土石方工程.ppt

1,天津理工大学管理学院TianjinUniversityofTechnologySchoolofManagement,第一章土方工程,2,天津理工大学管理学院TianjinUniversityofTechnologySchoolofManagement,第一章土方工程,主要内容：掌握土的性质和工程分类掌握场地平整土方量的计算了解土方边坡和土壁支护的形式掌握降水方式及各自的适用范围和特点了解各种土方机械教学重点：场地设计标高计算的方法；土壁支护方式；降水的方式及其适用的范围；各种土方机械；课时安排：3学时,本章主要内容及教学重点,3,在建筑工程建设过程中，土方工程是整个建设工程施工过程中的第一道工序，也是最关键的基础工作，其施工质量直接影响到整个工程的质量，土方工程具有施工条件复杂，工期长，投资大，影响面广的特点。,第一节概述,第一章土方工程,概述,4,土方工程施工特点：1、工程量大、劳动繁重和施工条件复杂；2、受气候、水文、地质、地下障碍等因素的影响较大，不可确定的因素也较多，有时施工条件极为艰苦。因此，在组织土方工程施工前，应根据现场条件，制定出技术可行经济合理的施工方案。,最常见的土方工程有：场地平整、基坑（槽）开挖、地坪填土、路基填筑及基坑回填土等。此外，排水、降水、土壁支撑等准备工作和辅助工作也是土方工程中必须认真设计与实施安排的。,概述,第一章土方工程,随着建筑设计的日趋复杂，土方工程规模也不断扩大。建筑工程施工技术的不断发展，保证了在城市中心建造超高层建筑的可能性,如上海中心。,上海中心基坑工程,5,第一章土方工程,土方机械化施工,土方工程,基坑开挖,场地平整,土的工程性质,土的分类,竖向规划设计,土方量的计算,土方调配,土壁支护,土方的填实与压实,土方机械,基坑降水,土方边坡及稳定,概述,本章知识构架,习题课,6,根据开挖的难易程度松软土、普通土、坚土、砂砾坚土、软石、次坚石、坚石、特坚石。根据颗粒级配与塑性指数岩石、碎石土、砂土、粉土、粘性土、人工填土。,、土的工程分类,第一章土方工程,7,松软土,普通土,坚土,砂砾坚土,第一章土方工程,8,软石（页岩）,次坚石（石灰岩）,坚石（大理岩）,特坚石,第一章土方工程,9,土的构成：固体颗粒、水和气体三部分。土的体积：V=Vw+Va+VsVv+Vs（式中：Vw水的体积，Vs土颗粒的体积，Va气体体积，Vv孔隙的体积。）土的质量：M=Mw+Ms（式中：Mw水的质量，Ms土颗粒的质量。）土的密度：M/V,、土的工程性质,第一章土方工程,10,是指自然状态下的土，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。用可松性系数表示。,()土的可松性,KS:最初可松性系数KS:最终可松性系数V1:土在天然状态下的体积(m3)V2:土经开挖后的松散体积(m3)V3:土经回填压实后的体积(m3),注：V2V3V1；KsKs1.0,思考：工程量清单中挖一般土方的工程量是指哪个体积？,第一章土方工程,11,例1已知某工程挖土方为1500m3，其中需填一体积为500m3的洼地，余土全部运走，已知该土的可松性系数Ks=1.25，Ks=1.05。设每辆汽车一次可运3m3，问需要运输的车次为多少？解：V1=1500；V3=500需要运输的土方量：V=V1Ks-V2=15001.25-1.25/1.05500=1875-595.24=1279.76m3n=1279.76/3=426.59427次,第一章土方工程,12,是指土中所含水的质量与固体颗粒质量之比。,（）、土的含水量,注：Mw土中水的质量，为含水状态时土的质量与烘干后的土质量之差；Ms土中固体颗粒的质量，为烘干后的土的质量；,土体孔隙中的自由水在重力作用下会透过土体运动，这种被水透过的性质称为土的渗透性，用土的渗透系数表示。,（）、土的渗透性,土渗透性比较：粘土粉土砂土砾石,第一章土方工程,（4）、土的密度及干密度,土的天然密度是指土在天然状态下单位体积的质量；土的干密度是指单位体积内土的颗粒质量与总体积的比值。,13,第二节场地平整,1、场地设计标高的确定2、计算土方工程的方法方格网法3、土方调配遵循的原则,第一章土方工程,将自然地面改造成人们所要求的平面。,习题课,14,场地平整土方量计算与调配步骤,第二节场地平整,15,（）地形图方格网,（）设计标高示意图等高线自然地面设计平面,场地设计标高示意图,、初步计算场地设计标高,第二节场地平整,16,对以上所计算的的标高，属于初步计算值，还需考虑以下因素进一步调整。,2、计算设计标高的调整,由于土具有可松性，必要时应相应地提高设计标高场内挖方、填方对设计标高的影响考虑施工经济的影响考虑泄水坡度对设计标高的影响,第二节场地平整,17,H0-场地中心的标高(m)Hi-考虑泄水坡度角点的设计标高(m)Lx,ly-计算点沿x,y方向距场地中心点的距离Ix,iy-场地在x,y方向的泄水坡度由场地中心点沿方向指向计算点时，同向取“-”号，反向取“+”号注：设计无要求时，泄水坡度0.002,例：考虑泄水坡度，场地设计标高公式：,第二节场地平整,18,划分方格网图形（）、图形（）计算零点位置计算场地填挖土方量a.四棱柱体（一）、（二）、（三）b.三角棱柱体,方格网法的计算步骤,2、计算土方工程的方法,第二节场地平整,19,“零点”方格边界上施工高度为0的点。（在相邻角点施工高度为一挖一填的方格边线上，用插入法求出零点的位置）“零线”“零点”所连成的线。问：“零线”是否是挖填区的分界线？“零线”是否是一条连续的线？在一个场地上是否会有多条“零线”？,零点的确定,第二节场地平整,20,方格四个角点全部为填（或挖），其土方量为：图形其中：V挖方或填方的体积（m3）h1h2h3h4方格角点的施工高度（m），以绝对值代入,a.四棱柱体法计算土方量（一）,第二节场地平整,21,方格的相邻两角点为挖，另两角点为填，其土方量为：图形其中：V挖方或填方的体积（m3）h1h2h3h4方格角点的施工高度（m），以绝对值代入,.四棱柱体法计算土方量（二）,第二节场地平整,22,方格的三个角点为挖，另一个角点为填（或相反），其土方量为：图形其中：V挖方或填方的体积（m3）h1h2h3h4方格角点的施工高度（m），以绝对值代入,.四棱柱体法计算土方量（三）,第二节场地平整,23,挖方与填方基本达到平衡，减少重复挖运。挖填方量与运距的乘积之和尽可能为最小，即总土方运输量或运输费用最小。好土应用在回填密实度要求较高的地区，以避免出现质量问题。取土或弃土应尽量不占农田或少占农田，弃土尽可能有规划地造田。分区调配应与全场调配相协调，避免只顾局部平衡，任意挖填而破坏全局平衡。调配应与地下构筑物的施工相结合，地下设施的填土，应予预留。选择恰当地调配方向、运输路线、施工顺序，避免土方运输出现对流和乱流现象，同时便于机具调配、机械化施工。,、土方调配遵循的原则,第二节场地平整,24,第三节基坑工程,一、土方边坡二、基坑工程三、降水工程四、土方机械化施工,第一章土方工程,上海中心大厦基坑,25,第三节基坑工程土方放坡,土方工程为什么要进行边坡的稳定处理？,土方开挖过程中,土壁是由土体内磨擦阻力和粘结力保持平衡而稳定。一旦土体竖向荷载超过临界值，便失去平衡(俗称失稳),土体就会塌方,这不仅会造成人身安全事故、影响工期,有时还会危及附近的建(构)筑物。,26,造成边坡失稳的原因是什么？,边坡过陡；雨水、地下水渗入基坑;基坑上口边缘堆载过大;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。,第三节基坑工程土方放坡,岩崩滑坡事故现场全景,27,留设边坡需考虑的因素有哪些？,第三节基坑工程土方放坡,挖填高度：高度大则坡度系数大，反之坡度系数小，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；反之坡度系数小；,施工特点：坡顶是否有荷载？施工季节及施工期长短？人工作业还是机械作业？,28,第三节基坑工程土方放坡,身边常见的场地边坡的整治工程有哪些？,锚索抗滑桩,川藏公路102滑坡整治改建工程,岩质边坡采用锚喷支护,锚杆行列式布置,间距1.253m,倾角10200;岩石护面喷射砼,高达530m的边坡锚固,29,第三节基坑工程基坑支护,基坑的分类？,一级基坑：重要工程，支护结构与基础结构合一工程，开挖深度10m，临近建筑物、重要设施在开挖深度以内；开挖影响范围内有历史或近代优秀建筑、重要管线需严加保护；三级基坑：开挖深度7m，且无特别要求的基坑；二级基坑：不属于一级或三级的其它基坑。,危险性较大的分部分项工程安全管理办法的通知中规定：一般深基坑是指开挖深度超过5米（含5米）或地下室三层以上（含三层），或深度虽未超过5米，但地质条件和周围环境及地下管线特别复杂的工程。,深基坑：,30,第三节基坑工程基坑支护,按照施工工艺区分：无支护开挖放坡开挖；（简单经济，但环境条件需满足）有支护开挖在支护系统保护下的开挖；,基坑支护（开挖）分类？,无支护开挖,有支护开挖,31,第三节基坑工程基坑支护,放坡开挖的要求?,放坡开挖较经济，无支撑施工，施工主体工程作业空间宽余、工期短；适合于基坑四周空旷处有场地可供放坡，周围无邻近建筑设施；软弱地基不宜挖深过大，因需较大量地基加固。对深度大于5m的土质边坡，应分级放坡开挖，设置分级过渡平台，各级过渡平台的宽度为1.01.5m，必要时台宽可选0.61.0m，小于5m的土质边坡可不设过渡平台。岩石边坡过渡平台的宽度不小于0.6m，施工时应按上陡下缓原则开挖，坡度不宜超过1:0.75。,保护处理的方法有水泥抹面、铺塑料布或土工布、挂网喷水泥浆、喷射砼护面以及浆砌片石等,32,第三节基坑工程基坑支护,安全等级三级，深度不大的基坑应采用哪些支护方式？,深度不大的三级基坑，当放坡开挖有困难时，可采用短柱横隔板支撑、临时挡土墙支撑、斜柱支撑、锚拉支撑等支护方法。,仅适用于部分地段放坡不够、宽度较大的基坑使用,仅适用于部分地段下部放坡不够、宽度较大的基坑使用,临时挡土墙支撑,短柱横隔板支撑,33,第三节基坑工程基坑支护,斜柱支撑,锚拉支撑,斜柱支撑：先沿基坑边缘打设柱桩，在柱桩内侧支设挡土板并用斜撑支顶，挡土板内侧填土夯实。适用于深度不大的大型基坑使用。,锚拉支撑：先沿基坑边缘打设柱桩，在柱桩内侧支设挡土板，柱桩上端用拉杆拉紧，挡土板内侧填土夯实。适用于深度不大、不能安设横(斜)撑的大型基坑使用。,34,第三节基坑工程基坑支护,简易的基槽采用什么样的支护结构？,基(沟)槽开挖一般采用横撑式土壁支撑。可分为水平挡土板及垂直挡土板两大类。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3m时，可用间断式水平挡土板支撑。,间断式水平挡土板支撑,垂直挡土板式支撑,35,第三节基坑工程基坑支护,安全等级一、二级的深基坑，常用的支护方式有哪些？,36,第三节基坑工程基坑支护,悬臂桩的间隔式排桩支护,桩顶连系梁又称冠梁,悬臂支护桩,排桩支护的适用范围与施工工艺？,适于开挖面积大、深度6m、不允许放坡、邻近有建(构)筑物的基坑支护。施工方便、安全度好、费用低。,挡土灌注桩排桩支护,第三节基坑工程基坑支护,开挖前在基坑周围设置砼灌注桩，桩的排列有间隔式、双排式和连续式，桩顶设置砼连系梁或锚桩、拉杆。,直径0.61.1m的钻孔灌注桩可用于深713m的基坑支护，直径0.50.8m的沉管灌注桩可用于深度在10m以内的基坑支护,单层地下室常用0.81.2m的人工挖孔灌注桩作支护结构。,钢筋砼灌注桩的排列方式,排桩支护的施工工艺：,第三节基坑工程基坑支护,土钉墙支护的适用范围与施工工艺？,天然土体通过钻孔、插筋、注浆来设置土钉(亦称砂浆锚杆)并与喷射砼面板相结合，形成类似重力挡墙的土钉墙,以抵抗墙后的土压力，保持开挖面的稳定。也称为喷锚网加固边坡或喷锚网挡墙。,用于深12m的二、三级非软土基坑。地下水位较高时，应采取降水或截水措施。,39,1、开挖工作面,2、修正坡面,3、喷射第一层混凝土,土钉支护施工工艺,第三节基坑工程基坑支护,40,4、钻孔,5、安设土钉,6、孔内注浆,土钉支护施工工艺,第三节基坑工程基坑支护,41,7、安设连接件,8、绑扎钢筋网,土钉支护施工工艺,第三节基坑工程基坑支护,42,9、喷射第二层混凝土,土钉支护施工工艺,第三节基坑工程基坑支护,第三节基坑工程基坑支护,锚杆支护的适用范围与施工工艺？,适于较硬土层或破碎岩石中开挖较大较深基坑，邻近有建筑物须保证边坡稳定时采用。,是在未开挖的土层立壁上钻孔至设计深度，孔内放入拉杆，灌入水泥砂浆与土层结合成抗拉力强的锚杆，锚杆一端固定在坑壁结构上，另一端锚固在土层中，将立壁土体侧压力传至深部的稳定土层,第三节基坑工程基坑支护,锚杆支护施工工艺,冲击式钻机造孔旋转式钻机造孔锚杆造孔近景,造孔：包括钻机就位、施钻成孔、清孔三个作业步骤。造孔用冲击式钻机、旋转式钻机或旋转式冲击钻机，偏心钻机跟进护壁套管方式钻进，造孔须干钻，严禁水钻；考虑沉渣厚度，孔底应超钻3050mm；成孔后高压风清洗孔壁，以保证砂浆与孔壁的粘结力。,开山牌MGY-60型风动冲击式锚杆钻机,第三节基坑工程基坑支护,制作完毕的锚索,锚杆的制作与安装,包括下料、除锈防腐、焊接导向锥、绑扎、入孔六个步骤。拉杆常用钢管、粗钢筋或钢丝束、钢绞线制成的锚索。锚索预留长度为1-1.5m，锚固段间隔1-2m设置隔离架和紧箍环，中心布置灌浆管；自由段外套塑料管，前端切实作好隔浆措施。,锚索入孔,导向锥起入孔导向作用,紧箍环,自由段外套塑料管,锚索预留长度,第三节基坑工程基坑支护,注浆锚杆逐层向下支护施工,灌浆,基坑锚杆常采用埋管式灌浆的一次灌浆法，即由孔底向上有压一次性灌浆,压力0.60.8MPa，砂浆至孔口溢满为止，注浆管不拔出；当土体松散或岩石破碎易发生漏浆时采用二次灌浆法。,制浆,第三节基坑工程基坑支护,挡土灌注桩与土层锚杆结合支护的施工工艺与适用范围？,桩顶不设锚桩、拉杆,而是挖至一定深度,每隔一定距离向桩背面斜向打入锚杆,达到强度后,安上横撑,拉紧固定,在桩中间挖土,直至设计深度,冠梁,悬臂支护桩,锚杆及横撑,适于大型较深基坑,施工期较长,邻近有建筑物,不允许支护、邻近地基不允许有下沉位移时使用,第三节基坑工程基坑支护,在城市中心施工的超高层建筑应采用何种基坑支护方式？,上海环球金融中心基础施工,地下连续墙,多用于12m以下，安全等级为一、二、三级的深基坑；与钻孔灌注桩相比，更有整体性好、抗渗止水的特点。,49,利用各种挖槽机械，借助于泥浆的护壁作用，在地下挖出窄而深的沟槽，并在其内浇注适当的材料而形成一道具有防渗（水）、挡土和承重功能的连续的地下墙体。能够有效防止基坑开挖对邻近建筑物安全稳定的影响。,地下连续墙：,应用领域：目前地下连续墙已广泛用于大坝坝基防渗、竖井开挖、工业厂房重型设备基础、城市地下铁道、高层建筑深基础、铁道和桥梁工程、船坞、船闸、码头、地下油罐、地下沉碴池等各类永久性工程。,第三节基坑工程基坑支护,30m深地下连续墙钢筋笼,50,第三节基坑工程基坑支护,地下连续墙的施工工艺？,导墙施工成槽机抓土钢筋笼起吊钢筋笼入槽,连续墙砼浇筑锁口管起拔进入第二槽段施工,51,第三节基坑工程基坑支护,采用了地下连续墙就一定能够保证基坑的稳定？,大型深基坑的钢管对撑支护钢筋砼构架式内撑支护,52,第三节基坑工程基坑支护,53,第三节基坑工程基坑支护,钢管支撑一般采用609钢管,用不同壁厚适应不同的荷载.钢管支撑的形式为对撑或角撑,对撑的间距较大时,可设置腹杆形成桁架式支撑,(1)钢管支撑,54,第三节基坑工程基坑支护,地铁车站的多道钢管对撑支护,大型深基坑的钢管角撑,共70页第34页,钢管内支撑的地面拼装,大型深基坑的挡墙钢管内支撑支护,55,第三节基坑工程基坑支护,钢筋砼内支撑,钢筋砼内支撑刚度大、变形小,能有效控制挡墙和周围地面的变形。它可随挖土逐层就地现浇,形式可随基坑形状而变化,适用于周围环境要求较高的深基坑,56,第三节基坑工程基坑支护,就地制作钢筋砼内支撑,平面尺寸大的内支撑应在交点处设置立柱,立柱宜为格构式柱,以免影响底板穿筋,立柱下端插入工程桩内2m,否则应设置专用的桩基础,内支撑下挖桩间土方,57,第三节基坑工程基坑支护,58,多用于深715m，基坑侧壁安全等级为一、二、三级的基坑工程。在软土地区多加内撑（或拉锚），如用悬臂式结构，坑深5m。,钻孔灌注桩,土钉墙,用于深12m的二、三级非软土基坑。地下水位较高时，应采取降水或截水措施。,地下连续墙,地下连续墙多用于12m以下，安全等级为一、二、三级的深基坑；与钻孔灌注桩相比，更有整体性好、抗渗止水的特点。,挡土灌注桩与土层锚杆结合支护,适于大型较深基坑,施工期较长,邻近有建筑物,邻近建筑物不允许有下沉和水平位移时使用。,锚杆支护,适于较硬土层或破碎岩石中开挖较大较深基坑，邻近有建筑物须保证边坡稳定时采用。,支护方式要点回顾,59,第三节基坑工程降水工程,三、降水工程,60,请首先联想计量课有关知识问题、沟槽、基坑土类别不同时的放坡起点和放坡系数？问题、施工排水降水费属于技术措施费还是组织措施费？问题、定额中如何区分湿土与淤泥（或流砂）？问题、如何利用“水文地质”进行不平衡报价？,第三节基坑工程降水工程,61,第三节基坑工程降水工程,为什么要进行基坑的降水?,基坑开挖时，流入坑内的地下水和地表水如不及时排除，会使施工条件恶化、造成土壁塌方，亦会降低地基的承载力。施工排水可分为明排水法和人工降低地下水位法两种。,62,第三节基坑工程降水工程,明排水法的施工工艺？,1.明沟与集水井排水,在基坑的一侧或四周设置排水明沟，在四角或每隔2030m设集水井,排水沟始终比开挖面低0.40.5m，集水井比排水沟低0.51m，在集水井内设水泵将水抽排出基坑。适用于土质好、地下水量不大的基坑排水。,普通与集水井排水法,2.分层明沟排水,当基坑土层由多种土层组成,中部夹有透水性强的砂类土时,为防止上层地下水冲刷基坑下部边坡,宜在基坑边坡上分层设置明沟及集水井。,分层明沟排水法,63,第三节基坑工程降水工程,集水井降水施工流程动画,64,第三节基坑工程降水工程,沙湾电站厂房深基坑排水施工全景,65,第三节基坑工程降水工程,人工降低地下水位的适用范围与施工工艺？,在含水丰富的土层中开挖大面积基坑时，明沟排水法难以排干大量的地下涌水，当遇粉细砂层时，还会出现严重的翻浆、冒泥、涌砂现象，不仅基坑无法挖深，还可能造成大量的水土流失、边坡失稳、地面塌陷，严重者危及邻近建筑物的安全。,基坑底低于地下水位时基底会不停的渗水,人工降水方法主要有：轻型井点、喷射井点、电渗井点、管井井点，统称井点降水。,遇有此种情况时应采用井点降水的人工降水方法施工,66,第三节基坑工程降水工程,轻型井点降水的施工工艺与适用范围？,轻型井点是沿基坑四周将井点管埋入蓄水层内，利用抽水设备将地下水从井点管内不断抽出，将地下水位降至基坑底以下。适用于渗透系数为0.150m/d的土层中。降水深度：单级井点36m，多级井点612m。,轻型井点法降低地下水位全貌图基坑轻型井点降水,67,第三节基坑工程降水工程,轻型井点降水原理动画,68,第三节基坑工程降水工程,轻型井点降水井管埋设原理原理动画,69,第三节基坑工程降水工程,管井井点降水的施工工艺与适用范围？,管井井点由滤水井管、吸水管和抽水机组成。管井埋设的深度和距离根据需降水面积、深度及渗透系数确定，一般间距1050m，最大埋深可达10m，管井距基坑边缘距离1.5m(冲击钻成孔)或3m(钻孔法成孔)，适用于降水深度35m、渗透系数为20200m/d的基坑中施工降水。管井井点设备简单、排水量大、易于维护、经济实用。,管井埋设管井填充滤料管井抽排水施工,70,第三节基坑工程降水工程,如需降水深度较大，可采用深井井点,适用于降水深度15m、渗透系数为10250m/d的基坑。故称为“深井泵法”。,管井井点构造,标准管井小井管井,深井井点PVC简易管井,71,第三节基坑工程降水工程,喷射井点与电渗井点的降水原理（一般工程应用较少）,喷射井点：是在井点管内设特制的喷射器，用高压水泵或空气压缩机向喷射器输入高压水或压缩空气，形成水气射流,将地下水抽出排走。其降水深度可达820m。,喷射井点平面布置,喷射井点竖向布置,电渗井点：以井点管作负极，打入的钢筋作正极，通入直流电后，土颗粒自负极向正极移动，水则自正极向负极移动而被集中排出。本法常与轻型井点或喷射井点结合使用。,电渗井点构造与布置,72,第三节基坑工程降水工程,流砂现象的概念与危害？,在细砂或粉砂土层的基坑开挖时，地下水位以下的土在动水压力的推动下极易失去稳定，随着地下水涌入基坑。称为流砂现象。流砂发生后，土完全丧失承载力，土体边挖边冒，施工条件极端恶化，基坑难以达到设计深度。严重时会引起基坑边坡塌方,临近建筑物出现下沉、倾斜甚至倒塌。,广佛地铁桂城站基坑出现流砂，地面下沉约1.5m图为砂包封堵抢险现场,73,第三节基坑工程降水工程,如何防治流砂现象？,防治方法,防治原则:“治流砂必先治水”。流砂防治的主要途径一是减小或平衡动水压力；二是截住地下水流；三是改变动水压力的方向。,枯水期施工法:枯水期地下水位低,基坑内外水位差小，动水压力也小，在流砂地区的深基坑运用枯水期施工法可避免或降低流砂的危害。,打板桩:将板桩沿基坑打入不透水层或打入坑底面一定深度,可以截住水流或增加渗流长度、改变动水压力方向，从而达到减小动水压力的目的。,74,第三节基坑工程降水工程,水中挖土:即不排水施工。使坑内外的水压相平衡，不致形成动水压力。如沉井施工不排水下沉、进行水中挖土、水下浇筑砼。,如何防治流砂现象？,人工降低地下水位法:即采用井点降水法截住水流，不让地下水流入基坑,不仅可防治流砂和土壁塌方，还可改善施工条件。,抢挖并抛大石块法:分段抢挖土方，使挖土速度超过冒