01第一章土方工程.ppt

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1、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、土方工程的施工分类、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。,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） 以上土适合于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） 以上土适合于爆

2、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,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,二、场地平整土方量 方格网法,场地平整,1、初步标高（按挖填平衡）,方法：将场地划分为每格边长1040m

3、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

4、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） /（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=70.32,70.32,70.3

5、6,70.40,70.44,70.26,70.30,70.34,70.38,70.20,70.24,H070.29,H2 =70.29102+303=70.36,H3=70.29+102+303=70.40,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（

6、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） 均见教材,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

7、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

8、是最优方案。 （总运输量97000m3-m) （6）画出调配图（略）,500,3、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） （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=

9、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,（三）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

10、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： 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,第三节 土方开挖的辅助工作,一、降低地下

11、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。,（二）流砂现象 1概念： 基坑挖土至地下水位以下，土质为细砂土或粉 砂土的情况下，采用集水坑降低地下水时，坑下 的土有时会形成流动状态，并随着地下水流入基 坑，这种现象称为流砂现象。 2流砂原因 内因：土质为粉状，密度较小 外因：动水压力Gd的存在,动水压力的原理 动水压力实验： 结论：,2流砂原因 内因：土质为粉状，密度较小 外因：动水压力的存在,当 动水压力大于 或等于土的浸水 重度（GDQ-F）时， 土粒被水流带到基坑内. 主要发生在细砂、 粉砂、轻亚粘土

12、、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,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,（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

13、； 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）,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,双排,环状,（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

14、（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；改用其它井点。采用二级井点；,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,（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

15、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。,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,(2)使用要求： 开挖前25天开泵降水； 连续抽水不间断

16、（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 ； 516.5m上拔力1.21.8t,湖北工业大学土木与建筑学院,42,(5)轻型井点系统设计示例 某基础工程需开挖图 所示的基坑，基坑底宽 l0 m，长15m，深4.1m ，边坡为1：0.5。 地质资料为：天然地面 下有0.5 m厚的粘土层， 7.4m厚极细砂层，再下面 为不透水的粘土层。 试按轻型井点降水系 统设计。,表层为粘上，为使总管 接近地下水位，可挖去0.4m 在十5.20 m标高处布置 井

17、点系统。取井管外露0.2m， 则6m长的标准井管埋人土 中为5.8m。 要求埋深 HH1十h十iL (5.2一1.5)十0.5十 (1/10)15.72 4.99(m)， 小于实际埋深5.8m， 故高层布置符合要求。,有效抽水影响深度H。 取滤管长L1.2m，井点管中水位降落 S5.6m，则求得H。1.85(5.6十1.2)=12.6,但： 实际含水层厚度H7.3(m)； 故取H。7.3m，按无压完整井计算涌水量。,44,总涌水量计算 通过扬水试验求得K30 md，已知井点 管所围成的面积F15.720.7(m2)，则基 坑的假想半径： 0= (15.720.7/3.14) =10.17m,抽

18、水影响半径： 总涌水量：,计算井管数量 一根井管直径38的出水量为 井点管数量： 井管的平均间距： 实用井电管数量为：,8降水对周围建筑物影响及防止措施 降水对周围建筑物影响: 在软土中进行井点降水时，致使地面产生不均匀沉降，这种不均匀沉降会使附近建筑物产生下沉或开裂。,8降水对周围建筑物影响及防止措施 防止措施 设置一道抗渗屏幕 设置回灌井点,边降水边进行基础施工,降水施工现场,降水后，桩基施工完毕土方开挖现场,（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；

19、 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,1:m,i=tg=H/B=1:(B/H)=1:m,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。,三、支护结构 当地质条件和周围环境不允许放坡时

20、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)锚拉式 在滑坡面 外设置锚 桩； 2)锚杆式 地面上有 障碍或基 坑深度大；,泛利大厦挡土支护结构构造,远洋大厦挡土支护结构构造,锚固段钢绞线及灌浆管的固定,锚杆的压水钻进成孔,挖孔灌锚杆注桩挡墙护壁的形式,第四节 土方工程机械化施工,一、土方机械的类型 1.挖

21、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,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； 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， 挖运，压实； （2）坑槽开挖 深度在1.5m内、一三类土。,并列推土法,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。,下坡推土法,提高效率的作业方法：,槽形推土法,：,提高效率的作业方法,分堆集中，一次推送法,提高效率的作业方法,2、铲运机：自行式、拖式,工作特点：运

22、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,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。,（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

23、性好； 沟侧开挖一一挖宽0.50.8R。,（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；,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

24、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 （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： （5）发现文物，古墓 停挖、上报,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0.20.3m1m； （3）透水性不同的土不得混杂乱填，

25、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 夯实法: 小面积填筑工程。 冲击力。 柴油夯、人工夯 振动法; 非粘性土填筑。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,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。,