土木工程概论13 土木工程施工.docx
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土木工程概论13土木工程施工
土木工程概论
第十三章土木工程施工
第一节 基础工程施工
基坑的开挖
基础工程的组成:
1.土石方工程2.深基础工程
一般土木工程中的建筑物、道路等多采用天然浅基础,它造价低,施工简便。
如果天然浅土层软弱,可采用机械压实、强夯、深层搅拌、堆载预压、砂桩挤密、化学加固等方法进行人工加固,形成人工地基浅基础。
对于高大建筑物、桥墩、码头等上部荷载很大的情况,无法采用浅基础时,则需要经过技术经济比较后采用深基础。
正确决定土方边坡和工作面尺寸
土方挖成上口大、下口小、留出一定的坡度,靠土的自稳保证土壁稳定的措施称放坡。
土方放坡的大小与土质、开挖深度、开挖方法、边坡留置时间长短、排水情况及附近堆土等有关。
基坑(槽)放坡开挖往往比较经济,但在场地狭小地段施工不允许放坡时,一般可采用支撑护坡。
选择排水或降水方法
基坑排水与降水在地下水位以下开挖基坑(槽)时,要排除地下水和基坑中的积水,保证挖方在较干状态下进行。
一般工程的基础施工中,多采用明沟集水井抽水、井点降水或二者相结合的办法排除地下水。
目前国内降水方法有轻型井点、喷射井点、管井井点、电渗井点及深井泵井点降水。
井点降水井点降水是在基坑开挖前,先在基坑四周埋设一定数量的井点管和滤水管,挖方前和挖方过程中利用抽水设备,通过井点管抽出地下水,使地下水位降至坑底以下,避免产生坑内涌水、塌方和坑底隆起现象,保证土方开挖正常进行。
确定土方开挖、回填与压实方法
基础土方的开挖方法:
人工挖方和机械挖方。
土方机械常用的有推土机、铲运机、挖掘机等。
挖掘机利用土斗直接挖土,因此也称为单斗挖土机。
常用的有正铲、反铲、抓铲、拉铲。
正铲挖掘机适用于开挖停机面以上的土方。
反铲主要用于开挖停机面以下的土方。
拉铲适用于开挖较大基坑(槽)和沟渠,挖取水下泥土,也可用于填筑路基、堤坝等。
抓铲适用于开挖较松软的土,对施工面狭窄而深的基坑、深槽、深井采用抓铲可取得理想效果。
铲运机是一种能综合完成全部土方施工工序(挖土、装土、运土、卸土和平土)的机械。
土方回填与压实土方回填必须正确选择土料和填筑方法,填料土方应符合设计要求或有关规定,如土方中含水量、有机质含量、水溶性硫酸盐含量等均有规定。
冻土、软土、膨胀性土等不应作为填方土料。
填土应分层进行,每层厚度,应根据所采用的压实机具及土的种类而定。
填土的压实方法一般有碾压(包括振动碾压)、夯实、振动压实等。
路基工程
路基是公路与铁路工程的基础,路基按填挖方式不同分为路堤、路堑和填挖结合三种类型
路堤是指全部用岩土填筑而成的路基,路堑是指全部在原地面开挖而成的路基,当需一侧开挖而另一侧填筑时,为填挖结合路基。
路基施工按其技术特点分为:
机械化施工法和爆破施工法。
前者适用于一般土方工程,后者是石质路基开挖的基本方法。
填方路段应将路基范围内的树根全部挖除并将坑穴填平夯实。
若坡脚附近地面横坡比较平缓时,可在坡脚处作土质护堤或干砌片石垛护堤,护堤最好用渗水性土填筑,但用与路堤相同的土填筑亦可。
一般的土和石都可以用作路堤的填料,用卵石、碎石、砾石、粗砂等透水性良好的填料,只要分层填筑,分层压实,可不控制含水量;用粘性土等透水性不良的填料,应在接近最佳含水量情况下分层填筑与压实。
土质路堑开挖,根据挖方数量大小及施工方法的不同,按掘进方向可分为纵向全宽掘进和横向通道掘进两种,同时又可在高度上分单层、双层和纵横混合掘进等。
路基施工破坏土体的天然状态,致使结构松散颗粒重新组合,土团之间留下了许多孔隙,在荷载作用下,可能出现不均匀和过大的沉陷或坍落甚至失稳滑动,所以路基填土必须进行压实。
土基压实时,在机具类型、土层厚度及行程遍数已经选定的条件下,压实操作时宜先轻后重、先慢后快、先边缘后中间。
压实时,相邻两次的轮迹应有一部分重叠。
压实全过程中,经常检查含水量和密实度,以达到符合规定压实度的要求。
软土地基
软土在我国滨海平原,河口三角洲,湖盆地周围及山涧谷地均有广泛分布
在软土地基上进行土木工程施工,往往会发生道路路基失稳或过量沉陷,导致公路、铁路破坏或不能正常使用。
建筑物下沉,危及人身安全。
软土从广义上说,就是强度低、压缩性高的软弱土层。
可将软土划分为软粘性土、淤泥质土、淤泥、泥炭质土及泥炭五种类型。
习惯上常把淤泥、淤泥质土、软粘性土总称为软土。
而把有机质含量很高的泥炭、泥炭质土总称为泥沼。
泥沼比软土具有更大的压缩性,但它的渗透性强,受荷后能够迅速固结,工程处理比较容易
软土地基的加固措施可包括以下四方面:
1.强度和稳定性问题。
当地基的抗剪强度不足以支承上部结构的自重及外荷载时,地基就会产生局部或整体剪切破坏
2.压缩及不均匀沉降问题。
当地基在上部结构的自重及外荷载作用下产生过大的变形时,会影响结构物的正常使用。
特别是超过结构物所能容许的不均匀沉降时,结构可能开裂破坏。
3.地基的渗漏量超过容许值时,会发生水量损失导致发生事故。
4.地震、机器以及车辆的振动、波浪作用和爆破等动力荷载可能引起地基土的液化、失稳和震陷等危害。
软土地基加固的方法很多,比如可采用塑料排水板。
塑料排水板是带有孔道的板状物体,插入土中形成竖向排水通道。
因其施工简单,快捷,目前国内广泛应用,效果亦佳。
其余还有换填土、砂井、生石灰桩、粉喷桩、旋喷桩、挤实砂桩等加固施工方法。
石方爆破
把炸药埋置在地下深处时,引爆炸药以后,由于原来体积很小的炸药在极短时间内,通过化学变化立刻转化为气体状态,体积增加千百倍,产生极大的压力、冲击力和很高的温度,使周围的介质(土、石等)受到不同程度的破坏,这就叫爆破。
炸药包按其形状或集结程度的不同,可以分为集中药包、延长药包和分集药包三种。
凡药包形状接近球形或立方体,以及高度不超过直径四倍的圆柱体或最长边不超过最短边四倍的直角六面体,均属于集中药包;相反,药包的长度或高度超过上述情况者,属于延长药包。
分集药包是为了提高炸药有效能量利用率,将一个集中药包分为若干个保持一定距离的集中子药包。
药包在有限介质内爆炸时,药包的球形爆炸作用,在具有临空面的表面,都会形成漏斗状的爆破坑,称为爆破漏斗。
这种爆破漏斗的形状、数量和大小,不但与药包量大小、炸药性能、介质的性质等有关,同时还与临空面的数量和所处的边界条件有关。
爆破过程中一部分岩石被碎成块,并抛掷出去,形成可见的爆破漏斗,而另一部分岩石虽被松动但未被抛出去或上抛后又落到了爆破漏斗内,所以可称爆破漏斗的实际体积与爆破漏斗理论体积的百分数为抛掷率
石方爆破在山区进行土木工程施工,常遇到岩石的开挖问题,爆破是石方开挖施工中最有效的方法。
此外,施工现场树根等障碍物的清除,冻土的开挖和改建工程中拆毁旧的结构或构筑物、基坑支护结构中的钢筋混凝土支撑等也用爆破。
爆破是利用炸药爆炸时产生的大量的热和极高的压力破坏岩石或其他物体。
由于施工费用低及爆破技术的发展,爆破作业在土木工程中的应用越来越广。
1.表面爆破炸药直接放在岩石表面(或用土和草皮覆盖)进行爆破。
效率很低,只用在爆破少量分散的岩石。
2.钢钎炮(眼炮)钢钎炮通常指炮眼直径和深度分别小于70mm和5m的爆破方法。
适用于工作量不大的岩石路堑,或作为其它炮型的辅助炮型。
3.深孔爆破深孔爆破就是孔径大于75mm、深度在5m以上、采用延长药包的一种爆破方法。
深孔爆破每次爆破的石方量大,从而可加快施工进度,可用于开挖基坑,开采石料、松动冻土,爆破大块岩石及开挖路堑等。
4.光面爆破和预裂爆破光面爆破是在开挖限界的周边,适当排列一定间隔的炮孔,在有侧向临空面的情况下进行爆破,使之形成一个光滑平整的边坡。
预裂爆破是在开挖限界处按适当间隔排列炮孔,在没有侧向临空面的情况下,用控制炸药的方法,预先炸出一条裂缝,使拟爆体与山体分开,作为隔震减震带,起保护和减弱开挖限界以外山体或建筑物的震动破坏作用。
深基础工程
桩基础是一种常用的深基础形式,它由桩和桩顶的承台组成。
按桩的受力情况,桩分为摩擦桩和端承桩两类。
前者桩上的荷载由桩侧摩擦力和桩端阻力共同承受;后者桩上的荷载主要由桩端阻力承受。
桩分为预制桩和灌注桩两类。
预制桩是在工厂或施工现场制成的各种材料和形式的桩,而后用沉桩设备将桩打入、压入、旋入或振入(有时还兼用高压水冲)土中。
灌注桩是在施工现场的桩位上用机械或人工成孔,然后在孔内灌注混凝土或钢筋混凝土而成。
桥梁、港口、码头、水闸、大坝电站及其它水域构筑物或建筑物,常把钻孔桩作为水域地基加固和基础的结构型式之一。
与陆地施工相比较,水域钻孔桩施工地基地质条件比较复杂,水面作业自然条件恶劣,施工具有明显季节要求。
在重要的航运水道上施工,必须兼顾航运和施工两者安全,所以施工难度大,技术要求高。
水域施工必须准备施工场地,用以安装钻孔机械、混凝土灌注设备以及其他设备。
混凝土灌注常用方法
这是水域钻孔桩施工的最重要一环,也是水域施工的关键技术和主要难点之一。
水域施工场地,依据其建造方法的不同分为两种类型:
一类是用围堰筑岛法修筑的水域岛、半岛或长堤,统称为围堰筑岛施工场地。
另一类是用船或支架拼装建造的水域施工平台,统称为水域工作平台。
墩基础是在人工或机械成孔的大直径孔中浇筑混凝土(钢筋混凝土)而成,我国多用人工开挖,亦称大直径人工挖孔桩。
直径在1~5m之间,多为一柱一墩。
墩身直径大,有很大的强度和刚度,多穿过深厚的软土层直接支承在岩石或密实土层上。
人工开挖为防止塌方造成事故,需制作护圈,每开挖一段则浇筑一段护圈,护圈多为钢筋混凝土现浇。
否则对每一墩身则需事先施工围护,然后才能开挖。
人工开挖还需注意通风、照明和排水
沉井基础沉井是由刃脚、井筒、内隔墙等组成的呈圆形或矩形的筒状钢筋混凝土结构,多用于重型设备基础、桥墩、水泵站、取水结构、超高层建筑物基础等。
刃脚在井筒最下端,形如刀刃,在沉井下沉时起切入土中的作用。
井筒是沉井的外壁,在下沉过程中起挡土作用,同时还需有足够的重量克服筒壁与土之间的摩阻力和刃脚底部的土阻力,使沉井能在自重作用下逐步下沉。
内隔墙的作用是把沉井分成许多小间减少井壁的净跨距以减小弯矩,施工时亦便于挖土、控制沉降和纠偏。
在施工沉井时要注意均衡挖土,平稳下沉,如有偏斜则及时纠偏。
地下连续墙近年来,高层建筑、地铁及各种大型地下设施日益增多,其基础埋置深度大,再加上周围环境和施工场地的限制,无法采用传统的施工方法,地下连续墙便成为深基础施工的有效手段。
地下连续墙可以用作深基坑的支护结构,亦可以既作为深基坑的支护又用作建筑物的地下室外墙,后者更为经济。
地下连续墙的优点是刚度大,既挡土、又挡水,施工时无振动,噪音低,可用于任何土质,还可用于逆筑法施工。
其缺点是成本高,施工技术较复杂,需配备专用设备,施工中用的泥浆要妥善处理,否则有一定的污染性。
地下连续墙的施工过程,是利用专用的挖槽机械在泥浆护壁下开挖一定长度(一个单元槽段),挖至设计深度并清除沉渣后,插入接头管,再将在地面上加工好的钢筋笼用起重机吊入充满泥浆的沟槽内,最后用导管浇筑混凝土,待混凝土初凝后拔出接头管,一个单元槽段即施工完毕。
如此逐段施工,即形成地下连续的钢筋混凝土墙。
第二节结构工程
砌筑工程
砌筑材料与砌筑脚手架砌筑工程所用材料主要是砖、石或砌块以及砌筑砂浆。
砌筑砂浆有水泥砂浆、石
灰砂浆和混合砂浆。
砂浆种类选择及其等级的确定,应根据设计要求。
砌筑用脚手架是砌筑过程中堆放材料和工人进行操作的临时性设施。
按其搭设位置分为外脚手架和里脚手架两大类;按其所用材料分为木脚手架、竹脚手架与金属脚手架。
砌筑脚手架的形式有多立杆式、桥式、框式、折叠式、支柱式、门架式、悬挑式、吊挂式、自升降式等,用于不同的施工场合。
下图为外脚手架的四种形式
1落地式 2悬挑式 3吊挂式 4附着升降
材料运输与砌体施工砌筑工程中不仅要运输大量的砖(或砌块)、砂浆,而且还要运输脚手架、脚手板和各种预制构件。
不仅有垂直运输,而且有地面和楼面的水平运输。
其中垂直运输是影响砌筑工程施工速度的重要因素。
常用的垂直运输设备有塔式起重机、井架及龙门架。
履带式起重机构造示意图
附着式塔式起重机
下旋转塔式起重机
砖与砌块施工的基本要求是:
横平竖直、砂浆饱满、灰缝均匀、上下错缝、内外搭砌、接槎牢固。
“接槎”是指相邻砌体不能同时砌筑而设置的临时间断,便于先砌砌体与后砌砌体之间的接合。
钢筋混凝土工程
钢筋混凝土工程包括钢筋工程、模板工程、混凝土工程。
钢筋按其强度的不同可分为五级:
Ⅰ~Ⅳ级为热轧钢筋,Ⅴ级为热处理钢筋。
钢筋检验对钢筋的验收包括外观检查和按批次取样进行机械性能检验。
对热轧钢筋的级别有怀疑时,除作力学性能外,尚应进行钢筋的化学成分分析或其他专项检验。
钢筋的冷加工采用冷拉、冷拔的方法对钢筋进行冷加工,用以获得冷拉钢筋和冷拔钢丝。
钢筋冷拉是将Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级钢筋在常温下进行强力拉伸,迫使钢筋产生塑性变形,从而使其内部结晶产生重组,达到提高强度和节约钢材的目的。
其塑性、韧性以及弹性模量都会有所降低。
钢筋冷拉的控制方法有冷拉率控制法和应力控制法两种。
钢筋冷拔是将φ6~φ8的Ⅰ级光面钢筋在常温下强力拉拔使其通过特制的钨合金拔丝模孔如钢筋轴向被拉伸,径向被压缩,使钢筋产生较大的塑性变形,其抗拉强度提高50%~90%,塑性降低,硬度提高。
钢筋连接的方法有三种:
绑扎连接、焊接连接及机械连接。
钢筋的绑扎是将钢筋用镀锌铁丝按规范规定的最小搭接钢筋长度,绑扎在一起。
焊接包括闪光对焊、电阻点焊和气压焊;熔焊包括电弧焊和电渣压力焊。
热轧钢筋的焊接宜优先用闪光对焊
模板是使新浇筑混凝土成形并养护,使之达到一定强度以承受自重的临时性结构并能拆除的模型板。
钢筋混凝土结构的模板系统由两部分组成,其一是形成混凝土构件形状和设计尺寸的模板;其二是保证模板形状、尺寸及空间位置的支撑系统。
木模板的主要优点是制作拼装随意,尤适用于浇筑外形复杂、数量不多的混凝土结构或构件。
此外,因木材导热系数低,混凝土冬期施工时,木模板有一定的保温养护作用。
木模板重复利用率低,损耗大。
为节约木材,我国从20世纪70年代初开始“以钢代木”,到目前,木模板在现浇钢筋混凝土结构施工中的使用率已大大降低。
胶合板可以在一定范围内弯曲,因此还可以做成不同弧度的曲面模板。
竹胶合板的弯曲性能优于木胶合板。
高层建筑的弧形、筒仓、水塔,以及桥梁工程的园形墩柱均可使用。
胶合板是国际上用量较大的一种模板材料,也是我国今后具有发展前途的一种新型模板。
组合钢模板是由各种定型钢模板组成,优点是可以重复使用,节约材料,目前被广泛采用。
混凝土工程包括制备、运输、浇筑、养护等施工过程,各施工过程既相互联系,又相互影响,任一过程施工不当都会影响混凝土工程的最终质量。
混凝土制备 混凝土的制备指混凝土的配料和搅拌。
混凝土的配料,首先应严格控制水泥、粗细骨料、拌和水和外加剂的质量,并要按照设计规定的混凝土强度等级和混凝土施工配合比,控制投料的数量。
混凝土的搅拌按规定的搅拌制度在搅拌机中实现。
垂直式混凝土制备设备
混凝土运输分水平运输和垂直运输两种情况。
常用水平运输机具主要有搅拌运输车、自卸汽车、机动翻斗车、皮带运输机、双轮手推车。
常用垂直运输机具有塔式起重机、井架运输机。
混凝土搅拌输送车兼输送和搅拌混凝土的双重功能,可以根据运输距离、混凝土的质量要求等不同情况,采用不同的工作方式。
混凝土搅拌输送车到达现场后,搅拌筒反转即可卸出拌合物。
使用混凝土泵输送混凝土,是将混凝土在泵体的压力下,通过管路输送到浇筑地点,一次完成水平运输、垂直运输及结构物作业面水平运输。
混凝土自搅拌机中卸出后,应及时送到浇筑地点,以使混凝土在初凝之前浇筑完毕。
运输混凝土应保证混凝土的浇筑量,在运输过程中应保持混凝土的均匀性。
混凝土搅拌车
预应力混凝土工程
先张法是在浇筑混凝土构件之前,张拉预应力筋,将其临时锚固在台座或钢模上,然后浇筑混凝土构件,待混凝土达到一定强度(一般不低于混凝土强度标准值的75%),并使预应力筋与混凝土间有足够粘结力时,放松预应力,预应力筋弹性回缩,借助于混凝土与预应力筋间的粘结,对混凝土产生预压应力。
先张法多用于预制构件厂生产定型的中小型构件
构件或块体制作时,在放置预应力筋的部位预先留有孔道,待混凝土达到规定强度后,孔道内穿入预应力筋,并用张拉机具夹持预应力筋将其张拉至设计规定的控制应力,然后借助锚具将预应力筋锚固在构件端部,最后进行孔道灌浆(亦有不灌浆者),这种施工方法称为后张法。
后张法的特点是直接在构件上张拉预应力筋,构件在张拉过程中完成混凝土的弹性压缩,因此不直接影响预应力筋有效预应力值的建立。
锚具是预应力构件的一个组成部分,永远留在构件上,不能重复使用。
结构安装工程
结构安装可以分为按单个构件吊装,吊至安装位置后组拼成整体结构;地面拼装后整体吊装和特殊安装法
单件吊装单件吊装可采用各类起重机来吊装柱、梁、板、屋架等预制构件。
预制构件的吊装过程,一般包括绑扎、吊升、对位、临时固定、校正、最后固定等工序。
吊装方法应遵循以下原则:
能快速、优质、安全地完成全部吊装工作;尽量减少高空作业;采用成熟而先进的施工技术。
1.吊装方法一般分为分件流水吊装法和综合吊装法两种。
(1)分件流水法分件流水法是指起重机每开行一次仅吊装一种或两种构件
(2)综合法综合法是指起重机在一次开行中,吊装完所有各种类型的构件。
在缺乏大型伸臂式浮吊时,也可用钢制万能杆件或贝雷钢架拼装固定式的悬臂浮吊进行架设
固定式旋转起重机
在海上和深水大河上修建桥梁时,用可回转的伸臂式浮吊吊装构件比较方便
2.整体吊装整体吊装就是先将构件在地面拼装成整体,然后用起重设备吊到设计标高进行固定。
相对应的吊装方法有多机抬吊法和桅杆吊升法两种。
(1)多机抬吊法是先在地面与设计位置错开一个距离进行构件的拼装,然后用两台以上的起重机将结构起吊,空中移位,落位固定.
(2)桅杆吊升法是将结构在地面上错位拼装后,用多根独脚桅杆将整体提升,进行空中移位或旋转,然后落位安装。
一般分现场拼装、试吊、整体起吊及横移就位。
3.特殊安装方法。
常用的方法有:
提升(升板)法、顶升法和滑移法等几种施工方法。
(1)升板法施工升板法施工是指楼板用提升法施工的板柱框架结构工程。
上顶升法的特点是千斤顶倒挂在柱帽下,随着整个屋盖的上升而使千斤顶也随之上升。
下顶升法的特点是千斤顶在顶升过程中始终位于柱基上,每次顶升循环即在千斤顶上面填筑一个柱块,无需临时垫块,屋盖徐徐上升,直至设计标高为止。
升板法施工的特点是:
柱网布置灵活,设计结构单一;各层板叠浇制作,节约大量模板(约90%);提升设备简单,不用大型机械(吊装柱子除外);高空作业减少,施工较为安全;劳动强度减轻,机械化程度提高;工序简化,工效提高;节省施工用地,适宜狭地施工(尤其是山区工地)。
但用钢量较大,造价偏高。
(2)顶升法施工顶升法就是将层盖结构在地面上就位拼装或现浇后,利用千斤顶的作用与柱块的轮番填塞,将其顶升到设计标高的一种垂直运输方法。
(3)滑移法施工滑移法是先用起重机械将分块单元吊到结构一端的设计标高上,然后利用牵引设备将其滑移到设计位置进行安装。
这种安装方法,可采用一般的施工机械,同时还有利于施工平行作业,特别是场地窄小,起重机械无法出入时更为有效。
因此,这种新工艺,在大跨度桁架结构和网架结构安装中已经采用。
双曲扁壳屋盖上顶升法示意图
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