1土方工程5.ppt

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1、1 土方工程,1 土方工程,1.1 土方规划 1.2 土方工程施工的辅助工程 1.3 土方工程机械化施工,1.1 土方规划,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,1.1.1土方工程的内容及施工要求,1. 土方工程的内容 2. 土方工程的特点 3. 土方工程的施工要求 4. 资料 5. 土方工程施工方案的选择,1.1 土方规划,土料选择、压实方法和密实度检验。,1.土方工程的内容,场地平整,土方开挖,土方回填,土方工程的内容,（三通一平）设计标高的确定；土方

2、量的计算；合理地进行土方调配。,开挖：开挖沟槽、基坑、竖井、隧道、修筑路基、堤坝： 辅助工程：施工排水、降水，土壁边坡和支护结构,2. 土方工程的特点 工程量大，劳动繁重，施工条件复杂。 土方工程施工受气候、水文、地质、地下障碍物等因素的影响大，不确定因素多，施工条件复杂。,3. 土方工程的施工要求 标高、断面准确，土体有足够的强度和稳定性，工程量小，工期短，费用省。,（1）建设单位应向施工单位提供场地实测地形图； （2）原有地下管道、电缆和地下构筑物竣工图； （3）土石方施工图； （4）工程地质、水文、气象等技术资料； （5）平面控制桩和水准点，作为工程测量和验收的依据。,4 .土方工程施工

3、需要的资料,5 .施工方案的选择 （1）根据工程条件，选择适宜的施工方案和效率高、费用低的机械。 （2）合理调配土石方，使工程量最小。 （3）合理组织机械施工，保证机械发挥最大的使用效率。 （4）安排好道路、排水、降水、土壁支撑等准备和辅助工作。 （5）合理安排施工计划，尽量避免雨季施工。 （6）保证工程质量，对施工中可能遇到的问题如流沙、边坡稳定等进行技术分析，并提出解决措施。 （7）有确保施工安全的措施。,1.土的工程分类 2. 土的工程性质,1.1.2 土的工程分类及性质,在土木工程施工和建筑安装工程劳动定额中，按土的开挖难易程度分为八类：,1.1.2 土的工程分类及性质 1. 土的工程

4、分类,1.1.2 土的工程分类及性质 2.土的工程性质,达西定理 V = KI I=H/L K为土的渗透系数（m/d）,密度,含水量,渗透性,土的工程性质,天然密度：土在天然状态下单位体积的质量。 干密度：单位体积土中固体颗粒的质量。,土中所含的水与土的固体颗粒间的重量,可松性,最初可松性系数,最后可松性系数,边坡是减少土方量和保证边坡稳定的有效措施。 1、边坡表示方法： 2、边坡形式,1.1.3 土方边坡,（1）土质 （2）开挖深度 （3）开挖方法 （4）开挖后留置时间 （5）坡顶排水及荷载情况,3、影响边坡稳定的因素,1.1.4土方量计算的基本方法,平均高度法,土方量的计算,平均断面法,四

5、方棱柱体法,三角棱柱体法,近似计算,精确计算,累高法,方格全挖全填时：,1.四方棱柱体法,四方棱柱体法：是将施工区域划分为若干边长为a的方格网，分别计算每个四方棱柱体的体积。,方格有挖有填时：,方格全挖全填时:,2.三角棱柱体法,三角棱柱体法：是将每个方格顺地形的等高线，沿对角线划分为两个三角形，分别计算每个三角棱柱体的体积。,方格有挖有填时：,适用于：基坑、基槽、管沟、路堤； 1、近似计算 2、精确计算 3、累高法 (求不规则断面面积）,1.1.4.2平均断面法,1.1.5 场地平整土方量计算,1.1.5.1 场地设计标高H0的确定 1.1.5.2 场地设计标高的调整 1.1.5.3 场地土

6、方量计算 1.1.5.4 场地边坡土方量计算,场地设计标高是场地平整和土方量计算的依据，也是总图规划和竖向设计的依据（一般设计文件已规定）。 合理地确定场地的设计标高，有利于减小土方量，加快工程进度。,1.1.5.1 场地设计标高H0的确定,1.H0确定的原则： 1）应满足生产工艺和运输要求。 2）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。 3）使挖填平衡，土方量最少。 4）要有一定的泄水坡度（ 2），满足排水要求。 5）要考虑最高洪水位的影响。,1）在地形图上将施工区域划分为边长a为1050m的方格网。,2.H0确定的步骤：,2）确定各方格角点的高程,A.水准仪实测,B.插入法

7、,式中： H0 所计算场地的设计标高（m） a 方格边长1050（m） N 方格数 H11、H12、H21、H22 任一方格的四个角点的标高（m）,3）按挖填平衡确定场地设计标高H0,式中： H1 一个方格仅有的角点标高（m） H2 二个方格共有的角点标高（m） H3 三个方格共有的角点标高（m） H4 四个方格共有的角点标高（m）,（1）土的可松性的影响 （2）场地内挖填方或借弃土的影响 （3）场地泄水坡度的影响,1.1.5.2 场地设计标高的调整,（1）求出方格角点的施工高度hn Hn、H分别为角点的设计标高和自然标高。,1.1.5.3 场地土方量计算,（2）绘出“零线” 先求出方格网中两

8、端角点施工高度有“+”“-”的边线的“零点”，连接“零点”即为“零线”。 （3）用平均高度法计算场地的挖、填土方量,1.1.5.3 场地土方量计算,（1）标出场地四个角点A、B、C、D的挖、填高度和“零线”位置 （2）确定挖、填边坡坡率m1、m2。 （3）算出四个角点的放坡宽度 （4）绘出边坡图。 （5）计算边坡土方量 正方锥体、三角锥体、平均断端面,1.1.5.4 场地边坡土方量计算,土方调配： 确定挖填方区土方的调配方向和数量，使土方运输量(m3-m)或土方施工成本(元)最小。 土方调配原则：（经济） 挖填平衡、运距最短、费用最省；便于改土造田，支援农业，有利于水土保持；考虑土方的利用，减

9、少重复挖填和运输。,1.1.6 土方调配,1.1.6.1 调配区的划分 1.1.6.2 调配区之间的平均运距 1.1.6.3 最优调配方案的确定,1.1.6 土方调配,（1）调配区的划分应与房屋或构筑物的平面位置相协调，满足工程施工顺序和分期施工的要求。 （2）调配区的大小应满足土方施工主导机械的技术要求，使其功能得到充分发挥； （3）调配区的范围应该和土方的工程量计算用的方格网协调，通常可由若干个方格组成； （4）从经济效益出发，考虑就近借土或弃土。借土区或弃土区可作为一个独立的调配区； （5）调配区的划分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。,1.1.6.1 调配区的划分,

10、平均运距：即挖方区土方重心至填方区土方重心的距离； 重心位置: 为简化计算，可用作图法近似求出形心位置以代替重心位置。 重心求出后，标于相应的调配区图上，求出每对调配区的平均运距。（比列尺量出或两点距离公式算出）,1.1.6.2 调配区之间的平均运距,Cij = Es/P + E0/V 式中： Cij由挖方区i到填方区j的土方施工单价(元/m3)； Es 参加综合施工过程的各土方施工机械的台班费用（元/台班） P 由挖方区i到填方区j的综合施工过程的生产率（m3/台班） E0 参加综合施工过程的所有机械的一次性费用(元） V 该套机械在施工期内应完成的土方量(m3)；,土方施工单价,最优调配方

11、案：是以线形规划理论为基础，常用“表上作业法”求解。 “表上作业法”进行调配的步骤： （1）用“最小元素法”编制初始调配方案 （2）最优方案的判别 （3）方案的调整 （4）土方调配图,1.1.6.3 最优调配方案的确定,表1 最小元素法,表2 最小元素法,表3 最小元素法,表4 求位势数,表5求位势数,表6 检验,表7调整路线,表8调整,表9求位势数,表10求位势数,表11检验,将最优方案绘成土方调配图，图上标明填、挖、调配区、调配方向、土方量及平均运距；,（4）土方调配图,小结,1.1 土方规划 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

12、.4 土方计算的基本方法 1.1.5 场地平整土方量计算 1.1.6 土方调配,1.2.1 土壁稳定 1.2.2 施工排水、降水 1.2.3 流砂防治 1.2.4 填土压实,1.2 土方工程施工的辅助工程,1.2.1.1 土壁塌方的原因 1.2.1.2 防治塌方的措施,1.2.1土壁稳定,1.边坡过陡，土体稳定性不够。 2.雨水、地下水渗入基坑，使土体泡软、重量增大及抗剪能力降地低，这是造成塌方的主要原因。 3.基坑上边缘附近大量堆土或停放机具、材料，或由于动荷载的作用，使土体中的剪应力超过土体抗剪强度。 4.施工方案不合理，未遵守“从上往下，分层开挖；开槽支撑，先撑后挖”的原则。,1.2.1

13、.1 土壁塌方的原因,分析边坡稳定的方法 A 弹性，塑性及弹塑性理论确定土体的应力状态； B 假定土体沿着一定的滑动面滑动而进行极限平衡分析；,1.放足边坡（削坡开级） 边坡的留设应符合规范要求，其坡度大小，应根据土壤的性质、水文地质条件、施工方法、开挖深度、工期长短等因素确定。,1.2.1.2 防治塌方的措施,临时性挖方边坡值,深度在5m内的基坑(槽)、管沟边坡的最陡坡度,2.设置支撑 （1）一般沟槽的支撑方法 （2）一般基坑的支撑方法 （3）深基坑的支撑方法,1.2.1.2 防治塌方的措施,A 水平挡土板式： 断续式 湿度小的粘性土 H3m 连续式 松散、湿度大 H5m B 垂直挡土板式

14、松散、湿度大 H不限,（1）一般沟槽的支撑方法(横撑式支撑),（2）一般基坑的支撑方法,斜柱支撑,锚拉支撑,临时挡土墙支撑,短柱横隔支撑,（3）深基坑的支撑方法,型钢桩横挡板支撑,钢板桩支撑,钢板桩与钢构架结合支撑,槽钢 抗弯能力较弱，不挡水，H4m, 顶部设一道拉锚或支撑。 热扎锁口钢板桩（U型拉森板桩） 软土地基打设方便，有一定挡水能力，施工迅速。,挡土灌注桩支撑,挡土灌注桩与土层锚杆结合支撑,地下连续墙支护,地下连续墙与土层锚杆结合支护,土层锚杆支护,喷锚网支护法,土层 锚杆 构造,喷锚网支护法,高层建筑深基坑支护结构中，采用大直径灌注护坡桩占72%，其中70%为刚性悬臂桩；22%为护坡

15、桩或地下连续墙、钢板桩墙加锚杆或内支撑。 大直径灌注护坡桩常用直径6001000mm，配筋计算确定，做成排桩挡墙。钢度大，抗弯能力强，变形小，经济效益好。,大直径灌注护坡桩,拱圈挡 土结构,深层搅拌水泥土桩挡墙,深层搅拌水泥土桩挡墙,1.2.2 施工排水,明排水法,施工排水,人工降低地下水位,截：截住水流,疏：疏干积水,抽：水泵,喷射井点,电渗井点,管井井点,轻型井点,1.2.2 施工排水,明排水法,人工降低地下水位,井点降水：在基坑开挖前，预先在基坑四周埋设一定数量的滤水管（井），利用抽水设备从中抽水，使地下水位降落到基坑底以下，直至施工结束为止。,人工降低地下水位,（1）可使土保持干燥状态

16、，改善施工条件。 （2）使动水压力方向向下，防止流砂发生，并增加土中的有效应力，提高强度和密实度； （3）可适当改陡边坡，减小挖土方量，或减小支撑受力，提高经济效益。 （4）基坑附近的土壤会有一定沉降。,人工降低地下水位的作用,轻型井点降水：就是沿基坑四周将许多直径较小的井点管埋入蓄水层内，井点管上部与总管连接，通过总管利用抽水设备（真空泵和离心泵）将地下水从井点管内不断抽出，使原有地下水降低至基坑以下。 适用范围： 适用于土壤渗透系数K=0.150m/d的土层中；降水深度：单级轻型井点36m，多级轻型井点612m。,1.2.2.1 轻型井点,1.轻型井点设备 轻型井点设备包括井点管（下段为滤

17、管），集水总管，弯联管和抽水设备。 井点管:为D=3855mm的钢管，L=69m，下端为滤管和一个锥形的铸铁塞头。 集水总管：一般用D=75100mm的钢管分节连接，每节长4m，其上装有与井点管联接的短接头，0.81.6m。 弯联管为900弯头或塑料管。 抽水设备：有真空泵、射流泵和隔膜泵井点设备。,滤管： 滤管长1.01.5m，管壁上钻有1218mm成梅花形排列的滤孔；管壁外包两层滤网，内层为3050孔/cm2的黄铜丝或尼龙丝布的细滤网，外层为310孔/cm2的粗滤网或棕皮，为了避免滤孔淤塞，在管壁与滤网间用塑料管或梯形铅丝绕成螺旋状隔开，滤网外再绕一层粗铁丝保护网。,2 .轻型井点布置 （

18、1）平面布置 A 单排线状井点布置 沟槽宽度6m，水位降低5m，布置在地下水位的上游一侧，两端适当延长。 B 双排线状井点布置 沟槽宽度6m或土质不良。 C 环状井点布置(U形） 面积较大的基坑，井点在角点加密，距基坑壁一般1.0m,井管的埋设深度H 6m-0.2m(不包括滤管) HH1+h+iL 式中：H1 井管埋设面至基坑底的距离(m) h 降低后的地下水位至基坑中心底面的距离0.5m i 水力坡度，环状井点为1/10，单排井点为1/4。 L 井管至基坑中心的的水平距离(m)。,（2）高程布置,当一级井点系统达不到降水深度时，可采用二级井点,（3）轻型井点的计算,水井分类,地下水分类,（3

19、）轻型井点的计算, 井点系统的涌水量计算 A 无压完整井环状井点系统涌水量计算 B 无压非完整井环状井点系统 C 承压完整井环状井点系统 确定井管数量及井距 轻型井点的安装与使用,式中： Q井点系统涌水量(m3/d) K土壤渗透系数(m/d) H含水层厚度(m) R抽水影响半径(m) S降水深度(m) x0环状井点系统的假想圆半径(m),A 无压完整井环状井点系统涌水量计算,H0为有效含水层深度，H0H,表1.16,B 无压非完整井环状井点系统,有效深度H0值,S井点管中水位降落值；L为滤管长度。,式中 M承压含水层厚度（m)。,C 承压完整井环状井点系统, 确定井管数量及井距 单根井管抽水能

20、力： 式中 d滤管直径（m） l滤管长度（m） K土壤渗透系数(m/d) 井点管理论数量： 井点管的理论间距为： D=L/n 式中 L总管长度（m）, 轻型井点的安装与使用 先放总管，再埋设井点管，用弯联管将井点管与总管接通，然后安装抽水设备。 步骤： A 井点管的埋设：水冲法、钻孔法、振动水冲法。 B 粗砂填灌，形成砂滤层。 C 粘土封口，防止漏气。 D 试抽水，检查是否漏水、漏气。 E 连续抽水，清水长流。 F 经常检查，堵塞严重时，逐根 冲洗或拔出重埋。,作用:深层降水820m; 设备： 喷射井管、高压水泵、及进水、排水管路,1.2.2.2喷射井点,工作原理：喷射井管由内管和外管组成，在

21、内管下端装有喷射扬水器与滤管相连，当高压水经内外管之间的环形空间由喷嘴喷出时，地下水即被吸入而压出地面。,原理： 以井点管作负极，以打入的钢筋或钢管作正极，当通以直流电后，土颗粒自负极向正极移动，水则自正极向负极移动而被集中排出。土颗粒的移动称电泳现象，水的移动称电渗现象，故名电渗井点。,1.2.2.3 电渗井点,作用： 利用电渗现象使软土地基易于 排水 ，用于K0.1m/d的土层。,就是沿基坑每隔2050m设置一个管井，每个管井单独用一台水泵不断抽水来降低地下水位。 适用K20200m/d，地下水量大的土层中。,1.2.2.4 管井井点,当降水深度较大，在管井井点内采用一般离心泵或潜水泵不能

22、满足要求时，可采用特制的深井泵，其降水深度大于15m，故又称深井泵法。,原因：水流带走部分细微土粒，土层含水量降低，土产生固结。 措施： 1、采用回灌井点技术 2、利用砂沟、砂井回灌 3、使降水速度减缓 4、防止将土粒带出,1.2.2.5 井点降水预防周围地面沉降的措施,1.2.3.1流砂现象及其危害 1.流砂现象： 粒径很小、无塑性的土壤，在动水压力的推动下，极易失去稳定，而随地下水流动的现象。 2.流砂的危害： 土完全丧失承载能力，土边挖边冒，且施工条件恶化，难以达到设计深度，严重时会造成边坡塌方及附近建筑物下沉、倾斜、倒塌。,1.2.3 流砂的防治,动水压力：GD=rwI 式中：GD 动

23、水压力 (KN/m3) rw 水的容重 I 水力坡度（I=H/L）,1.2.3.2产生流砂的原因,流砂产生的原因：（外因） GDrw 土粒失去自重，处于悬浮状态，土的抗剪强度为零，土颗粒能随着渗流的水一起流动。 易产生流砂的土质（内因） （1） 土的颗粒组成中，粘粒含量75%； （2 ）颗粒级配中，土的不均匀系数0.75； （4 ）土的天然含水量30%；,管涌冒砂现象： 基坑底位于不透水层，不透水层下为承压蓄水层，基坑底不透水层的重量小于承压水的顶托力时，基坑底部可能发生管涌冒砂现象。即： Hrwhr 式中： H 水头压力（m） h 坑底不透水层厚度(m) rw 水的容重 (KN/m3 ） r

24、 土的容重 (KN/m3 ）,防止流砂总的原则：治砂必治水 途径： （1）减小、平衡动水压力。 （2）截住地下水流。（消除动水压力） （3）改变动水压力的方向；,1.2.3.3 防止流砂的方法,防止流砂的具体措施： （1） 枯水期施工 （2 ）打板桩 （3） 水下挖土 （4） 人工降低地下水位 （5） 地下连续墙 （6） 抢挖法（抛大石、抢速度施工） （7） 冻结法,1.2.4.1 土料的选用与处理 1.2.4.2 填土方法 1.2.4.3 压实方法 1.2.4.4 影响填土压实因素 1.2.4.5 填土压实质量检查,1.2.4 填土压实,1.2.4.1 土料的选用与处理,土：是由矿物颗粒、水

25、、气组成的三相体系，具有弹性、塑性和粘滞性； 特点： 分散性较大，颗粒间无坚强的联接，水容易入侵，易变形。为保证土的强度和稳定性，须正确选择土料和填筑方法； 土料要求： 土料处理：,1.2.4.2 填土方法,（人工填土或机械填土） （1）应接近水平地分层填土、压实。 （2）同类土填筑，否则，透水性大的在下，透水性小在上，严禁混填。 （3）填方地面倾斜，改斜坡为阶梯，防土体滑动。 （4）清除积水和杂物，如遇软土淤泥，须换土回填。,1.2.4.3 压实方法,振动碾压,碾压,夯实,振动压实,土方压实方法,平碾：（压路机）,大面积填土,小面积填土,羊足碾（粘性土）,汽胎碾,木夯、石蛾,蛙式打夯机、夯锤

26、,夯土机,振动法,非粘性土,1.2.4.4 影响填土压实因素,1.压实功,2.含水量,3.铺土厚度,1.1.4.5 填土压实质量检查 检验方法：环刀法取样测定土的实际干密度。 实际干密度： 控制干密度： 压实系数： dmax填土的最大干密度，实验室实测或计算确定。,式中 : 经验系数，粘土取0.95，粉质粘土取0.96， 粉土取0.97。 w 水的密度（t/m3） ds 土的相对密度。 wcp 最佳含水量（%），可按当地经验或取wp+2。 WP 土的塑限。,最大干密度：,1.3.1 推土机施工 1.3.2 铲运机施工 1.3.3 挖土机施工 1.3.4 土方工程综合机械化施工,1.3 土方工程

27、机械化施工,1.3.1 推土机,推土机:装有铲刀（推土板）的拖拉机。,行走方式,铲刀操作机构,车架结构,推土机的类型,轮胎式,分类标准,履带式,铰接式,整体式,索式,液压式,特点：构造简单；操作灵活；运转方便；工作面小；功率大；行驶快；易转移；能爬300的缓坡。,3）用途 场地清理和平整；开挖深度1.5米的基坑；填平沟坑；推筑H 1.5米的路基、堤坝；平整其它机械卸置的土堆；此外， 在推土机后面可安装松土装置，破松硬土和冻土，也可拖挂羊足碾进行土方压实工作； 推土机可以推挖一三类土，推运距离宜在100米内，4060米效率最高；,4）生产率 推土机生产率：主要决定于推土板推移土壤的体积和切土、推

28、土、回程等工作的循环时间。,提高生产率的方法： 下坡推土法150；并列推土法；分批集中，一次推送法；槽形推土法；铲刀两侧加挡土板；,1.3.2 铲运机,铲运机：由牵引机械和土斗组成，能完成挖土、运土、卸土和平土的机械。,行走方式,土斗操作机构,推土机的类型,轮胎式,分类标准,履带式,索式,液压式,铲运机的特点： 能综合完成铲土、运土、卸土、填筑、压实等全部土方施工工序；道路要求低；操作灵活；运转方便；生产率高；,3）用途 大面积场地平整；开挖大型基坑，沟槽以及填筑路基，堤坝等工程；最宜于铲运含水量27%的松土和普通土，硬土要预松后才能开挖； 自行式铲运机的经济运距为8001500米；拖式为20

29、0350米。故在规划铲运机开行路线时，应力求符合经济运距要求。,4）生产率 铲土机生产率主要决定于土斗装土体积和铲土、运土、回程的工作循环时间； 提高生产率的方法： 下坡铲土法；挖近填远、挖远填近；推土机助铲； 双联铲运法；挂大斗铲运；跨铲法；,1、环形：地形起伏小，施工地段（50100） 挖填交替，间距不大时，可采用大环形。 2、8 字形：起伏大，施工地段狭长。 3、锯齿形：施工地段长。,铲运机运行路线：,1.3.3 挖土机,工作装置,操作方式,挖机的类型,反铲,分类标准,抓铲,机械传动,液压式,正铲,拉铲,特点：挖掘能力大，生产效率高，用于开挖停机面以上的一四类土，需与汽车配合，要求工作面

30、干燥。 挖土方式：A 正向挖土，后方卸土。 B 正向挖土，侧向卸土。,（2）正铲挖土机,特点：用于开挖停机面以下的一三类土，不需设置进出口通道，适用于挖基坑，基槽和管沟，有地下水的土壤或泥泞土壤。 挖土方式：A 沟端开行；B 沟侧开行；,（3）反铲挖土机,特点：用于开挖停机面以下的一二类土，工作装置简单，可由起重机改装。铲斗悬挂在钢丝绳下而不需要刚性斗柄，土斗借自重使斗齿切入土中，开挖深度和宽度均较大，常用于开挖大型基坑和沟槽。,（4）拉铲挖土机,（5）抓铲挖土机 一二类土，独立基础，沉井，水下挖土。,1.3.4土方机械与运土车辆的配合 1.挖土机的生产率： 式中： t挖土机每次作业循环延续时间（S） q 挖土机斗容量（m3） KC 土斗的充盈系数0.81.1 KS土的最初可松性系数 KB工作时间利用系数0.60.8,2.挖土机的数量： 式中： Q土方量（m3） P 挖土机生产率（m3/台班） T 工期（工作日） C每天工作班数 K工作时间利用系数0.60.9,3.运输车辆的数量 n=T/（t1+t2) 式中： T运输车辆每一个工作循环延续时间(S)，由装车，重车运输，卸车，空车返回及等待时间组成。 t1 运输车辆装满一车土的时间（S） t2 运输车辆调头而使挖土机等待的时间 t1=nt,Q为运输车载重量； q为挖土机土斗容积；,