土方工程(演示稿).ppt

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1、,土木工程施工,姓名：李明宇联系方式：,土木工程施工,课程的性质和目的建筑施工技术是土木工程的一个重要学科，是研究一般土木工程工种的施工技术和施工工艺原理和方法的一门科学，本课程是一门理论性和实践性都很强的技术基础课程。通过本课程的教学使学生掌握建筑（土木）工程施工技术规律，掌握建筑（土木）工程中主要工种工程的施工技术和施工工艺原理、施工方法、操作技术、机械选用，了解建筑（土木）工程施工过程中的新技术、新材料、新工艺的发展和应用，具备发现并有效处理建筑（土木）工程施工过程中的一般性技术问题的基本能力。本课程的基本任务：1介绍土方工程、地基与基础工程、钢筋混凝土工程、砌筑工程、预应力混凝土工程、

2、结构安装工程、防水工程、装饰工程及一般的桥梁结构工程的施工工艺、施工方法；2熟悉土石方工程，地基与基础工程、钢筋混凝土工程、砌筑工程、预应力混凝土工程、结构安装工程、防水工程、装饰工程及一般的桥梁结构工程的施工方法，工艺流程和相关技术，了解隧道工程施工的一般方法。,土木工程施工,课程基本要求本课程侧重于一般建筑物和构筑物施工的施工工艺，施工方法的基础理论（基本概念、基本原理、基本方法）教学，学生在学完课程以后，应该掌握下列教学内容及基本要求：1、对一般建筑物和构筑物的施工工艺流程有一个全面的了解。2、掌握土方工程，地基与基础工程，主体结构工程，防水工程，装饰工程的一般施工规律，并能够选择合理的

3、施工方法。本门课程与其他课程关系本课程以房屋建筑学、工程力学、工程结构、工程测量、建筑材料、钢筋混凝土结构、地基与基础、土力学等课程为基础，为学生学习后续课程概预算、施工组织等提供理论基础，并可使工科专业本科生毕业后进行工程施工管理和科学研究具备一定的能力。考核方式本课程为考试课，其中闭卷考试占70%、平时成绩占30%。本课程考试要点以各章学习重点为要点，考试形式一般采取闭卷笔试的方式。希望同学们能按时上课，不要迟到，旷课。,第一章 土方工程,概 述 土方量计算与调配 土方开挖的辅助工作 土方工程机械化施工 土方填筑,1 土方工程,本章教学要求通过本章的学习，了解施工中土的相关性质、影响土方边

4、坡稳定因素以及基坑排水方法和要求。掌握土方工程量计算方法，了解土方调配的原则。其中土方工程量计算是本章的重点。,第一节 土方规划,一、土方工程的内容、特点 1、土方工程的内容 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。,二、土的工程分类,按开挖的难易程度分为八类（见表 1.1）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f=岩石

5、或土壤的单轴抗压强度极限1%,三、土的工程性质,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。最初可松性系数 KS=V2/V1 1.081.5 最后可松性系数 KS=V3/V1 1.011.3 V1 土在自然状态下的体积。V2 土经开挖后松散状态下的体积。V3 土经回填压实后的体积。用途：土的可松性系数是挖填土方时，计算土方机械生产率，回填土方量、运输机具数量、进行场地平面竖向规划设计、土方平衡调配的重要参数。,三、土的工程性质,2、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：当水力坡度（I=h/L）为1时，土体内水渗透的速度（V=KI

6、），K 的单位：m/d。,粘土 0.005；粗砂20-50；卵石100500；用途：降水方案的选择,确定分层填土相邻两层结合的形式，涌水量的计算。,h,3、土的密度：天然密度：一般=1620 KN/m3 干密度 d：是检测填土密实程度的指标。（105，烘干34h）4、土的含水量：用百分数表示。含水量 W=（G湿-G干）/G干 100%式中 G湿、G干为土的质量 土的含水量随气候条件、雨雪和地下水的影响而变化，它对土方边坡的稳定性、填方密实度、土方施工方法的选择等都有重要的影响。,二、场地平整,1、场地竖向规划设计2、场地土方量的计算3、土方调配,（一）场地竖向规划设计,场地竖向规划的主要内容是

7、确定满足建筑规划和生产工艺方面要求的场地最佳设计标高1、确定场地设计平面标高 一般考虑的因素：满足生产工艺和运输的要求；尽量利用地形，减少挖填方数量；争取在场区内挖填平衡，降低运输费；有一定泄水坡度，满足排水要求；中、小型场地挖填平衡法（方格网法）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）场地设计标高的确定（H0）,H0=(1H12H23H34H4）/4N式中N方格数,H1、H2、H3、H4方格角点地面标高；1、2、3、4为角点方格共用的数字，如3H3为第7角点,、共用的地面标高之和。,将场地划分为连长为a的方格网，用内插法得到各网格的角点的标高，如图,（2）场地

8、设计标高的调整 按泄水坡度、土的可松性、就近借弃土等调整。按泄水坡度调整各角点设计标高：,H0,2)双向排水时，各方格角点设计标高为：,H11,H12,H21,Hn=H0 L i,Hn=H0 Lx ix L yi y,1)单向排水时，各方格角点设计标高为:,Hn,【例】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。,解：（1）初步设计标高（场地平均标高）H0=（H1+2H2+3H3+4H4）/4N=70.09+71.43+69.10+70.70+2（70.40+70.95+69.71+）+4（70.17+70.7

9、0+69.81+70.38）/（49）=70.29（m）,70.09,70.09,（2）按泄水坡度调整设计标高：,Hn=H0 Lx ix L yi y；H1=70.29302+303=70.32,70.32,70.36,70.40,70.44,70.26,70.30,70.34,70.38,70.20,70.24,H070.29,H2=70.29102+303=70.36,H3=70.29+102+303=70.40,其它见图,2、场地土方量计算,（1）计算各方格角点的施工高度 hn：hn=HnHn 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

10、为填方高度。,+0.23,-0.04,-0.55,-0.99,+0.55,+0.13,-0.36,-0.84,+0.83,h2=70.3670.40=0.04（m）；,负值为挖方高度,（2）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1）四角棱柱体法A、全挖、全填格：V挖（填）=a2(h1+h2+h3+h4)/4 h1 h4 方格角点施工高度绝对值 V挖（填）挖方或填方的体积。B、部分挖、部分填格：V挖（填）=a2 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。2）四方棱柱体（要先找出零线，见教材）3）三角棱

11、柱体法（见教材）均见教材,（4）确定零线（挖填分界线）插入法、比例法找零点零点连线,0,0,五、土方的调配,在施工区域内，挖方、填方或借、弃土的综合协调。1、原则：挖填平衡、总运输量最小，即土方施工成本最低。2、步骤：（1）画出挖方区、填方区；（2）划分调配区 注意：1）位置与建、构筑物协调，且考虑施工顺序；2）大小满足主导施工机械的技术要求；3）与方格网协调，便于确定土方量；4）借、弃土区作为独立调配区。,B1,B2,B3,（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,划分调配区示例：,（4）列挖、填方平衡及运距表,（5）调配 初始调配方案 方法：最

12、小元素法就近调配。顺序：先从运距小的开 始，使其土方量最大。,n 列,m 行,400,500,500,300,100,100,结果：所得运输量较小，但不一定是最优方案。（总运输量97000m3-m),3、调配方案的优化（线性规划中表上作业法）（1）判别是否最优方案：位势法 1）求位势Ui和Vj：有调配数的方格开始 Cij=Ui+Vj 2）求检验数ij，ij=Cij Ui Vj 若所有ij 0，则方案为最优解。下面进行位势法进行判别,（1）求位势 绘位势表 Cij=Ui+Vj,设 U1=0，,U1=0,V1=50,U3=10,V2=100,U2=60,V3=60,U4=20,U3=C31V1=6

13、050=10；,则V1=C11U1=500=50；,V2=11010=100；,（2）制检验表求检验数ij（无调配数方格的空格）,ij=Cij Ui Vj;11=500500（有土）;,结论：表中12为负值，非最优方案。应对初始方案进行调整。,-30,+40,+80,+90,+50,+20,13=10006040;,21=70(60)5080;,12=70010030,（3）方案调整（闭回路法）,1)找闭回路 调整顺序：从负值最大的格开始。沿水平或垂直方向前进，遇适当的有数字的格转弯，直至回到出发点。,2）调整调配值 从空格出发，在奇数次转角点的数字中，挑最小的土方数调到空格中。然后在表中左右

14、上下各方格进行调整，以保持挖填平衡。,X12,(100),(0),(400),(400),3）再求位势及空格的检验数,若检验数仍有负值，则重复以上步骤，直到全部ij 0而得到最优解。,+40,+50,+60,+50,+50,U1=0,V1=50,V2=70,U2=30,U3=10,V3=60,U4=20,+30,由于所有的检验数 ij 0，故该方案已为最优方案。,（5）求出最优方案的总运输量：40050100705004040060100704004094000m3-m。,（4）绘出调配图：（包括调运的流向、数量、运距）。,有借、弃土时的土方调配图,第二节 土方开挖的辅助工作,一、降低地下水位

15、（降水）（一）降水目的 1、防止涌水、冒砂，保证施工能在较干燥的状态下进行施工；2、防止因为地下水造成的滑坡、塌方、坑底隆起；3、减少坑壁支护结构的水平荷载（渗流力）。,地下含水构造的种类,（二）流砂现象1动水压力地下水在渗流过程中受到土颗粒的阻力，使水流对土颗粒产生的一种压力。动水压力的大小与水力坡度成正比，方向同渗流方向。GDIw=(h/L)w 2流砂原因,4.流砂的防治（原则：治砂先治水）减小动水压力（板桩等增加L）；平衡动水压力（抛石块、水下开挖、泥浆护壁）；改变动水压力的方向（井点降水）。,当 动水压力大于或等于土的浸水重度（GD）时，土粒被水流带到基坑内，这现象称之为流砂现象。3.

16、流砂的危害主难以施工、塌方、影响临近建筑物安全（沉降）,（三）降排水方法,1集水井法（明排水法）用于土质较好、水量不大、基坑可扩大者 挖至地下水位时，挖排水沟设集水井抽水再挖土、沟、井（当土质为砂土类时，可能产生流砂现象）,2井点降水法（人工降低地下水位法）（1）特点 效果明显，使土壁稳定、避免流砂、防止隆起、方便施工；可能引起周围地面和建筑物沉降。（2）井点类型及适用范围,轻型井点降水全貌图,喷射井点,（钢筋）,管井井点构造,（四）轻型井点降水1井点设备井管：38、51，长57m（常用6m），无缝钢管，丝扣连滤管；滤管：38、51，长11.7m，开孔12,开孔率2025，包滤网；总管：内75

17、100无缝钢管，每节4m，每隔0.8、1或1.2m、1.6m间距有一短接口；弯连管：使用透明塑料管、胶管或钢管，宜有阀门；抽水设备：真空泵（教材）真空度高，体形大、耗能多、构造复杂 离心水泵,滤管构造,真空泵井点设备工作原理图,2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B6m，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B6m，或土质不良。环状：在坑槽四周布置。用于面积较大的基坑。,单排井点平面及高程布置,环状井点平面及高程布置,（2）高程布置（图）井管埋深：H埋H1hiL H埋6m 满足一级井点 H1埋设面至坑底距离；h降水后水位线至坑

18、底最小距离（一般可取0.51m）；i地下水降落坡度，环状1/10，线状1/4；L井管至基坑中心（环状）或另侧（线状）距离。当H埋6m时：降低埋设面；采用二级井点；改用其它井点；。,3计算涌水量Q：（环状井点系统）（1）判断井型（图）按照滤管与不透水层的关系：完整井到不透水层非完整井未到不透水层.按照是否承压水层：承压井无压井,水井的分类,（2）无压完整井的环状井点系统计算,Q1.366K(2HS)S/(lgRlgX0)（m3/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=1.95S(HK)1/2；X0环状井点系统的假想半径（m）；当长宽比A/B

19、5时，X0=(F/)1/2，否则分块计算涌水量再累加。F井点系统所包围的面积。,（3）无压非完整井井点系统涌水量计算,以有效影响深度H0代替含水层厚度H用上式计算Q。H0的确定方法：s为井点管中水位降落值，l为滤管长度,注意：1、当H0值超过H时，取H0H；2、计算R时，也应以H0代入。,（4）承压完整井,Q2.73KMS/(lgRlgX0)（m3/d)M承压含水层厚度（m）,4确定井管的数量与间距（1）单井出水量：q65d l K1/3（m3/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：DL总管/n（m）；（4）确定井距：井距D符合总

20、管的接头间距。,（5）确定井点数：nL总管/D,5井点管的埋设与使用（1）埋设方法：水冲法：水枪、井管自身（高压水）钻孔法：正循环钻、反循环钻、冲击钻振动水冲法：,(2)使用要求：开挖前25天开泵降水；连续抽水不间断（水量先大后小，先混后清），防止堵塞。,(3)注意问题：1)真空度0.60.7大气压2)细水长流，防止产生死管3)设观测井检查水位下降情况,二、边坡稳定（一）条件与因素,T C T土体下滑力。下滑土体的分力，受坡上荷载、雨水、静水压力影响。,1、边坡稳定的条件,C土体抗剪力。由土质决定，受气候、含水量及动水压力影响。,2、确定边坡大小的因素（主要6个方面）土质、开挖深度、开挖方法、

21、留置时间、排水情况、坡上荷载（动、静、无）,或者说：土体的稳定条件是：在土体的重力及外部荷载作用下所产生的剪应力小于土体的抗剪强度。,二）放坡与护面1、直壁（不加支撑）的允许深度：密实、中密的砂土和砂填碎石土：1.00m；硬塑、可塑的轻亚粘土及亚粘土：1.25m；硬塑、可塑的粘土和粘填碎石土：1.50m；坚硬的粘土：2m。2、放边坡（1）边坡坡度,m坡度系数。mB/H（2）边坡形式：斜坡、折线坡、踏步（台阶）式（3）最陡坡度规定：土质均、水位低、时间短、5m深以内。下表,1:m,i=tg=H/B=1:(B/H)=1:m,深度在5m内的基坑、基槽、管沟边坡的最陡坡度,3、边坡护面措施：覆盖法，挂

22、网法，挂网抹面法，土袋、砌砖压坡法，喷混凝土法、土钉墙,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,三、支护结构当地质条件和周围环境不允许放坡时使用型式1横撑式支撑（1）水平衬板式：,断续式深度3m内；连续式深度5m内；（2）垂直衬板式：（构造）深度不限 适用于：较窄且施工操作简单的管沟、基槽,2护坡桩挡墙（1）挡墙类型1)钢板桩,2)H型钢桩,3)钻孔灌注桩4)人工挖孔桩,5)深层搅拌水泥土桩6)旋喷桩,（2）锚固形式1)悬臂式基坑深度5m；2)斜撑式基坑内有支设位置；3)锚拉式在滑坡面外设置锚桩；4

23、)锚杆式地面上有障碍或基坑深度大；5)水平支撑式土质较差或坑周围地上、地下有障碍，角部，（对撑、角撑、桁架支撑、圆形支撑、拱形支撑）。,第三节 土方工程机械化施工,一、土方机械的类型1.挖掘机械：正铲、反铲、拉铲、抓铲2.挖运机械：推土机、装载机、铲运机3.运输机械：自卸汽车、翻斗车4.密实机械：压路机、蛙式夯、振动夯,二、常见土方机械的特点，适用范围及作业方法,1推土机：液压式、索式；固定式、回转式 工作特点：用途多，费用低；适用于：（1）平整场地运距在100m内，一三类土的挖运，压实；运距40 60m时效率最高。（2）坑槽开挖深度在1.5m内、一三类土。提高效率的作业方法：下坡推士，多次切

24、土、一次推运，跨铲法，并列法，加挡板。,液压履带式推土机,液压轮胎式推土机,铲刀可回转的液压履带式推土机,并列推土法,下坡推土法,槽形推土法,2、铲运机：自行式、拖式,工作特点：运土效率高；容量：2.58m3。适用于：运距100800m、一二类土的大型场地平整或大型基坑开挖；堤坝、填筑等 作业方法：环形线路，“8”字线路；助推法。,铲运机下坡铲土法,铲运机锯齿形开行路线,1路堤；2取土槽,3、单斗挖土机（类型）,正铲挖掘机,反铲挖掘机,拉铲挖掘机,抓铲挖掘机,（1）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；适用于：停机面以上。含水量27以下、一四类土的大型基

25、坑开挖 作业方式：正向挖土后方卸土，正向挖土侧向卸土。,（2）反铲挖土机,工作特点：后退向下，强制切土”，可与汽车配合；适用于：停机面以下、一三类土的基坑、基槽、管沟开挖。作业方式：沟端开行一一挖宽0.71.7R，效率高、稳定性好；沟侧开行一一挖宽0.50.8R。,反铲挖土机开挖方式,（3）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：,适用于：停机面以下、一二类土的较大基坑开挖，填筑堤坝，河道清淤。,（4）抓铲挖土机,工作特点：“直上直下，自重切土”，效率较低；适用于：停机面以下、一二类土的、面积小而深度较大的坑、井开挖。,抓土斗工作示意图,三、机械化施工,根据地形

26、、地貌。工程地质、水文、设备情况灵活掌握，以主导机械为主，其它机械配套，尽量减少停歇。1、场地不大，运距100m以内，推土机合适；2、地形平缓，起伏不大，运距1000m以内，铲运机合适；3、地形起伏大的山丘，挖土高度3m以上，运距1000m以上，可以正铲方案，或推土机装载机汽车配合方案，或在低洼处设集料斗，推土机集料，汽车配合方案；,4、基坑 浅而面大，铲运机方案；较深，运距远，挖土机汽车配合或推土机装载机方案；地下水较高，未降水，抓铲、反铲或拉铲方案；,5、沟槽 反铲方案；6、坑槽回填 推土机、装载机方案。,四、自卸汽车与挖土机的配套,原则：保证挖土机连续工作：汽车载重量：以装35斗土为宜；

27、汽车数量：N汽车每一工作循环的延续时间T每次装车时间t；,开挖注意问题（1）挖前先验线（2）连续开挖尽快完，防止水流入（3）坑边堆土要防坍塌：及时清运，堆土0.8m以外，高1.5m（4）严禁扰动基底土，加强测量防超挖：预留清土保护层（5）发现文物，古墓停挖、上报、待处理（6）注意安全，雨后复工先检查,第四节 土方填筑（填、压）,一、土料选择和填筑方法 1土料选择(1)不能用的土：冻土、淤泥、膨胀性土、含有机物8的土、含可溶性硫酸盐5的土（2）不宜用的土：含水量过大的粘性土 2、填筑方法（1）分层填土压实。填一层，压实一层，检查一层。（2）无限制的斜坡填土,先切出台阶，台阶高宽0.20.3m1m

28、（3）透水性不同的土，应将透水性好的填在下部.,二、压实方法与要求,1压实方法：碾压法大面积填筑工程。滚轮重力。压路机、平碾、羊足碾 夯实法小面积填筑工程。冲击力。蛙式夯、柴油夯、人工夯 振动法 非粘性土填筑。振动力。振动夯、平板振捣器，振动压路机2影响压实质量的因素 机械的压实功吨位或冲击力，压实遍数 铺土厚度 不同机械有效影响深度不同 含水量 小则不粘结、摩阻大，大则橡皮土；应为最佳含水量,（a）两轮两轴式,（b）三轮两轴式,（c）三轮三轴式,钢轮压路机碾轮与轴数简图,1机身；2碾轮,zhengdonyaluji,YL9/16型自行式轮胎碾,YT-3.5型双筒羊脚碾外形图,YT-2.5型羊

29、脚碾外形图,H8-25A型蛙式夯实机,压实机具 每层虚铺厚度(mm)压实遍数压路机、平碾 200300 68羊足碾 200350 816振动压实机 250350 34蛙式夯 200250 34人工夯 200 34,3、要求(1)每层铺士厚度与压实遍数,（2）含水量调整应达最佳含水量：土压实时，作功最少，而密实度最大时的含水量。施工经验为:手握成团，落地开花。过大 翻松、晾晒；过小 洒水湿润；,三、压实质量检查,1内容密实度；指标控制干密度d；方法环刀取样，测干密度；2要求：d c dmax 式中：c压实系数。（一般场地平整0.9，填土作地基0.95）dmax该种土质的最大干密度（击实试验确定）

30、3取样 方法与数量：分层进行，每层不少于1点（平场100400m2，回填30100m2，灰土垫层2050m2）位置：该层下半部。,第五节 爆破施工一、爆破基本概念,1、原理：物质在介质中爆炸，释放出能量，对周围介质作功，使周围介质受到不同程度地破坏，这种现象称为爆破。2、爆破作用圈 圈1压缩圈、圈2抛掷圈、圈3破坏圈、4震动圈、R破坏半径,R,3、爆破漏斗与参数 R破坏半径，爆破破坏圈范围,r漏斗半径，在临空面上的破坏半径W最小抵抗线，从药包中心到临空自由面的最小距离n=r/W 爆破作用指数，衡量装药量的多少，当n=1,为标准抛掷爆破；n 1，为加强抛掷爆破。,二、炸药、药量计算及起爆方法,1

31、、炸药 有硝铵类、胶质、TNT、黑火药等，为破坏炸药，工程上常用岩石2#硝铵炸药；有雷汞、特屈儿等起爆炸药。2、药量计算 Q=Kv=Kw3n=1 标准 k(0.4+0.6n3)W3n1加强 k0.33W3n1减弱 式中 V为漏斗体积，k为单耗药量（kg/m3)3、起爆方法 有火花、电力、导爆索、导爆管等方法，详见教材。,三、爆破方法,有裸露法（表面）、炮眼法（含深孔）、峒室法、控制法（定向、光面、预裂、拆除、近人）、药壶法等，工程中炮眼法 最常见，见右图。排距 b=(0.8 1.0)W,间距a=(0.4 2.0)W,W=(0.4 1.0)H，H为开挖梯段高度。,四、安全技术措施(教材P36),领、运、储、装药、警戒等都应符合规程与有关规定。必要时，爆破前需要计算对建筑物的安全距离：地震效应安全距离 Rc=Kc Q 1/3空气冲击波安全距离 Rk=Kb Q 飞石安全距离 R=20Kn2W毒气安全距离 Rk=KE Q 1/3,一、思考1、土方工程施工的特点？2、土方工程施工中，土如何分类？3、什么是土的可松性？研究可松性的目的？4、场地平整土方量计算的过程？（方法与步骤）5、土方边坡如何表示？说出确定它的原则？6、轻型井点系统的布置（水平和高程布置）？7、井点降水时应该注意的问题？,