土木工程施工 第一章 土方工程.pptVIP

第一节 概 述 1、土方工程 包括一切土的挖掘、填筑和运输等过程以及排水、 降水、土壁支撑等准备和辅助工程。 2、常见的土方工程有：场地平整、基坑（槽）开挖、 地坪填土、路基填筑及基坑回 填土等。 第一章 土方工程 土木工程施工 1 1 工程量大； 劳动繁重； 施工条件复杂。 4、施工过程： 开挖（爆破） 运输 填筑（弃土） 平整、压实 土方工程-概述 3、土方工程施工特点： 2 2 合理选择施工方案和施工机械； 合理调配土方； 合理组织机械施工； 安排好运输道路，做好施工准备工作； 合理安排施工计划，尽量避免雨季施工； 保证工程质量； 有安全施工的措施。 土方工程-概述 5、土石方工程施工应注意的问题 3 3 （1）分类 工程分类：按土的开挖难易程度分类。 松软土 普通土 坚土 砂砾坚土 软石 次坚石 坚石 特坚石 土方工程-概述 6、土的分类及基本性质 （2）基本性质 土的饱和容重：土空隙中充满水时的单位体 积重量。（sat ） 4 4 在地下水位以下，单位土体积中土粒的重量扣除浮 力后，既为单位土体积中土粒的有效重量（） 土的天然含水量 w=(a-b)/b 100% a-含水时土重 b-105烘干后土的重量 土的可松性 自然状态下的土，经过开挖后，其体积因松散而增 大，以后虽经回填压实，仍不能恢复原来的体积。 土方工程-概述 土的浮容重 5 5 最初可松性系数 ks= v2 / v1 最后可松性系数 ks= v3 / v1 其中：v1-土在自然状态下的体积； v2-土经开挖后松散体积； v3-土经填土压实后的体积。 渗透系数 （m /昼夜） 单位时间内水穿过土层的能力。 土方工程-概述 土的可松性系数 6 6 tg= 1 / m = h / b 其中：m - 坡度系数 h - 边坡高度 b - 边坡宽度 土的压缩性 在松土回填时应考虑土的压缩率。 土方工程-概述 土的边坡坡度（1 / m ） 7 7 原状土经机械压实后的沉降量 经验公式：s = p / c 其中：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（mpa） c - 原状土的抗陷系数（mpa） 土方工程-概述 8 8 土方工程-概述 9 9 第二节 场地平整 一、场地设计标高的确定 1、确定原则： 符合生产工艺和运输要求； 充分利用地形，以减少挖方数量； 场地内的挖方和填方能达到相互平衡； 泄水坡度 2 0/00 ； 考虑最高洪水位的影响。 土方工程 1010 挖填土方量平衡法 优点：概念直观，计算简便，精度能满足工程要求。 缺点：不能保证土方量最小。 最佳设计平面法 应用最小二乘法原理，计算出最佳设计平面。 2、确定场地设计标高的方法： 土方工程-场地平整 1111 最佳设计平面法？ 它是指场地各方格角点的挖、填 高度的平方和为最小时的平面，这样 既能满足土方工程量为最小，也能保 证挖填土方量相等。 土方工程-场地平整 1212 3、用挖填土方量平衡法确定 场地设计标高 场地设计标高 计算示意图 土方工程-场地平整 1313 第一步： 初步计算场地设计标高-方格网法、 三角网法 第二步： 计算设计标高h0的调整值-土的可松性 第三步： 考虑泄水坡度对设计标高的影响-单向、 双向 步骤： 土方工程-场地平整 1414 土方工程-场地平整 以z0作为场地中心点 的标高，则场地任意点的 设计标高为： zi=z0lxixlyiy 各角点的施工高度为： hi=zi-zi 计算设计标高及施工高度： hi为正值，则该点为填方； hi为负值，则该点为挖方。 1515 二、场地平整土方量的计算 方法： 方格网法-四方棱柱体法、三角棱柱体法 断面法 三、边坡土方量计算 1、确定边坡 2、边坡土方量计算-三角棱锥体、三角棱柱体 土方工程-场地平整 1616 1、目的： 就是使土方总运输量或土方施工成本最小的条件下， 确定填挖方区土方的调配方向和数量，从而达到缩短工期 和降低成本的目的。 四、土方调配 土方工程-场地平整 1717 2、土方调配原则： 应力求达到挖、填平衡和运量最小的原则； 应考虑近期施工与后期利用相结合的原则； 应采取分区与全场相结合来考虑的原则； 应尽可能与大型地下建筑物的施工相结合； 应合理布置挖填方分区线，选择恰当的调配方向、 运输路线，以方便挖、填、运。 土方工程-场地平整 1818 3、土方调配图的编制步骤 划分调配区 求出每对调配区之间的平均运距 进行土方调配 画出土方调配图 列出土方量平衡表 土方工程-场地平整 1919 4、用“ 表上作业法”进行土方调配步骤 最小元素法-即对运距最小的一对填挖区优先地、 最大限度地供应土方量，采用此法可减少检验次数。 列出土方平衡-运距（或单位运价）表 初始调配方案编制-采用最小元素法 最优方案的判别法-闭回路法、位势法、 假想价格系数法。 方案的调整 土方工程-场地平整 2020 5、用“ 表上作业法”进行土方调配实例 右图为一矩形广场，图中 小方格中的数字为各调配区 的土方量，箭杆上的数字则 为各调配区之间的平均运距 。 试求最优土方调配方案 。 土方工程-场地平整 2121 （1）编制初始调配方案 初始方案的编制采用“ 最小元素法”，即对应于价 格系数cij最小的土方量xij取最大值，由此逐个确定调配 方格的土方数及不进行调配的方格。 土方工程-场地平整 2222 第一步：将土方数及价格系数 填入计算表中 土方工程-场地平整 2323 第二步：按“ 最小元素法”填入 土方数 土方工程-场地平整 2424 土方工程-场地平整 2525 （2）最优方案判别： -假想价格系数法 该方法是设法求得无调配土方方格的检验数ij， 判别ij是否非负，如所有检验数ij0，则方案为最 优方案，否则该方案不是最优方案，需要进行调整。 土方工程-场地平整 2626 有调配土方方格的假想价格系数cij=cij； 无调配土方方格的假想价格系数用下式计算： cef+cpq=ceq+cpf 第二步：求出无调配土方方格的检验数： ij=cij-cij 第一步：求出各方格的假想价格系数cij ： 土方工程-场地平整 2727 求各方格的假想价格系数: 土方工程-场地平整 2828 求无调配土方方格的检验数: 土方工程-场地平整 2929 （3）方案的调整 第一步：在所有负检验数中选一个，把它所对应的 变量xij作为调整对象。 第二步：找出xij的闭回路。 其作法是：从xij 格出发，沿水平与竖直方向前进， 遇到适当的有数字的方格作900转弯（也不一定转弯）， 然后继续前进，如果路线恰当，有限步后便能回到出发 点，形成一条以有数字的方格为转角点的、用水平和竖 直线联起来的闭回路。 土方工程-场地平整 3030 闭回路： 土方工程-场地平整 3131 第三步：从空格xij出发，沿着闭回路（方向任意 ）一直前进，在各奇数次转角点（以xij 出发点为0） 的数字中，挑出一个最小的x，将它调到xij 方格中（ 即空格中）。 第四步：将“ x”填入xij 方格中，被挑出的x为0 （该格变为空格）同时将闭回路上其他的奇数次转角 上的数字都减去“ x”。偶数次转角上数字都增加“ x”，使得填控方区的土方量仍然保持平衡，这样调整 后，便可得到新调配方案。 土方工程-场地平整 3232 检验数： 土方工程-场地平整 3333 z = 40050+10070+50040+40060+10070+40040 = 94000 （m3.m) 最优土方调配方案的土方总运输量为： 土方调配图： 土方工程-场地平整 土方调配例题2 3434 土方工程 第三节 基坑工程 一、土方工程施工前的准备工作 1、场地清理； 2、排除地面水； 3、修筑好临时道路及供水、供电等临时设施； 4、做好材料、机具及土方机械的进场工作； 5、做好土方工程测量、放线工作； 6、做好边坡稳定、基坑（槽）支护、降低地下水工作 。 3535 土方工程-基坑工程 二、土方边坡及其稳定 1、土方边坡： 土方边坡坡度以其高度h与其底宽b之比表示。 边坡可做成直线形、折线形或踏步形。 3636 2、边坡的稳定 （1）破坏形式： 土方工程-基坑工程 3737 （2）引起抗剪强度降低的原因 气候的变化使土质松散； 粘土中的夹层因浸水而发生润滑作用； 饱和细砂、粉砂因受振动而液化。 （3）引起土体内剪应力增加的原因： 边坡上面荷载增加，尤其是附近有动荷载； 因下雨使土的含水量增加，因而使土体增重，并在土 中渗流产生一定的动水压力； 土体裂缝中的水产生静水压力。 土方工程-基坑工程 3838 三、基坑（槽）支护 1、横撑式支撑： 开挖较窄的沟槽。 土方工程-基坑工程 3939 横撑式支撑计算简图： 土方工程-基坑工程 4040 （1）由挡墙系统和支撑（或拉锚）系统组成。 2、板桩支护结构： 土方工程-基坑工程 4141 型钢、钢板桩、钢筋混凝土板桩、钢筋混凝土灌注 桩、地下连续墙，少量采用木材。 支撑系统一般采用大型钢管、h型钢或格构式钢支 撑，也可采用现浇钢筋混凝土支撑。 拉锚系统材料一般用钢筋、钢索、型钢或土锚杆 。 支撑或拉锚与挡墙系统通过围檩、压顶梁等连接成 整体。 挡墙系统常用的材料有： 土方工程-基坑工程 4242 （2）单支点板桩的事故原因： 板桩的入士深度不够 在土压力作用下，板桩的入土部分走动而出现坑壁滑坡； 拉锚的强度不够 板桩在土压力作用下倒塌，或长度不足，锚碇失去作用而使土 体滑动； 板桩本身刚度不够 在土压力作用下失稳而弯曲。 入土深度、支撑或锚杆反力和截面弯矩称为板桩设计 的“ 三要素” 土方工程-基坑工程 4343 单支点板桩的工程事故： 土方工程-基坑工程 4444 （3）钢板桩施工： 单独打入法：易向一边倾斜，累计误差不易纠正。 围檩插桩法：可保证平面尺寸精确和钢板桩垂直度 ，施工速度慢，不经济。 分段复打桩：又称屏风法，可防止板桩过大的倾斜 和扭转，防止误差积累，有利实现封闭合拢，且分段 打设，不会影响邻近板桩施工。 打桩方法： 土方工程-基坑工程 4545 深层水泥土搅拌桩围护结构是近年来发展起来的重力 式围护结构，它由搅拌桩机将水泥和土强行搅拌，形成柱 状的水泥土搅拌桩，水泥土柱状加固体连续，搭接形成重 力挡墙，具有挡土支护能力。 由于水泥土的渗透系数很小，一般不大于107cm/s， 故它兼有隔水作用。 它适用于46m深的基坑，最大可达7m左右。 3、重力式围护结构： 土方工程-基坑工程 4646 水泥土重力式围护结构的计算简图： 土方工程-基坑工程 4747 四、流砂及其防治 动水压力：在地下水动力学中又称“ 渗透压力” 当采用集水坑排水时，由于地下水的平衡遭到破 坏，地下水面和坑底之间存在着水头差，而产生渗流 ，引起水在土中的流动，随着坑底挖土深度的加深， 该水头差也随之增大，水在渗流过程中受到土粒的阻 力，而水对土粒产生一种反力，这种反力就叫动水压 力。 1、流砂现象的产生： 土方工程-基坑工程 4848 动水压力的作用方向与水流方向相同 条件1：水流方向从下向上； 条件2：动水压力等于或大于土的浮重度。 满足以上条件时，土粒处于悬浮状态，能随着渗 流的水一起流动，带入基坑，便发生流砂现象。 流砂产生的条件： 土方工程-基坑工程 4949 2、流砂的防治： （1）防治途径：减小或平衡动水压力； 设法使动水压力方向向下； 截断地下水流。 （2）具体措施：枯水期施工 冻结法 打钢板桩法 水下挖土法 人工降低地下水位法 地下连续墙法 土方工程-基坑工程 5050 五、降水 地下水对施工的影响 管涌 涌砂 由排水坑引起的涌砂 管涌孔流出的涌砂 桩周围的管涌 挡土墙倒塌 土方工程-基坑工程 5151 (一)、集水坑排水施工法： 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。 土方工程-基坑工程 5252 适用于含水层深 、含水量大的情况 (二)、深井排水施工法 土方工程-基坑工程 5353 1、井点降水的作用： (三)、井点降水施工法： 土方工程-基坑工程 5454 2、井点降水的种类： 实际工程中，一般轻型井点应用广泛。 土方工程-基坑工程 5555 3、一般轻型井点降水： 土方工程-基坑工程 5656 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。 （1）一般轻型井点设备： 土方工程-基坑工程 5757 a轻型井点设备工作原理： （2）轻型井点布置和计算 ： 土方工程-基坑工程 5858 b应掌握的资料： 、水文地质资料：地下水含水层厚度、 承压或非承压及地下水变化情况 、 土质、土的渗透系数、 不透水层位置。 、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。 土方工程-基坑工程 5959 c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。 d布置和计算步骤 确定平面布置高程布置计算井点管数量等 调整 、高程布置：确定井点管的埋置深度。 土方工程-基坑工程 6060 e轻型井点设计计算方法： 确定平面布置： 土方工程-基坑工程 6161 单排布置：适用于基坑、槽宽度小于6，且降水深 度 不超过5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。 双排布置：适用于基坑宽度大于6或土质不良的情况。 环形布置：适用于大面积基坑。如采用u形布置，则井 点管不封闭的一段应设在地下水的下游方向 。 土方工程-基坑工程 6262 高程布置： 确定井点管埋深，即滤管上口至总管埋设面的距离 。 土方工程-基坑工程 6363 h h1hil 高程计算公式： 式中： h井点管埋深（； h1总管埋设面至基底的距离（）； h基底至降低后的地下水位线的距离（）； 水力坡度； l井点管至水井中心的水平距离，当井点管为 单排布置时，l为井点管至对边坡脚的水平距离（） 。 土方工程-基坑工程 6464 计算结果尚应满足下式： h hpmax 一般轻型井点67。 式中 ：hpmax抽水设备的最大抽吸高度， 土方工程-基坑工程 6565 有关数据的取值 ： （） i的取值：当单排布置时i1/41/5； 当双排布置时i1/7； 当环形布置时i1/10。 （）为井点管至水井中心的水平距离，当基坑井点管 为环形布置时，l取短边的长度。 （）井点管布置应离坑边有一定距离（0.71），以 防止边坡塌土而引起局部漏气。 （） h一般取0.51，根据工程性质和水文地质状况确定 。 土方工程-基坑工程 6666 （） 实际工程中，井点管均为定型的，有一定标准长 度。通常根据给定井点管长度验算h，如h0.51 ，则可满足。 计算公式如下： hh 0.2 hil 式中：h井点管长度 0.2井点管露出地面的长度 土方工程-基坑工程 6767 总管及井点管数量的计算 ： （）水井的分类 ： 土方工程-基坑工程 6868 （）裘布依理论 抽水影响半径内，从含水层的顶面到底部任意点 的水力坡度是一个恒值，并等于该点水面处的斜率； 抽水前地下水是静止的，即天然水力坡度为零；对于 承压水，顶、底板是隔水的；对于潜水适用于井边水 力坡度不大于l4，底板是隔水的，含水层是均质水 平的；地下水为稳定流（不随时间变化）。 基本假定 ： 土方工程-基坑工程 6969 当均匀地在井内抽水 时，井内水位开始下降。 经过一定时间的抽水，井 周围的水面就由水平的变 成降低后的弯曲水面，最 后该曲线渐趋稳定，成为 向井边倾斜的水位降落漏 斗。 右图为无压完整井抽 水时水位的变位情况。 土方工程-基坑工程 7070 依据裘布依理论得出以下公式 ： 无压完整单井的涌水量计算公式： 为单井的半径（）。 式中：r为单井的降水影响半径（）； 土方工程-基坑工程 7171 但在井点系统中，各井点管是布置在基坑周围，许 多井点同时抽水，即群井共同工作，其涌水量不能用各 井点管内涌水量简单相加求得。 群井涌水量的计算，可把由各井点管组成的群井系 统，视为一口大的单井，设该井为圆形的，可得出群井 的涌水量计算公式： 土方工程-基坑工程 7272 土方工程-基坑工程 7373 式中： 群井降水影响半径（） 井点管中的水深（） 群井的涌水量计算公式 ： 由井点管围成的大圆井的半径（） 土方工程-基坑工程 7474 假设在群井抽水时，每一井点管（视为单井）在大 圆井外侧的影响范围不变，仍为r，则有: 设 则实际应用的无压完整群井系统涌水量计算公式为： 土方工程-基坑工程 7575 同理可推出承压完整井的涌水量公式 ： 式中：m含水层厚度（） 单井 ： 群井 ： 土方工程-基坑工程 7676 单井计算图 ： 土方工程-基坑工程 7777 无压非完整井的井点系统涌水量公式： 式中：h0有效含水深度（或抽水影响深度）。 当计算出的 h0 大于实际含水层厚度 h 时，取 h0h 表中：s为井点管内水位降落值（） 为滤管长度（） 土方工程-基坑工程 7878 应用上述公式时先要确定x0，r，k 第一步：确定x0 由于基坑大多不是圆形，因而不能直接得到x0。当 矩形基坑长宽比不大于5时，环形布置的井点可近似作 为圆形井来处理，并用面积相等原则确定，此时将近 似圆的半径作为矩形水井的假想半径： f 环形井点所包围的面积（） x0环形井点系统的假想半径（） 土方工程-基坑工程 7979 第二步：确定r 抽水影响半径，与土的渗透系数、含水层厚度、水 位降低值及抽水时间等因素有关。 在抽水25后，水位降落漏斗基本稳定，此时抽 水影响半径可近似地按下式计算： 土方工程-基坑工程 8080 第三步：确定k 渗透系数 k 值对计算结果影响较大。k值的确定可 用现场抽水试验或实验室测定。对重大工程，宜采用现 场抽水试验以获得较准确的值。 土方工程-基坑工程 8181 （c）单根井管的最大出水量 ： (根) 式中：l总管长度（） 井点管最少根数 （d）井点管最少数量： 滤管直径（） （e）井点管最大间距： 土方工程-基坑工程 8282 4、轻型井点的施工： 施工过程： （1）准备工作：井点设备、动力、水源及必要材料的准 备，排水沟开挖，附近建筑物的标高观 测以及防止附近建筑物沉降措施的实施 。 （2）井点系统的埋设： 埋设井点的程序：先排放总管，再埋设井点管，用 弯联管将井点与总管接通，然后安装抽水设备。 井点管的埋设方法：水冲法（分冲孔与埋管两过程） 土方工程-基坑工程 8383 注意事项： 冲孔深度宜比滤管底 深 0.5左右。 保证在井点管与孔壁 之间填筑沙滤层的质 量。 井点填砂后，须用粘 土封口，以防漏气。 土方工程-基坑工程 8484 （3）使用及拆除： 井点系统全部安装完毕后，需进行试抽，以检查有 无漏气现象。 正常的排水是细水长流，出水澄清。 抽水时需要经常检查井点系统工作是否正常，以及 检查观测井中水位下降情况，如果有较多井点管发生堵 塞，影响降水效果时，应逐根用高压水反向冲洗或拔出 重埋。 土方工程-基坑工程 8585 （4）井点回灌： 目的：消除周围土壤因固结而引起的地面沉陷。 土方工程-基坑工程 8686 六、土方的填筑与压实六、土方的填筑与压实 土方工程-基坑工程 8787 （一）主要挖土机械的性能 ： 1、推土机： 特点：能单独进行挖土、运土、卸土工作，操纵灵活 ， 运转方便，所需工作面较小，行驶速度快，易 于转移，能爬300左右的缓坡。 适用范围：施工场地清理，场地平整，开挖深度不大 的基坑以及沟槽的回填土等。 土方工程-基坑工程 8888 t2100型推土机外形图 土方工程-基坑工程 8989 提高推土机效率的方法 ： （1）槽形推土 （2）下坡推土 （3）并列推土 土方工程-基坑工程 9090 2、铲运机 ： 特点：一种能综合完成全部土方施工工序（挖土、运 土、卸土和平土）的机械。对行驶道路要求低 ， 操纵灵活，生产效率较高。 适用条件：地形起伏不大，坡度在 200 以内的大面积场 地平整，大型基坑开挖等。宜于开挖含水量 不超过27的松土和普通土。硬土需先松动 后，才可开挖。 土方工程-基坑工程 9191 铲运机分类 ： 按行走机构分：拖式铲运机和自行式铲运机 土方工程-基坑工程 9292 提高生产率的方法 ： （1）下坡铲土 （2）跨铲法 （3）推土机助铲法 铲运机开行路线： 土方工程-基坑工程 9393 3、挖掘机（单斗挖土机） ： 分类 ： 按行走方式不同分为：履带式和轮胎式。 按传动方式分为：机械传动和液压传动。 按工作装置不同分为：正铲、反铲、抓铲、拉铲 。 土方工程-基坑工程 9494 （1）正铲挖掘机 前进向上，强制切土。 开挖停机面以 上的松软土，普通 土，次坚土，坚土 。 宜用于开挖高度 大于2的干燥基坑 及土丘。 土方工程-基坑工程 9595 正铲开挖方式： 正向开挖，侧向装土。 正向开挖，后方装土。 根据开挖路线与汽车相对位置的不同分为： 土方工程-基坑工程 9696 （2）反铲挖掘机 后退向下，强制切土。 开挖停机面以下的松软土，普通土。 宜于开挖深度不大于4的基坑，尤其适用于开挖 独立柱基，以及泥泞的或地下水位较高的土壤。 反铲开挖方式： 沟端开挖法：即反铲停于沟端，后退挖土，向沟一 侧弃土或装汽车运走。 沟侧开挖法：即反铲停于沟侧，沿沟边开挖，可将 土弃于距沟边较远的地方。 土方工程-基坑工程 9797 反铲挖掘机外形及开挖方式图 土方工程-基坑工程 9898 （3）拉铲挖掘机 后退向下，自重切土。 开挖停机面以下一类至三类的土。 可开挖较大基 坑（槽）和沟渠， 挖取水下泥土或填 筑路基、堤