建筑施工技术-第一章-土方工程PPT课件.ppt

第一章土方工程 主讲 严伟民副教授 建峰高等职业技术学院 施工技术 常见土方工程有 场地平整 基坑 槽 与管沟的开挖 人防工程及地下建筑物的土方开挖 路基填土及碾压等土方工程的施工过程有 开挖 运输 填筑 平整和压实等主要施工过程 以及排水 降水和土壁支撑等准备工作与辅助工作 施工技术 第一节概述一 土方工程的施工特点 工业与民用建筑工程中土方工程一般分为四类 1 场地平整2 基坑 槽 及管沟开挖3 地下工程大型土方开挖4 土方填筑土方工程的特点 1 工程量大 施工工期长 施工条件复杂 劳动强度大 2 多为露天作业 施工受当地气候条件影响大 且土的种类繁多 成分复杂 工程地质及水文地质变化多 也对施工影响较大 施工技术 二 土的工程分类土的分类方法较多 依土的颗粒级配或塑性指数分类 依土的沉积年代分类和土的工程特点分类等 根据土的坚硬程度和开挖的方法将土分为八类土 见表依次为 松软土 普通土 坚土 砂砾坚土 软石 次坚石 坚石 特坚石等八类 前四类属一般土 后四类属岩石 土的这种八类分类法及其现场鉴别方法见下表 施工技术 三 土的基本性质 一 土的组成土由土颗粒 固相 水 液相 和空气 气相 三部分组成 可用三相图表示 施工技术 二 土的物理性质1 土的可松性与可松性系数天然土经开挖后 其体积因松散而增加 虽经振动夯实 仍不能完全恢复原来 这种现象称为土的可松性 土的可松性用可松性系数表示 即 KS KS 式中KS 土的最初可松性系数KS 土的最终可松性系数V1 土在天然状态下的体积V2 土被挖出后松散状态下的体积V3 土经压 夯 实后的体积 施工技术 2 土的天然含水量在天然状态下 土中水的含水量 是土中水的质量与固体颗粒质量之比的百分率表示 即 100 式中mw 土中水的质量ms 土中固体颗粒经温度为105 后的质量土的含水量测定方法 把土样称量后放入烘箱内进行烘干 100 105 C 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M 第二次称量为烘干后土的质量mS 利用公式可计算出土的含水量 施工技术 一般土的干湿程度用含水量表示 含水量 5 为干土在5 30 之间 为潮湿土 30 为湿土在一定含水量的条件下 用同样的机具 可使回填土达到最大的干密度 此含水量称为最佳含水量 砂土为8 12 粉土为9 15 粉质粘土12 15 粘土为19 23 施工技术 3 土的天然密度 和干密度 d 土在天然状态下单位体积的质量 叫土的天然密度 用 表示土的干密度是土的固体颗粒质量与总体积的比值 土的干密度 d 按下式计算 d 土的干密度愈大 表示土愈密实 工程上常把干密度作为评定土体密实程度的标准 以控制填土工程的质量 土的密实度 通常用密实度表示土的紧密程度 同类土在不同状态下 如不同的含水量 不同的压实程度等 其紧密程度也不同 土的实际干密度可用 环刀法 测定 先用环刀取样 测出土的天然密度 p 并烘干后测出含水量 施工技术 4 土的空隙比和空隙率 土的空隙比和空隙率反映了土的密实程度 空隙比和空隙率越小土越密实 空隙比e是土的空隙体积Vv与固体体积Vs的比值 用下式表示 e Vv Vs空隙率n是土的空隙体积Vv与总体积V的比值 用百分数表示 n Vv V 100 5 土的渗透系数土的透水系数是表示单位时间内水穿透土层的能力 以m d表示 它影响施工降水与排水的速度 土的渗透系数见表 施工技术 第二节土方工程量的计算及土方调配一 基坑 基槽土方量计算按立体几何中的拟柱体体积公式计算 得出 V A1 4A0 A2 其中H 基坑深度 A1 A2 基坑上 下两底面积 A0 基坑中截面面积 A0 2 施工技术 如果是基槽 路堤的土方量可以沿长度方向分段后 再用同样的方法计算 V1 A1 4A0 A2 L1 第一段的长度 V1 第一段的土方量 3 其中中截面面积公式A0 2将各段土方量相加 即得总土方量 V V1 V2 V 式中V1 V2 V 各分段的土方量 3 施工技术 二 场地平整土方工程量计算原则是 挖高填低计算前先要确定场地的设计标高 由设计标高和天然地面的标高之差 得出各点的施工高度 一 场地设计标高的确定考虑因素是 满足规划 生产工艺和运输的要求 充分利用地形 尽量挖填方平衡 以减少土方量 要有一定泄水坡度 满足排水要求 考虑最高洪水位的影响 施工技术 1 初步计算场地设计标高 H0 假定整平后场地是水平的 不考虑边坡 泄水坡 利用平整前总土方量 平整后总土方量的原则 初步计算场地设计标高 H1 为一个方格仅有的角点标高 H2 为二个方格共有的角点标高 H3 为三个方格共有的角点标高 H4 为四个方格共有的角点标高 施工技术 2 场地设计标高的调整由于具有可松性 按H0进行施工 填土将有剩余 必要时可相应的提高设计标高 由于设计标高以上的填方工程用土量 或设计标高以下的挖方工程挖土量的影响 使设计标高降低或提高 由于边坡挖填量不等 或经过经济比较后将部分挖方就近弃于场外 部分填方就近从场外取土而引起挖填方量的变化 需相应的增减设计标高 施工技术 3 考虑泄水坡度对设计标高的影响按上述调整后的设计标高进行场地平整 整个场地表面将处于同一个水平面 但实际上由于排水要求 场地表面均有一定的泄水坡度 因此还要根据场地泄水坡度要求 计算出场地内实际施工的设计标高 平整场地坡度 一般标明在图纸上 如设计无要求 一般取不小于2 的坡度 根据设计图纸或现场情况 泄水坡度分单向泄水和双向泄水 施工技术 二 场地土方量计算 用方格网法1 划分方格网并计算各方格角点的施工高度 按公式 hn Hn H计算hn 角点施工高度 表示填方 表示挖方 Hn 角点的设计标高 若无泄水坡度时 即为场地的设计标高 H 角点的自然地面标高 施工技术 2 计算零点位置 可用图解法或计算法 当同一方格的四个角点的施工高度全为 或全为 时 说明该方格内的土方则全部为填方或全部为挖方 如果一个方格中一部分角点的施工高度为 而另一部分为 时 说明此方格中的土方一部分为填方 而另一部分为挖方 这时必定存在不挖不填的点 这样的点叫零点 把一个方格中的所有零点都连接起来 形成直线或曲线 这道线叫零线 即挖方与填方的分界线 图解法 用尺在角点上标出相应比例 连线与方格相交点即为零线 施工技术 施工技术 3 计算方格土方工程量见下页表4 边坡土方工程量计算图1 9是场地边坡的平面示意图 从图中可以看出 边坡的土方量可以划分为两种近似的几何形体进行计算 一种为三角形棱锥体 如图中 另一种为三角棱柱体 如图中的 施工技术 A 三角形棱锥体边坡体积图中 其体积为式中 L1 边坡 的长度 m F1 边坡 的端面积 m2 h2 角点的挖土高度 m 边坡的坡度系数 施工技术 B 三角棱柱体边坡体积如图中 其体积为当两端横断面面积相差很大的情况下 L 边坡 的长度 m F3 F5 F0 边坡 的两端及中部横短面面积 场地边坡平面图 施工技术 三 土方调配 一 土方调配原则1 应力求达到挖 填平衡和运输量最小的原则 2 应考虑近期施工与后期利用相结合的原则 3 尽可能与大型地下建筑物的施工相结合 4 调配区大小的划分应满足主要土方施工机械工作面大小 如铲运机铲土长度 的要求 使土方机械和运输车辆的效率能得到充分发挥 二 土方调配区的划分 施工技术 第三节施工准备与辅助工作一 施工准备 主要工作有 1 场地清理拆除房屋 古墓 拆迁或改建通讯 电力线路 上下水道以及其他建筑物 迁移树木 支除耕植土及河糖淤泥等 2 排除地面水地面水的排除一般采用排水沟 截水沟 挡水坝等 注 排水沟最好设置在施工区域边缘或道路两旁 山区的场地平整施工 应在较高一面的山坡开挖截水沟 3 在低洼地区施工时 必要时修筑挡水土坝 以阻挡雨水流入3 修筑临时设施道路 供水 供电另外修筑临时住宿及办公房屋 加工棚等 施工技术 二 土方边坡与土壁支撑为了防止塌方 保证施工安全 基坑开挖时应做成一定的边坡或加设临时支撑保持土壁稳定 一 土方边坡土方边坡的坡度是以土方挖方深度H与底宽B之比表示 即H B 1 m m为边坡系数 边坡可做成直线型 折线型 阶梯型 施工技术 土方边坡的坡度的大小主要与土质 开挖深度 开挖方法 坡度留置时间的长短 边坡附近的各种荷载状况及排水情况有关 当地质条件良好 土质均匀且地下水位低于基坑地面标高时 挖方边坡可做成直立壁而不加支撑 但深度不超过下列规定 密实 中密的砂土和碎石类土 1 0 硬塑 可塑的粉土及粉质粘土 1 25 硬塑 可塑的粘土及碎石类土 填充物为粘性土 1 5 坚硬的粘土 2 0 施工技术 施工技术 施工技术 施工技术 二 土壁支撑在开挖基坑 沟槽时 为了缩小施工面 减少土方量或因场地限制不能放坡时 可以设置土壁支撑的施工方法 沟槽采用横撑式支撑根据挡土板的不同 分为水平挡土板和垂直挡土板 施工技术 垂直挡土板 施工技术 三 土方工程施工排水与降低地下水位降水方法分明排水法和人工降低地下水位法两类 一 明排水法在开挖基坑周围做排水沟 积水井将地下水用抽水设备抽走的方法 施工技术 降水在施工时可能产生流砂现象 1 产生流砂现象的原因是土颗粒在动水压力的作用下 它受到推力和浮力 其剪应力为零 颗粒处于悬浮状态并随水一起流动而造成的 动水压力表示公式为 G T I rw 施工技术 2 易产生流沙的土主要有 土颗粒组成中粘粒含量小于10 粉粒含量大于75 土的不均匀系数小于5 土的天然空隙比大于0 75 土的天然含水量大于30 3 管涌现象当基坑坑底位于不透水土层内 而不透水土层下面为承压蓄水层 坑底不透水土层的覆盖厚度的重量小于承压水的顶托力时 基坑底部即可能产生涌冒现象 4 流砂的防治办法 原则 治流砂必治水 主要有 抢挖法 打板桩法 水下挖土法 人工降低地下水位法 地下连续墙法 施工技术 管涌现象 施工技术 二 人工降低地下水位方法主要有 轻型井点 喷射井点 电渗井点 管井井点及深井泵等 1 轻型井点降低地下水位 1 轻型井点设备 由管路系统和抽水设备组成 1 管路系统分为 滤管 井点管 弯点管 集中总管 2 抽水设备分为 真空泵 离心泵 水气分离器 施工技术 施工技术 施工技术 施工技术 施工技术 施工技术 2 轻型井点布置 应根据基坑大小与深度 土质 水位高低 降水深度等确定平面和高程的布置 1 平面布置当基坑或沟槽宽小于6m 降水深度不大于5m时 可用单排线状井点 且其两端延伸长沟槽宽B大于6m 宜用双排井点 当基坑面积较大时 宜用环形式U形井点 2 高程布置轻型井点理论可降水深度10 3m 但因考虑设备水头损失 实际降水深度不超守6m 井点管埋深H H1 h iL 还应考虑井点管一般露出地面0 2m左右 且必须保证 滤管必须埋在透水层内 施工技术 H1 井点管埋设面至基坑底面的距离 h 降低后的地下水位至基坑中心底面的距离 一般取0 5 1 0m i 水力坡度 实测单排井点1 4 1 5 双排井点1 7 环状井点1 10 1 12 L 基坑短边方向井点管至基坑中心的水平距离 施工技术 施工技术 3 轻型井点的计算 主要计算涌水量 井点管数量与井距确定 抽水设备的选用 井的分类有 完整井和不完整井 承压井和非承压井之分 1 承压完整井 2 承压非完整井 3 无压完整井 4 无压非完整井 环状井点系统涌水量计算简图 a 无压完整井 b 无压非完整井 对于无压完整井 图1 34a 的环状井点系统 涌水量计算公式为 施工技术 b 承压完整环状井点c 抽水管数量与井距的确定所选水泵的抽水能力应大于井点系统涌水量10 20 d 井点管的安装使用轻型井点的安装程序 先排放总管 再埋设井点管 用弯管将井点管与总管接通 最后安装抽水设备其中关键耐烦埋设井点管 应注意 冲孔深度宜比滤管底深0 5m左右 井点管与孔壁之间应用粗砂填灌 在距地面下0 5 1m深度内 应用粘土封口 以防漏气 井点管的埋设 a 冲孔 b 埋管 施工技术 轻型井点系统设计实例 施工技术 施工技术 施工技术 第四节土方机械化施工土方工程的施工过程主要包括 土方开挖 运输 填筑与压实 常用机械有 推土机 铲运机 单斗挖土机 装载机等 一 常用土方施工机械的施工特点 一 推土机施工1 作业方法及提高生产率的措施特点 操作灵活 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 它可挖一 三类土 所需工作面较小 行驶速度快 操纵灵活 施工技术 1 提高生产率的措施 1 下坡推土坡度不超过150 2 并列推土2 3台并列作业 铲刀相距15 30cm 3 多刀送土运距较远 土质较硬时 可多次将土集中 然后推送2 推土机生产率计算小时生产率 Ph 3600q TvKs m3 h 台班生产率 Pd 8PhKB m3 台班 施工技术 施工技术 施工技术 二 铲运机施工特点 能综合完成挖土 运土 平土 填土 压实等工作 对行驶道路要求较低 操作灵活 运转方便 生产率高 适用范围 大面积场地平整 开挖大基坑 沟槽 填筑路基 堤坝等 适用于铲运含水量不大于27 的松土和普通土分类 按行走方式分为自行式和拖式 按操纵系统分为索式和油压式 可完成所有土方工作 其运距较短 土不能太硬 土含水量不能太大 否则应采取一定的措施处理 1 铲运机的开行线路 有环行和 8 字形开行两种 2 铲运机的施工方法 1 下坡铲土坡度以50 70为宜 2 跨铲法预留土埂 间隔铲土以减少土外散损失 3 助铲法在较坚硬的土层中用推土机助铲 并可兼作松土 平整工作 3 铲运机生产率计算 小时生产率Ph 3600qKc TcKs m3 h 台班生产率Pd 8PhKB m3 台班 TC t1 2l uc t2 t3 施工技术 施工技术 施工技术 三 单斗挖土机施工分类 按工作装置的不同 分为 正铲 反铲 拉铲 抓铲挖土机 按操作机构的不同 分为机械式和液压式挖土机 施工技术 1 正铲挖土机施工特点是 向前向上 强制切土 适宜开挖停机面以上的一 三类土 开挖方式 1 正向挖土 侧向挖土动臂回转角度小 运输方便2 正向挖土后方卸土工作面大 但回转角大 运输方便 施工技术 2 反铲挖土机施工特点是 后退向下 强制切土 适宜开挖停机面以下的一 三类土 开挖方式 沟端开挖和沟侧开挖 施工技术 施工技术 3 拉铲挖土机施工特点是 后退向下 自重切土 适宜开挖停机面以下的一 二类土 开挖方式 沟端开挖和沟侧开挖4 抓铲挖土机施工特点是 直上直下 自重切土 适宜开挖停机面以下的一 二类土 履带式拉铲挖土机履带式抓铲挖土机 施工技术 四 装载机 施工技术 五 压实机械1 冲击式压实机械蛙式打夯机 内燃打夯机 施工技术 2 碾压式压实机械自行式 光轮压路机 轮胎压路机主要用于土方 砾石 碎石的回填压实及沥青混凝土路面的施工牵引式 光面碾 羊足碾 施工技术 施工技术 3 振动压实机械 手扶平板式主要用于小面积的地基夯实 振动压路机主要用于工程量大的大型土方工程 施工技术 二 土方挖运机械的选择及配套计算 一 土方机械的选择场地平整机械选择 运距1KM以内且为一般土 含水量不大时用铲运机 当个别地方土较硬 土太湿配合其他设备施工 当在丘陵地带时 开挖高度3米以上 运距大于1KM且较集中时 方法1 正铲挖土机 自卸汽车 推土机 推土机 自卸汽车 推土机 装载机 自卸汽车基坑 沟槽机械选择 开挖沟槽深1 2米且不长时用推土机 当不深 较长现状时用铲运机 当基坑较大且集中时用正铲挖土机 自卸汽车 当土较湿且不降水 土松软可选择反铲 拉铲或抓铲挖土机配自卸汽车为宜 施工技术 第五节土方填筑与压实一 对土料的选择及填筑要求一般设计要求素土夯实 当无设计要求时 应满足规范和施工工艺的要求 碎石类土 砂土和爆破石渣 可用作表层以下的填料 当填方土料为粘土时 填筑前应检查其含水量是否在控制范围内 含水量大的粘土不宜作为填土用 含有大量有机杂质的土 吸水后容易变形 承载能力降低 含水溶性硫酸盐大于 的土 在地下水的作用下 硫酸盐会逐渐溶解消失 形成孔洞 影响土的密实度 这两种土以及淤泥 冻土 膨胀土等均不应作为填土 填土应分层进行 并尽量采用同类土填筑 如采用不用土填筑时 应将透水性较大的土层置于透水层较小的土层之下 不能将各种土混杂在一起使用 以免填方内形成水囊 施工技术 碎石类土或爆破石渣作填料时 其最大粒径不得超过每层铺土厚度的2 3 使用振动碾时 不得超过每层铺土厚度的3 4 铺填时 大块料不应集中 且不得填在分段接头或填方与山坡连接处 对基底的处理 填方基底处理 应符合设计要求 当设计无要求时 应符合下列应满足规范和施工工艺要求的规定 填方前 应根据工程特点 填料种类 设计压实系数 施工条件等合理选择压实机具 并确定填料含水量控制范围 铺土厚度和压实遍数等参数 对于重要的填方工程或采用新型压实机具时 上述参数应通过填土压实试验确定 填土施工应接近水平状态 并分层填土 压实和测定压实后土的干密度 检验其压实系数和压实范围符合设计要求后 才能填筑上层 在施工现场 土方回填 一般采用分层回填 机械为蛙式打夯机 铺土厚度控制在250 以内 分段填筑时 每层接缝处应做成斜坡形 碾迹重叠0 5 1 0 上下层错缝距离不应小于 施工技术 二 填土的压实方法有三种 碾压 振动压实和夯实 一 碾压法碾压法是由沿着表面滚动的鼓筒或轮子的压力压实土壤 一切拖动和自动的碾压机具 如平滚碾 羊足碾和气胎碾等工作都属于同一原理 平滚碾分为轻型 5 以下 中型 8 以下 和重型 10 三种 使用时如采用 先轻后重 效果更佳 施工技术 施工技术 二 夯实法现场大都采用蛙式打夯机 如必要采用人工打夯 一般采用加工的简单设备夯实 厚度分别为250 和小于200 施工技术 三 振动压实法主要应用于振实非粘性土效果较好 施工技术 三 影响填土压实质量的因素主要因素 压实功 土的含