《土木工程施工技术》课件01 土方工程-场地平整.ppt

第1章 土方工程,1.1 概述 1.2 场地平整 1.3 基坑工程 1.4 土方的填筑与压实,学习要求: 了解土木工程施工技术的研究方向； 掌握学习方法； 熟悉施工中土的工程分类及分类依据； 掌握土的可松性； 熟悉原状土压实后的沉降量。,1.1 概述,1.1.1 土方工程的特点 1、内容 主要：场地平整； 坑、槽开挖；运输； 土方填筑；压实。 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。,1.1.2 土的工程分类,1.1.2 土的工程分类,按开挖的难易程度或土的坚实程度分为八类 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,按土的工程特点分为五种 场地平整：厚度在30厘米以内的挖填找平工作。 挖基槽：槽宽在3米以内，槽长是槽宽的3倍以上者。 挖基坑：坑底面积在20平方米以内者。 回填土:松填和夯填。 挖土方：前三个范围以外的；山坡上挖土。,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。,V1 土在自然状态下的体积。 m3 V2 土经开挖后松散状态下的体积。 m3 V3 土经回填压实后的体积。 m3 最初可松性系数 1.081.5 最后可松性系数 1.011.3 用途： KS：可估算装运车辆和挖土机械 KS ：可估算填方所需挖土的数量,1.1.3 土的工程性质,案例1,某场地平整有1500立方米的填方量需从挖方区取土填筑，已知ks=1.14,ks=1.05。计算，（1）填方的挖方量是多少？（2）若用斗容量为3立方米的运输工具运土，需运多少车？ 案例2 挖方量为180立方米的土方能回填多大的基坑？已知ks=1.2,Ks=1.05。,案例 3,某基坑208m3 ，现需回填，用2m3 的装载车从附近运土，问需要多少车次的土？ （ KS=1.20 ， KS=1.04 ）,答：填方用土： V1 = V3/ KS=208/1.04=200m3（原状土） V2 = KS V1 =1.02*200=240m3（松散土） 2m3 的装载车运土需要车次： n=240/2=120车次,2、原状土经机械压实后的沉降量,经验公式： S=P/C S原状土经机械压实后的沉降量(cm) P机械压实的有效作用力(kg/cm2) C原状土的抗陷系数(kg/cm3),按表取值,2、土的渗透性,土体被水透过的性质，用渗透系数 K 表示。 K表示单位时间内水穿透土层的能力，以m/d表示。它同土的颗粒级配、密实程度等有关，是人工降低地下水位及选择各类井点的主要参数。 土的渗透性能影响施工降水与排水速度。,K的单位：m / d 粘土 0.1， 粗砂5075， 卵石100200 用途：降低水位;回填。,3.土的天然密度： 在天然状态下，单位体积土的重量。它与土的密实程度和含水量有关。 土的天然密度按下式计算： 式中: 土的天然容重,t/m3； m 土的天然重量t； V 土的体积,m3. .干密度: 土的固体颗粒重量与总体积的比值.用下式表示： 式中 rd土的干容重,t/m3； ms 土的干燥 重量t； V 土的体积,m3. 在一定程度上,土的干密度反映了土的颗粒排列紧密程度.土的干密度愈大,表示土愈密实.土的密实程度主要通过检验填方土的干密度和含水量来控制. 工程上常把干密度作为评定土体密实程度的标准，以控制填土的质量。,4.土的天然含水量 土的含水量：土中水的重量与固体颗粒重量之比的百分率 式中：gw 土中水的重量,t； gS 固体颗粒的重量,t. 土的含水量随气候条件、雨雪和地下水的影响而变化，对土方边坡的稳定性及填方密实程度有直接的影响. 对工程施工的影响：土方开挖的难易程度，开挖机械的选择、地基处理的方法、夯实填土的质量最佳含水量（砂土812%；亚砂土915%；亚粘土1215%；粘土1923%）；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）,1.2 场地平整,场地竖向规划设计 场地平整土方量计算 土方调配 场地平整土方机械及其施工,1.2.1 场地的竖向规划设计,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、初步计算场地设计标高 H0,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） 。,原则：场地内挖填方平衡，平整前后土方量相等。,初步计算场地设计标高H0,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。,【案例2】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和施工高度。,答：（1）初步计算场地的设计标高H0 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）,70.09,2、场地设计标高的调整 ( H0 ),土具有可松性，必要时应相应的提高H0,挖方量,填方量,受局部填挖的影响,沟渠,经过经济比较后，认为就近借土或弃土一部分更合理,案例2 答： (2)不考虑土的可松性 H0 = H0=70.29m,3、根据要求的泄水坡度计算方格网各角点的设计标高 Hn,单向排水时:HH0li 双向排水时，各方格角点设计标高Hn为： 以场地中心点为H0,Hn = H0 Lx ix L yi y,按要求的泄水坡度调整各角点设计标高Hn ：,70.09,（3）按泄水坡度调整设计标高Hn ：,Hn = H0 Lx ix L yi y,70.32,70.36,70.40,70.44,70.26,70.30,70.34,70.38,70.20,70.24,H070.29,H2 =70.29102+303=70.36,H3 =70.29+102+303=70.40,H1 =70.29302+303=70.32,其它见图,案例2,4、计算场地各角点施工高度 hn,施工高度 指各角点挖方或填方的高度，它等于各角点的实际设计标高和原地形标高之差。,hn= Hn Hn,hn 施工高度，填挖,Hn 设计标高,Hn 原地形标高,案例 2 （ 4）计算各方格角点的施工高度 hn,hn= Hn Hn 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 =70.36 70.40 =0.04 （m）； 负值为挖方高度,5、确定零线（挖填分界线） 零线 在一个方格网内同时有填方或挖方时，应先算出方格网边上的零点的位置，并标注于方格网上，连接零点即得填方区与挖方区的分界线（即零线）。不填不挖点的连线，是挖方区和填方区的分界线。 方法：插入法、比例法找零点,i,j,hi,hj,Xi-j,a,Xi-j=,施工高度绝对值代入,案例2 ： （ 5 ） 确定零线（挖填分界线）,0,0,Xi-j=,X1-2=,20 *0.23,0.23+ 0.04,=,= 17.04m,1. 四角棱柱体法 （1）方格四个角点全挖或全填：,1.2.2 场地平整土方量的计算,h1 h4 方格角点施工高度的绝对值; a 方格网一个方格的边长； V挖（填）挖方或填方的体积（m3）。,分别按方格求出挖、填方量，再求场地总挖方量、总填方量。,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）方格四个角点有填有挖,2. 三角棱柱体法（公式见教材）,当三角形三个角点全部为挖或全部为填时：,当三角形三个角点有填有挖时：,1.2.3 土方调配,在施工区域内，挖方、填方或借、弃土的综合协调。 土方调配的目的 土方调配的原则 土方调配图的编制步骤 用线性规划的表上作业法进行土方调配,1. 土方调配的目的,总运输量最小（成本最低）， 缩短工期和降低成本。,合理确定 调配方向和数量,2. 土方调配的原则,力求挖填平衡，运量最小 合理划分调配区: 应考虑近期施工与后期施工利用 应考虑分区和全场相结合 尽可能与大型地下建筑物的施工相结合,一期 先平整,余土,欠土,二期,数量，堆放位置,T,W,天然地基,3.土方调配图的编制步骤,（1）划分调配区 注意： 1）与建筑物、开工顺序协调； 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。 （2）求出各挖、填方区间的平均运距 即每对调配区土方重心间的距离, 可近似以几何形心代替土方体积重心 ，在图上将重心连起来，用比例尺量出来。 （3）进行土方调配： 线性规划法 （4）画出土方调配图： 在图上标出各调配区的调配方向、数量及平均运距。 （5）列出土方调配平衡表,土方调配平衡表及运距表,4. 用线性规划的表上作业法进行土方调配,1900,500,600,800,填方量（m3）,400,40,x43,100,x42,80,x41,W4,500,70,x33,110,x32,60,x31,W3,500,90,x23,40,x22,70,x21,W2,500,100,x13,70,x12,50,x11,W1,挖方量 （m3）,T3,T2,T1,填方区,挖方区,(1) 列出土方平衡-运距表,（2）用最小元素法求初始调配方案,最小元素法 即对运距（或单价）最小的一对挖填分区，优先地最大限度地供应土方量，满足该分区后，以此类推，直至所有的挖方分区土方量全部分完为止。,400,500,500,300,100,100,（3）判断调配方案是否最优,用矩阵法求假想运距：将有土方量的运距填入表中，利用矩形对角线角点之和相等的原则，求出未知的假想运距。,50,40,60,110,70,40,-10,100,80,0,60,30,（3）判断调配方案是否最优,求检验数ij ： ij=运距cij 假想运距cij， 全部ij 0 ，方案最优；若有ij 0，非优，需调整。,+,+,+,+,+,（4）对非优方案进行调整（闭回路法）,闭回路法 从负数方格出发，沿水平或垂直方向前进，遇到有土方量的方格可转90度角再前进，如此转弯和前进，必将能回到原位置，形成折线形闭回路。,（4）对非优方案进行调整（闭回路法）,调整土方量：从奇数转角点格子中，找一个土方量最小的格子，将此格子变为零，并以此为调整值，奇数角点的土方量减去该值，欧数角点的土方量加上该值，形成一个新的调配方案。,100,0,400,400,（5）判断新方案是否最优,重复第三步步骤，若不是最优，继续调整，直至最优。,20,80,30,60,50,30,+,+,+,+,+,+,由于所有的检验数 ij 0，故该方案已为最优方案。,（6）绘出土方调配图,最优方案的总运输量 = 400501007050040400601007040040 = 94000m3-m 。 初始方案的总运输量 = 5005050040300601001101007040040 = 97000m3-m 。,1.2.4 场地平整土方机械及其施工,1. 推土机,T2-100型液压操纵推土机,适用于： （1）平整场地：经济运距在100m内（效率最高60m），一三类土的挖运，压实； （2）坑槽开挖：深度在1.5m内、一三类土； （3）回填土方。,并列推土法,下坡推土法,槽形推土法,斜角推送法作业,分堆集中，一次推送法,跨铲法作业示意图,A铲刀宽；B不大于拖拉机履带净宽,沟槽,土埂,2、铲运机：自行式、拖式,特点：能综合完成挖、装、运、卸、平土的机械。,适用于：运距60800m、坡度20度以内的一二类土的大 型场地平整或大型基坑开挖、堤坝填筑等,铲运机开行路线示意图,（b）“ 8 ”字形路线,（a）环形路线,铲运机锯齿形开行路线,1路堤,2取土槽,铲运机下坡铲土法,助铲法示意图,铲运机铲土,推土机助铲,双铲联运法示意图,3、单斗挖土机,正铲,拉铲,抓铲,反铲,1正铲挖掘机 正铲挖掘机外型如图1-44所示。它适用于开挖停机面以上的土方，且需与汽车配合完成整个挖运工作正铲挖掘机挖掘力大，适用于开挖含水量较小的一类土和经爆破的岩石及冻土。,图1- 44 正铲挖掘机 外形,正铲作业示意,2反铲挖掘机 反铲适用于开挖一至三类的砂土或粘土。主要用于开挖停机面以下的土方，一般反铲的最大挖土深度为46m，经济合理的挖土深度为35m。反铲也需要配备运土汽车进行运输。反铲的外型如图1-46所示。,图1-46 液压反铲挖掘机外形,反铲作业示意,3抓铲挖掘机 它适用于开挖较松软的土。对施工面狭窄而深的基坑、深槽、深井采用抓铲可取得理想效果。抓铲还可用于挖取水中淤泥、装卸碎石、矿碴等松散材料。抓铲也有采用液压传动操纵抓斗作业。 抓铲挖土时，通常立于基坑一侧进行，对较宽的基坑则在两侧或四侧抓土。抓挖淤泥时，抓斗易被淤泥“吸住”，应避免起吊用力过猛，以防翻车。,图1-48 抓铲挖掘机外形,抓铲作业示意,4拉铲挖掘机 拉铲适用于一至三类的土，可开挖停机 面以下的土方，如较大基坑（槽）和沟渠挖取水下泥土，也可用于填筑路基、堤坝等。 拉铲挖土时，依靠土斗自重及拉索拉力切土，卸土时斗齿朝下，利用惯性，较湿的粘土也能卸净。但其开挖的边坡及坑底平整度较差，需更多的人工修坡（底）。它的开挖方式也有沟端开挖和沟侧开挖两种。,图1-49 拉铲挖掘机外形及工作状况,拉铲作业示意,基槽土方量计算： 边坡坡度：土方边坡用边坡坡度和边坡系数表示。 边坡坡度=挖土深度h/边坡底宽b; 工程中常以1：m 表示放坡；m为坡度系数 m=b/h,b,h,1:m,不放坡时v=(a+2c) hL,c,a,c,h,L：基槽长度,放坡时：V=(a+2c+mh) hL,1:m,mh,mh,c a c,h,例1： 计算下例基槽的土方量，设基槽长度为100米。,0.15m 1.5m 0.15m,2m,计算下例基槽的土方量，设基槽长度为80米。,例1图,例2：,0.15m 1.8m 0.15m,2.5m,例2图,1：0.5,例3： 已知某墙下基础的底宽为2.8m，基槽两边距 基础边缘的距离为100，室外自然地面标高为0.2m，基底标高为2.2m，基槽边坡坡度为 1：0.5，试计算80m长度的基槽的土方工程量？,基坑土方量计算,不放坡时：V（a+2c）(b+2c) h 放坡时：V=(a+2c+mh)(b+2c+mh)h+1/3h3 例1： 某基坑底长80m，宽60m，深8m，四边放坡，边坡坡度1：0.5，基础所占的体积为24000m3，试计算（1）挖土土方工程量为多少？（2）预留多少回填土（自然状态下）？ 例2： 某厂房设备基础施工，基础底宽30m，长50m，四边放坡，边坡坡度为1：0.5，工作面宽度为150，室外自然地坪标高为0.2m，室外设计地坪标高为0.45m，基础底标高为1.8m，试计算该基坑的土方挖方量？,例3： 某厂房设备基础施工，基坑底宽40m，长80m，四边放坡，边坡坡度为1：0.4，室外自然地坪标高为0.1m，室外设计地坪标高为0.30m，基础底标高为2.20m，试计算该基坑的土方挖方量？ 例4: 某钢筋混凝土独立柱基础面积为24003600，基坑底四边距基础边缘均为150，室外自然地坪标高为0.1m，室外设计地坪标高为0.30m，基础底标高为2.80m，基坑边坡坡度为1：0.5，试计算该基坑的土方挖方量？,13施工排水与降水,采用方法： 1、明沟排水法 2、人工降低地下水位法,轻型井点 喷射井点 电渗井点 管井井点 深井井点,明沟排水法,当基地挖至地下水位以下时，沿基坑四周挖一定坡度的排水沟，设置集水井，使地下水沿沟流入井内，然后用水泵抽走（动画） 特点：明排水法构造简单（其由集水井、排水沟和水泵组成），施工成本低，应尽可能采用。 优点：方法简单、经济，对周围影响小，应用较广。 缺点：当涌水量较大、水位差较大或土质为细砂或粉砂，有产生流砂、边坡塌方及管涌等可能。,（二）人工降低地下水位,在基坑开挖前，预先在基坑四周埋设一定数量的滤水管，利用抽水设备连续不断的抽水，使地下水位降至基底以下，直至基础施工完毕为止。 1、一般轻型井点设备 管路系统：滤管、井点管、弯联管、总管。 抽水设备：真空泵、离心泵、水气分离器。,轻型井点的布置依据,依据： 、水文地质资料：H、承压或非承压、土质、K等 、工程性质：基坑（槽）形状、大小及深度。 、设备条件：井管长度、泵的抽吸能力。 轻型井点布置内容： 、平面布置：确定井点布置的形式、总管长度、井点管 数量、水泵数量及位置。 、高程布置：确定井点管的埋置深度。,布置和计算步骤： 单排布置：适用于基坑、槽B6，且H5的情况，井点管应布置在地下水的上游一侧，两端延伸长度不宜小于坑、槽的宽度B。 双排布置：适用于基坑B 6或土质不良情况。 环形布置：适用于大面积基坑。,高程计算公式： h h1hiL,（）水井的分类：,总管及井点管数量的计算,涌水量的计算,无压完整井： 无压不完整井：有效深度H0，当H0H时，仍取H