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、土方工程简介
1.分类:
挖方、填方
2.施工过程:
开挖、运输、压实
3.施工方法:
人工、机械、爆破、水力充填
二、土壤的工程特性
1.容重:
控制填土(粘性土)的施工质量
2.含水量:
影响压实质量和压实难易
3.可松性:
土体在开挖中变松散的性质,用可松性系数表示。
确定运输工程量及挖填平衡时需考虑。
可松性系数(最初可松性系数):
K松=V松/V自=γ自/γ松(含水量相同情况成立)
压实影响系数(最后可松性系数):
KC=V自/V实=γ实/γ自
4.自然倾角:
自然堆积土壤的表面与水平面间的夹角。
挖方边坡的确定。
三、土壤分级
按开挖难易分为四级。
确定工程造价,比较生产率。
§1-2 土方挖运
一、人工挖运
1.工具:
铁锹、筐、架子车等。
2.适用:
工程量小,机械不便。
3.人工开挖渠道:
分层开挖。
二、机械挖运
分类:
挖掘机械、挖运组合机械、运输机械
(一)挖掘机械
一)单斗挖掘机
1.组成
工作装置(正、反、索、抓铲)、行驶装置(履带、轮胎)、动力装置(电力、内燃机)。
2.正向铲挖掘机
(1)适用:
停机面以上(以下一定深度也可)Ⅰ-Ⅳ类土或爆破石渣。
工作面应在2m以上,超过挖掘高度时,分层开挖。
自卸汽车和推土机为辅助机械。
(2)特点:
装车轻便、灵活,回转速度快,移位方便,适应能力强,能挖掘坚硬土层,易控制开挖尺寸,工作效率高。
斗容常用1-4方的挖掘机。
1)挖土方式:
a.正向挖土,后方卸土
b.正向挖土,侧向卸土
注:
(1)掌子面高度应满足一次装满铲斗
(2)应尽量减少回转角度
3.反向铲挖掘机
(1)适用:
可开挖停机面以下(也可开挖停机面以上)Ⅰ~Ⅲ土体,应用日益广泛。
如:
沟槽、基坑、渠道,坡面修正,部分水下开挖等。
自卸汽车为辅助机械。
(2)特点:
与正铲相同,另有较强的爬坡和自救能力。
后退向下挖土,稳定性、铲土力较正向铲小。
斗容常用0.5-1.6方。
(3)挖土方式:
1)沟端开挖:
挖掘机位于沟端倒退开挖。
2)沟侧开挖:
挖掘机位于沟侧,行进方向与开挖方向垂直。
铲臂回转角度小,能将土弃于沟边较远地方。
但挖土宽度较挖掘半径小,且边坡不易控制,机身停靠沟边,稳定性差。
4.抓铲、索铲(拉铲)
(1)适用:
开挖窄而深的沟槽,还可进行水下开挖。
(2)工作特点:
直上直下,自重切土。
挖掘力小。
5.单斗挖掘机生产率计算
(1)生产率:
机械在一定条件下,单位时间内完成的工程量。
(2)实用生产率:
考虑工作对象的差异,和不可避免的停歇所能达到的生产率。
计算公式如下:
P=60nqK充K时K修K延/K松自然方
K修:
掌子面高低与旋转角大小的修正系数,100%(最佳掌子高度的百分数),90°(旋转角)时为1;
K延:
挖掘机在掌子面内移动影响系数,根据掌子面和爆堆高低而定,可取0.90~0.98。
二)多斗式挖掘机
链斗式采砂船:
挖掘水下泥土或砂卵石,效率高。
斗轮式挖掘机:
连续式机械,效率高(2500m3/h),成本低。
体积庞大,运输不便。
(二)挖运组合机械
指一种机械同时完成挖、运、卸。
1.推土机
(1)用途:
平整场地、开挖浅基坑、平土、积料、回填沟槽、压实,铲运机助铲。
适宜运距100m(30-50m最好)以内,挖深1.5~2m,填高2-3m,Ⅰ~Ⅳ类土。
(2)分类
1)各种装置:
固定式、万能式。
2)行驶装置:
履带式、轮胎式。
3)操纵机构:
索式、液压式。
(3)推土方式
1)原则:
穿梭式(可减少土料散失,提高效率)
2)提高推土效率的方法:
槽型开挖、多机并列推土、推土器两侧加焊挡板、下坡推土、分批集中一次运送。
2.铲运机
(1)用途:
平整场地,开挖基坑、渠道,筑堤、路基等。
适宜运距800-1500米。
(2)分类:
自行、拖行;液压、索式;自由、强制卸土。
(3)开行方式:
环行路线(分为纵向环型和横向环型)“∞”字形路线。
3.装载机
(1)用途:
对松散物进行装、运、卸、工作,清理场地。
4.泥浆泵、挖泥船
(三)运土机械
1.有轨运输
(1)适用:
料场集中,储量大,平原、丘陵,运距大于10公里。
(2)特点:
运量大,消耗小;修线工期长,费用大,受地形制约大。
(3)分类
1)标准轨(1435)
要求:
V>30万m3S>1km
I<2.5%R>200m
铺枕量1400-1500根/km
2)窄轨(1000、762、610)
要求:
V>10万m3S>0.5km
I<3.5%R>60m
铺枕量1400根/km左右
2.无轨运输
(1)自卸汽车:
广泛采用
1)简化工序(勿需倒运),加快进度,便于施工全盘机械化。
2)布置灵活,适应复杂地形(坡度8-10%)。
转移灵活等。
(2)拖拉机
3.皮带机运输
(1)组成:
带条、托辊、驱动装置、导向装置、安全装置、拉紧装置。
(2)分类:
固定、移动式。
(3)适用:
地形复杂,坡度大(如狭窄地、深沟、陡坡等),特别适于运输大量的粒状材料。
(4)优点
1)结构简单,易实现自动化。
2)连续作业,效率高(运行速度1-2.5m/s),运输强度大,功耗低。
3)爬坡能力大(升150-200,降100-200;汽车40-50)。
(5)缺点
1)一处事故,全线停运。
2)带条易磨损易断。
3)灵活性较小。
(6)实用生产率的计算
P=KB2VK充K时K径K倾/K松
§1-3土方压实
一、压实理论与压实方法
(一)压实理论
1.土体的压实:
细颗粒填充粗土粒间的空隙,排走空气所站的体积,实质就是提高土体的密实度。
2.作用:
提高土体的稳定性和防渗能力。
如干密度为1.4的砂壤土,压实后干密度1.7,其抗压强度提高4倍,渗透系数降低2000倍。
3.影响压实的因素
(1)土料的性质:
粘性土、非粘性土
(2)含水量:
最优含水量与压实功
(3)颗粒级配、压实方法、压实参数等。
(二)压实方法
1.静力压实:
平碾、气胎碾、凸块碾等
2.夯击压实:
3.震动压实:
二、压实机械及其选择
(一)压实机械
1.凸块碾
(1)适用:
粘性土和风化料残积土的压实,46.6%粘性土为凸块碾压实。
(2)优点
1)单位压力大,影响深度大(底、侧均有压力)。
2)表层土料松,有利上下层土体结合。
(3)缺点:
干密度沿深度分布不均。
(4)碾压方法
1)回转套压法:
沿填方一侧,经两次转弯沿中心线另一侧返回,螺旋形移动。
①适用:
工作面大,如坝体底部。
②优点:
不停车,几台联合效率高。
③缺点:
套压、重压、漏压多,转弯半径小时易引起土层扭曲,造成剪切破坏。
2)进退错距法(普遍采用):
直线前进,往复行驶,错距压实。
①适用:
狭窄工作面。
②漏压、重压少,易保证质量;能与其他工序协调进行。
(5)碾压遍数:
可按土层表面都被羊脚压过一边,即可达到设计要求来考虑。
n=ks/mF
2.气胎碾
(1)优点
1)气胎为柔性体,随土体变形而变形。
2)压力分布均匀,且作用时间长。
3)胎内压力可调节,可向重型发展。
如美国200T,国内20-30T。
(2)缺点:
上下层土结合不如羊角碾优越。
注:
遇高温蒸发量大时,表面易裂,须及时洒水。
-2-3C0时表面易产生冰结层,必须处理。
(3)适用:
粘性土(45%用气胎碾)、砂性土(15%用气胎碾)。
3.振动碾(平碾和凸块碾)
(1)组成:
轴上装有偏心块,激振力为1.5~2.5倍碾重,连轴旋转(1200-3000次/分)。
常见8-10T,最重20T(生产率3000-5000方/台班)。
(2)原理:
震动使砂土内摩擦力降低,颗粒产生相对移动,细粒入粗粒空隙达到密实。
(3)优点
1)碾压厚度大(1-3倍普通机械),效率高(厚1米以上4-6遍即可)。
2)密实性、抗震性好。
3)对颗粒级配、含水量要求不严。
(4)缺点:
对表层作用力过大,易产生细粒层,影响填筑质量。
(5)适用:
砾质土、砂、砂砾石、卵漂石等。
4.夯(夯击时间小于0.01-0.02秒)
(1)适用:
黏土(铺料厚0.5-0.6米)砾质土(厚1-2米)
(2)优点:
铺料厚度大,可在狭窄场地施工。
(二)压实机械的选择原则
1.适应筑坝材料的特性。
2.应与土料含水量、原状土的结构状态和设计压实标准相适应。
3.应与施工强度大小、工作面宽窄和施工季节相适应。
4.应与施工单位现有机械设备情况和习用某种设备的经验相适应。
5.各种碾压机械对各种土石料的适用范围(见下表)
土壤
风化和翻松的岩土
爆破岩块
沉积物
黏土
壤土
砂土
强风化土
一般风化土
弱风化土
爆破良好
爆破不良
砂
砾石
卵石
凸块碾
气胎碾
凸块振动碾
振动平碾
注:
粗线为静压机械,细线为振动机械。
三、压实试验目的:
选择合理经济的压实参数。
(一)压实标准
1.粘土:
干密度
2.非粘性土:
相对密度(为方便常换算为相对密度)
γd=γ1γ2/[γ2(1-D)+γ1D]
(二)压实参数
1.粘土:
ω、h、n、Q(碾重)
2.非粘性土:
h、n、Q
(三)碾压试验
1.选择试验场地:
靠近水源,地势平坦、开阔、密实。
2.场地布置:
ωp-4%ωp-2%ωpωp+2%
n1n2n3n4n1n2n3n4
60m
3.实验、绘图
(1)绘制含水量与干密度关系曲线
(2)绘制最大干密度与碾压遍数及最优含水量与碾压遍数的关系曲线(在一个坐标内)
4.选择最优参数h、n、ω
判断方法:
n/h单位铺土厚度压实工作量最小者为最优
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