【土木建筑】土方工程(1).ppt
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1、土方工程,主要内容:土的分类及工程性质、土方量计算、施工辅助工作、土方机械化施工及土方工程质量验收; 学习重点:土的工程性质及其对施工的影响,土壁支护与边坡,以及降低地下水位的方法。,学习要求: 了解土的分类和现场鉴别土的种类; 掌握基坑(槽)、场地平整土石方工程量的计算方法; 了解土壁塌方和发生流砂现象的原因及防止方法; 熟悉常用土方施工机械的特点、性能、适用范围及提高生产率的方法; 掌握回填土施工方法及质量检验标准。,1 土的分类及工程性质,2 土方量计算,3 施工准备与辅助工作,5 基坑(槽)施工,4 土方机械化施工,6 填土与压实,7 地基局部处理,8 质量标准及安全技术,作业,End
2、,按土开挖的难易程度将土分为:松软土、普通土、坚土、砂砾坚土、软石、次坚石、坚石、特坚硬石等八类。 松土和普通土可直接用铁锹开挖,或用铲运机、推土机、挖土机施工; 坚土、砂砾坚土和软石要用镐、撬棍开挖,或预先松土,部分用爆破的方法施工; 次坚石、坚石和特坚硬石一般要用爆破方法施工。 土的工程分类与现场鉴别方法见表1所示。,1 土的分类及工程性质,1 土的分类与鉴别,表1 土的工程分类与现场鉴别方法,土的含水量:土中水的质量与固体颗粒质量之比的百分率。,2 土的工程性质,2.1 土的含水量,式中:m湿含水状态土的质量,kg; m干烘干后土的质量,kg; mW 土中水的质量,kg; mS固体颗粒的
3、质量,kg。,土的含水量随气候条件、雨雪和地下水的影响而变化,对土方边坡的稳定性及填方密实程度有直接的影响。,(1),测定方法:先称取原土样质量m,再将土样放入烘箱(105)烘干。 最佳含水量:在一定含水量的条件下,用同样的夯实机具,可使回填土达到最大的密实度。,(1)土的天然密度: 在天然状态下,单位体积土的质量。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:,2.2 土的天然密度和干密,式中土的天然密度,kg/m3; m 土的总质量,kg; V 土的体积,m3。,(2),在土方运输中,汽车载重量折算体积时,采用天然密度。,(2)干密度: 土的固体颗粒质量与总体积的比值,用下式
4、表示:,式中d土的干密度,kg/m3; mS 固体颗粒质量,kg; V 土的体积,m3。,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。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。,(3),2.3 土的可松性系数,土的可松性:天然土经开挖后,其体积因松散而增加,虽经振动夯实,仍然不能完全复原,土的这种性质称为土的可松性。 土的可松性用可松性系数表示,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。,(4),(5),例题,有一填坑,其土方量为
5、1000m3,使用斗容量3m3的汽车运土,每车运费10元,请问填满夯实此坑需多少运费?(Ks25, Ks1),解: V2 Ks V1 Ks V3/ Ks 251000/1 1136.4 m3 W 101136.4/3 3788 元,土的最初可松性系数KS是计算车辆装运土方体积及挖土机械的主要参数; 土的最终可松性系数是计算填方所需挖土工程量的主要参数,各类土的可松性系数见表1所示。,2.4 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
6、。土的渗透系数见表2所示。,表2 土的渗透系数参考表,2 土 方 计 算,2.1 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(图1)。即,式中 H 基坑深度,m; A1、A2基坑上、下底的面积,m2; A0 基坑中截面的面积,m2。,(6),基槽土方量计算可沿长度方向分段计算(图2):,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:,(7),(8),2.2 场地平整土方计算,对于在地形起伏的山区、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
7、改造平整为场地设计要求的平面。 场地挖填土方量计算有方格网法和横截面法两种。横截面法是将要计算的场地划分成若干横截面后,用横截面计算公式逐段计算,最后将逐段计算结果汇总。横截面法计算精度较低,可用于地形起伏变化较大地区。对于地形较平坦地区,一般采用方格网法。,断面法,在地形起伏变化较大的地区,或挖填深度较大,断面又不规则的地区,采用断面法比较方便。 方法:沿场地取若干个相互平行的断面(可利用地形图定出或实地测量定出),将所取的每个断面(包括边坡断面),划分为若干个三角形和梯形。,断面面积求出后,即可计算土方体积,设各断面面积分别为:F1、F2、Fn。 相邻两断面间的距离依次为:L1、L2、L3
8、Ln,则所求土方体积为:,方格网法计算场地平整土方量步骤为: (1) 读识方格网图 方格网图由设计单位(一般在1/500的地形图上)将场地划分为边长 a1040m 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3所示。,(2)计算场地各个角点的施工高度 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下式计算:,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1,2,3,n)。,(9),(3) 计算“零点”位置,确
9、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,即为“零点”(图4)。,零点位置按下式计算:,式中 x1、x2角点至零点的距离,m; 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。,(10),确定零点的办法也可以用图解法,如图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。,(4) 计算方格土方工程量 按方格底面积图形和表3所列计算公式,逐格计算每个方格内的挖方量或填方量。 (5) 边坡土方量计算 场地的挖方区和填方区的边
10、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6中、),另一种为三角棱柱体(图6中)。,表3 常用方格网点计算公式,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; h2角点的挖土高度; m边坡的坡度系数,m=宽/高。,(11),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。,C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。,(12),(13),【例1】某建筑场地方格网
11、如图7所示,方格边长为20m20m,填方区边坡坡度系数为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。,【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8中。 由公式9得: h1=2550-2540=0.10 h2=2544-2525=0.19 h3=2538-250.85=0.53 h4=2532-250.60=0.72 h5=2556-2590=-0.34h6=2550-2560=-0.10 h7=2544-2528=0.16 h8=2538-250.95=0.43 h9=2562-252.45=-0.83 h10=2556-252.00=
12、-0.44 h11=2550-2570 =-0.20 h12=2546-2540=0.06,(2) 计算零点位置。从图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(m
13、3) V(-)=202/4(0.34+0.10+0.83+0.44)=171(m3) 方格底面为两个梯形,土方量为: 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(-)=510 (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
14、.34 (m3) 方格网总挖方量: V(-)=171+24.59+0.88+510+5.70=253.26 (m3),(4) 边坡土方量计算。如图9,、按三角棱柱体计算外,其余均按三角棱锥体计算, 依式 11、12 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) 边坡总填方量: V(+)=0.003+0.0
15、001+5.22+20.06+7.93+20.01+0.01 =13.29(m3) 边坡总挖方量: V(-)=2.03+20.02+3.18=5.25 (m3),2.3 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。,土方调配的原则:力求达到挖方与填方平衡和运
16、距最短的原则;近期施工与后期利用的原则。 进行土方调配,必须依据现场具体情况、有关技术资料、工期要求、土方施工方法与运输方法,综合上述原则,并经计算比较,选择经济合理的调配方案。 调配方案确定后,绘制土方调配图(如图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。W为挖方,T为填方。,土方调配步骤与方法,(1)划分调配区 在场地平面土上先划出挖、填方区的分界线(即零线),然后在挖、填方区适当划分处若干调配区。调配区的划分应与建筑物的平面位置及土方工程量计算用的方格网相协调,通常可由若干个方格组成一个调配区。同时还应满
17、足土方及运输机械的技术要求。 (2)计算各调配区的土方量,并标明在调配图上。如图所示。,(3)计算各挖、填方调配区之间的平均运距 平均运距是指挖方区与填方区之间的重心距离。取场地或方格网的纵横两边为坐标轴,计算各调配区的重心位置。 式中 Vi第i个方格的土方量; xi 、yi第i个方格的重心坐标。 为简化计算,可假定每个方格上的土方都是均匀分布的,从而用图解法求出形心位置以代替重心位置。,求出各挖方区到各填方区的运距及各区的土方量后,绘制出土方平衡运距表,如表4所示。 表4 土方平衡运距表,注:表中小方格内的数字为平均运距,用表示,单位m。表示i挖方区调入j填方区的土方量(100m3),50:
18、挖区W1到填区T1的平均运距,X11:挖区W1调配到填区T1的土方量,=1900:假定挖填平衡,即挖方量填方量1900m3,(4)确定土方调配的初始方案 以挖方区与填方区土方调配保持平衡为原则,制定出土方调配的初始方案(通常采用“最小元素法”制定)。,初始调配方案,1、寻找平均运距最小值,2、平均运距最小值:40,2、平均运距最小值:40,3、确定调配土方值,使其尽可能的大。,3、确定调配土方值,使其尽可能的大。,4、再寻找其他平均运距最小的方格,即50。,5、同样,再确定调配土方值,使其尽可能的大。,(5)确定土方调配的最优方案 以初始调配方案为基础,采用表上作业法可以求出在保持挖、填平衡的
19、条件下,使土方调配总运距最小的最优方案。 最优方案的判别法:所有检验数ij0,则初始方案即为最优解。 将初始方案中有调配数方格的平均运距列出来,再根据这些数字的方格,按下式求解: Cijuivj 式中: Cij 本例中的平均运距; ui、vj位势数。 各空格的检验数:ij Cijuivj,令u10,则 v1C11-u150-050 u3C31-v160-5010 v2C32-u3110-10100 v3C33-u370-1060 u2C22-v240-100-60 u4C43-v340-60-20,依次求出各空格的检验数。如: 21C21u2v1 70(60)5080 但是:12C12u1v2
20、 700100300 故初始方案还不是最优方案,需要进行进一步调整。,调整后的最优方案,(6)绘出土方调配图 经土方调配最优化求出最佳土方调配后,即可绘制土方调配图以知道土方工程施工。如图所示。,3 施工准备与辅助工作,3.1 施工准备,(1) 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。 (2) 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、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。,(3) 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
21、,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。 (4) 对于大型平整场地,利用经纬仪、水准仪,将场地设计平面图的方格网在地面上测设固定下来,各角点用木桩定位,并在桩上注明桩号、施工高度数值,以便施工。 (5) 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。,3.2 土方边坡与土壁支撑,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。造成土壁塌方的主要原因有:,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。 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
22、。 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。,3.2.1 土方边坡,土方边坡的坡度以挖方深度(或填方深度) h与底宽b之比表示(图11),即 土方边坡坡度= h/b=1/(b/h)=1m 式中m=b/h称为边坡系数。,当地质条件良好、土质均匀且地下水位低于基坑(槽)或管沟底面标高时,挖方边坡可做成直立壁不加支撑,但深度不宜超过下列规定: 密实、中密的砂土和碎石类土(充填物为砂土):0m; 硬塑、可塑的粉土及粉质粘土: 25m; 硬塑、可塑的粘土和碎石类土(充填物为粘性土):5m; 坚硬的粘土: 2m。 挖土深度超过上述规定时,应考
23、虑放坡或做成直立壁加支撑。,当挖地基坑较深或晾槽时间较长时,应根据实行情况采取护面措施。常用的坡面保护方法有帆布、塑料薄膜覆盖法,坡面拉网法或挂网。 当地质条件良好,土质均匀且地下水位低于基坑(槽)或管沟底面标高时,挖方深度在5m以内且不加支撑的边坡的最陡坡度应符合表4规定。,基坑(槽)或管沟挖好后,应及时进行基础工程或地下结构工程施工。在施工过程中,应经常检查坑壁的稳定情况。,表4 深度在5m内的基坑(槽)、管沟边坡的最陡坡度,永久性挖方边坡坡度应按设计要求放坡。临时性挖方的边坡值应符合表5的规定。,表5 临时性挖方边坡值,3.2.2 土壁支撑,土壁支撑形式应根据开挖深度和宽度、土质和地下水
24、条件以及开挖方法、相邻建筑物等情况进行选择和设计。,横撑式支撑由挡土板、楞木和工具式横撑组成,用于宽度不大、深度较小沟槽开挖的土壁支撑。 根据挡土板放置方式不同,分为水平挡土板和垂直挡土板两类(见图12)。,(1) 横撑式支撑,(2) 板桩式支撑 板桩式支撑特别适用于地下水位较高且土质为细颗粒、松散饱和土的支护,可防治流砂现象产生。,板桩支撑作用: 使地下水在土中的渗流路线延长,减小了动水压力,从而可预防流砂的产生; 板桩支撑既挡土又防水,特别适于开挖较深、地下水位较高的大型基坑; 可以防止基坑附近建筑物基础下沉。,打入板桩的质量要求: 板桩位置在板桩的轴线上,板壁面垂直,保证平面尺寸准确和垂
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