01 第一章 土方工程(演示稿).ppt
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1、,土木工程施工,姓名:李明宇 联系方式:18986111935,土木工程施工,课程的性质和目的 建筑施工技术是土木工程的一个重要学科,是研究一般土木工程工种的施工技术和施工工艺原理和方法的一门科学,本课程是一门理论性和实践性都很强的技术基础课程。 通过本课程的教学使学生掌握建筑(土木)工程施工技术规律,掌握建筑(土木)工程中主要工种工程的施工技术和施工工艺原理、施工方法、操作技术、机械选用,了解建筑(土木)工程施工过程中的新技术、新材料、新工艺的发展和应用,具备发现并有效处理建筑(土木)工程施工过程中的一般性技术问题的基本能力。 本课程的基本任务: 1介绍土方工程、地基与基础工程、钢筋混凝土工
2、程、砌筑工程、预应力混凝土工程、结构安装工程、防水工程、装饰工程及一般的桥梁结构工程的施工工艺、施工方法; 2熟悉土石方工程,地基与基础工程、钢筋混凝土工程、砌筑工程、预应力混凝土工程、结构安装工程、防水工程、装饰工程及一般的桥梁结构工程的施工方法,工艺流程和相关技术,了解隧道工程施工的一般方法。,土木工程施工,课程基本要求 本课程侧重于一般建筑物和构筑物施工的施工工艺,施工方法的基础理论(基本概念、基本原理、基本方法)教学,学生在学完课程以后,应该掌握下列教学内容及基本要求: 1、对一般建筑物和构筑物的施工工艺流程有一个全面的了解。 2、掌握土方工程,地基与基础工程,主体结构工程,防水工程,
3、装饰工程的一般施工规律,并能够选择合理的施工方法。 本门课程与其他课程关系 本课程以房屋建筑学、工程力学、工程结构、工程测量、建筑材料、钢筋混凝土结构、地基与基础、土力学等课程为基础,为学生学习后续课程概预算、施工组织等提供理论基础,并可使工科专业本科生毕业后进行工程施工管理和科学研究具备一定的能力。 考核方式 本课程为考试课,其中闭卷考试占70%、平时成绩占30%。本课程考试要点以各章学习重点为要点,考试形式一般采取闭卷笔试的方式。 希望同学们能按时上课,不要迟到,旷课。,第一章 土方工程,概 述 土方量计算与调配 土方开挖的辅助工作 土方工程机械化施工 土方填筑,1 土方工程,本章教学要求
4、 通过本章的学习,了解施工中土的相关性质、影响土方边坡稳定因素以及基坑排水方法和要求。掌握土方工程量计算方法,了解土方调配的原则。其中土方工程量计算是本章的重点。,第一节 土方规划,一、土方工程的内容、特点 1、土方工程的内容 主要:场地平整; 坑、槽开挖; 土方填筑。 辅助:施工排、降水; 土壁支撑。 2、施工特点 (1)量大面广; (2)劳动强度大,人力施工效率低、工期长; (3)施工条件复杂,受地质、水文、气侯影响大,不确定因素多。,二、土的工程分类,按开挖的难易程度分为八类(见表 1.1) 一类土(松软土)、二类土(普通土) 三类土(坚土)、 四类土(砂砾坚土) 机械或人工直接开挖 五
5、类土(软石)、六类土(次坚石) 七类土(坚石)、八类土(特坚石) 爆破开挖 f=岩石或土壤的单轴抗压强度极限1%,三、土的工程性质,1、土的可松性:自然状态下的土经开挖后,体积因松散而增加,以后虽经回填压实,仍不能恢复。 最初可松性系数 KS=V2 /V1 1.081.5 最后可松性系数 KS=V3 /V1 1.011.3 V1 土在自然状态下的体积。 V2 土经开挖后松散状态下的体积。 V3 土经回填压实后的体积。 用途:土的可松性系数是挖填土方时,计算土方机械生产率,回填土方量、运输机具数量、进行场地平面竖向规划设计、土方平衡调配的重要参数。,三、土的工程性质,2、土的渗透性,土体被水透过
6、的性质,用渗透系数K表示。 K的意义:当水力坡度(I=h/L)为1时,土体内水渗透的速度(V=KI),K 的单位:m / d 。,粘土 0.005; 粗砂20-50; 卵石100500; 用途:降水方案的选择,确定分层填土相邻两层结合的形式,涌水量的计算。,h,3、土的密度: 天然密度 :一般 =1620 KN/m3 干密度 d:是检测填土密实程度的指标。(105,烘干34h) 4、土的含水量:用百分数表示。 含水量 W=(G湿-G干)/G干 100% 式中 G湿、 G干为土的质量 土的含水量随气候条件、雨雪和地下水的影响而变化,它对土方边坡的稳定性、填方密实度、土方施工方法的选择等都有重要的
7、影响。,二、场地平整,1、场地竖向规划设计 2、场地土方量的计算 3、土方调配,(一) 场地竖向规划设计,场地竖向规划的主要内容是确定满足建筑规划和生产工艺方面要求的场地最佳设计标高 1、确定场地设计平面标高 一般考虑的因素: 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; 中、小型场地挖填平衡法(方格网法) 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),(1)场地设计标高的确定(H0),H0=(1H12H23H34H4)/4N 式中N方格数,H1、H2、H3、H4 方格角点地面标高;1、2、3
8、、4为角点方格共用的数字,如3H3为第7角点,、共用的地面标高之和。,将场地划分为连长为a的方格网,用内插法得到各网格的角点的标高,如图,(2)场地设计标高的调整 按泄水坡度、土的可松性、就近借弃土等调整。 按泄水坡度调整各角点设计标高 :,H0,2)双向排水时,各方格角点设计标高为:,H11,H12,H21,Hn = H0 L i,Hn = H0 Lx ix L yi y,1)单向排水时,各方格角点设计标高为:,Hn,【例】某建筑场地方格网、地面标高如图,格边长a=20m。泄水坡度ix =2,iy=3,不考虑土的可松性的影响,确定方格各角点的设计标高。,解: (1)初步设计标高(场地平均标高
9、) H0=(H1+2H2+3H3+4H4)/4N =70.09+71.43+69.10+70.70+2(70.40+70.95+69.71+)+4(70.17+70.70+69.81+70.38) /(49) =70.29(m),70.09,70.09,(2)按泄水坡度调整设计标高:,Hn = H0 Lx ix L yi y ; H1 =70.29302+303=70.32,70.32,70.36,70.40,70.44,70.26,70.30,70.34,70.38,70.20,70.24,H070.29,H2 =70.29102+303=70.36,H3=70.29+102+303=70.
10、40,其它见图,2、场地土方量计算,(1)计算各方格角点的施工高度 hn : hn= HnHn 即:hn=该角点的设计标高自然地面标高(m),h1 =70.3270.09=0.23 (m); 正值为填方高度。,+0.23,-0.04,-0.55,-0.99,+0.55,+0.13,-0.36,-0.84,+0.83,h2 =70.3670.40=0.04 (m);,负值为挖方高度,(2)场地土方量的计算: 分别按方格求出挖、填方量,再求整个场地总挖方量、总填方量 1)四角棱柱体法 A、全挖、全填格: V挖(填)=a2 (h1+h2+h3+h4)/4 h1 h4 方格角点施工高度绝对值 V挖(填
11、)挖方或填方的体积。 B、部分挖、部分填格:V挖(填) = a2 h挖(填) 2 / 4 h h挖(填) 方格角点挖或填施工高度绝对值之和; h 方格四个角点施工高度绝对值总和。 2)四方棱柱体(要先找出零线,见教材) 3)三角棱柱体法(见教材) 均见教材,(4)确定零线(挖填分界线) 插入法、比例法找零点 零点连线,0,0,五、土方的调配,在施工区域内,挖方、填方或借、弃土的综合协调。 1、原则: 挖填平衡、总运输量最小,即土方施工成本最低。 2、步骤: (1)画出挖方区、填方区; (2)划分调配区 注意: 1)位置与建、构筑物协调,且考虑施工顺序; 2)大小满足主导施工机械的技术要求; 3
12、)与方格网协调,便于确定土方量; 4)借、弃土区作为独立调配区。,B1,B2,B3,(3)找各挖、填方区间的平均运距(即土方重心间的距离) 可近似以几何形心代替土方体积重心,划分调配区示例:,(4)列挖、填方平衡及运距表,(5)调配 初始调配方案 方法:最小元素法就近调配。 顺序:先从运距小的开 始,使其土方量最大。,n 列,m 行,400,500,500,300,100,100,结果:所得运输量较小,但不一定是最优方案。 (总运输量97000m3-m),3、调配方案的优化(线性规划中表上作业法) (1)判别是否最优方案 :位势法 1)求位势Ui和Vj:有调配数的方格开始 Cij= Ui +
13、Vj 2) 求检验数ij, ij= Cij Ui Vj 若所有ij 0,则方案为最优解。 下面进行位势法进行判别,(1)求位势 绘位势表 Cij = Ui+Vj,设 U1=0,,U1= 0,V1=50,U3=10,V2=100,U2=60,V3= 60,U4=20,U3= C31V1=6050=10;,则V1= C11U1=500=50;,V2=11010=100; ,(2)制检验表求检验数ij(无调配数方格的空格),ij= Cij Ui Vj ; 11=500500(有土);,结论:表中12为负值,非最优方案。应对初始方案进行调整。,-30,+40,+80,+90,+50,+20,13=10
14、006040;,21=70(60)5080; ,12=70010030,(3)方案调整(闭回路法),1)找闭回路 调整顺序:从负值最大的格开始。 沿水平或垂直方向前进,遇适当的有数字的格转弯,直至回到出发点。,2)调整调配值 从空格出发,在奇数次转角点的数字中,挑最小的土方数调到空格中。然后在表中左右上下各方格进行调整,以保持挖填平衡。,X12,(100),(0),(400),(400),3)再求位势及空格的检验数,若检验数仍有负值,则重复以上步骤,直到全部ij 0而得到最优解。,+40,+50,+60,+50,+50,U1= 0,V1=50,V2=70,U2=30,U3=10,V3=60,U
15、4=20,+30,由于所有的检验数 ij 0,故该方案已为最优方案。,(5) 求出最优方案的总运输量: 40050100705004040060100704004094000m3-m 。,(4)绘出调配图: (包括调运的流向、数量、运距)。,有借、弃土时的土方调配图,第二节 土方开挖的辅助工作,一、降低地下水位(降水) (一)降水目的 1、防止涌水、冒砂,保证施工能在较干燥的状态下进行施工; 2、防止因为地下水造成的滑坡、塌方、坑底隆起; 3、减少坑壁支护结构的水平荷载(渗流力)。,地下含水构造的种类,(二)流砂现象 1动水压力地下水在渗流过程中受到土颗粒的阻力,使水流对土颗粒产生的一种压力。
16、 动水压力的大小与水力坡度成正比,方向同渗流方向。 GDIw =(h/L) w 2流砂原因,4.流砂的防治(原则:治砂先治水) 减小动水压力(板桩等增加L); 平衡动水压力(抛石块、水下开挖、泥浆护壁); 改变动水压力的方向(井点降水)。,当 动水压力大于或等于土的浸水重度(GD)时,土粒被水流带到基坑内,这现象称之为流砂现象。 3.流砂的危害主难以施工、塌方、影响临近建筑物安全(沉降),(三)降排水方法,1集水井法(明排水法) 用于土质较好、水量不大、基坑可扩大者 挖至地下水位时,挖排水沟设集水井抽水再挖土、沟、井(当土质为砂土类时,可能产生流砂现象),2井点降水法(人工降低地下水位法) (
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