给排水工程技术第一章解析.docx
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给排水工程技术第一章解析
1.1侧土压力
(1)主动土压力,挡土墙在墙后土压力作用下向前移动或移动土体随着下滑,当达到一定位移时,墙后土达极限平衡状态,此时作用在墙背上的土压力。
就称为主动土压力,如图1-6(a)所示。
(2)被动土压力,挡土墙在外力作用下向后移动或转动,挤压填土,使土体向后位移,当挡土墙向后达到一定位移时,墙后土体达到极限平衡状态,此时作用在墙背上的土压力称为被动土压力,如图1-6(b)所示。
(3)静止土压力。
挡土墙的刚度很大在土压力作用下不产生移动和转动,墙后土体处于静止状态,此时作用在墙背上的土压力称为静止土压力,如图1-6(C)所示。
上述种土压力,在相同条件下,主动土压力最小,被动土压力最大,静止土压力介于哪之间,三种土压力的计算可按库仑土压力理论或者朗肯土压力理论计算。
掌握土的压力,对于处理施工中的支撑工作坑后背,各类挡土墙的结构是极其重要的。
1.2场地填方与压实
场地平整施工常采用环形路线,如图1-15所示。
1.填方的质量要求。
在场地土方填筑工程中,只有严格遵守施工验收规范,正确选择填料和填筑方法,才能保证填土的强度和稳定性。
(1)填方施工前基地处理:
根据填方的重要性及填土厚度确定天然地基是否需要处理。
当填方厚度在1.0-1.5m以上时可以不处理;当在建筑物和构筑物地面以下或填方厚度小于0.5m的填方,应清除基底的草皮和垃圾;当在地面坡度不大于1/10的平坦地上填方时,可不清除基底上草皮;当在地面坡度大于1/5的山坡上填方时,应将基底挖成阶梯形,阶宽不小于lm;当在水田、池塘或含水量较大的松软地段填方时,应根据实际情况采取适当措施处理,如排水疏于、全部挖土、抛块石等。
(2)填方土料的选择:
用于填方的土料应保证填方的强度和稳定性。
土质、天然含水量等应符合有关规定,含水量大的黏性土,含有5%以上的水溶性硫酸土,有机质含量在8%以上的土一般都不做回填用,一般同一填方工程应尽量采用同一类土填筑,若填方土料不同时,必须分层铺填。
(3)填筑方法:
填方每层铺土厚度和压实次数应根据土质、压实系数和机械性能来确定,按表1-11选用,填方施工应接近水平地分层填土、压实和测定压实后土的干密度,检验其压实系数和压实范围符合设计要求后,才能填筑上层,分段填筑时,每层接缝处应做成斜坡形,碾迹重叠0.5~1.0m,上下层错缝距离不应小于1.0m:
填方每层的铺土厚度和压实次数表1-11
压实机具
每层铺土厚度(mm)
每层压实次数
平碾
羊足碾
200-300
200-350
6-8
8-16
蛙式打夯机
人工打夯
200-250
不大于200
3-4
3-4
注:
人工打夯时,土块粒径不应大于5cm。
(4)填方的质量:
填土必须具有一定的密实度,填土密实度以设计规定的控制干密度作为检查标准。
土的最大干密度一般在试验室由击实试验确定,再根据规范规定的压实系数,即可算出填土的近似干密度ρd的值.在填土施工时,土的实际干密度大于或等于ρd时,则符合质量要求。
土的实际干密度可用“环刀法”测定。
其取样组数:
基坑回填每20~50m2取样组;基槽.管沟回填每层长度20~50m2取样一组;室内填土每层按100~500m2取样组;场地平整填土每层按400~900m2取样一组,取样部位应在每层压实后的下半部。
试样取出后称出土的自然密度并测出含水量,然后用下式计算土的实际密度ρ0。
ρ0=ρ/(1+0.01ω)(KN/m3)(1-23)
式中ρ---土的自然密度,KN/m3
ω---土的天然含水量。
2.填方压实的影响因素
填方压实质量与许多因素有关,其中主要影响因素为:
压实功、土的含水量及每层铺土厚度。
(1)压实功的影响:
压实机械在土上施加功,土的密度增加,但土的密度大小并不与机械施加功成正比例。
土的密度与机械所耗功的关系见图1-16所示,当土的含水量一定,在开始压实时,土的密度急剧增加,待到接近土的最大密度时,压实功虽然增加许多,而土的密度则没有变化,因此,在实际施工中应选择合适的压实机械和压实遍数。
(2)含水量的影响:
在同一压实功条件下,填土的含水量对压实质量有直接影响,较干燥的土不易压实,较湿的土也不易压实。
当土的含水量最佳时,土经压实后的密度最大,压实系数最高,各种土的最佳含水量和最大干密度见表1-12。
工地简单检验方法一般是用手握成团,落地开花为宜。
实际施工中,为保证土的最佳含水量,当土过湿时,应翻松晒干,当土过干时,则应洒水湿润。
土的最佳含水量和最大干密度参考表表1-12
项目
土的种类
变动范围
最佳含水量(%)
最大干密度(g/cm3)
1
2
砂土
黏土
8-12
10-23
1.80-1.88
1.58-1.70
3
4
粉质粘土
粉土
12-15
16-22
1.85-1.95
1.61-1.80
注:
1.表中土的最大干密度应根据现场实际达到的数字为准。
2.一般性的回填可不作此项测定。
(3)铺土厚度的影响;土在压实功的作用下地基应力是随深度增加成少的而压实机械的作用深度与压实机械,土的性质和含水量等有关,要保证压实土层各点的密实度都满足要求,铺土厚度应小于压实机械压土时的作用深度。
但是铺土过厚,要压很多遍才能达到规定的密实度;铺土过薄,则也要增加机械的总压实遍数,所以铺土厚度应能使土方达到规定的密实度,而机械功耗费最少,这一铺土厚度称为最优铺土厚度.按表1-11选用。
在进行大规模场地平整时,可根据现场具体情况和地形条件、工程量大小、工期等要求,合理组织机械化施工,如采用铲运机、挖土机、及推土机开挖土方;用松土机松土、装载机装土、自卸汽车运土;用推土机平整土壤;用碾压机械进行压实,如图1-17所示。
组织机械化施工,应使各个机械或各机组的生产协调一致,并将施工区划分为若干施工段进行流水作业。
1.3沟槽及基坑土方量计算+土方开挖
土方量计算
(一)沟槽土方量计算
沟槽土方量计算通常采用平均法,由于管径的变化、地面起伏的变化,为了更准确地计算土方量,应沿长度方向分段计算,如图1-20所示。
其计算公式:
V1=1/2*(F1+F2)*L1(1-26)
式中V1---各计算段的土方量,m3;
L1---各计算段的沟槽长度,m;
F1,F2---各计算段两端断面面积,m2。
将各计算段土方量相加即得总土方量。
(2)基坑土方量计算
基坑土方量可按立体几何中柱体体积公式计算,如图1-21所示。
其计算公式为:
V=H/6(F1+4F0+F2)(1-27)
式中V---基坑土方量,m3;
H---基坑深度,m;
F1,F2---基坑上、下底面积,m2;
F0---基坑中断面面积,m2。
土方开挖
(1)土方开挖的一般原则
(1)合理确定开挖顺序:
保证土方开挖的顺序进行,应结合现场的水文地质条件,合理确定开挖顺序如相邻沟槽和基坑开挖时,应遵循先深后浅或同时进行的施工顺序。
(2)土方开挖不得超挖,减小对地基土的扰动。
采用机械挖土时,可在设计标高以上留20cm土层不挖,待人工清理。
即使采用人工挖土也不得超挖,如果挖好后不能及时进行下一工序时,可在基底标高以上留15cm土层不挖,待下一工序开始前再挖除。
(3)开挖时应保证沟槽槽壁稳定,一般槽边上缘至弃土坡脚的距离应不小于0.8-1.5m,堆土高度不应超过1.5m。
(4)采用机械开挖沟槽时,应田专人负责掌握挖槽断面尺寸和标高,施工机械离槽边上缘应有一定的安全距离。
(5)软土、膨胀士地区开挖土方或进入季节性施工时,应遵照有关规定。
(二)开挖方法
土方开挖方法分为人工开挖和机械开挖两种方法,为了减轻繁重的体力劳动,加快施工速度,提高劳动生产率,应尽量采用机械开挖,。
沟槽、基坑开挖常用的施工机械有单斗挖上机和多斗挖土机两个种类。
1.单斗挖土机
单斗挖土机在沟槽或基坑开挖施工中应用广泛,种类很多,按其工作装置不同,分为正铲、反铲、拉铲和抓铲等,按其操纵机构的不同,分为机械式和液压式两类,如图1-23所示。
目前,多采用的是液压式挖土机,它的特点是能够比较准确地控制挖土深度。
(1)正铲挖土机,它适用于开挖停机面以上的一-三类土,一般与自卸汽车配合完成整个挖运任务,可用于开挖高度大于2.0m的大型基坑及土丘。
其特点是:
开挖时土斗前进向上,强制切土,挖掘力大,生产率高。
其外形如图1-24所示。
正铲挖土机技术性能见表1-15和表1-16。
正铲挖土机挖土方式有两种,正向工作面挖土和侧向工作面挖土。
开挖基坑一般采用正向工作面挖土,方便汽车倒车、装土和运土,如图1-25(b)所示。
开挖土丘一般采用侧向工作面挖土,挖土机壹直回转卸土的角度小,且避免汽车的倒车和转弯多的缺点,如图1-25(a)所示。
(2)反铲挖土机。
反铲挖土机开挖停机面以下的一-三类土方,其机身和装土都在地面上操作,受地下水的影响较小。
它适用于开挖沟槽和深度不大的基坑。
其外形如图1-26所示。
反铲挖土机的技术性能见表1-17。
反铲挖土机挖土方法通常采用沟端开挖或沟侧开挖两种,如图1-27所示后者挖土的宽度与深度小于前者但弃土距沟边较远。
(3)拉铲挖土机。
它适用于开挖停机面以下的一~三类土或水中开挖,主要开挖较深较大的沟槽.基坑,其工效低。
外形如图1-28所示。
(4)抓铲挖土机。
它适用于开挖停机面以下一~三类土,主要用于开挖面积较小,深度较大的基坑及开挖水中的淤泥或疏通旧有渠道等。
其外形如图1-29所示。
2.多斗挖土机
多斗挖土机种类:
按工作装置分,有链斗式和轮斗式两种;按卸土方法分,有装卸土皮带运输器和未装卸土皮带运输器两种。
多斗挖土机由工作装置、行走装置和动力操纵及传动装置等部分组成,如图1-30所示。
多斗挖土机与单斗挖土机相比,其优点为挖土作业是连续的,生产效率较高;沟槽断面整齐;开挖单位土方量所消耗的能量低;在挖土的同时能将士自动地卸在沟槽一侧。
多斗挖土机不宜开挖坚硬的土和含水量较大的土,宜于开挖黄土、粉质粘土和砂质粉土等。
(3)开挖质量标准
(1)不抗动天然地基或地基处理符合设计要求。
(2)槽壁平整、边坡坡度符合施设计规定。
(3)沟槽中心每侧净宽不应小于管道沟槽底部开挖宽度的一半。
(4)种底高程允许偏差:
开挖土方时为±20mm,开挖石方时为+20mm,-200mm。
(四)沟槽、基坑土方工程机械化施工方案的选择大型程的土方工程施中应合理地选择机械,使各种机械在施工中配合协调,充分发挥机械效率,保证程质量、加快施工速度、降低工程成本,因此,在施工前要经过经济和技术分析比较制定出合理的施工方案用以指导施工。
1.制定施工方案的依据
(1)工程类型及规模;
(2)施工现场的工程及水文地质情况;
(3)现有机械设备条件;
(4)工期要求。
2.施工方案的选择
在大型管沟、基坑施工中,可根据管沟、基坑深度土质地下水及土方量等情况,结合现有机械设备的性能、适合条件,采取不同的施工方法。
开挖沟嘈常优先考虑采用挖沟机,以保证施工质量,加快施工进度,也可以用反向挖土机挖土,照据管沟情况,采取沟端开挖或沟侧开挖。
大型基坑施工可以采用正铲挖土机挖土自卸汽车运土;当基坑有地下水时,可先正铲挖土机开挖地下水位以上的土,再用反向铲或拉铲或抓铲开挖地下水位以下的土。
采用机械挖土时,为了不使地基土遭到破坏,管沟或基坑底部应留20~30cm厚土层,由人工清理整平。
3.挖沟机的生产率计算
挖沟机的生产率为:
Q=0.06·n·q·Kc·1/Ks·K·Kh(1-28)
式中Q---挖沟机的生产率,m3/h;
n---土斗每分钟挖掘次数;
q---土斗容量,L
Kc---土斗充盈系数;
Ks---
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