【土木建筑】淮海学院土木工程施工——土方工程.ppt
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1、,土木工程施工,淮海工学院 土木工程系,施工教研室,1.土方工程,1 土方工程,本章掌握内容: 1、掌握土方量计算方法、场地计划标高确定的方法和表上作业法进行土方调配; 2、掌握轻型井点设计和回填土的质量要求及检验标准; 3、能分析土壁失稳和产生流砂、管涌的原因,并提出相应的防治措施 4、掌握土方工程施工及土方填筑和压实的基本方法。 本章了解内容: 1、了解土的工程性质、边坡留设和土方调配的原则; 2、对各种降水方案能进行选择比较; 3、了解常用土方机械的性能及适用范围,能正确合理的选用; 4、了解土方工程施工的准备和辅助工作。,1.土方工程,1.1 土方规划,1.1.1 土方工程的内容及施工
2、要求,1、内容: (1)场地平整 其中包括确定场地设计标高,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,填土压实的方法及密实度检验等。 此外,在土方工程施工前,应完成场地清理,地面水的排除和测量放线工作;在施工中,则应及时采取有关技术措施,预防产生流砂、管涌和塌方现象,确保施工安全。,1.土方工程,2、施工要求: 土方工程施工,要求标高、断面准确,土体有足够的强度和稳定性,土方量少,工期短,费用省。但由于土方工程施工具有面广量大,劳动繁重,施工条件复杂等特点,
3、因此,在施工前,首先要进行调查研究,了解土壤的种类和工程性质,土方工程的施工工期、质量要求及施工条件,施工地区的地形、地质、水文、气象等资料,以便编制切实可行的施工组织设计,拟定合理地施工方案。为了减轻繁重的体力劳动,提高劳动生产率,加快工程进度,降低工程成本,在组织土方工程施工时,应尽可能采用先进的施工工艺和施工组织,实现土方工程施工综合机械化。,1.土方工程,3、土方工程的特点: 1)工程量大,劳动力或机械设备用量大且施工工期较长; 2)施工难度较大,受地质、水文、气候、地下障碍物等因素影响; 3)事故多,基坑深度、面积大的易出现较大事故。,1.土方工程,4、土方工程施工前应准备资料: 1
4、)当地实测地形图(包括测量成果),比例一般为1:5001:1000; 2)原有地下管线、构筑物的竣工图; 3)土石方施工图或基础结构图; 4)工程地质资料; 5)平面控制桩和水准点的有关资料; 6)施工组织设计或施工方案:由施工单位编制且经上级技术主管部门批准,并已得到建设单位和监理单位审核; 地下室工程的土方工程,必须经市级建设主管部门组织的技术专家组审核通过。,1.土方工程,5、土方工程施工组织设计(或施工方案)的内容: 1)根据工程条件,选择合理适宜的施工方案和效率较高、费用较低的施工机械进行施工; 施工方案的内容: A、工程概况:工程名称、性质、规模、基础资料、占地面积,建筑面积等;
5、B、工程地质资料,场地周边条件,弃、堆土场地条件; C、挖土方法:人工、机械(机械型号、台套数以及配备); D、土方运输路线; E、工期及进度计划,降低工期的合理措施; F、现场劳动力计划、技术管理组织机构配备 并包括以下几条,1.土方工程,2)合理调配土方,使总的土方施工工作量达到最小,并调配好挖土、留土(回填土)、运土等计划; 3)合理组织机械施工,保证机械发挥最大的使用效率; 挖土机械与运土机械的配合 4)安排好运输道路、排水、降水、止水、土壁支护等一切有效措施; 5)合理安排施工进度计划,尽量避免雨季施工。如无法避免,应有有效的雨季施工措施和排水措施; 6)确保工程质量的有效措施,主要
6、为边坡稳定、流砂现象的处理; 7)确保安全施工的措施,如:人员、机械设备等。,1.土方工程,1.1.2 土的工程分类及性质,1、土的分类:依开挖难易程度分为八类。具体见表1-1所示。,1.土方工程,2、土的工程性质: 影响工程施工的土的性质:土的密度(重度)、含水量、渗透性和可松性。 重度主要为:天然重度和干重度以及最大干重度。 1.1.2.1 土的质量密度 略 1.1.2.2 土的含水量 1、定义:略 2、影响因素: 土方施工方法的选择,边坡的稳定,回填土的质量。 回填土的回填质量的影响更为明显:回填土的质量控制为获取最大干重度,而最大干重度的获得必需有最佳含水量,方能将土夯压密实。,1.土
7、方工程,土的最佳含水量和最大干重度参考值见下表:,1.土方工程,1.1.2.3 土的渗透性 1、定义:是指水在土体中渗流的性能。一般用渗透系数K表示。 表1-3表示常用的K值,1.土方工程,1.1.2.4 土的可松性 1、定义:土具有可松性,即在自然状态下的土,经过开挖后,其体积因松散而增加,以后虽然回填压实,仍不能恢复其原有的体积。 这里讲的回填压实土的体积是在上述开挖的土的体积。 土的可松性程度用可松性系数表示,即: 最初可松性系数 最终可松性系数,1.土方工程,2、用途: 土方量的平衡调配,确定运土机具的数量及弃土体积,以及计算基坑填土所需的填方量。 计算挖土的体积:实际的基坑大小,即指
8、在自然状态下土的体积 机具运土的体积:开挖后松散体积 即; 现场预留土方量作为回填土: 基坑回填体积=基坑体积基础在基坑内的体积 有:,1.土方工程,各种土的可松性系数可参考表1-4,1.土方工程,1.1.3土方边坡 1、定义:边坡的表示方法为1:m,m为坡度系数即: 土方边坡坡度= :m m= 2、影响坡度的因素:土质、开挖深度、开挖方法、施工工期、地下水位、坡顶荷载的大小、及气候条件。 3、m的确定原则: 保证土体稳定、施工安全,又要节省土方,1.土方工程,4、开挖的形式:,1.土方工程,5、几种情况下边坡坡度: 1)使用年限较长(一年以上),土质较均匀,高度在10m以内按表1-5。,1.
9、土方工程,2)当土质条件良好,土质均匀且地下水位低于基坑、沟槽底面标高时,挖方深度在5m以内,不加支撑的边坡按表1-6。,1.土方工程,3)使用年限在一年以上的临时性填方边坡则为:当填方高度在10m以内,可采用1:1.5; 高度超过10m,可作成折线形,上部采用1:1.5,下部采用1:1.75。 4)永久性挖方或填方边坡,则均应按设计施工(边坡稳定计算)。,1.土方工程,6、水对边坡的影响: 1)地下水位上升或地面水进入基坑 有效应力 : 当 升高则 下降 即有效自重应力下降 下降即土的抗剪强度下降 2)防止措施: (1)降水:一般轻型井点降水、井点降水; (2)防止坡顶水进入基坑内,一般在基
10、坑顶部做临时散水; (3)护坡面层:C15混凝土100厚或1:3水泥砂浆100厚 (4)砂袋护坡:抢险措施时常见。,1.土方工程,1.1.4 土方量计算的基本方法,计算立方体积或平面面积 1、基坑(槽)和路堤的土方量计算 1)基坑(槽):基坑(槽)和路堤的土方量按拟柱体体积计算公式计算: 式中: 土方工程量(m3) 如图所示。 对基坑来说: 为基坑的深度, 分别为基坑的上下底面积(m2 ); 对基槽或路堤: 为基槽或路堤的长度(m), 为两端的面积(m2) 之间的中截面面积(m2)。,1.土方工程,1.土方工程,2、场地平整土方量计算-方格网法 方格网大小(aa):10m10m,15m15m,
11、20m20m,25m25m,30m30m,35m35m,40m40m,45m45m,50m50m。 在场地设计标高确定后,需平整的场地各角点的施工高度即可求得,然后按每个方格角点的施工高度计算出填、挖土方量,并计算场地边坡的土方量,这样可以求得整个场地的填、挖土方总量。,填挖土方的计算首先要知道“零线”的位置,在该线上,施工高度为0。 “零线”:挖方区与填方区的交线。即不填不挖的交线。 确定方法: 在相邻角点施工高度为一挖一填的方格边线上,用插入法求出零点位置(图1-7),将各相邻的零点连接起来就为零线。 如不需要计算零线的确切位置,则绘出零线的大致走向即可。,1.土方工程,1.土方工程,1)
12、四方棱柱体的体积计算方法 方格四个角点全部为填或全部为挖时(图1-8a): 式中: 挖方或填方体积(m3); 方格四个角点的填挖高度,均取绝对值(m) 方格四个角点,部分为填方、部分为挖方时(图1-8b、c) 方法一: 式中: 方格角点中填(挖)方施工高度的总和,取绝对值(m); 方格四角点施工高度之总和,取绝对值(m); 方格边长(m)。,1.土方工程,1.土方工程,方法二:(表1-7),1.土方工程,1.土方工程,2)三角棱柱体法 三角棱柱体法,是将每一个方格顺地形的等高线沿对角划分成两个三角形,然后计算每一个三角棱柱体的土方量。 当三角形为全挖或全填时(图1-3a): 当三角形有填有挖时
13、(图1-3b),则其零线将三角形分成两部分,一个是底面为三角形的锥体,一个是底面为四边形的楔体。 土方量计算分别为:,1.土方工程,1.土方工程,1.1.5 场地平整土方调配,1.1.5.1 场地设计标高的确定 1、场地设计标高确定应满足的条件 1)满足建筑规划、生产工艺及运输、场地排水和最高洪水位等要求; 2)力求使场地内土方挖填平衡且土方量最小。 3)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。,1.土方工程,2、场地设计标高确定的具体步骤: 1)在地形图上将施工区域划分为边长为1050m若干个方格网; 2)确定各小方格角点的高程; 方法:水准仪测量; 根据地形图上相邻两等高线
14、的高程,用插入法求得; 用一条透明纸带,在上面画6根等距离的平行线,把该透明纸带放在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根等距离的平行线将A、B之间的0.5M或1m(等高线的高差)均分成5等分.于是就可直接得到点的地面标高。,1.土方工程,1.土方工程,3)按填挖方平衡确定设计标高 按每一个方格的角点的计算次数,即方格的角点为几个方格共有的情况。 式中: 方格网数; 一个方格仅有的角点坐标; 两个方格共有的角点坐标; 三个方格共有的角点坐标; 四个方格共有的角点坐标。,1.土方工程,例如:图1-9中的为: (252.45+251.40+250.60+251.6
15、0) +2(252.00+251.70+251.90+250.95 +251.25+250.85)+4(251.60+251.28)=251.45m,1.土方工程,1.1.5.2 场地设计标高的调整 1)土的可松性影响,由于土具有可松性,一般填土需相应提高设计标高(图1-11),设为因土的可松性引起设计标高的增加值,则设计标高调整后总的挖方体积 为: 其中 为挖土时预留沉降部分 总的填方体积为: 因 此时,填方区的标高也应与挖方区一样,提高 即: 当 时,有:,1.土方工程,故考虑了土的可松性后,场地设计标高调整为: 式中: 按理论设计标高计算的总挖方、总填方体积; 按理论设计标高计算的挖方区
16、、填方区总面积; 土的最后可松性系数。,1.土方工程,1.土方工程,2)场内挖方和填方的影响 弃土于场外、从场外取土回填等情况。 场地设计标高的调整值 为: 式中:Q-场地根据平衡后多余或不足的土方量。 3)场地泄水坡度的影响 泄水坡度有单面泄水、双面泄水 单面泄水:场地内只有一个方向排水; 双面泄水:场地内只有两个方向排水,且互相垂直。 场地有单面泄水坡度时的设计标高 场地内已调整的设计标高 为场地中心线的标高(因此将场地中心作为坐标的原点),1.土方工程,图1-12,场地内任意点的设计标高则为:,1.土方工程,说明: 的取值: 坐标原点位于场地的中心点, 方向逆着泄水坡度方向,按坐标象限判
17、断正、负号,即位于第一象限 的 皆为正,第二象限为 负, 为正。 式中: 场地内任一点的设计标高; 该点至设计标高的距离; 场地泄水坡度(不小于2) 例如: 角点的设计标高为:,1.土方工程,场地有双面泄水坡度时的设计标高 场地内已调整的设计标高为场地纵横方向中心线的标高(因此将场地中心作为坐标的原点) 式中: 该点沿X-X,Y-Y方向距场地中心线的距离; 场地沿X-X,Y-Y方向的泄水坡度。,说明: 的取值:(与单向泄水一致) 坐标原点位于场地的中心点, 方向逆着泄水坡度方向,按坐标象限判断正、负号,即位于第一象限 皆为正;第二象限 为负, 为正;第三象限、 皆为负;第四象限 为正, 为负。
18、,1.土方工程,1.土方工程,1.1.5.3 场地土方量计算 场地土方量计算步骤如下:,1.土方工程,1)场地设计标高的确定,先计算出 (2)场地设计标高的调整,一般考虑土的可松性和场地泄水坡度的影响(分清单面泄水或双面泄水),计算出 ; (3)求各方格角点的施工高度 式中: 角点的施工高度,以“+”为填土,“”为挖土; 角点的设计标高(考虑泄水坡度); 角点的自然地面标高。,(4)绘出零线 (5)计场算地挖、填土方量,1.土方工程,例如:图1-14中,已知场地方格边长 场地设计标高 : (43.24+44.34+42.58+43.31)+2(43.67+43.97+42.94+44.17 +
19、42.90+43.23)+4(43.35+43.76)=43.48m 考虑泄水坡度后的设计标高 依次类推,见图1-14 各方格角点的的施工高度 (挖),1.土方工程,1.1.5.4 场地边坡土方量计算 场地平整时,还要计算边坡土方量(图1-16),其计算步骤如下: (1)标出场地四个角点A、B、C、D填、挖高度和零线位置; (2)根据土质确定填、挖边坡的坡度系数(边坡率) ; (3)计算出四个角点的放坡宽度,如A点= , D点= ; (4)计算边坡的土方量。,1.土方工程,1.土方工程,1.1.6 土方调配,工作内容:划分调配区;计算土方调配区之间的平均运距(或单位土方运价,或单位土方施工费用
20、);确定土方最优调配方案;绘制土方调配图表。 1.1.6.1 土方调配区的划分 1、原则: 1)应力求挖填平衡、运距最短、费用最省; 2)便于改土造田、支援农业; 3)考虑土方的利用,以减少土方的重复挖填和运输。,1.土方工程,2、划分调配区应注意: 1)调配区的划分应与房屋或构筑物的位置相协调,满足工程施工顺序和分期施工的要求,使近期施工和后期利用相结合。 2)调配区的大小,应考虑土方及运输机械的技术性能,使其功能得到充分发挥。例如,调配区的长度应大于或等于机械的铲土长度;调配区的面积最好与施工段的大小相适应。 3)调配区的范围应与计算土方量用的方格网相协调,通常可由若干个方格网组成一个调配
21、区。 4)从经济效益出发,考虑就近借土或就近弃土区均可作为一个独立的调配区。 5)调配区划分还应尽可能与大型地下建筑物的施工相结合,避免土方重复开挖。,1.土方工程,1.1.6.2 调配区之间的平均运距 1、定义:平均运距就是指挖方区土方重心至填方区重心的距离。 因此,求平均运距,需先求出每个调配区重心。 2、方法: 取场地或方格网中的纵横两边为坐标轴,分别求出各区土方的重心位置,即: ; 式中: 挖或填方调配区的重心坐标; 每个方格的土方量; 每个方格的重心坐标。,1.土方工程,重心求出后,则标于相应的调配区图上,然后用比例尺量出每对调配区之间的平均运距,或按下式计算: 式中: 挖、填方区之
22、间的平均运距; 填方区的重心坐标; 挖方区的重心坐标。,1.土方工程,1.1.6.3 最优调配方案的确定 方法:表上作业法 已知某场地有四个挖方区和三个填方区,其相应的挖填土方量和各对调配区的运距如表1-8所示。 (1)用“最小元素法”编制初始调配方案 即先在运距表(小方格)中找一个最小数值,如 (任取其中一个,先取 ),于是先确定 的值,使其尽可能的大,即 ,此时 挖方量最大值为400。由于 挖方区的土方全部调到 填方区,所以 和 都等于零。此时,将400填入 格内,同时 格内画上一个“”号,然后在没有填上数字和“”号的方格内再选一个运距最小的方格,即 ,便可确定 ,同时使 ,此时,又将50
23、0填入 格内,并在 格内画上“”号。重复上述步骤,依次确定其余 的数值,最后得出表1-8的初始调配方案。,1.土方工程,1.土方工程,(2)最优方案的判别法 方法:闭回路法和位势法-检验数 0 即可认为方案最优 首先将初始方案中有调配数方格的 列出,然后按下式求出两组位势数 )和 (1,2,) 式中: -平均运距(或单位土方运价或施工费用); -位势数。 位势数求出后,便可根据下式计算各空格的检验数:,1.土方工程,例如,本例两组位势数如表所示。,1.土方工程,先令 ,则: 本例各空格的检验数如表所示。如 (在表中只写“+”或“” ),可不必填入数值。,1.土方工程,1.土方工程,从表中已知,
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