土方工程施工技术讲义(内容详细、附图丰富、130页).ppt
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1、2024/5/6,土方工程,1,第一章 土方工程,学习目标:熟悉土的工程分类、土方工程施工准备与辅助工作内容,常用土方施工机械的施工特点,土方工程质量标准与安全技术;掌握土方量计算方法,基坑、基槽、场地平整的抄平与放线、开挖,土方填筑与压实。,2024/5/6,土方工程,2,学习要点:结合土的工程分类和物理性质学习土方工程的内容及施工特点,对常用土方机械及土方施工工艺的学习要注意身边工地的施工过程进行印证以加深理解,场地平整土方量的计算方法通过实际操作来掌握。学习重点、难点:土的工程分类;基坑(槽)及场地平整土方量的计算;土的回填与压实施工工艺;土方施工过程的安全技术。,2024/5/6,土方
2、工程,3,1.1 概 述,常见的土方工程包括:场地平整、土方的开挖、填筑与压实和运输及排水、降水和土壁边坡和支护结构等;1、土方工程的施工特点 工程量大,施工工期长,劳动强度大;施工条件复杂且多为露天作业 2、土方施工设计要求(1)根据工程条件,选择适宜的施工方案和效率较高、费用较低的机械进行施工;(2)合理调配土方,使总的施工工程量最少;(3)合理组织机械施工,保证机械发挥最大的使用效率;(4)安排好运输道路、排水、降水、土壁支撑等一切准备及辅助工作;,2024/5/6,土方工程,4,1.1.1 土的分类*按土开挖的难易程度将土分为:松软土、普通土、坚土、砂砾坚土、软石、次坚石、坚石、特坚硬
3、石等八类。*松软土和普通土可直接用铁锹开挖,或用铲运机、推土机、挖土机施工;*坚土、砂砾坚土和软石要用镐、撬棍开挖,或预先松土,部分用爆破的方法施工;*次坚石、坚石和特坚硬石一般要用爆破方法施工。详细见表1-1-1所示,2024/5/6,土方工程,5,表1-1-1土的工程分类与现场鉴别方法,2024/5/6,土方工程,6,返回,2024/5/6,土方工程,7,1.1.2土的工程性质 土的工程性质对土方施工方法的选择、劳动量和机械台班的消耗及工程费用等都有较大影响。1.土的可松性系数2.土的含水量3.土的天然密度和干密度4.土的渗透性,2024/5/6,土方工程,8,1、土的可松性系数土的可松性
4、:天然土经开挖后,其体积因松散而增加,虽经回填压实,仍然不能完全复原,土的这种性质称为土的可松性。*土的可松性用可松性系数表示:最初可松性系数最后可松性系数用途:开挖、运输、存放,挖土回填,留回填松土的土方量计算,2024/5/6,土方工程,9,式中KS、KS土的最初、最终可松性系数;V1 土在天然状态下的体积(原土),m3;V2 土挖出后在松散状态下的体积(松土),m3;V3 土经压(夯)实后的体积(夯实土),m3.土的最初可松性系数KS是计算车辆装运土方体积及挖土机械的主要参数;土的最终可松性系数KS是计算填方所需挖土工程量的主要参数,各类土的可松性系数见第一节表1-1-1所示.,2024
5、/5/6,土方工程,10,例题:已知基坑体积2000m3,基础体积1200 m3,土的最初可松性系数1.14,最后可松性系1.05。问应预留多少回填土(自然状态下),外运多少土?,预留夯实土:2000-1200=800 m3;,预留原土:800/1.05=762 m3;,外运原土:2000-762=1238 m3;,外运松土:12381.14=1412 m3。,2024/5/6,土方工程,11,习题:已知基坑体积2800m3,基础体积1700 m3,土的最初可松性系数1.20,最后可松性系1.1。将余土填入10 10m的坑内,能填多高,如用60 m3的车运土能运多少车?,预留夯实土:预留原土:
6、外运原土:最终土方量:外运松土:,2024/5/6,土方工程,12,2、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的百分率式中:m湿 含水状态土的质量,kg;m干 烘干后土的质量,kg;mw 土中水的质量,kg;mS 固体颗粒的质量,kg.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.,干土:30%,2024/5/6,土方工程,13,3、土的天然密度和干密度土的天然密度:在天然状态下,单位体积土的质量。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:土的天然密度,kg/m3;m 土的总质量,kg;V 土的体积,m3.,20
7、24/5/6,土方工程,14,干密度:单位体积土中固体颗粒的质量。用下式表示:式中 d 土的干密度,kg/m3;mS 固体颗粒质量,kg;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。,2024/5/6,土方工程,15,土体孔隙中的自由水在重力作用下会产生流动,土体被水透过的性质称为渗透性.土的渗透性是土的水力学主要性质之一.,(四)土的渗透性:,2024/5/6,土方工程,16,渗透系数K经验近似值,渗透系数:表示单位时间内水穿透土层的能力,它同土的颗粒级配、密实程度等有关,是人工降
8、低地下水位及选择各类井点的主要参数,2024/5/6,土方工程,17,1.2 场 地 平 整,场地平整:将自然地面改造平整为场地设计要求的平面。对于在地形起伏的山区、丘陵地带修建较大厂房、体育场、车站等占地广阔工程的平整场地,主要是削凸填凹,移挖方作填方,满足规划、生产工艺及运输、排水等要求,并力求土方量最小。它包括:确定场地设计标高、计算土方量、土方调配、选择土方施工机械、拟定施工方案。,2024/5/6,土方工程,18,1.2.1场地竖向规划设计一、场地设计标高的确定设计标高选择,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)尽量使场地内挖填平衡
9、,以降低土方运输费用;(4)有一定泄水坡度(2),满足排水要求。,2024/5/6,土方工程,19,场地的设计标高,可根据挖填平衡的原则确定。方格网法:方格的角点标高(在地形图上划分方格网,边长a为10m 20m 40m),一般根据地形图上相邻两等高线的标高用插入法求得;无地形图时,也可在地面用木桩打好方格网,然后用仪器直接测出。一般说来,理想的设计标高,应该使场地的土方在平整前和平整后相等而达到挖方和填方的平衡,1.初步计算场地设计标高,2024/5/6,土方工程,20,场地设计标高计算简图 a)地形图上划分方格;b)设计标高示意图 1等高线;2自然地面;3设计标高平面;,(1).将场地划分
10、为边长为a的方格(一般取=20m)。(2).测定各角点的地面标高(3).计算设计标高 H0,计算方法:方格网法,2024/5/6,土方工程,21,假设设计平面为水平面。根据挖、填方平衡,则 式中: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;,2024/5/6,土方工程,22,例题、某场地如下图,按挖、填方平衡的原则 确定场地平整的设计标高(H0)。,212.00,211.00,210.50,209.50,208.00,206.50,3 20,2 20,4 7 10 5 8 11 3 6 9 12,2024/5/6,土方工程,2
11、3,解:各角点实际标高标定:1、212.00;2、211.00;3、210.50;4、211.00;5、210.50;6、209.50;7、210.50;8、209.50、9、208.00;10、209.50;11、208.00;12、206.50,场地设计标高H0的计算,1 3 10 12 2 4 6 7 9 11 5 8,2024/5/6,土方工程,24,2.计算设计标高H0的调整值 以上所计算的标高,纯系一理论值,实际上,还需考虑以下因素进一步进行调整:(1)土具有可松性;(2)考虑泄水坡度的影响;(3)填(挖)影响;(4)边坡填挖量不等;(5)就近弃土于场外,或将部分填方就近取土于场外
12、挖填土的变化。,2024/5/6,土方工程,25,(1)考虑土的可松性而提高设计标高 调整前:VW=VT 调整后:VT=KSVW由于:VW=VW-FW*h VT=VT+FT*h 得:,式中:VW 按理论标高计算出的总挖方体积;FW,FT 按理论标高计算出的挖方区,填方区的总面积.调整后设计标高:H0=H0+h,2024/5/6,土方工程,26,(2)考虑泄水坡度的调整 泄水坡度 i=2,h,L,(1)单向泄水:Hi=H0iL如:H10=H0-i0.5a,(2)双向泄水:Hi=H0ixLxiyLy如:H10=H0-ix0.5a-iy0.5a,a,a,a,a,a,a,H0,H0,H0,H10,H1
13、0,1,1,i,i,(a),a,a,a,a,a,a,y,y,H0,H10,H10,1,1,ix,i,(b),iy,2,2,H0,iy,H10,x,x,场地泄水坡度示意图(a)单向泄水;(b)双向泄水,2024/5/6,土方工程,27,1.2.2、场地土方量计算:(一)角点施工高度hn:hn=Hn-Hn=设计标高-地面标高hn为角点的挖、填方高度,“+”为填方高度,“-”为挖方高度,角点编号,地面标高,施工高度,设计标高,(二)确定零线:零线即挖、填方区的分界线零点位置:X=,ah1,h1+h2,h1,A,C,O,D,B,h2,x,a,零点位置计算,2024/5/6,土方工程,28,(三)土方量
14、计算:1.全挖或全填:V=(h1+h2+h3+h4),2.两挖、两填挖方 V1,2=(+)填方 V3,4=(+),h1,h2,h4,a,a,h2,h3,全挖(全填)方格,两挖两填方格,2024/5/6,土方工程,29,3.三挖一填(或三填一挖):填方:V4=挖方:V1,2,3=(2h1+h2+2h3-h4)+V4,4.一挖一填 挖方:V1=ah1,h4,(h4+h1)(h4+h3),h3,a,a,h2,h1,h4,h1,h2,a,三挖一填(或三填一挖)方格,一挖一填方格,a,2024/5/6,土方工程,30,5.三角形全挖或全填:V=(h1+h2+h3),6.两挖、一填(或一挖、两填),全挖(
15、全填)三角,两挖一填三角,2024/5/6,土方工程,31,例题、某场地如下图,按挖、填方平衡的原则 确定场地平整的设计标高(H0),计算总土方量。,212.00,211.00,210.50,209.50,208.00,206.50,3 20,2 20,4 7 10 5 8 11 3 6 9 12,i=2,2024/5/6,土方工程,32,1、计算各方格角点的地面标高,2、计算场地设计标高,3、根据排水坡度计算各角点设计标高,4、计算各方格角点的施工高度,5、确定零点画零线,6、计算土方量,2024/5/6,土方工程,33,1.2.3 土方调配 土方调配是土方工程施工组织设计(土方规划)中的一
16、个重要内容,在平整场地土方工程量计算完成后进行。编制土方调配方案应根据地形及地理条件,把挖方区和填方区划分成若干个调配区,计算各调配区的土方量,并计算每对挖、填方区之间的平均运距(即挖方区重心至填方区重心的距离),确定挖方各调配区的土方调配方案,应使土方总运输量最小或土方运输费用最少,而且便于施工,从而可以缩短工期、降低成本。,2024/5/6,土方工程,34,土方调配原则力求达到挖、填平衡和运距最短的原则;土方调配应考虑近期施工与后期利用相结合的原则;土方调配应采取分区与全场结合来考虑的原则;土方调配还应尽可能与大型地下建筑物的施工结合;选择适当的调配方向、运输路线,使土方机械和运输车辆的功
17、效能得到充分发挥。,2024/5/6,土方工程,35,一、推土机施工,(一)特点,推土机可以推挖一三类土;运距在100m以内的平土或移挖作填,宜采用推土机,尤其是当运距在3060m之间,最有效,即效率最高。,多用于场地清理和平整,开挖深度1.5m以内的基坑,填平沟坑,以及配合铲运机、挖土机工作等。,1.2.4 场地平整土方机械及其施工,2024/5/6,土方工程,36,(二)、作业方法,推土机可以完成铲土、运土和卸土三个工作行程和空载回驶行程。推土机的主要作业方法:,下坡推土法,方法:在斜坡上,推土机顺下坡方向切土与堆运,借助于机械 本身向下的重力作用切土,增大切土深度和运间,可提高生产率30
18、%40%,但坡度不宜超过15度。适用:半挖半填地区推土丘、回填沟、渠时使用。,2.槽形推土法,方法:推土机重复多次在一条作业线上切土和推土,使地面逐渐形成一条浅槽,再反复在沟槽中进行推土,以减少土从铲刀两侧漏散,可增加10%30%的推土量。槽的深度以1m左右为宜,槽与槽之间的土坑宽约50cm。适用:推土层较厚,运距较远的情况。,2024/5/6,土方工程,37,3.并列推土法,方法:平整较大面积场地时,可采用23台推土机并列作业(1530cm),以减少土体漏失量,提高效率20%。适用:大面积场地平整及运送土用。,4.分堆集中,一次推送法,方法:在硬质土中,切土深度不大,将土先积聚在一个或数个中
19、间点,然后再整批推送到卸土区,使铲刀前保持满载。(提高效率12%18%)适用:适于运送距离较远,而土质又比较坚硬,或长距离分段送土时采用。,2024/5/6,土方工程,38,二、铲运机施工,1、特点:,铲运机的特点是能综合完成铲土、运土、平土或填土等全部土方施工工序,对行驶道路要求较低;操纵灵活、运转方便,生产率高,在土方工程中常应用于大面积场地平整。在工业与民用建筑施工中,常用铲运机的斗容量为1.57。自行式铲运机的经济运距以800 1500m为宜,拖式铲运机的运距以600m为宜,当运距为200 350m时效率最高。,C4-7型自行式铲运机 1-驾驶室;2-前轮;3-中央枢架;4-转向油缸;
20、5-辕架;6-提斗油缸;7-斗门;8-铲斗;9-斗门油缸;10-后轮;11-尾架,2024/5/6,土方工程,39,二、作业方法 1、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两种。2、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。3、助铲法:根据填、挖方区分布情况,结合当地具体条件,合理选择运行路线,提高生产率。一般有环形路线和“8”字形路线两种形式。,2024/5/6,土方工程,40,2024/5/6,土方工程,41,2024/5/6,土方工程,42,1.3 基坑工程,一、施工准备及定位放线(一)施
21、工准备工作:1.场地清理;2.地面水排除(二)定位放线:1.建筑物定位;2.放线二、土壁稳定(土体内摩阻力和粘结力保持平衡)(一)土壁塌方原因:边坡过陡;堆物过重;水渗入土体。(二)采取措施:放足边坡;适当堆物;做好排水。,2024/5/6,土方工程,43,一、边坡,令:m=m 坡度系数 1:m=H:B=1:m 边坡坡度,B,H,H,B,坡面,坡脚,1.3.1 土方边坡及其稳定,2024/5/6,土方工程,44,1、边坡形式,2024/5/6,土方工程,45,2、一般要求:,直壁不加支撑挖方深度,2024/5/6,土方工程,46,深度在5m内的基坑(槽)、管沟边坡的最陡坡度,2024/5/6,
22、土方工程,47,临时性挖方边坡坡度值,2024/5/6,土方工程,48,永久性土工构筑物挖方的边坡坡度,2024/5/6,土方工程,49,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。C土体抗剪力。由土质决定,受气候、含水量及动水压力影响。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、边坡稳定条件与因素1、边坡稳定的条件土壁稳定,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。即T C,2024/5/6,土方工程,50,2、造成土壁塌方的主要原因有:(1)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
23、,常引起塌方。(2)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。(3)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。,2024/5/6,土方工程,51,1.3.2 基坑开挖与支护 一、基坑开挖,2024/5/6,土方工程,52,2024/5/6,土方工程,53,1、基坑施工准备,(1)在场地平整施工前,应利用原场地上已有各类控制点,或已有建筑物、构筑物的位置、标高,测设平场范围线和标高。(2)对施工区域内障碍物要调查清楚,制订方案,并征得主管部门意见和同意,拆除影响施工的建筑物、构筑物;拆除和改造通讯和电力
24、设施、自来水管道、煤气管道和地下管道;迁移树木。,2024/5/6,土方工程,54,(3)尽可能利用自然地形和永久性排水设施,采用排水沟、截水沟或挡水坝措施,把施工区域内的雨雪自然水、低洼地区的积水及时排除,使场地保持干燥,便于土方工程施工。(4)对于大型平整场地,利用经纬仪、水准仪,将场地设计平面图的方格网在地面上测设固定下来,各角点用木桩定位,并在桩上注明桩号、施工高度数值,以便施工。(5)修好临时道路、电力、通讯及供水设施,以及生活和生产用临时房屋。,2024/5/6,土方工程,55,二、建筑基坑支护 建筑基坑为进行建筑物(包括构筑物)基础与地下室的施工所开挖的地面以下空间。基坑支护为保
25、证地下结构施工 及基坑周边环境的安全,对基坑侧壁及周边环境采用的支挡、加固与保护措施。,1、基坑支护的作用:挡土和截水,保证基坑侧壁的稳定。,2、基坑支护的设计原则:(1)分类:承载能力极限状态 正常使用极限状态,2024/5/6,土方工程,56,(2)基坑侧壁安全等级 基坑侧壁安全等级及重要性系数,2024/5/6,土方工程,57,基坑变形的监控值(mm),2024/5/6,土方工程,58,(3)设计内容 1.基坑支护结构均应进行承截能力极限状态的计算;2.对于安全等级为一级及对支护结构变形有限定的 二级建筑基坑侧壁,尚应对基坑周边环境及支护结构 变形进行验算。3.地下水控制计算和验算。,2
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