[工学]03场地平整

1,1.3 场地平整施工,场地平整就是将自然地面改造成人们所要求的平面。 土方工程量计算主要有土方平整量、土方开挖量和调配量计算。一般情况下，将土方划分成一定的几何形状，采用具有一定精度的方法进行计算，通常有方格网法和断面法。,2,1.3.1 场地设计标高的确定,1、场地设计标高的确定 场地设计标高确定一般有两种方法：,最佳设计平面 最佳设计平面即设计标高满足规划、生产工艺及运输、排水及最高洪水水位等要求，并做到场地内土方挖填平衡，且挖填的总土方工程量最小。,3,1、场地设计标高的确定选择设计标高，还需考虑以下因素：（1） 满足生产工艺和运输的要求；（2）尽量利用地形，以减少挖方数量；（3）场地以内的挖方与填方能达到相互平衡以降低土方运输费用；（4）要有一定的泄水坡度(2)，使能满足排水要求；（5）考虑最高洪水位的要求。,4,场地的设计标高确定的步骤和方法（1）初步计算场地设计标高,初始场地设计标高,5,（2）计算设计标高的调整值 初始场地设计标高还需考虑以下因素进行调整。 1）由于土具有可松性，必要时应相应地提高设计标高； 2）由于设计标高以上的各种填方工程用土量的影响设计标高的降低，或者设计标高以下的各种挖方工程而影响设计标高的提高； 3）由于边坡填挖土方量不等（特别是坡度变化大时）而影响设计标高的增减； 4）根据经济比较结果，而将部分挖方就近弃土于场外，或将部分填方就近取土于场外而引起挖填土的变化后需增减设计标高。,6,土的可松性影响,设计标高调整计算简图理论计算标高 调整设计标高,借土或弃土的影响,式中： Q场地根据H0平整后多余或不足的土方量。,7,（3）考虑泄水坡度对设计标高的影响,1）单向泄水时，场地各点设计标高的求法,2）双向泄水时，场地各点设计标高的求法,8,1.3.2 场地平整土方量计算,土方量计算的基本方法有方格网法和断面法 两种。,挖方施工及长距离土方调运,9,1、场地平整土方量计算（方格网法步骤）,角点的自然地面标高,角点的设计标高,施工高度“”为填，“”为挖,10,（1）计算每个方格网角点的填挖高度,零线,11,（2）计算每个方格的填挖土方量,12,13,（3）计算场地边坡土方量,14,2、基坑、基槽土方量计算（1）基坑土方量（2）基槽、路堤土方量,15,1.3.3 土方调配量的计算,土方调配，就是对挖土的利用、堆弃和填土的取得三者之间的关系进行综合协调的处理。好的土方调配方案，应该是使土方运输量或费用达到最小，而且又能方便施工。 土方调配包括划分调配区；计算调配区之间的平均运距；确定土方的最优调配方案；绘制土方调配表。,16,1、土方调配原则（1）应力求达到挖、填平衡和运距最短的原则。（2）土方调配应考虑近期施工与后期利用相结合的原则。（3）土方调配应采取分区与全场相结合来考虑的原则。（4）土方调配还应尽可能与大型地下建筑物的施工相结合。（5）合理布置挖、填方分区线，选择恰当的调配方向、运输线路，使土方机械和运输车辆的性能得到充分发挥。2、划分土方调配区（绘出零线）3、计算调配区之间的平均运距（即挖方区至填方区土方重心的距离）4、调配方案的优化、土方调配图表的编制,最佳设计平面 最佳设计平面即设计标高满足规划、生产工艺及运输、排水及最高洪水水位等要求，并做到场地内土方挖填平衡，且挖填的总土方工程量最小。,17,3、计算各挖、填方调配区之间的平均运距,先按下式求出各挖方或填方区土方重心坐标X0、Y0：,填方区,y,H0,H0,x,xOW,xOT,yOW,yOT,L0,挖方区,式中： xi、yi i 块方格的重心坐标； Vi i 块方格的土方量。,V1x1、y1,V5x5、y5,V19x19、y19,挖方区重心,填方区重心,18,则填、挖方区之间的平均运距 L0 为：,式中： x0T、y0T 填方区的重心坐标； x0W、y0W 挖方区的重心坐标。,在实际工作中，亦可用作图法近似地求出调配区的形心位置O代替重心坐标，用比例尺量出每对调配区的平均运距。,19,5、土方最优调配方案的确定，是以线性规划为理论基础，常用“表上作业法”求解。调配的步骤如下：,用“最小元素法”编制初始调配方案,最优方案判别,绘制土方调配图,最优方案判别,方案的调整,是,否,20,（1）初始调配方案,下图为一矩形广场，图中小方格内的数字为各调配区的土方量，箭杆上的数字则为各调配区之间的平均运距。试求土方调配最优方案。,500,500,800,600,500,500,400,W1,T1,W3,60,50,70,110,80,70,40,100,90,40,100,W4,T3,W2,T2,70,挖方区编号,填方区编号,挖方区需调出土方,填方区需调进土方,调配区间的平均运距,土方调配工程案例,21,各调配区土方量及平均运距,22,步骤1：选取平均运距最小(C22=C43=40)的方格，确定它所对应的调配土方数，并使其尽可能大。本例选取C43=40，X43=400(W4的全部挖方调往T3)，X41、X42=0 (W4的挖方不调往T1、T2)，在X41、X42的方格内画上“”,23,步骤2：重复步骤1，按平均运距由小到大依次计算X22、X11、X31 （C22C11C31） ，我们就得到了土方调配的初始方案。,500,500,100,300,100,40,50,60,70,110,24,（2）最优方案判别,初始调配方案是按“就近调配”求得的，它保证了挖填平衡、总运输量是较小的，但不一定是最小的，因此还需进行判别。 在“表上作业法”中判别最优方案的方法有很多，这里我们介绍引入“假想价格系数”求检验数ij来判别。,25,利用已知的假想价格系数，我们可以逐个求解未知的C，ij。 步骤1：在有调配土方的方格内， C，ij=Cij ，将数据填入表中；,首先求出表中各方格的假想价格系数,无调配土方的方格,有调配土方的方格,该公式的意义即：构成任一矩形的四个方格内对角线上的假想价格系数之和相等。,26,步骤2：按任一矩形的四个方格内对角线上的C，ij之和相等，逐个求解未知的C，ij；如：,50,60,40,110,70,40,-10,100,80,30,0,60,27,步骤3：引入检验数，按下式求出表中无调配土方方格的检验数（即方格右边两小格数字上下相减，将正负号填入表中）： 12 出现负数说明方案不是最佳方案，需要进行调整。,28,步骤2：找出x12的闭回路。其作法是，从x12方格出发，沿水平或竖直方向前进，遇到有数字的方格（即有土方运送量的方格）作900转弯(也可不转弯)，如果路线恰当，有限步后便能回到出发点。形成一条以有数字的方格为转角点、用水平或竖直线联起来的闭回路。见下表：,（3）方案的调整,步骤1：在所有负检验数中挑选一个(一般选最小的)，本例即12，将它对应的变量 x12 作为调整对象。,29,步骤3：从空格 X12出发，沿闭回路（方向任意）行进，在各奇数转角点的数字中挑出一个最小的（本例即X32=100）将它由 X32调到 X12方格中。,500,100,30,步骤4：将“100”数字填入X12方格中，被调出的X32为0，同时将闭回路上其它奇数次转角（X11）方格内的数字都减去100，偶数次转角（X31）方格内的数字都增加100，使得填、挖方区的土方量仍然保持平衡。这样我们就得到了下表中的新调配方案。,400,0,100,400,31,步骤5：对新调配方案按“ 最优方案判别”的方法和步骤再进行判别和检验，如仍出现负数，则重复步骤14继续调整，如不出现负数，方案即是最优方案。,计算无调配土方方格的检验数，无负数，方案是最优方案。,50,60,40,70,40,20,70,50,30,30,60,80,32,该优化方案的土方总运输量为： Z = 400501007050040400601007040040 = 94000 （m3m） 初始方案的土方总运输量为： Z = 5005050040300601001101007040040 = 97000（m3m） 调整后的总运输量减少了3000（m3m）。,土方调配的最优方案可以不只是一个，这些方案调配区或调配土方量可以不同，但它们总的最小运输量是相同的。,33,绘出最终土方调配图如下所示,500,500,800,600,500,500,400,W1,T1,W3,40060,10070,40040,W4,T3,W2,T2,10070,50040,40050,34,1.4 土方工程施工排水、降水,基坑开挖时，流入坑内的地下水和地表水如不及时排除，会使施工条件恶化、造成土壁塌方，亦会降低地基的承载力。施工排水可分为明排水法和人工降低地下水位法两种。,1.4.1 明排水法,一般采用截、疏、抽的方法。 截：在现场周围设临时或永久性排水沟、防洪沟或挡水堤，以拦截雨水、潜水流入施工区域； 疏：在施工范围内设置纵横排水沟，疏通、排干场内地表积水； 抽：在低洼地段设置集水、排水设施，然后用抽水机抽走。,35,在基坑的一侧或四周设置排水明沟，在四角或每隔2040m设一集水井，排水沟始终比开挖面低0.40.5m，集水井比排水沟低0.51m，在集水井内设水泵将水抽排出基坑。,适用：适用于土质情况较好（土层为粗粒土或渗水量小的粘性土）降水深度较小或地下水量不大的基坑排水。 不适用：粉砂土和细砂土，在这类土中易形成流砂。,普通明沟与集水井排水法,1.4.1 集水坑降水法,36,分层明沟排水：当基坑开挖土层由多种土层组成，中部夹有透水性强的砂类土时，为防止上层地下水冲刷基坑下部边坡，宜在基坑边坡上分层设置明沟及相应的集水井。,适用于深度较大、地下水位较高、上部有透水性强的土层的基坑排水,分层明沟排水法,37,1、集水坑设置 集水坑应设置在基础范围以外即基础边线0.4米之外，地下水走向的上游。 集水坑每隔2040m设置一个。 集水坑的直径或宽度，一般为0.60.8m。其深度，随着挖土的加深而加深，要经常低于挖土面0.71.0m。井壁可用竹、木或钢筋笼等简易加固。 基坑挖至设计标高后，井底应低于坑底12m，并铺设0.3m碎石滤水层，以免在抽水时将泥砂抽出，并防止井底的土被搅动。,2、水泵性能及选用,3、施工过程（看动画）,38,1.4.2 流砂极其防治,在细砂或粉砂土层的基坑开挖时，地下水位以下的土在动水压力的推动下极易失去稳定，随着地下水涌入基坑。称为流砂现象。流砂发生后，土完全丧失承载力，土体边挖边冒，施工条件极端恶化，基坑难以达到设计深度。严重时会引起基坑边坡塌方，临近建筑物出现下沉、倾斜甚至倒塌。,1 流砂现象,广佛地铁桂城站基坑出现流砂，地面下沉约1.5m图为砂包封堵抢险现场,39,产生流砂现象的原因有内因和外因： 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、排水性能差等均容易产生流砂现象。因此，流砂现象极易发生在细砂、粉砂和亚砂土中，但是否发生流砂现象，还取决于一定的外因条件。,2 产生流砂的原因,流砂-基坑满目狼籍 流砂支挡 强行施工,40,外因：是地下水在土中渗流所产生的动水压力的大小，动水压力GD为： 式中： I 水力坡度（I=（h1-h2）/L） ； h1h2 水位差； W 水的重度。 当地下水位较高、基坑内排水所形成的水位差较大时，动水压力也愈大，当GD （土的浮重）时，就会推动土壤失去稳定，形成流砂现象。,41,3 流砂的防治, 防治原则：“治流砂必先治水”。流砂防治的主要途径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。, 防治方法：, 枯水期施工法：枯水期地下水位较低，基坑内外水位差小，动水压力小，就不易产生流砂。 打板桩：将板桩沿基坑打入不透水层或打入坑底面一定深度，可以截住水流或增加渗流长度、改变动水压力方向，从而达到减小动水压力的目的。,42, 水中挖土：即不排水施工，使坑内外的水压相平衡，不致形成动水压力。如沉井施工，不排水下沉、进行水中挖土、水下浇筑砼。, 人工降低地下水位法：即采用井点降水法截住水流，不让地下水流入基坑，不仅可防治流砂和土壁塌方，还可改善施工条件。, 抢挖并抛大石块法：分段抢挖土方，使挖土速度超过冒砂速度，在挖至标高后立即铺竹、芦席，并抛大石块，以平衡动水压力，将流砂压住。此法适用于治理局部的或轻微的流砂。,此外，采用地下连续墙法、止水帷幕法、压密注浆法、土壤冻结法等，都可以阻止地下水流入基坑，防止流砂发生。,43,在含水丰富的土层中开挖大面积基坑时，明沟排水法难以排干大量的地下涌水，当遇粉细砂层时，还会出现严重的翻浆、冒泥、涌砂现象，不仅基坑无法挖深，还可能造成大量水土流失、边坡失稳、地面塌陷，严重者危及邻近建筑物的安全。此时应采用井点降水的人工降水方法施工。,地下室电梯井局部二次降水,全基坑轻型井点降水,1.4.3 井点降水,44,1 井点降水的作用,防止地下水涌入坑内,防止边坡由于地下水的渗流而引起的 塌方,使坑底的土层消除了地下水位差引起的压力，因此防止了坑底的管涌,45,降水后，使板桩减少了横向荷载,消除了地下水的渗流，也就防止了 流砂现象,降低地下水位后，还能使土壤固结，增加地基土的承载能 力,46,2 各种井点的适用范围,47,轻型井点是沿基坑四周将井点管埋入蓄水层内，利用抽水设备将地下水从井点管内不断抽出，将地下水位降至基坑底以下。,3 轻型井点,适用于渗透系数为0.150m/d的土层中。降水深度为：单级井点36m，多级井点612m,48,49,（1）轻型井点设备 轻型井点设备由管路系统（滤管、井点管、弯联管及总