01--土方工程.ppt

单击此处编辑母版文本样式,第二级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,*,第一章 土方工程,概 述,土的工程分类及性质,土方量计算与调配,土方工程的辅助工作,土方工程机械化施工,土方填筑,一、概述,1、施工分类,主要：场地平整；坑、槽及管沟开挖；土方填筑。,辅助：施工排、降水；土壁支撑，运输。,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。,3、组织土方工程施工的要求,（1）在条件允许的情况下，应可能采用机械化施工；,（2）合理安排施工计划，避开冬、雨季施工；,（3）降低土石方工程施工费用，减少运输量和占用农田；,（4）拟定合理的施工方案和技术措施，保证工程质量和安全。,二、土的工程分类及性质,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）,人工或机械直接开挖,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,1、土的含水量：,土的含水量：土中水的质量与固体颗粒质量之比,W,=（,G,湿,-,G,干,）/,G,干,对土方工程的影响：,（1）边坡稳定,（2）填土的质量,含水量超过25%以上，机械开挖时行车困难,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）。,2、土的质量密度：,天然密度,：,是指天然状态下单位体积的质量。,干密度,d,：是指单位体积土中固体颗粒的质量。,（105，烘干34h）,是检测填土密实程度的指标。,3、土的渗透性,土的渗透性：水在土体中渗流的性能,，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,：降低水位方法；回填土,L,h,4、,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。,最初可松性系数,K,S,=,V,2,/,V,1,1.081.5,最后可松性系数,K,S,=,V,3,/,V,1,1.011.3,V,1,土在自然状态下的体积。,V,2,土经开挖后松散状态下的体积。,V,3,土经回填压实后的体积。,用途,：开挖、运输、存放，挖土回填，留回填松土,二、场地平整土方量,（一）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）,1、初步标高,（按,挖填平衡）,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）。,则,场地初步标高：,H,0,=,（,H,11,+,H,12,+,H,21,+,H,22,）/4,N,H,11、,H,12、,H,21、,H,22,一个方格各角点的自然地面标高；,N,方格个数。,或：,H,0,=（,H,1,+2,H,2,+3,H,3,+4,H,4,）/4,N,H,1,一个方格所仅有角点的标高；,H,2,、,H,3,、,H,4,分别为两个、三个、四个方格共用角点的标高。,H,11,H,12,H,21,H,22,2、场地设计标高的调整,（1）土的可松性影响,（2）场内挖方和填方的影响,（3）场地泄水坡度的影响,（1）单向排水时，各方格角点设计标高为:,H,n,=,H,0,L,i,（2）双向排水时，各方格角点设计标高为：,H,n,=,H,0,L,x,i,x,L,y,i,y,（二）场地土方量计算,1、计算各方格角点的施工高度,h,n,：,h,n,=,H,n,H,n,即：,h,n,=该角点的设计标高自然地面标高（m）,2、确定零线（挖填分界线）,插入法、比例法找零点,零点连线,3、场地土方量的计算：,分别按方格求出挖、填方量，再求整个场地总挖方量、总填方量,四方棱柱体法,1）全挖、全填格,：,V,挖（填）,=,a,2,(,h,1,+,h,2,+,h,3,+,h,4,)/4,h,1,h,4,方格角点施工高度绝对值,V,挖（填）,挖方或填方的体积。,2）部分挖、部分填格：,V,挖（填）,=,a,2,h,挖（填）,2,/4,h,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。,例：某场地平整的方格网边长为20m，角点的地面标高如图1所示，地面排水坡度i,x,=3，i,y,=2，试计算确定场地平整达到挖填平衡的设计标高H,0,和角点5的设计标高H,n、,施工高度h,n,。（计算结果保留小数点后两位）,（三）土方调配与优化,土方调配和优化的目的：总运输量最小。,步骤：,（,1,）,找出零线，画出挖方区、填方区；,（2）划分调配区,（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,（4）列挖、填方平衡及运距表,（5）调配,四、土方工程的辅助工程,土壁稳定，主要是由土体内摩阻力和粘结力保持平衡，一旦失去平衡，土壁就会塌方。,造成土壁塌方的主要原因有：,边坡过陡，使土体本身稳定性不够，尤其是在土质差、开挖深度大的坑槽中，常引起塌方。,雨水、地下水渗入基坑，使土体重力增大及抗剪能力降低，是造成塌方的,主要原因,。,基坑(槽)边缘附近大量堆土，或停放机具、材料，或由于动荷载的作用，使土体产生的剪应力超过土体的抗剪强度。,土方边坡,土方边坡的坡度以挖方深度,(,或填方深度,),h,与底宽,b,之比表示，即,土方边坡坡度=,h/b=1/(b/h)=1m,式中,m=b/h,称为边坡系数。,当地质条件良好、土质均匀且地下水位低于基坑(槽)或管沟底面标高时，,挖方边坡可做成直立壁不加支撑,，但深度不宜超过下列规定：,密实、中密的砂土和碎石类土(充填物为砂土)：,1.0m；,硬塑、可塑的粉土及粉质粘土：,1.25m；,硬塑、可塑的粘土和碎石类土(充填物为粘性土)：,1.5m；,坚硬的粘土：,2m。,挖土深度超过上述规定时，应考虑放坡或做成直立壁加支撑。,当挖地基坑较深或晾槽时间较长时，应根据实行情况采取护面措施。常用的坡面保护方法有帆布、塑料薄膜覆盖法，坡面拉网法或挂网。,当地质条件良好，土质均匀且地下水位低于基坑(槽)或管沟底面标高时，,挖方深度在5,m,以内,且不加支撑的边坡的最陡坡度应符合规定。,基坑(槽)或管沟挖好后，应及时进行基础工程或地下结构工程施工。在施工过程中，应经常检查坑壁的稳定情况。,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,土壁支护,土壁支撑形式应根据开挖深度和宽度、土质和地下水条件以及开挖方法、相邻建筑物等情况进行选择和设计。,横撑式支撑由挡土板、楞木和工具式横撑组成，用于宽度不大、深度较小沟槽开挖的土壁支撑。,根据挡土板放置方式不同，分为水平挡土板和垂直挡土板两类。,(1)横撑式支撑,(2)板桩式支护结构,板桩式支护结构特别适用于地下水位较高且土质为细颗粒、松散饱和土的支护，可防治流砂现象产生。,板桩支撑作用：,使地下水在土中的渗流路线延长，减小了动水压力，从而可预防流砂的产生；,板桩支撑既挡土又防水，特别适于开挖较深、地下水位较高的大型基坑；,可以防止基坑附近建筑物基础下沉。,1）土钉墙与喷锚网支护,作用,：,土钉（或预应力锚杆）与土体,形成复合体，提高边坡稳定性和超载能力，增强土体破坏延性；,特点,：,结构简单，,施工简便，土体稳定性好，位移小，费用低，对邻近建筑物影响小，分层分段施工。,适用范围,：,地下水位以上的杂填土、粘性土、非松散砂土等土质，开挖深度在15m以内的基坑,。,工艺过程,：,挖土喷射第一层混凝土打孔插筋、注浆铺放、压固钢筋网喷射第二层混凝土挖下层土,2）排桩式挡墙,特点,：,施工设备简单，所需作业场地不大，噪声低，振动小，成本低，桩刚度较大，抗弯强度高，安全感好；止水性差，为防止水土流失，也可在灌注桩之间加粉喷桩,。,适用范围,：,适合于开挖较大基坑，邻近有建筑物，不允许放坡，不允许附近地基出现下沉位移时采用,。,钢筋混凝土桩挡墙,工艺过程,：,在开挖基坑周围现场,灌注混凝土桩,，桩间距为1-2m，成排设置，上部设联系梁，在基坑中间用机械或人工挖土，下挖1m左右装上横撑，在桩背面装上拉杆与已设锚桩拉紧，然后继续挖土至要求深度。如基础深度小于6m，或邻近有建（构）筑物，也可不设锚拉杆，采取加密桩距或加大桩径的方法。,3）板桩挡墙,钢板桩挡墙：,钢板桩又可分,平板桩,和,波浪式,板桩,两类。,平板桩：防水和承受轴向压力性能良好，易打入地下，但长轴方向抗弯强度较小；,波浪式板桩：防水和抗弯性能都较好，施工中多采用。,4）板墙挡墙,地下连续墙：,特点：,防渗、挡土，可作为地下室外墙的一部分；,适用：,深度大，土质差，地下水位高或降水效果不好，邻近有建（构）筑物，采用逆作法施工。,工艺过程：,作导槽钻槽孔放钢筋笼水下灌注混凝土基坑开挖与支撑。,（3）重力式支护结构,水泥土挡墙,工艺原理,：利用水泥等材料为,固化剂,，通过深层搅拌机等拌合机械在地基土中就地将原状土和固化剂强制拌和，经过土和固化剂产生一系列物理化学反应，形成具有一定强度、整体性和水稳定性的水泥土桩。,优点,：技术成熟，施工简单，基坑内不用横撑，施工无障碍。,缺点,：施工速度较慢，使用专用机械，并且基坑越深，加固宽度越大，造价越高。,排、降水工程,集水井法排水,施工方法：,开挖基坑或沟槽过程中，遇到地下水或地表水时，在基础范围以外地下水流的上游，沿坑底的周围开挖排水沟，设置集水井，使水经排水沟流入井内，然后用水泵抽出坑外。,适用范围：,水流较大的粗粒土层的排水、降水，也可用于渗水量较小的粘性土层降水，但不适宜于细砂土和粉砂土层，因为地下水渗出会带走细粒而发生流砂现象。,流砂：,当开挖深度大、地下水位较高而土质为细砂或粉砂时，如果采用集水井法降水开挖，当挖至地下水位以下时，坑底下面的土会形成流动状态，随地下水涌入基坑，这种现象称为流砂,。,流砂现象,流砂防治的,主要途径,：减少或平衡动水压力或改变其方向。,具体措施,有：,（1）抢挖法,（2）水中挖土,（3）打钢板桩或做地下连续墙,（4）在枯水季节开挖,（5）井点降水,降水：,采用方法将将基坑内外的水位降低至基坑地面以下。,降水作用：,（1）防止地下水因渗流产生流砂、管涌等渗透破坏作用,（2）提高边坡或坑壁结构的稳定性,（3）避免水下作业，使基坑施工能在水位以上进行，有利于提高施工质量,降水法,井点降水法,工作原理：,基坑开挖前，在基坑四周预先埋设一定数量的滤水管(井)，在基坑开挖前和开挖过程中，利用抽水设备不断抽出地下水，使地下水位降到坑底以下，直至土方和基础工程施工结束为止。,优点：,保持工作面干燥，改善施工条件；改变动水压力方向，防止流砂形成；提高土的强度和密实度效果明显，使土壁稳定；防止隆起、方便施工。,缺点：,基坑附近土壤会沉降，可能引起周围地面和建筑物沉降。,井点布置,（1）平面布置,单排：,在沟槽上游一侧布置，每侧超出沟槽,B,。,用于沟槽宽度,B,6m,，降水深度,5m,。,双排：,在沟槽两侧布置，每侧超出沟槽,B,。,用于沟槽宽度,B,6m,，或土质不良。,环状：,在基坑四周布置。,用于面积较大,（,B,15m）,的基坑。,（2）高程布置,井管埋深：,H,埋,H,1,h,iL,H,1,埋设面至坑底距离,h,降水后水位线至坑底最小距离（一般可取,0.51m,）,i,地下水降落坡度，环状、双排,1/10,，单排,1/5,L,井管至基坑中心的距离（单排井点为井点管至基坑另一侧的水平距离),（3）计算涌水量,Q,：,（环状井点系统）,1）无压完整井群井井点涌水量,Q,1.366,K,(2,H,S,),S,/(,lgR,lgX,0,),（m,3,/d）,K,土层渗透系数（m/d）,H,含水层厚度（m）,S,水位降低值（m）,R,抽水影响半径（m）,R,=1.95,S,(,HK,),1/2,；,X,0,环状井点系统的假想半径（m）,X,0,=(,F,/,),1/2,F,井点系统所包围的面积。,2）无压非完整井群井井点涌水量,Q,1.366,K,(2,H,0,S,),S,/(,lgR,lgX,0,),（m,3,/d）,K,土层渗透系数（m/d）,H,0,有效影响深度（m）,S,水位降低值（m）,R,抽水影响半径（m）,R,=1.95,S,(,H,0,K,),1/2,；,X,0,环状井点系统的假想半径（m）,X,0,=(,F,/,),1/2,F,井点系统所包围的面积。,（4）确定井管的数量与间距,1）单井出水量：,q65,d l,K,1/3,（m,3,/d）,d、l,滤管直径、长度（m）；,2）最少井点数：,n1.1Q/q,（根）,1.1备用系数。,3）最大井距：,D,L,总管,/,n,（m）；,4）最终确定井距、井点数,轻型井点的安装,轻型井点的施工分为,准备工作,及,井点系统安装,。,准备工作,包括井点设备、动力、水泵及必要材料准备，排水沟的开挖，附近建筑物的标高监测以及防止附近建筑沉降的措施等。,埋设井点系统的顺序,：根据降水方案放线、挖管沟、布设总管、冲孔、下井点管、埋砂滤层、粘土封口、弯联管连接井点管与总管、安装抽水设备、试抽。,井点管的埋设一般用水冲法施工，分为,冲孔,和,埋管,两个过程,。,轻型井点使用,轻型井点运行后，应保证连续不断地抽水。,井点淤塞，一般可以通过听管内水流声响、手摸管壁感到有振动、手触摸管壁有冬暖夏凉的感觉等简便方法检查。,地下基础工程（或构筑物）竣工并进行,回填土,后，停机拆除井点排水设备。,出水规律：先大后小，先浑后清,降水对周围环境的影响,影响：由于土层的不均匀性和形成的水位呈漏斗状，从而导致地面沉降，而多为不均匀沉降。,防止措施：,（1）回灌井点法,（2）止水帷幕法,五、土方工程的机械化施工,推土机,按行走的方式，可分为,履带式推土机,和,轮胎式推土机,。,履带式推土机,附着力强，爬坡性能好，适应性强,；,轮胎式推土机,行驶速度快，灵活性好。,常见的作业方法：下坡推土、集中推送、槽形推土、并列推土、斜角推土,铲运机,按行走方式分为,牵引式铲运机,和,自行式铲运机；,按铲斗操纵系统分，有,液压操纵,和,机械操纵。,为了提高铲运机的生产效率，可以采取,下坡铲土,、,推土机推土助铲,等方法，缩短装土时间，使铲斗的土装得较满,。,单斗挖土机,单斗挖土机按工作装置不同，可分为,正铲、反铲、拉铲和抓铲,四种。,单斗挖土机按其操纵机构的不同，可分为,机械式,和,液压式,两类。,液压式单斗挖土机的优点,是能无级调速且调速范围大；快速作业时，惯性小，并能高速反转；转动平稳，可减少强烈的冲击和振动；结构简单，机身轻，尺寸小；附有不同的装置，能一机多用；操纵省力，易实现自动化。,六、土方填筑,土料的选择：,（1）不能用的土：冻土、淤泥、膨胀性土、有机质含量大于8%的土、可溶性硫酸盐含量大于5%的土；,（2）不宜用的土：含水量过大的土。,压实方法：,（1）碾压法,（2）夯实法,（3）人工夯振动法,影响压实质量因素,（1）压实功,（2）含水量的影响,填土含水量的大小直接影响碾压,(,或夯实,),遍数和质量。,较为干燥的土，由于摩阻力较大，而不易压实；当土含水量较大时，也不易压实,。,过大 翻松、晾晒、掺入干土或石灰；,过小 洒水湿润、增加压实功；,橡皮土彻底清除，轻压薄铺,各种土的最佳,含水量和最大干密度见表。,（3）铺土厚度的影响,在压实功作用下，土中的应力随深度增加而逐渐减小，其压实作用也随土层深度的增加而逐渐减小。,各种压实机械的,压实影响深度,与土的性质和含水量等因素有关。,对于重要填方工程，其达到规定密实度所需的压实遍数、铺土厚度等应根据土质和压实机械在施工现场的压实试验决定。若无试验依据应符合的规定。,填土压实的质量检验,土的控制干密度与最大干密度之比称为,压实系数,。,土的实际干密度,可用,“,环刀法,”,测定。,填方施工结束后，应检查标高、边坡坡度、压实程度等，检验标准应符合的规定。,