土木工程施工课件 -章.ppt

二00九年春季教案 土木工程专业061 062班 土木工程施工 主讲教师祝彦知中原工学院二00九年年三月 课程简介 课程的性质与特点性质 土木工程施工 是土木工程专业的一门重要的专业课 也是土木工程专业的必修课之一 土木工程施工是研究各主要工程的施工技术与组织的基本规律 以及各专业方向的专业施工技术的学科 特点 涉及面广 综合性与实践性强 社会性广 发展迅速 课程学习要求 掌握各工种工程施工工艺原理和工艺操作要点 掌握网络计划技术 掌握单位工程施工组织设计及施工组织总设计的基本方法 课程的重要性就业是注册监理工程师 注册造价工程师 注册建造师等各类注册考试占有很大比重 将来到建筑公司 房地产公司 监理 造价 咨询公司必须要掌握的课程 深造 考研 土木类专业研究生综合考试必考内容报考工程管理类 施工类 结构工程 施工管理方向 必考课程 学习要求 三点 课前要预习 上课要带书 讲授 自学和讨论相结合 上课要集中精力 认真听 重点记 先读书 后做作业 按时交作业 平时注意观察 平时成绩20 期末成绩80 成绩评定 第一章土方工程 主要讲授内容 1 1土的工程分类与性质1 2土方量的计算与调配1 3土方工程的准备工作1 4土方工程施工1 5路基工程施工1 6软土地基加固1 7石方爆破 学习目标 1 熟悉土的工程分类 土方工程施工准备与辅助工作内容 2 常用土方施工机械的施工特点 土方工程质量标准与安全技术 3 掌握土方量计算方法 基坑 基槽 场地平整的抄平与放线 开挖 土方填筑与压实 4 了解爆破工程原理及安全措施 学习要点 结合土的工程分类和物理性质学习土方工程的内容及施工特点 对常用土方机械及土方施工工艺的学习要注意身边工地的施工过程进行印证以加深理解 场地平整土方量的计算方法通过实际操作来掌握 结合一些安全事故从反面学习土方施工过程的安全技术重点 难点 1 土的工程分类 2 基坑 槽 及场地平整土方量的计算 3 土的回填与压实施工工艺 4 土方施工过程的安全技术 学习方式 在理论教学同时 结合图片及影像等形式体会和理解土方工程的施工工艺 从而掌握土方工程的施工方法土方量的计算方法以及土方工程的质量标准与安全技术 第一节土的分类及工程性质 土的基本性质与工程施工有关 在施工之前应详尽了解 避免造成工程事故 本门课程从下列两方面对土的基本性质进行阐述 一 土的分类二 土的工程性质 一 土的分类 按土开挖的难易程度将土分为 松软土 普通土 坚土 砂砾坚土 软石 次坚石 坚石 特坚硬石等八类 土和普通土可直接用铁锹开挖 人工开挖 或用铲运机 推土机 挖土机施工 机械开挖 坚土 砂砾坚土和软石要用镐 撬棍开挖 或预先松土 部分用爆破的方法施工 次坚石 坚石和特坚硬石一般要用爆破方法施工 详细见表1 1所示 表1 1土的工程分类与现场鉴别方法 二 土的工程性质土的工程性质对土方施工方法的选择 劳动量和机械台班的消耗及工程费用等都有较大影响 1 土的含水量2 土的天然密度和干密度3 土的可松性系数4 土的渗透性 1 土的含水量土的含水量 土中水的质量与固体颗粒质量之比的百分率式中 m湿 含水状态土的质量 kg m干 烘干后土的质量 kg mw 土中水的质量 kg mS 固体颗粒的质量 kg 土的含水量随气候条件 雨雪和地下水的影响而变化 对土方边坡的稳定性及填方密实程度有直接的影响 2 土的天然密度和干密度土的天然密度 在天然状态下 单位体积土的质量 它与土的密实程度和含水量有关 土的天然密度按下式计算 式中 土的天然密度 kg m3 m 土的总质量 kg V 土的体积 m3 干密度 土的固体颗粒质量与总体积的比值 用下式表示 式中 d 土的干密度 kg m3 mS 固体颗粒质量 kg V 土的体积 m3 在一定程度上 土的干密度反映了土的颗粒排列紧密程度 土的干密度愈大 表示土愈密实 土的密实程度主要通过检验填方土的干密度和含水量来控制 3 土的可松性系数土的可松性 天然土经开挖后 其体积因松散而增加 虽经振动夯实 仍然不能完全复原 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 最初可松性系数KS V2 V1最后可松性系数KS V3 V1用途 开挖 运输 存放 挖土回填 留回填松土 式中KS KS 土的最初 最终可松性系数 V1 土在天然状态下的体积 m3 V2 土挖出后在松散状态下的体积 m3 V3 土经压 夯 实后的体积 m3 土的最初可松性系数KS是计算车辆装运土方体积及挖土机械的主要参数 土的最终可松性系数KS 是计算填方所需挖土工程量的主要参数 各类土的可松性系数见第一节 表1 1 所示 4 土的渗透性土的渗透性 指土体被水透过的性质 土的渗透性用渗透系数表示 渗透系数 表示单位时间内水穿透土层的能力 以m d表示 它同土的颗粒级配 密实程度等有关 是人工降低地下水位及选择各类井点的主要参数 土的渗透系数见 表1 2 所示 表1 2土的渗透系数参考表 第二节土方量计算与调配 1 2 1概述在土方施工之前 必须计算土方的工程量 但各种土方工程的外形有时很复杂 而且不规则 一般情况下 将其划分成为一定的几何形状 采用具有一定精度而又和实际情况近似的方法进行计算 一 基坑土方量计算基坑土方量可按立体几何中拟柱体 由两个平行的平面作底的一种多面体 体积公式计算 如图1 1所示 即 V F下 4F中 F上 H 6 式中H 基坑深度 m F上 F下 基坑上 下底的面积 m2 F中 基坑中截面的面积 m2 图1 1基坑开挖土方量计算 图1 1基坑开挖土方量计算 基槽土方量计算可沿长度方向分段计算 如图1 2所示 沿长度方向分段计算Vi 再V Vi断面尺寸不变的槽段 Vi Fi Li断面尺寸变化的槽段 Vi Fi上 4Fi中 Fi下 Li 6 二 基槽土方量计算 图1 2基槽开挖土方量计算 1 2 2场地平整土方计算对于在地形起伏的山区 丘陵地带修建较大厂房 体育场 车站等占地广阔工程的平整场地 主要是削凸填凹 移挖方作填方 将自然地面改造平整为场地设计要求的平面 场地挖填土方量计算一般采用方格网法 方格网法计算场地平整土方量步骤为 1 读识方格网图2 确定场地设计标高3 计算场地各个角点的施工高度4 计算 零点 位置 确定零线5 计算方格土方工程量6 边坡土方量计算7 计算土方总量 一 读识方格网图方格网图由设计单位 一般在1 500的地形图上 将场地划分为边长a 10 40m的若干方格 与测量的纵横坐标相对应 在各方格角点规定的位置上标注角点的自然地面标高 H 和设计标高 Hn 如图1 3所示 图1 3方格网法计算土方工程量图 二 场地平整土方计算1 确定场地设计标高 1 考虑的因素 2 初步标高 按挖填平衡 3 场地设计标高的调整 1 等高线 2 自然平面 3 设计平面 任一方格4个角点标高 1 考虑的因素 满足生产工艺和运输的要求 尽量利用地形 减少挖填方数量 争取在场区内挖填平衡 降低运输费 有一定泄水坡度 一般取不小于2 0 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 A 小型场地 挖填平衡法 B 大型场地 最佳平面设计法 用最小二乘法 使挖填平衡且总土方量最小 2 初步标高 按挖填平衡 场地初步标高 H11 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 3 场地设计标高的调整考虑泄水坡度 土的可松性 就近借弃土等进行调整 按泄水坡度调整各角点设计标高 如下图 单向排水时 各方格角点设计标高为 双向排水时 各方格角点设计标高为 图1 5 3 计算场地各个角点的施工高度施工高度为角点设计地面标高与自然地面标高之差 是以角点设计标高为基准的挖方或填方的施工高度 各方格角点的施工高度按下式计算 式中hn 角点施工高度即填挖高度 以 为填 为挖 m n 方格的角点编号 自然数列1 2 3 n Hn 角点设计高程 H 角点原地面高程 4 计算 零点 位置 确定零线方格边线一端施工高程为 若另一端为 则沿其边线必然有一不挖不填的点 即 零点 如图1 4所示 图1 6零点位置 零点位置按下式计算 式中x1 x2 角点至零点的距离 m h1 h2 相邻两角点的施工高度 均用绝对值 m a 方格网的边长 m 5 计算方格土方工程量按方格底面积图形和表1 3所列计算公式 逐格计算每个方格内的挖方量或填方量 表1 3常用方格网点计算公式 常用的有两种方法 四方棱柱体法或三角棱柱体法 6 边坡土方量计算场地的挖方区和填方区的边沿都需要做成边坡 以保证挖方土壁和填方区的稳定 边坡的土方量可以划分成两种近似的几何形体进行计算 一种为三角棱锥体 图1 6中 另一种为三角棱柱体 图1 6中 图1 7场地边坡平面图 A 三角棱锥体边坡体积式中l1 边坡 的长度 A1 边坡 的端面积 h2 角点的挖土高度 m 边坡的坡度系数 m 宽 高 B三角棱柱体边坡体积 两端横断面面积相差很大的情况下 边坡体积式中l4 边坡 的长度 A1 A2 A0 边坡 两端及中部横断面面积 7 计算土方总量将挖方区 或填方区 所有方格计算的土方量和边坡土方量汇总 即得该场地挖方和填方的总土方量 图1 8某建筑场地方格网布置图 三 土方调配在平整场地土方工程量计算完成后进行 编制土方调配方案应根据地形及地理条件 把挖方区和填方区划分成若干个调配区 计算各调配区的土方量 计算每对挖 填方区之间的平均运距 即挖方区重心至填方区重心的距离 确定挖方各调配区的土方调配方案 应使土方总运输量最小或土方运输费用最少 而且便于施工 从而可以缩短工期 降低成本 土方调配的原则 力求达到挖方与填方平衡和运距最短的原则 近期施工与后期利用的原则 进行土方调配 必须依据现场具体情况 有关技术资料 工期要求 土方施工方法与运输方法 综合上述原则 并经计算比较 选择经济合理的调配方案 调配方案确定后 绘制土方调配图如图1 9 在土方调配图上要注明挖填调配区 调配方向 土方数量和每对挖填之间的平均运距 图中的土方调配 仅考虑场内挖方 填方平衡 A为挖方 B为填方 图1 9土方调配图 第三节土方工程的准备工作 一 施工准备 1 在场地平整施工前 应利用原场地上已有各类控制点 或已有建筑物 构筑物的位置 标高 测设平场范围线和标高 2 对施工区域内障碍物要调查清楚 制订方案 并征得主管部门意见和同意 拆除影响施工的建筑物 构筑物 拆除和改造通讯和电力设施 自来水管道 煤气管道和地下管道 迁移树木 3 尽可能利用自然地形和永久性排水设施 采用排水沟 截水沟或挡水坝措施 把施工区域内的雨雪自然水 低洼地区的积水及时排除 使场地保持干燥 便于土方工程施工 4 对于大型平整场地 利用经纬仪 水准仪 将场地设计平面图的方格网在地面上测设固定下来 各角点用木桩定位 并在桩上注明桩号 施工高度数值 以便施工 5 修好临时道路 电力 通讯及供水设施 以及生活和生产用临时房屋 二 边坡稳定 一 边坡稳定的条件与影响因素 二 放坡与护面 一 边坡稳定条件与影响因素1 边坡稳定的条件土壁稳定 主要是由土体内摩阻力和粘结力保持平衡 一旦失去平衡 土壁就会塌方 即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 C 土体抗剪力 由土质决定 受气候 含水量及动水压力影响 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 2 造成土壁塌方的主要原因有 1 边坡过陡 使土体本身稳定性不够 尤其是在土质差 开挖深度大的坑槽中 常引起塌方 2 雨水 地下水渗入基坑 使土体重力增大及抗剪能力降低 是造成塌方的主要原因 3 基坑 槽 边缘附近大量堆土 或停放机具 材料 或由于动荷载的作用 使土体产生的剪应力超过土体的抗剪强度 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I tg H B 1 B H 1 mm 坡度系数 m B H 2 边坡形式 斜坡 折线坡 踏步 台阶 式 见图1 11所示 图1 10土方边坡形式 a 直线边坡 b 不同土层折线边坡 c 相同土层折线边坡 3 临时性挖方的边坡值应按 表1 4 规定采用注 土质均匀 地下水位低 留置时间时间短 开挖深度在5m深以内时 方可采用 表1 4深度在5m内的基坑 基槽 管沟边坡的最陡坡度 3 边坡护面措施 覆盖法 挂网法 挂网抹面法 土袋 砌砖压坡法 见图1 11 三 支护结构 一 支护结构结构的类型非重力式式支护结构 柔性支护结构 钢板桩 钢筋砼管桩 地下连续墙等重力式支护结构 刚性支护结构 水泥土挡墙 旋喷帷幕墙等当地质条件和周围环境不允许放坡时可使用非重力式式支护结构或重力式支护结构如 1 横撑式支撑2 护坡桩挡墙3 土钉墙支护4 地下连续墙等 二 支护结构的破坏形式 1 整体失稳 在松软的地层中 当基坑平面尺寸较大 由于作为支护结构的板桩墙插入深度不够 或施工时几何形状和相互连接不符合要求 支撑位置不当 支撑与围檩系统结合不牢等原因 围护墙产生位移过大的前倾或后仰 导致基坑外土体大滑坡 支护结构系统整体失稳破坏 如右图 2 基坑隆起 在软弱的粘性土层中开挖基坑 当基坑内土体不断挖去 围护墙内外土面的高差引起的体系不平衡力相当于等于墙外在基坑开挖水平面上作用一附加荷载 挖探增大 荷载也增大 若墙体入土深度不足 则会使基坑内土体大量隆起 基坑外土体过量沉陷 支撑系统应力陡增 导致支撑结构整体失稳破坏 如右图 3 管涌及流砂 含水砂层中的基坑支护结构 在基坑开挖过程中 围护墙内外形成水头差 当动水压的渗流速度超过临界流速或水梯度超过临界梯度时 就会引起管涌及流砂现象 基坑底部和墙体外面大量的砂随地下水涌人基坑 导致地面塌陷 同时使墙体产生过大位移 引起整个支护系统崩塌 有时开挖面下有薄不透水层 薄不透水层下是一层有承压水头的砂层 当薄不透水层抵挡不住水头压力 在渗流作用下被切割成小块脱离原位 也会造成支护结构的崩塌破坏 如图 4 支撑强度不足或压屈 当设置的支撑间距过大或数量太少 强度不足或刚度不够时 在较大的侧向土压力作用下 发生支撑破坏或压屈 引起围护墙变形过大 导致支护结构破坏 如右图 5 墙体破坏 墙体强度不够或连接构造不好 在土压力 水压力作用下 产生的最大弯矩超过墙体抗弯强度 产生强度破坏 如右图 6 支护结构平面变形超过限度 由于支护结构平面变形过大 或是降水造成周围土体沉降 使基坑外围的土体发生垂直或水平位移 有时 这种变形对支护结构本身尚未带来妨碍和危害 但对邻近建筑物或地下管线造成有害影响 造成建筑物下沉 倾斜 开裂 或造成上 下水管 煤气管 供电和通讯电缆变形 张拉或断裂 1 横撑式支撑 见下图所示 三 常见的支护结构 2 护坡桩挡墙 1 挡墙类型1 钢板桩挡墙 见图1 14所示 图1 14钢板桩截面图 A 适用范围 1 可用于开挖5 7m的基坑 由于一次性投资较大 支护工程完毕后 要将桩拔出 否则很不经济 拔出后按摊销计算 比灌注桩节省 钢板桩用打入或振动法施工 但是由于钢板桩柔性较大 在基坑较深时 支撑或拉锚工程量大 对坑内施工会带来一定的困难 而且施工完毕后拔出时由于带土 如处理不当会引起土层移动 严重时会给施工的结构或周围的设施带来危害 2 H型钢桩挡墙 见图1 15所示 图1 15H型钢桩截面图3 钻孔灌注桩 人工挖孔桩挡墙 见图1 16所示 图1 16桩基防护图 4 深层搅拌水泥土桩 旋喷桩挡墙 见图1 16所示 图1 16深层搅拌水泥土桩 旋喷桩防护图 这类挡土结构的优点是不设支撑 不渗水 并且只需水泥 不需要钢材 造价低 但为了满足稳定性要求 一般宽度很大 深层搅拌法是利用特制的深层搅拌机在边坡土体需要加固的范围内 将软土与固化剂强制拌合 使软土硬结成具有整体性 水稳性和足够强度的水泥加固土 又称为水泥土搅拌桩 深层搅拌法利用的固化剂为水泥浆或水泥砂浆 水泥的掺量为加固土重的7 15 水泥砂浆的配合比为1 1或1 2 2 锚固形式挡墙 见图1 18所示 图1 18锚固形式防护图 图示无内支撑支护的基坑开挖 1 支护结构 2 拉锚 3 锚碇 4 重力式挡墙 5 喷射砼面层 6 土钉 7 注浆 8 土层锚杆 9 混凝土板或钢横撑 基坑开挖深度 支护结构或挡墙插入深度 支护结构或挡墙高度 3 土钉墙支护作用 土钉与土体形成复合体 提高边坡稳定性和超载能力 增强土体破坏延性 特点 土体稳定性好 位移小 施工简便 费用低 对邻近建筑物影响小 分层分段施工 阶段不稳定性 适用于 地下水位以上的杂填土 粘性土 非松散砂土 边坡坡度70 90 工艺过程 挖土 喷射混凝土 打孔 插筋 注浆 铺放 压固钢筋网 喷射混凝土 挖下层土 4 地下连续墙作用 防渗 挡土 地下室外墙的一部分 适用于 坑深大 土质差 地下水位高 邻近有建 构 筑物 采用逆作法施工 工艺过程 作导槽 钻槽孔 放钢筋笼 水下灌注混凝土 基坑开挖与支撑 四 降低地下水位基坑工程中的降低地下水亦称地下水控制 即在基坑工程施工过程中 地下水要满足支护结构和挖土的施工要求 并且不因地下水位的变化 对基坑周围的的环境和设施带来危害 一 降水目的 二 集水井法 明排水法 三 轻型井点降水 一 降水目的1 防止涌水 流砂 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 流砂现象当开挖深度大 地下水位较高而土质为细砂或粉砂时 如果采用集水井法降水开挖 当挖至地下水位以下时 坑底下面的土会形成流动状态 随地下水涌入基坑 这种现象称为流砂A 动水压力 地下水在渗流过程中受到土颗粒的阻力 使水流对土颗粒产生的一种压力 其大小与水力坡度成正比 方向同渗流方向 GD I w h L wB 流砂原因 当动水压力大于或等于土的浸水重度 GD 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 C 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 D 如果土层中产生局部流砂现象 应采取减小动水压力的处理措施 使坑底土颗粒稳定 不受水压干扰 其方法有 1 如条件许可 尽量安排枯水期施工 使最高地下水位不高于坑底0 5m 2 水中挖土时 不抽水或减少抽水 保持坑内水压与地下水压基本平衡 3 采用井点降水法 打板桩法 地下连续墙法防止流砂产生 二 集水井法 明排水法 1 用于土质较好 水量不大 基坑可扩大者2 挖至地下水位时 挖排水沟 设集水井 抽水 再挖土 沟 井3 要求 1 排水沟 沿基坑底四周设置 底宽 300mm 沟底低于坑底500mm 坡度1 2 集水井 沿基坑底边角设置 间距20 40m 直径0 6 0 8m 井底低于坑底1 2m 长期用 有护壁和碎石压底 3 水泵 离心泵 潜水泵 污水泵 图1 22集水井降水法 三 轻型井点降水轻型井点降水法具有效果明显 使土壁稳定 避免流砂 防止隆起 方便施工的优点同时也有可能引起周围地面和建筑物沉降 1 井点类型用适用范围2 轻型井点设备3 轻型井点布置4 计算涌水量Q 环状井点系统 5 确定井管的数量与间距6 井点管的埋设与使用 1 井点类型及适用范围 见表1 5 图1 24轻型井点降水示意图1 地面 2 水泵 3 总管 4 井点管 5 滤管 6 降落后的地下水位 7 原地下水位 8 基坑底面 2 轻型井点设备井管 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 见下图示 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 4 轻型井点布置 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 图示 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 图示 5 计算涌水量Q 环状井点系统 1 判断井型 2 无压完整井井点计算 积分解 3 无压完整井群井井点计算 4 无压非完整井群井系统涌水量计算 近似解 1 判断井型 图 按照滤管与不透水层的关系 见图1 19所示 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 见图1 19所示 承压井或无压井 图1 19井形示意图 2 无压完整井井点计算 积分解 图1 31无压完整井水位降落曲线 目前有关水井的理论计算方法都是以法国水力学家裘布依 Dupuit 的水井理论为基础的 根据该水井理论 当均匀地从井内抽水时 井内水位开始下降 而周围含水层中的潜水流向水位降低处 经过一定时间的抽水后 水井周围原有的水面就由水平变成弯曲水面 最后这个曲线逐渐稳定 成为向水井倾斜的水位降落漏斗 根据上述假定和达西直线渗透法则 如图1 31所示 以井轴为轴 对于无压完整井 可以推导出涌水量计算公式为 式中Q 单井涌水量 m3 d k 土的渗透系数 m d H 含水层厚度 m S 水井处降水深度 m R 水井的抽水影响半径 m r 井点的半径 m 1 49 3 无压完整井群井井点计算 积分解 公式 1 49 是无压完整单井涌水量的计算公式 但在实际的井点系统中 各井点管是布置在基坑周围 许多井点同时抽水 即群井共同工作 其涌水量不能用各井点管内涌水量进行简单相加求得 群井涌水量的计算是把由各井点管组成的群井系统 视为一口大的单井 设该井为圆形的 并假设在群井抽水时 每一井点管 视为单井 在大圆井外侧的影响范围不变 仍为 则有 1 50 式中 群井降水影响半径 m 环状井点系统的假想圆半 m S 井点管处水位降落值 m 应用上述公式计算时 必须首先确定 R和k值 由于目前计算轻型井点所用的计算公式 均有一定的适用条件 例如 矩形基坑的长 宽比大于5 或基坑宽度大于2倍的抽水半径时 则不能直接利用现有公式进行计算 需将基坑分成几小块 使其符合公式的计算条件 然后分别计算每小块的涌水量 再相加即可得到总涌水量 由于基坑在大多数情况下并非是圆形的 因此不能直接得到 对矩形基坑的长 宽比不大于5时 可将不规则的平面形状化成一个假想半径为的圆井进行计算式中F 环状井点系统包围的面积 m2 1 51 抽水影响半径则是指井点系统抽水后地下水位降落曲线稳定时的影响半径 它与土的渗透系数 含水层厚度 水位降低值及抽水时间等因素有关 一般在抽水1 5d后 水位降落曲线基本稳定 此时 抽水影响半径可近似地按下式进行计算 1 52 式中 S H的单位为m k的单位为m d 渗透系数k值的确定是否正确 对计算结果影响较大 值可通过现场抽水试验或实验室测定 对重大工程 宜采用现场抽水实验法测定渗透系数值 4 无压非完整井群井系统涌水量计算 近似解 在实际工程中往往会遇到无压非完整井的井点系统 这时地下水不仅从井的侧面流入 而且还从井底渗入 导致涌水量要比无压完整井大 为了简化计算 仍可采用无压完整井的环状井点系统涌水量计算公式 此时 仅将式 1 50 中H换成有效深度H0 实际应用时 可以查表1 14 当算得的大于实际含水层的厚度时 则仍取值 视为无压完整井 H0的确定方法 注意 1 当H0值超过H时 取H0 H 2 计算R时 也应以H0代入 表1 14含水层有效厚度的计算 对于承压完整环状井点 如果地下水的运动为层流 含水层上下两个不透水层是水平的 若含水层厚度为 且井中水深时 则涌水量计算公式为 1 54 式中 M 承压含水层的厚度 m 环状井点系统的假想圆半径 m 6 确定井管的数量与间距确定井管数量要先确定单根井管的出水量 单根井管的最大出水量为 1 55 式中d 滤管直径 m 滤管的长度 m k 渗透系数 m d 井点管最少数量为 1 56 井点管最大间距为 1 57 式中 总管长度 m 1 1 考虑井点堵塞等因素 井点管备用系数 求出的管距应大于15d 小于2m 并应与总管接头的间距 0 8m 1 2m 1 6m等 相吻合 7 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 冲击钻等 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 注意防止堵塞 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 用安装卷扬机和支架拔出 一 常用土方施工机械1 推土机2 铲运机3 挖掘机单斗挖土机按工作装置不同 可分为正铲 反铲 拉铲和抓铲四种 单斗挖土机按其操纵机构的不同 可分为机械式和液压式两类 第四节土方机械化施工 液压式单斗挖土机的优点是能无级调速且调速范围大 快速作业时 惯性小 并能高速反转 转动平稳 可减少强烈的冲击和振动 结构简单 机身轻 尺寸小 附有不同的装置 能一机多用 操纵省力 易实现自动化 1 正铲挖掘机 2 反铲挖掘机 3 拉铲挖掘机 4 抓铲挖掘机 1推土机按行走的方式 可分为履带式推土机和轮胎式推土机 履带式推土机附着力强 爬坡性能好 适应性强 轮胎式推土机行驶速度快 灵活性好 目前 我国生产的履带式推土机有东方32100 T 120 黄河220等 轮胎式推土机有TL160等 2铲运机 1 按行走方式分为牵引式铲运机和自行式铲运机 按铲斗操纵系统分 有液压操纵和机械操纵两种 2 为了提高铲运机的生产效率 可以采取下坡铲土 推土机推土助铲等方法 缩短装土时间 使铲斗的土装得较满 3 助铲法 根据填 挖方区分布情况 结合当地具体条件 合理选择运行路线 提高生产率 一般有环形路线和 8 字形路线两种形式 3单斗挖土 1 正铲挖土机 正铲挖土机的工作特点是前进行驶 铲斗由下向上强制切土 挖掘力大 生产效率高 适用于开挖含水量不大于27 的一至三类土 且与自卸汽车配合完成整个挖掘运输作业 可以挖掘大型干燥基坑和土丘等 正铲挖土机的开挖方式 根据开挖路线与运输车辆的相对位置的不同 挖土和卸土的方式有以下两种 a 正向挖土 侧向卸土b 正向挖土 反向卸土 2 反铲挖土机 反铲挖土机的工作特点是机械后退行驶 铲斗由上而下强制切土 用于开挖停机面以下的一至三类土 适用于挖掘深度不大于4m的基坑 基槽 管沟 也适用湿土 含水量较大的及地下水位以下的土壤开挖 反铲挖土机的开行方式有沟端开挖和沟侧开挖两种 3 拉铲挖土机拉铲挖土机工作时利用惯性 把铲斗甩出后靠收紧和放松钢丝绳进行挖土或卸土 铲斗由上而下 靠自重切土 可以开挖一 二类土壤的基坑 基槽和管沟等地面以下的挖土工程 特别适用于含水量大的水下松软土和普通土的挖掘 拉铲开挖方式与反铲相似 可沟端开挖 也可沟侧开挖 4 抓铲挖土机抓铲挖土机主要用于开挖土质比较松软 施工面比较狭窄的基坑 沟槽 沉井等工程 特别适于水下挖土 土质坚硬时不能用抓铲施工 二 土方机械的选择土方机械化开挖应根据基础形式 工程规模 开挖深度 地质 地下水情况 土方量 运距 现场和机具设备条件 工期要求以及土方机械的特点等合理选择挖土机械 以充分发挥机械效率 节省机械费用 加速工程进度 一 土方机械选择的原则 二 土方开挖方式与机械选择 三 自卸汽车与挖土机的配套 一 土方机械选择的原则施工机械的选择应与施工内容相适应 土方施工机械的选择与工程实际情况相结合 主导施工机械确定后 要合理配备完成其他辅助施工过程的机械 选择土方施工机械要考虑其他施工方法 辅助土方机械化施工 二 土方开挖方式与机械选择 1 平整场地常由土方的开挖 运输 填筑和压实等工序完成 地势较平坦 含水量适中的大面积平整场地 选用铲运机较适宜 地形起伏较大 挖方 填方量大且集中的平整场地 运距在1000m以上时 可选择正铲挖土机配合自卸车进行挖土 运土 在填方区配备推土机平整及压路机碾压施工 挖填方高度均不大 运距在100m以内时 采用推土机施工 灵活 经济 2 地面上的坑式开挖单个基坑和中小型基础基坑开挖 在地面上作业时 多采用抓铲挖土机和反铲挖土机 抓铲挖土机适用于一 二类土质和较深的基坑 反铲挖土机适于四类以下土质 深度在4m以内的基坑 3 长槽式开挖指在地面上开挖具有一定截面 长度的基槽或沟槽 适于挖大型厂房的柱列基础和管沟 宜采用反铲挖土机 若为水中取土或土质为淤泥 且坑底较深 则可选择抓铲挖土机挖土 若土质干燥 槽底开挖不深 基槽长30m以上 可采用推土机或铲运机施工 地面上的坑式开挖 4 整片开挖对于大型浅基坑且基坑土干燥 可采用正铲挖土机开挖 若基坑内土潮湿 则采用拉铲或反铲挖土机 可在坑上作业 对于独立柱基础的基坑及小截面条形基础基槽的开挖 则采用小型液压轮胎式反铲挖土机配以翻斗车来完成浅基坑 槽 的挖掘和运土 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 汽车数量 N 汽车每一工作循环的延续时间T 每次装车时间t 或 N 挖土机台班产量 汽车台班产量 1 第五节基坑 槽 施工 一 房屋定位二 放线三 基槽开挖宽度的计算四 基槽 坑 土方开挖1基槽 坑 开挖深度控制2基槽 坑 开挖中注意事项3验槽 一 房屋定位房屋定位 在基础施工之前根据建筑总平面图设计要求 将拟建房屋的平面位置和零点标高在地面上固定下来 定位一般用经纬仪 水准仪和钢尺等测量仪器 根据主轴线控制点 将外墙轴线的四个交点用木桩测设在地面上 见图1 20所示 房屋外墙轴线测定后 根据建筑平面图将内部纵横的所有轴线都一一测出 并用木桩及桩顶面小钉标识出来 图1 20建筑物的定位 二 放线房屋定位后 根据基础的宽度 土质情况 基础埋置深度及施工方法 计算确定基槽 坑 上口开挖宽度 拉通线后用石灰在地面上画出基槽 坑 开挖的上口边线即放线 见图1 21所示 图1 21放线示意图 三 基槽开挖宽度的计算 1 不放坡 不加挡土板支撑可不留工作面 即基槽 坑 和基础同宽 2 不放坡 但要留工作面一般 当基槽 坑 底在地下水位以上时 每边留出工作面宽度为300mm 见图1 22所示 基槽放灰线尺寸为 d a 2c式中d 基础放灰线宽 mm a 基础底宽 mm c 工作面宽 一般取300mm 图1 22直壁基槽开挖留工作面示意图 3 留工作面并加支撑d a 2c 2 100 mm 当基础埋置较深 场地又狭窄不能放坡时 为防止土壁坍塌 必须设置支撑 此时 放灰线尺寸除考虑基础底宽 工作面宽外 还需加上支撑所需尺寸 一般为100mm 4 放坡如果基槽深度超过 土方和爆破工程施工及验收规范 的规定时 即使土质良好且无地下水 亦需根据挖土深度和土质情况 参照 表1 4 放坡 放灰线尺寸为 见图1 23所示 图1 23放坡基槽开挖留工作面示意图d a 2c 2b式中b 放坡宽度 b mh m 坡度系数 h 基槽开挖深度 四 基槽 坑 土方开挖基槽 坑 开挖有人工开挖和小型液压挖土机开挖两种形式 开挖基槽 坑 应按规定的尺寸 合理安排开挖顺序和分层进行 且连续施工 土方开挖的顺序 方法必须与设计工况一致 并遵循 开槽支撑 先撑后挖 分层开挖 严禁超挖 的原则 第六节填土与压实 回填土是一项很重要的工作 一些建筑物沉降过大 室内地坪和散水大面积开裂 主要原因之一就是由于回填压实没有达到设计规范要求的缘故 一 填土的要求二 土的压实方法三 填土压实的影响因素四 填土质量检查 一 填土的要求填土的土料应符合设计要求 1 含有大量有机物 石膏和水溶性硫酸盐 含量大于5 的土以及淤泥 冻土 膨胀土等 均不应作为填方土料 2 以粘土为土料时 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填土用 3 一般碎石类土 砂土和爆破石渣可作表层以下填料 其最大粒径不得超过每层铺垫厚度的2 3 4 填土应按整个宽度水平分层进行 当填方位于倾斜的山坡时 应将斜坡修筑成1 2阶梯形边坡后施工 以免填土横向移动 并尽量用同类土填筑 回填施工前 填方区的积水采用明沟排水法排除 并清除杂物 二 土的压实方法填土的压实方法一般有碾压法 夯实法 振动压实法等几种 碾压法是靠沿填筑面滚动的鼓筒或轮子的压力压实填土的 适用于大面积填土工程 碾压机械有平碾 压路机 羊足碾 振动碾和汽胎碾 碾压机械进行大面积填方碾压 宜采用 薄填 低速 多遍 的方法 夯实法是利用夯锤自由下落的冲击力来夯实填土 适用于小面积填土的压实 夯实机械有夯锤 内燃夯土机和蛙式打夯机等 振动压实法 图1 40 c 是将重锤放在土层的表面或内部 借助于振动设备使重锤振动 土壤颗粒即发生相对位移达到紧密状态 此法用于振实非粘性土效果较好 图1 40填土压实方法 平整场地等大面积土方工程采用碾压法 对较小面积的填土工程可采用夯实法和振动压实法 此外还可利用运土工具压实 三 填土压实的影响因素填土压实与许多因素有关 其中主要影响因素为 1 压实功2 土的含水量3 每层铺土厚度 1压实功的影响填土压实后的密度与压实机械在其上所施加功的关系见 见图1 41所示 图1 41土的密度与压实功的关系示意图 2含水量的影响填土含水量的大小直接影响碾压 或夯实 遍数和质量 较为干燥的土 由于摩阻力较大 而不易压实 当土具有适当含水量时 土的颗粒之间因水的润滑作用使摩阻力减小 在同样压实功作用下 得到最大的密实度 这时土的含水量称做最佳含水量 见图1 42所示 各种土的最佳含水量和最大干密度见表1 16所示 图1 42土的干密度与含水量的关系 表1 16土的最佳含水量和最大干密度参考表 3铺土厚度的影响在压实功作用下 土中的应力随深度增加而逐渐减小 见图1 26所示 其压实作用也随土层深度的增加而逐渐减小 各种压实机械的压实影响深度与土的性质和含水量等因素有关 对于重要填方工程 其达到规定密实度所需的压实遍数 铺土厚度等应根据土质和压实机械在施工现场的压实试验决定 若无试验依据应符合表1 17的规定 图1 26压实作用沿深度的变化 表1 17填土施工时的分层厚度及压实遍数 填土压实后必须要达到密实度要求 填土密实度以设计规定的控制干密度 d 或规定的压实系数 作为检查标准 压实系数 为土的控制干密度与最大干密度之比 土的最大干密度乘以规范规定或设计要求的压实系数 即可计算出填土控制干密度 d的值 土的实际干密度可用 环刀法 测定 填方施工结束后 应检查标高 边坡坡度 压实程度等 检验标准应符合表1 7的规定 表1 7填土工程质量检验标准 第七节爆破工程 爆破在土木工程施工中应用较广 如石方开挖 施工现场树根和障碍物的清除 冻土开挖 场地平整以及清除旧的建筑物或构筑物等 都需要采用爆破 一 爆破原理二 爆破材料三 爆破药包量计算四 爆破安全措施 一 爆破原理炸药引爆后 由原来体积很小的炸药 经过化学变化 在极短的时间内 由固体状态转变为气体状态 体积增加数百倍甚至数千倍 同时产生很高的温度和巨大的冲击力 使周围的介质受到程度不同的破坏 叫做爆破 一 爆破作用圈 二 爆破漏斗 爆破时距离爆破中心近的 受到的破坏就大 远的 受到的破坏就小 通常将爆破影响的范围分为以下几个爆破作用圈 见图1 27所示 压缩圈抛掷圈破坏圈振动圈 图1 27爆破作用圈 在压缩圈和破坏圈内为破坏范围 其半径R称为破坏半径或药包的爆破作用半径 当埋设在地下的药包爆炸后 地面就会出现一个爆破坑 一部分炸碎了的介质被抛至坑外 一部分仍坠落在坑内 形成爆破漏斗 见图1 29所示 爆破漏斗有以下几个参数 图1 29爆破漏斗 图1 69爆破漏斗 1 最小抵抗线W 即从药包中心到临空面的最短距离 2 爆破漏斗半径r 即漏斗上口的圆周半径 3 最大可见深度h 即从坠落在坑内的介质表面到临空面最大距离 4 爆破作用半径R 即从药包中心到爆破漏斗上口边沿的距离 爆破漏斗的大小一般以爆破作用指数 n 来表示 即n r W当n 1时 称为标准抛掷爆破漏斗 n1时 称为加强抛掷爆破漏斗 二 爆破材料炸药工程中常用的炸药有以下几种1 硝铵炸药它是硝酸铵 梯恩梯和少量木粉的混合物 工程中常用的2号岩石硝铵炸药 其配合比例为85 11 4 其受潮和结块后 爆破性能会降低 2 梯恩梯 三硝基甲苯 它呈结晶粉末状 淡黄色 压制后呈黄色 熔铸块呈褐色 不吸湿 爆炸威力大 但本身含氧不足 爆炸时产生有毒的一氧化碳气体 不宜用于地下作业及通风不良的环境下 当掺有砂石粉类固体杂质时 对撞击和摩擦有较高的敏感度 3 胶质炸药它是由硝化甘油和硝酸铵 有时用硝酸钾或硝酸钠 的混合物 另加入一些木屑和稳定剂制成的 它的爆炸威力大 不吸湿 有较高密度和可塑性 适用于水下和坚硬岩石爆破 4 铵油炸药它是硝酸铵和柴油 或加木粉 的混合物 通常两者的比例为94 5 5 5 当加木粉时 其比例为92 4 4 称为1号铵油炸药 铵油炸药取材方便 成本低廉 使用安全 但具有吸湿结块性 不能久存 最好现拌现用 5 黑火药用硝酸钾 硫磺和木炭按一定比例 最佳为75 10 15 混合而成 好的黑火药为深灰色的颗粒 不沾手 对火星和撞击极敏感 吸湿性强 威力低 适用于开采石料 三 爆破药包量计算药包的重量叫做药包量 药包量的大小 与岩石的软硬 缝隙情况 临空面的多少 预计爆破的石方体积有关 1 标准抛掷药包量计算 标准爆破漏斗的体积 V 1 3 w3 w3药包量 Q qW3e式中 Q 药包量 kg q 标准抛掷药包的炸药单位消耗量 按所爆除的岩石的体积计 kg m3 e 炸药换算系数 2 加强抛掷药包量计算加强抛掷药包量 Q 0 4 0 6n3 qW3e式中 n 爆破作用指数 3 松动药包量计算松动药包量 Q 0 33qW3e爆破技术参数 W n q e 应根据工程实际情况合理选择 以便取得更好的的爆破效果 必要时应由实验来确定 四 爆破安全措施1 装药必须用木棒把炸药轻轻压入炮眼 严禁使用金属棒 2 眼深度超过4m时 须用两个雷管起爆 如深度超过10m 则不得用火花起爆 3 在雷雨天气 禁止装药 安装电雷管 工作人员应立即离开装药地点 4 爆破警戒范围 裸露药包 深眼法 洞室法不小于400m 炮眼法 药壶法不小于200m 警戒范围立好标志 并有专人警戒 5 如遇瞎炮 1 可用木制或竹制工具将堵塞物轻轻掏出 另装入雷管或起爆药卷重新起爆 绝对禁止拉动导火线或雷管脚线 以及掏动炸药内的雷管 2 如系硝铵炸药 可在清除部分堵塞物后 向炮眼内灌水 使炸药溶解 3 距炮眼近旁600mm处打一平行于原炮眼的炮眼 装药爆破 6 爆破器材的安全运送与储存雷管和炸药必须分开运送 运输汽车 相距不小于50m 中途停车地点须离开民房 桥梁 铁路200m以上 搬运人员须彼此相距10m以上 严禁把雷管放在口袋内 7 爆破器材仓库须远离 800m以上 生产和生活区 要有专人保卫 库内必须干燥 通风 备有消防设备 温度保持在18 30 之间 仓库周围清除一切树木和干草 8 炸药和雷管须分开存放 第二章基础工程 概述 学习重点 难点 钢筋混凝土预制桩和混凝土灌注桩施工及质量检验标准 泥浆护壁成孔灌注桩施工过程及方法 学习要求 了解桩基础组成及分类 掌握预制桩施工顺序 注意事项 质量事故产生的原因和预防措施 了解静力压桩特点和施工方法 了解泥浆护壁成孔施工过程及工艺原理 掌握沉管灌注桩 大直径人工挖孔灌注桩的施工方法 常见质量事故的预防和处理 安全施工措施 了解预制桩 灌注桩质量检验标准 桩基础是深基础中应用最多的一种基础形式 它由若干个沉入土中的桩和连接桩顶的承台或承台梁组成 桩的作用是将上部建筑物的荷载传递到深处承载力较强的土层上 或将软弱土层挤密实以提高地基土的承载能力和密实度 桩按受力情况分为端承桩和摩擦桩两种 图2 1 端承桩是穿过软弱土层而达到坚硬土层或岩层上的桩 上部结构荷载主要由岩层阻力承受 施工时以控制贯入度为主 桩尖进入持力层深度或桩尖标高可作参考 摩擦桩完全设置在软弱土层中 将软弱土层挤密实 以提高土的密实度和承载能力 上部结构的荷载由桩尖阻力和桩身侧面与地基土之间的摩擦阻力共同承受 施工时以控制桩尖设计标高为主 贯入度可作参考 图2 1端承桩与摩擦桩 a 端承桩 b 摩擦桩 1 桩 2 承台 3 上部结构 桩按施工方法分为预制桩和灌注桩 预制桩根据沉入土中的方法 可分打入桩 水冲沉桩 振动沉桩和静力压桩等 灌注桩是在桩位处成孔 然后放入钢筋骨架 再浇筑混凝土而成的桩 灌注桩按成孔方法不同 有钻孔灌注桩 挖孔灌注桩 冲孔灌注桩 套管成孔灌注桩及爆扩成孔灌注桩等 第一节钢筋混凝土预制桩施工 钢筋混凝土预制桩 在预制构件厂或施工现场预制 用沉桩设备在设计位置上将其沉入土中 其特点是 1 坚固耐久 不受地下水或潮湿环境影响 2 能承受较大荷载 施工机械化程度高 进度快 能适应不同土层施工 钢筋混凝土预制桩是我国目前广泛采用的一种桩型 钢筋混凝土预制桩有 1 方形实心断面桩 2 圆柱体空心断面桩 钢筋混凝土预制桩施工前 应根据施工图设计要求 桩的类型 成孔过程对土的挤压情况 地质探测和试桩等资料 制定施工方案 其主要内容包括 1 确定施工方法 2 选择打桩机械 3 确定打桩顺序 桩的预制 运输 4 以及沉桩过程中的技术和安全措施 一 施工准备二 桩的制作 运输 堆放三 打入法施工四 静力压桩 一 施工准备 1 场地平整及周边障碍物处理 2 定桩位及埋设水准点 依据施工图设计要求 把桩基定位轴线的位置在施工现场准确地测定出来 并做出明显的标志 在打桩现场附近设置2 4个水准点 用以抄平场地和作为检查桩入土深度的依据 桩基轴线的定位点及水准点 应设置在不受打桩影响的地方 3 桩帽 垫衬和送桩设备机具准备 二 桩的制作 运输 堆放 1 预制桩的制作场地2 预制桩的模板制作3 预制桩的钢筋骨架制作4 预制桩的混凝土浇筑5 预制桩的质量检验6 预制桩的吊装强度7 预制桩的起吊搬运 1 预制桩的制作场地 管桩及长度在10m以内的方桩在预制厂制作 较长的方桩在打桩现场制作 预制桩制作 2 预制桩的模板制作 模板可以保证桩的几何尺寸准确 使桩面平整挺直 桩顶面模板应与桩的轴线垂直 桩尖四棱锥面呈正四棱锥体 且桩尖位于桩的轴线上 底模板 侧模板及重叠法生产时 桩面间均应涂刷好隔离层 不得粘结 钢筋混凝土预制桩制作 钢筋 模板施工见图2 2 图2 2钢筋混凝土预制桩制作 钢筋 模板施工 3 预制桩的钢筋骨架制作 1 钢筋骨架的主筋连接宜采用对焊 2 主筋接头配置在同一截面内数量不超过50 同一根钢筋两个接头的距离应大于30d并不小于500mm 3 桩顶和桩尖直接受到冲击力易产生很高的局部应力 桩顶和桩尖钢筋配置 如图2 3所示 应作特殊处理 4 钢筋骨架制作允许偏差应符合表2 1的规定 图2 3混凝土预制桩 表2 1预制桩钢筋骨架质量检验标准 4 预制桩的混凝土浇筑 混凝土制作宜用机械搅拌 机械振捣 浇筑混凝土过程中应严格保证钢筋位置正确 桩尖应对准纵轴线 纵向钢筋顶部保护层不宜过厚 钢筋网片的距离应正确 以防锤击时桩