土木工程施工教案精品课程第一章土方工程Word格式文档下载.docx
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3.赵世强.土木工程施工实习手册.北京:
中国建筑工业大学出版社,2003
4.姜卫杰.《土木工程施工》学习指导.武汉:
武汉工业大学出版社,2000
教学过程及内容:
1.1概述
1.1.1土方工程的内容及施工要求
1、土方工程的内容
(1)场地平整:
将天然地面改造成所要求的设计平面时所进行的土石方施工全过程。
(厚度在300mm以内的挖填和找平工作)
特点:
工作量大、劳动繁重和施工条件复杂。
施工准备:
详细分析核对各项技术资料―实测地形图、工程地质、水文地质勘察资料;
原有地下管道、电缆和地下构筑物资料;
土石方施工图。
(2)地下工程的开挖和回填:
指开挖宽度在3m以内的基槽且长度≥宽度3倍或开挖底面积在20m2且长为宽3倍以内的土石方工程,是为浅基础、桩承台及沟等施工而进行的土石方开挖。
要求开挖的标高、断面、轴线准确;
土石方量少;
受气候影响较大。
(3)地下工程大型土石方开挖:
对人防工程、大型建筑物的地下室、深基础施工等而进行的地下大型土石方开挖。
(宽度大于3M;
开挖底面积大于20M2;
场地平整土厚大于300mm。
涉及降低地下水位、边坡稳定与支护、地面沉降与位移、临近建筑物的安全与防护等一系列问题。
(4)土石方填筑:
土石方填筑是对低洼处用土石方分层填平。
回填分为夯填和松填。
对填筑的土石方,要求严格选择土质,分层回填压实。
2、特点:
面广量大,劳动繁重,施工条件复杂。
3、施工要求:
标高、断面准确;
土体有足够的强度和稳定性;
工程量小;
期短;
费用省。
4、资料准备:
建设单位应向施工单位提供场地实测地形图;
原有地下管线,构筑物竣工图;
土石方施工图;
以及工程地质、水文、气象等技术资料;
以便编制施工组织设计(或施工方案),并应提供平面控制桩和水准点,作为工程测量和验收的依据。
5、施工方案
(1)根据工程条件,选择适宜的施工方案和效率高,费用低的机械;
(2)合理调配土石方,使工程量最小;
(3)合理组织机械施工,保证机械发挥最大的使用效率;
(4)安排好道路、排水、降水、土壁支撑等一切准备和辅助工作;
(5)合理安排施工计划,尽量避免雨季施工;
(6)保证工程质量,对施工中可能遇到的问题如流沙、边坡稳定等进行技术分析,并提出解决措施;
(7)有确保施工安全的措施。
2、土的工程分类及性质
(1)分类标准:
开挖的难易程度
(2)土的工程性质
土有三相,固相、液相和气相。
1)土的天然密度(
):
土在天然状态下单位体积的质量。
一般粘性土:
18~20KN/m3
;
砂土:
16~20KN/m3
2)土的干密度(
单位体积土中的固体颗粒的质量。
干密度越大,表示土越密实。
是评定土体密实程度的标准,以控制填土工程质量。
3)土的可松性(K):
天然土经开挖后,其体积因松散而增加,虽经振动夯实,仍不能恢复原来的体积,这种性质称为土的可松性。
用可松性系数表示,对土方的调配、计算土方运输量和运土工具等都有影响。
包括最初可松系数和最终可松系数。
最初可松性系数Ks=V2/V1最后可松性系数Ks`=V3/V1
4)土的含水量(W):
土中水的质量与固体颗粒质量之比,以百分数表示。
表示土的干湿程度。
W=(G1-G2)/G2×
100%
对挖土的难易、施工时的放坡、回填土的夯实等均有影响。
注意:
在一定含水量的条件下,用同样的夯实工具,可使回填土达到最大密实度,此含水量称为最佳含水量。
几种土的最佳含水量:
8%~12%;
粉土:
9%~15%;
粉质粘土:
12%~15%;
粘土:
19%~23%
含水量
是反映土的湿度的一个重要物理指标。
天然状态下土层的含水量称天然含水量,其变化范围很大,与土的种类、埋藏条件及其所处的自然地理环境等有关。
一般干的粗砂土,其值接近于零,而饱和砂土,可达40%;
坚硬的粘性土的含水量约小于30%,而饱和状态的软粘性土(如淤泥),则可达60%或更大。
一般说来,同一类土,当其含水量增大时,强度就降低。
5)土的透水性:
水流通过土中孔隙的难易程度。
地下水的流动以及在土中的渗透速度都与它有关。
6)土的密实度:
表示土的相对紧密程度。
(压实系数)
土的实际干密度用“环刀法”测定;
土的最大干密度用“击实试验”测定。
1.2土方工程量计算
1.2.1基坑、基槽土方量计算
基槽(坑)土方量计算
1、基槽
沿长度方向分段计算
,再
(1)断面尺寸不变的槽段:
槽段长
:
外墙—槽底中~中,内墙—槽底净长
(2)断面尺寸变化的槽段:
2、基坑
【例题3】如图所示,计算其工程量。
解:
由拟柱体公式得:
上口面积
代入上列基坑挖方量计算公式得:
1.2.2场地平整土方量计算
一、方格网法
基本思路:
方格边长a为10~20m
1、场地设计标高的确定
(1)确定原则:
1)充分利用地形(分区或台阶布置),尽量使挖填方平衡,以减少土方量;
2)
要有一定的泄水坡度(≧2‰),使之能满足排水要求;
3)
应满足生产工艺和运输的要求;
4)
要考虑最高洪水位的影响。
(2)确定步骤:
1)初步确定场地设计标高H0
调整场地设计标高
根据土的性质,考虑3个因素
a、
土的可松性:
H0′=H0+⊿h
b、
借土或弃土:
c、
考虑泄水坡度对设计标高的影响
2、计算施工高度
施工高度=设计标高-自然地面标高
+号表示填方;
-号表示挖方
3、计算零点、绘制零线
方格网一边相邻施工高度一正一负就有零点存在。
相邻零点连接起来就是零线。
4、用平均高度法计算场地的挖、填土方量
(1)一点(三点)挖填;
二点挖填;
四点全挖全填
5、场地边坡土方量计算
(1)标出场地四个角点A、B、C、D的挖、填高度和“零线”位置
(2)确定挖、填边坡坡率m1、m2。
(3)算出四个角点的放坡宽度
(4)绘出边坡图。
(5)计算边坡土方量正方锥体,三角锥体平均断端面
6、土方调配
土方调配:
确定挖填方区土方的调配方向和数量,使土方运输量(m3-m)或土方施工成本(元)最小。
土方调配原则:
(经济)近期远期结合,场内挖填平衡、运距短、费用省,避免重复挖填和运输。
(1)调配区的划分
1)调配区的划分应该与房屋和构筑物的平面位置相协调,并考虑它们的开工顺序,工程的分期施工顺序。
2)调配区的大小应该满足土方施工主导机械的技术要求。
3)调配区的范围应该和土方的工程量计算用的方格网协调,通常可由若干个方格组成。
4)当土方运距较大或场内土方不平衡时,可就近借土或弃土,借土区或弃土区可作为一个独立的调配区。
(2)调配区之间的平均运距
调配区的划分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。
平均运距:
即挖方区土方重心至填方区土方重心的距离;
重心位置X0=ΣV•X/ΣV
Y0=ΣV•Y/ΣV
为简化计算,可用作图法近似求出形心位置以代替重心位置。
重心求出后,标于相应的调配区图上,求出每对调配区的平均运距。
Cij=ΣEs/P+E0/V
式中:
Cij——由挖方区i到填方区j的土方施工单价(元/m3);
Es——参加综合施工过程的各土方施工机械的台班费用(元/台班)
P——由挖方区i到填方区j的综合施工过程的生产率(m3/台班)
E0——参加综合施工过程的所有机械的一次性费用(元)
V——该套机械在施工期内应完成的土方量(m3);
(3)最优调配方案的确定
1)用“最小元素法”编制
初始调配方案
2)最优方案的判别
3)方案的调整
4)土方调配图
将最优方案绘成土方调配图,图上标明填、挖、调配区、调配方向、土方量及平均运距。
1.3土方工程的机械化施工
1.3.1推土机
分类
索式、油压式
特点
操作灵活、运转方便、速度快、能缓缓坡
适用
场地平整、清理、平沟坑、挖浅基坑
1一3类土、经济、远距100米、40一60米。
施工方法
下坡推土
借自重,增加推土能力适用于狭长场地
并列推土
2一3台机平排,增大推土量适用于大面积场地
槽形推土
一条作业线重复运行,增大推土量
多铲集运
多次铲土,一次推送,缩短运时,硬质土
1.3.2铲运机
自行式,拖式,索式,油压式
操作灵活,速度快,生产率高,费用低
开挖大基坑、填筑堤坝,路基
含水量不超过27%的一~三类土。
(一)运行路线
(二)施工方法
1、下坡铲土
借自重
2、跨铲法
形成土槽,增加铲量
3、助铲法
与推土机协作作业
1.3.3单斗挖土机
分类正铲、反铲、拉铲、抓铲;
机械式,液压式
(一)正铲挖土机
前进向前,强制切土,卸土(侧面,后面)
(二)反铲挖土机
后退向下,强制切土,挖掘力比正铲小
作业方式:
沟端,沟侧
(三)拉铲挖土机
后退向下,自重切土
(四)抓铲挖土机
直上直下,自重切土
(五)挖土机,与汽车配套计算
当挖掘机挖出的土方需要运土车辆运走时,挖掘机的生产率不仅取决于本身的技术性能,而且还决定于所选的运输工具是否与之协调。
由技术性能,可按下式算出挖掘机的生产率P:
(m3/台班)
式中t——挖掘机每次作业循环延续时间,s;
q——挖掘机斗容量,m3
KS——土的最初可松性系数;
KC——土斗的充盈系数,可取0.8~1.1;
KB——工作时间利用系数,一般为0.6~0.8。
为了使挖掘机充分发挥生产能力,应使运土车辆的载重量Q与挖掘机的每斗土重保持一定的倍率关系,并有足够数量车辆以保证挖掘机连续工作。
从挖掘机方面考虑,汽车的载重量越大越好,可以减少等待车辆调头的时间。
从车辆方面考虑,载重量小台班费便宜但使用数量多;
载重量大,则台班费高但数量可减少。
最适合的车辆载重量应当是使土方施工单价为最低,可以通过核算确定。
一般情况下,汽车的载重量以每斗土重的3~5倍为宜。
运土
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