1++土方工程.ppt
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1、建筑施工技术,徐善初 Tel: 63698723(灵) ;13871047910 E-mail:,1.1 土方规划 1.2 土方工程施工要点 1.3 土方工程机械化施工,土方工程,1 土方工程,1,1.1.1 土方工程的内容及施工要求 1.1.2 土的工程分类及性质 1.1.3 土方边坡 1.1.4 土方量计算的基本方法 1.1.5 场地平整土方量计算 1.1.6 土方调配,1.1 土方规划,土方工程,1,1.土方工程的内容: 场地平整 开挖沟槽、基坑、竖井、隧道、修筑路基、堤坝 土方回填与压实 2.施工要求:标高、断面准确,土体有足够的强度和稳定性,土方量要少,工期短,费用省。,1.1,土方
2、规划,1.1.1 土方工程的内容及施工要求,1.土的工程分类: 按土的开挖难易程度分为八类。 2.土的工程性质:,1.1.2 土的工程分类及工程性质,1土的质量密度 土的质量密度分天然密度和干密度。土的天然密度,是指土在天然状态下单位体积的质量;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;它是检验填土压实质量的控制指标。 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:,(1.1),式中 G1含水状态时土的质量; G2烘干后土的质量。 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。,3土的渗透性 土的渗透性是
3、指水在土体中渗流的性能,一般以渗透系数K表示;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,一般应通过扬水实验确定。P2表1.3仅供参考。 4土的可松性 土的可松性是指自然状态下的土,经过开挖后,其体积因松散而增加,以后虽经回填压实,仍不能恢复其原来的体积的性质。土的可松性程度用可松性系数表示,即:,例:把1000 的普通土(即二类土)开挖后运走,考虑土的最初可松性系数(取1.19),则实际运走的土方: (按此土方安排运输机械) 又如需要回填1000 (回填夯实后的体积)的普通土,考虑土的最后可松性系 =1.035,则: 需挖方体积: 而运输车辆则按V2=9661.19=1150
4、土安排。,土的可松性对土方量的平衡调配,确定运土机具的数量及弃土坑的容积,计算填方所需的挖方体积均有很大的影响。(表1.4供参考),土方边坡坡度=h/b=1/(b/h)=1:m 式中坡度系数 m=b/h 坡度形式:图1.1,1.1.3 土方边坡,边坡坡度应根据不同的挖填高度、土的性质及工程的特点而定,既要保证土体稳定和施工安全,又要节省土方。,1.平均高度法 (1)四方棱主体法 (2)三角棱柱体法 2.平均断面法(图1.4) (1)近似计算:,1.1.4 土方量计算的基本方法,(1.9),(2)较精确计算:,(1.10),式中 V土方体积( ) 、 两端的端面面积( ) L/2处的端面面积(
5、),3、讨论 (1)两种方法的计算公式,其计算精度不同; (2)地形平坦,方格尺寸划分可大些,采用四方棱柱体计算;地形起伏较大,方格尺寸划分小些,采用三角棱柱体计算。 (3)当采用平均断面法时,测绘出纵断面图绘出各转折点处的横断面计算各横断面面积 计算各段土方量:,场地设计标高 的确定( 实质上是场地的平均高度),1.1.5 场地平整土方量计算,场地设计标高 确定原则 应满足生产工艺和运输的要求; 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; 使挖填平衡,土方量最少; 要有一定泄水坡度(2),使能满足排水要求; 要考虑最高洪水位的影响。,计算步骤:根据挖填平衡原则 划分方格网: a
6、=1050M 确定各小方格角点的高程(H) 可用相对高程 方法 水准测量:地形起伏较大或无地形图,可在现场用木桩打好方格网,再实测;山区也可用经纬仪采用三角高程。,插入法:有地形图,假定两等高线之间的地面坡度按直线变化,则由相似三角形性质:,图解法 按挖填平衡原则确定设计标高H0 图:,由图1.9可得: 式中:N方格网数 一个方格仅有的角点标高 两个方格公用的角点标高 四个方格公用的角点标高,2场地设计标高 H。的调整 可松性的影响 场内挖方和填方的影响(就近弃土和就近取土) 场地泄水坡度的影响(目的:计算方格角点设计标高) 单向泄水:以计算出的设计标高 作为场地中心线的标高,场地内任意一点的
7、设计标高 :,挖(),填(+),填(+),挖(),式中: 场地设计标高调整值 该点至设计标高 的距离 场地泄水坡度(2),双向泄水: 以 作为场地纵横方向的中心线标高, 则:,3场地土方量计算 求各方格角点的施工高度 (即:挖填高度) 式中: 角点的设计标高(无泄水坡 度时, 即为 或 ) 角点的自然地面标高 角点的施工高度, 为填 为挖,图3,绘出“零线”(方格内填方与挖方的分界线): 零线确定方法:先求出方格网中边线两端施工高度有“”、“”中的“零点”,将相邻两“零点”连起来,即为“零线”。 零点的确定方法: 相似三角形法 图解法,注:1. 与 对应,且 和 用绝对值, 2. 当不考虑泄水
8、坡度时: ,否则, ,即:A、B两点不在同一平面。 计算填、挖土方量:求出零线划出挖方区和 填方区平均高度法求挖方和填方,相似三角形法:,问题的实质:已知各挖土区和填土区的位置和土方量及各挖土区和填土区之间的运距,求各挖土区向各填土区调配的土方量是多少时,应使土方总运输量最小或总的运输费用最低。,1.1.6 土方调配,土方调配的工作包括: 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); 确定土方最优调配方案; 绘制土方调配图表。 1.土方调配区的划分 土方调配的原则:应力求挖填平衡、运距最短、费用最省;便于改土造田、支援农业;考虑土方的利用,以减少土方的重复
9、挖填和运输。,在划分调配区时应注意下列几点: (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。 (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区。 (4)从经济效益出发,考虑就近借土或就近弃土。 (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。,2调配区之间的平均运距 平均运距即挖方区土方重心至填方区重心的距离。 求每个调配区重心: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
10、:,(1.27),式中 、 挖或填方调配区的重心坐标 V每个方格的土方量 、 每个方格的重心坐标 重心求出后,则标于相应的调配区图上。,调配区之间的平均运距 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 L挖、填方区之间的平均运距; 、 填方区的重心坐标; 、 挖方区的重心坐标。,(1.28),3最优调配方案的确定 最优调配方案的确定,是以线性规划为理论基础,常用“表上作业法”求解。在划分调配区和计算调配区之间的平均运距的基础上,建立土方平衡与运距表,见下表。其中 为Ai到Bj的单位土方施工费或运距, 为Ai到Bj的土方量。,数学模型,为最小值,并满足下列约束条件,1,2,3,
11、m,1,2,3, n,求一组 的值,使目标函数,求解分析 (1)根据约束条件知道,未知量有 个,而方程数为 个。由于填挖平衡,因此独立方程的数量实际上只有 个。 (2)由于独立方程只有 个,而未知量有 个,无法计算。在求解线性规划问题时,可以先命 个未知量为零(可以任意假定。但为了减少运算次数,可以按照就近分配的原则,把运距较远或运费较大的那些未知量假定为零),这样就能够解出第一组 个未知量的值。,这个解是不是最优解,还需要用检验数进行检验。如果在解中换一个未知量(使解中的一个未知量的值为零,并把不在解中的一个未知量引入解中),能使求得的一组新解的目标函数下降,那么新解就比前一个解合理。这样一
12、次次调整,直到使目标函数值为最小,此时的一组解就是最优解。 关于线性规划的理论及计算方法可以详见有关的专著。,现结合示例介绍如下: 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图1和表1.8所示。(挖方区Ai;填方区Bj),图1 各调配区土方量和平均运距图,土方调配区的平均运距表 表1.8,利用“表上作业法”进行调配的步骤为: (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,现取 ),于是先确定 (调配的土方量)的值,使其尽可能地大,即 max mix(400、500)=400。由于 挖方区的土方全部调到 填方区
13、,所以 和 都等于零。此时,将400填入 格内,同时将 、 格内画上一个“”号,得下表:,(400),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 =40,便可确定 max mix(500、600)= 500,同时使 = =0。此时,又将500填入 格内,并在 、 格内画上“”号,得下表:,(400),(500),重复上述步骤,依次确定其余 的数值,最后得出表 1.8所示的初始调配方案。,土方初始调配方案 表1.8,(400),(500),(500),(300),(100),(100),(2)最优方案的判别法 由于利用“最小元素法”编制初始调配方案,也就,优先考虑了就近调配的原
14、则,所以求得之总运输量是较小的。但这并不能保证其总运输量最小,因此还需要进行判别,看它是否为最优方案。判别的方法有“闭回路法”和“位势法”,其实质均一样,都是求检验数 来判别。只要所有的检验数 0,则该方案即为最优方案;否则,不是最优方案,尚需进行调整。 “位势法”求检验数方法: 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 ( =1,2, )和 ( =1,2, )。 式中 平均运距(或单位土方运价或施工 费用) , 位势数,先令:1=0,则:1C11150050; 3C311605010; 3C333701060 2C32311010100 4C433406020 2C2224
15、010060;,例如,本例两组位势数如表1.9所示: 平均运距和位势数 表1.9,0,0,1=50,2=100,3=60,0,0,0,0,位势数,填 挖 方 方 区 区,根据下式计算各空格的检验数: = Cijui (1.30) 本例各空格的检验数如表1.10。如21C212170(60)5080(在表1.10中只写“”或“”),可不必填入数值。 位势数、运距和检验数表 表1.10,100,80,90,70,100,70, ,A4,A3,A2,A1,B3,B2,B1,0,0,0,0,0,0,从表1.10中已知,在表中出现了负的检验数,这说明初始方案不是最优方案,需要进一步进行调整。 (3)方案
16、的调整 在所有负检验数中选一个(一般可选最小的一个,本例中为C12),把它所对应的变量X12作为调整的对象。 找出X12的闭回路:从X12出发,沿水平或竖直方向前进,遇到适当的有数字的方格作900转弯,然后依次继续前进再回到出发点,形成一条闭回路(表1.11)。,400,A4,100,100,300,A3,500,A2,X,500,A1,B3,B2,B1,填方区 挖方区,X12闭合回路表 表1.11,从空格X12出发,沿着闭回路(方向任意)一直前进,在各奇数次转角点的数字中,挑出一个最小的(本表即为500、100中选100),将它由X32调到X12方格中(即空格中)。 将100填入X12方格中
17、,被挑出的X32为0(变为空格);同时将闭回路上其他奇数次转角上的数字都减去100,偶数次转角上数字都增加100,使得填、挖方区的土方量仍然保持平衡,这样调整后,便可得表1.12的新调配方案。 对新调配方案,仍用“位势法”进行检验,看其是否最优方案。若检验数中仍有负数出现那就仍按上述步骤调整,直到求得最优方案为止。表1.12中所有检验数均为正号,故该方案即为最优方案。, ,填 挖 方 方 区 区,500,40,70,90,100,400,100,80,420,1900,600,800,填方量(m3),500,110,60,310,500,40,70,230,500,70,50,10,B3,A4
18、,A3,A2,A1,挖方量(m3),B2,B1,位势数,400,400,100,500,100,400,新的调整表 表,1.12,其土方的总运输量为:Z40050十1007050040+40060+10070+40040 94000(m3m),(4)土方调配图 最后将调配方案绘成土方调配图(图1.17)。在土方调配图上应注明挖填调配区、调配方向、土方数量以及每对挖填调配区之间平均运距。图1.17(a)为本例的土方调配,仅考虑场内的挖填平衡即可解决。 图1.17(b)亦为四个挖方区、三个填方区,挖填土方量虽然相等,但由于地形狭长,运距较远,故采取就近弃土和就近借土的平衡调配方案更为经济。,图1.
19、17 土方调配图 (a)挖填平衡调配图 (b)有弃土和借土的调配图,主要应解决: 1.2.1 土壁稳定 1.2.2 施工排水 1.2.3 流砂防治 1.2.4 填土压实,1.2 土方工程施工要点,土方工程,1,土壁稳定,主要是由土体内摩擦阻力和粘结力来保持平衡的。 1.土壁失稳影响:土体塌方 人身安全事故 影响工期 危及附近建筑物 2.土壁塌方的原因: (1)边坡过陡; (2)雨水、地下水渗入基坑; (3)基坑上边缘附近大量堆土或停放机具、材料或有动载; (4)土方开挖顺序和方法未遵循“从上往下,分层开挖;开槽支撑,先撑后挖”的原则。,1.2.1 土壁稳定,2.防治塌方的措施: (1)防足边坡
20、 边坡的留设应符合规范的要求,其坡度的大小,应根据土壤的性质、水文地质条件、施工方法、开挖深度、工期的长短、现场条件等因素确定。 (2)设置支撑 为了缩小施工面,减少土方,或受场地的限制不能放坡时,则可设置土壁支撑。,南京火车站综合楼地下室两层,采用稀疏排桩方案, 挖深9m,悬臂式排桩支护应用,南京的振兴大厦基坑支护,采用钻孔灌注桩支护,外侧水泥土搅拌桩止水。坑内采用钢管正交作内撑。,钢管内撑支护技术,(3)其他措施:应做好施工排水和防止产生流砂现象;应尽量避免在坑槽边缘堆置大量土方、材料和机械设备;坑槽开挖后不宜久露,应立即进行基础或地下结构的施工;对滑坡地段的挖方,不宜在雨期施工,并应遵循
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