土方工程施工.ppt

第一章土方工程,第一章土方工程,第一节概述第二节场地设计标高的确定第三节土方工程量的计算与调配第四节土方工程的机械化施工第五节土方的填筑与压实,1.1概述,主要内容：土方工程施工土的工程分类土的工程性质土方边坡,back,土方工程施工一、土方工程主要工种工程,二、土方工程施工的特点1.工程量大、劳动繁重、机械设备用量大、工期较长；2.施工条件复杂，如流砂，乱石等；3.多为露天作业，易受到周边施工环境、地质水文、气候等条件影响；4.技术要求高（制定方案和土方开挖过程中的质量，安全，以及随时可能碰到的问题）,所以在制定方案时应作到：（1）制定合理的施工方案；（2）合理的组织机械的施工，合理选择施工机械；（3）安排好交通运输，排水降水、支护及其他辅助工作；（4）合理安排进度，尽量避开雨季施工；（5）采取保证工程质量的措施；边坡稳定，基底稳定，防止基坑流砂等；（6）确定安全措施，防止塌方等造成人员安全事故，对周围建筑无的影响。,三、土方工程施工的基本要求1）做好调查研究,了解土壤的种类和工程性质，土方工程的施工工期、质量要求及施工条件，施工地区的地形、地质、水文、气象等资料，编制切实可行的施工组织设计，拟定合理的施工方案和技术措施，预防产生流砂、管涌和塌方现象，以保证工程质量和安全，加快施工进度；2）采用先进机具，尽可能采用机械化施工；3)要合理安排施工计划，尽量避开冬、雨期施工；,4）为了降低土石方工程施工费用，减少运输量和占用农田，要对土方进行合理调配、统筹安排；5）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等土方工程的准备工作；,土方的准备工作：,场地清理,基坑支护、降水处理等,地表水排除、临时设施,土方量计算,机械进场、测量放线等,四、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1：5001：1000；2）原有地下管线、地下障碍物、构筑物等竣工图；3）施工图或基础结构图；4）工程地质、水文、气象等资料；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；地下室工程的土方工程，必须经市级建设主管部门组织的技术专家组审核通过。,back,土的工程分类在土木工程施工中，按土的开挖难易程度将土分为八类（十六级别）见表1-1土的工程性质一、土的可松性1.定义：土具有可松性，即自然状态下的土经过开挖后，其体积因松散而增加，以后虽经回填压实，仍不能恢复其原来的体积。,go,back,土方工程量以自然状态下土的体积计算，土方调配、机械生产率、运输工具数量等的计算，必须考虑土的可松性。其可松性程度由可松性系数表示Ks=V2/V1（1.1）Ks=V3/V1（1.2）Ks：最初可松性系数；Ks：最终可松性系数；（两者的大小取决于土的类别）,V1：土在天然状态下的体积；V2：土经开挖后的松散体积；V3：土经回填压实后的体积；2.用途：土方量的平衡调配，确定运土机具的数量及弃土体积，以及计算基坑填土所需的填方量。1）计算挖土的体积：实际的基坑大小，即指在自然状态下土的体积V1。,2）机具运土的体积：开挖后松散体积V2，即V2=KsV1；3）现场预留土方量作为回填土：基坑回填体积=基坑体积基础在基坑内的体积4）借土、弃土工程量的计算：弃土量=（VwVt/Ks）Ks借土量=（VtVw/Ks）Ks/Ks,二、土的压缩性三、原状土经机械压实后的沉降量四、土的渗透性五、土的密实度另外，土的工程性质还有含水量、渗透性、抗剪强度、土压力等。,back,土方边坡一、定义土方的边坡为深挖或高筑成倾斜的自由面。边坡坡度以其高度H与其底宽B之比表示。土方边坡坡度=H/B=1：mm=B/Hm为坡度系数,图1.1边坡坡度示意图,二、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。三、坡度的确定原则：保证土体稳定、施工安全，又要节省土方,四、边坡形式,back,1.2场地设计标高的确定,主要内容：场地设计标高确定的一般方法场地设计标高的调整,back,场地设计标高确定的一般方法一、确定场地设计标高应满足的条件1）满足建筑规划、生产工艺及运输、场地排水和最高洪水位等要求；2）力求使场地内土方挖填平衡且土方量最小。3）充分利用地形、分区或分台阶布置，分别确定不同的设计标高。,二、场地设计标高确定的一般方法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）,三、场地设计标高确定的具体步骤：1.在地形图上将施工区域划分若干个方格网，方格网的边长为1050m；2.确定各小方格角点的原地形标高；（1）实地测量（水准仪）；（2）等高线插入法；根据地形图上相邻两等高线的标高，用线性插入法求得。,3.按填挖方平衡确定设计标高挖填土方量相等的原则，场地设计标高可按下式求得。见图1.3所示,式中：N方格数；H0所计算的场地设计标高(m)；Hi1、Hi2、Hi3、Hi4第i个方格四个角点的原地形标高。,（1.3）,图1.3场地设计标高H0计算示意图(a)方格网划分(b)场地设计标高示意图1一等高线；2-自然地面，3一场地设计标高平面,(a),(b),考虑个角点标高的“权”，则场地设计标高H0可改写成下列形式：（1.4）H11个方格仅有的角点标高；H22个方格共有的角点标高；H33个方格共有的角点标高；H44个方格共有的角点标高。,4.根据泄水要求计算场地设计标高泄水坡度有单面泄水、双面泄水单面泄水：场地内只有一个方向排水；双面泄水：场地内有两个方向排水，且互相垂直。（1）单向泄水时各方格角点的设计标高HnH0li（1.5）（2）双向泄水时各方格角点的设计标高HnH0lxixlyiy（1.6）计算简图见图1.4,back,场地设计标高的调整1.土的最终可松性影响，需相应的提高设计标高；2.考虑工程余土或工程用土，相应提高或降低设计标高；3.若采用场外取土或弃土的施工方案，根据经济比较的结果，应考虑因此引起的土方量的变化，需将设计标高进行调整；4.场内泄水坡度的影响。如修改设计标高，需重新计算土方工程量。,back,1.3土方工程量的计算与调配,主要内容：基坑（槽）和路堤的土方量计算场地平整土方量计算土方调配,back,基坑（槽）和路堤的土方量计算其土方量可按拟柱体积的公式计算。,图1.5基坑,（1.7）,图1.6基槽、路堤,将各段土方量相加即得总土方量。,（1.8）,当基槽和路堤沿长度方向断面呈连续性变化时，可用断面法沿长分段（10m或20m),其土方量可分段计算。,back,场地平整土方量计算一、特点：面积大；兼有挖方、填方。二、方法-方格网法在场地设计标高确定后，需平整的场地各角点的施工高度即可求得，然后按每个方格角点的施工高度计算出填、挖土方量，并计算场地边坡的土方量，这样可以求得整个场地的填、挖土方总量。,具体步骤：1.划分方格网，根据地形变化和精度的要求定边长，边长一般为10m20m，各方格左上角逐一标出其角点编号；,A,B,2.计算各角点地面标高:按地质部门给出（实地测量）；(2)依据地形图上的等高线，用线性插入法求出。,H22=HA+(HBHA）/lx,3.计算各角点的设计标高：即H0，若考虑泄水坡度则，HnH0lxixlyiy。4.计算各角点的施工高度:挖或填的高度，为:设计标高-地面标高Hn-Hn+为填方，-为挖方。,5.计算不开挖点即零点，绘出零线：填挖土方的计算首先要知道“零线”的位置，在该线上，施工高度为0。“零线”：挖方区与填方区的交线。即不填不挖的交线。在相邻角点施工高度为一挖一填的方格边线上，用插入法求出零点位置（图1-9），将各相邻的零点连接起来就为零线。,图1.9零点位置计算,确定零点的位置x，X=ah1/(h1+h2)h1、h2为相邻角点的填、挖的施工高度（绝对值）,6.计算各方格内的挖或填方体积：土方几何形状，一般为四种类型:四角点全填或全挖、两点填两点挖、三点填一点挖或相反。A.四方棱柱体法（1）全挖、全填方格,（1.9）,式中：V挖方或填方的土方量（m）；h1,h2,h3,h4方格四角点的挖填高度（绝对值）（2）部分挖、部分填方格,（1.10）,土方调配工作内容：划分调配区；计算土方调配区之间的平均运距（或单位土方运价、单位土方施工费用）；确定土方最优调配方案；绘制土方调配图。一、划分土方调配区，计算平均运距或土方施工单价1.调配区的划分,（1）划分原则a.应力求挖填平衡、运距最短、费用最省；b.便于改土造田、支援农业；c.考虑土方的利用，以减少土方的重复挖填和运输。（2）划分调配区应注意：a.调配区的划分应与房屋或构筑物的位置相协调，满足工程施工顺序和分期施工的要求，使近期施工和后期利用相结合；,b.调配区的大小，应考虑土方及运输机械的技术性能，使其功能得到充分发挥。例如，调配区的长度应大于或等于机械的铲土长度；调配区的面积最好与施工段的大小相适应；c.调配区的范围应与计算土方量用的方格网相协调，通常可由若干个方格网组成一个调配区。从经济效益出发，考虑就近借土或就近弃土区均可作为一个独立的调配区。e.调配区划分还应尽可能与大型地下建筑物的施工相结合，避免土方重复开挖。,2平均运距的确定（1）平均运距就是指挖方区土方重心至填方区重心的距离。（2）方法：取场地或方格网中的纵横两边为坐标轴，分别求出各区土方的重心位置，即：,（1.15）式中：X0、Y0:挖或填方调配区的重心坐标；V:每个方格的土方量；x、y:每个方格的重心坐标,重心求出后，则标于相应调的调配区图上，用比例尺量出每对配区之间的平均运距，或按下式计算：,（1.16）式中：L：挖、填方区之间的平均运距；X0T、Y0T：填方区的重心坐标；X0W、Y0W：挖方区的重心坐标；,3土方施工单价的确定采用汽车或专用运土工具运土时，调配区之间的运土单价，可根据预算定额确定；采用多种机械施工时，确定土方的施工单价比较复杂，不仅是单机核算问题，还要考虑运填配套机械的施工单价，确定一个综合单价。二、最优调配方案的确定表上作业法,1.初始方案,土方的总运输量为：Z0=50050+50040+30060100110+10070+4004097000(m3m)。2.最优方案判别利用“最小元素法”编制初始调配方案，其总运输量是较小的。但不一定是总运输量最小，因此还需判别它是否为最优方案。判别的方法有“闭回路法”和“位势法”，其实质相同，都是用检验数ij来判别。若ij0，则该方案即为最优方案；否则，尚需进行调整。,用“位势法”求检验数：（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）Cij同时减去的数，目的是使有调配数字的格检验数ij为零，而对调配方案的选取没有影响。计算方法：将初始方案中有调配数方格的Cij列出，然后按下式求出两组位势数Ui(i1，2，m)和Vj(j1，2，n)。,CijUiVj(1.17)式中：Cij平均运距(或单位土方运价或施工费用)；UiVj位势数。设U10，则V1C11U150050；U3C31V1605010；V211010100；，见表1.3所示。,（2）求检验数ijijCijUiVj127001003013100060402170(60)50802390(60)6090,3.方案的调整（1）在所有负检验数中选取最小的一个（本例中为C12)，把它所对应的变量X12作为调整的对象。（2）找出X12的闭回路：从X12出发，沿水平或竖直方向前进，遇到调调配土方数字的格作可以做90转弯，然后依次继续前进，直到再回到出发点，形成一条闭回路(表1.4)。,（3）从空格X12出发，沿着闭回路方向，在各奇数次转角点的数字中，挑出一个最小的土方量(本表即为500、100中选100)，将它调到空格中(即由X32调到X12中)。（4）同时将闭回路上其他奇数次转角上的数字都减去该调动值（100m3），偶次转角上数字都增加该调动值，使得填、挖方区的土方量仍然保持平衡，这样调整后，便得到了新的调配方案，见表1.5中括号内数字。,X12,对新调配方案，仍用“位势法”进行检验。看其是否最优方案。若检验数中仍有负数出现那就仍按上述步骤调整，直到求得最优方案为止。最优方案其土方的总运输量为：Z=40050+10070+50040+40060+10070+40040=94000（m3-m）。,V1=50,V2=70,V3=60,U1=0,U2=30,U3=10,U4=20,+50,+50,+50,+40,+60,0,0,0,0,+30,0,0,4.土方调配图最后将调配方案绘成土方调配图，如图1.19在土方调配图上应注明挖填调配区、调配方向、土方数量以及每对挖填调配区之间平均运距。,图1.19土方调配图箭线上方为土方量（m3），箭线下方为运距（m）,back,1.5土方工程的机械化施工,主要内容：土方机械的类型主要挖土机械的性能,back,土方机械的类型挖掘机械：正铲、反铲、拉铲、抓铲等挖运机械：推土机、装载机、铲运机等运输机械：自卸汽车、翻斗车等密实机械：压路机、蛙式打夯机等,back,主要挖土机械的性能一.推土机推土机是一种自行式的挖土、运土工具，由拖拉机和推土板（铲刀）组成。1.分类：履带式、轮胎式（行走的方式）索式、液压式（铲刀的操作方式）固定式、回转式（铲刀的安装方式）,液压履带式,2.特点：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。3.适用范围：适于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3060m。一般可挖运一三类土。,4.提高效率的作业方法：下坡推土并列推土分批集中，一次推送槽形推土,图1.49下坡推土法,图1.50并列推土法,图1.51分批集中，一次推送,图1.52槽形推土法,二.铲运机（自行式、拖式）,拖式铲运机,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、沟槽填筑路基、堤坝铲运机的铲斗容量为2.58m3,自行式铲运机的经济运距为8001500m。,3.工作特点：运土效率高；4.开行路线：环形路线-施工地段较短，地形起伏不大的挖填工程“8”字形路线-挖填相邻，地形起伏较大，且工作地段较长（图1.54）,5.铲运机的施工方法下坡铲土推土机助铲双联铲运法跨铲法,下坡铲土法,双联铲运法,三.挖掘机（单斗挖土机）1.种类：正铲反铲拉铲抓铲（图1.55）,图1.55单斗挖土机（a）正铲（b）反铲（c）拉铲（d）抓铲,2.正铲挖土机工作特点：“前进向上，强制切土”；挖土、装车效率高，易与汽车配合；适用范围：停机面以上、含水量30以下、一四类土的大型基坑开挖开挖方式:（图1.56）正向挖土后方卸土，正向挖土侧向卸土,图1.56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,3.反铲挖土机工作特点：后退向下，强制切土”，可与汽车配合；适用范围：停机面以下、一三类土的基坑、基槽、管沟开挖。开挖方式：沟端开挖-挖土机停在沟端，向后倒退挖土，汽车停在两旁装土。效率高、稳定性好；沟侧开挖-挖土机沿沟一侧直线移动挖土（图1.57）,图1.57反铲挖土机开挖方式（a）沟端开挖（b）沟侧开挖1反铲挖土机；2自卸汽车；3弃土堆,3,加长臂反铲挖土机,4.拉铲挖土机工作特点：“后退向下，自重切土”；开挖深度、宽度大，甩土方便。适用范围：停机面以下、一二类土的较大基坑开挖；填筑堤坝，河道清淤。开挖方式：与反铲挖土机相似，也分为沟端开挖和沟侧开挖（图1.58）,图1.58拉铲挖土机开挖方式（a）沟侧开挖（b）沟端开挖,拉铲,5.抓铲挖土机工作特点：“直上直下，自重切土”；适用范围：挖掘力较小，适于开挖较松软的土，施工面狭窄而深的基础、沉井等，尤适于水下挖土。开挖方式基坑一侧,四.开挖施工要点及注意问题1应根据地下水位、机械条件、进度要求等合理选用施工机械；2土方开挖应绘制土方开挖图；3基底标高不一时，可采取先整片挖至一平均标高，然后再挖个别较深部位；4基坑边角部位，机械开挖不到之处，应用少量人工配合清坡；5挖掘机、运土汽车进出基坑的运输道路，应尽量利用基础一侧或地下车库坡道部位作为运输通道，以减少挖土量；,6.软土地基或在雨期施工时，大型机械在坑下作业，需铺垫钢板或铺路基箱垫道；7.对某些面积不大、深度较大的基坑，应尽量不开或少开坡道；8.机械开挖应由深而浅，基底及边坡应预留一层200300mm厚土层用人工清底、修坡、找平；9.坑边堆土及时清运防止坍塌，堆土0.8m以外高1.5m。,back,1.6土方的填筑与压实,主要内容：土料选择和回填要求压实方法与影响因素压实质量检查,back,土料选择和回填要求1.土料选择(1)不能用的土：冻土、淤泥、膨胀性土、含有机物8