调配,如令z11
5、个方格仅有的角点标高; z22个方格共有的角点标高; z33个方格共有的角点标高; z44个方格共有的角点标高。 则场地设计标高H0可改写成下列形式,1.2 土方计算与调配,2场地设计标高的调整 (1)土的可松性影响 z0z0+h 式中:Vw按理论标高计算出的总挖方体积; FW,FT按理论设计标高计算出的挖方区、填方区总面积; Ks土的最后可松性系数。,1.2 土方计算与调配,(2)场内挖方和填土的影响 (3)场地泄水坡度的影响 1)单向泄水时各方格角点的设计标高 ziz0li,1.2 土方计算与调配,2)双向泄水时各方格角点的设计标高 zi z0lxixlyiy,图16 场地泄水坡度示意图
6、(a)单向泄水;(b)双向泄水,1.2 土方计算与调配,(二)场地土方量计算 1.计算场地各方格角点的施工高度各方格角点的施工高度(即挖、填方高度)h0 Hi zi -zi (113) 式中 Hi该角点的挖、填高度,以“”为填方高度,以“”为挖方高度(m); zi该角点的设计标高(m); zi该角点的自然地面标高(m)。,1.2 土方计算与调配,2.绘出“零线” 方格线上的零点位置见图19,可按下式计算: 式中:h1,h2相邻两角点挖、填方施工高度(以绝对值代入); a方格边长; x零点距角点A的距离。,图19 零点位置计算,1.2 土方计算与调配,3.场地土方量计算 (1)四方棱柱体法 1)
7、全挖全填格 式中: V挖方或填方的土方量(m); h1,h2,h3,h4方格四个角点的挖填高度,以绝对值代人(m)。,1.2 土方计算与调配,2)部分挖部分填格,1.2 土方计算与调配,(2)三角棱柱体法 1)全挖全填 式中 a方格边长(m); hl,h2,h3三角形各角点的施工高度(m),用绝对值代人。,图113 按地形将方格划分成三角形,1.2 土方计算与调配,2)有挖有填 其中锥体部分的体积为: 楔体部分的体积为:,1.2 土方计算与调配,一、地面排水 排除地面水(包括雨水、施工用水、生活污水等)常采用在基坑周围设置排水沟、截水沟或筑土堤等办法,并尽量利用原有的排水系统,或将临时性排水设
8、施与永久性设施相结合使用。 二、集水井排水或降水 集水井法是在基坑开挖过程中,沿坑底的周围或中央开挖排水沟,并在基坑边角处设置集水井。将水汇入集水井内,用水泵抽走(图118)。这种方法可用于基坑排水,也可用于降水。,1.3 排水与降水,图1-18集水井降水法 1排水沟;2集水井;3离心式水泵;4基础边线;5原地下水位线;6降低后地下水位线,1.3 排水与降水,1排水沟的设置 排水沟底宽应不少于0.20.3m,沟底设有0.20.5的纵坡, 在开挖阶段,排水沟深度应始终保持比挖土面低0.40.5m 2.集水井的设置 集水井应设置在基础范围以外的边角处。间距应根据水量大小、基坑平面形状及水泵能力确定
9、,一般为2040m。,1.3 排水与降水,3水泵性能与选用 (1)离心泵 泵体是由泵壳、泵轴及叶轮等主要部件组成,其管路系统包括滤网与底阀、吸水管及出水管等,图1-19 离心泵工作简图 1泵壳;2泵轴;3叶轮; 4滤网与底阀;5吸水管; 6出水管,1.3 排水与降水,(2)潜水泵 潜水泵是由立式水泵与电动机组合而成,工作时完全浸在水中。 水泵装在电动机上端,叶轮可制成离心式或螺旋桨式;电动机设有密封装置。 三、流砂及其防治 1流砂发生的原因 动水压力是流砂发生的重要条件。流动中的地下水对土颗粒产生的压力称为动水压力,其性质通过图120所示的试验说明。,图120 潜水泵工作简图 1叶轮;2轴;3
10、电动机;4进水口;5出水胶管; 6电缆,1.3 排水与降水,Wh1FWh2FTLF0,1.3 排水与降水,由上式可知,动水压GD与水力坡度I成正比,水位差越大,动水压力越大,而渗透路程越长,动水压力越小。 产生流砂现象主要是由于地下水的水力坡度大,即动水压力大,而且动水压力的方向(与水流方向一致)与土的重力方向相反,土不仅受水的浮力,而且受动水压力的作用,有向上举的趋势,当动水压力等于或大于土的浸水密度时,土颗粒处于悬浮状态,并随地下水一起流入基坑,即发生流砂现象。 2流砂的防治 流砂防治的主要途径是减小或平衡动水压力或改变其方向。具体措施为: (1)抢挖法 (2)水下挖土法 (3)打钢板桩或
11、作地下连续墙法 (4)在枯水季节开挖 (5)井点降水法,1.3 排水与降水,四、井点降水法 井点降水法就是在基坑开挖前,预先在基坑四周埋设一定数量的滤水管(井),利用抽水设备从中抽水,使地下水位降落到坑底标高以下,并保持至回填完成或地下结构有足够的抗浮能力为止。 (一)轻型井点 1.轻型井点设备 轻型井点设备是由管路系统和抽水设备组成。管路系统包括:井点管(由井管和滤管连接而成)、弯联管及总管等。,1.3 排水与降水,图1-22 轻型井点法降低地下水位全貌图 1井管;2滤管;3总管;4弯联管;5水泵房 6原有地下水位线;7降低后地下水位线,1.3 排水与降水,图l25 射流泵抽水设备工作简图
12、(a)工作简图;(b)射流器构造 1一水泵;2一射流器;3一进水管;4一总管;5一井点管;6一循环水箱;7隔板;8一泄水口;9一真空表;10一压力表;11一喷嘴:12一喷管;13一接水管,1.3 排水与降水,2.轻型井点布置 1)平面布置,单排井点布置简图 (a)平面布置;(b)高程布置 1一总管;2点管;3一抽水设备,1.3 排水与降水,2)高程布置,图1-27 环形井点布置简图 (a)平面布置;(b)高程布置 1一总管;2一井点管;3一抽水设备,1.3 排水与降水,井管的埋置深度HA,可按下式计算(图1-27b): HAH1十h十iL (m) (1-22) 式中 H1总管平台面至基坑底面的
13、距离(m); h基坑中心线底面至降低后的地下水位线的距离,一般取0.51.0m; i水力坡度,根据实测:环形井点为110,单排线状井点为14;,1.3 排水与降水,图128 二级轻型井点 1第一层井点管;2第二层井点管,1.3 排水与降水,3轻型井点计算 (1)井型判定,图1-29 水井的分类 (a)无压完整井;(b)无压非完整井(c)承压完整井(d)承压非完整井,1.3 排水与降水,(2)涌水量计算 无压完整涌水量,图1-30 环形井点涌水量计算简图 (a)无压完整井;(b)无压非完整井,(m3d),1.3 排水与降水,式中 K渗透系数(md),应由实验测定,表112仅供参考; H含水层厚度
14、(m); S水位降低值(m); R抽水影响半径(m),取: x0环形井点的假想半径(m): F基坑周围井点管所包围的面积(m2)。,1.3 排水与降水,无压非完整井涌水量,(m3d),有效深度H0值 表112,注:表中S为井管内水位降低深度;l为滤管长度。,1.3 排水与降水,承压完整井涌水量 承压完整井环形井点涌水量计算公式为 式中 M承压含水层厚度(m); K、R、x0、S与公式(1-22)相同。 :,(m3d),1.3 排水与降水,(3) 确定井点管数量与井距 单井最大出水量 单井的最大出水量q,主要取决于土的渗透系数、滤管的构造与尺寸,按下式确定: 式中 d滤管直径(m); l滤管长度
15、(m); K渗透系数(md)。,(m3d),1.3 排水与降水,最少井数 井点管的最少根数nmin,按下式计算: 式中 1.1备用系数,考虑井点管堵塞等因素。其它符号同前。 最大井距 式中 L总管长度(m);,(根),(m),1.3 排水与降水,确定井点管间距时,还应注意以下几点: (a)井距过小时,彼此干扰大,影响出水量,因此井距必须大于15倍管径。 (b)在渗透系数小的土中井距宜小些,否则水位降落时间过长。 (c)靠近河流处,井点宜适当加密。 (d)井距应能与总管上的接头间距相配合。 根据实际采用的井点管间距,最后确定所需的井点管根数。,1.3 排水与降水,4轻型井点的施工 埋设井点的程序
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