《A土方工程》PPT课件.ppt

1 第1章土方工程 了解 土的工程性质与工程施工的关系 最佳设计平面的意义 井点的分类 区别和降水理论 基坑支护计算 掌握 土的工程分类 土方工程量计算 土方调配 井点降水设计 支护结构选型 挖土机械和挖土方式的选择 土方填筑的选料 压实方法 影响因素和质量检查 第1节概述 土方工程概念土石方工程是土木工程施工中主要的分部工程之一 其内容包括土石方的开挖 爆破 运输 填筑与弃土 平整与压实等主要的施工过程 以及场地清理 测量放线 施工排水 降水和土壁支护等准备与辅助工作 土方工程施工的特点工程量大 面广 露天作业 不确定性影响因素较多 施工条件复杂 劳动强度较大 3 4 5 6 7 8 组织土方工程施工的要求 1 在条件允许的情况下应尽可能采用机械化施工 2 要合理安排施工计划 尽量避开冬 雨期施工 3 为了降低土石方工程施工费用 减少运输量和占用农田 要对土方进行合理调配 统筹安排 4 施工前要做好调查研究 拟定合理施工方案和技术措施 保证工程质量和安全 加快施工进度 10 一 土的工程分类在土木工程施工中 按土的开挖难易程度分八类 见表1 1 1 松软土 普通土 坚土 砂砾坚土 软石 次坚石 坚石 特坚石 二 土的工程性质1 土的可松性土具有可松性 即自然状态下的土 经过开挖后 其体积因松散而增加 以后虽经回填压实 仍不能恢复其原来的体积 12 2 原状土经机械压实后的沉降量原状土经过机械反复压实后 会产生一定的沉降 根据土的性质不同 其沉降量在3 30cm之间 可按下列经验公式计算 S P C式中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 kg cm2 C 原状土抗沉降系数 kg cm3 此外 土的工程性质还有 渗透性 密实度等 13 第2节场地平整 一 场地竖向规划设计1 场地设计标高确定 一般方法 确定原则 挖填平衡原则适用情况 在比较平缓 对场地设计标高无特殊要求的场地平整 优点 概念直观 计算简便 精度能满足工程要求 缺点 不能保证总的土方量最小 14 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 15 步骤 第一步 初步计算场地设计标高H0 方格网法 16 场地设计标高即为各个方格平均标高的平均值 可按下式计算 化简 17 式中 H0 所计算的场地设计标高 m a 方格边长 m N n 方格数 H1l H22 任一方格的四个角点的标高 m 如令 H1 1个方格仅有的角点标高 H2 2个方格共有的角点标高 H3 3个方格共有的角点标高 H4 4个方格共有的角点标高 则场地设计标高H0可改写成下列形式 18 第二步 考虑泄水坡度的影响计算设计标高Hi 上式计算得到的设计平面为一水平的挖填相等的场地 实际场地均应有一定的泄水坡度 一般不小于2 因此 应根据泄水要求计算出实际施工时所采用的设计标高Hi 单向泄水 Hi H0 lxix 19 双向泄水 以H0作为场地中心点的标高 则场地任意点的设计标高Hi为 Hi H0 lxix lyiy 20 2 最佳设计平面法原理 最小二乘法原理 计算最佳设计平面 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 21 二 场地平整土方量的计算 四方棱柱体法 1 计算场地各方格角点的施工高度hi 即挖 填方高度 hi Hi Hi 22 hi Hi Hi式中 hi 该角点的挖 填高度 m 为填方高度 为挖方高度 Hi 该角点的设计标高 m Hi 该角点的自然地面标高 m 23 2 绘出 零线 方格线上的零点位置见下图 可按下式计算 X ah1 h1 h2 式中 h1 h2 相邻两角点挖 填方施工高度 以绝对值代入 a 方格边长 x 零点距角点A的距离 24 3 场地土方量计算 四方棱柱体法 1 全挖全填格V a2 h1 h2 h3 h4 4式中 V 挖方或填方的土方量 m h1 h2 h3 h4 方格四个角点的挖填高度 m 以绝对值代入 25 2 部分挖部分填格 26 三 土方调配目的 就是使土方总运输量或土方施工成本最小的条件下 达到缩短工期和降低成本 思路 确定填挖方区土方的调配方向和数量 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 27 调配步骤 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 28 方法及步骤 以表上作业法为例 最小元素法 对运距最小的一对填挖区优先地 最大限度地供应土方量 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 29 土方调配实例 表上作业法 进行土方调配下图为一矩形广场 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 30 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 31 第一步 将土方数及价格系数填入计算表中 32 第二步 按 最小元素法 填入土方数 33 34 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 ij 0 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 35 有调配土方方格的假想价格系数C ij Cij 无调配土方方格的假想价格系数用下式计算 C ef C pq C eq C pf 第二步 求出无调配土方方格的检验数 ij Cij C ij 第一步 求出各方格的假想价格系数C ij 36 求各方格的假想价格系数 37 求无调配土方方格的检验数 38 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 39 闭回路 40 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 41 检验数 42 Z 400 50 100 70 500 40 400 60 100 70 400 40 94000 m3 m 最优土方调配方案的土方总运输量为 土方调配图 43 四 场地平整土方机械及其施工场地平整土方施工机械主要为推土机 铲运机 有时也用挖掘机 1 推土机运距在l00m以内的平土或移挖作填 以30 60m为最佳 能爬30度左右的缓坡 适于推挖一致三类土 2 铲运机是一种能综合完成全部土方施工工序 挖土 装土 运土 卸土和平土 的机械 适用运距在600 l500m 以200 350m时效率最高 适于一致三类土 44 45 46 第3节基坑工程 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 47 一 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 48 2 边坡的稳定 1 破坏形式 49 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 50 二 土壁支护 1 基槽支护开挖较窄的基 沟 槽多用横撑式土壁支撑 横撑式土壁支撑根据挡土板的不同 分为水平挡土板式和垂直挡土板两类 前者挡土板的布置又分间断式 H 3m 和连续式 H 5m 两种 垂直挡土板适用于松散和湿度很高的土 51 2 基坑支护 1 重力式是泥土墙支护结构 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10 7cm s 故它兼有隔水作用 适用于4 6m深的基坑 最大可达7m左右 52 水泥土搅拌桩成桩工艺可采用 一次喷浆 二次搅拌 或 二次喷浆 三次搅拌 工艺 主要依据水泥掺入比及土质情况而定 水泥掺量较小 土质较松时 可用前者 反之可用后者 一次喷浆 二次搅拌 的施工工艺流程如下页图 当采用 二次喷浆 三次搅拌 工艺时可在图示步骤 e 作业时也进行注浆 以后再重复 d 与 e 的过程 53 一次喷浆 二次搅拌 工艺流程 a 定位 b 预埋下沉 c 提升喷浆搅拌 d 重复下沉搅拌 e 重复提升搅拌 f 成桩结束 54 2 板桩支护结构 由挡墙系统和支撑 或拉锚 系统组成 55 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 挡墙系统常用的材料有 a 平板形 b 波浪形 常用钢板桩 56 钢板桩施工打桩方法 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 57 三 降水当基底面标高处于地下水位以下时 则必须采取降水措施 降水的方法有重力降水 集水井 明渠等 和强制降水法 如轻型井点 深井点 电渗井点等 58 一 集水井降水法也称明排水法 使用较为广泛 现场布置如图所示 1 排水沟 2 集水井 3 水泵 59 排水沟和集水井宜布置在拟建建筑基础边净距0 4m以外 排水沟边缘离开边坡坡脚不应小于0 3m 在基坑四角或毎隔30 40m应设一个集水井 排水沟底面应比挖土面低0 3 0 4m 集水井底面应比沟底面低0 5m以上 集水井的直径或宽度一般为0 6 0 8m 深度应随挖土的加深而加深 集水井壁可用竹 木等简易加固 当基坑挖到设计标高后 坑底应低于基底1 2m 并铺设碎石滤水层 以免在抽水时将泥砂抽出 以致造成基底土壤结构破坏 60 二 井点降水集水井降水法比较简单 经济 对周围影响小 因而应用较广 但当涌水量较大 水位差较大或土质为细砂或粉砂 易产生流砂 塌方及管涌等 此时 往往采用强制降水方法 人工降低地下水位法也称为井点降水法 是地下水位较高的地区施工中采取的重要措施之一 井点分类 轻型井点 一级 多级 喷射井点 电渗井点和管井 管井井点 深井井点 61 各种井点降水方法可以根据土层的渗透系数 要求降低水位的深度 工程特点及设备情况 做技术经济比较后确定 可参照下表选用 1 轻型井点降低地下水位 1 轻型井点设备 轻型井点系统由滤管 井点管 弯联管 集水总管和抽水设备等组成 62 滤管是进水设备 见下页图 滤管用38或51mm钢管制成 长度一般为1 0 1 5m 滤管壁上钻有直径12 19mm的呈梅花型布置的滤孔 滤孔面积占滤管表面积的20 30 管壁外包有粗细两层滤网 为避免滤孔淤塞 在管壁与滤网间用小塑料管或铁丝绕成螺旋状隔开 并在滤网外再围一层粗铁丝保护层 滤管上端与井点管相连 下端有铸铁头 便于沉入土中 63 滤管构造 1 钢管 2 管壁小孔 3 缠绕的塑料管 4 细网 5 粗滤网 6 粗铁丝保护网 7 井点管 8 铸铁头 64 井点管的直径和滤管相同 长度5 7m 可整根或分节组成 井点上端用弯联管与总管相连 弯联管用塑料管 橡胶管或钢管制成 并且每根弯联管上均安装阀门以便检修井点 集水总管一般用100 127mm的钢管分节连接 每节管长4 6m 上面装有与弯联管连接的短接头 三通口 短接头间距0 8 1 6m 总管要设置一定的坡度坡向泵房 轻型井点常用的抽水设备有真空泵和离心泵等 可根据不同的土壤渗透系数的大小来进行选择 65 66 2 轻型井点布置 轻型井点的平面布置 应根据基坑大小与深度 土质 地下水位高低与流向 降水深度等要求而定 当基坑宽度小于6m 降水深度不超过6m时 一般采用单排线状井点 布置在地下水的上游一侧 两端延伸长度以不小于槽宽为宜 如图 67 如宽度大于6m或基坑宽度虽不大于6m 但土质不良时 宜采用双排线状井点 如下图 68 当基坑面积较大 宜采用环形井点 如下图 69 轻型井点的系统高程布置时 考虑抽水设备的水头损失后 一般井点降水深度不超过6m 井点管的埋置深度H 如下页图 按下式计算 H1 H2 h iL式中H2 井点管埋设面至基坑底面的距离 m h 基坑底面至降低后的地下水位线的最小距离 一般取0 5 1 0m i 水力坡度 根据实测 双排和环状井点为1 10 单排井点为1 4 1 5 L 井点管至基坑中心的水平距离 单排井点为至基坑另一边的距离 m 70 高程布置 71 此外 确定井点管埋深度时 还要考虑到井点管上口一般要比地面高0 2m 当一级井点系统达不到降水深度要求时 可采用二级井点 即先挖去第一级井点所疏干的土 然后再在其底部装设第二级井点 如图 二级轻型井点 72 在软土地基中为防止邻近建筑物因人工降水而产生沉降 可以采用回灌的方法 即在井点管与建筑物之间 打一排回灌孔 注水回灌土中 以维持建筑物下的地下水位不下降 这种方法在实际工程中经常使用 效果较好 轻型井点计算轻型井点计算的目的 是求出在规定的水位降低深度时 每昼夜抽取的地下水流量 即涌水量 确定井管数量和间距 并选择设备 73 水井类型 74 无压完整井涌水量Q 图1 30环形井点涌水量计算简图 a 无压完整井 b 无压非完整井 m3 d 75 式中K 渗透系数 m d 应由实验测定 表1 12仅供参考 H 含水层厚度 m S 基坑内实际 水位降低值 m R 抽水影响半径 m 取 x0 环形井点的假想半径 m F 基坑周围井点管所包围的面积 m2 m3 d 76 无压非完整井涌水量Q m3 d 有效深度H0值 注 表中S 为井点管内水位降低深度 l为滤管长度 当算得的H0大于实际含水层厚度H时 仍取H值 77 承压完整井涌水量承压完整井环形井点涌水量计算公式为式中M 承压含水层厚度 m K R x0 S 与前面公式相同 m3 d 78 确定井点管数量与井距 单井最大出水量单井的最大出水量q 主要取决于土的渗透系数 滤管的构造与尺寸 按下式确定 式中d 滤管直径 m l 滤管长度 m K 渗透系数 m d m3 d 79 最少井数井点管的最少根数nmin 按下式计算 式中1 1 备用系数 考虑井点管堵塞等因素 其它符号同前 最大井距式中L 总管长度 m 根 m 80 确定井点管间距时 还应注意以下几点 a 井距过小时 彼此干扰大 影响出水量 因此井距必须大于15倍管径 b 在渗透系数小的土中井距宜小些 否则水位降落时间过长 c 靠近河流处 井点宜适当加密 d 井距应能与总管上的接头间距相配合 根据实际采用的井点管间距 最后确定所需的井点管根数 81 实际采用的井管间距 还应考虑以下几个因素 结合计算结果综合确定 D应大于15d 否则相邻井管相互干扰 出水量会明显减少 应符合总管上短接头的间距 常取0 8m 1 2m 1 6m 2 0m 当K值较小时 计算间距大 但应选取适当 否则水位降落时间较长 靠近河流处 宜适当减小 82 按总管长度选择抽水设备 主要有W5 W6型真空泵 水泵按涌水量的大小选用 要求水泵的抽水能力应大于井点系统的涌水量 约增大10 20 通常一套抽水设备配两台离心泵 即可轮换备用 又可在地下水量较大时同时使用 4 轻型井点的安装程序是 轻型井点的施工埋设井点的程序是 放线定位 打井孔 埋设井点管 安装总管 用弯联管将井点管与总管接通 安装抽水设备 83 井管的埋设一般采用水冲法 并根据现场条件以及土层情况选择冲水管冲孔后沉入井点管 直接利用井点管水冲下沉 套管式冲枪水冲法或振动水冲法成孔后沉入井点管等方法 冲孔过程中孔洞必须保持垂直 孔径不应小于300mm 并应上下一致 冲孔深度应比滤管底深0 5m以上 井孔成型后 应立即拔出冲管 插入井点管 并填满砂滤层 以防孔壁塌土 砂滤层的填灌质量是保证轻型井点顺利工作的关键 一般要选择干净的粗砂 以免堵塞滤管网眼 填灌要均匀 并填塞至滤管顶上1 0 1 5m 84 井点管与孔壁之间填砂滤料时 管口应有泥浆水冒出 或向管内灌水时 能很快下渗方为合格 砂滤层填灌好后 距地面下的0 5 1 0m深度内 应用粘土封口 以防漏气影响抽水效果 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 一般应连续抽水 特别是开始阶段 出水规律是 先大后小 先浑后清 拆除多层井点时应自底层开始逐层向上进行 在下层井点拆除期间 上部各层井点应继续抽水 85 回灌井点是防止井点降水损害周围建筑物的一种经济 简便 有效的办法 它能将井点降水对周围建筑物的影响减少到最小程度 为确保安全和回灌效果 回灌井和降水井的距离不宜小于6m 回灌井宜进入稳定水面下1m 且位于渗透性较好的土层中 过滤器的长度应大于降水井过滤器的长度 86 四 基坑土方施工1 基坑土方工程量计算基坑 槽 土方工程量计算可按拟柱体积的公式计算 V H F1 4F0 F2 6 87 2 基坑土方机械及其施工施工机械种类 图1 58单斗挖土机工作简图 a 正铲挖土机 b 反铲挖土机 c 拉铲挖土机 d 抓铲挖土机 88 1 正铲挖土机开挖方式 图1 59正铲挖土机开挖方式 a 正向挖土侧向卸土 b 正向挖土后方卸土l一正铲挖土机 2一自卸汽车 89 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 90 2 反铲挖土机施工反铲挖土机的挖土特点是 后退向下 强制切土 其挖掘力比正铲小 适于开挖停机面以下的一 三类土的基坑 基槽或管沟 每层经济合理的开挖深度为1 5 3 0m 对地下水位较高处也适用 1 沟端开挖 挖土机停在沟端 向后倒退挖土 汽车停在两旁装土2 沟侧开挖 挖土机沿沟一侧直线移动挖土 91 92 图1 61反铲挖土机开挖方式 a 沟端开挖 b 沟侧开挖1 反铲挖土机 2 自卸汽车 3 弃土堆 3 93 3 拉铲挖土机施工拉铲挖土机的挖土特点是 后退向下 自重切土 其挖土半径和挖土深度较大 能开挖停机面以下的一 二类土 拉铲挖土机的开挖方式 与反铲挖土机相似 也分为沟端开挖和沟侧开挖 拉铲挖土机的工作尺寸 94 4 抓铲挖土机施工抓铲挖土机的挖土特点是 直上直下 自重切土 能开挖一 二类土 适于施工面狭窄而深的基坑 深槽 沉井等开挖 清理河泥等工程 最适于水下挖土 或装卸碎石 矿渣等松散材料 95 第四节土方的填筑与压实 一 土料的选用与处理 1 无限制使用