建筑施工技术之土方工程PPT课件.ppt

第一章土方工程 概述土方量计算与调配土方开挖的辅助工作土方工程机械化施工土方填筑 湖北工业大学土木与建筑学院 1 第一节概述 一 土方工程的施工分类 特点1 施工分类主要 场地平整 坑 槽开挖 土方填筑 辅助 施工排 降水 土壁支撑 2 施工特点 1 量大面广 2 劳动强度大 人力施工效率低 工期长 3 施工条件复杂 受地质 水文 气侯影响大 不确定因素多 湖北工业大学土木与建筑学院 2 二 土的工程分类 按开挖的难易程度分为八类一类土 松软土 二类土 普通土 三类土 坚土 四类土 砂砾坚土 以上土适合于机械或人工直接开挖五类土 软石 六类土 次坚石 七类土 坚石 八类土 特坚石 以上土适合于爆破开挖 湖北工业大学土木与建筑学院 3 三 土的工程性质 1 土的可松性 自然状态下的土经开挖后 体积因松散而增加 以后虽经回填压实 仍不能恢复 最初可松性系数KS V2 V11 08 1 5最后可松性系数KS V3 V11 01 1 3V1 土在自然状态下的体积 V2 土经开挖后松散状态下的体积 V3 土经回填压实后的体积 用途 开挖 运输 存放 挖土回填 留回填松土 湖北工业大学土木与建筑学院 4 第二节土方量计算与调配 一 基坑 基槽 路堤土方量计算1 基坑土方量 按拟柱体法 V F下 4F中 F上 H 6 F下 F上 湖北工业大学土木与建筑学院 5 二 场地平整土方量方格网法 一 确定场地设计标高考虑的因素 1 满足生产工艺和运输的要求 2 尽量利用地形 减少挖填方数量 3 争取在场区内挖填平衡 降低运输费 4 有一定泄水坡度 满足排水要求 场地设计标高一般在设计文件上规定 如无规定 挖填平衡法 湖北工业大学土木与建筑学院 6 1 初步标高 按挖填平衡 方法 将场地划分为每格边长10 40m的方格网 找出每个方格各个角点的地面标高 实测法 等高线插入法 则场地初步标高 H0 H11 H12 H21 H22 4MH11 H12 H21 H22 一个方格各角点的自然地面标高 M 方格个数 或 H0 H1 2 H2 3 H3 4 H4 4MH1 一个方格所仅有角点的标高 H2 H3 H4 分别为两个 三个 四个方格共用角点的标高 湖北工业大学土木与建筑学院 7 2 场地设计标高的调整按泄水坡度调整 按泄水坡度调整各角点设计标高 H0 2 双向排水时 各方格角点设计标高为 H11 H12 H21 Hn H0 L i Hn H0 Lxix Lyiy 1 单向排水时 各方格角点设计标高为 Hn 湖北工业大学土木与建筑学院 8 例 某建筑场地方格网 地面标高如图 格边长a 20m 泄水坡度ix 2 iy 3 不考虑土的可松性的影响 确定方格各角点的设计标高 解 1 初步设计标高 场地平均标高 H0 H1 2 H2 3 H3 4 H4 4M 70 09 71 43 69 10 70 70 2 70 40 70 95 69 71 4 70 17 70 70 69 81 70 38 4 9 70 29 m 70 09 湖北工业大学土木与建筑学院 9 70 09 2 按泄水坡度调整设计标高 Hn H0 Lxix Lyiy H1 70 29 30 2 30 3 70 32 70 32 70 36 70 40 70 44 70 26 70 30 70 34 70 38 70 20 70 24 H0 70 29 H2 70 29 10 2 30 3 70 36 H3 70 29 10 2 30 3 70 40 其它见图 湖北工业大学土木与建筑学院 10 二 场地土方量计算 1 计算各方格角点的施工高度hn hn Hn Hn 即 hn 该角点的设计标高 自然地面标高 m h1 70 32 70 09 0 23 m 正值为填方高度 0 23 0 04 0 55 0 99 0 55 0 13 0 36 0 84 0 83 h2 70 36 70 40 0 04 m 负值为挖方高度 湖北工业大学土木与建筑学院 11 2 确定零线 挖填分界线 插入法 比例法找零点零点连线 0 0 湖北工业大学土木与建筑学院 12 3 场地土方量的计算 分别按方格求出挖 填方量 再求整个场地总挖方量 总填方量 1 四角棱柱体法1 全挖 全填格 V挖 填 a2 h1 h2 h3 h4 4h1 h4 方格角点施工高度绝对值V挖 填 挖方或填方的体积 2 部分挖 部分填格 V挖 填 a2 h挖 填 2 4 h h挖 填 方格角点挖或填施工高度绝对值之和 h 方格四个角点施工高度绝对值总和 2 四方棱柱体平均高度法 略 3 三角棱柱体法 略 均见教材 湖北工业大学土木与建筑学院 13 三 土方的调配 在施工区域内 挖方 填方或借 弃土的综合协调 1 要求 总运输量最小 土方施工成本最低 2 步骤 1 找出零线 画出挖方区 填方区 2 划分调配区注意 1 位置与建 构筑物协调 且考虑开 施工顺序 2 大小满足主导施工机械的技术要求 3 与方格网协调 便于确定土方量 4 借 弃土区作为独立调配区 湖北工业大学土木与建筑学院 14 B1 B2 B3 3 找各挖 填方区间的平均运距 即土方重心间的距离 可近似以几何形心代替土方体积重心 划分调配区示例 4 列挖 填方平衡及运距表 湖北工业大学土木与建筑学院 15 5 调配方法 最小元素法 就近调配 顺序 先从运距小的开始 使其土方量最大 n列 m行 400 500 500 300 100 100 结果 所得运输量较小 但不一定是最优方案 总运输量97000m3 m 6 画出调配图 略 500 湖北工业大学土木与建筑学院 16 3 调配方案的优化 线性规划中 表上作业法 1 确定初步调配方案 如上 2 判别是否最优方案用位势法求检验数 ij 若所有 ij 0 则方案为最优解 1 求位势Ui和Vj 位势和就是在运距表的行或列中用运距 或单价 同时减去的数 目的是使有调配数字的格检验数为零 而对调配方案的选取没有影响 湖北工业大学土木与建筑学院 17 计算方法 平均运距 或单方费用 Cij Ui Vj 设U1 0 U1 0 V1 50 U3 10 V2 100 U2 60 V3 60 U4 20 U3 C31 V1 60 50 10 则V1 C11 U1 50 0 50 V2 110 10 100 湖北工业大学土木与建筑学院 18 2 求空格的检验数 ij ij Cij Ui Vj 11 50 0 50 0 有土 结论 表中 12为负值 不是最优方案 应对初始方案进行调整 30 40 80 90 50 20 13 100 0 60 40 21 70 60 50 80 12 70 0 100 30 湖北工业大学土木与建筑学院 19 三 方案调整调整方法 闭回路法 调整顺序 从负值最大的格开始 1 找闭回路沿水平或垂直方向前进 遇适当的有数字的格转弯 直至回到出发点 2 调整调配值从空格出发 在奇数次转角点的数字中 挑最小的土方数调到空格中 且将其它奇数次转角的土方数都减 偶数次转角的土方数都加这个土方量 以保持挖填平衡 X12 100 0 400 400 湖北工业大学土木与建筑学院 20 3 再求位势及空格的检验数 若检验数仍有负值 则重复以上步骤 直到全部 ij 0而得到最优解 40 50 60 50 50 U1 0 V1 50 V2 70 U2 30 U3 10 V3 60 U4 20 30 由于所有的检验数 ij 0 故该方案已为最优方案 湖北工业大学土木与建筑学院 21 5 求出最优方案的总运输量 400 50 100 70 500 40 400 60 100 70 400 40 94000m3 m 4 绘出调配图 包括调运的流向 数量 运距 湖北工业大学土木与建筑学院 22 有借 弃土时的土方调配图 湖北工业大学土木与建筑学院 23 第三节土方开挖的辅助工作 一 降低地下水位一 降水目的1 防止涌水 冒砂 保证在较干燥的状态下施工 2 防止滑坡 塌方 坑底隆起 3 减少坑壁支护结构的水平荷载 湖北工业大学土木与建筑学院 24 二 流砂现象1 概念 基坑挖土至地下水位以下 土质为细砂土或粉砂土的情况下 采用集水坑降低地下水时 坑下的土有时会形成流动状态 并随着地下水流入基坑 这种现象称为流砂现象 2 流砂原因内因 土质为粉状 密度较小外因 动水压力Gd的存在 湖北工业大学土木与建筑学院 25 动水压力的原理动水压力实验 结论 湖北工业大学土木与建筑学院 26 2 流砂原因内因 土质为粉状 密度较小外因 动水压力的存在 当动水压力大于或等于土的浸水重度 GD Q F 时 土粒被水流带到基坑内 主要发生在细砂 粉砂 轻亚粘土 淤泥中 湖北工业大学土木与建筑学院 27 3 流砂的防治减小动水压力 板桩等增加L 平衡动水压力 抛石块 水下开挖 泥浆护壁 改变动水压力的方向 井点降水 湖北工业大学土木与建筑学院 28 三 降排水方法 1 集水井法 明排水法 用于土质较好 水量不大 基坑可扩大者挖至地下水位时 挖排水沟 设集水井 抽水 再挖土 沟 井 湖北工业大学土木与建筑学院 29 一 普通明沟排水法 二 分层明沟排水法 湖北工业大学土木与建筑学院 30 2 井点降水法 1 特点效果明显 使土壁稳定 避免流砂 防止隆起 方便施工 可能引起周围地面和建筑物沉降 2 井点类型及适用范围 湖北工业大学土木与建筑学院 31 轻型井点降水全貌图 湖北工业大学土木与建筑学院 32 湖北工业大学土木与建筑学院 33 四 轻型井点降水1 降水原理2 井点设备井管 38 51 长5 7m 常用6m 无缝钢管 丝扣连滤管 滤管 38 51 长1 1 7m 开孔 12 开孔率20 25 包滤网 总管 内 75 100无缝钢管 每节4m 每隔0 8 1或1 2m有一短接口 连接管 使用透明塑料管 胶管或钢管 宜有阀门 抽水设备 真空泵 教材 真空度高 体形大 耗能多 构造复杂射流泵 常用 简单 轻小 节能隔膜泵 少用 湖北工业大学土木与建筑学院 34 湖北工业大学土木与建筑学院 35 3 井点布置 1 平面布置单排 在沟槽上游一侧布置 每侧超出沟槽 B 用于沟槽宽度B 6m 降水深度 5m 双排 在沟槽两侧布置 每侧超出沟槽 B 用于沟槽宽度B 6m 或土质不良 环状 在坑槽四周布置 用于面积较大的基坑 湖北工业大学土木与建筑学院 36 单排井点平面及高程布置 环状井点平面及高程布置 湖北工业大学土木与建筑学院 37 2 高程布置 图 井管埋深 H埋 H1 h iL H1 埋设面至坑底距离 h 降水后水位线至坑底最小距离 一般可取0 5 1m i 地下水降落坡度 环状1 10 线状1 5 L 井管至基坑中心 环状 或另侧 线状 距离 当H埋 6m时 降低埋设面 采用二级井点 改用其它井点 湖北工业大学土木与建筑学院 38 4 计算涌水量Q 环状井点系统 1 判断井型 图 按照滤管与不透水层的关系 完整井 到不透水层非完整井 未到不透水层 按照是否承压水层 承压井无压井 湖北工业大学土木与建筑学院 39 水井的分类 湖北工业大学土木与建筑学院 40 2 无压完整井群井井点计算 积分解 Q 1 366K 2H S S lgR lgX0 m3 d K 土层渗透系数 m d H 含水层厚度 m S 水位降低值 m R 抽水影响半径 m R 1 95S HK 1 2 X0 环状井点系统的假想半径 m 当长宽比A B 5时 X0 F 1 2 否则分块计算涌水量再累加 F 井点系统所包围的面积 湖北工业大学土木与建筑学院 41 5 确定井管的数量与间距 1 单井出水量 q 65 dlK1 3 m3 d d l 滤管直径 长度 m 2 最少井点数 n 1 1Q q 根 1 1 备用系数 3 最大井距 D L总管 n m 4 确定井距 取井距D 5 确定井点数 n L总管 D D 15d 符合总管的接头间距 湖北工业大学土木与建筑学院 42 6 井点管的埋设与使用 1 埋设方法 水冲法 水枪 井管自身 高压水 钻孔法 正循环钻 反循环钻 冲击钻 2 使用要求 开挖前2 5天开泵降水 连续抽水不间断 水量先大后小 先混后清 防止堵塞 降水施工 湖北工业大学土木与建筑学院 43 3 注意问题 1 真空度0 6 0 7大气压2 死管 检查 变活3 设观测井检查水位下降情况 4 拔除井管 基坑回填后 卷扬机 支架 51 6 5m上拔力1 2 1 8t 湖北工业大学土木与建筑学院 44 可编辑 45 5 轻型井点系统设计示例某基础工程需开挖图所示的基坑 基坑底宽l0m 长15m 深4 1m 边坡为1 0 5 地质资料为 天然地面下有0 5m厚的粘土层 7 4m厚极细砂层 再下面为不透水的粘土层 试按轻型井点降水系统设计 表层为粘上 为使总管接近地下水位 可挖去0 4m在十5 20m标高处布置井点系统 取井管外露0 2m 则6m长的标准井管埋人土中为5 8m 要求埋深H H1十h十iL 5 2一1 5 十0 5十 1 10 15 7 2 4 99 m 小于实际埋深5 8m 故高层布置符合要求 湖北工业大学土木与建筑学院 46 有效抽水影响深度H 取滤管长L 1 2m 井点管中水位降落S 5 6m 则求得H 1 85 5 6十1 2 12 6 但 实际含水层厚度H 7 3 m 故取H 7 3m 按无压完整井计算涌水量 47 湖北工业大学土木与建筑学院 总涌水量计算通过扬水试验求得K 30m d 已知井点管所围成的面积F 15 7 20 7 m2 则基坑的假想半径 0 15 7 20 7 3 14 10 17m 湖北工业大学土木与建筑学院 48 抽水影响半径 总涌水量 湖北工业大学土木与建筑学院 49 计算井管数量一根井管直径38的出水量为井点管数量 井管的平均间距 实用井电管数量为 湖北工业大学土木与建筑学院 50 8 降水对周围建筑物影响及防止措施降水对周围建筑物影响 在软土中进行井点降水时 致使地面产生不均匀沉降 这种不均匀沉降会使附近建筑物产生下沉或开裂 湖北工业大学土木与建筑学院 51 8 降水对周围建筑物影响及防止措施防止措施设置一道抗渗屏幕设置回灌井点 湖北工业大学土木与建筑学院 52 二 放坡与护面1 直壁 不加支撑 的允许深度 密实 中密的砂土和砂填碎石土 1 00m 硬塑 可塑的轻亚粘土及亚粘土 1 25m 硬塑 可塑的粘土和粘填碎石土 1 50m 坚硬的粘土 2m 2 放边坡 1 边坡坡度 m 坡度系数 m B H 2 边坡形式 斜坡 折线坡 踏步 台阶 式 1 m i tg H B 1 B H 1 m 湖北工业大学土木与建筑学院 53 二 边坡稳定 一 条件与因素 T CT 土体下滑力 下滑土体的分力 受坡上荷载 雨水 静水压力影响 1 边坡稳定的条件 C 土体抗剪力 由土质决定 受气候 含水量及动水压力影响 2 确定边坡大小的因素 主要6个方面 土质 开挖深度 开挖方法 留置时间 排水情况 坡上荷载 动 静 无 或者说 土体的稳定条件是 在土体的重力及外部荷载作用下所产生的剪应力小于土体的抗剪强度 湖北工业大学土木与建筑学院 54 三 支护结构当地质条件和周围环境不允许放坡时使用 一 选型1 横撑式支撑 1 水平衬板式 断续式 深度3m内 连续式 深度5m内 2 垂直衬板式 构造 深度不限适用于 较窄且施工操作简单的管沟 基槽 湖北工业大学土木与建筑学院 55 2 护坡桩挡墙 1 挡墙类型1 钢板桩 2 H型钢桩 3 钻孔灌注桩4 人工挖孔桩 5 深层搅拌水泥土桩6 旋喷桩 湖北工业大学土木与建筑学院 56 2 锚固形式1 锚拉式 在滑坡面外设置锚桩 2 锚杆式 地面上有障碍或基坑深度大 土层锚杆 湖北工业大学土木与建筑学院 57 泛利大厦挡土支护结构构造 远洋大厦挡土支护结构构造 湖北工业大学土木与建筑学院 58 湖北工业大学土木与建筑学院 59 土层锚杆的构造及长度划分 湖北工业大学土木与建筑学院 60 锚固段钢绞线及灌浆管的固定 湖北工业大学土木与建筑学院 61 锚杆的压水钻进成孔 挖孔灌锚杆注桩挡墙护壁的形式 湖北工业大学土木与建筑学院 62 第四节土方工程机械化施工 一 土方机械的类型1 挖掘机械 正铲 反铲 拉铲 抓铲2 挖运机械 推土机 装载机 铲运机3 运输机械 自卸汽车 翻斗车 4 密实机械 压路机 蛙式夯 振动 湖北工业大学土木与建筑学院 63 二 常见土方机械的特点 适用范围及作业方法 1 推土机 液压式 索式 固定式 回转式工作特点 用途多 费用低 适用于 1 平整场地 运距在100m内 一 三类土的挖运 压实 2 坑槽开挖 深度在1 5m内 一 三类土 提高效率的作业方法 下坡推士 多次切土 一次推运 跨铲法 并列法 加挡板 湖北工业大学土木与建筑学院 64 并列推土法 湖北工业大学土木与建筑学院 65 下坡推土法 湖北工业大学土木与建筑学院 66 槽形推土法 湖北工业大学土木与建筑学院 67 分堆集中 一次推送法 湖北工业大学土木与建筑学院 68 2 铲运机 自行式 拖式 工作特点 运土效率高 适用于 运距60 800m 一 二类土的大型场地平整或大型基坑开挖 堤坝 填筑等作业方法 环形线路 8 字线路 助推法 湖北工业大学土木与建筑学院 69 铲运机下坡铲土法 湖北工业大学土木与建筑学院 70 3 单斗挖土机 类型 正铲挖掘机 反铲挖掘机 拉铲挖掘机 抓铲挖掘机 湖北工业大学土木与建筑学院 71 1 正铲挖土机 工作特点 前进向上 强制切土 挖土 装车效率高 易与汽车配合 适用于 停机面以上 含水量30 以下 一 四类土的大型基坑开挖作业方法 正向挖土后方卸土 正向挖土侧向卸土 湖北工业大学土木与建筑学院 72 2 反铲挖土机 工作特点 后退向下 强制切土 可与汽车配合 适用于 停机面以下 一 三类土的基坑 基槽 管沟开挖 作业方法 沟端开挖一一挖宽0 7 1 7R 效率高 稳定性好 沟侧开挖一一挖宽0 5 0 8R 湖北工业大学土木与建筑学院 73 3 拉铲挖土机 工作特点 后退向下 自重切土 开挖深度 宽度大 甩土方便 适用于 停机面以下 一 二类土的较大基坑开挖 填筑堤坝 河道清淤 湖北工业大学土木与建筑学院 74 4 抓铲挖土机 工作特点 直上直下 自重切土 效率较低 适用于 停机面以下 一 二类土的 面积小而深度较大的坑 井开挖 湖北工业大学土木与建筑学院 75 抓土斗工作示意图 湖北工业大学土木与建筑学院 76 三 自卸汽车与挖土机的配套 原则 保证挖土机连续工作 汽车载重量 以装3 5斗土为宜 湖北工业大学土木与建筑学院 77 四 开挖方式与注意问题 1 基坑开挖方式 1 下坡分层开挖 1 7 8的坡道 2 墩式开挖 用于无修坡道的场地 搭设栈桥时 3 盆式开挖 用于逆作法施工 湖北工业大学土木与建筑学院 78 下坡挖土和运土示意图 分层开挖方案 湖北工业大学土木与建筑学院 79 墩式开挖示意图 湖北工业大学土木与建筑学院 80 盆式开挖示意图 湖北工业大学土木与建筑学院 81 2 开挖注意问题 1 挖前先验线 2 连续开挖尽快完 防止水流入 3 坑边堆土防坍塌 及时清运 堆土0 8m以外 高 1 5m 4 严禁扰动基底土 加强测量防超挖 预留层 保护层 抄平清底打木桩 5 发现