【土木建筑】第一章 土石方工程与地基处理 第二章 施工排水.ppt
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1、给水排水工程施工,目录,第一章 土石方工程与地基处理 第一节 土的工程性质及分类 第二节 沟槽与基坑断面的选择及土方量的计算 第三节 沟槽与基坑开挖 第四节 沟槽支撑 第五节 土方回填 第六节 石方爆破,第一章 土石方工程 第一节 土的性质与分类,一、土的组成 二、土的三相比例指标 三、无黏性土的密实度 四、黏性土的物理特性 五、土的工程分类 六、土的压实度与压缩性 七、土的渗透性 八、土的可松性 九、土中应力及分布 十、土的抗剪强度 十一、土压力,一、土的组成 土是岩石风化后经搬移、堆积而成的。由矿物固体颗粒、水分和空气组成,称为土的三相组成,其中,固相是矿物颗粒及有机质;液相是水;气相是空
2、气。矿物固体颗粒有大小不等的粒径和形状,自漂石至细微的粘土颗粒。粒径大小称为粒度。相近的粒度化为一组。 (一)土的固体颗粒 土的颗粒级配 天然土是由无数大小不同的土粒组成,通常把大小相近的土粒合并为一组,称为粒组。工程上采用的粒组为六大粒组,即漂石、卵石、圆砾、砂粒、粉粒和黏粒。,(二)土中的水和空气 1、土中水 土中水可以处于液态、固态和气态。当土中温度在0以下时土中的水结冻成冰,形成冻土,其强度增大。但冻土融化后,强度急剧降低。至于土中气态水,对土的性质影响不大。 土中液态水可分为结合水和自由水。 2、土中气体 土中气体有与大气相连通的和封闭的。在粗粒中常见到与大气相连通的空气,它对土的力
3、学性质影响不大。在细粒土中则常存在与大气隔绝的封闭气泡,它在外力作用下 具有弹性,并使土的透水性减小。,二、土的三相比例指标 土中的土粒、水和气三部分的质量(或重力)与体积之间的比例关系,随着各种条件的改变而变化,土的疏密、轻重、软硬、干湿等性质,可通过某些表示其三相组成比例关系的指标反映出来。,(一)土的质量密度 单位体积土的质量称为土的质量密度,简称土的密度。即 (二)土的重力密度 单位体积土所受的重力称为土的重力密度,简称土的重度。即 (三)土的相对密度 土的固体颗粒单位体积的质量与水在4 时单位体积的质量之比称为土中固体颗粒的密度,简称颗粒的相对密度。即,(四)土的含水量 土中水的质量
4、与土粒质量之比称为水的含水量。即 (1-4) (五)土的干密度 单位体积土中土粒的质量称为土的干密度。即 (1-5) (六)土的干重度 土的单位体积内土粒所受中立称为土的干重度。,(七)土的饱和重度 土中孔隙完全被水充满时土的重度成为饱和重度。即 (八)土的孔隙比 土中孔隙体积与土粒体积之比称为土的孔隙比。即 (九)土的孔隙率 土中孔隙体积与总体积之比称为土的孔隙率。即,(十)土的饱和度 土中水的体积与孔隙体积之比称为土的饱和度。即,三、无黏性土的密实度 砂土、碎石土统称为无黏性土。无黏性土的密实度对其工程性质有重要的影响。 相对密实度为: 式中,e砂土的天然孔隙比; emax砂土的最大孔隙比
5、; emin砂土的最小孔隙比。 一般规定,Dr0.33,为松散状态;0.33Dr0.67,为中密度状态;Dr0.67,为密实状态,四、黏性土的物理特性 (一)界限含水量 根据含水量的变化,粘性土可呈4种状态:流态、塑态、半固态和固态。流态、塑态、半固态和固态之间分界的含水量,分别称为流性限界(又称液界L)、塑性界限(又称塑界P)和收缩限界。 (二)塑性指数和液性指数 流限和塑限之差称塑性指数IP,即 塑性指数愈大,土吸附的水量愈多,即土的颗粒愈细、矿物成分吸水能力愈大。 液性指数是判别黏性土软硬状态的指标,即,五、土的工程分类 (一)碎石土 d2mm的颗粒占全重50以上,根据颗粒级配和占全重百
6、分率不同,分为漂石、块石、卵石、碎石、圆砾和角砾。 (二)砂土 d2mm的颗粒含量全重50,干燥时呈无塑性或微塑性(塑性指数IP3)的土。砂土根据粒径和占全部质量的百分率不同,又分为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂。 (三)粉土和粘性土 塑性指数IP ,当10 IP 17为粉质砂土;当IP 17时为粘土。 (四)人工填土 人工填土是指人类活动而形成的堆积物,其物质成分较杂乱,均匀性差。按其形成有素填土、杂填土和冲填土。,六、土的压实性与压缩性 压实是指用机械的方法,如用静力的,振动的冲击的设备使土密实。土的压实过程时间是比较短。其目的是使地基土密实,提高承载力,减少土的压缩性。 压缩是指地基土在压
7、力作用下体积减少的性质。土的压缩过程时间的长短,随土质、压力和含水量的不同而不同。引起地基变形,从而使建筑物等产生一定的沉降量和沉降差,对建筑物等的使用和安全造成危害。,七、土的渗透性 土的渗透性表示土的透水的性质。土的渗透性用渗透系数K表示。土的渗透系统大小决定于土的结构、土颗粒大小和粒径级配状况、土的密实程度等。,八、土的可松性 土经挖掘后,颗粒间的连接遭到破坏,在把土回填到沟槽内,并按一般回填密实度夯实后其体积也要比开槽前自然体积增大一些。土体积增大归因于土的可松性。 土经挖掘后体积增加值用最初可松性系数K松表示: 土经回填后的体积增加值,用最后可松性系数K松 表示: 式中 V1开挖前土
8、的自然密实体积; V2开挖后土的松散体积; V3压实后土的体积。,九、土中应力及分布 土中的应力,主要有两种:自重应力和附加应力。 构筑物没有修建前,由于土体本身质量引起的土中应力,称自重应力。 构筑物荷载作用于地基,导致地基上产生应力,这种荷载称为附加荷载,这种应力称为附加应力。 附加应力是引起地基沉降的主要因素。,十、土的抗剪强度 土的抗剪强度是土抵抗剪切破坏的性能。 砂土的抗剪强度: 式中 土的内摩擦角。 砂是散粒体,颗粒间没有相互的粘聚作用,砂的抗剪强度来源于颗粒间摩擦力。粘性土抗剪强度组分,除了内摩擦外,还有一部分粘聚力。 式中 c粘土的粘聚力。,十一、土压力 各种用途的档土墙,地下
9、给水排水构筑物的墙壁和池壁,地下管沟的侧壁,工程施工中沟槽的支撑,顶管工作坑的后背,以及其他各种档土结构,都受到土从侧向施加的压力。这种压力称土压力,又称挡土墙土压力,或称侧土压力。 土压力E可由下式确定 (1-21) 式中 土的重度; h档土墙高度; K土压力系数。 挡土墙在土压力作用下,会产生位移。根据位移的性质不同,土压力可分为:主动土压力、被动土压力静止土压力。,第二节 土石方平衡与调配,一、土石方工程量的计算 在土石方施工之前,通常需要计算土石方的工程量。但土石方工程的外形往往复杂、不规则,精确计算很困难,在一般情况下,都将其假设划分为一定的几何形状近似计算。 (一)基坑的土方量计算
10、 (二)沟槽土方量计算 (三)场地土方量计算 (四)边坡土方量的计算,二、土方的平衡调配 土方的平衡调配,是对挖土、填土、堆弃或移运之间的关系进行综合协调,以确定土方的调配数量及调配方向。它的目的是使土方的运输量或土方运输成本最低。 1、土方平衡调配的原则 1)应力求达到挖、填平衡和运距最短; 2)调配区的划分应该与构筑物的平面位置相协调,并考虑它们的分期施工顺序; 3)好土要用在回填质量要求较高的地区; 4)分区调配应与全场调配相协调。避免只顾局部平衡; 5)取土或弃土应尽量少占或不占农田及便于机械施工等。,2、土方平衡调配图表的编制 场地土方平衡调配需作相应的土方调配图表,编制方法如下:
11、A、划分调配区 B、计算各挖、填方调配区之间的平均运距 C、绘出土方调配图 D、列出土方量平衡表,第三节 土石方开挖与机械化施工,一、准备工作 土石方开完前的准备工作主要包括: 拆除或搬迁施工区域内有碍施工的障碍物; 修建排水防洪措施,在有地下水的区域,应有妥善的排水措施; 修建运输道路和土方机械的运行道路; 修建临时水、电、气等管线设施; 作好挖土、运输车辆及各种辅助设备的维修检查、试运转和进场工作等。,二、基坑(沟槽)边坡坡度与开挖断面 1、基坑、沟槽边坡与断面选择依据: 土的种类及其物理力学性质、地下水情况、开挖深度、断面尺寸、施工方法、晾槽时间,周边的环境条件等,并按照设计规定的基础、
12、管道的断面尺寸、长度和埋设深度等进行。 2、给水排水管道的沟槽常用断面形式: 有直槽、梯形槽、混合槽等,当有两条或多条管道共同埋设时,还需采用联合槽。,三、场地平整施工方法 场地平整施工包括:土方开挖、运输、填筑与压实等,当遇有坚硬土层、岩石或障碍物时,还常需爆破。 场地平整的施工方法,在大面积平整时,通常采用机械施工。常用的机械有推土机、铲运机和挖土机等。 1、推土机施工 推土机操作灵活、运行方便、所需工作面较小,既可挖土又可作短距离运土,适用于切土深度不大的场地整平,铲除腐殖土并运送到附近的卸土区;开挖深度不大于I5m的基坑;回填基坑和沟槽;平整其他机械卸置的土堆,运送松散的硬土和岩石以及
13、砂石材料等。,2、铲运机施工 铲运机是平整场地中使用最广泛的一种土方机械,该机操纵简便灵活,不需其他机械配合,能综合完成铲土、运土、卸土、填筑、压实等多项工序、行驶速度较快,适用于大面积场地平整,开挖大面积浅基坑和沟槽,填筑堤坝等挖运土方工程。 3、挖土机施工 挖土机适用于开挖场地为一四类、含水量不大于27%的丘陵地带土壤及经爆破后的岩石和冻土。,四、沟槽与基坑开挖施工 沟槽、基坑土方的开挖,除工程量不大而又分散时可采用人工或小型机械施工外,应尽量采用机械化施工,以减轻繁重的体力劳动并加快施工速度。 沟槽与基坑机械开挖,应依施工具体条件,选择单斗挖土机和多斗挖土机。 1、单斗挖土机 单斗挖土机
14、是给排水工程中常用的一种机械,根据其工作装置不同,可分为正铲、反铲、拉铲和抓铲等。,单斗挖土机生产率计算 单斗挖土机的生产率p按下式计算: (m3/h); 式中 p单斗挖土机每小时挖土量(h); n每分钟工作循环次数; q土斗容量(m3); k系数,主要包括土的影响系数是时间系数,2、多斗挖土机施工 多斗挖土机又称挖沟机、纵向多斗挖土机。与单斗挖土机比较有以下优点:挖土作业是连续的,在同样条件下生产率较高;开挖每单位土方量所需的能量消耗较低,开挖沟槽的底和壁较整齐,在连续挖土的同队能将土自动卸在构槽一侧。 挖沟机不宜开挖坚硬的土和含水量较大的土。宜于开挖黄土,扮质粘土等。 挖沟机由工作装置、行
15、走装置和动力、操纵及传动装置等部分组成。,五、土方机械与运输车辆的配合 实际选用挖土机械时应注意: 1、选择效率高费用低的机械进行施工。 2、当挖土机挖出的土方需要运土车辆运走时,挖土机的生产率不仅取决于本身的技术性能,而且还决定于所选的运输工具是否与之协调。 3、为了使挖土机充分发挥生产能力,应使运土车辆的载重量Q与挖土机的每斗土重保持一定的倍数关系。,六、土方施工发生塌方与流砂的处理 在土石方开挖施工中,由于处理不当,常会发生边坡塌方和产生流沙现象。 1、边坡塌方 沟槽、基坑边坡的稳定,主要是由土体的内摩阻力和黏结力来保持平衡的。当土地失去平衡,边坡就会塌方。 为了防治滑坡和塌方,应采取如
16、下措施:A:注意地表水、地下水的排除;B:严格遵守放坡规定,放足边坡;C:当开挖深度大,施工时间长、边坡有机具或堆置材料等情况,边坡应平缓;D:当因受场地限制,或因放坡增加土方量过大,则应采用设置支撑的施工方法。,2、流砂的防治 流砂的防治措施有多种, 水下挖土法; 打钢板桩法; 地下连续墙法等; 人工降低地下水位法:此法较广泛、可靠。,3、滑坡体施工中的作业方法 首先应对滑坡体区的地质资料作好调查研究。据此正确选择施工程序,并拟定合理的施工方法,确定保持滑坡体稳定的边坡坡度,预防滑坡发生。在进行开挖和填方时,应注意以下几点: (1) 在靠近滑坡边沿处开挖土方 一般不应切割滑坡体的坡脚,当必须
17、切割坡脚时,应按切割深度,将坡脚随原自然坡度由上向下削坡,逐渐挖至要求的坡脚深度。,2、在滑坡体上挖填土方 (1)当需要在滑坡体内挖方时,应遵守由上至下的开挖程序。 (2)在滑坡体上进行填方时,应遵守由下至上的施工顺序。,七、土石方爆破施工 在土石方施工中,爆破技术常用于地下和水下工程、基坑、管沟开挖、坚硬土层或岩石的破除。此外,在场地平整、施工现场障碍物的清除以及开掘冻土等,也常要采用爆破施工 常用的爆破方法有炮眼爆破、药壶爆破、深孔爆破、小洞室爆破、二次爆破、定向爆破及微差爆破等方法。在水工程中,通常为 小面积爆破,一般多采用炮眼爆破法。,第四节 沟槽及基坑支撑,支撑是防止沟槽土壁坍塌的一
18、种临时性挡土结构,由木材或钢材做成。 支撑的荷裁就是原土和地面荷载所产生的侧土压力。沟槽支撑与否应根据土质、地下水情况、槽深、槽宽、开挖方法、排水方法、地面荷载等因素确定。一般情况下,沟槽土质较差、深度较大而又挖成直槽时,或高地下水位砂性土质并采用表面排水措施时,均应支设支撑。支设支撑可以减少挖方量和施工占地面积,减少拆迁。但支撑增加材料消耗,有时影响后续工序的操作。,支撑结构应满足下列要求: 1牢固可靠,进行强度和稳定性计算和校核。支撑材料要求质地和尺寸合格,保证施工安全。 2.在保证安全的前提下,节约材料,宜采用工具式钢支撑。 3、便于支设和拆除及后续工序的操作。 为了做到上述要求,支撑材
19、料的选用、支设和使用过程,应严格遵守施工操作规程。,一、支撑种类及其适用条件 支撑形式有横撑、竖撑和板桩撑等。依靠各杆件的压力和摩擦力连接起来,横撑分疏撑和密撑两种。疏撑是撑板之间有间距,分单板撑、井字撑和稀撑等;密撑是各撑板间密接铺设。根据土压力和土的密实程度选用支撑的形式,有时可在沟槽的上部设疏撑,下部设密撑。 横撑(因1-28)用于土质较好,地下水量较小的沟槽。随着沟槽逐渐挖深而分层铺设,支设容易,但在拆除时首先拆除最下层的撑板和撑杠,施工不安全。,竖撑(图1-29)用于土质较差,地下水较多或有流砂的情况下。竖撑的特点是撑板可在开槽过程中先于挖土插人土中,在回填以后再拔出,因此,支撑和拆
20、撑都较安全。,撑板分木撑板和金属撑板两种,木撑板不应有纹裂等缺陷。常用的是金属撑板(图1-30),由钢板焊接于槽钢上拼成,槽钢间用型钢连系加固。金属撑板每块长有2、4、6m等种类。,立柱和横扛通常采用槽钢。 撑杠由撑头和圆套管组成如图l-3l所示。撑头为一丝杠,以球铰连接于撑头板,带柄螺母套于丝杠。应用时,将撑头丝扛插入圆套管内,旋转带柄螺母,柄把止于套管端,而丝杠伸长,则撑头板就紧压立柱,使撑板固定。丝杠在套管内的最短长度应为20cm,以保证安全。这种工具式撑杠的优点是支设方便,而且可更换圆套管长度,适用于各种不同的槽宽。,板桩撑是将桩板垂直地打人槽底下一定深度, 如图1-32所示。,钢板桩
21、为槽钢或工字钢或用特制的钢板桩(图l-33)。根据不同的要求,钢板桩应有多种系列和规格。桩板的断面模数与每m质量之比值愈大,使用性能愈好。 桩板与桩板之间采用啮口连接,以提高板桩撑的整体性和水密性。 采用特殊断面桩板的目的是为了提高桩板间的啮合作用,或为了提高桩板的惯性矩,或上述两者兼合。由于桩板打人土中,板桩按悬臂结构支承。从结构上说,板校撑可以不设横板与撑杠。但是,如果桩板入土深度不足,仍应辅之以横板与撑杠,在桩饭项部加一横条,用水平锚杆固定在土壁中,桩板在沟槽开挖之前用打桩机打人土中。因此,板桩撑在构槽开挖及其以后各工序施工中,始终起保证安全的作用。桩校的啮合和深人槽底一定长度可以延长地
22、下水的渗径,有效地阻止流砂渗入。 在各种支撑中,板桩撑是安全度最高的支撑。因此在弱饱和土层中,经常采用板桩撑。,二、支撑的计算 根据实测资料表明,在排除地下水的情况下,作用在支撑上的压力分布如图1-34,其中为土的密度,Ea为主动土压力系数,为土的内摩擦角,H为深度,c为土的粘聚力,b为撑板宽度。,支撑计算包括确定撑板、立柱(或横木) 和撑杠尺寸。 1、撑板的计算 撑板按简支梁计算,如图1-35所示:,计算跨度等于立柱或横木的间距l1,每段撑板的宽度为b,所承受的均布载荷等于Pb KN/m,其中P是侧土压力,对砂取0.8Htg2(45-/2),对软粘土取H-4c. 撑板的最大弯矩: (1-41
23、) 撑板的抵抗矩: (1-42) 因此,撑板的最大弯曲应力为: (1-43) 式中 W材料容许弯曲应力。,2、立柱计算 立柱所受的荷载q等于撑板所传递的侧土压力,反力R,如图1-36所示。计算时,假设在支座(横撑)处为简支粱,再算出最大弯矩,并校核最大弯曲应力。,(三)撑扛计算 撑杠所受的荷载等于简支立柱或横木的反力,按压杆进行强度和稳定计算。 支撑构件的尺寸取决于现场已有材料的规格,因此,支撑计算只是对已有结构进行校核。如支撑构件应力过大,可适当增加立柱和横撑的数目。现场施工常根据经验确定支撑构件尺寸。 木撑板般长26m,宽为2030cm,厚5cm。 横木的截面尺寸一般为10152020cm
24、(视槽宽而定)。立柱的截面尺寸为l0102020cm(视槽深而定)。槽深在4m以内时,立柱间距为1.5m左右,槽深46m,立柱间距在疏撑中为1.2m,密撑中1.5m;槽深610cm,立柱间距1.51.2m。撑杠垂直间距一般为1.21.0m。,三、支撑的设置和拆除 挖槽到一定深度或到地下水位以上时,开始支设支撑,然后逐层开挖逐层支没。支设程序一般为: 首先支设撑板并要求紧贴槽壁,而后安设立柱(或横木)和撑扛,必须横平竖直支设牢固。 竖撑支设过程为:将撑板密徘立贴在槽壁,再将横木在撑板上下两端支设并加撑杠固定。然后随着挖土,撑板底瑞高于槽底,再逐块将撑板锤打到槽底。根据土质,每次挖深5060cm,
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