01 第一章 土方工程64787.ppt

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,第一节 概述,一、土方工程的分类、特点 1、施工分类 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。,3、施工设计应注意 （1）摸清施工条件，选择合理的施工方案与机械； （2）合理调配土方，使总施工量最少； （3）合理组织机械施工，以发挥最高效率； （4）作好道路、排水、降水、土壁支撑等准备及辅助工作； （5）合理安排施工计划，避开冬、雨季施工； （6）制定合理可行的措施，保证工程质量和安全。,二、土的工程分类,按开挖的难易程度分为八类 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,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：开挖、运输、存放，挖土回填，留回填松土。,2、土的渗透性,土体被水透过的性质，用渗透系数K表示。 K的意义：水力坡度（I=h/L）为1时，单位时间内水穿透土体的速度（V=KI）,K的单位：m / d 。 粘土 0.1， 粗砂5075， 卵石100200 用途：降低水位方法， 回填。,3、土的质量密度： 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： 天然含水量 W=（G湿-G干）/G干 开挖、行车（2530%陷车）、边坡稳定 最佳含水量可使填土获得最大密实度的含水量（击实试验、手握经验确定）。,第二节 土方量计算与调配,一、基坑、基槽、路堤土方量计算 1、基坑土方量： 按拟柱体法,V=(F下+4F中+F上)H/6,F下,F上,Fi,2、基槽（路堤）土方量：,沿长度方向分段计算Vi，再 V = Vi 断面尺寸不变的槽段：Vi =Fi×Li 断面尺寸变化的槽段：Vi =(Fi1+4Fi0+Fi2)Li/6 槽段长Li：外墙槽底中中， 内墙槽底净长,二、场地平整土方量 方格网法、累高法平均断面法,（一）确定场地设计标高 考虑的因素： (1)满足生产工艺和运输的要求； (2)尽量利用地形，减少挖填方数量； (3)争取在场区内挖填平衡，降低运输费; (4)有一定泄水坡度，满足排水要求。 场地设计标高一般在设计文件上规定，如无规定： (1)小型场地挖填平衡法 (2)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、初步标高（按挖填平衡）,方法：将场地划分为每格边长1040m的方格网，找出每个方格各个角点的地面标高（实测法、等高线插入法） 。,则场地初步标高： H0=（H11+H12+H21+H22）/4M H11、 H12、 H21、 H22 一个方格各角点的自然地面标高； M 方格个数。 或：H0=（H1+2H2+3H3+4H4）/4M H1一个方格所仅有角点的标高； H2、H3、H4分别为两个、三个、四个方格共用角点的标高。,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） H0=（H1+2H2+3H3+4H4）/4M =70.09+71.43+69.10+70.70+2×（70.40+70.95+69.71+）+4×（70.17+70.70+69.81+70.38） /（4×9） =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 =70.2930×2+30×3=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 =70.2910×2+30×3=70.36,H3=70.29+10×2+30×3=70.40,其它见图,（二）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、确定零线（挖填分界线） 插入法、比例法找零点 零点连线,0,0,3、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 1）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）挖方或填方的体积。 2）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）四方棱柱体平均高度法（略） （3）三角棱柱体法（略）,三、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、要求： 总运输量最小；土方施工成本最低。 2、步骤： （1） 找出零线，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，且考虑开、施工顺序； 2）大小满足主导施工机械的技术要求； 3）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 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) （6）画出调配图（略）,3、调配方案的优化（线性规划中表上作业法） （1）确定初步调配方案（如上） 要求：有几个独立方程土方量要填几个格，即应填m+n-1个格，不足时补“ 0 ”。 如例中：m+n1=3+41=6，已填6个格，满足。 （2）判别是否最优方案 用位势法求检验数ij，若所有ij 0，则方案为最优解。 1）求位势Ui和Vj： 位势和就是在运距表的行或列中用运距（或单价）同时减去的数，目的是使有调配数字的格检验数为零，而对调配方案的选取没有影响。,计算方法：平均运距（或单方费用）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）求空格的检验数ij,ij= Cij Ui Vj ; 11=500500（有土）;,结论：表中12为负值，不是最优方案。应对初始方案进行调整。,-30,+40,+80,+90,+50,+20,13=10006040;,21=70(60)5080; ,12=70010030,4、方案调整 调整方法：闭回路法。 调整顺序：从负值最大的格开始。,1)找闭回路 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。且将其它奇数次转角的土方数都减、偶数次转角的土方数都加这个土方量，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,U4=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：400×50100×70500×40400×60100×70400×4094000m3·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,第三节 土方开挖的辅助工作,一、降低地下水位 一）降水目的 1、防止涌水、冒砂，保证在较干燥的状态下施工； 2、防止滑坡、塌方、坑底隆起； 3、减少坑壁支护结构的水平荷载。,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。 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,流砂原因 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。主要发生在细砂、粉砂、轻亚粘土、淤泥中。,3流砂的防治 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）。,（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,要求： （ 1）排水沟：沿基坑底四周设置，底宽300mm，沟底低于坑底500mm，坡度1。 （ 2）集水井：沿基坑底边角设置，间距2040m，直径0.60.8m，井底低于坑底12m。长期用，有护壁和碎石压底。 （ 3）水泵：离心泵、潜水泵、污水泵,（一）普通明沟排水法,（二）分层明沟排水法,离心泵工作简图,2井点降水法 （1）特点 效果明显，使土壁稳定、避免流砂、防止隆起、方便施工； 可能引起周围地面和建筑物沉降。 （2）井点类型及适用范围,轻型井点降水全貌图,喷射井点,管井井点构造,引渗井点示意,水平辐射井点示意,（四）轻型井点降水 1降水原理 2井点设备 井管：38、51，长57m（常用6m），无缝钢管，丝扣连滤管； 滤管：38、51，长11.7m，开孔12,开孔率2025，包滤网； 总管：内75100无缝钢管，每节4m，每隔0.8、1或1.2m有一短接口； 连接管：使用透明塑料管、胶管或钢管，宜有阀门； 抽水设备： 真空泵（教材）真空度高，体形大、耗能多、构造复杂 射流泵（常用）简单、轻小、节能 隔膜泵（少用）,滤管构造,真空泵井点设备工作原理图,(b) 射流器构造,3井点布置 （1）平面布置 单排：在沟槽上游一侧布置，每侧超出沟槽B。 用于沟槽宽度B6m，降水深度5m。 双排：在沟槽两侧布置，每侧超出沟槽B。 用于沟槽宽度B6m，或土质不良。 环状：在坑槽四周布置。 用于面积较大的基坑。,单排井点平面及高程布置,环状井点平面及高程布置,（2）高程布置（图） 井管埋深：H埋H1hiL。 H1埋设面至坑底距离； h降水后水位线至坑底最小距离（一般可取0.51m）； i地下水降落坡度，环状1/10，线状1/5； L井管至基坑中心（环状）或另侧（线状）距离。 当H埋6m时：降低埋设面； 采用二级井点； 改用其它井点。,4计算涌水量Q：（环状井点系统） （1）判断井型（图） 按照滤管与不透水层的关系： 完整井到不透水层 非完整井未到不透水层. 按照是否承压水层： 承压井 无压井,水井的分类,（2）无压完整井群井井点计算（积分解）,Q1.366K(2HS)S / (lgRlgX0) （m3/d） K土层渗透系数（m/d）； H含水层厚度（m）； S水位降低值（m）； R抽水影响半径（m），R=1.95S(HK)1/2； X0环状井点系统的假想半径（m）； 当长宽比A/B5时，X0=(F/)1/2，否则分块计算涌水量再累加。 F井点系统所包围的面积。,（3）无压非完整井群井系统涌水量计算（近似解）,以有效影响深度H0代替含水层厚度H用上式计算Q。 H0的确定方法：,注意：1、当H0值超过H时，取H0H； 2、计算R时，也应以H0代入。,（4）承压完整井,Q2.73KMS/(lgRlgX0) （m3/d) M承压含水层厚度（m）,5确定井管的数量与间距 （1）单井出水量：q65d l K1/3 （m3/d） d、l滤管直径、长度（m）； （2）最少井点数：n1.1Q / q （根） 1.1备用系数。 （3）最大井距：DL总管 / n （m）； （4）确定井距： 取井距D,（5）确定井点数：nL总管 / D,D,15d,符合总管的接头间距。,6井点管的埋设与使用 （1）埋设方法： 水冲法：水枪、井管自身（高压水） 钻孔法：正循环钻 、反循环钻、冲击钻 振动水冲法：,(2)使用要求： 开挖前25天开泵降水； 连续抽水不间断（水量先大后小，先混后清），防止堵塞。,降水施工,3）注意问题： 1)真空度0.60.7大气压 2)死管：检查、变活 3)设观测井检查水位下降情况 4）拔除井管： 基坑回填后； 卷扬机、支架 ； 51×6.5m上拔力1.21.8t,二、边坡稳定 （一）条件与因素,T C T土体下滑力。下滑土体的分力，受坡上荷载、雨水、静水压力影响。,1、边坡稳定的条件,C土体抗剪力。由土质决定，受气候、含水量及动水压力影响。,2、确定边坡大小的因素（主要6个方面） 土质、开挖深度、开挖方法、留置时间、排水情况、坡上荷载（动、静、无）,或者说：土体的稳定条件是：在土体的重力及外部荷载作用下所产生的剪应力小于土体的抗剪强度。,二）放坡与护面 1、直壁（不加支撑）的允许深度： 密实、中密的砂土和砂填碎石土：1.00m； 硬塑、可塑的轻亚粘土及亚粘土：1.25m； 硬塑、可塑的粘土和粘填碎石土：1.50m； 坚硬的粘土： 2m 。 2、放边坡 （1）边坡坡度,m坡度系数。mB/H （2）边坡形式：斜坡、折线坡、踏步（台阶）式 （3）最陡坡度规定：土质均、水位低、时间短、5m深以内。下表,1:m,i=tg=H/B=1:(B/H)=1:m,深度在5m内的基坑、基槽、管沟边坡的最陡坡度,3、边坡护面措施： 覆盖法，挂网法，挂网抹面法，土袋、砌砖压坡法，喷混凝土法、土钉墙,基坑边坡护面方法示意图,（d）土袋或砌石压坡护面,（c）钢丝网混凝土或钢筋混凝土护面,（a）薄膜或砂浆覆盖,（b）挂网或挂网抹砂浆护面,三、支护结构 当地质条件和周围环境不允许放坡时使用 （一）选型 1横撑式支撑 （1）水平衬板式：,断续式深度3m内； 连续式深度5m内； （ 2）垂直衬板式：（构造） 深度不限 适用于：较窄且施工操作简单的管沟、基槽,2护坡桩挡墙 （1）挡墙类型 1 ) 钢板桩,2 ) H型钢桩,3 ) 钻孔灌注桩 4 ) 人工挖孔桩,5 ) 深层搅拌水泥土桩 6 ) 旋喷桩,（2）锚固形式 1)悬臂式基坑深度5m； 2)斜撑式基坑内有支设位置； 3)锚拉式在滑坡面外设置锚桩； 4)锚杆式地面上有障碍或基坑深度大； 5)水平支撑式土质较差或坑周围地上、地下有障碍，角部，（对撑、角撑、桁架支撑、圆形支撑、拱形支撑）。,土层锚杆的构造及长度划分,锚固段钢绞线及灌浆管的固定,锚杆的压水钻进成孔,锚杆挖孔灌注桩挡墙护壁的形式,3土钉墙支护 作用：土钉与土体形成复合体，提高边坡稳定性和超载能力，增强土体破坏延性； 特点：土体稳定性好，位移小，施工简便，费用低，对邻近建筑物影响小。分层分段施工，阶段不稳定性。 适用于：地下水位以上的杂填土、粘性土、非松散砂土。边坡坡度7090 °。 工艺过程：挖土喷射混凝土打孔插筋、注浆铺放、压固钢筋网喷射混凝土挖下层土,4地下连续墙 作用：防渗、挡土，地下室外墙的一部分； 适用于：坑深大，土质差，地下水位高；邻近有建（构）筑物，采用逆作法施工。 工艺过程：作导槽钻槽孔放钢筋笼水下灌注混凝土基坑开挖与支撑。,（二）支护结构计算 详见高层建筑施工,第四节 土方工程机械化施工,一、土方机械的类型 1.挖掘机械：正铲、反铲、拉铲、抓铲 2.挖运机械：推土机、装载机、铲运机 3.运输机械：自卸汽车、翻斗车 4.密实机械：压路机、蛙式夯、振动夯,二、常见土方机械的特点，适用范围及作业方法,1推土机：液压式、索式； 固定式、回转式 工作特点：用途多，费用低； 适用于： （1）平整场地运距在100m内，一三类土的挖运，压实； （2）坑槽开挖深度在1.5m内、一三类土。 提高效率的作业方法： 下坡推士，多次切土、一次推运，跨铲法，并列法，加挡板。,液压履带式推土机,液压轮胎式推土机,索式履带式推土机,铲刀可回转的液压履带式推土机,并列推土法,下坡推土法,槽形推土法,分堆集中，一次推送法,斜角推送法作业,跨铲法作业示意图,2、铲运机：自行式、拖式,工作特点：运土效率高； 适用于：运距60800m、一二类土的大型场地平整或大型基坑开挖；堤坝、填筑等 作业方法：环形线路，“ 8 ”字线路；助推法。,铲运机下坡铲土法,铲运机锯齿形开行路线,1路堤； 2取土槽,双铲联运法示意图,3、单斗挖土机 （类型）,正铲挖掘机,反铲挖掘机,拉铲挖掘机,抓铲挖掘机,（1）正铲挖土机,工作特点：“前进向上，强制切土”；挖土、装车效率高，易与汽车配合； 适用于：停机面以上。含水量30以下、一四类土的大型基坑开挖 作业方法：正向挖土后方卸土，正向挖土侧向卸土。,正铲开挖基坑,（2）反铲挖土机,工作特点：后退向下，强制切土”，可 与汽车配合； 适用于：停机面以下、一三类土的基坑、基槽、管沟开挖。 作业方法：沟端开挖一一挖宽0.71.7R，效率高、稳定性好； 沟侧开挖一一挖宽0.50.8R。,反铲挖土机开挖方式,（3）拉铲挖土机,工作特点： 后退向下，自重切土”；开挖深度、宽度大，甩土方便：,适用于： 停机面以下、一二类土的较大基坑开挖，填筑堤坝，河道清淤。,（4）抓铲挖土机,工作特点：“ 直上直下，自重切土”，效率较低； 适用于：停机面以下、一二类土的、面积小而深度较大的坑、井开挖。,抓土斗工作示意图,三、自卸汽车与挖土机的配套,原则：保证挖土机连续工作： 汽车载重量：以装35斗土为宜； 汽车数量： N汽车每一工作循环的延续时间T每次装车时间t； 或：N（挖土机台班产量汽车台班产量）+1,四、开挖方式与注意问题,1基坑开挖方式 （1）下坡分层开挖1：78的坡道 （2）墩式开挖用于无修坡道的场地，搭设栈桥时 （3）盆式开挖用于逆作法施工,下坡挖土和运土示意图,分层开挖方案,墩式开挖示意图,盆式开挖示意图,2开挖注意问题 （1）挖前先验线 （2）连续开挖尽快完，防止水流入 （3）坑边堆土防坍塌：及时清运；堆土0.8m以外，高1.5m （4）严禁扰动基底土，加强测量防超挖：预留层，保护层，抄平清底打木桩 （5）发现文物，古墓停挖、上报、待处理 （6）注意安全，雨后复工先检查,打钎,第五节 土方填筑（填、压）,一、土料选择和填筑方法 1土料选择 (1) 不能用的土：冻土、淤泥、膨胀性土、含有机物8的土、含可溶性硫酸盐5的土 （2）不宜用的土：含水量过大的粘性土 2、填筑方法 （1）水平分层填土。填一层，压实一层，检查一层。 （2）无限制的斜坡填土 先切出台阶，台阶高×宽0.20.3m×1m （3）透水性不同的土不得混杂乱填，应将透水性好的填在下部（防止水囊）,二、压实方法与要求,1压实方法： 碾压法大面积填筑工程。滚轮压力。压路机、平碾、羊足碾 夯实法小面积填筑工程。冲击力。蛙式夯、柴油夯、人工夯 振动法 非粘性土填筑。颗粒失重、排列填充。振动夯、平板振捣器 2影响压实质量的因素 机械的压实功吨位或冲击力，压实遍数 铺土厚度 不同机械有效影响深度不同 含水量 小则不粘结、摩阻大，大则橡皮土；应为最佳含水量,（a）两轮两轴式,（b）三轮两轴式,（c）三轮三轴式,钢轮压路机碾轮与轴数简图,1机身；2碾轮,YL9/16型自行式轮胎碾,YT-3.5型双筒羊脚碾外形图,YT-2.5型羊脚碾外形图,H8-25A型蛙式夯实机,土的密度与压实功的关系示意图,压实作用沿深度的变化,压实机具 每层虚铺厚度(mm) 压实遍数 压路机、平碾 200300 68 羊足碾 200350 816 振动压实机 250350 34 蛙式夯 200250 34 人工夯 200 34,3要求 (1)每层铺士厚度与压实遍数,（2）含水量调整与橡皮土处理 过大 翻松、晾晒、掺入干土或石灰； 过小 洒水湿润、增加压实功； 橡皮土彻底清除，轻压薄铺。,三、压实质量检查,1内容密实度； 指标干密度d； 方法环刀取样，测干密度； 2要求：dDy ·dmax 式中：Dy压实系数。（一般场地平整0.9，填土作地基0.95） dmax该种土质的最大干密度（击实试验确定）3取样 方法与数量：分层进行，每层不少于1点（平场100400m2，回填30100m2，灰土垫层2050m2） 位置：该层下半部。,