土与土方工程PPT课件.ppt

施工技术与概预算 1 第一章土与土方工程 土的物理性质及其分类 土的力学性质 场地平整施工及沟槽 基坑开挖 土的回填压实 2 施工特点 面广量大 劳动繁重 大多为露天作业 施工易受地区气候条件影响 施工条件复杂 土本身是一种天然物质 种类繁多 施工时受工程地质和水文地质条件的影响大 施工要求 根据工程自身条件 尽可能采用先进的施工工艺和施工方法 精心制定施工方案 合理选择施工机械 以求得缩短工期 降低成本 获得最佳的经济效益 3 1 1土的物理性质及分类一 土的概念及组成1 土是由岩石风化生成的松散沉积物 风化作用一般分为物理风化 化学风化和生物风化 岩石经物理风化形成较大的土颗粒 原生矿物 经化学风化形成较细小的土颗粒 次生矿物 2 土是由土颗粒 固相 水 液相 和气 气相 所组成的三相体系 土的三相组成性质 相对含量以及土的结构构造必然反映土的物理性质 土的轻重 干湿 软硬等等 4 粗大土粒如漂石 卵石 圆砾都是岩石的碎屑 大多数属于原生矿物 砂粒大部分是岩石的单矿物颗粒 如石英 长石 云母等 粉粒的矿物成分主要是一些难溶盐 如等 粘粒的矿物成分主要是粘土矿物 氧化物 氢氧化物以及各种难溶盐类 它们都是次生矿物 二 土的三相比例指标土中的固体颗粒 水和气三部分的质量与体积之间的比例关系 是随着各种条件的改变而变化 如地下水位的升高或降低影响含水量 土的压实与否影响空隙比 5 土的三相比例示意图 6 1 土的密度土在天然状态下单位体积的质量 2 土的重力密度 重度 土在天然状态下单位体积的重量 天然土的重度多在16 22 7 3 土粒的比重土粒重量与同体积4 时水的重量之比 无量纲 纯水在4 时的重度 近似取104 土的含水量土中水的重量与土粒重量之比 以百分数计 泥碳土含水量可达300 8 5 土的干密度 干重度 土单位体积中固体颗粒的质量 重量 工程中常用土的干密度 干重度 作为控制人工填土密实度的指标 6 土的饱和重度土的孔隙中全部充满水时单位体积的重量 9 7 土的有效重度 浮重度 地下水位以下的土受到水的浮力作用 扣除水的浮力以后 单位体积土所受到的重力 8 土的孔隙比土中孔隙体积与土粒体积之比 10 9 土的孔隙率土中孔隙体积占总体积的百分率 10 土的饱和度是指土中孔隙被水充满的程度 即土中水的体积与孔隙体积的比值 用百分数表示 11 三 无粘性土的密实度砂土 碎石土统称为无粘性土 最能反映无粘性土工程性质的是密实度 呈密实状态时 无粘性土的结构稳定 土的强度较大 可作为良好的天然地基 呈松散状态时 尤其是饱和粉细砂 动力作用下结构常处于不稳定状态 是不良地基 工程实践证明 较疏松但级配良好的砂土 它的孔隙比比较密实但级配不好的砂土的孔隙比要小 所以 评价砂土的密实度 是用砂土的相对密度 不是比重 来判别 12 P8实际工程中常用标准贯入锤击数测定砂土的密实度 轻便触探试验 与含水量无关 13 标准贯入器 试验设备 示意图 14 碎石土的密实度是根据野外鉴别方法 由骨架颗粒含量的排列 可挖性 可钻性 将其划分为密实 中密 稍密三种状态 现行规范根据无粘性土的密实度 划分了地基承载力特征值的范围 如 中密状态 稍湿 的细砂 地基承载力特征值为160 220KPa 而中密状态 很湿 的细砂 地基承载力特征值为120 160KPa 15 四 粘性土的物理特征粘性土的状态主要是指其软硬程度 粘性土随着含水量的变化 可有不同的状态 粘性土由一种状态转到另一种状态的分界含水量称为界限含水量 1 界限含水量 16 2 塑性指数和液性指数 工程中所遇到的土多数为可塑状态 可塑状态的上限和下限分别是液限和塑限 液限和塑限省去百分号的差值称为塑性指数 工程中用塑性指数对粘性土进行分类 针对粘性土 粘性土的天然含水量和塑限的差值 省去百分号 与塑性指数之比称为液性指数 17 从公式中可以看出 液性指数越大 土质越软 反之土越硬 所以 在工程实践中 将粘性土划分为坚硬 硬塑 可塑 软塑 流塑五种状态 五 土的工程分类在土方工程施工和工程预算定额中 根据土的开挖难易程度 将土分为 松软土 一 普通土 二 坚土 三 砂砾坚土 四 软石 五 次坚石 六 坚石 七 特坚石 八 等八类 前四类为一般土 后四类为岩石 18 19 20 1 2土的力学性质地基土在压力作用下体积减少的性质称为土的压缩性 土体的压缩主要是孔隙体积的减少 如水塔 水池 水泵房等构筑物使地基产生不同程度的压缩变形 即沉降 一 土的压缩系数a地基沉降的大小 取决于基础底面压力的大小和地基土压缩性的大小 高压缩性土或低压缩性土 针对地基沉降而言 一般只研究土的竖向变形 在工程实践中 研究土中某一点由原来的自重 21 压力P1增加到外荷载作用下的压力P2 自重压力与附加压力之和 在这一压力间隔所表现的土的压缩性 22 压力由P1增加到P2 孔隙比由e1减少到e2 土的压缩性用M1 M2的斜率表示 设割线与横坐标轴的夹角为 压缩系数的单位是1 KPa 23 我们想预先知道地基土的压缩性 在实验室里用侧限压缩仪作土的压缩试验 按照规范中的规定 取P1 100KPa P2 200KPa 对应的压缩系数取名 用将土划分为低压缩性土 中压缩性土和高压缩性土 二 土的压缩模量土在完全侧限的条件下 土所受到的附加应力与相应应变的比值 24 将土取出一个长方体 设水平截面面积为A 经荷载P1到P2变化 产生压缩变形为 25 26 27 工程实践中用P1 100KPa P2 200KPa 经过土的有侧限的压缩试验 得到土的压缩模量来区分土的压缩性 28 三 土的抗剪强度大量的工程实践和室内试验都表明 土的破坏大多数是剪切破坏 土体抵抗剪切破坏的极限能力称为土的抗剪强度 常采用直剪仪对土进行剪切试验 取n个相同的试样进行试验 对每一个试样施加不同的垂直荷载 得到相应的抗剪强度两者之间近似于一条直线 29 30 1 3沟槽开挖土方工程量计算管道沟 建筑条形基础基槽 场地平整的施工过程包括 土方的开挖 运输 填筑与压实 大面积平整场地 应采用机械施工 常用的施工机械有挖土机 推土机和铲运机 土方工程施工特点是工程量大 施工条件复杂 新建一个大型工业企业 其场地平整 房屋及设备基础 厂区道路及管线开挖和回填涉及的土方量可达几十万至数百万立方米 31 一 土的可松性 自然状态下的土经开挖后 内部组织破坏 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 土的这种性质称为土的可松性 土的可松性用可松性系数表示 式中K1 土的最初可松性系数 K2 土的最终可松性系数 V1 土在自然状态下的体积 V2 土挖出后的松散状态下的体积 V3 土经回填压实后的体积 32 二 土的渗透性土体被水透过的性质 常用渗透系数K表示 渗透系数 在水力坡度为1的渗流作用下 水在土中渗流的速度 它同土的颗粒级配 密实程度等有关 m d 水力坡度 33 砂土的渗透实验达西定律 34 式中 称为边坡系数 m越小 坡越陡 三 边坡放坡坡度表示 如图 设i为边坡坡度 则 B 35 四 直壁开挖根据土方工程相关规范的规定 对于土质均匀且地下水位低于基坑 槽 底或管沟底面标高 开挖土层湿度适宜且敞露时间不长时 其挖方边坡可作成直壁 不加支撑 但挖方深度不宜超过下列规定 密实 中密的砂土和碎石土 1 0 m 硬塑 可塑的粉质粘土及粉土 1 25 m 硬塑 可塑的粘土和碎石类土 充填物为粘性土 1 50 m 坚硬的粘土 2 0 m 36 按规定坡度开挖 深度超过以上数值的基坑边坡 开挖时可按相应规范选取 对于5m以内基坑可按规范规定的表选取 通过计算确定坡度 对地下水 开挖深度 荷载 土质复杂等开挖条件超过规范的规定时 可采用土力学原理计算边坡坡度 37 38 五 支护横撑式支撑开挖较窄的基坑或沟槽时多采用横撑式支撑 如图所示 水平挡土板适用于湿度小 开挖深度H 3m的条件 垂直挡土板适用于松散 湿度大的土质条件 而且开挖深度不限 39 1 水平挡土板 2 垂直支撑 3 工具式支撑 4 垂直挡土板 5 水平支撑 6 连接件沟槽横撑式支撑图 a 水平挡土板 b 垂直挡土板 40 六 基坑 槽 管沟土方量计算基坑土方量的计算可近似按立体几何中拟柱体 由两个平行的平面做底的一种多面体 体积公式计算 基槽和管沟在土方量计算时 可沿长度方向分段计算 将各段土方量相加 即得总土方量 设基坑深为H 上 下底面积分别为A1 A2 H 2处的中截面面积为Ao 见下图 41 基坑土方工程量的计算 42 基槽土方量计算 43 关于管道沟槽的开挖 正确地选择沟槽断面形式 可以为管道施工创造良好的施工作业条件 在保证工程质量和施工安全的前提下 减少土方开挖量 降低工程造价 加快施工速度 要使沟槽断面形式选择合理 应综合考虑土的种类 地下水情况 管道断面尺寸 埋深和施工环境等因素 44 45 46 47 1 4土方工程量计算一 平整场地土方工程量计算平整场地土方量的计算思路是先确定一个场地设计标高 以此标高为基准分别计算标高以下的填方量和标高以上的挖方量 l 初步确定场地设计标高Ho初步确定场地设计标高的原则是场地内挖填方平衡 即场地内挖方总量等于填方总量 1 在具有等高线的地形图上将施工区域划分为边长a 10m 40m的若干方格如图所示 48 2 确定各小方格的角点高程 可根据地形图上相邻两等高线的高程 用插值法求得 在无地形图的情况下 也可以在地面用木桩或钢钎打好方格网 然后用仪器直接测出方格同角点标高 场地设计标高计算 49 3 按挖填方平衡原则确定设计标高 50 场地设计标高计算图示 51 由图可看出 H11只属于一个方格的角点标高 H12和H21则属于两个方格公共的角点标高 H22则属于四个方格公共的角点标高 它们分别在上式中要加一次 二次 四次 因此 上式可改写成下列形式 52 2 泄水坡度对设计标高的影响 1 单向泄水用上述公式计算出的设计标高Ho作为场地中心线的标高 场地内任意一点的设计标高为 53 2 双向泄水场地内任意一点的设计标高为 54 3 方格网法场地平整土方量的计算一般采用方格网法和断面法 1 计算场地各方格角点的施工高度 式中 ho为角点施工高度 即挖填高度 以 为填 为挖 H0为角点的设计标高 H 为角点的自然地面标高 55 2 确定 零线 平面网格中 相邻两个零点相连成的一条折线 就是方格网中的挖填分界线 零线 设h1为填方角点的填方高度 h2为挖方角点的挖方高度 O为零点位置 则O点与A点的距离为 56 求零点的图解法 57 角点编号 施工高度 原地面标高 设计标高 58 3 计算方格挖填土方量零线求出后 场地的挖填区即随之标出 可按 四方棱柱体法 计算出各方格的挖填土方量 全挖全填方格 59 两挖两填方格 60 三挖一填 三填一挖 方格二 直壁开挖土方工程量计算直壁开挖土方工程量计算一般采用断面法 用水准仪测量 沿场地取若干个互相平行的 填