土方工程施工ppt课件.ppt
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1、 第二章:土方工程施工 土方工作的主要内容:土方工作的主要内容:主要工作:挖、运、填、压(平)主要工作:挖、运、填、压(平)准备工作:施工排、降水准备工作:施工排、降水辅助工作:土壁支护辅助工作:土壁支护思考思考1:要建造一栋民用住宅楼,要建造一栋民用住宅楼,第一步要做什么?第一步要做什么?常见的土方工程:常见的土方工程:场地平整场地平整基坑(槽)及管沟开挖基坑(槽)及管沟开挖地下工程大型土方开挖地下工程大型土方开挖土方填筑土方填筑思考思考2:你见过哪些土方工程?你见过哪些土方工程? 施工设计应注意 (1)摸清施工条件,选择合理的施工方案与机械; (2)合理调配土方,使总施工量最少; (3)合
2、理组织机械施工,以发挥最高效率; (4)作好道路、排水、降水、土壁支撑等准备及辅助工作; (5)合理安排施工计划,避开冬、雨季施工; (6)制定合理可行的措施,保证工程质量和安全。 主要内容主要内容学习单元学习单元1:认识土的工程性质认识土的工程性质学习单元学习单元2:计算土方工程量计算土方工程量学习单元学习单元3:土方开挖(施工排降水、基坑支护)土方开挖(施工排降水、基坑支护)学习单元学习单元4:填筑土方并压实填筑土方并压实 学习单元学习单元1:土的类别及土的工程性质:土的类别及土的工程性质工作任务工作任务1:判断土的类别:判断土的类别 一、一、 根据土的颗粒大小可分为:根据土的颗粒大小可分
3、为:岩石、碎石土、砂土、粉土、岩石、碎石土、砂土、粉土、粘性土粘性土。详细的分类,见。详细的分类,见岩土工程勘察规范岩土工程勘察规范 GB50021-2001 二、二、 根据土的开挖难易程度分为:根据土的开挖难易程度分为:松软土、普通土、坚土松软土、普通土、坚土等八大类等八大类。 1.1.2 1.1.2 土的工程分类土的工程分类土的分类土的级别土的名称开挖方法及工具一类土松软土I砂土、粉土、冲积砂土层、疏松的种植土、淤泥(泥炭)用锹、锄头挖掘,少许用脚蹬二类土普通土II粉质粘土;潮湿的黄土;夹有碎石、卵石的砂;种植土、填土用锹、锄头挖掘,少许用镐翻松三类土坚土III软及中等密实粘土;重粉质粘土
4、、砾石土;干黄土、含有碎石卵石的黄土、粉质粘土;压实的填土主要用镐,少许用锹、锄头挖掘,部分用撬棍四类土砂砾坚土IV坚硬密实的粘性土或黄土;含碎石卵石的中等密实的粘性土或黄土;粗卵石;天然级配砂石;软泥灰岩整个先用镐、撬棍,后用锹挖掘,部分用楔子及大锤 五类土软石VVI硬质粘土;中密的页岩、泥灰岩、白奎土;胶结不紧的砾岩;软石灰及贝壳石灰石用镐或撬棍、大锤挖掘,部分使用爆破方法六类土次坚石VIIIX泥岩、砂岩、砾岩;坚实的页岩、泥灰岩,密实的石灰岩;风化花岗岩、片麻岩及正长岩用爆破方法开挖,部分用风镐七类土坚石XXIII大理石;辉绿岩;粉岩;粗、中粒花岗岩;坚实的白云岩、砂岩、砾岩、片麻岩、石
5、灰岩;微风化安山岩;玄武岩用爆破方法开挖八类土特坚石XIVXVI安山岩;玄武岩;花岗片麻岩;坚实的细粒花岗岩、石英岩、辉长岩、粉岩、角闪岩用爆破方法开挖 1.1.2 土的工程分类土的工程分类按开挖的难易程度分为八类 一类土(松软土) 二类土(普通土) 三类土(坚土) 四类土(砂砾坚土) 机械或人工直接开挖机械或人工直接开挖 五类土(软石)五类土(软石) 六类土(次坚石)六类土(次坚石) 七类土(坚石)七类土(坚石) 八类土(特坚石)八类土(特坚石)爆破开挖爆破开挖 学习单元学习单元1 1:土的类别及土的工程性质:土的类别及土的工程性质 思考思考2:在施工现场如何对土的类在施工现场如何对土的类别
6、进行简易判别?别进行简易判别? 学习单元学习单元1:土的类别及土的工程性质:土的类别及土的工程性质 工作任务工作任务2:认识土的工程性质:认识土的工程性质一、土的天然含水量一、土的天然含水量二、土的天然密度二、土的天然密度三、土的干密度三、土的干密度四、土的可松性四、土的可松性五、土的渗透性五、土的渗透性 一、土的天然含水量一、土的天然含水量土的天然含水量土的天然含水量是指土中水的质量与土的固体颗粒之间的质量比,是指土中水的质量与土的固体颗粒之间的质量比,以百分数表示。以百分数表示。 mw 土中水的质量; ms 土中固体颗粒的质量%100smm土的含水量测定方法:土的含水量测定方法: 把土样称
7、量后放入烘箱内进行烘干(把土样称量后放入烘箱内进行烘干(100100105105C C),直至重量不在),直至重量不在减少为止,称量。第一次称量为含水状态土的质量,第二次称量为减少为止,称量。第一次称量为含水状态土的质量,第二次称量为烘干后土的质量烘干后土的质量msms,利用公式,利用公式 可计算出土的天然含水量。可计算出土的天然含水量。如何测定土的含水量?如何测定土的含水量? 一、土的天然含水量一、土的天然含水量土的含水量表示土的干湿程度。土的含水量表示土的干湿程度。土的含水量:土的含水量:5%以内,干土;以内,干土; 530%以内,潮湿土;以内,潮湿土; 大于大于30%,湿土。,湿土。各类
8、土的最佳含水量如下:各类土的最佳含水量如下:砂土为砂土为8%12%;粉土为;粉土为9%15%;粉质粘土为粉质粘土为12%15%;粘土为;粘土为19%23%。 工程意义:工程意义:含水量对于挖土的难易,施工时边坡稳定及回填土的夯含水量对于挖土的难易,施工时边坡稳定及回填土的夯实质量都有影响。实质量都有影响。 例:例:测定土的含水量时,用环刀法取样,如图测定土的含水量时,用环刀法取样,如图1-11-1所示。土样取出后,所示。土样取出后,放在天平上称量质量放在天平上称量质量300g300g,然后放入烘箱内进行烘干,烘干后质量,然后放入烘箱内进行烘干,烘干后质量为为250g250g,已知环刀自重,已知
9、环刀自重50g50g,求土的天然含水量。,求土的天然含水量。解:解:土中固体颗粒的质量土中固体颗粒的质量m ms s =250-50=200g =250-50=200g 土中水的质量土中水的质量m mw w =300-250=50g =300-250=50g 土的天然含水量:土的天然含水量:土环刀图1-1环刀法采集土样示意图%25%10020050%100swmm 二、土的天然密度二、土的天然密度土的天然密度土的天然密度 天然密度是指土天然密度是指土 在天在天 然状态下单位然状态下单位体积的质量,用体积的质量,用表示,即表示,即vm土的总体积气水土气水土图1-2mmgvm m土体的质量;土体的
10、质量;V V土的天然体积。土的天然体积。土的密度一般用土的密度一般用环刀法测定环刀法测定,用一个体积已知的环刀切入土样中,上,用一个体积已知的环刀切入土样中,上下端用刀削平,称出质量,减去环刀的质量,与环刀的体积相比,即下端用刀削平,称出质量,减去环刀的质量,与环刀的体积相比,即得到土的天然密度。得到土的天然密度。如何测定土的密度?如何测定土的密度? 三、土的干密度三、土的干密度土的干密度:土的干密度:指单位体积土中固体颗粒的质量,用指单位体积土中固体颗粒的质量,用d表表示,即示,即 vmds m mS S土中固体颗粒的质量土中固体颗粒的质量 V V土的天然体积土的天然体积干密度工程意义:在填
11、土压实时,土经过打夯,质量不干密度工程意义:在填土压实时,土经过打夯,质量不变,体积变小,干密度增加,我们通过测定土的干密度变,体积变小,干密度增加,我们通过测定土的干密度d,从而可判断土是否达到要求的密实度。,从而可判断土是否达到要求的密实度。干密度对土方施工干密度对土方施工有什么影响?有什么影响? 四、土的可松性四、土的可松性土的最初可松性:土的最初可松性:天然土经开挖后,其体积因松散而增天然土经开挖后,其体积因松散而增加,虽经振动夯实,仍然不能完全复原,土的这种性质加,虽经振动夯实,仍然不能完全复原,土的这种性质称为土的可松性。称为土的可松性。KSKS、KSKS土的最初、最终可松性系数土
12、的最初、最终可松性系数V1V1土在自然状态下的体积土在自然状态下的体积V2V2土经开挖成松土经开挖成松 散状态下的体积散状态下的体积V3V3土经压土经压( (夯夯) )实后的体积实后的体积土的最初可松性系数土的最初可松性系数KS是计算车辆装运土方体积及挖土机械的主要是计算车辆装运土方体积及挖土机械的主要参数;参数;土的最终可松性系数土的最终可松性系数是计算填方所需挖土工程量的主要参数,是计算填方所需挖土工程量的主要参数,各类土的可松性系数见表各类土的可松性系数见表1.1所示。所示。 土的可松性对土方土的可松性对土方施工有什么影响?施工有什么影响?12VVKs 31sVKV (二)土的工程分类及
13、性质(二)土的工程分类及性质 (4)可松性可松性 土的可松性:天然土经开挖后,其体积因松散而增加,以后虽经回天然土经开挖后,其体积因松散而增加,以后虽经回填压实,仍然不能恢复成原来体积填压实,仍然不能恢复成原来体积3211(1 1)(1 2)ssVVKKVV (二)土的工程分类及性质(二)土的工程分类及性质 (4)可松性可松性 土的可松性:天然土经开挖后,其体积因松散而增加,以后虽经回天然土经开挖后,其体积因松散而增加,以后虽经回填压实,仍然不能恢复成原来体积填压实,仍然不能恢复成原来体积3211(1 1)(1 2)ssVVKKVV最初可松最初可松性系数性系数土挖出后松土挖出后松散状态下的散状
14、态下的体积体积土在天然状土在天然状态下的体积态下的体积 (二)土的工程分类及性质(二)土的工程分类及性质 (4)可松性可松性 土的可松性:天然土经开挖后,其体积因松散而增加,以后虽经回天然土经开挖后,其体积因松散而增加,以后虽经回填压实,仍然不能恢复成原来体积填压实,仍然不能恢复成原来体积3211(1 1)(1 2)ssVVKKVV最后可松最后可松性系数性系数土经压实后土经压实后的体积的体积 (二)土的工程分类及性质(二)土的工程分类及性质 (4)可松性可松性 土的可松性:天然土经开挖后,其体积因松散而增加,以后虽经回天然土经开挖后,其体积因松散而增加,以后虽经回填压实,仍然不能恢复成原来体积
15、填压实,仍然不能恢复成原来体积3211(1 1)(1 2)ssVVKKVV 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,仍不能恢复成原来的体积.土的这种性质称为可松性. 土的可松性大小用可松性系数表示:式中 :Ks 最初可松性系数;Ks 最终可松性系数; V1土在自然状态下的体积(天然密实土); V2土经开挖后松散状态下的体积(松土); V3土经回填压实后的体积(压实土)。 V V1 1 V V3 3 V V2 2 1 K 1 KS S K KS S( (三三) )土的可松性土的可松性: :312VVV3211(1 1)(1 2)ssVVKKVV 说明:(1)计算土方量:用
16、天然密实土的体积 V1 (2)土方运输:用松土的体积 V2,考虑 KS (3)土方回填:用压实土的体积 V3 ,考虑 KS 土的类型土的类型KsKs 一类土一类土 1.08 1.171.171.01 1.03 二类土二类土 1.14 1.241.02 1.05 三类土三类土 1.24 1.30 1.04 1.07 四类土四类土 1.26 1.451.06 1.20 五类土五类土 1.30 1.50 1.10 1.30 六类土六类土 1.45 1.501.28 1.30土的可松性系数 案例案例 1208m3某基坑某基坑208m3 ,现需回填,用现需回填,用2m3 的装载车从附近运土,的装载车从附
17、近运土,问需要多少车次的土?问需要多少车次的土? ( KS=1.20 , KS=1.04 )答:填方用土:答:填方用土: V1 = V3/ KS=208/1.04=200m3(原状土)原状土) V2 = KS V1 =1.02*200=240m3(松散土)松散土) 2m3 的装载车运土需要车次:的装载车运土需要车次: n=240/2=120车次车次 四、土的可松性四、土的可松性例:例:建筑物外墙为条形毛石基础,基础平均截面面积为建筑物外墙为条形毛石基础,基础平均截面面积为3.0m2,基坑深基坑深2.0m,底宽为,底宽为1.5m,地基为亚粘土,计算,地基为亚粘土,计算100延米长的基槽土方挖延米
18、长的基槽土方挖方量、填土量和弃土量方量、填土量和弃土量。(。(Ks=1.30,K/s =1.05)解:解:33334033 .1)190500(19005.13005003001000 .350010022)115 .1 (5 .1mmmm弃土量填方量基础体积挖方量 (二)土的工程分类及性质(二)土的工程分类及性质 (4)可松性可松性 例题:已知基坑体积例题:已知基坑体积2000m3,基础体积,基础体积1200 m3,土的最初可松性系数,土的最初可松性系数1.14,最后可松性系,最后可松性系1.05。问应外运多少松土?。问应外运多少松土? (二)土的工程分类及性质(二)土的工程分类及性质 (4
19、)可松性可松性 例题:已知基坑体积例题:已知基坑体积2000m3,基础体积,基础体积1200 m3,土的最初可松性系数,土的最初可松性系数1.14,最后可松性系,最后可松性系1.05。问应外运多少松土?。问应外运多少松土?回填土V3:2000-1200=800 m3预留原土 :800/1.05=762m3多余原土:2000-762=1238 m3外运松土:12381.14=1411 m331sVKV21sVKV (二)土的工程分类及性质(二)土的工程分类及性质 (4)可松性可松性 例题:已知基坑体积例题:已知基坑体积2000m3,基础体积,基础体积1200 m3,土的最初可松性系数,土的最初可
20、松性系数1.14,最后可松性系,最后可松性系1.05。问应外运多少松土?。问应外运多少松土?全部松土:20001.14=2280 m3 其中用于回填 x ,外运2280- x x 对应原土: x /1.14, 对应回填土x /1.141.05已知x /1.141.05 =2000-1200,则x=869 m321sVKV可得外运松土=2280- 869=1411 m3 31sVKV 土体孔隙中的自由水在重力作用下会产生流动,土体被水透过的性质称为渗透性.土的渗透性是土的水力学主要性质之一.( (五五) )土的渗透性土的渗透性: :L Lh h2 2h h1 1v vA AB B达西达西(H.D
21、arcy)(H.Darcy)定律定律: :V=K V=K = K = KI I h h1 1-h-h2 2 L L式中式中: : I I= = = - = -称为水力坡度称为水力坡度 ; ; K- K-渗透系数渗透系数(m/h,m/d) (m/h,m/d) 为一比例系数为一比例系数, , 当当 I I =1.0=1.0时时, , V=KV=Kh h1 1-h-h2 2 L L h h L L 土的类型土的类型K (m/d)土的类型土的类型K (m/d) 漂石漂石(无砂质充填无砂质充填) 500 10001000 粉粉 砂砂0.5 1 卵卵 石石 100 500 黄黄 土土0.25 0.5 砾砾
22、 石石 50 150 粘砂土粘砂土0.1 0.5 粗粗 砂砂 20 50 轻砂粘土轻砂粘土0.05 0.1 中中 砂砂 5 20 重砂粘土重砂粘土0.001 0.05 细细 砂砂 1 5 粘粘 土土6m,或土质不良。,或土质不良。环状:在坑槽四周布置。用于面积较大的基坑。环状:在坑槽四周布置。用于面积较大的基坑。 工作任务工作任务3:编制施工降水方案:编制施工降水方案2)高程布置)高程布置(图图)井管埋深:井管埋深:H埋埋H1hiL。 H1埋设面至坑底距离;埋设面至坑底距离;h降水后水位线至坑底最小距离降水后水位线至坑底最小距离(一般可取一般可取0.5-1m);i地下水降落坡度,环状地下水降落
23、坡度,环状1/10,线状,线状1/5;L井管至基坑中心井管至基坑中心(环状环状)或另侧或另侧(线状线状)距离。距离。当当H埋埋6m时:降低埋设面或采用二级井点或改用其它井点。时:降低埋设面或采用二级井点或改用其它井点。 工作任务工作任务3:编制施工降水方案:编制施工降水方案(3)轻型井点的计算)轻型井点的计算1)涌水量的计算)涌水量的计算判断井形按照滤管与判断井形按照滤管与不透水层的关系不透水层的关系完整井完整井到不透水到不透水层层非完整井非完整井未到不未到不透水层透水层.按照是否承压水层:按照是否承压水层:承压井或无压井承压井或无压井 工作任务工作任务3:编制施工降水方案:编制施工降水方案无
24、压完整井群井井点计算无压完整井群井井点计算 Q1.366K(2HS)S / (lgRlgX0) (m3/d)K土层渗透系数土层渗透系数(m/d);H含水层厚度含水层厚度(m);S水位降低值水位降低值(m);R抽水影响半径抽水影响半径(m),R=1.95S(HK)1/2;X0环状井点系统的假想半径环状井点系统的假想半径(m);当长宽比当长宽比A/B 5时,时,X0=(F/)1/2,否则分块计算涌水量,否则分块计算涌水量再累加。再累加。 F井点系统所包围的面积。井点系统所包围的面积。 工作任务工作任务3:编制施工降水方案:编制施工降水方案无压非完整井群井系统涌水量计算无压非完整井群井系统涌水量计算
25、以有效影响深度以有效影响深度H0代替含水层厚度代替含水层厚度H用上式计算用上式计算Q。当。当H0值超过值超过H时,取时,取H0H;计算;计算R时,也应以时,也应以H0代入代入 H0的确定方法:的确定方法:s/(s+l) 工作任务工作任务3:编制施工降水方案:编制施工降水方案2)确定井管的数量与间距)确定井管的数量与间距单井出水量:单井出水量:q65d l K1/3 ( /d)d、l滤管直径、长度滤管直径、长度(m);最少井点数:最少井点数:n1.1Q / q(根根)1.1备用系数。备用系数。3)最大井距:最大井距:DL总管总管 / n(m);4)确定井距:确定井距: 15d井距井距DD,且符合
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