[工学]01土方边坡.ppt

1 1、内涵 土木工程施工是土木专业的一门实践性 强、综合性大、涉及知识面广的骨干专业 课程，它的任务是研究土木工程施工的局 部规律和全局性规律。 2、研究对象 它的研究对象是土木工程施工的建造技 术规律和劳动组织规律。 2 建造技术规律，指每一个分部分项工程 的工艺原理、施工方法、操作技术、机械 选用、工法优选等方面的规律； 劳动组织规律，系指在建造中的人才、 材料、机械设备、施工方法、资金这些要 素约束条件下、在有限的时间和空间内， 对各要素进行有方向、有时序、有先后的 时空上的统筹安排，诸如全场性的施工部 署、施工方案的优选、开工程序、进度安 排、资源的配置、生产和生活基地的规划 、科学的组织和管理、以及实现现代化管 理的方法和手段等问题。 本课程的施工程序、工艺 流程、操作要点、质量要 求等内容直接与规范的强 制性条文接轨，这些知识 将使你在职场受用一生！ 3 3相关学科 力学、工程测量 、工程材料、制图 、混凝土结构、工 程机械、项目管理 、合同管理与索赔 、建设法规、技术 经济、概预算等等 4 * 第1章 土方工程 主讲人：娄永忠 惠州学院 建筑与土木工程系 1 土方开挖 2 土壁支护 3 施工排水 4 流砂的防治 5 第1章 土方工程 【教学要求】 熟悉土的工程分类、土方工程施工准备与辅助 工作内容；常用土方施工机械的施工特点；土方边 坡稳定机理、基坑支护方法；基坑排水、降水方法 ；掌握土方量计算方法，基坑、基槽、场地平整、 开挖，土方填筑与压实的要求。 【教学重点】 土的工程分类；土方调配；土的回填与压实施 工工艺；基坑支护方法；基坑排水、降水方法。 【时间安排】 9课时 6 第1章 土方工程 1.1 概述 场地平整：包括障碍物拆除、场地清理、确定场地设计 标高、计算挖填土方量、合理进行土方平衡调配等。 开挖沟槽、基坑(竖井、隧道、修筑路基、堤坝 )：包括测量放线、施工排水降水、土方边坡和支护结构等。 土方回填与压实：包括土料选择、运输、填土压实的 方法及密实度检验等。 1、土方工程施工内容 包括一切土的挖掘、填筑、运输等过程以及排水降水、土 壁支撑等准备工作和辅助工程。常见的土方工程施工内容有： 2、土方工程施工特点 面广量大、劳动繁重 施工复杂 7 3、土方工程的施工要求 土方量少、工期短、费用省； 因地制宜编制合理的施工方案，预防流砂、管涌、塌方 等事故发生，确保安全； 要求标高、断面控制准确； 应尽可能采用先进的施 工工艺、施工组织和机械化 施工。 土体有足够的强度和 稳定性； 基坑土方开挖 8 4、本章节主要相关规范 建筑地基基础工程施工质量验收规范 （GB502022002） 中华人民共和国国家标准 建筑基坑支护技术规程（JGJ120 1999） 中华人民共和国行业标准 基坑土钉支护规程（CECS：1997） 中国工程建设标准化协会 土工试验方法标准（GB/T 50123-1999 ） 岩土工程勘察规范（GB50021-2001） 9 1.1.2 土的工程性质 土的种类繁多，从不同技术角度，分类方法各异。按 施工时开挖难易程度分为八类，如表1-2所示。这也是确 定土木工程劳动定额（预算定额）的依据。土的开挖难易 程度直接影响土方工程的施工方案，劳动量消耗和工程费 用。 1.1.2 土的工程性质 土的工程性质对土方工程施工有直接影响，也是进行 土方施工设计必须掌握的基本数据。土的主要工程性质有 ：土的可松性，原状土经机械压实后的沉降量等；此外还 有渗透性、密实度、抗剪强度、土压力等。 10 类别 土的名称 开挖方法 可松性系数 Ks Ks 第一类 （松软土） 砂，粉土，冲积砂土层，种植土，泥炭（淤 泥） 用锹、锄头挖掘 1.081.17 1.011.04 第二类 （普通土） 粉质粘土，潮湿的黄土，夹有碎石、卵石的 砂，种植土，填筑土和粉土 用锹、锄头挖掘， 少许用镐翻松 1.141.28 1.021.05 第三类 （坚土） 软及中等密实粘土，重粉质粘土，粗砾石， 干黄土及含碎石、卵石的黄土、粉质粘 土、压实的填筑土 主要用镐，少许用 锹、锄头，部 分用撬棍 1.241.30 1.041.07 第四类 （砾砂坚土） 重粘土及含碎石、卵石的粘土，粗卵石，密 实的黄土，天然级配砂石，软泥灰岩及 蛋白石 先用镐、撬棍，然 后用锹挖掘， 部分用锲子及 大锤 1.261.37 1.061.09 第五类 （软石） 硬石炭纪粘土，中等密实的页岩、泥灰岩、 白垩土，胶结不紧的砾岩，软的石灰岩 用镐或撬棍、大锤 ，部分用爆破 方法 1.301.45 1.101.20 第六类 （次坚石） 泥岩，砂岩，砾岩，坚实的页岩、泥灰岩， 密实的石灰岩，风化花岗岩、片麻岩 用爆破方法，部分 用风镐 1.301.45 1.101.20 第七类 （坚石） 大理岩，辉绿岩，玢岩，粗、中粒花岗岩， 坚实的白云岩、砾岩、砂岩、片麻岩、 石灰岩，风化痕迹的安山岩、玄武岩 用爆破方法 1.301.45 1.101.20 第八类 （特坚石） 安山岩，玄武岩，花岗片麻岩，坚实的细粒 花岗岩、闪长岩、石英岩、辉长岩、辉 绿岩，玢岩 用爆破方法 1.451.50 1.201.30 11 1、土的密度 气 水 土粒 GsGw G VsVw V Va 质量G 体积V 测定：环刀法 它影响土的承载力、土压力及边坡的稳定性 。 干密度是用以 检验土压实质量 的控制指标。 不同类的土，其最大 干密度是不同的；同 类的土在不同的状态 下(含水量、压实程度 )其密实度也是不同的 12 2、土的天然含水量 土的天然含水量是指 土中水的质量与土的固体 颗粒之间的质量比，以百 分数表示。 快速含水量测定仪 土的含水量测定方法：烘干法 把土样称量后放入烘箱内进行烘干（100105C ），直至重量不在减少为止，称量。第一次称量为含水 状态土的质量，第二次称量为烘干后土的质量ms，利用 公式 可计算出土的天然含水量。 13 土的含水量表示土的干湿程度。 土的含水量： 5%以内，干土； 530%以内，潮湿土； 大于30%，湿土。 各类土的最佳含水量如下： 砂土为8%12%； 粉土为16%22%； 粉质粘土为12%15%； 粘土为19%23%。 含水量影响土方 施工方法的选择 、边坡的稳定和 回填土的质量 土的含水量超过2530%， 则机械化施工就困难，容 易打滑、陷车 回填土则需有最佳含水量方能 夯压密实，获得最大干密度 14 3、渗透性 表征土渗透性指标为渗透系数K。渗透性表示单位 时间内水穿透土层距离的能力，以m/昼夜表示。 渗 透系数是降低地下水中计算涌水量的重要参数。 渗流速度 渗透流量 渗透系数K 值将直接 影响降水方案的选择 和涌水量计算的准确 性 15 现场测定法 有野外注水试验和抽水试验等，是在现场钻井孔 或挖试坑，在往地基中注水或抽水时，量测地基中的 水头高度和渗流量，再根据相应的理论公式求出渗透 系数k值。 无压完整井抽水试验无压非完整井抽水试验 16 4、土的可松性 对土方工程施工的影响：计算施工机械及 土方运输量；基坑开挖时留、弃土量； 计算土方调配、场地设计标高调整； 土的最初可松性系数 KS是计算挖掘机械 生 产率、运土车辆数量 及弃土坑容积的重要 参数，最后可松性系 数K，S是计算场地平 整标高及填方所需的 挖方体积等的重要参 数。 17 例题1-1 某场地的挖方体积为1000m3，填 方体积为1500m3，ks=1.08，ks=1.03，问该 场地是借土还是弃土？若用运土量为5m3/车 汽车运土，问应运多少车次？ 解:根据公式 Q=（1000-1500/1.03 )1.08 = - 492.8m3 结果为负，故该场地应借土 运土的车次为 n=492.8/5=48(车次) 18 例题1-2 建筑物外墙为条形毛石基础，基础平均截 面面积为3.0m2,基坑深2.0m，底宽为1.5m，地基为亚 粘土，计算100米长的基槽土方挖方量、填土量和弃 土量。（边坡坡度1:m=1:0.5；Ks=1.30，K/s=1.05） 图1-3 B H 19 解：m叫边坡坡度系数，m=B/H B=mH= 0.52=1.0m 挖土体积=截面面积长 图1-3 B H 20 1.2 土方边坡与基坑支护 掌握： 1. 土方工程施工准备工作？ 2. 土方边坡常用形式？表示方法？ 3. 影响土方边坡稳定的因素有哪些？ 4. 基坑支护结构有哪些形式？相关施工要 点？ 21 踏勘现场； 熟悉图纸、编制施工方案； 清除现场障碍物，平整施工场地 ,进行地下墓探，设置排水降水设施； 永久性控制坐标和水准点的引测 ,建立测量控制网，设置方格网、控制桩 等； 搭设临时设施、修筑施工道路； 施工机具、用料准备。 1.2.0 土方施工准备工作 踏勘现场 编制方案 场地清表 场地测量 22 1.2.1 土方边坡 1、土方边坡的形式及坡度的表示方法 土方边坡坡度 称为坡度系数式中： 23 2、土方边坡放坡开挖的一些规定（见教材 P8） 确定土方边坡坡度应考虑的因素 土质、开挖深度、施工工期、地下水水位、排水情况 、施工方法、边坡留置时间、坡顶荷载、气候条件、相邻 建筑物等 长江三峡工程船闸高边坡 24 规定临时性挖方边坡值 土方类别 边坡值（宽：高） 砂土（不包括细砂、粉砂） 1：1.251：1.50 一般粘性土 硬1：0.751：1.00 硬、塑1：1.001：1.25 软1：1.50或更缓 碎石类土 充填坚硬、硬塑粘性土1：0.501：1.10 充填砂土1：1.001：1.50 注：1、设计有要求时，应符合设计标准。 2、如采用降水或其他加固措施，可不受本表限制，但应 计算复核； 3、开挖深度，对软土不应超过4m，对硬土不应超过8m. 25 临时性挖方的边坡值 土 的 类 别边坡值（高：宽） 砂 土（不包括细砂、粉砂）1:1.251:1.5 一般 粘性土 硬1:0.751:1 硬、塑1:11:1.25 软1:1.5 或更缓 碎石类土充填坚硬、硬塑粘性土 1:0.51:1 充填砂土1:11:1.5 边坡坡度应根据不同的挖填高度、土的工程性质及工程 特点而定，既要保证土体稳定和施工安全，又要节省土方。 临时性挖方边坡可按建筑地基基础工程施工质量验收规范 GB50202-2002确定： 26 深度在5m内的基坑(槽)、管沟边坡 的最陡坡度（不加支撑） 土 的 种 类边 坡 坡 度（高：宽） 坡顶无荷载坡顶有静载坡顶有动载 中密的砂土1:1.001:1.251:1.50 中密的碎石类土(充填物为砂土) 1:0.751:1.001:1.25 硬塑的粉土1:0.671:0.751:1.00 中密的碎石类土(充填物为粘性土) 1:0.501:0.671:0.75 硬塑的粉质粘土、粘土1:0.331:0.501:0.67 老黄土1:0.101:0.251:0.33 软土(经井点降水后)1:1.00 当地质条件良好,土质均匀且地下水位低于基坑( 槽)底面标高时,挖方深度在5m以内,不加支撑的边坡 可按下表确定： 27 3 边坡开挖工艺 场地边坡开挖应 采取沿等高线自上而 下、分层、分段依次 进行。 在边坡上采取多 台阶同时进行开挖时 ，上台阶应比下台阶 开挖进深不少于30m ，以防塌方。 边坡台阶开挖，应作成一定坡势以利泄水。边坡下部设有护脚 矮墙及排水沟时，在边坡修完后，应立即进行护脚矮墙和排水沟的 砌筑和疏通，以保证坡面不被冲刷和坡脚范围内不积水。 土方工程的多台阶开挖 28 土方的放坡开挖 29 4 基坑（槽）和管沟开挖 基坑开挖，上部应有排水措施，防止地表水流入坑内冲刷 边坡，造成塌方和破坏基土。(施工排水的内容详见第1.4节) 基坑开挖，应进行 测量定位、抄平放线，定 出开挖宽度，根据土质和 水文情况确定在四侧或两 侧、直立或放坡开挖，坑 底宽度应注意预留施工操 作面。 应根据开挖深度、土体类别及工程性质等综合因素确定保 持土壁稳定的方法和措施。(土壁支护的内容详见第1.2节) 基坑的切线开挖 30 基坑开挖的一般程序：测量放线测量放线切线分层开挖切线分层开挖排降水排降水 修坡修坡整平整平留足预留土层等留足预留土层等。相邻基坑开挖时应遵循先深后浅 或同时进行的施工程序，挖土应自上而下水平分段分层进行，边挖 边检查坑底宽度及坡度，每3m左右修一次坡，至设计标高再统一 进行一次修坡清底。 大型工程 基坑施工全景图 31 基坑开挖应防止对基础持力层的扰动。基坑挖好后不能立 即进入下道工序时，应预留15(人工)30cm(机械)一层土不挖，待下道 工序开始前再挖至设计标高，以防止持力层土壤被阳光曝晒或雨水浸泡 。 超挖后回填 的松软土层 持力层被 雨水浸泡 后留下的 水渍 这两种情况 都是基坑土 方施工要避 免出现的! 32 在地下水位以下挖土，应在基坑内设置排水沟、集水井或 其它施工降水措施，降水工作应持续到基础施工完成； 雨季施工时基坑槽应分段开挖，挖好一段浇筑一段垫层； 弃土应及时运出，在基坑槽边缘上侧临时堆土、材料或移动 施工机械时，应与基坑上边缘保持1m以上的距离，以保证坑壁或 边坡的稳定； 基坑挖完后，应组织 有业主、设计、勘察、监理业主、设计、勘察、监理 四方参与的基坑验槽，并报 质监站验证。符合要求后方 可进入下一道工序。 四方参与基坑验槽 33 5、边坡的稳定机理（造成土壁塌方的原因 ） 土坡的滑动一般是指土方边坡在一定范围内整体 地沿某一滑动面向下和向外移动而丧失其稳定性。 （1）土方边坡稳定的机理及失稳原因 基坑塌方 抢险救人 稳定机理：土颗粒之间存 在内聚力c（粘结力）和摩擦力 （内磨擦阻力），使土体具有一 定的抗剪强度； 失稳原因：引起土体下滑 力增加的或引起土体抗剪强度降 低的因素都可能引起边坡失稳。 34 （2）引起下滑力增加的因素主要有： 坡顶荷载（堆物、行车等）； 自重增加雨水或地面水渗入土中引起； 动水压力地下水渗流产生； 侧向静水压力裂缝中的积水产生。 引起抗滑力（土体抗剪强度)降低的因素主要是： 土质松软如气候的影响； 的润滑作用土体内含水量增加； 振动液化饱和的细砂、粉砂受振动。 （3）保证边坡稳定的措施 放足边坡、土壁支护、改善土体性质（排水降水）； 土方开挖顺序、方法未遵守“从上至下、分层开挖；开槽 支撑、先撑后挖”的原则。 35 “721”广州海珠城基坑坍塌事故 背景资料：海珠城广场是由广州市南谊房地产开发有限公司开发建设的项 目，位于广州市海珠区江南大道与江南西路交汇处，地处闹市区。该项目 暂定为1幢商业、办公大楼，建设规模为地上39层、地下5层，建筑面积为 14万平方米，2005年7月21日，建筑施工工地突然发生基坑坍塌，造成3人 死亡，8人受伤。 36 事故工地基坑南端约100米长的挡 土墙突然坍塌，拉动工地与居民楼 之间宽约6米的水泥路整体下陷， 并造成位于工地边的砖木平房倒塌 ，压倒5人。同时，塌方事故引起 邻近一幢9层楼宾馆和一幢8层居民 楼出现倾斜，部分墙面开裂。 有关人士估算，海珠城基坑坍 塌事故经济损失至少超过千万元。 37 边坡的留设应符合规范的要求。边坡的留设应符合规范的要求。 挖填高度高度大则坡度系数大，高度小则坡度系数 小，甚至不放坡； 土的工程性质土的类别、含水量，有无地下水等。 土的类别低（密度小）、含水量大，则坡度系数大；土的类 别高（密度大）、含水量小，则坡度系数小； 施工的特点坡顶是否有荷载？施工期长短？施工季节 ？ 人工作业还是机械作业？ 6 防治塌方的措施 6.1 放足边坡 对坡顶有对坡顶有荷载荷载（尤其是有动荷载）、使用）、使用时间长时间长、且、且跨跨 越冬雨季施工越冬雨季施工的边坡的边坡应留有应留有充足的安全系数充足的安全系数。 38 6.2 土壁支护 为缩小施工面，减少土方，或受场地的限制不能放坡时 ，则可设置土壁支撑。 基槽支护 基(沟) 槽开挖一般采用横撑 式土壁支撑。根据挡土板的不同 ，分为水平挡土板及垂直挡土板 两类。前者挡土板的布置又分为 间断式和连续式两种。湿度小的 粘性土挖土深度小于3m时，可用 间断式水平挡土板支撑； 间断式水平挡土板支撑 39 对松散、湿度大的土可用连 续式水平挡土板支撑，挖土深度 可达5m。对松散和湿度很高的土 可用垂直挡土板式支撑，其挖土 深度不限。 2.2 防治塌方的措施 连续式水平挡土板支撑 垂直挡土板式支撑 40 41 一般基坑的支护方法 一般基坑的支护方法有：斜柱支撑法、锚拉支撑法、短柱横 隔板支撑法、临时挡土墙支撑法等，施工时按适用条