第一章 土方工程.docx
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第一章 土方工程.docx
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第一章土方工程
第一章土方工程
§1.1概述
一、建筑施工课程的研究对象和方法
建筑施工分为建筑施工技术、建筑施工组织、建筑工程预算三个部分。
建筑施工技术是一门研究建筑工程施工中各主要工种工程的施工工艺、技术和方法的学科,它包括:
土方工程、桩基础工程、砌筑工程、钢筋混凝土工程、预应力混凝土工程、结构安装工程、防水工程、装饰工程等。
二、建筑施工规范、规程
建筑施工规范和规程是我国建筑界常用的标准。
由国务院有关部委批准颁发,作为全国建筑界共同遵守的准则和依据,它分为国家、专业、地方、企业四级。
建筑施工方面的规范,工业与民用建筑部分有:
《土方与爆破工程施工及验收规范》、《地基与基础工程施工及验收规范》、《砌体工程施工及验收规范》、《混凝土结构工程施工及验收规范》、《钢结构工程施工及验收规范》等这些作为国家级标准代号为GB×××。
如目前使用的钢筋混凝土工程施工验收规范为《混凝土工程施工及验收规范》GB50204-92。
三、常见土方工程分类:
场地平整、基坑(槽)与管沟开挖、土壁支护、施工排水、降水、路基填筑以及基坑回填等。
四、土方工程施工具有以下特点:
(1)工程量大、劳动强度高。
(2)施工条件复杂。
(3)受场地限制。
五、土的分类及现场鉴别方法
在工程上,土根据开挖难易程度分为8类,其中一~四类土为土,五~八类土为岩石。
其开挖难易直接影响其施工方案、劳动量消耗和工程费用。
六、土的性质
1.土的可松性:
自然状态下的土经开挖后,其体积因松散而增加,以后虽经回填压实,仍不能恢复到原来的体积,称为土的可松性。
最初可松性系数用Ks表示,最终可松性系数用K`s表示,即:
Ks=V2/V1;K`s=V3/V1;式中
V1—土在自然状态下的体积;V2—土开挖后的松散体积;
V3—土经回填压实后的体积。
2.土的天然含水量:
指土中水的质量与土颗粒质量的百分比。
ω=mw/ms(%)
mw——土的天然含水量。
ms——土中固体颗粒的质量。
3.土的渗透性:
指土体被水透过的性能,它与土的密实程度有关,土的空隙比越大,则其渗透系数越大。
土的渗透性由土的渗透系数表示。
五、土方边坡
目的保证土体稳定,防止塌方,保证施工安全
土方边坡坡度=
=1:
m
其中m=b/h称为坡度系数,边坡的大小和坡顶有无荷载,是动载还是静载均有关
§1.2土方工程量的计算
一、基坑(槽)土方量的计算
基坑土方量的计算:
V=H(A1+4A0+A2)/6
基槽土方量的计算:
V1=L1(A1+4A0+A2)/6;V=ΣV1+V2+…+Vn
二、场地平整土方量的计算
(一)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,以降低土方运输费用;
(4)有一定泄水坡度(≥2‰),满足排水要求;
(5)考虑最高洪水位的要求。
(二)确定场地的设计标高的方法何步骤
1.初步计算场地设计标高
方格网法:
方格的角点标高,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
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;
2.计算设计标高的调整值
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)填(挖)影响;
(3)边坡填挖量不等;
(4)就近弃土于场外,或将部分填方就近取土于场外挖填土的变化。
3.考虑泄水坡度对设计标高的影响
由于排水要求,场地表面场有一定的泄水坡度。
因此,还需根据场地泄水坡度的要求(单面泄水或双面泄水),计算出场地内各方格角点实际施工时的设计标高。
(三)场地土方量的计算
1.方格网法:
1)四个角点挖(填)方2)两个角点填方,另外两个角点挖方
3)一个角点填(挖)三个角点挖(填)方
2.断面法:
公式法;累高法
(四)边坡土方量的计算
三角棱体:
V=1/3A1L1A1=1/2mh2
三角棱柱体:
V=1/2(A1+A2)l4或V=1/6(A1+4A0+A2)
(五)土方调配
土方调配原则:
(1)挖、填平衡和运距最短。
(2)近期施工与后期利用相结合。
(3)分区与全场相结合考虑。
(4)尽可能与大型地下建筑的施工相结合。
(5)选择恰当地调配方向、运输路线,充分发挥功效。
§1-3土方工程施工准备与基坑(槽)施工
一、施工准备及定位放线
(一)施工准备工作:
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。
三、基坑开挖与支护
基坑:
民用与工业建筑:
浅基坑,规模小,易施工,问题少
高层建筑:
大面积深基坑,规模大,工期长,问题多
浅基坑:
条基:
深1~3m,直立土坑壁
柱基:
深多为2~3m,深度较大时采用放坡法
(一)浅基坑开挖
(二)土壁支护
(三)大面积深基坑支护
1.支护特点:
(1)主要支护方法:
钢板桩、柱列式钢筋砼桩、连续墙等,对方形或圆形基坑采用拱圈。
(2)利用深层搅拌法加固基坑四周土体
(3)逆作法施工技术日益被重视
2.一些先进施工技术
(1)地下连续墙
地下连续墙已是目前深基坑的主要支护结构之一。
对地下结构层数多的深基坑的施工非常有利。
优点:
结构整体性好,刚度大,可作防渗墙,形状灵活
缺点:
需用专用机械,成本较高
(2)柱列式灌注桩
以钢筋砼灌注桩配合土锚杆或横向支撑以减少柱身弯距的挡土结构
优点:
可使用钻孔机械,按通常灌注柱施工
缺点:
整体性能较差,无防水能力
(3)土层锚杆
土层锚杆是一种埋入土层深部的受拉杆件,它一端与构筑物相连,另一端锚固在土层中。
钻孔-安放拉杆-灌浆-养护-安装锚头-张拉锚固和挖土
(4)土钉墙
土钉墙由被加固土体、放置在土中的土钉体和喷射砼面板组成,形成一个以土挡土的重力式挡土墙。
土钉墙自上而下施工,靠土钉的相互作用形成复合整体作用。
土层锚杆适用于地下水低于土坡开挖段或降水措施后使地下水位低于开挖层的情况,但其失效影响较大,不适用于没有临时自稳能力的淤泥、饱和软弱土层。
施工工艺:
开挖工作面、喷射、设置土钉、铺设钢筋网、设置排水系统
四、施工排水
(一)明沟排水法:
当基地挖至地下水位以下时,沿基坑四周挖一定坡度的排水沟,设置集水井,使地下水沿沟流入井内,然后用水泵抽走
特点:
明排水法构造简单(其由集水井、排水沟和水泵组成),施工成本低,应尽可能采用。
优点:
方法简单、经济,对周围影响小,应用较广。
缺点:
当涌水量较大、水位差较大或土质为细砂或粉砂,有产生流砂、边坡塌方及管涌等可能。
(二)流砂现象及其防治
在一定动水压力作用下,松散而饱和的细砂和粉砂容易产生流砂现象,降低地下水位,改变水流方向,消除动水压力,是防治流砂现象的重要途径。
其具体措施有:
1.枯水期施工——地下水位低,坑内外水位差小,动水压力减小,不易产生流砂。
2.抛大石块法——基坑开挖中出现流砂现象,枪挖至标高后,立即铺设芦席并抛大石块,增加土的压重,以平衡动水压力。
此法解决解决局部或轻微流砂现象是有效的。
3.打钢板桩法——将钢板桩打入坑底一定深度,增加地下水由坑外流入坑内的渗流路线,减小水力坡度,从而减小动水压力。
浇筑地下连续墙可起到同样的效果。
4.井点降水法——采用井点降水法可使地下水渗流方向朝下,向下的动水压力增大了土粒间的压力,从而有效地制止了流砂现象。
(三)人工降低地下水位
在基坑开挖前,预先在基坑四周埋设一定数量的滤水管,利用抽水设备连续不断的抽水,使地下水位降至基底以下,直至基础施工完毕为止。
1、一般轻型井点设备
管路系统:
滤管、井点管、弯联管、总管。
抽水设备:
真空泵、离心泵、水气分离器。
轻型井点的布置依据:
(1)水文地质资料:
H、承压或非承压、土质、K等
(2)工程性质:
基坑(槽)形状、大小及深度。
(3)设备条件:
井管长度、泵的抽吸能力。
2、轻型井点布置内容:
(1)平面布置:
确定井点布置的形式、总管长度、井点管数量、水泵数量及位置。
(2)高程布置:
确定井点管的埋置深度。
3、轻型井点的计算:
(1)平面布置、高程布置、确定井点管数量、调整
(2)单排布置:
适用于基坑、槽B<6m,且H≤5m的情况,井点管应布置在地下水的上游一侧,两端延伸长度不宜小于坑、槽的宽度B。
(3)双排布置:
适用于基坑B>6m或土质不良情况。
(4)环形布置:
适用于大面积基坑。
高程计算公式:
h≥h1+△h+iL
(1)涌水量的计算:
无压完整井:
无压不完整井:
有效深度H0,当H0>H时,仍取H;
S`—井点管处水位降低值(S+iL)
承压完整井:
H—含水层厚度;S—水位降低值;
y0—环状井点的假想半径;A—环状井点包围的面积
应用上述公式时先要确定y0,R,K
第一步:
确定y0
当L:
B≤5时,环形布置的井点可近似作为圆形处理,利用面积相等原则,将近似圆的半径作为矩形水井的假想半径。
y0=(A/π)1/2
第二步:
确定R
抽水影响半径R,与土的渗透系数、含水层厚度、水位降低值及抽水时间等因素有关。
第三步:
确定K
渗透系数K值对计算结果影响较大。
K值的确定可用现场抽水试验或实验室测定。
对重大工程,宜采用现场抽水试验以获得较准确的值。
(2)井点管数量及井距的确定:
1)单根井点管出水量:
q=120πrl(K)1/3
2)井点管数量:
n=1.1Q/q
3)井点管间距:
D=L/n
4、轻型井点的施工:
施工过程:
包括井点系统的埋设、安装、运行及拆除等。
(1)准备工作:
井点设备、动力、水源及必要材料的准备,排水沟开挖,附近建筑物的标高观测及防止沉降措施
(2)井点系统的埋设:
埋设井点的程序:
先排放总管,再埋设井点管,用弯联管将井点与总管接通,然后安装抽水设备。
井点管的埋设方法:
水冲法(分冲孔、埋管两过程)
注意事项:
①冲孔深度宜比滤管底深0.5m左右。
②保证井点管与孔壁间填筑沙滤层的质量。
③井点填砂后,须用粘土封口,以防漏气。
(3)使用及拆除:
井点系统全部安装完毕后,需进行试抽,以检查有无漏气现象。
正常的排水是细水长流,出水澄清。
抽水时需要经常检查井点系统工作是否正常,以及检查观测井中水位下降情况。
(4)井点回灌:
目的:
消除周围土壤因固结而引起的地面沉陷
§1-4土方工程的机械化施工
一、土方机械的主要性能
1.单斗挖土机:
单斗挖土机按工作装置不同,可分为正铲、反铲、拉铲和抓铲四种
单斗挖土机按其操纵机构的不同,可分为机械式和液压式两类。
液压式单斗挖土机的优点是能无级调速且调速范围大;快速作业时,惯性小,并能高速反转;转动平稳,可减少强烈的冲击和振动;结构简单,机身轻,尺寸小;附有不同的装置,能一机多用;操纵省力,易实现自动化。
(1)正铲挖土机
正铲挖土机的工作特点是前进行驶,铲斗由下向上强制切土,挖掘力大,生产效率高;适用于开挖含水量不大于27%的一至三类土,且与自卸汽车配合完成整个挖掘运输作业;可以挖掘大型干燥基坑和土丘等。
正铲挖土机的开挖方式,根据开挖路线与运输车辆的相对位置的不同,挖土和卸土的方式有以下两种:
正向挖土,侧向卸土
正向挖土,反向卸土
(2)反铲挖土机
反铲挖土机的工作特点是机械后退行驶,铲斗由上而下强制切土,用于开挖停机面以下的一至三类土,适用于挖掘深度不大于4m的基坑、基槽、管沟,也适用湿土、含水量较大的及地下水位以下的土壤开挖。
反铲挖土机的开行方式有沟端开挖和沟侧开挖两种。
沟端开挖(图1.28(a))反铲挖土机停在沟端,向后退着挖土。
沟侧开挖(图1.28(b))挖土机在沟槽一侧挖土,挖土机移动方向与挖土方向垂直。
(3)拉铲挖土机
拉铲挖土机工作时利用惯性,把铲斗甩出后靠收紧和放松钢丝绳进行挖土或卸土,铲斗由上而下,靠自重切土,可以开挖一、二类土壤的基坑、基槽和管沟等地面以下的挖土工程,特别适用于含水量大的水下松软土和普通土的挖掘。
拉铲开挖方式与反铲相似,可沟端开挖,也可沟侧开挖。
(4)抓铲挖土机
抓铲挖土机主要用于开挖土质比较松软,施工面比较狭窄的基坑、沟槽、沉井等工程,特别适于水下挖土。
土质坚硬时不能用抓铲施工。
(5)总结:
正铲:
前进向上,强制切土
反铲:
后退向下,强制切土
拉铲:
后退向下,自重切土
抓铲:
直上直下,自重切土
2.推土机:
独立完成挖土、运土、卸土;经济运距100m内,效率最高60m
3.铲运机:
独立完成铲土、运土、卸土、填筑、场地平整;经济运距600~1500m,效率最高800m
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。
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。
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。
二、机械选择:
1.基坑情况、
2.作业环境、
3.气候季节、
4.机械配套等
5.施工工期的长短,达到较高的经济效益
§1-5土方回填与压实
建筑工程的回填土主要有地基、基坑、室内地坪、室外场地、管沟、散水。
回填土是一项重要的工作,要求回填土应与一定的密实性,使回填土不致产生较大的沉陷。
一、土料选择:
符合设计要求,以保证强度和稳定性,尽量采用同类土,否则应分层夯填,且透水性大的置于透水性小的土层下部,以防止填土内形成水囊。
二、压实方法:
填土的压实方法一般有碾压、夯实、振动压实等几种。
1.碾压法是靠沿填筑面滚动的鼓筒或轮子的压力压实填土的,适用于大面积填土工程。
碾压机械有平碾(压路机)、羊足碾、振动碾和汽胎碾。
碾压机械进行大面积填方碾压,宜采用“薄填、低速、多遍”的方法。
2.夯实方法是利用夯锤自由下落的冲击力来夯实填土,适用于小面积填土的压实。
夯实机械有夯锤、内燃夯土机和蛙式打夯机等。
3.振动压实
三、影响填土压实因素:
1.土的含水量:
手捏成团、落地开花
2.铺土厚度:
最优厚度范围与压实机具有关
3.压实功的影响:
合理选择压实遍数
四、质量检查:
压实系数
ρd-用击实试验确定,ρdmax-“环刀法”或灌砂(水)法测定
§1-6爆破施工
在建筑工程施工中,爆破技术常用于场地平整、地下过程中石方开挖、基坑或管沟挖土中岩石的炸除、施工现场树根和障碍物的清除、拆除旧建筑物和构造物等常用爆破方法。
一、爆破的基本知识
1.炸药:
起爆炸药和破坏炸药两类
2.起爆方法:
(1)火花起爆:
火雷管导火索起爆药卷
(2)电力起爆:
电雷管
(3)导爆索起
3.破坏作用圈:
介质距爆破中心越近,破坏越大
4.爆破漏斗:
几个表明其特征的参数
最小抵抗线W,爆破漏斗半径r,
最大可见深度h,爆破作用半径R
二、爆破方法
1.裸露药包爆破、2.浅孔爆破、
3.药壶爆破4.拆除爆破
§1-7土方工程质量标准及安全技术
一、土方工程质量验收内容
1、场地平整挖填方工程的验收内容
平整区域的坐标、高程和平整度;
挖填方区的中心位置、断面尺寸和标高;
边坡坡度要求及边坡的稳定;
泄水坡度,水沟的位置、断面尺寸和标高;
填方压实情况和填土的密实度;
隐蔽工程记录。
2、基槽的验收内容
基槽(坑)的轴线位置、宽度;
基槽(坑)底面的标高;
基槽(坑)和管沟底的土质情况及处理;
槽(坑)壁的边坡坡度;
槽(坑)、管沟的回填情况和密实度。
二、安全技术
施工前进行场地清理,拆除施工区域内的房屋、古墓,拆除或改建通讯和电力设备、上下管道、地下电缆等;迁移树木,清除树墩及含有大量有机物的草皮、耕植土和河塘淤泥等。
基槽(坑)开挖时,人工操作间距应不小于25m;采用机械作业时,挖土机的间距应大于10m。
挖土应由上而下逐层进行。
基槽(坑)的开挖严格按要求放坡。
尽量避免在坑槽边缘堆置大量土方、材料和机械设备。
运输道路应平整坚实,坡度和转弯半径应符合有关安全规定。
深基坑上下应先挖好阶梯或设置靠梯,禁止踩踏支撑上下;坑的四周应设安全栏杆或悬挂危险标志。
基槽(坑)设置的支撑应经常检查有无松动、变形等不安全迹象,特别是雨雪后要加强巡视检查。
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- 第一章 土方工程