土木工程施工第一章土方工程

土木工程施工 一 课程主要内容及学时分配 第一章 土方工程 10学时 第二章 桩基础工程 6学时 第三章 钢筋混凝土工程 12学时 第四章 预应力混凝土工程 4学时 第五章 砌筑工程 4学时 第七章 脚手架工程 4学时 第八章 结构吊装工程 8学时 二 教材 土木工程施工 上册 应惠清 同济大学出版社 第二版 三 参考书 建筑施工手册 第五版 建筑工业出版社土木工程施工 刘宗仁 高等教育出版社 四 自学课件 五 土木工程施工的特点 1 生产流动性大2 建筑施工的个体性3 施工过程联系面广 综合性强4 生产影响因素多5 知识面要求广 六 项目管理人员需具备的素质 1 具备全面的专业知识2 具有较强的组织能力3 具有很好的协调能力4 具备经济核算能力 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 第一节概述 一 土方工程的分类 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 施工特点施工条件复杂 不确定因素多 受地质 水文 气侯影响大 二 土的工程分类 分类依据 按开挖的难易程度 类别 一 八类 见P1表1 1一类 四类土 机械或人工直接开挖五类 八类土 爆破开挖 三 土的工程性质 1 土的可松性 最初可松性系数KS V2 V1最后可松性系数KS V3 V1 2 土的渗透性用渗透系数K表示 3 土的质量密度 干密度 d 是检测填土密实程度的4 土的含水量 最佳含水量 可使填土获得最大密实度的含水量 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 例 某建筑墙基截面尺寸如图所示 地基为粘土 土方边坡坡度为1 0 5 已知土的最初可松性系数Ks 1 3 最终可松性系数Ks 1 05 试计算 1 每20米长基础施工时的土方挖方量 按原始状态计 2 如留下回填土后 余土要求全部运走 计算预留回填量和弃土量 按堆在地面的松散状态计 2 土的渗透性 土体被水透过的性质 用渗透系数K表示 K的意义 水力坡度 I h L 为1时 单位时间内水穿透土体的速度 V KI K的单位 m d 或m sec 粘土 0 1 粗砂50 75 卵石100 200用途 计算降水量 3 土的质量密度 天然密度 一般 16 20KN m3干密度 d 是检测填土密实程度的指标 105 烘干3 4h 4 土的含水量 天然含水量W G湿 G干 G干 开挖 行车 25 30 陷车 边坡稳定最佳含水量 可使填土获得最大密实度的含水量 击实试验 手握经验确定 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 Fi 2 基槽 路堤 土方量 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 Fi1 4Fi0 Fi2 Li 6槽段长Li 外墙 槽底中 中 内墙 槽底净长 二 场地平整土方量方格网法 一 确定场地设计标高场地设计标高一般在设计文件上规定 如无规定 1 小型场地 挖填平衡法 2 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 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 4n或 H0 H1 2 H2 3 H3 4 H4 4n 2 场地设计标高的调整按泄水坡度调整各角点设计标高 2 双向排水时 各方格角点设计标高为 Hn H0 L i Hn H0 Lxix Lyiy 1 单向排水时 各方格角点设计标高为 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 70 09 2 按泄水坡度调整设计标高 Hn H0 Lxix LyiyH1 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 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 h2 70 36 70 40 0 04 m 负值为挖方高度 2 确定零线 挖填分界线 比例法找零点零点连线 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 方格1 2 5 6 一挖三填 V挖 20 20 0 04 4 0 23 0 04 0 55 0 13 4 21m3V填 20 20 0 23 0 55 0 13 4 0 23 0 04 0 55 0 13 95 79m3 方格6 7 10 11 二挖二填 V挖 20 20 0 36 0 10 4 0 13 0 36 0 43 0 10 45 10m3V填 20 20 0 13 0 43 4 0 13 0 36 0 43 0 10 54 90m3 方格9 10 13 14 全填 V填 20 20 0 83 0 43 1 04 0 56 4 286 0m3 将所有方格的挖方相加 填方相加 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 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 5 调配方案的优化 线性规划中 表上作业法 a 确定初步调配方案按最小元素法 最小运距 或运费 取最大土方量 要求 有几个独立方程土方量要填几个格 即应填m n 1个格 不足时补 0 如例中 m n 1 3 4 1 6 已填6个格 满足 b 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 求位势数Ui和Vj 2 求空格的检验数 ij 500 400 500 300 100 100 初方案 总运输量97000m3 m 求位势数 位势数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 计算方法 平均运距 或单方费用 Cij Ui Vj 设U1 0 则V1 C11 U1 50 0 50 U3 C31 V1 60 50 10 V2 110 10 100 U1 0 V1 50 U3 10 V2 100 U2 60 V3 60 U4 20 求空格的检验数 ij ij Cij Ui Vj 11 50 0 50 0 有土 30 40 80 90 50 20 13 100 0 60 40 21 70 60 50 80 12 70 0 100 30 检验数 12为负值 方案不是最优 需调整 c 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 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 C 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 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 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 调整后的方案 500 400 400 400 100 100 总运输量94000m3 m 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 E 绘出调配图 包括调运的流向 数量 运距 D 重新计算位势数和检验数 检验数全大于等于零 方案最优 第三节土方开挖的辅助工作 一 降低地下水位 一 降水目的防止地下水进入基坑 基槽 保证施工的正常进行1 保证在基本干燥的条件开挖土方2 保证混凝土工程的正常施工3 保证混凝土浇筑质量 二 降水方法 1 集水井法 用于土质较好 水量不大 基坑可扩大者 1 普通明沟排水法 2 分层明沟排水法 4 集水井的基本参数 1 直径 0 6 0 8m 2 井底高度 开挖时低于挖土面0 7 1 0m 挖至设计标高后1 0 2 0m 3 间距 20 40m 5 集水井降水的优缺点 1 优点 方法简单 费用小 对周围影响小 2 缺点 基坑土方比较潮湿 影响挖土效率 易出现流砂 管涌 边坡塌方等问题 3 排水沟的基本参数 沿基坑底四周设置 底宽 300mm 沟底低于坑底500mm 坡度1 2 流砂现象 2 流砂的防治减小动水压力改变动水压力的方向平衡动水压力 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 1 流砂原因 3 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 见P31表1 12 轻型井点降水全貌图 喷射井点 管井井点构造 四 轻型井点降水1 降水原理 利用真空泵使总管产生真空度抽水 2 井点设备井管 38 51 长5 7m 无缝钢管 滤管 38 51 长1 1 7m 开孔包滤网 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 塑料管 胶管或钢管 宜有阀门 抽水设备 真空泵射流泵 滤管构造 3 井点布置 1 平面布置单排 用于基槽 双排 用于宽度较大的基槽 环状 用于面积较大的基坑 单排井点平面及高程布置 环状井点平面及高程布置 2 高程布置 图 井管埋深 H埋 H1 h iL且小于抽水设备的最大抽吸高度H1 总管埋设面至基底的距离 h 基底至降低后水位线的距离 一般0 3 0 5mi 水力坡度 单排1 4 1 5 双排或环状1 8 1 10L 井点管至水井中心的水平距离 单排布置时 为井点管至对边坡脚的水平距离 当不满足时 降低总管埋设面 采用二级井点 改用其它井点 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 承压井无压井根据上述 井的类型分为 无压完整井 无压非完整井 承压完整井 承压非完整井四种 水井的分类 2 无压完整井群井井点计算 Q 1 364K 2H S S lg R X0 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 3 无压非完整井群井系统涌水量计算 以有效影响深度H0代替含水层厚度H用上式计算Q 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 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 Q q 根 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 且n 1 1n 6 井点管的埋设与使用 1 埋设方法 水冲法钻孔法 2 使用要求 开挖前2 5天开泵降水 连续抽水不间断 防止堵塞 3 注意问题 水量先大后小 先混后清注意真空度大小注意检查观测井中水位 五 降水对基坑周边建筑物的不良影响及预防措施1 不良影响 抽水影响半径范围内的地基因水位降低而固结 造成建筑或管道等产生不均匀沉降2 预防措施 1 设置回灌井点 砂井 2 设置止水帷幕 3 减缓降水速度 二 边坡稳定 一 条件与因素 T CT 土体下滑力 1 边坡稳定的条件 C 土体抗剪力 2 确定边坡大小的因素土质 开挖深度 开挖方法 留置时间 排水情况 坡上荷载 动 静 无 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 可塑的粉质粘土及粉土 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 2 边坡形式 斜坡 折线坡 踏步 台阶 式 3 临时性挖方边坡值 开挖深度对软土不超过4m 对硬土不超过8m 具体略 1 m i tg H B 1 B H 1 m m 坡度系数 m B H 3 基坑边坡护面措施 覆盖法 挂网法 挂网抹面法 土袋 砌砖压坡法 喷混凝土法 基坑边坡护面方法示意图 d 土袋或砌石压坡护面 c 钢丝网混凝土或钢筋混凝土护面 a 薄膜或砂浆覆盖 b 挂网或挂网抹砂浆护面 三 支护结构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 深度不限适用于 较窄且施工操作简单的管沟 基槽 a b 图1 21横撑式支撑 a 间断式水平挡土板支撑 b 垂直挡土板支撑1 水平挡土板 2 立柱 3 工具式横撑4 垂直挡土板 5 横楞木 6 调节螺栓 2 支护桩挡墙 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 深层水泥搅拌桩6 旋喷桩7 以上桩型的组合形式8 其他桩型 2 锚固形式1 悬臂式 基坑深度 5m 2 斜撑式 基坑内有支设位置 3 锚拉式 在滑坡面外设置锚碇 桩 4 锚杆式 地面上有障碍或基坑深度大 5 水平支撑式 土质较差或坑周围地上 地下有障碍等 对撑 角撑 桁架支撑 圆形支撑等 3 支护桩失稳方式主要有 1 板桩下部走动 2 拉锚破坏 3 支撑破坏 4 拉锚长度不足 5 板桩失稳弯曲 6 板桩变形及桩背土体沉降 4 钢板桩施工1 单独打入法 每根板桩一打到底 从一端直到另一端为止 优点 桩机行走路线短 施工简便速度快 缺点 易产生累计误差 垂直度难控制 适用于10m左右要求不高的工程 2 围檩插桩法在地面上作好围令架 将钢板先插入放好 然后将板桩逐块打入设计标高 分为单面围令和双面围令优点 保证平面尺寸 准确和板桩垂直度缺点 施工速度慢 费用高 3 分段复打法将10 20块钢板桩作为一组 沿单层围令插入土中 先将两端两板桩打入土中 并严格控制其垂直度 打好后 用电焊固定在围令上 然后将其他板桩以1 2或1 3高度来回打入优点 防止板桩过大倾斜和扭转 防止累计误差 且分段打设不影响临近板桩施工 3 土钉墙支护边坡坡度70 工艺过程 按设计要求自上而下分段 分层开挖工作面 修整坡面 埋设喷射混凝土厚度控制标志 喷射第一层混凝土 钻孔 安设土钉钢筋 注浆 安设连接件 绑扎钢筋网 喷射第二层混凝土 设置坡顶 坡面和坡脚的排水系统 若土质较好亦可采取如下顺序 开挖工作面 修坡 绑扎钢筋网 成孔 安设土钉 注浆 安设连接件 喷射混凝土面层 土层锚杆的构造及长度划分 钢绞线及灌浆管的固定 水泥搅拌桩施工施工方法 浆喷法 粉喷法施工设备 单轴 双轴 三轴施工工艺 两喷两搅 两喷四搅影响搅拌桩施工质量的三个关键因素 喷浆量 搅拌杆下沉及提升速度 搅拌次数 4 地下连续墙作用 防渗 挡土 最好是作为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 常结合逆作法施工 二 支护结构计算三种计算模型 板式支护结构计算 采用相当梁法计算模型重力式支护结构计算 挡土结构计算模型 验算整体稳定性 抗倾覆稳定性 抗滑移稳定性 计算位移量土钉墙计算 土层锚杆计算模型 三 支护结构监测测斜 测位移 测水位 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2 挖运机械3 运输机械4 密实机械 二 常见土方机械的特点 适用范围及作业方法 1 推土机 用途多 费用低 适用于 1 平整场地 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 并列法等 液压履带式推土机 液压轮胎式推土机 铲刀可回转的液压履带式推土机 并列推土法 下坡推土法 2 铲运机 工作