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1、第01章 土石方工程,第01节 概述 第02节 场地平整 第03节 基坑工程 第04节 土方的填筑与压实,第一节 概述,一土石方工程施工内容: 一切土石的挖掘、填筑和运输以及为施工作准备的排水、降水和土壁支撑等工程称土石方工程。常见的内容有:场地平整、基槽坑的开挖、地坪填土、路基填筑及基坑回填土。,二土石方工程的施工特点和要求: 1.特点: 施工面广,工程量大,施工条件差,劳动繁重,受气候、水文地质影响较大,2.要求(七方面): (1)要满足场地及基槽坑标高,断面准确,施工安全,土体有足够的强度和稳定性,达到工程量少,工期短,费用省; (2)合理调配土石方量,使总的施工工作量最少; (3)合理
2、选择机械,保证机械发挥最大的效益;,(4)做好运输道路,排、降水,土壁支撑等准备工作; (5)合理安排施工计划,避免冬雨季施工; (6)保证工程质量,对工程中遇到的实际问题提出解决措施; (7)城市施工应特别注意文明施工和确保安全。,三.土的工程性质: 、土的施工分类:按开挖的难易程度分类为八大类: 松软土 普通土 坚土 砂砾坚土 软石 次坚石 坚石 特坚石,土的可松性和可松性的系数: (1)土的可松性: 是指自然状态下的土,经开挖后,其体积因松散而增加,以后虽经回填压实,仍不能恢复到原体积的这种性质称为土的可松性。土方工程量是以自然状态的体积计算的,但在土方调配、计算土方机械生产率及运输工具
3、量等的时候,必须考虑土的可松性。,(2)可松性系数: Ks =V2/V1; Ks=V3/V1 式中:Ks为最初可松性系数,如; 松土1.081.17,普通土1.141.28, 坚土1.241.30; Ks为最后可松性系数,如: 松土1.011.04普通土1.021.05, 坚土1.041.07; V1 土在天然状态时的体积;(坑槽的体积) V2 土经开挖后的松散体积;(堆积体积) V3 土经回填压实后的体积。,、土还具有沉降、透水性、抗剪强度、密实性、土压力等特性。,第二节 场地平整,一、场地坚向规划设计 、场地设计标高确定的一般方法:对于小型场地,按挖填方量相等的原则确定。,考虑各角点标高的
4、权,设计标高可写成下式:,考虑土的可松性: Z0Z0+h,考虑场地坡度时:,. 场地最佳设计平面; 是指在满足建筑规划、生产工艺和运输、排水等要求的前提下,尽量使土方填挖平衡并使总的土方运输量达到最少,这样的设计平面称为最佳设计平面。,一般运用最小二乘法原理求出最佳设计平面的参数(原点标高及地面坡度)。填挖高度的平方和为最小的平面即为最佳。由图1-1-3可知:在平面ABC上任一点i的标高,二.场地平整土方量计算: 一般计算采用方格网平均高度法(取角点施工高度的平均值)进行计算,计算过程中只有一挖一填的两点会出现零线(零线:是指填挖土的交界线,施工高度为零)。用插入法来确定出零线点的位置,连接即
5、成零线。,(1) 四棱柱体法: A.当方格网和各角点的施工标高均为正或为负时: V=(H1+H2+H3+H4)a2/4 B.方格网中有挖有填时: V填=a2(H填)2/4H ;V挖=a2(H挖)2/4H 式中:H取绝对值 (2) 三角梭柱体法:见书,5、场地土方量计算的步骤(整理): (1)划分方格网; (2)确定场地方格网中各角点的原始标高,(插入法、图解法、实测法) (3)求最佳设计平面; (4)计算各方格土方量; (5)分别求出挖填方量的总和。,四、土方调配: 是指在场地平整中,挖土的利用和堆弃与填土的取得三者之间关系的确定。 目的:使挖填平衡时土方量最小,土方总输运量最少,运输成本和施
6、工费用最低的情况下,确定土方调配的数量和方向,从而达到缩短工期,降低施工费用。 程序:划分土方调配区,计算土方调配区之间的平均运距,单位土方的运价或单位土方施工费用,然后确定土方的最优调配方案,绘出调配图。,1.划分调配区,土方运距,单位土方运价或施工费用: (1)土方调配的原则: a.力求达到挖填平衡,运输量最少。 b.近期施工与后期利用要相适合。 c.分区调配与全场调配相结合,以求总体平衡; d.尽可能与地下建、构筑物相结合,以便就近分配; e.合理划分填挖方区,选择合理调配方向和路线,便于发挥机械效率。,(2)划分调配区应注意的几点: a.调配区的划分应与房屋及构筑物的平面位置相协调,并
7、考虑其开工顺序,工程的分期施工顺序; b.调配区的大小要满足土方机械(铲运机,挖土机)的技术要求,调配区的大小最好与施工段的大小相适应; c.调配区的范围应和土方工程量计算用的方格网协调,通常由若干个方格组成一个调配区; d.当土方运距较大或场内范围内土方不平衡时,可按附近地形,考虑就近弃土和借土。,(3)平均运距、单位土方运价或单位土方施工费用(单价) a.平均运距: 是指用铲运机或推土机平土时,挖方调配区与填方调配区土方重心之间的距离称平均运距。 可近似以几何开形心代替土方体积重心。,c.土方施工单价:查定额,2. 用“表上作业法”进行土方调配:结合例题讲解。 1)初始方案调配:,) 检验
8、数(ijcij-cij )均大于等于零时,即得出最优方案。,经判断此方案不是最优方案,求检验数且判别方案是否最优经判别此题为最优方案,土方工程的施工包括:土方的开挖、运输、填筑与压实。这些过程应尽量采用机械化施工,降低劳动强度,提高生产效率。,四 场地平整土方机械,(一)推土机施工:(轮胎式.履带式) 1.特点:是在动力机前设推土板而成,附着牵引力大,接地压力小,推土板可升降,可调整角度。操作灵活,运转方便。 2.工作能力:可独立地完成铲.运.卸三种作业。 3.适用范围:适用于.类土, 运距100米以内,5060米最佳。,推土机,(二)铲运机施工(自行式、拖式) 1.特点:能综合完成全部土方施
9、工工序,管理简单,生产率高,运转费用低,对道路要求较低,操作灵活,使用范围广 2.工作能力:可独立完成挖、运、卸、平四种作业 3.适用范围:适用于大面积的场地平整,筑路。开挖.类及含水量%的松土和普通土。 运距6001500m, 最佳200350m .开行路线:环形字形大环形,铲运机,平地机,(三)单斗挖掘机施工(单斗夜压挖土机) 1.工作特点:挖掘力大,结构简化,工作平稳,操作方便,灵活适用范围较广,施工中要与运土汽车配合。其中: (1)正铲:生产率高,前进向上,强制切土; (2)反铲:后退向下,自重切土; (3)拉铲:后退向下,强制切土; (4)抓铲:直上直下,自重切土。,2.适用范围 (
10、1)正铲:适用于停机面以上类土及含水量%的土 施工方法:采用正向工作面挖土和侧向工作面挖土。 工作面:是指停机点所能开挖到的面。 (2)反铲:适用于停机面以下-类土,深度可达46M,合理深度1.53M,分沟端开行和沟侧开行。,(3)拉铲:适用于停机面以下的-类土,铲斗悬挂,自重切土,开挖大型沟槽,亦较适宜开挖含水量较大的土。 (4)抓铲:开挖-类土,开挖较深和工作面狭窄的沟槽,特别适于水下挖土,对散粒材料均可采用。,土体为砂土,然后淤泥软土,.土方机械的选择; 土方机械的选择的依据: .土方工程规模、类型开挖、填土断面、工程量大小。 .地质水文,气候条件。如:土的类别、地下水等。 . 机械设备
11、条件。如现有设备的性能。 .工期要求。,第三节 基坑工程,一、土方边坡及其稳定 、土方放坡的形式:,.土壁稳定性概念: 在基槽坑开挖到一定深度时,由于土体的磨擦力和内聚力产生的抗滑力(抗剪强度)大于土体及外荷载产生的下滑力而保持土体稳定的这种性质。 土坡滑移面的三种形式:直线,弧线,对数螺线。 计算方法:摩擦圆法、条分法等。,堆填路堤引起滑坡,北京地铁十号线熊猫环岛站事故 2005.11.30,.失稳原因: (1)内因:土壁太陡,使土体稳定性不够,抗滑力滑移力。 (2)外因: A.降低了土体的抗剪强度: a.气候原因使土松软; b.粘土杂层因侵水产生润滑作用; c.饱和的液砂,粉砂因施工时外荷
12、作用而产生液化,降低了抗剪强度。 B土体剪应力大于土体抗剪强度; a.边坡荷载增加,(土体,施工材料、机械); b.下雨使土体含水量增加,自重增大,动水压力增加; c.土体裂缝中的水产生静水压力,使剪应力增加,大于抗剪能力。,、防止失稳的措施: 1). 放足边坡:(边坡坡度) (1) 边坡系数m =B/H,边坡坡度为H/B = 1:m。 确定边坡的依据:施工安全,土方量少。 (2)边坡的留置形式: A.直槽(不放坡):适用于基底在湿度正常的士层中开挖基槽坑或管沟且敝露时间不长,深度不超过如下规定时:砂土和碎石土:1m;轻亚粘土:1.25m;粘土:1.5m; 坚硬的粘土:2.0m.,B.斜坡式
13、(全放坡) :适用于土的湿度 ,土质及其地质条件较好的且地下水位低于基底,深度在5m以内且不支撑的坑、槽或沟管时,放坡坡度应满足下表. C.踏步式(半放坡) D.混合式(半放坡):适用于土质较好,槽坑较深时。,)边坡大小应考虑之因素: A.土质情况:土质较好,坡陡; B.开挖高度:越深(高),坡越大(缓) C.填挖方法:机械时坡小,人工坡大; D.排水情况:排水良好,坡小; E.工程的重要性与留置时间的长短。,二. 设置支护:(埸地允许时尽量采用放坡开挖) 在建筑稠密地区施工,有时不允许按要求宽度放坡开挖时,或有防止地下水渗入基坑要求时就需设置支撑,以保证施工的顺利和安全,并可减小对相邻建筑的
14、不利影响。 根据断面的大小可分为:横撑式支撑、板桩支护和重力式支护。,上海鹏利海景花园工程,北京西城一工地连续塌陷一路人被埋身亡2008-01-14 坍塌处最终形成长约23米、宽约8米、深约17米的缺口,1、横撑式支撑(在开挖断面较窄的沟槽时使用) A.水平档土板式 : a.断续式:湿度小,挖深小于3m的粘性大; b.连续式:湿度大,松散,挖深在5m以 内的土壤 B.垂直档土板式:适用于松散和和湿度较 高的土挖深不限。,南京某隧道施工(明挖法),挖孔桩-钢支撑,2、板桩支撑: 适用于开挖较深,地下水位较高且有可能出现流砂现象时的基坑及靠近原有建筑物开挖时。,日本的SMW工法-板式支护-钢板桩,
15、A.板桩由材料分:木板桩、钢筋混泥土板桩、钢筋混泥土护坡桩、钢板桩、钢木混合板桩。 其中:钢板桩可多次重复使用,铝板桩是一次性使用。 钢板桩的种类有: a.平板桩:防水及承受轴向应力性能好,易施工,长轴向受弯差。 b.波浪形桩:防水抗弯性能均较好。,B.根据有无锚碇分:有锚板桩和无锚板桩。 a. 有锚板桩:在板桩的中上部增加拉锚或支撑形成。该类板桩受力较好,稳定性较好。 b.无锚板桩:在较浅的基坑中依靠板桩入土部分的土压中来维持板桩的稳定,该类板桩稳定性不好。,C、板桩的工程事故,、板桩的施工: 板桩的施工要正确选择打桩方法,打桩机械和流水段,以便使打桩后的板桩墙有足够的刚度、防水作用和稳定性
16、。 A.施工程序 放线-安装打桩机械-插桩打桩及 辅助工作。 B.打桩方法 a.单独打入法;(逐块打入) b.分段打法;,水泥土搅拌桩,深层搅拌桩 适用淤泥质土、地基承载力120KPa粘性土 挖深8m,、重力式挡墙,砖砌挡土墙,当心塌方,砖砌挡墙下渗水,土层锚杆支护,重庆市高切坡,预应力锚索支护,、土钉支护,三、 降 水,广州如意 坊地铁工地涌水致300平方米地面塌陷,(一)、流砂 1、产生流砂的成因 2、流砂的防治措施,開挖面上擋土壁破損砂土流失示意圖,開挖面擋土壁破損管湧及流砂示意圖,(二)、管涌,三施工降水 降水方法:重力降水(如集水井降水),强制降水(井点降水)。 1.选择原则:基槽坑
17、开挖的降水深度较小且地层中无流砂时,采用集水井降水,否则用井点降水。 2.集水井降水(又名水沟排水法,小面积地下水位较高时)工艺:截疏抽。 设置要求:设置在基坑周围,不得影响基坑施工,设置于水流上游,井底应有一定坡度,其数量由地下水水量及抽水能力确定,集水井20-40M/个,宽度:0.6-0.8m。当基坑挖至设计标高后,井底应低于坑底1-2m,并铺设滤水碎石层,以免在抽水时将泥砂抽出,并防止井底的土被搅动,达到“挖干土,排清水”。,、井点降水 开挖土质不好且地下水位较高的深基坑(槽)时,应采用井点降水的方法,即在基坑开挖前,预先在基坑四周埋设一定数量的滤水管(井),在基坑(槽)开挖前和开挖过程
18、中,从管(井)内不间断抽水排出,使其四周地下水位下降而形成水位降落漏斗;漏斗的竖向外缘线称之为水位降落曲线。,当各管(井)所形成的水位降落曲线互相衔接时,大面积的水位即降落至基底以下(图1-1-34)。这样,可使所挖的土始终保持干燥状态,从根本上防止了流砂的发生,改善了工作条件;同时土内水分排除后,边坡可改陡,减少了挖土量。此外,由于水压力向下作用,可以加速地基土的固结,防止基底隆起,以利于提高工程质量。,井点降水方法按其系统的设置、吸水方法和原理的不同,可以分为轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点和深井井点等。各种井点的适用范围,可根据土的渗透系数、降低水位的深度、工程特点及设备条件等确定
19、。,各种井点的适用范围,轻型井点降水系统: 轻型井点设备由管路系统和抽水设备组成。管路系统包括:滤管、井点管、弯联管及总管(见下图)。,轻型井点设备 1 地面;2水泵;3总管;4井点管;5滤管; 6降落后的水位;7原地下水位;8基坑底,滤管构造 1 钢管;2管壁上的孔;3塑料管;4细滤网 5粗滤网;6粗铁丝保护网;7井点管;8铸铁头,干式真空泵工作原理 1 滤管;2井点管;3弯联管;4集水总管;5过滤室; 6水气分离器;7进水管;8副水气分离器;9放水口; 10真空泵;11电动机;12循环水泵;13离心水泵,轻型井点设计 轻型井点设计包括: 井点系统的平面布置 井点系统的高程布置 涌水量计算
20、确定井点管的数量 根据基坑(槽)形状,轻型井点可采用单排布置、双排布置、环形布置,当土方施工机械需进出基坑时,也可采用U形布置。,井点系统的平面布置:当基坑(槽)宽度小于6m,且降水深度不超过5m时,一般可用单排井点,布置在地下水的上游一侧,其两端延伸长度一般不小于该坑(槽)的宽度为宜;如基坑宽度大于6m或土质不良,则宜采用双排井点。当基坑面积较大时,宜采用环形井点。为便于挖土机械和运土车辆出入基坑,环形井点也可以在地下水的下游保留一段不设井管,而形成不封闭的布置。井管与坑壁距离不宜小于1m,以防止坑壁产生泄漏而影响抽水系统的真空度。井管间距应根据土质、降水深度,工程性质按计算或经验确定,一般
21、为0.81.6m。靠近河流处与总管四角部位,井管应适当加密。,a)单排布置;b)双排布置;c)环形布置(d)U形布置,井点的平面布置,井点系统的高程布置: 高程布置即是井点系统的竖向布置,取决于基坑的开挖深度,地下水位高度、降水深度等条件。井管的埋设深度H(不包括滤管)可按下式计算;,0.2,涌水量计算 目前一般是运用以达西定律为基础求近似值,其中水井的类别不同,反映在计算公式中的参数有所差别。 水井根据地下有无压力分为无压井和承压井。 当水井布置在具有潜水自由面的含水层中时(即地下水面为自由水面),称为无压井; 当水井布置在承压含水层中时(含水层中的地下水充满在两层不透水层间,含水层中的地下
22、水面具有一定水压),称为承压井。另外,根据井底是否达到不透水层,可将水井分为完整井和非完整井,达到者为完整井,否则为非完整井。在实际工程中,以无压非完整井为多见。,1)无压完整井的单井涌水量: 在无压完整井内抽水时,水位变化如图所示。当抽水一定时间后,井周围水面最后降落成渐趋稳定的漏斗状曲面,称为降落漏斗。水井中心至漏斗外缘的水平距离称为抽水影响半径R。 根据达西定律,无压完整井涌水量Q(m3/d为Q=KI =2xy,2)无压完整井的群井水量: 实际井点系统是由许多单井组成的。各井点同时抽水时,由于各个单井相互距离都小于两倍抽水影响半径,因而各个单井水位降落漏斗彼此干扰,其涌水量比单独抽水时要
23、小,所以群井的总涌水量不等于各个单井涌水量之和。,井管数量与井距的确定。首先根据地下水在土中的渗透速度、滤管的构造与尺寸,确定单根井管的最大出水量q(m3/d):,(3)抽水设备的选择。 常用的抽水设备有真空泵和水泵两种。 真空泵类型有干式(往复式)和湿式(旋转式)两种。由于干式真空泵排气量大,在轻型井点降水中采用较多;湿式真空泵有重量轻、振动小、容许水分渗入等优点,但排气量小,宜在粉砂土和黏性土中使用。,干式真空泵的型号有W4,W5,W7等,选择时,除要求其所产生的真空度满足规定外,还要根据计算中的井管数和总管长度来选择相应的型号。根据经验,w4型可负担6070根井管,带动总管长约80;5带
24、动总管长约100,6约为120。个别地区采用W7型时,总管长度可大于120m。,轻型井点系统的安装与使用 轻型井点系统的安装程序是,先排放总管,再埋设井点管,用弯联管将井管与总管联接,然后安装抽水设备。井管的埋设一般用水冲法进行,如图分为冲孔、埋管与封口三个施工过程。,宁波地面在沉降 已形成大漏斗 有人预测,2030年城区将全部被淹 专家说,虽然极端,但有一定的道理 沉降跟滥采地下水等行为有关 到2030年,宁波城区将全部被淹?,第四节 土方的填筑与压实 (一)填土要求: 1.填土标准: (1)碎石土,砂土,爆破石块,其厚度每层铺土厚度的三分之二; (2)含水量要符合压实要求,含水量大的不能作
25、为填土; (3)草坪及有机物含量大于8%的不能作填土,只能用于无压实填土工程; (4)石膏,水溶性硫酸盐含量大于5%的不能作填土; (5)冻结,液化状态的淤泥,粉砂,黏土等不能作填土。 2.填土规定: 填土要求分层夯实,尽量采用同类土,透水性大的铺在下面,不同类土不能混填,斜坡需改为梯状,尽量从四周,二方,对称进行填土。,(二)填土方法: 人工填土和机械填土。 (三)压实方法: 1.碾压:光面碾:适用于砂土; 羊角碾:适用粘性土; 汽胎碾:均适用。 2.夯实:适用于小面积非粘性土。 3.振动夯实:用于非粘性土,使用较少。,(四)填土压实的影响因素: 1.压实功的影响: 填土压实后的容重与压实机械在其上所施加的功有一定的关系,耗功越多,填土越密实。各类土的整打遍数:砂土:2-3遍,亚砂土:3-4遍,亚粘土5-6遍。 2.含水量的影响: 任何一类土均有最佳含水量,此时填土最易被整实。 3.铺土厚度的影响: 羊角碾:0.5m,平碾:0.3m,动力打夯:0.4m,人工打夯:0.2m。,(五)填土压实质量的检查方法: 控制干容重d并以其为检查依据,以密实度的压实系数Dr= d/max为控制指标;要求持力层范围内Dr0.96,持力层范围外Dr0.93。,
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