建筑工程技术基础知识.ppt
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1、建筑工程技术基础知识 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望第一章建筑工程施工第一节土方和地基工程第二节打桩工程第三节基础工程第四节墙第五节楼地面工程第六节屋面工程第七节门窗工程一、概述土石方工程是建筑工程施工中主要的分部工程之一,它包括土、石方的开挖、运输、填筑、平整与压实等主要施工过程,以及场地清理、测量放线、施工排水、降水和土壁支护等准备与辅助工作。土石方施工的特点:1:土石方施工工程量大、面广。2:施工条件极为复杂。3:劳动强度较大。二、土的工程分
2、类土的工程分类 1:土的种类繁多,分类方法也较多,根据土的颗粒级:土的种类繁多,分类方法也较多,根据土的颗粒级配或塑性指数可分为碎石类土配或塑性指数可分为碎石类土(漂石土、块石土、卵石土、漂石土、块石土、卵石土、碎石土、圆砾土、角砾土碎石土、圆砾土、角砾土)、砂土、砂土(砾砂、粗砂、中砂、细砾砂、粗砂、中砂、细砂、粉砂砂、粉砂)和粘性土和粘性土(粘土、亚粘土、轻亚粘土粘土、亚粘土、轻亚粘土);2:根据土的沉积年代,粘性土可分为老粘性土、一般:根据土的沉积年代,粘性土可分为老粘性土、一般粘性土、新近沉积粘性土;粘性土、新近沉积粘性土;3:根据土的工程特性,又可分出特殊性土,如软土、:根据土的工程
3、特性,又可分出特殊性土,如软土、人工填土、黄土、膨胀土、红粘土、盐渍土、冻土等。不人工填土、黄土、膨胀土、红粘土、盐渍土、冻土等。不同的土,其物理、力学性质也不同,只有充分掌握各类土同的土,其物理、力学性质也不同,只有充分掌握各类土的特性及其对施工过程的影响,才能选择正确的施工方法。的特性及其对施工过程的影响,才能选择正确的施工方法。4:开挖难易程度:开挖难易程度 将土分为松软土、普通土、坚土、砂砾坚土、软石、将土分为松软土、普通土、坚土、砂砾坚土、软石、次坚石、坚石、特坚石八类,称为土的工程分类。前四类次坚石、坚石、特坚石八类,称为土的工程分类。前四类属一般土,后四类属岩石,土的分类法及其现
4、场鉴别方法属一般土,后四类属岩石,土的分类法及其现场鉴别方法见表见表11。土的分类 土 的 名 称 开挖方法 可松性系数 KS KS 一类土(松软土)砂、亚砂土,冲积砂土,种植土、泥炭(淤泥)能用锹、锄头挖掘 1.081.17 1.011.04 二类土(普通土)亚粘土,潮湿的黄土,夹有碎石、卵石的砂,种植土、填筑土及亚砂土 用锹、锄头挖掘,少许用镐翻松 1.141.28 1.021.05 三类土(坚土)软及中等密实粘土,重亚粘土,粗砾石,干黄土及含碎石、卵石的黄土、亚粘土,压实的填筑土 主要用镐,少许用锹、锄头,部分用撬棍 1.241.30 1.041.07 四类土(砂砾坚土)重粘土及含碎石、
5、卵石的粘土,粗卵石,密实的黄土、天然级配砂石,软的泥灰岩及蛋白石 用镐、撬棍,然后用锹挖掘,部分用楔子及大锤 1.261.37 1.061.09 五类土(软石)硬石炭纪粘土,中等密实的页岩、泥灰岩,白垩土,胶结不紧的砾岩,软的石灰岩 用镐或撬棍、大锤,部分使用爆破 1.301.45 1.101.20 六类土(次坚石)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 用爆破方法,部分用风镐 1.301.45 1.101.20 七类土(坚石)大理岩,辉绿岩,粗、中粒花岗岩,坚实的白云岩、砂岩、砾岩、片麻岩、石灰岩 用爆破方法 1.301.45 1.101.20 八类土(特坚石
6、)玄武岩,花岗片麻岩、坚实的细粒花岗岩、闪长岩、石英岩、辉绿岩 用爆破方法 1.451.50 1.201.30 土的性能1、土的组成土是由三种成分组成的复杂体。土的固体颗粒,称为固相。固体颗粒的大小、形状,矿物成分及其组成是决定土的物理性质的重要因素。填充土体骨架之间的水分,称为液相。土中的水处于固态、液态或气态含在空隙之间的空气,称为气相。与大气连通的空气对土的性质影响较小,封闭的气泡使土的弹性增大,透水性减小。2、土的质量密度分天然密度和干密度。土的天然密度,指土在天然状态下单位体积的质量;它影响土的承载力、土压力及边坡的稳定性。土的干密度,指单位体积土中固体颗粒的质量;它是用以检验填土压
7、实质量的控制指标。3、土的可松性土具有可松性。土的可松性是指在自然状态下的土经开挖后组织被破坏,其体积因松散而增大,以后虽经回填压实也不能恢复其原来体积的特性。由于土方工程量是以自然状态的体积来计算的,所以在土方调配、计算土方机械生产率及运输工具数量等的时候.必须考虑土的可松性。土的可松性程度用可松性系数表示,即:式中KS最初可松性系数;KS最后可松性系数;V1土在天然状态下的体积(m3);V2土经开挖后的松散体积(m3);V3土经回填压实后的体积(m3);在土方工程中,KS是计算土方施工机械及运土车辆等的重要参数,KS是计算场地平整标高及填方时所需挖土量等的重要参数。不同类型土的可松性系数可
8、参照表11。4、土的含水量土的含水量W是土中所含的水与土的固体颗粒间的质量比,以百分数表示:式中G1含水状态时土的质量;G2土烘干后的质量。土的含水量影响土方施工方法的选择、边坡的稳定和回填土的质量,如土的含水量超过2530,则机械化施工就困难,容易打滑、陷车;回填土则需有最佳含水量,方能夯压密实,获得最大干密度。6、土的渗透性土的渗透性是指水在土体中渗流的性能,一般以渗透系数K表示。从达西公式VKI可以看出渗透系数的物理意义:当水力坡度I等于1时的渗透速度v即为渗透系数K。渗透系数K值将直接影响降水方案的选择和涌水量计算的准确性,一般应通过抽水试验确定。土的渗透系数参考值土的种类K(m/d)
9、土的种类K(m/d)亚粘土、粘土0.1含粘土的中砂及纯细砂2025亚粘土0.10.5含粘土的细砂及纯中砂 3550含亚粘土的粉砂0.51.0纯粗砂5075纯粉砂1.55.0粗砂夹砾石50100含粘土的细砂1015砾石 1002007、土的自然倾斜角堆积土壤表面与水平面之间的夹角称为自然倾斜角。二、场地平整场地平整就是将拟建范围内的自然地坪,通过人工或机械平整改造成为设计所需要的平面。施工工艺现场查看清除杂物划定范围测量抄平土方计算挖填土方场地碾压验收场地土方量的计算1.场地设计标高H0的确定场地设计标高是进行场地平整和土方量计算的依据,也是总图规划和竖向设计的依据。合理地确定场地的设计标高,对
10、减少土方量和加速工程进度均具有重要的意义。如图123所示,当场地设计标高为H0时,填挖方基本平衡,可将土方移挖作填,就地处理;当设计标高为H1时,填方大大超过挖方,则需要从场外大量取土回填;当设计标高为H2时,挖方大大超过填方,则需要向场外大量弃土。因此,在确定场地设计标高时,应结合现场的具体条件反复进行技术经济比较,选择其中一个最优的方案。其原则是:(1)应满足生产工艺和运输的要求;(2)充分利用地形,分区或分台阶布置,分别确定不同的设计标高;(3)使挖填平衡,土方量最少;(4)要有一定泄水坡度(2),使能满足排水要求;(5)要考虑最高洪水位的影响。图123 场地不同设计标高的比较 如场地设
11、计标高无其他特殊要求时,则可根据填挖土方量平衡的原则加以确定,即场地内土方的绝对体积在平整前和平整后相等。其步骤如下:初步设计标高场地设计标高即为各个方格平均标高的平均值。可按下式计算:式中:H。所计算的场地设计标高(m);a方格边长(m);N方格数;H1l,H22任一方格的四个角点的标高(m)。图14场地设计标高H0计算示意图(a)方格网划分;(b)场地设计标高示意图1一等高线;2-自然地面,3一场地设计标高平面(a)(b)如令H11个方格仅有的角点标高;H22个方格共有的角点标高;H33个方格共有的角点标高;H44个方格共有的角点标高。则场地设计标高H0可改写成下列形式(1):土的可松性影
12、响。由于土具有可松性,一般填土会有多余,需相应地提高设计标高。(2):场内挖方和填方的影响。由于场地内大型基坑挖出的土方、修筑路堤填高的土方,以及从经济观点出发,将部分挖方就近弃于场外,将部分填方就近取土于场外等,均会引起挖填土方量的变化。必要时.亦需调整设计标高。(3):泄水坡度的影响。当按调整后的同一设计标高H0进行场地平整时,则整个地表面均处于同一水平面;但实际上由于排水的要求,场地表面需有一定的泄水坡度。因此,还得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所用的设计标高。(二)场地土方量计算1.计算场地各方格角点的施工高度各方格角点的施工高度(即挖、填
13、方高度)h0 hnHn-Hn 式中 hn该角点的挖、填高度,以“”为填方高度,以“”为挖方高度(m);Hn该角点的设计标高(m);Hn该角点的自然地面标高(m)。2.绘出“零线”方格线上的零点位置见图19,可按下式计算:式中:h1,h2相邻两角点挖、填方施工高度(以绝对值代入);a方格边长;x零点距角点A的距离。图19零点位置计算 3.场地土方量计算(1)四方棱柱体法1)全挖全填格式中:V挖方或填方的土方量(m);h1,h2,h3,h4方格四个角点的挖填高度,以绝对值代人(m)。2)部分挖部分填格土方调配与优化土方调配与优化划分土方调配区,计算平均运距或土方施工单价1调配区的划分2平均运距的确
14、定3土方施工单价的确定最优调配方案的确定三、基坑基槽土方开挖简单的工艺流程和开挖方法注意事项见P394396四、降水施工一、地面排水一、地面排水排除地面水(包括雨水、施工用水、生活污水等)常采用在基坑周围设置排水沟、截水沟或筑土堤等办法,并尽量利用原有的排水系统,或将临时性排水设施与永久性设施相结合使用。二、集水井排水或降水二、集水井排水或降水集水井法是在基坑开挖过程中,沿坑底的周围或中央开挖排水沟,并在基坑边角处设置集水井。将水汇入集水井内,用水泵抽走(图118)。这种方法可用于基坑排水,也可用于降水。图1-18集水井降水法1排水沟;2集水井;3离心式水泵;4基础边线;5原地下水位线;6降低
15、后地下水位线1排水沟的设置排水沟底宽应不少于0.20.3m,沟底设有0.20.5的纵坡,在开挖阶段,排水沟深度应始终保持比挖土面低0.40.5m2.集水井的设置集水井应设置在基础范围以外的边角处。间距应根据水量大小、基坑平面形状及水泵能力确定,一般为2040m。3水泵性能与选用(1)离心泵泵体是由泵壳、泵轴及叶轮等主要部件组成,其管路系统包括滤网与底阀、吸水管及出水管等图1-19离心泵工作简图1泵壳;2泵轴;3叶轮;4滤网与底阀;5吸水管;6出水管(2)潜水泵潜水泵是由立式水泵与电动机组合而成,工作时完全浸在水中。水泵装在电动机上端,叶轮可制成离心式或螺旋桨式;电动机设有密封装置。图120潜水
16、泵工作简图1叶轮;2轴;3电动机;4进水口;5出水胶管;6电缆三、井点降水法三、井点降水法井点降水法就是在基坑开挖前,预先在基坑四周埋设一定数量的滤水管(井),利用抽水设备从中抽水,使地下水位降落到坑底标高以下,并保持至回填完成或地下结构有足够的抗浮能力为止。(一)轻型井点(一)轻型井点1.轻型井点设备轻型井点设备是由管路系统和抽水设备组成。管路系统包括:井点管(由井管和滤管连接而成)、弯联管及总管等。图1-22轻型井点法降低地下水位全貌图1井管;2滤管;3总管;4弯联管;5水泵房6原有地下水位线;7降低后地下水位线图1-23滤管构造1钢管;2管壁上的小孔;3缠绕的塑料管;4细滤网;5粗滤网;
17、6粗铁丝保护网;7井管;8铸铁头图124真空泵轻型井点设备工作原理简图l滤管;2井管;3弯管;4阀门;5集水总管;6闸门:7滤网,8过滤室,9淘砂孔;10水气分离器;11浮筒;12阀门:13真空计;14进水管;15真空计;16副水气分离器;17挡水板;18放水口;19真空泵;20电动机;2l冷却水管;22冷却水箱;23循环水泵;24离心水泵2.轻型井点布置1)平面布置图1-26单排井点布置简图(a)平面布置;(b)高程布置1一总管;2点管;3一抽水设备2)高程布置图1-27环形井点布置简图(a)平面布置;(b)高程布置1一总管;2一井点管;3一抽水设备井管的埋置深度HA,可按下式计算(图1-2
18、7b):HAH1十h十iL(m)(1-22)式中H1总管平台面至基坑底面的距离(m);h基坑中心线底面至降低后的地下水位线的距离,一般取0.51.0m;i水力坡度,根据实测:环形井点为110,单排线状井点为14;图128二级轻型井点1第一层井点管;2第二层井点管降水对周围地面的影响及预防措施降水对周围地面的影响及预防措施降低地下水位时,由于土颗粒流失或土体压缩固结,易引起周周地面沉降。由于土层的不均匀性和形成的水位呈漏斗状,地面沉降多为不均匀沉降,可能导致周围的建筑物倾斜、下沉、道路开裂或管线断裂。因此,井点降水时,必须采取相应措施,以防造成危害。1回灌井点法2设置止水帷幕法3减缓降水速度法(
19、a)(b)图138 回灌井点布置示意图(a)降水与回灌井点;(b)加阻水支护结构的回灌井点1原有建筑物;2开挖基坑;3降水井点;4回灌井点;5原有地下水位线;6降灌井点间水位线;7降水后的水位线;8不回灌时的水位线;9基坑底详见P402五、地基种类和地基处理地基的种类1、天然地基用天然土层作为持力层的地基称为天然地基,节省费用,缩短工期。土的野外鉴别方法见P4032、人工地基经过人为加固或处理后的地基称为人工地基。地基处理1、换填法素土垫层灰土垫层砂垫层和砂石垫层2、强夯法3、高压喷射注浆法六、基坑坑壁支护加固型支护利用坑壁上的支挡构件承受土体侧压力和其它荷载,保持坑壁土体的稳定。按施工方法分
20、为水泥搅拌桩加固法、高压喷射加固法、注浆加固法、网状树根桩加固法等水泥土搅拌桩的施工图142搅拌水泥土墙施工流程(a)定位;(b)预埋下沉;(c)提升喷浆搅拌;(d)重复下沉搅拌(e)重复提升搅拌;(f)成桩结束支挡型支护1、排桩式挡墙图146挡土灌注桩支护形式(a)间隔式;(b)双排式;(c)连续式1挡土灌注桩;2连系梁(圈梁);3前排桩;4后排桩(1)型钢横挡板挡墙图147型钢桩横档板支护1一型钢桩;2一横向挡土板;3木楔(2)钢板桩挡墙图1-48常用钢板桩截面形式(a)一字形钢板桩;(b)U形板桩(“拉森”板桩)(a)钢筋混凝土桩排支挡结构P407桩排支护结构的支撑方式挡土灌注桩支护形式
21、(a)悬臂式;(b)斜撑式;(c)锚拉式;(d)锚杆式;(e)内撑式1挡墙;2围檩(连梁);3支撑;4斜撑;5拉锚;6锚杆;7先施工的基础;8支承柱(a)(b)(c)(d)H0.30.5H1(e)2、地下连续墙工程开挖前,在基坑周围用特制的挖槽机械在泥浆护壁的条件下开挖一定长度的沟槽,放入钢筋骨架用导管在泥浆沟槽中浇筑混凝土形成一个单元墙段。3、沉井结构将位于地下一定深度的建筑物在地面制作,形成一个井状结构,在井内不断填土,借助自重不断下沉,形成一个地下建筑物。七、土方的填筑与压实填土的要求填方土料应符合设计要求,无要求时,应符合下列规定:1)碎石类土、砂土和爆破石渣(粒径不大于每层铺厚的2/
22、3)可用于表层下的填料;2)含水量符合压实要求的粘性土,可用作各层填料;3)碎块草皮和有机质含量大于8%的土,仅用于无压实要求的填方;4)淤泥和淤泥质土一般不能用作填料,但在软土或沼泽地区,经过处理使含水量符合压实要求后,可用于填方中的次要部位;5)有水溶性硫酸盐大于5%的土,不能用作回填土,在地下水作用下,硫酸盐会逐渐溶解流失,形成孔洞,影响土的密实性。6)冻土、膨胀性土等不应作为填方土料。填土的压实方法填土的压实方法1:填土压实方法有碾压、夯实和振动三种(图145)。1):填土压实方法(a)碾压b)夯实c)振动a)碾压法。(1)碾压法是由沿着表面滚动的鼓筒或轮子的压力压实土壤。一切拖动和自
23、动的碾压机具,如平滚碾、羊足碾和气胎碾等的工作都属于同一原理。(2)碾压法主要用于大面积的填土,如场地平整、路基、堤坝等工程。平滚碾适用于碾压粘性和非粘性土壤;羊足碾只能用来压实粘性土壤;气胎碾对土壤压力较为均匀,故其填土质量较好。(3)按碾轮重量,平滚碾又分为轻型(重5t以下)、中型(重8t以下)和重型(重10t)三种。轻型滚碾压实土层的厚度不大,但土层上部变得较密实,当用轻型滚碾初碾后,再用重型滚碾碾压,就会取得较好的效果。如直接用重型滚碾碾压松土,则由于强烈的起伏现象,其碾压效果较差。(4)用碾压法压实壤土时,铺土应均匀一致,碾压遍数要一样,碾压方向应从填土区的两边逐渐压向中心,每次碾压
24、应有1520cm的重叠。碾压机械(d)自行式平碾;(6)拖式羊脚碾b)夯实法。(1)夯实法是利用夯锤自由下落的冲击力来夯实土壤,主要用于小面积的回填土。夯实机具的类型较多,有木夯、石硪、蛙式打夯机、火力夯以及利用挖土机或起重机装上夯板后的夯土机等。其中蛙式打夯机轻巧灵活,构造简单,在小型土方工程中应用最广。(2)夯实法的优点是,可以夯实较厚的土层,如重锤夯的夯实厚度可达11.5m,强力夯可对深层土壤夯实。但对木夯、石硪或蛙式打夯机等机具,其夯实厚度则较小,一般均在20cm以内。c)振动法。(1)振动法是将重锤放在土层的表面或内部,借助于振动设备使重锤振动,土壤颗粒即发生相对位移达到紧密状态。此
25、法用于振实非粘性土壤效果较好。(2)近年来,又将碾压和振动法结合起来而设计和制造了振动平碾、振动凸块碾等新型压实机械。振动平碾适用于填料为爆破碎石渣、碎石类土、杂填土或轻亚粘土的大型填方;振动凸块碾则适用于亚粘土或粘土的大型填方。当压实爆破石渣或碎石类土时,可选用重815t的振动平碾,铺土厚度为0.61.5m,先静压、后碾压,碾压遍数由现场试验确定,一般为68遍。蛙式打夯机1夯头;2夯架;3三角皮带;4托盘平板振动机三:影响填方压实效果的主要因素三:影响填方压实效果的主要因素影响土壤压实效果的因素主要有:含水量、压实功、每层铺土厚度。1.含水量土中含水量对压实效果的影响比较显著。回填土含水量过
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