建筑施工技术-土方工程.ppt

建筑施工技术土方工程 第一章土方工程 锚杆钻机 本章内容 2 1概述2 2场地平整及土方工程量的计算2 3土方开挖2 4土方回填2 5土方工程机械化施工2 6土方工程质量标准与安全技术要求 知识目标 1 掌握一般建筑土方工程的常规施工工艺 施工方法及包含的原理 2 掌握工程施工中遇到的一些必要计算方法 3 熟悉土方工程施工中容易出现的常见质量 安全问题及质量 安全验收规范 4 熟悉土方施工顺序及土方所需配备的设施和设备 2 1概述 2 1 1土石方工程的种类和特点2 1 2土的工程分类2 1 3土的工程性质 2 1 1土石方工程的种类和特点 特点 工程量大 劳动繁重和施工条件复杂 受气候 水文 地质 场地限制 地下障碍等因素的影响 在土方工程施工前 应详细分析与核对各项技术资料 如地形图 工程地质和水文地质勘察资料 地下管道 电缆和地下地上构筑物情况及土方工程施工图等 进行现场调查并根据现有施工条件 制定出技术可行 经济合理的施工方案 2 1 2土的工程分类 分类标准 开挖的难易程度 2 1 3土的工程性质 土的组成 三相 固体颗粒 水 空气 空隙 1 土的密度和干密度 1 密度 土的单位体积的质量 一般粘性土 18 20KN m3 砂土 16 20KN m3 2 土的干密度 单位体积土中的固体颗粒的质量 干密度越大 表示土越密实 是评定土体密实程度的标准 以控制填土工程质量 式中 d 土的干密度 kg m3 mS 固体颗粒质量 kg V 土的体积 m3 2 土的含水量 土中水的质量与固体颗粒质量之比 以百分数表示 表示土的干湿程度 对挖土的难易 施工时的放坡 回填土的夯实等均有影响 注意 在一定含水量的条件下 用同样的夯实工具 可使回填土达到最大密实度 此含水量称为最佳含水量 几种土的最佳含水量 砂土 8 12 粉土 9 15 粉质粘土 12 15 粘土 19 23 干密度 含水量的关系 例题1 住宅楼房心回填土夯实后的密度为1 85t m3 含水量为14 5 设计要求夯实后的干密度为1 55t m3 试问此房心回填土是否符合设计要求 3 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 仍不能恢复原来的体积 这种性质称为土的可松性 对土方的调配 计算土方运输量和运土工具等都有影响 包括最初可松系数和最终可松系数 掌握概念 各种土的可松性参考数值 问 分类级别越小的土则可松性越好 可松性系数越小的土就越好挖 例题2 某基坑尺寸为35 56m 深1 25m 拟用粉质粘土回填 问需用多少土方和挖多大的取土坑 4 密实度表示土的相对紧密程度 用压实系数 c 来表示 压实系数为土的控制 实际 干土密度 d与最大干土密度 dmax的比值 最大干土密度 dmax是当最优含水量时 通过标准的击实方法确定的 密实度要求一般由设计根据工程结构性质 使用要求以及土的性质确定 是判定回填土施工质量的指标 5 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 粘土 0 1 粗砂50 75 卵石100 200用途 影响施工降水与排水的速度 土渗透性比较 粘土 粉土 砂土 砾石 2 2场地平整及土方工程量的计算 2 2 1场地平整的程序和要求2 2 2场地平整土方量的计算2 2 3基坑 槽 土方量计算 2 2 1场地平整的程序和要求 1 场地平整的程序现场勘察 清除地面障碍物 标定整平范围 设置水准基点 设置方格网 测量标高 计算土方挖填工程量 平整土方 场地碾压 验收 场地平整 2 平整场地的一般要求 1 排水 一般应向排水沟方向作成不小于0 2 的坡度 2 场地表面逐点质量检查 检查点为每100 400 取1点 但不少于10点 长度 宽度和边坡均为每20m取1点 每边不少于1点 3 校核平面位置 水平标高和边坡坡度是否符合设计要求 2 2 2场地平整土方工程量计算 1 方格网法基本思路 方格边长a为20 40m 1 确定场地设计标高考虑的因素 充分利用地形 分区或台阶布置 使挖填方平衡 有一定的泄水坡度 2 考虑最高洪水位的影响 初步场地设计标高原则 场地内挖 填方量平衡 步骤 划分网格 利用等高线内插求得节点标高 有地形图时 测量节点木桩高度 无地形图时 计算场地设计标高 H0 H1 2 H2 3 H3 4 H4 4N 1 2 3 4 满足挖填方平衡的平均高度 调整场地设计标高根据土的性质 考虑3个因素土的可松性 H0 H0 h借土或弃土 考虑泄水坡度对设计标高的影响 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 2 计算施工高度施工高度 设计标高 自然地面标高 号表示填方 号表示挖方 3 计算零点 绘制零线方格网一边相邻施工高度一正一负就有零点存在 问 零线 是否是挖填区的分界线 零线 是否是一条连续的线 假设场地无限大 零线 是否封闭 在一个场地上是否会有多条 零线 4 计算挖填土方量 一点 三点 挖填 二点挖填 四点全挖全填 例题3 某场地方格中各角点编号与天然地面标高如图2 4所示 方格边长为20m 20m ix iy 0 3 试计算挖填总土方工程量 解 1 计算场地平整初步设计标高 2 根据泄水坡度调整各角点标高H1 43 09 20 0 3 20 0 3 43 09m H2 43 09 20 0 3 43 15m H3 43 09 20 0 3 20 0 3 43 21m H4 43 09 20 0 3 43 03m H5 43 09m H6 43 09 20 0 3 43 15mH7 43 09 20 0 3 20 0 3 42 97m H8 43 09 20 0 3 43 03mH9 43 09 20 0 3 20 0 3 43 09m 3 计算各角点施工高度 零点位置和零线 1 4线 16 8 m 1 4 x1 20 43 09 42 45 0 64 43 15 43 11 0 04 42 45 43 11 43 21 42 75 42 70 43 15 42 80 hn Hn H 以 为填 为挖 4 计算土方工程量 VI 20 8 5 16 8 0 04 0 64 37 06 6 全部挖方量 V 10 9 77 7 3 14 2 109 4m3全部填方量 V 37 06 0 04 38 2 35 2 110 5m3 2 断面法 根据地形图或现场侧绘 将场地划分为若干个相互平行的横截面 应用横截面计算公式逐段计算土方量 最后将各段汇总 即得场地总挖 填土方量 本法多用于地形起伏变化较大 自然地面较复杂的地段或地形狭长的地带 计算较为简单方便 但精度较低 1 划分横截面 按垂直等高线或主要建筑物的边长原则 将场地划分为 截面的间距通常取10 20M 2 画横截面图形 按比例 水平为1 200 500 垂直为1 100 200 绘制每个横截面的自然地面和设计地面的轮廓线 两轮廓线之间的面积即为挖方或填方的截面 3 计算横截面面积 见表 4 计算土方量 2 2 3基槽 坑 土方量计算 基坑土方量可按立体几何中的拟柱体 由两个平行的平面做底的一种多面体 体积公式计算 1 按下图计算基坑的挖方量 上口面积 下口面积 中间截面积面积 基坑计算公式 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 2 2 4土方调配 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 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 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 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 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 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 1 2 3 4 5 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 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 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 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 有借 弃土时的土方调配图 2 3基坑支护与排水 降水 2 3 1土方边坡2 3 2基坑支护2 3 3排水 降水 无锡新区金源大厦基坑塌方现场报道 事故发生在07年7月2日 北京地铁十号线熊猫环岛站事故 2005 11 30 上海地铁4号线地面坍陷 哈尔滨一建筑工地塌方6人被埋 基坑无支护开挖常用于深度不大且土质较好的基坑 应是施工条件允许时首选的开挖方式 无支护开挖直立壁开挖放坡开挖 天然自立边坡开挖人工加固边坡开挖 2 3 1土方边坡 土壁的稳定 主要是由土体内摩擦阻力和粘结力来保持平衡 一旦土体失去平衡 土体就会塌方 造成土壁塌方的原因主要有 边坡过陡 使土体的稳定性不足导致塌方 尤其是在土质差 开挖深度大的坑槽中 雨水 地下水渗入土中泡软土体 从而增加土的自重同时降低土的抗剪强度 这是造成塌方的常见原因 基坑上口边缘附近大量堆土或停放机具 材料 或由于行车等动荷载 使土体中的剪应力超过土体的抗剪强度 土壁支撑强度破坏失效或刚度不足导致塌方 1 放足边坡 坡度系数等于放坡宽度B与放坡高度H之比土质 开挖深度 开挖方法 施工工期 地下水水位 坡顶荷载及气候条件等因素确定 上海鹏利海景花园工程 放坡 边坡保护 1 薄膜覆盖或砂浆覆盖法2 挂网或挂网抹面法3 喷射混凝土或混凝土护面法4 土袋或砌石压坡法 1 薄膜覆盖或砂浆覆盖法对基础施工期较短的临时性基坑边坡 采取在边坡上铺塑料薄膜 在坡顶及坡脚用草袋或编织袋装土压住或用砖压住 或在边坡上抹水泥砂浆2 2 5cm厚保护 为防止薄膜脱落 在上部及底部均应搭盖不少于80cm 同时在土中插适当锚筋连接 在坡脚设排水沟 2 挂网或挂网抹面法对基础施工期短 土质较差的临时性基坑边坡 可在垂直坡面楔入直径10 12mm 长40 60cm插筋 纵横间距1m 上铺20号铁丝网 上下用草袋或聚丙烯扁丝编织袋装土或砂压住 或再在铁丝网上抹2 5 3 5cm厚的M5水泥砂浆 配合比为水泥 白灰膏 砂子 1 1 1 5 在坡顶坡脚设排水沟 3 喷射混凝土或混凝土护面法对邻近有建筑物的深基坑边坡 可在坡面垂直楔入直径10 12mm 长40 50cm插筋 纵横间距1m 上铺20号铁丝网 在表面喷射40 60mm厚的C15细石混凝土直到坡顶和坡脚 亦可不铺铁丝网 而坡面铺 4 6mm 250 300mm钢筋网片 浇筑50 60mm厚的细石混凝土 表面抹光 4 土袋或砌石压坡法对深度在5m以内的临时基坑边坡 在边坡下部用草袋或聚丙烯扁丝编织袋装土堆砌或砌石压住坡脚 边坡高3m以内可采用单排顶砌法 5m以内 水位较高 用二排顶砌或一排一顶构筑法 保持坡脚稳定 在坡顶设挡水土堤或排水沟 防止冲刷坡面 在底部作排水沟 防止冲坏坡脚 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 深度在5m内的基坑 基槽 管沟边坡的最陡坡度 无支护开挖 放坡 坡度系数 坡面保护 水泥砂浆抹面 浆砌片石护坡 塑料膜覆盖 喷浆或挂网喷射砼等 2 3 2基坑支护 基坑支护的目的主要包括 确保基坑开挖和基础结构施工安全 顺利 确保基坑临近建筑物或地下管道正常使用 防止地面出现塌陷 坑底管涌发生 基坑支护的作用主要是挡土 挡水和控制边坡变形 其应满足如下基本技术要求 安全可靠性 经济合理性 施工便利性和保证工期 支护结构包括围护墙和支撑 1 23 1 挡土结构 1 重力坝式 用深层搅拌旋喷工艺 作挡土隔水 深度可达9 8m 2 各种板桩 木板桩 钢筋砼板桩 钢板桩 挡土 有一定的隔水作用 3 钢筋砼地下连续墙 有现场成槽浇注与成槽插入预制墙 挡土和隔水 4 就地灌注排桩 接搓不密贴 只起挡土作用 5 劲性水泥土桩 SMW工法 水泥排桩中插入型钢 以型钢受力 水泥土作为隔水帷幕 6 其他挡土结构 喷锚护坡 钢桩插板 钢板桩 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 沟槽横撑式支撑图a 水平挡土板b 垂直挡土板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 南京某隧道施工 明挖法 挖孔桩 钢支撑 建筑工地发生崩塌险情 2008年4月24日上午 浙江省温岭市经济开发区内的某建筑工地基坑挡土墙突然发生坍塌 塌凹深度约2米多 基坑挡土墙沿线约四 五十米长 幸亏没有人员伤亡 崩塌险情发生后 给附近数百村民带来了停电 停水的不便 2 支撑结构 1 钢支撑 用传统型钢支撑方法 2 钢筋砼支撑 适应不规则基坑体形 使挖土有较大空间 3 双向双股复加预应力钢管支撑 双股井字形接头解决传统钢支撑空间小的缺点 4 土锚杆 土钉 拉锚 挡土结构处侧向向基坑外土体深部打入锚杆 可施加预应力 1 深层搅拌水泥土桩墙 深层搅拌水泥土桩墙是采用水泥作为固化剂 通过特制的深层搅拌机械 在地基深处就地将软土和水泥强制搅拌形成水泥土 利用水泥和软土之间所产生的一系列物理 化学反应 使软土硬化成整体性的并有一定强度的挡土 防渗墙 具有挡土 挡水的双重功能适用淤泥质土 挖深 6m 地基承载力 150KPa 水泥土重力式围护结构图1 水泥土搅拌桩 2 插筋 3 混凝土面层 水泥土搅拌桩支护应用 上海新世纪商厦8m深基坑采用水泥土搅拌桩支护技术桩长19m 坝宽8 7m 插10m毛竹 南京市级机关33层住宅楼 地下室一层 挖深6m 采用水泥土搅拌桩支护技术 1 构造要点 截面呈格栅形 相邻桩搭接长宽不小于200mm 墙体宽度和插入深度 根据坑深 土层分布及其物理力学性能 周围环境情况 地面荷载等计算确定 在软土地区当基坑开挖深度h 5m时 可按经验取b 0 6 0 8 h hd 0 8 1 2 h 基坑深度一般不应超过7m 此种情况下较经济 墙体宽度以500mm进位 即b 2 7m 3 2m 3 7m 4 2m等 插入深度前后排可稍有不同 水泥土加固体的强度取决于水泥掺入比 水泥重量与加固土体重量的比值 围护墙常用的水泥掺入比为12 14 水泥土围护墙的强度以龄期1个月的无侧限抗压强度为标准 应不低于0 8MPa 水泥土围护墙未达到设计强度前不得开挖基坑 2 水泥土墙施工工艺 一次喷浆 二次搅拌 水泥掺量较小 土质较松时 或 二次喷浆 三次搅拌 a 定位 b 预搅下沉 c 提升喷浆搅拌 d 重复下沉搅拌 e 重复提升搅拌 f 成桩结束 0 8m min 0 5m min 水泥土搅拌桩支护应用 上海新世纪商厦8m深基坑采用水泥土搅拌桩支护技术桩长19m 坝宽8 7m 水泥土搅拌桩支护应用 南京市级机关33层住宅楼 地下室一层 挖深6m 采用水泥土搅拌桩支护技术 2 钢板桩 分类 槽钢钢板桩 由槽钢正反扣搭接或并排组成 打入地下后顶部接近地面处设一道拉锚或支撑 用于深度不超过4m的基坑 不能完全止水 热轧锁口钢板桩 常用U型 L型 用于深5 8m的基坑 a 内撑方式 b 锚拉方式1 钢板桩 2 围檩 3 角撑 4 立柱与支撑 5 支撑 6 锚拉杆 日本的板式支护 钢板桩 优点 是材料质量可靠 在软土地区打设方便 施工速度快而且简便 有一定的挡水能力 小趾口者挡水能力更好 可多次重复使用 一般费用较低 缺点 一般的钢板桩刚度不够大 用于较深的基坑时支撑 或拉锚 工作量大 否则变形较大 在透水性较好的土层中不能完全挡水 拔除时易带土 如处理不当会引起土层移动 可能危害周围的环境 施工要点 1 钢板桩打设单独打入法 一角开始 逐块或两块为一组打设 小于10m 和屏风式打入法 10 20根钢板桩成排插入导架内 呈屏风状 然后再分批施打 钢板桩打设允许误差 桩顶标高 100mm 板桩轴线偏差 100mm 板桩垂直度1 2 钢板桩拔除静力拔桩 振动拔桩 常用 和冲击拔桩 板桩支护 入土深度不够 本身强度 刚度不够 拉锚承载力或长度不够 单锚板桩设计要素 入土深度 截面弯距 锚杆拉力 主要破坏形式 3 钻孔灌筑桩 钻孔灌筑桩为间隔排列 缝隙不小于l00mm 不具备挡水功能 需另做挡水帷幕 目前我国应用较多的是厚1 2m的水泥土搅拌桩 钻孔灌筑桩施工无噪声 无振动 无挤土 刚度大 抗弯能力强 变形较小 几乎在全国都有应用 用于坑深7 15m的基坑工程 在土质较好地区已有8 9m悬臂桩 在软土地区多加设内支撑 或拉锚 悬臂式结构不宜大于5m 桩径和配筋计算确定 常用直径600 700 800 900 1000mm 钻孔灌筑桩排围护墙1 围檩 2 支撑 3 立柱 4 工程桩 5 钻孔灌筑桩围护墙 6 水泥土搅拌桩挡水帷幕 7 坑底水泥土搅拌桩加固 不用支撑简化施工 采用相隔一定距离的双排钻孔灌筑桩与桩顶横梁组成空间结构围护墙 使悬臂桩围护墙可用于 14 5m的基坑 如基坑周围狭窄 不允许在钻孔灌筑桩后再施工1 2m厚的水泥土桩挡水帷幕时 可考虑在水泥土桩中套打钻孔灌筑桩 双排桩围护墙1 钻孔灌筑桩 2 联系横梁 悬臂式排桩 框架式 悬臂式排桩支护应用 南京火车站综合楼地下室两层 采用稀疏排桩方案挖深9m 2 20 4 地下连续墙 地下连续墙是于基坑开挖之前 用特殊挖槽设备 在泥浆护壁之下开挖深槽 然后下钢筋笼 浇筑混凝土形成的地下土中的混凝土墙 目前常用的厚度为600 800 l000mm 多用于 12m以下的深基坑 优点是 施工时对周围环境影响小 能紧邻建 构 筑物等进行施工 刚度大 整体性好 变形小 能用于深基坑 处理好接头能较好地抗渗止水 如用逆作法施工 可实现两墙合一 能降低成本 5 加筋水泥土桩法 SMW工法 即在水泥土搅拌桩内插入H型钢 使之成为同时具有受力和抗渗两种功能的支护结构围护墙 坑深大时亦可加设支撑 国外已用于坑深 20m的基坑 我国已开始应用 用于8 10m基坑 1 插在水泥土桩中的H型钢 2 水泥土桩 3 46 6 土钉墙 土钉墙是一种边坡稳定式的支护 其作用与被动起挡土作用的上述围护墙不同 它是起主动嵌固作用 增加边坡的稳定性 使基坑开挖后坡面保持稳定 1 土钉 2 喷射细石混凝土面层 3 垫板 构造要点 每挖深1 5m左右 挂细钢筋网 喷射细石混凝土面层厚50 100mm 然后钻孔插入钢筋 长10 15m左右 纵 横间距1 5m 1 5m左右 加垫板并灌浆 依次进行直至坑底 基坑坡面有较陡的坡度 土钉墙用于基坑侧壁安全等级宜为二 三级的非软土场地 基坑深度不宜大于12m 当地下水位高于基坑底面时 应采取降水或截水措施 目前在软土场地亦有应用 施工要点 基坑开挖分层分段开挖 分层 每层挖深与土钉竖向间距相等 上一层作业面达到设计强度的70 以上才可进行下层开挖 分段 取决于土壁