第一章土方工程

多媒体教学 土木工程施工 第一章土方工程 本章掌握内容 1 掌握土方量计算方法 2 掌握轻型井点设计和回填土的质量要求及检验标准 3 能分析土壁失稳和产生流砂 管涌的原因 并提出相应的防治措施4 掌握土方工程施工及土方填筑和压实的基本方法 本章了解内容 1 了解土的工程性质 边坡留设 2 对各种降水方案能进行选择比较 3 了解常用土方机械的性能及适用范围 能正确合理的选用 4 了解土方工程施工的准备和辅助工作 第一节概述 1土方工程的内容 1 内容 1 场地平整 2 开挖沟槽 基坑 竖井 隧道 修筑路基 堤坝 其中包括施工排水 降水 土壁边坡和支护结构等 3 土方回填与压实其中包括土料选择 填土压实的方法及密实度检验等 此外 在土方工程施工前 应完成场地清理 地面水的排除和测量放线工作 在施工中 则应及时采取有关技术措施 预防产生流砂 管涌和塌方现象 确保施工安全 2 土方工程的特点 1 工程量大 劳动力或机械设备用量大且施工工期较长 2 施工难度较大 受地质 水文 气候 地下障碍物等因素影响 3 事故多 基坑深度 面积大的易出现较大事故 3 土方工程施工前应准备资料 1 当地实测地形图 包括测量成果 比例一般为1 500 1 1000 2 原有地下管线 构筑物的竣工图 3 土石方施工图或基础结构图 4 工程地质资料 5 平面控制桩和水准点的有关资料 6 施工组织设计或施工方案 由施工单位编制且经上级技术主管部门批准 并已得到建设单位和监理单位审核 2土的工程分类及性质 1 土的分类 依开挖难易程度分为八类 具体见表1 1所示 2 土的工程性质 影响工程施工的土的性质 土的密度 重度 含水量 渗透性和可松性 3土方边坡1 定义 边坡的表示方法为1 m m为坡度系数即 土方边坡坡度 mm 2 影响坡度的因素 土质 开挖深度 开挖方法 施工工期 地下水位 坡顶荷载的大小 及气候条件 3 m的确定原则 保证土体稳定 施工安全 又要节省土方 4 开挖的形式 5 几种情况下边坡坡度 1 使用年限较长 一年以上 土质较均匀 高度在10m以内按表1 5 2 当土质条件良好 土质均匀且地下水位低于基坑 沟槽底面标高时 挖方深度在5m以内 不加支撑的边坡按表1 6 3 使用年限在一年以上的临时性填方边坡则为 当填方高度在10m以内 可采用1 1 5 高度超过10m 可作成折线形 上部采用1 1 5 下部采用1 1 75 4 永久性挖方或填方边坡 则均应按设计施工 边坡稳定计算 4 土方工程施工要点 1 施工准备阶段建设单位应准备的工作 1 三通一平 通电 水 道路 一平为场地平 2 场内原有管线分布情况及场地周围的市政管网的分布情况 3 施工图纸齐全 完整 4 工程招投标工作业已完成 5 已办理施工许可证和工程已报质检 6 与工程有关外部协调工作已完成 2 施工单位在工程施工前应作好的工作 1 学习和审查图纸 研究工程地质资料 2 编写施工组织设计 土方工程施工方案 研究施工现场的场地平整情况 基坑施工方案 绘制施工总平面布置图及基坑开挖示意图 确定开挖路线 顺序 范围 底板标高 边坡坡度 排水沟的设置 集水井的位置等 以及挖出土方的堆放位置 机械设备的配置 安全方案 3 修筑好场地临时道路及供水 供电等临时设施 4 做好材料 机具及土方机械进场工作 5 做好土方工程测量放线工作 6 根据土方工程设计做好土方工程的辅助工作 如边坡稳定 基坑支护 降低地下水等 7 做好图纸交底工作 3 土方工程的施工要点土壁稳定 施工排水 流砂防治和填土压实土壁稳定 1 土壁塌方的原因 1 1 边坡过陡 使土体的稳定性不够 而引起塌方现象 尤其是在土质差 开挖深度大的坑槽中 1 2 雨水 地下水渗入基坑 重量增大 抗剪强度降低 土坡失稳 1 3 基坑上边边缘附近大量堆土或停放机具 材料 或由于动荷载的作用 使土体的剪应力超过土体的抗剪强度 2 防治塌方的措施 2 1 放足边坡 除按第一节所讲述的内容外 边坡系数除按土体稳定分析确定 还有各地区的经验有关 2 2 设置支撑表1 13所列为一般沟槽支撑方法 表1 14所列为一般基坑支撑方法 表1 15所列为深基坑的支护方法 施工排水施工中开挖基坑时 流入坑内的水有 地面水和地下水降水方法 集水井降水和井点降水1 集水井降水 明沟排水 1 定义 在基坑或沟槽开挖时 在坑底设置集水井 并沿坑底的周围或中央开挖排水沟 使水在重力作用下流入集水井内 然后用水泵抽出坑外 2 设置 四周的排水沟及集水井一般应设置在基础范围以外 地下水流的上游 基坑面积较大时 可在基础范围内设置盲沟 根据地下水量 基坑平面形状及水泵能力 集水井每隔20 40m设置一个 基坑四个角应各设一个 集水井大小 直径或宽度一般为0 6 0 8m 深度低于挖土面0 5 1 0m 集水井井壁用竹 木等加固 并在井底铺设碎石滤水层 以免在抽水时将泥砂抽出 排水沟大小 宽为0 4 0 6m 深为0 4 0 6m 并有一定的坡度 2 左右 盲沟 置于基础底板下 基础施工完毕后无法看见叫盲沟 盲沟相当于看不见的排水沟 盲沟的尺寸同排水沟 井点降水1 定义 井点降水 在基坑开挖前 预先在基坑四周埋设一定数量的滤水管 井 在基坑开挖前和开挖过程中 利用真空原理 使地下水位降低到坑底以下 2 作用 1 防止地下水涌入坑内 2 防止边坡由于地下水的渗流而引起的塌方 3 使坑底的土层消除了地下水位差引起的压力 因此防止了管涌 4 降水后 降低了深基坑围护结构的水平荷载 5 消除了地下水的的渗流 也防止了流砂现象 6 降低地下水位后 还使土体固结 增加地基土的承载力 3 适用范围 1 土壤的渗透系数K 0 1 50m d的土层中 2 降水深度一般为 单级轻型点为3 6m 多级轻型点为6 12m 4 种类 种类 轻型井点和管井类 选用一般根据土的渗透系数 降水深度 设备条件及经济比较等因素来确定 可参见表1 14 5 轻型井点 1 轻型井点设备设备主要有 井点管 下端为滤管 集水总管 弯联管及抽水设备 井点管 直径38 55 的钢管 长6 9m 下端配有滤管和一个锥形铸铁塞头 其构造如图1 19所示 滤管长1 0 1 5m 管壁上钻有12 18 成梅花形排列的滤孔 管壁外包两层滤网 内层为30 50孔 cm2的黄铜丝或尼龙丝布的细滤网 外层为3 10孔 cm2粗滤网 以防泥砂进入井点管 集水总管 直径75 100 的钢管分节连接 每节长4m 其上装有与井点管联接的短接头 间距为0 8 1 6m 总管应有2 5 5 坡向泵房的坡度 总管与井点管用900弯头或塑料管连接 抽水设备 真空泵设备 2 轻型井点布置轻型井点系统的布置 应根据基坑平面形状及尺寸 基坑深度 土质 地下水位及流向 降水深度要求等确定 1 平面布置当基坑或沟槽宽度小于6m 降水深度不超过5m时 可采用单排井点 将井点管布置在地下水流的上游一侧 两端延伸长度不小于坑槽宽度 图1 21 反之 则应采用双排井点 位于地下水流上游一排井点管的间距应小些 下游一排井点管的间距可大些 当基坑面积较大时 则采用环状井点 图1 22 井点管距离基坑壁不应小于1 0 1 5m 间距一般为0 8 1 6m 2 高程布置轻型井点降水深度一般不大于6m 井点管埋置深度H 不包括滤管 可按下式计算 图1 22 H 式中 井点管埋设面至坑底面的距离 降水后的地下水位至基坑中心底面的距离 一般为0 5 1 0m 水力坡度 环状井点为1 10 单排井点为1 4 双排井点1 7 井点管至基坑中心的水平距离 如H值小于降水深度6m时 则可用一级井点 当H值稍大于6m时 如降低井点管的埋置面后 可满足降水深度要求时 仍可用一级井点降水 当一级井点达不到降水深度要求时 则可采用二级井点 图1 23 在确定井点管埋置深度时 还应考虑井点管路出地面0 2 0 3m 滤管必须埋在透水层中 流砂的防治 流砂现象及其危害1 流砂现象 粒径很小 无塑性的土壤 在动水压力推动下 极易失去稳定 而随地下水一起流动涌入坑内 这种现象称为流砂现象 2 流砂现象的危害 土失去承载力 引起塌方 土边挖边冒 难以施工 产生流砂的原因原因 内因和外因1 内因 取决于土的性质 当土的孔隙比大 含水量大 粘粒含量少 粉粒多 渗透系数小 排水性能差等均产生流砂现象 流砂现象极易发生在细砂 粉砂和亚粘土中 2 外因 动水压力 防治流砂的方法1 原则 一是减小或平衡动水压力 二是截住地下水流 三是改变动水压力的方向 2 方法 1 枯水期施工2 打板桩3 水中挖土4 人工降低地下水位5 地下连续墙法6 抛大石块 抢速度施工 5填土压实 5 1填土的要求要求 1 填土满足强度 稳定性要求和必须合理设计边坡 正确选择土料以及填筑方法 2 不能作为填土使用的土料 含有大量有机物的土 石膏或水溶性硫酸盐含量大于2 的土 冻土或液化状态的泥炭 粘土或粉状砂质粘土 含水量大的软弱土等 3 填土要求 应分层铺土压实 最好采用同类土填筑 如采用不同类别的土填筑时 应将透水性较大的土置于透水性较小的土层之下 严禁不均匀地混杂在一起使用 分层铺土厚度 则应根据压实机具的性能确定 羊角碾每层铺土厚度200 350 每层压实遍数8 15遍 平碾为200 300 压6 8遍 蛙式打夯机为200 250 压3 4遍 人工打夯不大于200 压3 4遍 回填土含水量过大或过小都难以压实 应控制最优含水量 才能达到最大干密度 对于软弱土地基 常采取将基础下面一定厚度的软弱土层挖除 然后用人工砂垫层 灰土垫层等进行换土处理 垫层施工也应分层还土 分层夯实 5 2填土的压实方法压实方法 碾压法 夯实法和振动法 1 碾压法 适用于大面积填土 如场地平整 路基 堤坝等工程每次碾压要有150 200 的重叠 2 夯实法 适用于小面积填土 夯实厚度一般在200 以内 3 振动法 5 3填土压实的质量检验填土压实后的干密度 干重度 应有90 以上符合设计要求 其余10 的最低值与设计值的差 不得大于0 088g cm3 且应分散 不得集中于某一区域 检验方法 采用环刀法测定土的实际干密度 其取样组数为 基坑回填每20 50m3取一组 每个基坑不小于一组 基槽或管沟回填每层按长度20 50m取一组 室内填土每层按100 500m2取一组 场地平整填土每层按400 900m2取一组 6 土方工程机械化施工 施工机械的种类 推土机 铲运机 平土机 松土机 挖土机 夯实机等 本章重点讲解推土机 铲运机和单斗挖土机 1推土机施工1推土机的适用范围1 性能 构造简单 操作灵活 运转方便 所需工作面较小 功率较大 行驶速度较快 易于转移 能爬300的缓坡 2 适用范围 挖土深度不大的场地平整 铲土并能运送至弃土区 开挖深度不大于1 5m的基坑 回填基坑或沟槽 堆筑高度在1 5m以内的路基 堤坝 平整其他机械卸置的土堆 推送松散的硬土 岩石和冻土 配合铲运机施工 为挖土机清理余土和创造工作面 推土机的运距宜在100m以内 经济运距为40 60m 1 2提高推土机生产率的方法 1 下坡推土 2 并列推土 3 分批集中 一次推送 4 槽形推土2铲运机施工2 1铲运机的适用范围1 性能 铲土 运土 卸土 填筑 压实 2 适用范围 大面积的场地平整 开挖大型基坑 沟槽 以及填筑路基 堤坝 铲运机的铲斗容量为2 5 8m3 自行式铲运机的经济运距为800 1500m 2 2铲运机的运行路线环形路线和 8 字路线2 3提高铲运机生产率的措施 1 下坡铲土 2 挖近填远 挖远填近 3 推土机助铲 4 双联铲运法 5 挂大斗铲运 6 跨铲法3单斗挖土机施工种类 正铲 反铲 拉铲和抓铲 单斗挖土机工作简图 a 正铲挖土机 b 反铲挖土机 c 拉铲挖土机 d 抓铲挖土机 3 1正铲挖土机 1 正铲的性能1 定义 一般只用于开挖停机面上的土体 需要设置进出口通道 2 适用 土质较好 无地下水的地区工作 3 国产正铲挖土机的工作性能见下表 2 正铲挖土和卸土的方式正向挖土 后方卸土和正向挖土 侧向卸土 3 正铲挖土机的工作面及开行通道挖土机在停机点所能开挖的土方面称为工作面 3 2反铲挖土机1 定义 反铲挖土机是开挖停机面以下的土体 不需设置进出口通道 2 适用 开挖小型基坑 基槽和管沟 尤其适用于开挖独立柱基 以及泥泞的或地下水位较高的土体 3 性能和工作尺寸 见图1 42和表1 18 正铲挖土机开挖方式 a 正向挖土侧向卸土 b 正向挖土后方卸土l一正铲挖土机 2一自卸汽车 2 反铲挖土机的开行方式沟端开行和沟侧开行 3 拉铲挖土机施工拉铲挖土机的挖土特点是 后退向下 自重切土 其挖土半径和挖土深度较大 能开挖停机面以下的一 二类土 拉铲挖土机的开挖方式 与反铲挖土机相似 也分为沟端开挖和沟侧开挖 拉铲挖土机的工作尺寸 4 抓铲挖土机施工抓铲挖土机的挖土特点是 直上直下 自重切土 能开挖一 二类土 适于施工面狭窄而深的基坑 深槽 沉井等开挖 清理河泥等工程 最适于水下挖土 或装卸碎石 矿渣等松散材料 7 计算题1 某工程基坑坑底尺寸20m 30m 基坑深4 2m 边坡均按1 0 3放坡 基础和地下室完工后周围回填土 已知回填用土185m3 实测得土的最终可松性系数Ks 1