水运工程施工第二章土石方开挖和填筑.ppt

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1、2019/8/21,东南大学交通学院102,1,1,第二章 土石方开挖和填筑,2019/8/21,东南大学交通学院102,2,2,2.1 土方工程,土石方开挖和填筑的基本类型 土石方工程施工过程开挖、运输和填筑 水运工程施工过程中的土石方工程：场地整平、基坑和航道的开挖，码头（或闸墙）后填土、基坑回填、新港区的吹填等,2019/8/21,东南大学交通学院102,3,3,2.1.1 土石方开挖的基本方法,1）人工和半机械化开挖法 2）机械化开挖法 3）水力开挖法 4）爆破开挖法 土石方开挖的基本要求：具有稳定的边坡，良好的排水，尽量减少超挖和欠挖。,2019/8/21,东南大学交通学院102,4

2、,4,2.1.2 机械化施工的特点,能完成独特的施工任务 能改善劳动条件 大幅度提高劳动生产率 机动灵活,2019/8/21,东南大学交通学院102,5,5,2.1.3 机械化施工的要求,需要有严密的科学的施工组织设计，充足的燃料，要有附属设备和维修设备、配件供应，更需要有一定业务专长的技术干部和技术工人。 为了在整个施工过程中，各个作业、各道工序均衡协调，要有足够数量、种类及规格的机械设备，投资巨大。,2019/8/21,东南大学交通学院102,6,6,2.1.4 施工机械的合理选择和组合,一、选择施工机械的原则： 1、应与工程的具体实际相结合； 2、应有较好的经济性； 3、应能保证工程质量

3、要求和施工安全； 4、机械的合理组合： 1）主导机械与配套机械配套 2）牵引车与配套机具组合 3）配合作业机械组合数尽量少 4）尽量选用系列产品，便于维修和管理,2019/8/21,东南大学交通学院102,7,7,2.1.5 机械施工组织方法,推土机施工法（适用于、土） 铲运机作业法（适用于、土） 挖掘机作业法（适用于级及级以下的土）,2019/8/21,东南大学交通学院102,8,8,土、石工程分级表(1),2019/8/21,东南大学交通学院102,9,9,土、石工程分级表(2),2019/8/21,东南大学交通学院102,10,10,2.1.5.1 推土机施工法,2019/8/21,东南

4、大学交通学院102,11,推土机施工法,这是一种近距离土方转移的施工方法，经济远距为5080m。填挖高度不大于2m。 特点：能一机完成铲挖、运土和卸土。 作业方法： 1、接力推土法 2、槽式推土法 3、并列推土法 4、下坡推土法,2019/8/21,东南大学交通学院102,12,12,生产率计算,推土机作业生产率P (m3/h)为： 推土机的其他用途,2019/8/21,东南大学交通学院102,13,13,提高推土机生产率的途径,根据施工条件，因地制宜，提高机械施工人员的技术素质，具体说有： 1、缩短推土机作业的循环时间 2、提高时间利用系数 3、降低运送中土的漏损,2019/8/21,东南大

5、学交通学院102,14,14,拖式铲运机,2.1.5.2 铲运机施工法,2019/8/21,东南大学交通学院102,15,15,铲运机施工法,铲运机是一种中距离大规模转移土方的机具。它可分为拖式和自行式两类。 特点：能一机完成铲挖、运土和卸土。 经济远距：200 300米。开挖深度38m。,2019/8/21,东南大学交通学院102,16,16,作业方法:,1、一般铲土法 2、波浪铲土法 3、跨铲法 4、下坡铲土法 5、顶推助铲法 环形 运行线路： 之字形 8字形,2019/8/21,东南大学交通学院102,17,17,生产率计算,铲运机的生产率计算（m3/h) V铲斗几何容量/m3; Kh土

6、壤充满系数; Kb时间利用系数; Ks土壤松散系数; T每一工作循环时间/min,2019/8/21,东南大学交通学院102,18,18,提高铲运机作业生产率的措施,1、加强施工组织管理和提高机械操作人员的技术素质； 2、对级以上的土或冻土应先预松，预松深度不宜超过2040cm； 清除铲土地段的树根、树桩、孤石等； 运行时减少180o大转弯的次数； 土的含水量适中。,2019/8/21,东南大学交通学院102,19,19,2.1.5.3 挖掘机施工法,挖掘机是一种专门的土方挖掘和装载机械，作业效率高，特别适用于土方工程量大、有一定作业面高度或深度的工程。施工时必须配备运输机械。对运距较远的土方

7、工程一般采用这种方法。 挖掘机的种类：正铲、反铲、拉铲和抓铲。,2019/8/21,东南大学交通学院102,20,20,正铲挖掘机的施工方法,2019/8/21,东南大学交通学院102,21,21,特点：前进向上，强制切土 施工方法： 正向开挖 侧向开挖,2019/8/21,东南大学交通学院102,22,22,反铲挖掘机的施工方法,2019/8/21,东南大学交通学院102,23,23,特点：后退向下，强制切土 施工方法： 沟端开挖 沟侧开挖,2019/8/21,东南大学交通学院102,24,2019/8/21,东南大学交通学院102,25,25,抓铲挖掘机的施工方法,主要用于开挖独立的深基坑

8、，依靠挖斗的自重下落的动能切入土中，然后用钢丝束往上拉升将土挖起装入斗内。 拉铲挖掘机的施工方法 拉铲施工时由钢束将铲斗甩向挖土区，靠铲斗自重的动能切入土中，然后用钢束往回拉将土装入斗内。通常将土直接卸在挖土区的附近。,2019/8/21,东南大学交通学院102,26,26,抓铲,2019/8/21,东南大学交通学院102,27,27,拉 铲,2019/8/21,东南大学交通学院102,28,28,配套机械的数量的确定,通常要求汽车的装载量为挖掘机斗容量的34倍为宜。同时挖掘机不停地工作。 汽车数量 N=t1/t2(取整数） t1：汽车一个工作循环时间； t2：挖掘机装满一车土所需时间。,20

9、19/8/21,东南大学交通学院102,29,29,生产率计算,单斗挖掘机的生产率主要取决于铲斗的容量、工作循环时间、被挖土的级别和时间利用系数等。生产率Q按下式计算： Q：挖掘机的生产率，m3/h,2019/8/21,东南大学交通学院102,30,30,提高挖掘机生产率的措施,精心设计施工组织：创造工作面，装运双放法，事先拟好运土车辆的行驶路线，减少重车路线上的上坡道。 提高驾驶员的技术熟练程度； 要经常检查挖掘机的技术状况，铲斗斗齿的锋利程度。,2019/8/21,东南大学交通学院102,31,31,2.1.6 土方填筑,土方填筑工程均要求达到一定的密实度，以满足不同工程对稳定、防渗和沉降

10、的要求。 水运工程中的土方填筑工程内容： 主要有：码头（或闸墙）后填土、基坑回填、新港区的吹填等。,2019/8/21,东南大学交通学院102,32,32,2.1.6.1 机械化施工的机械组合类型,1、推土机+压实机械 2、铲运机+压实机械 3、挖掘机+运料卡车+推土机+平地机+压实机械,2019/8/21,东南大学交通学院102,33,33,2.1.6.2 土方填筑的主要施工工序,选择料场WL、IP、CBR值 基础处理清除杂草、树根、软基处理、 横坡度处理。 填筑自然堆填 水平分层铺土、分层压实。 碾压是一道关键工序，它使填料达到 要求的密实度。,2019/8/21,东南大学交通学院102,

11、34,34,2.1.6.3 压实机械的种类,1静力压路机： 光面压路机 羊角碾 轮胎压路机 2振动压路机： 自行式 拖式 3夯实机,2019/8/21,东南大学交通学院102,35,35,三轮压路机,2019/8/21,东南大学交通学院102,36,36,自行式振动压路机,2019/8/21,东南大学交通学院102,37,37,自行式振动压路机,2019/8/21,东南大学交通学院102,38,38,羊角碾,2019/8/21,东南大学交通学院102,39,39,羊角碾,2019/8/21,东南大学交通学院102,40,40,凹凸压路机,2019/8/21,东南大学交通学院102,41,41,

12、轮胎压路机,2019/8/21,东南大学交通学院102,42,42,2.1.6.4 压实原理,压实是指通过施加外力，增大某种材料的密度的方法。 在不同的外力作用下，其压实原理可简化为静压、冲击和振动三种作用加以说明： 静压作用 冲击作用 振动作用,2019/8/21,东南大学交通学院102,43,43,2.1.6.5 填方密实的方法,1、机械力作用方法 2、水力作用方法用于砂性土 3、爆炸力作用方法用于水下基础夯实,2019/8/21,东南大学交通学院102,44,44,毫秒-爆夯,2019/8/21,东南大学交通学院102,45,45,2019/8/21,东南大学交通学院102,46,46,

13、机械力作用压实方法可分为： 静力压路机压实 夯实机夯实 振动压路机压实 施工方法：平整作业面，铺垫填料，碾压，检查密实度或压实度,2019/8/21,东南大学交通学院102,47,47,强夯法加固地基,2019/8/21,东南大学交通学院102,48,48,强夯,2019/8/21,东南大学交通学院102,49,49,2.1.6.6 影响填料压实的因素,填料的级配，要求填料的不均匀系数应大于5 填料的透水性,透水性大的填料易压实 填料的含水量，填料在最佳含水量时，压实阻力最小，最易压实 压实机械,不同的填料应选用不同类型的压实机械. 压实功，当压实机械碾压在土体中产生的剪应力小土体承载力时，压

14、实功越大，压实效果越好。 压实机械的行驶速度、遍数和填土层厚度,2019/8/21,东南大学交通学院102,50,50,击实曲线,含水量w,%,w0,0,干密度，g/cm3,max,2019/8/21,东南大学交通学院102,51,51,2.1.6.7 填料压实质量的检查方法,细粒土：可采用环刀法、核子密度仪法。 中粒土和粗粒土：采用灌砂法。 当填料是石料时，可用碾压法。,2019/8/21,东南大学交通学院102,52,52,2019/8/21,东南大学交通学院102,53,53,2.1.7 土方工程量的计算和调运,基坑的土方量计算,2019/8/21,东南大学交通学院102,54,54,沟

15、槽的土方量（1）,F2,L1,F1,F0,2019/8/21,东南大学交通学院102,55,55,沟槽的土方量（2）,横断面法 绘横断面图尽可能与等高线垂直 计算横断面面积，根据地形变化确定断面间距L 计算土方量,2019/8/21,东南大学交通学院102,56,56,绘横断面图,A，,A,A,A，,2019/8/21,东南大学交通学院102,57,57,大面积土方填挖方格网法,1.划分方格网，一般采用20 20m或4040m，每个方格右角的上、下分别是设计地面 标高和自然 地面标高， 其差值为该 点的填、挖 高度。,45.01(地面标高）,44.01(设计标高）,43.61,43.71,43

16、.81,43.41,43.51,43.11,2019/8/21,东南大学交通学院102,58,58,2.零点位置计算图,h1,h2,h3,h4,零界线,X4,X3,X2,X1,挖,填,零界点,零界点,h2,h1,h3,h4,填,挖,填,挖,X1,X2,X3,X4,a,2019/8/21,东南大学交通学院102,59,59,计算零点位置,2019/8/21,东南大学交通学院102,60,60,例题1,a,a,h1,h2,h3,h4,2019/8/21,东南大学交通学院102,61,61,h1,a,a,h2,h3,h4,零线,三挖一填（或三填一挖）方格,填方部分土方量：,挖方部分土方量：,例题2,

17、2019/8/21,东南大学交通学院102,62,62,a,a,h2,h4,零线,一挖一填方格,填方部分土方量：,挖方部分土方量：,例题3,2019/8/21,东南大学交通学院102,63,63,2019/8/21,东南大学交通学院102,64,64,2019/8/21,东南大学交通学院102,65,65,3.计算挖、填土方量,4.编挖、填土方时汇总表,方格编号,挖方(m3),填方(m3),1,2,3,合 计,2019/8/21,东南大学交通学院102,66,66,4.调配平衡,土方调配平衡的目的使土方运输的吨公里为最小。 土方调配平衡的基本原则： 1、挖、填方量基本达到平衡 2、土方运输的吨

18、公里尽可能为最小 3、好土应用于回填质量要求较高的地区 4、结合其他建筑物的施工，或开挖其土方或留土作为其回填。 5、选择恰当的调配方向、运输路线、运输机具，使土方运输通畅，无对流和乱流现象。,2019/8/21,东南大学交通学院102,67,67,土方调配示意图,+400,+410,+380,+450,+500,+390,+280,-200,-300,-390,-290,-290,-400,-250,-270,黄色填方区2390,弃方420,绿色挖方区2810,2019/8/21,东南大学交通学院102,68,68,2.2 爆破施工,爆破是开挖石方的主要手段,也是一项危险性较大的工作，如处置

19、不当极易造成巨大的危害。施工中必须严格操作规程，确保施工安全。,2019/8/21,东南大学交通学院102,69,69,一、爆破的基本原理,爆破就是利用炸药爆破瞬间产生的热量和高压来破碎和抛掷岩石。 药包放置在岩石内部或表面，准备进行爆破的一定数量的炸药。 药包在无限均匀的介质内部爆炸时产生的静压力和冲击波对周围介质产生的破坏和震动作用可用作用圈来描述,2019/8/21,东南大学交通学院102,70,70,爆破作用圈,2019/8/21,东南大学交通学院102,71,71,作用圈内岩石的受力情况,压缩圈内的岩石受到极大的爆炸力而粉碎 抛掷圈内的岩石受到较大的爆炸力而被压碎成小块，当存在自由的

20、临空面时，压碎的石块会被抛掷出去。 松动圈内的岩石受到的爆炸力较小，只是使岩体出现破碎、裂缝和松动现象。 震动圈内的岩石只受到震动影响，无破坏现象。,2019/8/21,东南大学交通学院102,72,72,最小抵抗线W,在介质均匀时，爆破作用首先沿药包至临空面的最短距离发生，该距离称为最小抵抗线W。 不同的W会出现不同的爆破情况。,2019/8/21,东南大学交通学院102,73,73,药包埋置深度不同时的爆破情况,2019/8/21,东南大学交通学院102,74,74,爆破漏斗,爆破漏斗指抛掷爆破表面形成的漏斗状的爆破坑。 爆破作用指数n用来反映爆破漏斗形状的参数。n=r/w 通常可以根据n

21、值的大小对爆破和药包进行分类。,2019/8/21,东南大学交通学院102,75,75,爆破的分类,n=1，称为标准抛掷爆破（药包） n1，称为加强抛掷爆破（药包） 0.75 n1，称为减弱抛掷爆破（药包） 0.33n0.75，称为松动爆破（药包） n0.33，隐蔽式爆破（药包）,2019/8/21,东南大学交通学院102,76,76,影响n的因素,W 药包的大小 岩石的性质,2019/8/21,东南大学交通学院102,77,77,二、药包量的计算（自学）,要准确的计算某次爆破的药包炸药的用量比较困难，因为影响因素比较多，目前常用的经验公式。 集中爆破的药包量计算公式： Q=qV q：标准炸药

22、爆破1m3岩石的药量。 对标准抛掷爆破： 所以，,2019/8/21,东南大学交通学院102,78,78,对于非标准炸药：,当n1，且W1m时 当n1，且W2.5m时,2019/8/21,东南大学交通学院102,79,79,三、炸药和起爆材料（简）,1、常见的主爆炸药 黑色炸药：威力小，水中不能用。 硝铵炸药：威力中，用于中等硬度以下的岩石爆破。 TNT炸药：威力大，用于坚硬的岩石和水下工程爆破。 胶质炸药：一般用作炸药的原料。,2019/8/21,东南大学交通学院102,80,80,2、起爆材料和起爆方法 1）起爆材料：导火线、雷管、传爆线 2）起爆方法： 火花起爆法：使用要注意安全 电气起

23、爆法：使用较安全 传爆线起爆法：速度快，起爆能大，成本高 爆管起爆法：安全可靠，防水，可实现网络 群起爆,2019/8/21,东南大学交通学院102,81,81,四、爆破施工的一般工序,爆破施工的一般工序有选择炮位、钻孔、装炸药、封堵、起爆、爆炸后的检查及拒爆药包的处理、运输出碴等。 现将主要工序介绍如下,2019/8/21,东南大学交通学院102,82,82,（一）钻孔,1、冲击式钻孔法 ：通常用压缩空气为动力，能量消耗大，效率低，适用于在较坚固岩石中钻孔。 2、回转式钻孔法：适用于相对不坚固的岩石（如砂页岩、砂岩和石灰岩等）中钻孔。 3、冲击回转式钻孔法：适用于坚固和中上等坚固岩石。,20

24、19/8/21,东南大学交通学院102,83,83,浅孔与深孔,浅孔孔深小于5m；钻孔设备主要有 电钻和风钻两种钻机。 深孔孔深大于5m；钻凿采用冲击式钻机、回转式钻机和潜孔凿岩机 。 水上钻孔采用专用钻孔船 ，钻机一般用潜孔钻机,2019/8/21,东南大学交通学院102,84,84,（二）基本的爆破方法,1.裸露药包法：主要用于炸礁、炸孤石和大块石的二次爆破 用药量：用于破碎时：0.61.0kg/m3 用于抛掷时： 1.02.0kg/m3 药包宜放于礁石或孤石的中部有凹槽或裂缝处,礁石,孤石,药包,药包,草皮,石块,绳索,水面,裸露药包,2019/8/21,东南大学交通学院102,86,孤

25、石,药包,草皮,抛掷方向,水面,裸露药包,2019/8/21,东南大学交通学院102,87,87,2.浅孔爆破法,该法炮孔直径2550mm、孔深0.55.0m 用途：开挖基槽、沟槽、开创临空面等 1）炮眼布置：应有较大的临空面；W炮眼长度，且方向不与炮眼轴线重合；炮眼轴线垂直于岩石分层面和裂缝；,2019/8/21,东南大学交通学院102,88,88,炮眼布置,W,W,W,W,2019/8/21,东南大学交通学院102,89,89,主要参数的确定（简） 1） 炮孔深度L,坚硬岩石：L=（1.11.5)H 中硬岩石：L=H 松软岩石：L=(0.850.95)H,W,H,L1,L,b,a,a,a,

26、2019/8/21,东南大学交通学院102,90,90,主要参数的确定,2）最小抵抗线W=(0.60.8)H 3）炮孔间距： 火花起爆：a=(1.42.0)w 电力起爆： a=(0.82.0)w 排距：b= (0.81.2)w 4）装药量Q 坚硬岩石：L1=（0.50.67)L 中硬岩石： L1=（0.350.50)L 松软岩石： L10.35L,2019/8/21,东南大学交通学院102,91,91,5）装药与堵孔,装药：先用压缩空气清孔、干燥，然后装药。对散装药，每次装药后用木棍轻轻压紧，起爆药包装在孔内药包长的1/31/2处。 堵孔：用一份粘土，二份砂的混合物堵，并用木棍轻轻捣实。,20

27、19/8/21,东南大学交通学院102,92,92,3.深孔爆破法（简）,深孔爆破法的炮孔直径为75270mm，深度530m，内装延长药包。 用途：高阶梯爆破或深基坑的松动爆破。 特点：爆破石方量大，但二次破碎量较大。,2019/8/21,东南大学交通学院102,93,93,1)炮孔布置,a,炮孔位置：可采用垂直孔和斜孔,a,a,a,b,=450900,=600750,2019/8/21,东南大学交通学院102,94,94,2)主要参数（自学）,阶梯高度H和坡面坡度角 H=(0.750.80)L， =600750 孔深L=(1.11.15)H或 L=(1.11.3)w 斜深孔的倾斜角常取为75

28、0，以减小抵抗线长度。 孔距a= (0.81.2)w，b=0.87a,2019/8/21,东南大学交通学院102,95,95,主要参数,最小抵抗线w 每个孔的装药量Q 抛掷爆破：Q=qWHae 松动爆破： Q=0.36qWHe 堵塞长度:一般应大于W，且不小于1.52.0m。,2019/8/21,东南大学交通学院102,96,96,4.药壶爆破法,该法是在炮孔底部用少量炸药将孔底扩大成壶形，然后装药爆破的方法。 炮孔布置原则：与深孔法和浅孔法相同。 炸药用量计算： 特点：将延长药包变为集中药包，从而增加装药量，提高效果。但扩大药壶需要时间，岩石破碎不太均匀。,2019/8/21,东南大学交通学

29、院102,97,97,测量药壶的方法,2019/8/21,东南大学交通学院102,98,98,5.峒室爆破法（简）,这是一种大规模爆破的方法。需要先开挖通往药室的导洞和药室。 导洞：横导洞的断面宽1m，长1.21.5m；竖 导洞的直径约1.2m。 药室：横导洞应选在W较大的地方；竖井式应 在离井底0.30.7m处的横洞内。 堵塞：横导洞的堵塞长度3倍洞高。 用途：松碎或抛掷大量土石方。 特点：装药量大，爆破量大。,2019/8/21,东南大学交通学院102,99,99,峒室爆破示意图,2019/8/21,东南大学交通学院102,100,100,6.其他爆破方法（简）,静态爆破法 光面爆破法是沿设计边线钻一排孔距较密孔而平行的边线孔。爆炸顺序：先正常孔后边线孔，时间间隔2550ms 定向爆破使爆破物更集中、准确地沿W方向抛掷的爆破。主要用于斜坡地的移挖作填和水平地面的开挖沟渠。,2019/8/21,东南大学交通学院102,101,光面爆破,2019/8/21,东南大学交通学院102,102,102,定向爆破示意图,