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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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。
3.2土方工程量计算
3.2.1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:
3.2.2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。
3.3土方工程的机械化施工
3.3.1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
3.3.2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
3.3.3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。
运土车辆的数量N,可按下式计算:
式中T——运输车辆每一工作循环延续时间(s),由装车、重车运输、卸车、空车开回及等待时间组成;
t1——运输车辆调头而使挖掘机等待的时间,s;
t2——运输车辆装满一车土的时间,s;
式中n——运土车辆每车装土次数;
Q——运土车辆的载重量,t;
q——挖掘机斗容量,m3;
γ——土的重度,kN/m3。
为了减少车辆的调头、等待和装土时间,装土场地必须考虑调头方法及停车位置。
如在坑边设置两个通道,使汽车不用调头,可以缩短调头、等待时间。
总之,土方工程综合机械化施工,就是以土方工程中工期要求,适量选取完成该施工过程的土方机械,并以此为依据,合理配备完成其他辅助施工过程的机械,做到土方工程各施工过程均实现机械化施工。
主导机械与辅助机械所配备的数量及生产率,应尽可能协调一致,以充分发挥施工机械的效能。
以流水施工:
充分发挥,加快工程进度。
3.4土方填筑与压实
为了保证填方工程满足强度、变形和稳定性方面的要求,既要正确选择填土的土料,又要合理选择填筑和压实方法。
3.4.1对土料的选择
土:
是由矿物颗粒、水、气体组成的三相体系,具有弹性、塑性和张滞性。
宜优先利用基槽中挖出的土,但不得含有有机杂质。
使用前应过筛,其粒径不大于50mm,含水率应符合规定。
碎石土类、爆破石渣
表层下填料,粒径不超过2/3层厚,大块料不集中
沙土
表层以下
碎块草皮
含有机质土无压实要求时
淤泥、淤泥质土
一般不做填料
盐渍土
不含盐晶、盐块、含盐植物的根茎
3.4.2对基底的处理1、填土前应将基坑(槽)底或地坪上的垃圾等杂物清理干净;
肥槽口填前,必须清理到基础底面标高,将回落的松散垃圾、砂浆、石子等杂物清除干净。
2、检验回填土的质量有无杂物,粒径是否符合规定,以及回填土的含水量是否在控制的范围内;
如含水量偏高,可采用翻松、晾晒或均匀掺人干上等措施;
如遇回填土的含水量偏低,可采用预先洒水润湿等措施。
3.4.3填筑要求
1、填方前,应根据工程特点、填料种类、设计压实系数、施工条件合理选择压实机具,严格控制填料的含水量,各铺土厚度和压实遍数等参数;
2、应接近水平地分层填土、压实;
同类土填筑。
否则,透水性大在下,透水性小在上,严禁混填。
填方地面倾斜,设斜坡为阶梯,防止土体滑动。
清除积水和杂物,如遇软土游泥,须换土回填。
3.4.4填土的压实方法及施工工艺
1、填土的压实方法
(1)碾压:
大面积填土
平碾:
(压路机)羊足碾:
粘性土
汽胎碾:
运土工具碾压
(2)夯实:
小面积填土,粘性和非粘性土,压实厚较深。
机械:
夯锤、内燃夯土机、蛙式打夯机
(3)振动法:
振法压实:
非粘性土
振法碾压:
效率高
2、填土的压实施工工艺
(1)工艺流程:
基坑(槽)底地坪上清理→检验土质→分层铺土、耙平→夯打密实→检验密实度→修整找平验收
(2)填土前应将基坑(槽)底或地坪上的垃圾等杂物清理干净;
(3)检验回填土的质量有无杂物,粒径是否符合规定,以及回填土的含水量是否在控制的范围内;
(4)回填土应分层铺摊。
每层铺土厚度应根据土质、密实度要求和机具性能确定。
一般蛙式打夯机每层销土厚度为200~250mm;
人工打夯不大于200mm。
每层铺摊后,随之耙平。
(5)回填土每层至少夯打三遍。
打夯应一夯压半夯,夯夯相接,行行相连,纵横交叉。
并且严禁采用水浇使土下沉的所谓“水夯”法。
(6)深浅两基坑(槽)相连时,应先填夯深基础;
填至浅基坑相同的标高时,再与浅基础一起填夯。
如必须分段填夯时,交接处应填成阶梯形,梯形的高宽比一般为1:
2;
上下层错缝距离不小于1.0m。
(7)基坑(槽)回填应在相对两侧或四周同时进行。
基础墙两侧标高不可相差大多,以免把墙挤歪;
较长的管沟墙,应采用内部加支撑的措施,然后再在外侧回填土方。
(8)回填房心及管沟时,为防止管道中心线位移或损坏管邀,应用人工先在管子两侧填土夯实;
并应由管道两们同时进行,直至管顶0.5m以上时,在不损坏管道的情况下,方可采用蛙式打夯机穷实。
在抹带接口处,防腐绝缘层或电缆周围,应回填细粒料。
(9)回填土每层填土夯实后,应按规范规定进行环刀取样,测出干土的质量密度;
达到要求后,再进行上一层的铺土。
(10)修整找平:
填土全部完成后,应进行表面拉线找平,凡超过标准高程的地方,及时依线铲平;
凡低于标准高程的地方,应补土夯实。
(3)雨、冬期施工:
1)基坑(槽)或管沟的回填上应连续进行,尽快完成。
施工中注意雨情,雨前应及时夯完已填土层或将表面压光,并做成一定坡势,以利排除雨水。
2)施工时应有防雨措施,要防止地面水流入基坑(糟)内,以免边坡塌方或基土遭到破坏。
3)冬期回填上每层铺土厚度应比常温施工时减少20%~50%;
其中冻土块体积不得超过填土总体积的15%;
其粒径不得大于150mm。
铺填时,冻土块应均匀分布,逐层压实。
4)填上前,应清除基底上的冰雪和保温材料;
填土的上层应用未冻土填铺,其厚度应符合设计要求。
5)管沟底至管顶0.5m范围内不得用含有冻上块的土回填;
室内房心、基坑(槽)或管沟不得用含冻土块的土回填。
6)回填土施工应连续进行,防止基土或已填上层受冻,应及时采取防冻措施。
3.4.5填土压实的质量检查
1、保证项目:
(1)基底处理,必须符合设计要求或施工规范的规定。
(2)回填的土料,必须符合设计或施工规范的规定。
(3)回填土必须按规定分层夯实。
取样测定夯实后上的干上质量密度,其合格率不应小于90%,不合格的干土质量密度的最低值与设计值的差,不应大于0.08g/cm3,且不应集中。
环刀取样的方法及数量应符合规定。
2、允许偏差项目,见表1-2。
项次
项目
允许偏差(mm)
检
验
方
法
1
2
顶面标高
表面平整度
+0,-50
20
用水准仪或拉线尺量检查
用2m靠尺和楔形尺量检查
3、检验方法:
环刀法取样测定土的实际干密度。
实际干密度:
P0=P/1+0.01W
控制干密度:
Pd=λc*.Pdmax
压实系数:
λc=Pd/Pdmax
PDmax=η.PWDS/1+0.01WCP.DS
η:
经验系数,
粘土0.95,粉质粘土0.96,粉土0.97
DS:
土的相对密度WP:
土的塑限
PWDS:
水的密度WCP:
最佳含水量(%)
3.5土方开挖
由于基坑开挖的土质、深度和面积不同,往往要涉及到边坡的稳定、基坑稳定、基坑支护、降低地下水位,防止流砂,土方开挖方案等一系列问题。
1.5.1基坑边坡及其稳定
(一)基坑边坡
以高度(H)与底宽(B)之比表示:
i=H/B=1/(B/H)=1:
m
边坡形式:
(1)边坡应根据土质、开挖深度、开挖方法、工期、地下水位、坡顶承载及气候条件等因素确定,可做成直线、折线或阶梯形。
(2)可作直立壁而不加支撑的条件:
(深度限定)
密实、中密的砂土和碎石类土:
1.0m
硬塑、可塑的粉土及粉质粘土:
1.25m
硬塑、可塑的粉土和碎石类土:
1.5m
坚硬的粘土:
2.0m
(二)土壁稳定
(1)土壁塌方的原因:
1)边坡过陡,土体稳定性不够;
2)雨水、地下水渗入基坑,使土体泡软、重量增大及抗剪能力降低,造成塌方;
3)基坑上边缘附近大量堆土或停放机具、材料或由于运荷载的作用,使土体中的剪应力超过土体抗剪强度。
(2)分析边坡稳定的方法:
1)弹性、塑性及弹塑性理论确定土体的应力状态;
2)假定土体沿着一定的滑动面而进行滑动。
平衡分析:
如条分法、磨擦园法、极限分析。
3、防治塌方的措施
(1)放足边坡(削坡、开级)
(2)设置的支撑
1)沟槽支护
市政工程施工时,常需在地下铺设管沟,因此需开挖沟槽。
开挖较窄的沟槽,多用横撑式土壁支撑。
横撑式土壁支撑根据挡土板的不同,分为水平挡土板式(图1-17a)以及垂直挡土板式(图1-17b)两类。
前者挡土板的布置又分为间断式和连续式两种。
湿度小的粘性土挖土深度小于3m时,可用间断式水平挡土板支撑;
对松散、湿度大的土可用连续式水平挡土板支撑,挖土深度可达5m。
对松散和湿度很高的土可用垂直挡土板式支撑,其挖土深度不限。
a)间断式水平挡土板支撑;
b)垂直挡土板支撑
图1-17
横撑式支撑
1—水平挡土板;
2—立柱;
3—工具式横撑;
`4—垂直挡土板;
5—横楞木;
6—调节螺丝
2)基坑支护
基坑支护结构一般根据地质条件,基坑开挖深度以及对周边环境保护要求可以采取重力式水泥土墙、板式支护结构、土钉墙等形式。
在支护结构的设计与施工中首先要考虑周边环境的保护,其次要满足本工程地下结构施工的要求,再则应尽可能降低造价、便于施工。
重力式支护结构
水泥土桩墙(或称深层搅拌桩)支护结构是近年来发展起来的一种重力式支护结构。
它是通过搅拌桩机将水泥与土进行搅拌,形成柱状的水泥加固土(搅拌桩)。
用于支护结构的水泥土其水泥掺量通常为12%~15%(单位土体的水泥掺量与土的重量之比),水泥土的强度可达0.8~1.2MPa,其渗透系数很小,一般不大于10-6cm/s。
由水泥土搅拌桩搭接而形成水泥土墙,它既具有挡土作用,又兼有隔水作用。
它适用于4~6m深的基坑,最大可达7~8m。
水泥土墙通常由水泥土搅拌桩组成格栅式,格栅的置换率(加固土的面积:
水泥土墙的总面积)为0.6~0.8。
墙体的宽度b,插入深度hd根据基坑开挖深度h确定,一般b=(0.6~0.8)h,hd=(0.8~1.2)h(图1-19)。
图1-19
水泥土墙
1—搅拌桩;
2—插筋;
3—面板
(2)板式支护结构
板式支护结构由两大系统组成:
挡墙系统和锚撑系统(图1-20)。
挡墙系统常见的形式有钢板桩、灌注桩排桩、SMW工法、地下连续墙等。
支撑一般采用大型钢管、H型钢或格构式钢支撑,也可采用现浇钢筋混凝土支撑。
拉锚的材料一般用钢筋、钢索、型钢或土锚杆。
根据基坑开挖的深度及挡墙系统的截面性能可设置一道或多道支点,形成锚撑支护结构。
支撑或拉锚与挡墙系统通过围檩、冠梁等连接成整体。
基坑较浅,挡墙具有一定刚度时,可不设支点而采用悬臂式支护结构。
图1-20
板式支护结构
1—板桩墙;
2—围檩;
3—钢支撑;
4—斜撑;
5—拉锚;
6—土锚杆;
7—先施工的基础;
8—竖撑
钢板桩施工
钢板桩有平板形和波浪形两种(图1-33)。
钢板桩之间通过锁口互相连接,形成一道连续的挡墙。
由于锁口的连接,使钢板桩连接牢固,形成整体,同时也具有较好的隔水能力。
钢板桩截面积小,易于打入。
U形、Z形等波浪式钢板桩截面抗弯能力较好。
钢板桩在基础施工完毕后还可拔出重复使用。
a)平板式;
b)波浪式
图1-33
钢板桩形式
板桩施工要正确选择打桩方法、打桩机械和流水段划分,以便使打设后的板桩墙有足够的刚度和良好的防水作用,且板桩墙面平直,以满足基础施工的要求,对封闭式板桩墙还要求封闭合拢。
对于钢板桩,通常有三种打桩方法:
(a)单独打入法
此法是从一角开始逐块插打,每块钢板桩自起打到结束中途不停顿。
因此,桩机行
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- 土木工程 施工 教案 精品课程 第一章 土方工程