土木工程施工技术土方工程场地平整PPT课件

1、 学习要求学习要求: :了解土木工程施工技术的研究方向； 掌握学习方法；熟悉施工中土的工程分类及分类依据；掌握土的可松性；熟悉原状土压实后的沉降量。 第1页/共68页1.1 1.1 概述概述 1.1.1 土方工程的特点土方工程的特点 1、内容 主要：场地平整； 坑、槽开挖； 土方填筑。 辅助：施工排、降水； 土壁支撑。 2、施工特点 （1）量大面广； （2）劳动强度大，人力施工效率低、工期长； （3）施工条件复杂，受地质、水文、气侯影响大，不确定因素多。第2页/共68页 3、施工设计应注意 （1）摸清施工条件，选择合理的施工方案与机械； （2）合理调配土方，使总施工量最少； （3）合理组织机械

2、施工，以发挥最高效率； （4）作好道路、排水、降水、土壁支撑等准备及辅助工作； （5）合理安排施工计划，避开冬、雨季施工； （6）制定合理可行的措施，保证工程质量和安全。第3页/共68页1.1.2 1.1.2 土的工程分类土的分类土的级别土的名称开挖方法及工具一类土松软土I砂土、粉土、冲积砂土层、疏松的种植土、淤泥（泥炭）用锹、锄头挖掘，少许用脚蹬二类土普通土II粉质粘土；潮湿的黄土；夹有碎石、卵石的砂；种植土、填土用锹、锄头挖掘，少许用镐翻松三类土坚土III软及中等密实粘土；重粉质粘土、砾石土；干黄土、含有碎石卵石的黄土、粉质粘土；压实的填土主要用镐，少许用锹、锄头挖掘，部分用撬棍四类土砂砾

3、坚土IV坚硬密实的粘性土或黄土；含碎石卵石的中等密实的粘性土或黄土；粗卵石；天然级配砂石；软泥灰岩整个先用镐、撬棍，后用锹挖掘，部分用楔子及大锤第4页/共68页五类土软石VVI硬质粘土；中密的页岩、泥灰岩、白奎土；胶结不紧的砾岩；软石灰及贝壳石灰石用镐或撬棍、大锤挖掘，部分使用爆破方法六类土次坚石VIIIX泥岩、砂岩、砾岩；坚实的页岩、泥灰岩，密实的石灰岩；风化花岗岩、片麻岩及正长岩用爆破方法开挖，部分用风镐七类土坚石XXIII大理石；辉绿岩；粉岩；粗、中粒花岗岩；坚实的白云岩、砂岩、砾岩、片麻岩、石灰岩；微风化安山岩；玄武岩用爆破方法开挖八类土特坚石XIVXVI安山岩；玄武岩；花岗片麻岩；坚

4、实的细粒花岗岩、石英岩、辉长岩、粉岩、角闪岩用爆破方法开挖第5页/共68页1.1.2 土的工程分类按开挖的难易程度分为八类 一类土（松软土） 二类土（普通土) 三类土（坚土） 四类土（砂砾坚土） 机械或人工直接开挖 五类土（软石） 六类土（次坚石） 七类土（坚石） 八类土（特坚石）爆破开挖第6页/共68页 1、土的可松性：自然状态下的土经开挖后，体积因松散而增加，以后虽经回填压实，仍不能恢复。 V1 土在自然状态下的体积。 m3V2 土经开挖后松散状态下的体积。 m3V3 土经回填压实后的体积。 m3 最初可松性系数 1.081.5 最后可松性系数 1.011.3 用途： KS：可估算装运车辆

5、和挖土机械 KS ：可估算填方所需挖土的数量V1V2V2 V1V2V3 V1V31.1.3 土的工程性质21sVKV31sVKV第7页/共68页案例 1208m3某基坑208m3 ，现需回填，用2m3 的装载车从附近运土，问需要多少车次的土？ （ KS=1.20 ， KS=1.04 ）答：填方用土： V1 = V3/ KS=208/1.04=200m3（原状土） V2 = KS V1 =1.02*200=240m3（松散土） 2m3 的装载车运土需要车次： n=240/2=120车次第8页/共68页2、原状土经机械压实后的沉降量 经验公式：S=P/C S原状土经机械压实后的沉降量(cm) P机

6、械压实的有效作用力(kg/cm2) C原状土的抗陷系数(kg/cm3),按表取值第9页/共68页3、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） LhK的单位：m / d粘土 0.1，粗砂5075，卵石100200 用途：降低水位;回填。第10页/共68页 4.土的天然密度： 在天然状态下，单位体积土的重量。它与土的密实程度和含水量有关。土的天然密度按下式计算： 式中:土的天然容重,t/m3； m 土的天然重量t；V 土的体积,m3. .干密度: 土的固体颗粒重量与总体积的比值.用下式表示： 式中 rd土

7、的天然容重,t/m3； ms 土的总重量t；V 土的体积,m3. 在一定程度上,土的干密度反映了土的颗粒排列紧密程度.土的干密度愈大,表示土愈密实.土的密实程度主要通过检验填方土的干密度和含水量来控制.1.6t/m3vmvmsdd第11页/共68页 5.土的天然含水量 土的含水量：土中水的重量与固体颗粒重量之比的百分率 式中：gw 土中水的重量,t； gS 固体颗粒的重量,t. 土的含水量随气候条件、雨雪和地下水的影响而变化，对土方边坡的稳定性及填方密实程度有直接的影响. 对工程施工的影响：土方开挖的难易程度，开挖机械的选择、地基处理的方法、夯实填土的质量最佳含水量（砂土812%；亚砂土915

8、%；亚粘土1215%；粘土1923%）；行车（2530%陷车）、边坡稳定%100swggw 开挖、行车（2530%陷车）、边坡稳定 最佳含水量可使填土获得最大密实度的含水量。 （击实试验、手握经验确定）第12页/共68页1.2 1.2 场地平整 场地竖向规划设计 场地平整土方量计算 土方调配 场地平整土方机械及其施工第13页/共68页1.2.1 1.2.1 场地的竖向规划设计 确定场地设计标高考虑的因素： (1) 满足生产工艺和运输的要求； (2) 尽量利用地形，减少挖填方数量； (3)争取在场区内挖填平衡，降低运输费; (4)有一定泄水坡度，满足排水要求。场地设计标高一般在设计文件上规定，如

9、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）第14页/共68页aaaaaaH11H12H21H221、初步计算场地设计标高 H0 方法：将场地划分为每格边长1040m的方格网，找出每个方格各个角点的地面标高（实测法、等高线插入法） 。原则：场地内挖填方平衡，平整前后土方量相等。第15页/共68页初步计算场地设计标高H0H11H12H21H22 H0= （H11+H12+H21+H22）/4M H11、 H12、 H21、 H22 一个方格各角点的自然地面标高 M 方格个数。或：H0=（ H1+2 H2+3 H3+4 H4）/4M H

10、1一个方格所仅有角点的标高； H2、H3、H4分别为两个、三个、四个方格共用角点的标高。第16页/共68页【案例2】某建筑场地方格网、地面标高如图, ,格边长a=20m。泄水坡度 ix =2，iy=3，不考虑土的可松性的影响，确定方格各角点的设计标高和施工高度。 答：（1 1）初步计算场地的设计标高H H0 0 H H0 0= =（ H H1 1+2+2 H H2 2+3+3 H H3 3+4+4 H H4 4）/4M/4M =70.09+71.43+69.10+70.70+2 =70.09+71.43+69.10+70.70+2（70.40+70.95+69.71+70.40+70.95+6

11、9.71+） +4+4（70.17+70.70+69.81+70.3870.17+70.70+69.81+70.38） / /（4 49 9） =70.29=70.29（m m）70.09第17页/共68页 2、场地设计标高的调整 ( H0 ) 1)土具有可松性，必要时应相应的提高土具有可松性，必要时应相应的提高H0挖方量填方量h2)受局部填挖的影响受局部填挖的影响沟渠3)经过经济比较后，认为就近借土或弃土一部分更合理经过经济比较后，认为就近借土或弃土一部分更合理案例2 答： (2)不考虑土的可松性 H0 = H0=70.29m第18页/共68页 3、根据要求的泄水坡度计算方格网各角点的设计标

12、高 Hn 单向排水时:HH0li 双向排水时，各方格角点设计标高Hn为：以场地中心点为H0 Hn = H0 Lx ix L yi y按要求的泄水坡度调整各角点设计标高Hn ：LyLxixiyH0Hn第19页/共68页70.09（3）按泄水坡度调整设计标高Hn ：Hn = H0 Lx ix L yi y 70.3270.3670.4070.4470.2670.3070.3470.3870.2070.2470.2870.3270.1470.1870.2270.26 H070.29H2 =70.29102+303=70.36 H3 =70.29+102+303=70.40H1 =70.29302+3

13、03=70.32其它见图案例2第20页/共68页4、计算场地各角点施工高度 hn 施工高度 指各角点挖方或填方的高度，它等于各角点的实际设计标高和原地形标高之差。hn= Hn Hn hn 施工高度，填挖Hn 设计标高Hn 原地形标高第21页/共68页70.3270.3670.4070.4470.2670.3070.3470.3870.2070.2470.2870.3270.1470.1870.2270.2670.09案例 2 （ 4）计算各方格角点的施工高度 hn hn= Hn Hn 即：hn=该角点的设计标高 自然地面标高（m）h1 =70.3270.09 =0.23 （m）；正值为填方高度

14、。+0.23-0.04-0.55-0.99+0.55+0.13-0.36-0.84+0.83+0.43-0.10-0.63+1.04+0.56+0.02-0.44h2 =70.36 70.40 =0.04 （m）；负值为挖方高度第22页/共68页 5、确定零线（挖填分界线） 零线 在一个方格网内同时有填方或挖方时，应先算出方格网边上的零点的位置，并标注于方格网上，连接零点即得填方区与挖方区的分界线（即零线）。不填不挖点的连线，是挖方区和填方区的分界线。 方法：插入法、比例法找零点 ijhihjXi-jaXi-j=a hihi+ hj施工高度绝对值代入第23页/共68页70.3270.3670.

15、4070.4470.2670.3070.3470.3870.2070.2470.2870.3270.1470.1870.2270.26+0.23-0.04-0.55-0.99+0.55+0.13-0.36-0.84+0.83+0.43-0.10-0.63+1.04+0.56+0.02-0.4470.09案例2 ： （ 5 ） 确定零线（挖填分界线） 0 0Xi-j=a hihi+ hjX1-2=20 *0.230.23+ 0.04= a h1h1+ h2= 17.04m第24页/共68页1. 四角棱柱体法 （1）方格四个角点全挖或全填： 1.2.2 场地平整土方量的计算h1 h4 方格角点施工

16、高度的绝对值;a 方格网一个方格的边长；V挖（填）挖方或填方的体积（m3）。V挖（填）= ( h1+h2+h3+h4 )a24分别按方格求出挖、填方量，再求场地总挖方量、总填方量。h1h2h3h4第25页/共68页h挖（填） 方格角点挖或填施工高度绝对值之和； h 方格四个角点施工高度绝对值总和。（2）方格四个角点有填有挖a2 h挖（填） 24 hV挖（填） =h1h2h3h4第26页/共68页2. 三角棱柱体法（公式见教材）第27页/共68页)(63212HHHaV)(63231332HHHHHaV锥当三角形三个角点全部为挖或全部为填时：当三角形三个角点有填有挖时：)(61233231332

17、HHHHHHHHaV偰第28页/共68页1.2.3 1.2.3 土方调配在施工区域内，挖方、填方或借、弃土的综合协调。土方调配的目的土方调配的原则土方调配图的编制步骤用线性规划的表上作业法进行土方调配 第29页/共68页1. 1. 土方调配的目的总运输量最小（成本最低），缩短工期和降低成本。合理确定调配方向和数量第30页/共68页2. 土方调配的原则力求挖填平衡，运量最小合理划分调配区:应考虑近期施工与后期施工利用应考虑分区和全场相结合尽可能与大型地下建筑物的施工相结合 一期 先平整 余土欠土二期数量，堆放位置TW天然地基第31页/共68页3.土方调配图的编制步骤（1）划分调配区 注意： 1

18、1）与建筑物、开工顺序协调； 2 2）大小满足主导施工机械的技术要求； 3 3）与方格网协调，便于确定土方量； 4 4）借、弃土区作为独立调配区。 （2）求出各挖、填方区间的平均运距 即每对调配区土方重心间的距离, 可近似以几何形心代替土方体积重心 ，在图上将重心连起来，用比例尺量出来。 （3）进行土方调配： 线性规划法 （4）画出土方调配图： 在图上标出各调配区的调配方向、数量及平均运距。 （5）列出土方调配平衡表第32页/共68页土方调配平衡表及运距表填方区挖方区第33页/共68页4. 用线性规划的表上作业法进行土方调配填方区挖方区第34页/共68页(1) 列出土方平衡-运距表填方区挖方区

19、第35页/共68页（2 2）用最小元素法求初始调配方案最小元素法 即对运距（或单价）最小的一对挖填分区，优先地最大限度地供应土方量，满足该分区后，以此类推，直至所有的挖方分区土方量全部分完为止。填方区挖方区400500500300100100第36页/共68页（3 3）判断调配方案是否最优A.用矩阵法求假想运距：将有土方量的运距填入表中，利用矩形用矩阵法求假想运距：将有土方量的运距填入表中，利用矩形对角线角点之和相等的原则，求出未知的假想运距。对角线角点之和相等的原则，求出未知的假想运距。填方区挖方区4005005003001001005040601107040-101008006030第37

20、页/共68页（3 3）判断调配方案是否最优B.求检验数求检验数 ij ： ij=运距运距cij 假想运距假想运距cij，C. 全部全部 ij 0 ，方案最优；若有，方案最优；若有 ij 0，非优，需调整。，非优，需调整。填方区挖方区4005005003001001005040601107040-101008006030+第38页/共68页（4 4）对非优方案进行调整（闭回路法）闭回路法闭回路法 从负数方格出发，沿水平或垂直方向前进，遇到有土从负数方格出发，沿水平或垂直方向前进，遇到有土方量的方格可转方量的方格可转90度角再前进，如此转弯和前进，必将能回到原度角再前进，如此转弯和前进，必将能回到

21、原位置，形成折线形闭回路。位置，形成折线形闭回路。填方区挖方区4005005003001001005040601107040-101008006030+第39页/共68页（4 4）对非优方案进行调整（闭回路法）调整土方量：调整土方量：从奇数转角点格子中，找一个土方量最小的格子，将此从奇数转角点格子中，找一个土方量最小的格子，将此格子变为零，并以此为调整值，奇数角点的土方量减去该值，欧格子变为零，并以此为调整值，奇数角点的土方量减去该值，欧数角点的土方量加上该值，形成一个新的调配方案。数角点的土方量加上该值，形成一个新的调配方案。填方区挖方区400500500300100100504060110

22、7040-101008006030+100 0400400第40页/共68页（5 5）判断新方案是否最优重复第三步步骤，若不是最优，继续调整，直至最优。重复第三步步骤，若不是最优，继续调整，直至最优。填方区挖方区400500400400100504060704070208030605030+由于所有的检验数 ij 0，故该方案已为最优方案。第41页/共68页（6）绘出土方调配图最优方案的总运输量 = 400501007050040400601007040040= 94000m3-m 。初始方案的总运输量 = 5005050040300601001101007040040= 97000m3-m

23、。第42页/共68页1.2.4 场地平整土方机械及其施工1. 推土机T2-100型液压操纵推土机适用于： （1）平整场地：经济运距在100m内（效率最高60m），一三类土的挖运，压实； （2）坑槽开挖：深度在1.5m内、一三类土； （3）回填土方。第43页/共68页并列推土法第44页/共68页下坡推土法第45页/共68页槽形推土法第46页/共68页斜角推送法作业第47页/共68页分堆集中，一次推送法第48页/共68页跨铲法作业示意图A铲刀宽；B不大于拖拉机履带净宽沟槽土埂第49页/共68页2、铲运机：自行式、拖式特点：能综合完成挖、装、运、卸、平土的机械。适用于：运距60800m、坡度20度以内的一二类土的大 型场地平整或大型基坑开挖、堤坝填筑等第50页/共68页铲运机开行路线示意图（b）“ 8 ”字形路线（a）环形路线第51页/共68页铲运机锯齿形开行路线1路堤2取土槽第52页/共68页铲运机下坡铲土法第53页/共68页