土石方工程与地基处理.ppt

x （三）边坡土方量的计算 为了保持土体的稳定和施工安全挖填方的 边沿，都应作成一定坡度的边坡。边坡坡度 应根据不同的填挖高度、土的物理性质和工 程的重要性由设计规定。 场地边坡的土方量，一般可根据近似的几 何形体进行计算。图1-15为一场地边坡的平 面示意图，按照其形体可先分为三角棱锥体 （如体积，）和三角棱柱体（ 如体积），再分别按下列公式计算体积。 x x 1、三角棱锥体边坡体积 如图中，其体积为： 式中：l1边坡的长度； F1边坡的端面积，即： h2角点的挖土高度； m边坡的坡度系数。 x 2、三角棱柱体边坡体积 如图中的，其 体积计算为： 式中：l4边坡的长度； F1、F2、F0边坡两端及中部的横 断面面积，算法同上（图1-15剖面系近似表 示。实际上，地表面不完全是水平的）。 x 土方量经计算汇总求得全部挖方量和全 部填方量后，尚需考虑土壤的松散率、 压缩率、沉降量等因素对土方量的影响 （查手册资料）并进行调整。按照调整 后的土方量，即可着手土方的综合平衡 调配。 x 六、土方的平衡调配 土方的平衡调配，是对挖土、填土、堆弃或移 运之间的关系是行综合协调，以确定土方的调配数 量及调配方向。 目的：是使土方运输量或土方运输成本最低。 工作内容包括：划分土方调配区，计算土方的平均 运距和单位土方的运价，编制土方调配图表，确定 土方的最优调配方案。 进行土方平衡调配，必须根据工程和现场情 况、有关技术资料、进度要求、土方施工方法及分 期分批施工工程的土方堆放和调运方案等，经综合 考虑并确定平衡调配原则后，再着手进行。 x （一）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建筑物和构筑物的平 面位置相协调，并考虑它们的分期施工顺序 ，对有地下设施的填土，应留土后填； （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，任意挖填而妨害全局平衡； （5）取土或弃土应尽量少占或不占农田及便 利机械施工等。 x （二）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： 1、划分调配区。在场地平面图上先划出挖填 区的分界线，按照土方量计算用的方格网， 在挖方区和填方区分别划出若干个调配区。 通常每个调配区的大小可由若干个方格组成 ，以满足土方机械的操作要求。如场地范围 内土方不平衡时，可考虑就近借土或弃土， 此时每个借土区或弃土区可作为独立的调配 区。调配区划定后，计算其土方量并标明在 图上。 x 2、计算各挖、填方调配区之间的平 均运距。 平均运距是指挖方区土方重心至填 方区土方重心的距离。 x 求调配区重心的方法是，取场地方格网中的纵 横两边为坐标轴，以一个角作为坐标原点，按下式 求得各调配区土方的重心位置： 式中X、Y挖方调配区或填方调配区的重心 坐标； v每个方格的土方量； x、y每个方格的重心坐标。 x 为了简化x、y的计算，可假定每个 方格上的土方是各自均匀分布的，从而 用图解法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， 然后用比例尺量出每对调配区之间的平 均运距。 x 3、绘出土方调配图。根据以上计算，在 图上标出调配方向、土方数量及平均距 离。 图1-16是土方调配的两个示意图。 图上注明了挖填调配区、调配流向、土 方数量及平均运距。图1-16（a）表洋总 挖方与总填方平衡的土方调配方案；图1 -16（b）表示有弃土和借土的调配图。 图中Wi为挖方区编号，Ti为填方区编号 。 x x 4、列出土方量平衡表。土方调配计算结 果需列入土方量平衡表。表1-11是图1- 16（a）所示调配方案的土方量平衡表。 在规划大规模场地平整的土方调配工作 时，可以运用线性规划中的运输问题， 采用表上作业法求解，使总土方运输量 最小为目标函数，求得土方调配的最优 方案。 x 土方量平衡表 1-11 注：表中土方数量栏右上角小方格内的数字系平均运距（有时可为 土方的单位运价）。 挖方 区 编 号 挖方数 量（m3 ） 填方区编号、填方数量（m3） T1T2T3合 计 8006005001900 W15004005010070 W2500 50040 W350040060 100 70 W4400 400 40 合计1900 x 七、场地平整施工方法 场地平整的施工过程包括：土方的 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，小面积时采用人 工；在大面积平整时，通常采用机械施 工。常用的机械有推土机、铲运机和单 斗挖土机。 x （一）推土机施工 1、开挖土的类别：推土机操作灵活，运行方 便，所需工作面较小，适于开挖一三类土。 2、使用条件：可开挖深度1.5m内的基坑（槽 ）及回填基坑（槽）和管沟土方，以及配合 挖土机从事平整与集中土方；清理石块或树 木等障碍物及修筑道路等。 3、经济运距：为100m以内，运距为60m时效 率最高，推土机用于平整场地，既可挖土也 可作短距离运土，移挖作填； x4、推土机的生产率： （1）推土机小时的生产率Ph为： （m3/h） （1-37） 式中 T从推土到将土送至填土地点的循环延续时间 （s）； q推土机每次的推土量（m3） Kp土的最初可松性系数（土壤松散体积与原自 然体积之比值）。 （2）推土机台班生产率Pd为： （m3/台班） （1-38） 式中 KB时间利用系数，一般在0.720.75之间。 x 5、推土方式： （1）下坡推土。推土机顺下坡方向切土及推 运，借助机械自身的重力作用以增加推土能 力，但坡度不宜超过15，以免后退时爬坡困 难。 x （2）并列推土。采用23台推土机并列作业（图1- 17），铲刀相距1530cm。一般采用两机并列推土 ，能提高生产率15%30%。平均运距不宜超过 5075m，亦不宜小于20m。一般用于大面积场地 平整。 x （3）槽形推土。在挖土层较厚、推土运 距较远时，采用槽形推土（图1-18）， 能减少土壤散失，可增加10%30%推土 量。槽的深度约1m左右为宜，两槽间的 土埂宽度约50cm。 x （4）分批集中、一次推送。当推土运距 较远而土质比较坚硬时，因推土机的切 土深度不大，可采用多次铲土，分批集 中，一次推送（图1-19）。以便在铲刀 前保持满载，有效地利用推土机的功率 ，缩短运输时间。 x （5）铲刀加置侧板。当推运疏松土壤而 运距较远时，在铲刀两边装上侧板，以 增加铲刀前的土体，减少土壤向两侧漏 失。 x （二）铲运机施工 1、铲运机分类：有拖式铲运机和自行式 铲运机两种。拖式铲运机是由拖拉机牵 扯引，工作靠拖拉机油泵或卷扬机进行 操纵。自行式铲运机的行驶和工作，均 靠自身的动力设备进行操纵。 x 2、使用条件：铲运机操纵灵活，运转方便， 对行驶道路要求较低，能综合完成铲土、运 土、卸土、填筑、压实等多项工作。其斗容 量一般为2.59 m3,切土深度1530cm，铺土厚 度为2340cm。适合于开挖一三类土。 3、经济运距：适用运距为6001500m，效率 最高的铲运距离为200350m。常用于地形起 伏不大，坡度在20以内的大面积场地平整， 开挖大型基坑 、沟槽，以及填筑路基、堤坝 等工程。不适于砾石层和冻土地带、以及土 壤含水量超过27%和沼泽区工作。 x 铲运机工作的示意图，如图1-20所示 x 4、铲运机生产率的计算 （1）铲运机小时生产率Ph为： （m3/h） （1-39） 式中 T从挖土开始至卸土完毕，循环延续的 时间（s）； q铲斗容量（m3）； Kc铲斗装土的充盈系数（一般砂土为0.75 ，其它土为 0.851.0，最高为1.3） Kp土的最初可松性系数。 x （2）铲运机台班产量Pd为： （m3/台班） （1-40） 式中 KB时间利用系数（一般为0.650.75） x 影响铲运机作业效率的因素有运土 坡度、填筑高度及运行路线距离等。一 般上坡运土坡度在5%15%时，增加的 台班系数为1.051.14；填筑路基填土高 度5m以上时，降低台班产量系数为0.95 ；铲运机运行路线距离愈长则生产率愈 低。 x 5、铲运机的施工方法 （1）铲运机的开行路线 铲运机的开行路线，对提高生产效 率影响很大，应根据填、挖方区的分布 情况并结合现场具体条件合理选择。一 般可有以下几种形式： x 1）环形路线。对于地形起伏不大，施工地段在 100m以内和填土高度1.5m以内的路堤、基坑及场地 平整施工常采用的开行路线（图1-21（a）。当填 、挖交替，且相互之间距离不大时，则可采用图1- 21(b)所示的大环形路线。每一个循环能完成多次铲 土和卸土，减少了铲运机的转变次数，相应提高了 工作效率。 x 采用环形路线时，铲运机应每隔一定时 间按顺、反时针的方向交换行驶，避免 长时间沿一侧转变导致机件单侧磨损。 x 2）“8”字形开行路线。这种开行路线的铲土与卸土 ，轮流在两个工作面上进行（图1-22），铲运机在 上下坡时是斜向行驶，受地形坡度限制小。一个循 环能完成两次铲土和卸土，减少了转弯次数及空车 行驶距离，比环形路线缩短运行时间。同时，一个 循环两次转弯方向不同，机械磨损较为均匀。这种 开行路线主要适用于坡度较大的场地平整和取土坑 较长的路基填筑作业。 x 3）锯齿形路线。这是“8”字形路线的发 展。适合于工作地段很长，如堤坝、路 基填筑，采用这种开行路线最为有效。 x （2）提高铲运机生产率的措施 为了提高铲运机的生产率，除应合理规 划开行路线外，还必须充分利用和发挥 拖拉机的牵扯引能力，通常要根据不同 施工条件，采用下列方法。 x 1）下坡铲土。利用机械重力作用所产生的附 加牵扯引力加大切土深度，坡度一般为39 ，最大不得超过20，铲土厚度以20cm左右为 宜，其效率可提高25%左右。当在平坦地形 铲土时，可将取土地段的一端先铲低，并保 持一定坡度向后延伸，逐步创造一个下坡铲 土的地形。 2）跨铲法。在较坚硬土层铲土时，采用预留 土埂间隔铲土法（图1-24），可使铲运机在 挖土埂时增加两个自由面，阻力减小，铲土 快，易于充满铲斗。比一般方法约提高效率 10%。 x 3）交错铲土法。在铲较坚硬土层时，为 了减少铲土阻力，可采用此法（图1-25 ）。由于铲土阻力的大小与铲土宽度成 正比，交错铲土法就是随铲土阻力的增 加而适当减小铲土宽度。 4）助铲法。在坚硬土层中，采用另配推 土机助铲（图1-26），以缩短铲土时间 。一般每台推土机配34台铲运机。 x （三）挖土机施工 1、使用条件：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。多使 用在挖土高度一般在3m以上（使每次挖 土可装满铲斗），并在卸土区配备推土 机平整土堆。 2、挖土机的施工方法及设备选择。 x 四、填土与压实 1、目的：为了保证填土的强度和稳定性 ，填土前应对填土区基底的垃圾和软弱 土层进行清理压实；在水田、池塘及沟 渠上填土时，先需排水疏干，对基底进 行处理。还必须正确选择土料及填筑、 压实方法 x2、回填土料选择与填筑 作为回填用的土料，应符合如下规定： 含水量大的粘土不宜作填土用；碎石类土、 砂土和爆破石渣等，可用于表层以下的填料 ；对碎块草皮和有机质含量大于8%的土，仅 用于无压实要求的填方区。 填土应分层进行，每层厚度，应根据土 的种类及选用的压实机具确定。对于有密实 度要求的填方，应按选用的土料、压实机具 性能，经试验确定含水量控制范围、分层铺 土厚度、压实遍数等。对于无密实度要求的 填土区，可直接填筑，经一般碾压即可。但 应预留一定的沉陷量。 x 同一填方工程应尽量采用同类土填筑； 如采用不同土料时，应按土类分层铺填，并 应将透水性较大的土层置于透水性较小的土 层之下。 当填土区位于倾斜的地面时，应先将斜 坡挖成阶梯状，然后分层填土，防止填土滑 坡应按设计规定或查阅有关资料选用。对使 用时间较长的临时性填方边坡坡度，当填土 高度在10m以内，可采用1:1.5，高度超过 10m,可作成折线形，上部为1:1.5，下部采用 1:1.75。 x 3、填土压实方法 填土压实一般有：碾压、夯实、振 动压实及利用运土工具压实等方法。 碾压机械一般有平碾压路机和羊足 碾两种。压路碾按重量有轻型（小于5t ）、中型（510t）和重型（大于10t）三 种。平碾对砂类土和粘性土均可压实， 羊足碾适宜压实粘性土。 x 碾压法：主要用于大面积的填土，如场 地平整、大型车间地坪填土等。碾压方 向廉洁奉公人填土两侧逐渐压向中心。 机械开行速度，一般平碾为2km/h；羊足 碾3km/h。速度不宜过快，以免影响压实 效果。填方施工应从场地最低处开始， 水平分层整片回填碾压。上下层错缝应 大于1m。 x 碾压法主要用于大面积的填土，如 场地平整、大型车间地坪填土等。碾压 方向应从填土两侧逐渐压向中心。机械 开行速度，一般平碾为2km/h；羊足碾 3km/h。速度不宜过快，以免影响压实效 果。填方施工应从场地最低处开始，水 平分层整片回填碾压。上下层错缝应大 于1m。 x 夯实法：通常用于基坑（槽）、沟的回 填压实。 利用运土工具压实法：对于密实度 要求不高的大面积填方，可采用铲运机 、推土机结合行驶、推（运）土方和平 土进行压实。在最佳含水量的条件下， 每层铺土厚度为2030cm时，压45遍也 能接近最佳密实度要求。但采用此法应 合理组织好开行路线，能大体均匀地分 布在填土的全部面积上。 x 在进行大规模场地平整时，可根据 现场具体情况和地形条件、工程量大小 、工期等要求，合理组织综合机械化施 工。如采用铲运机、挖土机及推土机开 挖土方；用松土机松土、装载机装土、 自卸汽车运土；用推土机平整土壤；用 碾压机械进行压实，如图1-27所示。 x x 第三节 沟槽、基坑开挖 一、沟槽与基坑断面形式 1、形式：在施工中常采用的沟槽断面形式有 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 x 2、使用条件：选择沟槽断面通常要根据 ：土的种类、地下水情况、现场条件及 施工方法，并按照设计规定的基础、管 道的断面尺寸、长度和埋置深度等进行 。正确选定沟槽的开挖断面，可以为后 续施工过程创造良好条件，保证工程质 量和施工安全，以及减少开挖土方量。 x 管道工程开挖 x 沟槽底宽由下式决定： W=B+2b 式中B管道基础宽（m） b工作宽度(m) 工作宽度根据管径大小确定，一般不大于 0.8m。 沟槽开挖深度按管道设计纵断面图确定。 当采用梯形槽时，其边坡的选定，应按土的 类别并符合表1-12的规定。不设支撑的直槽 边坡一般采用1:0.05。 x 沟槽断面选定后，当须满足后续施 工过程的要求时，可将沟槽断面进行调 整，再根据地面平坦程度和计算精度的 要求，选择两相邻断面的间距。对于排 水管道的距离，能常以两相邻检查井所 处沟槽断面为计算长度。 x 梯形槽的边坡 表1-12 土的类别 密实度或状 态 坡度允许值（高宽比） 深度在5m以内深度510m 碎石土 密实 中密 稍密 1:0.351:0.50 1:0.501:0.75 1:0.751:1.00 1:0.501:0.75 1:0.751:1.00 1:1.001:1.25 粉 土Sr0.5 1:1.001:1.251:1.251:1.50 粘性土 坚硬 硬塑 1:0.751:1.00 1:1.001:1.25 1:1.001:1.25 1:1.251:1.50 x 二、沟槽与基坑土方量计算（注意松散 系数、充盈系数） 根据选定的断面及两相邻断面间距 离，按其几何体积计算出区段间沟槽土 方量，将各区段计算结果汇总，求得沟 槽开挖的总土方量。 基坑土方量同样可按其几何体积计 算，计算时其断面底宽，每侧工作宽度 为12m。计算方法可参照前节所述。 x 三、土方开挖的机械施工 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，应争取机械化施工，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 。 x （一）单斗挖土机施工 单斗挖土机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 x 1、正铲挖土机 x 正铲挖土机的工作特点：开挖停机面以上的 土壤，其挖掘力大，生产率高。适用于无地 下水，开挖高度在2m以上，一四类土的基 坑，但需设置下坡道。 正铲挖土机传动方式：有液压传动和机械传 动两种。机身可回转360，动臂可升降，斗 柄能伸缩，铲斗可以转动，当正换工作