水工程施工教案.doc

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1、水工程施工教案课程名称：水工程施工 第 1 周，第 1 讲次摘 要授课题目（章、节）第一篇 给水排水工程施工技术与常用设备安装第一章 土石方工程与地基处理1.1 土的工程性质及分类1.2场地平整施工本讲目的要求及重点难点：【目的要求】通过本讲课程学习，掌握土的性质、分类，掌握土方量计算【重 点】土的工程性质；确定开挖断面及土方量计算【难 点】确定开挖断面及土方量计算内 容【本讲课程的引入】水工程施工是研究有效地建造水工程构筑物、管道、设备地理论、方法和施工机具的应用性学科。主要包括三部分内容：水工程施工技术与常用设备安装；水工程施工组织与概（预）算；水工程项目建设管理。任务是使学生获得有关水工

2、程的施工方法与组织管理基本知识，掌握给水排水构筑物和管道工程的施工技术、质量标准及验收方法；掌握所用材料及管材的性能、规格及检验；了解基本建设程序和施工组织设计的编制方法等,为今后从事设计、施工和工程管理等工作打下良好基础。【本讲课程的内容】第一章：土石方工程与地基处理学习目的和要求：掌握土的性质、分类，掌握土方量计算；掌握沟槽、基坑开挖断面的确定及土方量计算，熟悉施工机械的选择及土方回填，了解地基处理及土石方爆破施工。重点和难点：土的工程性质，确定开挖断面及土方量计算，施工机械的选择及土方密实度测定等。土石方工程是工程施工中的主要项目之一，土方开挖、填筑、运输等工作所需的劳动量和机械动力消耗

3、均很大，往往是影响施工进度、成本及工程质量的因素。土石方工程施工具有以下特点：1. 影响因素多且施工条件复杂；2. 面大量广且劳动繁重；3. 质量要求高，与相关施工过程紧密配合。主要内容有： （1）场地平整 其中包括确定场地设计标高，计算挖、填土方量，合理地进行土方调配等。 （2）开挖沟槽、基坑、竖井、隧道、修筑路基、堤坝，其中包括施工排水、降水，土壁边坡和支护结构等。 （3）土方回填与压实 其中包括土料选择，填土压实的方法及密实度检验等。 此外，在土方工程施工前，应完成场地清理，地面水的排除和测量放线工作；在施工中，则应及时采取有关技术措施，预防产生流砂、管涌和塌方现象，确保施工安全1.1土

4、的工程性质及分类1、土的分类：依开挖难易程度分为八类。具体见表1-1所示。粘性土物理性质界限含水量塑性指数和液性指数塑性指数：IpWLWp；液性指数：IL（WWp）/ Ip根据液性指数，对粘土划分：坚硬：IL0；硬塑：0 IL0.25；可塑：0.25 IL0.75；软塑：0.751.0。土的工程分类碎石土：粒径大于2mm的颗粒超过总重50的土砂土：粒径大于2mm的颗粒含量不超过总重50、粒径大于0.075mm的颗粒超过全重50的土。粉土：Ip小于或等于10，而粒径大于粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过全重50的土。粘性土：Ip大于10的土人工填土：人类活动而形成的堆积物。2土的工程性质影响

5、工程施工的土的性质：土的密度（重度）、含水量、渗透性和可松性。 重度主要为：天然重度和干重度以及最大干重度。 土的质量密度 mms+mw+mam-土质量；ms-土粒质量；mw土中水的质量；ma土中气的质量（约为0）。 土的含水量定义：wmw / ms *100%影响因素： 土方施工方法的选择，边坡的稳定，回填土的质量。 回填土的回填质量的影响更为明显：回填土的质量控制为获取最大干重度，而最大干重度的获得必需有最佳含水量，方能将土夯压密实。土的渗透性定义：是指水在土体中渗流的性能。一般用渗透系数K表示。土的可松性定义：土具有可松性，即在自然状态下的土，经过开挖后，其体积因松散而增加，以后虽然回填

6、压实，仍不能恢复其原有的体积。这里讲的回填压实土的体积是在上述开挖的土的体积。土的可松性程度用可松性系数表示，即：最初可松性系数：最终可松性系数： 用途土方量的平衡调配，确定运土机具的数量及弃土体积，以及计算基坑填土所需的填方量。计算挖土的体积：实际的基坑大小，即指在自然状态下土的体积V1。机具运土的体积：开挖后松散体积 V2 即V2=Ks* V1现场预留土方量作为回填土：基坑回填体积=基坑体积基础在基坑内的体积因为V1V3 / Ks 有：V2V3 / Ks* Ks土的压缩性定义：地基土在压力作用下体积减少的性质，称为土的压缩性。土的抗剪强度定义：指土抵抗剪力破坏的能力影响及应用土方边坡：表示

7、方法为1：m；m为坡度系数，即m1.2场地平整施工组织场地平整施工，一般需要包括：计算场区挖填土方工程量，确定挖填土方的调配，选择施工机械及拟定施工方案等。场地平整应以建设工程的规模和性质，厂区设计的标高，现场地形地貌，施工期限和技术力量等条件为依据。场地平整施工前，需做好以下准备工作：清理场地；排除地面积水；修筑临时道路以供机械进场和土方运输等。1场地土方量计算：为了制定施工方案，对填挖方进行合理调配，同时也是检查及验收实际土方量的依据。土方量的计算方法：有方格网法和断面法方格网法：方格网大小（aa）：10m10m，15m15m，20m20m，25m25m，30m30m，35m35m，40m

8、40m，45m45m，50m50m。在场地设计标高确定后，需平整的场地各角点的施工高度即可求得，然后按每个方格角点的施工高度计算出填、挖土方量，并计算场地边坡的土方量，这样可以求得整个场地的填、挖土方总量。填挖土方的计算首先要知道“零线”的位置，在该线上，施工高度为0。 “零线”：挖方区与填方区的交线。即不填不挖的交线。确定方法：在相邻角点施工高度为一挖一填的方格边线上，用插入法求出零点位置（图1-7），将各相邻的零点连接起来就为零线。a四方棱柱体的体积计算方法：方格四个角点全部为填或全部为挖时（图1-8a）： 式中： V挖方或填方体积（m3）； H1、H2、H3、H4方格四个角点的填挖高度，

9、均取绝对值（m）；方格四个角点，部分为填方、部分为挖方时（图1-8b、c）方法一： 式中：H挖（填）方格角点中填（挖）方施工高度的总和，取绝对值（m）； H 方格四角点施工高度之总和，取绝对值（m）； a方格边长（m）。b三角棱柱体法 三角棱柱体法，是将每一个方格顺地形的等高线沿对角划分成两个三角形，然后计算每一个三角棱柱体的土方量。 当三角形为全挖或全填时（图1-3a）： 当三角形有填有挖时（图1-3b），则其零线将三角形分成两部分，一个是底面为三角形的锥体，一个是底面为四边形的楔体。 土方量计算分别为： 断面法 （略）边坡土方量计算场地平整时，还要计算边坡土方量，其计算步骤如下：标出场地四

10、个角点A、B、C、D填、挖高度和零线位置；根据土质确定填、挖边坡的坡度系数（边坡率）m ；计算出四个角点的放坡宽度计算边坡的土方量。土方量经计算汇总求得全部挖方量和全部填方量后，尚需考虑土壤的松散率、压缩率、沉降量等因素对土方量的影响（查手册资料）并进行调整。按照调整后的土方量，即可着手土方的综合平衡调配。2土方的平衡调配土方的平衡调配：对挖土、填土、堆弃或移运之间的关系进行综合协调，以确定土方的调配数量及调配方向。目的：使土方运输量或土方运输成本最低。土方平衡调配的原则a应力求达到挖、填平衡和运距最短；b调配区划分应该与建筑物和建筑物的平面位置相协调，并考虑它们的分期施工顺序，对有地下设施的

11、填土，应留土后填；c好土要用在回填质量要求高的地区；d分区调配应与全场调配相协调；e取土或弃土应尽量少占或不占农田及便利机械施工等。土方平衡调配图表的编制主要工作内容：划分土方调配区，计算土方的平均运距和单位土方的运价，编制土方调配图表，确定土方的最优调配方案。土方调配区划分原则： 1）应力求挖填平衡、运距最短、费用最省； 2）便于改土造田、支援农业； 3）考虑土方的利用，以减少土方的重复挖填和运输。 计算调配区之间的平均运距a定义：平均运距就是指挖方区土方重心至填方区重心的距离。因此，求平均运距，需先求出每个调配区重心。b方法：取场地或方格网中的纵横两边为坐标轴，分别求出各区土方的重心位置，

12、即： ； 式中： X0、Y0 挖或填方调配区的重心坐标； V 每个方格的土方量； x、y 每个方格的重心坐标。重心求出后，则标于相应的调配区图上，然后用比例尺量出每对调配区之间的平均运距绘土方调配图表，求土方调配最优方案3场地平整施工方法场地平整施工过程包括：土方的开挖、运输、填筑与压实等，当遇有坚硬土层、岩石或障碍物时，还常需爆破。场地平整的施工方法：在大面积平整时，常采用机械施工。常用的机械有推土机、铲运机和单斗挖土机。1.3.1 推土机施工1.3.1.1 推土机的适用范围 1、性能：构造简单，操作灵活，运转方便，所需工作面较小，功率较大，行驶速度较快，易于转移，能爬300的缓坡。 2、适

13、用范围：挖土深度不大的场地平整，铲土并能运送至弃土区；开挖深度不大于1.5m的基坑；回填基坑或沟槽；堆筑高度在1.5m以内的路基、堤坝；平整其他机械卸置的土堆；推送松散的硬土、岩石和冻土；配合铲运机施工，为挖土机清理余土和创造工作面。推土机的运距宜在100m以内，经济运距为4060m。1.3.1.2 提高推土机生产率的方法 （1）下坡推土 （2）并列推土 （3）分批集中，一次推送 （4）槽形推土1.3.2 铲运机施工1.3.2.1 铲运机的适用范围1、性能：铲土、运土、卸土、填筑、压实。 2、适用范围：大面积的场地平整，开挖大型基坑、沟槽，以及填筑路基、堤坝。铲运机的铲斗容量为2.58m3,自

14、行式铲运机的经济运距为8001500m。 1.3.2.2 铲运机的运行路线 环形路线和“8”字路线1.3.2.3 提高铲运机生产率的措施 (1)下坡铲土 (2)挖近填远，挖远填近 （3）推土机助铲 （4）双联铲运法 （5）挂大斗铲运 （6）跨铲法1.3.3 挖土机（下节介绍）4填土与压实为了保证填土的强度和稳定性，填土前应对填土区基底的垃圾和软弱土层进行清理压实；在水田、池塘及沟渠上填土时，先需排水疏干，对地基进行处理。还必须正确选择土料及填筑、压实方法。回填土料应符合：含水量大的粘土，不宜作填土用；碎石类土、砂土和爆破石渣等，可用于表层以下的填料；对碎块草皮和有机质含量大于8的土，仅用于无压

15、实要求的填方区。填土压实方法一般有：碾压、夯实、振动压实及利用运土工具压实等方法。（1）碾压法，适用于大面积填土，如场地平整、路基、堤坝等工程每次碾压要有150200的重叠。 （2）夯实法，适用于小面积填土，夯实厚度一般在200以内。 （3）振动法【本讲课程的小结】今天我们主要讲了土的工程性质及分类；以及场地平整，重点是土的性质分类，及场地平整土方量的计算。【本讲课程的作业】1场地土方量计算及调配课程名称：水工程施工 第 2周，第 2 讲次摘 要授课题目（章、节）第一篇 给水排水工程施工技术与常用设备安装第一章 土石方工程与地基处理1.3 沟槽、基坑开挖1.4 沟槽及基坑支撑1.5 土方回填1

16、.6地基处理1.7土石方爆破施工本讲目的要求及重点难点：【目的要求】通过本讲课程学习，掌握沟槽、基坑开挖断面的确定及土方量计算，熟悉施工机械的选择及土方回填，了解地基处理及土石方爆破施工【重 点】沟槽、基坑开挖断面的确定及土方量计算，施工机械的选择及土方回填。【难 点】开挖断面选择及土方密实度测定。内 容【本讲课程的引入】 上讲课了场地平整，这次课讲沟槽、基坑的开挖以及土方回填等【本讲课程的内容】 1.3 沟槽、基坑开挖1.3.1沟槽与基坑断面选择及土方量计算1沟槽断面形式有：直槽、梯形槽、混合槽等。当有2条或多条管道共同埋设时，还需采用联合槽。正确选择沟槽开挖断面，可为后续施工创造良好条件，

17、减少开挖量，选择沟槽断面依据：a土的种类；b地下水情况；c现场条件及施工方法；d设计规定的基础；e管道断面尺寸、长度及埋设深度等。沟槽底宽WB2bB管道基础宽（m）；b工作宽度（m）2土方量的计算：根据选定的断面及两相邻断面间距离，按其几何体积计算出区段间沟槽土方量，将各区段计算结果汇总，求得沟槽开挖的总土方量。基坑土方量可按其几何体积计算，计算时其断面底宽，每侧工作宽度为12m。计算方法可参照前节所述。1.3.2土方开挖的机械施工有单斗挖土机和多斗挖土机适于开挖场地为一四类、含水量不大于27的丘陵地带土壤及经爆破后的岩石和冻土。多使用在挖土高度一般在3m以上，运输距离超过1km，土方量大且集

18、中的工程。一般挖土机作业时，需配合自卸汽车运土，并在卸土区准备推土机平整土堆。1.3.2.1单斗挖土机施工 种类：正铲、反铲、拉铲和抓铲 1 正铲挖土机（1）正铲的性能 定义：一般只用于开挖停机面上的土体，需要设置进出口通道。 适用：土质较好、无地下水的地区工作。（2）正铲挖土和卸土的方式 正向挖土、后方卸土和正向挖土、侧向卸土（3）正铲挖土机的工作面及开行通道 挖土机在停机点所能开挖的土方面称为工作面。2 反铲挖土机定义：反铲挖土机是开挖停机面以下的土体，不需设置进出口通道。适用：开挖小型基坑、基槽和管沟。尤其适用于开挖独立柱基，以及泥泞的或地下水位较高的土体。3 拉链挖土机装置简单，可由起

19、重机改装，开挖方式基本上与反铲挖土机相似。4 抓铲挖土机一般由正、反铲液压式挖土机更换铲土斗换上合瓣式抓斗而成，也可由履带式起重机改装。适用：挖掘面积较小，深度较大的沟槽沉井或独立柱基的基坑，最适宜于进行水下挖土，如放置在驳船上，开挖地面水取水构筑物基础水下土石方。1.3.2.2多斗挖土机施工又称挖沟机、纵向多斗挖土机。与单斗比较优点有：挖土作业连续，生产效率高；开挖单位土方量能耗低；开挖沟槽底和壁较整齐；开挖时能将土自动卸在沟槽一侧。适用：开挖黄土，粉质粘土等；不宜开挖坚硬的土和含水量较大的土。1.3.3土方施工发生塌方与流砂的处理1边坡塌方：沟槽、基坑边坡的稳定主要由土体内摩擦力和粘结力来

20、保持平衡的。当土体失去平衡，边坡就会塌方。边坡塌方原因有：基坑、沟槽边坡放坡不足，边坡过陡，使土体本身稳定性不够。降雨、地下水或施工用水渗入边坡，使土体抗剪能力降低（主要原因）基坑、沟槽上边缘附近大量堆土或停放机具；或不合理开挖坡脚及受地表水、地下水冲蚀等，增加土体负担，降低了土体的抗剪强度引起2流砂的防治流砂的防治：在沟槽、基坑低于地下水位，且采用坑（槽）内抽水时，有时发生坑底下面的土形成流动状态，随地下水涌进坑内而产生流砂。在土方施工时必须消除地下水的影响。流砂防治的措施可有多种：水下挖土法、打钢板桩法、地下连续墙法等，而采用较广并较可靠的方法是人工降低地下水法。3滑坡体施工中的作业方法滑

21、坡体施工中的作业方法：首先对滑坡区的地质资料做好调查研究；选择正确施工顺序；拟定合理施工方法。在进行开挖和填方时，应注意：在靠近滑坡边沿处开挖土方在滑坡体上挖填土方时：挖方时，遵循由上至下开挖程序；填方时，遵守由下至上施工顺序。1.4沟槽及基坑支撑支撑是防止土壁坍塌的临时性挡土结构，由木材或钢材做成。支撑的荷载就是原土和地面荷载所产生的侧土压力。支撑结构应满足下列要求：a牢固可靠，进行强度和稳定性计算和校核。b保证安全前提下，节约用料，宜采用工具式钢支撑；c便于支设和拆除及后续工序的操作。1.4.1支撑种类及适用条件沟槽支撑形式有横撑、竖撑和板桩撑，开挖较大基坑时还采用锚碇式支撑等横撑和竖撑由

22、撑板（挡土板）、立柱和撑杠组成。横撑水平挡土板有断续式和连续式两种。竖撑为挡土板垂直连续放置。断续式横撑适于开挖湿度小的粘性土及挖土深度小于3m；连续式横撑适于较潮湿的或散粒土及挖深不大于5m的沟槽；竖撑用于松散的和湿度高的土，挖土深度可以不限。撑板（挡土板）分木制和金属制两种，立杆和横杠通常采用槽钢。在开挖较大基坑或使用机械挖土，而不能安装撑杠时，可改用锚碇式支撑。锚桩必须设置在土的破坏范围以外，挡土板水平钉在柱桩的内侧，柱桩一端打入土内，上端用拉杆与锚桩拉紧，挡土板内侧回填土。在开挖较大基坑，有部分地段下部放坡不足时，可用短桩横隔板支撑或临时挡土墙支撑，以加固土壁。1.4.2支撑的计算包括

23、确定撑板、立柱（或横木）和撑杠的尺寸。通常支撑构件的尺寸取决于现场已有材料的规格，因此，支撑计算只是对已有构件进行校核，根据校核适当调整立柱和横撑的间距，以确定支撑的形式。施工现场常采用的支撑构件尺寸为：木撑板：26m，宽度2030cm，厚50cm；横木截面：10cm15cm20cm20cm（视槽宽定）；立柱截面： 10cm15cm20cm20cm（视槽深定）；槽深5时，可划分成若干计算单元，长度按（45）B考虑；当L1.5R时，也可取L1.5R为一段进行计算；当形状不规则时应分块计算涌水量，再相加得总涌水量。渗透系数K一般据地质报告提供数值或参考p74表26数值。单根井点管涌水量q式中，d滤

24、管直径（m）；l滤管长度（m）；K渗透系数确定井点管数量与间距井点管所需根数： 式中1.1为考虑井点管堵塞等因素得备用系数井点管得间距 L1总管长度（m）求出的管距应大于15d，小于2m，并应与总管接头的间距（0.8m、1.2m、1.6m等）相吻合。抽水设备选择 一般多采用真空泵井点抽水设备，型号为V5、V6型 其中V5型总管长度100m，井点管数量为80根；V6型总管长度120m，井点管数量为100根。 4井点管的埋设与使用安装程序：按设计布置方案，先排放总管，然后再用弯联管把井点管与总管连接，最后安装抽水设备。井点管的埋设：用冲水管冲孔，或钻孔，孔径一般为300，以保证井管四周有一定厚度的砂滤层，冲孔深度宜比滤管底深0.5m，冲孔孔径上下一致，砂滤层宜用粗砂，以免堵塞管的网眼。砂滤层灌好后，距地面0.51.0m深度内，应用粘土封口捣实，防止漏气。井点管埋设完毕后，即可接通总管和抽水设备进行试抽水，检查无漏气、漏水现象，出水是否正常。轻型井点使用时，应保证连续不断抽水，若时抽时停，漏网易于堵塞；中途停抽，地下水回升，也会引起边坡塌方等事故。正常的出水规律为“先大后小，先浑后清”。2.2.2喷射井点2.2.3电渗井点2.2.4管井井点2.2.5深井井点2.2.6回灌井点2.2.7应用实例（p80（一）【本讲课程的小结】今天我们主要讲了第二章施工排