南华大学城建学院土方工程-1

1,土木工程施工第1章土方工程,2,土木工程施工,第1章,本章重点,土的工程性质；土方工程量的调配和计算；,轻型井点布置与计算；,土方回填压实质量的影响因素；土方机械化施工。,3,土木工程施工,第1章,土是连续、坚固的岩石在风化作用下形成的大小悬殊的颗粒，经过不同的搬运方式，在各种自然环境中生成的沉积物，三相体。土方工程是建筑工程的主要工种工程之一。一般也是最先施工。,内容：由土的开挖、运输、填筑与弃土、平整与压实等主要施工过程以及场地清理、测量放线、施工排水、降水和土壁支护等准备和辅助施工过程。,5,土木工程施工,第1章,1.1.1土方工程的施工特点,施工条件复杂：种类多，成分复杂，性能变化大；地质与水文条件变化多；施工受气候条件影响大；地下不明障碍物影响。,面大量广，劳动繁重：,1）施工特点,6,土木工程施工,第1章,1.1.1土方工程的施工特点,1.避开雨季；2.组织机械化施工；,2）土方工程施工组织原则,7,土木工程施工,第1章,1.1.2土的工程分类,1）土力学中：颗粒级配或塑性指数（分类标准）岩石、碎石（漂石、块石、卵石、碎石、圆砾、角砾）、砂土、粉土、粘性土、人工填土,2）土的工程分类：根据开挖难易程度（分类标准）分8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）、五类土（软石）、六类土（次坚石）、七类土（坚石）、八类土（特坚石）分类表见P-2表1.1土的工程分类,8,土木工程施工,第1章,1.1.3土的工程性质,影响土方施工的工程性质,1）土的可松性天然状态的土，经过开挖以后，其体积因松散而增加，以后虽经回填压实仍然不能恢复到原来的体积，这种性质称为土的可松性。土的最初可松性系数Ks：开挖后土体松散体积（V2）和原自然状态下的体积（V1）之比。Ks=V2/V1土的最后可松性系数Ks：回填压实后体积（V3）和原自然状态下的体积（V1）之比。Ks=V3/V1,11,土木工程施工,第1章,1.1.3土的工程性质,2）土的渗透性定义：水流通过土体的难易程度；反映土体透水性的大小。单位时间水流量Q：Q=K*A*H/L单位时间单位面积水流量VV=K*II=H/LI水力梯度,12,土木工程施工,第1章,1.1.3土的工程性质,2）土的渗透性工程应用：影响涌水量的计算、降水设备的选择；测试方法：室内渗透试验、现场试验（大型工程应现场试验）变化规律：P3表1-2随着土的粒径的增加，土的渗透性系数加大。,13,土木工程施工,第1章,1.1.3土的工程性质,3）土的物理、力学指标（1）土的三相组成固体颗粒、液态水、气态孔隙（用于回填、压实）（2）土的力学、变形指标土的承载力、压缩系数、压缩模量、抗剪强度（用于边坡稳定、基坑支护）,14,土木工程施工,第1章,1.1.3土的工程性质,3）土的土的物理、力学指标（3）持力层、下卧层持力层位于基础底面以下的土层；下卧层持力层以下的各层土。验槽时土层的认定（4）土的侧压力土的主动土压力土的被动土压力土的静止土压力影响基坑支护结构计算,15,土木工程施工,第1章,1.1.3土的工程性质,3）土的物理、力学指标（5）土的天然密度、重度土体在天然状态下单位体积的质量（6）土的干密度d、干重度d单位体积中土体固体颗粒的质量（7）土的含水量w土中水的质量和固体质量之比（8）土的压实系数c土的控制干重度和最大干重度之比应用：用于土方回填压实质量检查,16,土木工程施工,第1章,基坑：为进行建筑物（包括构筑物）基础与地下室的施工所开挖的地面以下空间称为建筑基坑。,基坑开挖的施工工艺无支护开挖放坡开挖有支护开挖基坑支护基坑支护应保护周边环境安全，并为土体开挖创造便利条件。,17,土木工程施工,第1章,基坑开挖后土壁土体有向坑内坍塌的趋势：,18,土木工程施工,第1章,放坡开挖：,19,土木工程施工,第1章,支护开挖：,20,土木工程施工,第1章,1.2.1土方边坡,土方边坡的稳定：土的抗剪强度边坡的大小：土质条件、挖方深度（或填方高度）、地下水位、排水情况、施工方法、边坡留置时间、边坡上部荷载情况及相邻建筑物等因素综合确定。,直线形、折线形和台阶形三种。m-坡度系数；直立壁不加支撑挖方深度表1-3,21,土木工程施工,第1章,1.2.2基坑支护,1）基坑支护工程的主要内容基坑勘测；支护结构的设计和施工；基坑土方的开挖和运输；控制地下水位；土方开挖过程中的工程监测和环境保护,22,土木工程施工,第1章,1.2.2基坑支护,2）基坑支护工程的特点（1）临时性为临时性结构不愿投入太多的资金易出事故事故危害一般较大（事故率20%）。珠海广场、上海地铁,23,土木工程施工,第1章,1.2.2基坑支护,2）基坑支护工程的特点（1）临时性2003年7月1日凌晨6：00，上海轨道交通4号线旁通道工程施工作业面内，因大量水及流砂涌入，引起隧道部分结构损坏及周边地区地面沉降，造成三栋建筑物严重倾斜，防汛墙局部塌陷，导致防汛墙围堰管涌，直接经济损失初步估算为1.5亿元人民币左右。,24,土木工程施工,第1章,1.2.2基坑支护,2）基坑支护工程的特点,25,土木工程施工,第1章,1.2.2基坑支护,2）基坑支护工程的特点珠海市拱北祖国广场基坑坍塌特大事故祖国广场项目是集商业、宾馆、写字楼于一体的高级综合大楼。该大楼地下四层，基础开挖深度为-16.45米和-17.25米，长90.27米，宽71.92米)，地上26层，建筑高度98.5米，总建筑面积101993.91平方米。广场基坑支护工程于1997年11月2日正式动工，至1998年5月6日止，共完成土方挖运8万多立方米，剩下23万立方米。,26,土木工程施工,第1章,1.2.2基坑支护,2）基坑支护工程的特点1998年5月6日晚8时30分，位于拱北口岸前的祖国广场整个基坑全部倒塌，未及时撤离现场的5人受轻伤，直接经济损失1377.6万元。国家建设部专家组和事故调查组取证分析确定：造成特大事故的直接原因是基坑东南部分挡墙底部趋于失稳的塑性区的渐进性发展，导致整体滑动破坏，致使基坑整体失去平衡，最终形成整个基坑破坏。事故的主要原因，首先是设计单位在基坑支护设计中考虑不周，未进行坑底抗隆起和整体稳定性验算；其次，施工单位未按要求进行施工。,27,土木工程施工,第1章,1.2.2基坑支护,28,土木工程施工,第1章,1.2.2基坑支护,29,土木工程施工,第1章,1.2.2基坑支护,30,土木工程施工,第1章,1.2.2基坑支护,31,土木工程施工,第1章,1.2.2基坑支护,32,土木工程施工,第1章,5月6日上午，基坑南边的工地职工宿舍出现倾斜。中午，钢支撑连续发生爆裂，第10号第三层钢支撑失稳。下午15时30分，逆作地下墙下沉移位，钢支撑的部分工字钢发生严重扭曲，部分支撑爆裂后脱离墙体预埋件，有的工字钢端部撕裂、扭曲。施工单位当即决定派人分头通知在基坑内作业和在工棚里休息的人员及附近的居民立即疏散，避免了伤亡人员的扩大。16时30分左右，钢支撑爆裂声频率加快，基坑东南角逆作地下墙朝基坑内滑陷，坑边的商铺开始坍塌，随即西南角的逆作地下墙也滑向基坑，工地职工宿舍和三栋民宅滑陷坑中。晚上20时许，基坑支护整体结构失稳，应力重新分布，北侧的逆作地下墙和周边的建筑物也轰然倒塌。至此，整个基坑全部倒塌。,33,土木工程施工,第1章,1.2.2基坑支护,2）基坑支护工程的特点（2）技术综合性岩土学科、结构、施工、测试技术、环境保护技术知识的综合应用。（3）不确定性地下地质情况无法探明局部特殊的地质、场地周边情况；老城区地下设施资料不全地下管线、地下设施自然条件变化（气温、雨水、地下水位）。,34,土木工程施工,第1章,1.2.2基坑支护,2）基坑支护工程的特点（4）地域性如上海地区，在20m深度内主要为淤泥质粉质粘土和淤泥质粘土，含水量一般在40%，孔隙比1.21.6，土的压缩性高，抗剪强度低，在外荷载作用下，承载力低，变形大，不均匀沉降也较大，沉降历时长，周围建筑密集。所以在上海地区，根据不同的基坑开挖深度，形成地下连续墙、钻孔灌注桩、深层搅拌桩等具有特色的基坑支护技术。深圳地区挖孔桩北京、天津土钉墙,35,土木工程施工,第1章,1.2.2基坑支护,3）基坑侧壁的安全等级划分：一、二、三级依据：破坏后果的严重程度考虑方法：重要性系数,36,土木工程施工,第1章,37,土木工程施工,第1章,4）基坑工程基本技术资料工程地质和水文地质资料；基坑周边环境情况；拟建工程建筑、结构和基础相关要求；施工条件；相关技术规范、规程和当地管理部门的有关规定；类似工程的调研。,38,土木工程施工,第1章,5）常见支护结构形式及支撑（拉锚）结构,常见基坑支护结构：排桩或地下连续墙水泥土墙土钉墙逆作拱墙放坡或上述组合形式,39,土木工程施工,第1章,排桩或地下连续墙,基坑开挖前沿基坑四周一定间距（或连续）打入或就地浇注桩体（或连续墙），形成桩体队列，与支撑或拉锚组成结构，以抵抗外侧土体和地下水的侧压力，形成挡土结构。常见形式：钢板桩、灌注桩、地下连续墙等,40,土木工程施工,第1章,钢板桩,钢板桩是指在基础开挖前，在基坑四周连续打入钢板桩，钢板桩之间通过锁口连接，形成连续桩体，利用桩体强度抵抗外侧土体和地下水的侧压力，形成挡土结构。常用有U形、Z形、形和H形：,排桩或地下连续墙,41,土木工程施工,第1章,42,土木工程施工,第1章,排桩或地下连续墙,型钢横挡板(板式支护结构)图1-2示（H型钢或工字钢）施工结束后可拔出型钢，并在安全条件下尽可能回收横挡板。,43,土木工程施工,第1章,钻孔灌注桩,直径5001000桩长15000-20000截面相对较大，抗弯能力强，变形相对小，经济效益好，用于开挖深度6-10米的基坑,排桩或地下连续墙,44,土木工程施工,第1章,钻孔灌注桩,排桩或地下连续墙,45,土木工程施工,第1章,钻孔灌注桩,排桩或地下连续墙,46,土木工程施工,第1章,人工挖孔灌注桩直径700-直径大，抗弯能力强，刚度大，施工中易于检查图层情况，施工质量可靠，施工条件差，劳动强度大，限制使用。用于土质较好的地区。,排桩或地下连续墙,47,土木工程施工,第1章,人工挖孔灌注桩,48,土木工程施工,第1章,地下连续墙,开挖前用特殊的挖槽设备，在泥浆护壁下开挖一定长度的深槽，下钢筋笼浇注单元混凝土墙，然后各单元通过特制接头连接形成连续墙。挡土、防水防渗和承重三个功能适用范围广，造价高如与逆作法结合使用，基坑维护墙和主体结构外墙合一，能降低工程总体成本,排桩或地下连续墙,49,土木工程施工,第1章,50,土木工程施工,第1章,由水泥土桩相互搭接形成格栅状、壁状等形式的重力式结构，常用的有水泥土搅拌桩、高压喷射注浆桩等。图1-3劲性水泥土搅拌桩（SMW工法）SoilMixingWall,水泥土墙,51,土木工程施工,第1章,水泥土墙,52,土木工程施工,第1章,土钉：指置于现场原位土体的以较密间距排列的细长杆件，钢筋或钢管等。图1-4所示：适用于土质较好的地区，基坑深度不宜大于12米,土钉墙,53,土木工程施工,第1章,54,土木工程施工,第1章,适用条件：基坑侧壁安全等级宜为三级；淤泥和淤泥质土场地不宜采用；拱墙轴线的矢跨比不宜小于1/8；基坑深不宜大于12m；地下水位高于基坑地面时，应采取降水或截水措施。,逆作拱墙,55,土木工程施工,第1章,逆作拱墙,56,土木工程施工,第1章,逆作拱墙,57,土木工程施工,第1章,放坡,基坑较浅，周围无紧邻建筑物，且场地允许时采用基坑内没有支撑，基坑内作业面宽无障碍，但是如果地下水位较高需要采取降低地下水位措施,58,土木工程施工,第1章,放坡,59,土木工程施工,第1章,放坡,60,土木工程施工,第1章,5）常见支护结构形式及支撑（拉锚）结构,支撑拉锚结构1，为什么要设置？2，如何设置？内为支撑，外为拉锚支撑的平面布置形式如图1-7角撑、对撑、边桁架、边框架、环梁加边框架，对撑加角撑,61,土木工程施工,第1章,5）常见支护结构形式及支撑（拉锚）结构,a.b.c角撑；d对撑；e边框架，f边桁架；g环梁加边框架（桁架）；h对撑加角撑,对撑,对撑加角撑,对撑加角撑,对撑加角撑,环梁加边桁架,环梁加边桁架,环